KR19990074277A - 디지털 티브이(tv) 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치 - Google Patents

디지털 티브이(tv) 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치 Download PDF

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Abstract

디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치에 관한 것으로서, 특히 방송 신호 또는 저장 매체에 저장된 신호를 입력으로 받아 이를 재생 출력하는 신호 재생부와, 외부 잡음의 정도에 따라 잡음 레벨을 선택하는 잡음 레벨 선택부와, 상기 잡음 레벨 선택부로부터 선택된 잡음 레벨에 따라 상기 신호 재생부에서 출력되는 오디오 신호중 일정 대역의 잡음을 보정하여 출력하는 재생 신호 보정부로 구성되어, 방송사측에서 청각 장애인을 위해 제작한 캡션 프로그램이나 대화/배경음이 분리 녹음된 특별한 신호에 의한 청취력 향상 방식이 아닌 일반 방송 신호 입력시에 주위의 잡음 레벨을 검출하거나 사용자가 선택한 잡음 레벨에 의하여 잡음 보정된 재생 신호를 제공함으로써, TV 시청시 주위 잡음으로 인하여 대화 내용을 알아들을 수 없거나 답답함을 해결하고 청각이 약한 사람들에게 청취에 도움을 준다.

Description

디지털 티브이(ＴＶ) 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치
본 발명은 디지털 TV 시스템에서의 오디오 처리에 관한 것으로서, 특히 멀티 채널 시스템에서의 음성 신호를 주음성과 부음성으로 분리하여 각각을 조정함으로써, 주위 잡음에 대한 보정 기능을 수행하는 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치에 관한 것이다.
현재의 TV는 스테레오 방식의 2채널 시스템이 사용되어지고 있으나 시청자의 욕구 증가에 따라 영상 및 음성 신호의 고급화가 요구되며 이를 위해 디지털화되고 있다.
또한, 엠펙 2(MPEG 2)에서는 멀티 채널에 의한 오디오 시스템 구성을 제시하였다. 즉, 음성 신호를 여러 채널로 출력함으로써, 다양하고 현실감있는 소리를 제공하여 TV 시청자에게 프로그램의 만족도를 높여준다.
여기서, 음성 신호의 구성은 좌,우의 주신호(L,R)와 센터(C), 서라운드의 부신호(SL,SR)를 이루어진다.
멀티 채널 방송은 이들을 각각 출력시키는 방식으로서 입체감을 향상시키며, 두 채널 시스템에서는 각 신호의 성분을 조합하여 좌,우 신호 성분을 출력시킨다.
한편, 여러 채널을 이용하면 보다 다양한 구성 및 효과를 제공해주지만 청각이 약한 사람들(시청자의 약 10%)에게는 여러 소리가 혼합되어 출력되는 것이 TV 청취의 방해 요소가 되며 대사의 파악에 어려움을 느낀다.
또한, 청각이 양호한 사람의 경우에도 시청하는 곳의 잡음 정도에 따라 프로그램의 대화 내용을 인식하지 못하는 경우가 발생된다.
즉, 잡음의 레벨이 출력되는 오디오 신호와 같은 레벨이면 신호가 상쇄되기 때문이다.
이러한 경우에 TV 청취를 도와주기 위한 종래의 방법으로서는 문자 방송의 실시가 있다. 이는 청각이 약하여 프로그램중의 일부를 못알아 듣는 사람들에게 대사등을 문자로 보내주므로 이를 토대로 내용 파악에 도움을 받을 수 있다.
또다른 방법으로서, 방송시 대사 부분만 프리-엠퍼시스(Pre-emphasis)시키는 방법이 있다. 이는 음악에서의 효과음은 청각이 약한 사람이 대화를 이해하는데 방해가 되므로 이들을 각각 다르게 엔코딩하는 것으로서, 대화 성분만을 강조하여 프리-엠퍼시스하여 전송하고 수신측에서도 특별한 엔코딩을 하여 특정 채널에서 복원하는 방법이다.
그러나, 상기된 방법들은 방송사측(엔코더)에서 특별히 제작된 프로그램에서만 실현 가능하며 일부 방송에서만 실시되어지고 있다. 그 외의 일반 방송의 경우에는 청각이 약한 사람들에게 여전히 방송의 시청에 불편함을 주고 있다.
