KR20000025285A - 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기를 하드웨어로 구현하여 디지털 오디오 신호의 고 음질 유지와 실시간 처리를 수행하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 자연음을 유지하기 위한 5.1채널에 해당하는 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변화부를 구비하고, 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부는 각각 전원과 그라운드를 분리하여 구성하며, 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부는 일정크기 이상 거리를 두어 설계하여 각 전원에서 피드백되는 것을 방지함으로써, 디지털 회로에서 피드백되는 전원잡음과 3/2+1로 구성된 5.1채널(L, R, C, LS, RS, LFE) 간의 프로세싱 영향을 최소화하여 잡음을 제거할 수 있게 되는 것이다.

Description

고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치

본 발명은 디지털 통신 시스템의 고 음질 신호 처리에 있어서, 고해상도 TV(HDTV, High Definition Television)에 사용되는 오디오 부호화 장치의 전처리 과정에 필요한 아날로그 디지털 변환장치로서 상용화에 따른 디지털 신호의 고음질, 빠른 데이터 처리시간을 위해 실시간 구현에 적합하도록 발명된 오디오 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야 및 종래기술은 향후에 개발되는 고화질 TV에 적합한 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog To Digital Converter)로 디지털 오디오 신호 처리에 속하며, 종래기술로는 MPEG(MPEG, the Motion Picture Experts Group) 표준화 기술에 속한다.

종래기술은 디지털 오디오가 통신, 컴퓨터, 가전 등 여러 분야로 이용범위가 확대되면서 많은 양의 데이터를 저장 및 전송하는 문제가 등장하게 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 국제표준화기구 산하의 MPEG-1 표준안을 91년에 확정하였고, 이것을 다채널로 확장하여 94년 11월에 MPEG-2의 국제표준안이 완성된 상태이다.

MPEG에서는 오디오 부호화 방식의 표준안으로 약 128kbit/s에서 CD(Compact Disc) 수준의 음질을 얻을 수 있는 MUSICAM 방식을 채택하였다. MUSICAM 방식은 청각특성을 이용한 서브밴드(Sub-band) 부호화 방식으로서 각 서브 밴드에서 지각적인 잡음을 최소화하도록 음을 부호화하여 96∼128kbit/s에서 주관적으로 원음과 동일한 복원음을 얻을 수 있는 방식으로 MPEG 계층 2 방식으로 선정되었다.

MPEG 오디오 표준압축방식은 부호화의 응용목적에 따라 일반적으로 MPEG-1 및 MPEG-2로 나뉘어지고 다시 비트 율에 따라 계층 1, 계층 2, 계층 3으로 나누어진다. MPEG-1과 MPEG-2 오디오 부호화 방식의 기본적인 알고리즘은 동일하나 MPEG-1 오디오 부호화 방식의 경우 최대 두 채널(좌, 우)의 스테레오 신호만을 부호화하므로 현장감을 충실히 재현하지 못하는 단점이 있었다. 여기서 현장감이라 함은 자연 소리에 가까운 소리를 말한다. 참고로 자연의 소리를 내기 위해서는 5개의 채널이 필요하다.

따라서, MPEG-2에서는 이러한 현장감을 살리기 위하여 좌(L, left channel), 우(R, right channel) 두 채널의 기본 스테레오 신호에 중앙채널(C, center channel), 서라운드 채널(LS/RS, right and left surround channel) 및 저주파 효과채널(LFE, low frequency effect)을 첨가하여 ITU(International Telecommunication Union, 국제전기통신연합) 등의 권고 안으로 채택된 3/2+1로 구성된 5.1채널(L, R, C, LS, RS, LFE) 부호화 알고리즘으로 표준화한다. 이러한 표준화에 의한 부호화를 수행하기 위한 전처리 과정으로 ADC가 매우 중요하며 입력 신호의 고 음질 유지가 부호화에 미치는 영향은 매우 중요하다.

그러나 종래기술로서는 아직까지 5.1 채널에 해당하는 고음질의 아날로그 디지털 변환기를 발명한 사례가 흔하지 않다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 고 음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기를 하드웨어로 구현하여 디지털 오디오 신호의 고 음질 유지와 실시간 처리가 가능하도록 한 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치는,

자연음을 유지하기 위한 5.1채널에 해당하는 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변화부를 구비하고, 상기 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부는 각각 전원과 그라운드를 분리하여 구성하며, 상기 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부는 일정크기 이상 거리를 두어 설계하여 각 전원에서 피드백되는 것을 방지한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 오디오 아날로그 디지털 변환장치의 블록구성도이고,

도 2는 본 발명에 의한 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치의 블록구성도이며,

도 3은 도2에 의한 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 레이아웃을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 아날로그 디지털 변환부 20 : 제어부

30 : 디지털 변환부 40 : 디지털 전송부

11, 12, 13 : 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부

이하, 상기와 같은 본 발명 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명이 적용되는 오디오 아날로그 디지털 변환장치의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 아날로그 입력을 받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부(10)와; 상기 아날로그 디지털 변환부(10)에서 변환된 디지털 신호를 입력받아 고음질의 오디오 아날로그 변환이 수행되도록 제어하는 제어부(20)와; 상기 제어부(20)에서 데이터를 입력받아 AES/EBU 규격에 맞게 변환하는 디지털 신호 변환부(30)와; 상기 디지털 변환부(30)에서 변환된 신호를 상기 제어부(20)를 통해 입력받아 변환된 신호를 전송하는 전송부(40)로 구성된다.