예컨대, 특수 처리가 안된 일반 프로그램의 경우 청각이 약한 사람은 TV 시청시 대화의 파악에 어려움을 느낄 것이며 주위 잡음이 심한 경우에는 정상 청각을 가진 사람들도 TV의 대사가 잘 안들려 내용 파악이 어려워진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 멀티 채널 시스템에서 잡음 레벨에 따라 재생 신호 중 센터 채널 부분을 강조하는 보정을 수행함으로써, 청각이 약한 사람과 잡음이 심한 장소에 있는 사람들이 대화 내용을 명료하게 청취할 수 있도록 하는 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치를 제공함에 있다.
도 1은 기본적인 신호 재생기(TV)의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 디지털 TV 시스템에서 수신부의 상세 블록도
도 3은 본 발명에 따른 디지털 TV 시스템에서 복원부의 상세 블록도
도 4는 도 3의 잡음 레벨 선택부의 상세 블록도
도 5는 도 3의 재생 신호 보정부의 상세 블록도
도 6은 본 발명에 따른 디지털 TV 시스템에서 출력부의 상세 블록도
도 7의 (a) 내지 (d)는 입력 신호와 잡음에 대한 각각의 주파수 성분을 나타낸 주파수 스펙트럼도
도 8의 (a) 내지 (f)는 잡음 레벨에서의 각 신호의 출력 주파수 분포와 수정 보완된 신호 성분의 주파수 분포를 나타낸 주파수 스펙트럼도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 디포맷터 32 : 부정보 복원부
33 : 재양자화부 34 : 역 필터 뱅킹부
35 : 재생부 36 : 잡음 레벨 선택부
37 : 재생 신호 보정부 41 : 잡음 레벨 결정부
42 : 멀티플렉서 51 : 매트릭스 처리부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치는, 방송 신호 또는 저장 매체에 저장된 신호를 입력으로 받아 이를 재생 출력하는 신호 재생부와, 외부 잡음의 정도에 따라 잡음 레벨을 선택하는 잡음 레벨 선택부와, 상기 잡음 레벨 선택부로부터 선택된 잡음 레벨에 따라 상기 신호 재생부에서 출력되는 오디오 신호중 일정 대역의 잡음을 보정하여 출력하는 재생 신호 보정부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 잡음 레벨 선택부는 TV 시청 지역의 주위 잡음을 감지하여 잡음의 정도를 계산하는 센서부와, 상기 센서부의 값을 각 잡음 레벨로 환산하는 잡음 레벨 결정부와, 상기 잡음 레벨 결정부에서 결정된 외부의 잡음 레벨과 사용자에 의해 선택된 잡음 레벨을 입력으로 하여 최종 잡음 레벨을 선택 출력하는 선택부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 재생 신호 보정부는 신호 재생부에서 출력되는 재생 신호를 잡음 레벨에 해당하는 계수를 이용하여 잡음에 대하여 보정해주는 매트릭스 처리부로 구성됨을 특징으로 한다.
이와같이 시스템을 구성하면 주위 잡음의 영향을 덜 받으면서 TV 시청이 가능하며 대화 내용의 파악이 용이하게 된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 TV와 같은 기본적인 신호 재생기의 구성도로서, 전송되는 신호를 수신하는 수신부(11), 수신된 신호를 원래 상태로 복원하는 복원부(12), 및 복원된 신호를 출력하는 출력부(13)로 구성되어, 수신부(11)에서는 방송국의 공중파 신호나 저장 매체의 영상/음성 데이터를 입력받아 복원부(12)로 출력한다. 상기 복원부(12)에서는 이를 출력 형식에 맞게 재생하여 출력부(13)로 출력하고, 출력부(13)에서는 이를 소정 레벨로 증폭하여 모니터와 스피커로 내보낸다.
이와같은 신호 재생기의 사용시 주변 잡음은 오디오 청취의 장해 요인이므로 이를 보완하기 위하여 본 발명은 상기 수신부(11), 복원부(12)를 변경하였다.
즉, 멀티 채널 시스템에서의 센터 채널은 대화 성분을 많이 포함하며 서라운드 채널은 음장 효과를 위한 것이므로 이를 적절한 비율로 조합하면 TV 시청자의 대사 파악에 도움을 주어 더욱 편안하게 프로그램을 즐길 수 있게된다.
도 2는 이를 위해 변경된 수신부의 상세 블록도로서, 방송 신호와 같은 공중파 신호를 입력받아 원하는 채널로 튜닝한 후 튜닝된 채널에 대해 음성 신호와 영상 신호로 분리하여 각각 음성 신호 처리부(22)와 영상 신호 처리부(23)로 출력하는 튜너(21), 및 TV 시청 지역의 외부 잡음을 감지하여 주위 잡음의 정도를 계산하는 센서(24)로 구성된다.
도 3은 변경된 복원부의 상세 블록도로서, 상기 수신부의 음성 신호 처리부(22)에서 출력되는 음성 신호를 디포맷팅시키는 디포맷터(31), 상기 디포맷터(31)에서 출력되는 부 정보(Side information)를 디코딩하여 서브 밴드 샘플을 만드는 부정보 복원부(32), 상기 디포맷터(31)에서 출력되는 헤더 정보와 부정보 복원부(32)의 서브 밴드 샘플에 의하여 신호를 역양자화하는 재양자화부(33), 재양자화부(33)의 출력 데이터를 전체 주파수 성분으로 복원하는 역 필터 뱅킹부(34), 역 필터 뱅크부(34)의 출력을 재생하는 재생부(35), 외부 잡음의 정도에 따라 잡음 레벨을 선택하는 잡음 레벨 선택부(36), 및 잡음 레벨 선택부(36)의 잡음 레벨에 따라 재생부(35)의 재생 신호를 보정하여 출력하는 재생 신호 보정부(37)로 구성된다.
도 4는 상기 잡음 레벨 선택부(36)의 상세 블록도로서, 상기 수신부의 센서(24)의 값을 각 잡음 레벨로 환산하는 잡음 레벨 결정부(41)와, 상기 잡음 레벨 결정부(41)에서 결정된 외부의 잡음 레벨과 사용자의 의해 선택된 잡음 레벨을 입력으로 하여 최종 잡음 레벨을 선택 출력하는 멀티플렉서(42)로 구성된다.
도 5는 상기 재생 신호 보정부(37)의 상세 블록도로서, 재생 신호를 잡음 레벨에 해당하는 계수를 이용하여 수정 보완하여 잡음에 대하여 보정해주는 매트릭스 처리부(51)로 구성된다.
이와같이 구성된 본 발명에서 수신부의 튜너(21)는 방송 신호와 같은 공중파 신호 또는 저장 매체에 저장된 신호를 입력받아 원하는 채널을 선택한 후 이를 음성 신호와 영상 신호로 분리하여 각각 음성 신호 처리부(22)와 영상 신호 처리부(23)로 출력한다.
그리고, 잡음 센서(24)에서는 TV 시청 지역의 잡음을 측정하는데, 측정 간격은 여러 단계로 구성하여 사용자의 선택에 의하여 결정하도록 하였다.
또한, 상기 수신부에서는 음성 신호와 영상 신호가 모두 출력되지만 복원부에서는 음성 신호 처리부(22)의 음성 신호만을 입력으로 받는다.
이때, 상기 음성 신호 처리부(22)에서 출력되는 음성 신호는 멀티 채널의 데이터를 가지고 있으므로, 복원부는 압축한 엔코딩 방식의 역에 해당하는 디코딩 방식을 적용하여 시스템을 구성하여야 한다.
즉, 입력 신호 성분이 기록에 맞는 일정한 포맷으로 저장된 신호이므로 이를 정해진 신호 성분별로 꺼내는 과정을 수행하여야 하는데 이를 디포맷터(31)에서 행한다. 이때, 얻어진 데이터에는 헤더 성분과 부정보(Side Information)가 존재한다.
상기 헤더 성분에는 동기를 포함한 오디오 신호의 특성을 알려주는 데이터가 존재하고, 부정보에는 실제적인 MPEG 오디오 데이터가 있으며 스케일 팩터(Scale factor)와 서브 밴드(sub_band) 데이터로 구성된다.
즉, 방송국과 같은 엔코더에서 음성 신호를 부호화할 때 청각 심리를 효율적으로 이용하기 위하여 우선 신호를 주파수 성분으로 나눈 후 이 대역을 소정 개(예를 들면, 32개)개의 밴드로 세분하여 서브밴드 부호화를 행한다. 이때, 하나의 밴드 내의 12 샘플 데이터는 파형과 배율로 분리되는데, 파형은 최대 진폭이 1.0이 되도록 정규화되고, 그때의 배율이 스케일 팩터로서 부호화된다.
따라서, 부정보 복원부(32)는 상기 부정보 데이터를 디코딩하여 서브-밴드 샘플 데이터로 만들고, 재양자화부(33)는 상기 디포맷터(31)에서의 헤더 성분과 부정보 복원부(32)의 서브-밴드 샘플에 의하여 신호를 역양자화함으로써, 원신호로 복원한다.