그래서 아날로그 디지털 변환부(10)는 아날로그 오디오 신호를 입력받는다. 이것은 Crystal사의 CS5396을 사용할 수 있다. CS5396은 10Hz 주파수를 소거하며 단일 5V 전원을 사용하여 처리하기 때문에 전원에 대한 불필요한 회로를 가질 필요가 없다. 고 음질의 디지털 신호를 얻기 위해서는 이후 단에서 사용하는 장치에 따라 표본화 주파수와 출력 포맷에 대해서 사용자는 정의하여 제어신호를 입력하게 한다. 이렇게 제어 명령을 만들고 시스템과의 클럭을 공유하기 위해서 제어부(20)에서 명령어를 출력하게 된다. 이 제어부(20)는 사용자의 요구에 충족하도록 프로그램으로 유동적인 변화가 가능하다. 이렇게 만들어진 신호는 전송을 위해서 디지털 전송부(40)로 전달한다.

여기서 아날로그 디지털 변환부(10)에서는 입력잡음에 강인하며 이후 단에서 사용할 안정된 디지털 신호를 공급하도록 설계가 되어야 한다. 따라서 아날로그 입력부에서 입력신호의 특성을 고려하여 DC성분을 제거하고 입력전압에 따른 동적크기에 유동적으로 대치할 수 있는 버퍼가 필요하게 되며, 이 버퍼를 통해서 안정된 아날로그 입력을 변환기 입력에 주어지게 한다. 여기서 아날로그 디지털 변환기인 ADC을 거쳐 얻은 안정된 디지털 신호를 제어부로 입력한다.

이렇게 제어부(20)로 입력된 신호는 두 가지 특성을 가진 신호로 분리하여 출력하게 된다. 제어부(20)는 일반적으로 사용하는 논리설계 칩인 ALTERA사의 EPM7128을 사용한다. 오디오 부호화기에서 필요로 하는 신호는 I2S 모드와 Motorola I2S로 출력을 내보낸다. 이렇게 두 가지 신호로 분리하여 출력하는 것은 고음질 오디오 부호화기에서 필요로 하는 데이터를 손쉽게 정보교환을 하기 위해서 이다. 제어부(20)에서는 필요한 샘플링 주파수에 관한 정보와 동작모드에 따른 마스터 모드와 슬레이브 모드에 관한 정보와 외부에서 클럭을 받아 시스템과의 동기를 이루는 시스템 lock으로 구분된다.

도2는 고음질 오디오 장비용 ADC의 아날로그 디지털 변환의 잡음을 최소화하기 위한 장치를 도시한 것이다.

그래서 종래의 아날로그 디지털 변환기에서 잡음을 최소화하기 위한 기술로는 아직까지 미비한 점이 많으며, 많은 잡음으로 인해서 원음(source signal) 변환에 고음질을 제공하지 못한다. 이로 인해 본 발명에서는 하드웨어 설계시에 잡음을 최소화하기 위한 기술과 방법이 요구된다.

이렇게 입력 아날로그 신호의 보호를 위해서 아날로그와 디지털의 분리를 원칙으로 한다. 각 ADC칩에서 필요로 하는 전원과 그라운드는 서로 분리를 하며 또한 자연음을 유지하기 위한 5.1채널에 해당하는 3개의 ADC변환부 사이에서도 1/8인치 이상 거리를 두어 설계를 한다. 이것은 디지털 회로에서 피드백되는 전원잡음과 고음질 오디오에서 사용하는 왼쪽, 오른쪽 스테레오 채널과 스테레오 채널을 보강해주는 왼쪽 서라운드와 오른쪽 서라운드, 자연음의 효과를 가지게 하는 중앙채널과 저음의 효과를 주는 저주파 효과음이 각각 독립적으로 사용하여 서로의 프로세싱에 영향을 주지 않게 하기 위함이다. 또한 아날로그 디지털 변환기에서 오 동작을 막고 기상변화나 천재 지변에 따른 영향을 최소화하여 안정된 전원을 공급하기 위해서는 아날로그 전원과 디지털 전원이 PCB상에서 +5V와 GND를 서로 분리하여 배치하고 EMI(ElectroMagnetic Interface, 전자 방해 잡음) bead를 사용하여 각 전원에서 피드백 되는 것을 막는다.

그리고 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 것은 CS5396에서 담당한다. 이것은 앞에서 설명한 것과 같이 아날로그 입력 신호를 10Hz 이상의 유효 신호만을 디지털화하며 고음질에 필요한 요구조건을 갖추고 있다. 이것은 DC 10Hz을 제거하는 기능이 있으며, 24비트 출력으로 117dB을 얻을 수 있기 때문에 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기에 적합하다. 디지털 신호의 변환부는 오디오 부호화기에서 필요로하는 데이터를 얻게 하기 위함이다.

또한 도3은 도2에 의한 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 레이아웃을 나타낸 도면이다.

이처럼 본 발명은 고 음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기를 하드웨어로 구현하여 디지털 오디오 신호의 고 음질 유지와 실시간 처리가 가능하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치는 3개의 아날로그 디지털 변환부 각각의 전원과 그라운드를 분리하여 구성하고 일정크기 이상 거리를 두어 설계하여 디지털 회로에서 피드백되는 전원잡음과 3/2+1로 구성된 5.1채널(L, R, C, LS, RS, LFE) 간의 프로세싱 영향을 최소화하여 잡음을 제거할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 아날로그 입력을 받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기에 있어서, 상기 아날로그 디지털 변환기의 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치는,

   자연음을 유지하기 위한 5.1채널에 해당하는 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변화부를 구비하고, 상기 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부는 각각 전원과 그라운드를 분리하여 구성하며, 상기 제1 내지 제3 아날로그 디지털 변환부는 일정크기 이상 거리를 두어 설계하여 각 전원에서 피드백되는 것을 방지한 것을 특징으로 하는 고음질 오디오 장비용 아날로그 디지털 변환기의 잡음제거 장치.