이때, 상기 양자화 데이터는 서브-밴드의 신호 성분이므로 이를 전체적인 주파수 성분으로 복원하기 위하여 역 필터 뱅킹부(34)에서 역 필터 뱅크를 수행한다.
상기 역 필터 뱅킹부(34)에서 주파수 성분으로 변환된 신호를 재생부(35)에서 재생하면 압축되었던 신호가 원상태로 복원되며 이 신호는 좌(L), 우(R), 센터(C), 서라운드 신호(SL,SR)로 구성되어 있다.
이 신호 성분중 센터 신호는 주로 대화, 나레이터등으로 구성되어 있으므로 잡음 레벨 선택부(36)와 재생 신호 보정부(37)를 이용하면 채널별로 레벨 조정이 가능해져 주위 잡음에 강한 시스템을 구성할 수 있다.
이때, 외부 잡음의 레벨은 두가지로 결정된다.
첫번째 잡음 지수는 내장된 센서(24)에 의하여 결정되는 잡음 레벨이며, 잡음 지수의 결정은 미리 계산되어 저장된 수치에 의하여 잡음 레벨 결정부(41)에서 해당 범위의 레벨을 선택한다.
두번째 잡음 지수는 사용자가 임의로 주위의 잡음 정도를 파악하여 결정한 레벨이다.
따라서, 최종 잡음 레벨은 이 두 잡음 지수를 멀티플렉서(42)에서 멀티플렉싱하여 결정되어 진다.
한편, 재생 신호 보정부(37)의 매트릭스 처리부(51)는 잡음 레벨 선택부(36)에서 출력되는 최종 잡음 레벨에 따른 재생 신호의 보정을 수행한다. 이때, 재생부(35)에서 출력되는 신호는 멀티 채널(R,L,C,SR,SL) 성분으로 구성되므로, 이 신호 성분이 주위 잡음에 대하여 받는 영향을 최소화하기 위하여 선택된 최종 잡음 레벨에 의한 보정을 하게 된다.
즉, 매트릭스 처리부(51)는 입력되는 재생 신호를 잡음 레벨에 따른 가중치로 변경하는데 이 과정을 통하여 센터 채널을 강조함으로서 대화 내용의 청취력이 증가한다. 이 보정된 재생 신호가 R',L',C',SR',SL'이 된다.
하기 표 1은 잡음 레벨의 분류 및 재생 신호 가중치를 나타낸다.
잡음레벨＼출력 R,L @1 C SL,SR @2 @3
000 (30db) 1.00 1 1.0 1/@1
001 (40db) 0.95 1 0.9
010 (50db) 0.90 1 0.8
011 (60db) 0.85 1 0.7
100 (70db) 0.80 1 0.6
101 (80db) 0.70 1 0.4
110 (90db) 0.60 1 0.2
111 (100db) 0.50 1 0.0
본 예시의 경우에서는 잡음 레벨을 3비트로 구성하였으며 각 잡음 레벨은 잡음의 강도에 따라서 결정된다.
예 1) 수신되는 잡음의 정도가 30db이면 잡음 레벨이 <0>가 선택되어지며 각 계수(@1,C,@2,@3) 값은 1이다. 이것은 소음이 작으므로 신호의 보정이 필요하지 않음을 의미한다.
예 2) 수신되는 잡음의 정도가 90db이면 잡음 레벨은 <110>이며 계수 값은 @1=0.60, C=1, @2=0.2, @3=1/0.60이 선택되어진다. 이때의 상황은 잡음이 심한 경우이므로 센터 신호(C)를 기준으로 했을 때 R,L 성분은 @1의 계수치만큼 변화하므로 0.6배 작아지고 서라운드 성분 SR,SL은 @2배만큼 변한다. 즉 원 신호의 20%만이 출력된다. 이때, @3값은 센터(C)를 기준으로 레벨을 조정함에 따른 출력단의 레벨 감소를 보상하기 위한 팩터이다.
이와같이 외부 잡음의 레벨에 대하여 출력 신호를 잡음 보정할 수 있다.
상기 매트릭스 처리부(51)에서 보정된 재생 신호(L',R',C',SL',SR')는 출력부의 신호 증폭부(61)에서 사용자가 원하는 출력 레벨로 증폭된 후 최종 스피커(62)를 통해 출력된다.
도 7의 (a) 내지 (d)는 입력 신호와 잡음에 대한 각각의 주파수 성분을 나타낸 것으로, R,L 신호 성분은 (a)에서와 같이 전 범위의 주파수 대역에 걸쳐 분포하며 중간 대역에 약간 많이 분포한다. C 신호는 (b)에서와 같이 중간 대역에 중집적으로 분포하고, SR,SL 신호는 (c)에서와 같이 저역과 고역 주파수에 많은 성분을 포함한다. 이때, 잡음은 (d)에서와 같이 전 범위에 걸쳐 존재하는 일정한 레벨의 성분으로 가정하였다.
도 8의 (a) 내지 (f)는 앞에서 설정한 잡음 레벨에서의 각 신호의 출력 주파수 분포와 보정된 재생 신호의 주파수 분포를 나타내고 있다.
즉, (a)의 (R,L)-N은 잡음의 영향으로 중간 대역에 일부, 저.고역은 약하게 분포하고, (b)의 C-N은 중간 대역의 성분이 많이 분포하며, (c)의 (SR,SL)-N은 저역 및 고역 성분이 존재한다. 이 성분을 조합한 (a)+(b)+(c)에는 (d)와 같이 원 신호에 비해 레벨이 감소한 신호가 재생된다. 이때, (e)의 대화 성분은 센터 성분에 비교적 많이 분포한 신호 분포를 가지며 (d)에서는 넓은 범위의 주파수 분포를 가지며 (e)의 신호와 차이가 있다.
그리고, 수정 보정된 신호 [(a)+(b)+(c)]'는 (f)와 같이 (e)의 대화 성분과 유사한 주파수 성분을 가지고 있으며 출력시 더 양호한 청취 효과를 얻게 된다.
이와 같이, 본 발명은 방송사측에서 청각 장애인을 위해 제작한 캡션 프로그램이나 대화/배경음이 분리 녹음된 특별한 신호에 의한 청취력 향상 방식이 아니라 일반 방송 신호 입력시에 사용 가능한 시스템이며 주위의 잡음 레벨을 검출하거나 사용자가 선택한 레벨에 의하여 가변된 신호를 제공함으로써, 최적의 청취 상태를 제공할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치에 의하면, 센서에 의하여 측정된 잡음 레벨과 사용자에 의해 선택된 잡음 레벨을 먹싱하여 최종 잡음 레벨을 결정하고 이 최종 잡음 레벨에 따라 오디오 신호 중 센터 채널 부분을 강조하는 보정을 수행함으로써, 대화 내용의 청취력을 향상시켜 TV 시청시 주위 잡음으로 인하여 대화 내용을 알아들을 수 없거나 답답함을 해결하고 청각이 약한 사람들에게 청취에 도움을 주는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 디지털화하는 TV 시스템의 오디오 방식인 MPEG 2에서 유용하게 사용 가능한 방식으로서 모든 멀티 오디오 시스템에서 이용 가능하다.

Claims (4)

  1. 방송 신호 또는 저장 매체에 저장된 신호를 입력으로 받아 이를 재생 출력하는 신호 재생부를 포함한 디지털 TV 시스템에 있어서,
    외부 잡음의 정도에 따라 잡음 레벨을 선택하는 잡음 레벨 선택부와,
    상기 잡음 레벨 선택부로부터 선택된 잡음 레벨에 따라 상기 신호 재생부에서 출력되는 오디오 신호중 일정 대역의 잡음을 보정하여 출력하는 재생 신호 보정부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 잡음 레벨 선택부는
    TV 시청 지역의 주위 잡음을 감지하여 잡음의 정도를 계산하는 센서부와,
    상기 센서부의 값을 각 잡음 레벨로 환산하는 잡음 레벨 결정부와,
    상기 잡음 레벨 결정부에서 결정된 외부의 잡음 레벨과 사용자에 의해 선택된 잡음 레벨을 입력으로 하여 최종 잡음 레벨을 선택 출력하는 선택부로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 신호 보정부는
    상기 신호 재생부에서 출력되는 재생 신호를 잡음 레벨에 해당하는 계수를 이용하여 잡음에 대하여 보정해주는 매트릭스 처리부로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 매트릭스 처리부는
    상기 재생 신호를 잡음 레벨에 따른 가중치로 변경하여 센터 채널을 강조함에 의해 잡음에 대하여 보정된 재생 신호를 출력함을 특징으로 하는 디지털 TV 시스템에서의 외부 잡음 보정 장치.
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