KR20040035749A - 사운드 신호의 대역폭 확장 방법 - Google Patents

Abstract

사운드 신호는 2개의 브랜치들(10, 20)에서 처리된다. 제 1 브랜치(10)에서, 오리지널 신호(S_OR)가 유지된다. 제 2 브랜치(20)에서, 오리지널 신호의 적어도 일부분(BW1; 63)이 비선형 장치(22)로 전송된다. 이 일부분(BW1)은 오리지널 신호의 최대 옥타브에 대응하는 것이 바람직하다. 비선형 장치(22)는 그 입력에서 수신된 주파수 구성 성분들에 관한 고조파 주파수들(S_HAR)을 생성한다. 그 결과로 생긴 고조파 신호(S2; BW2; 64)의 적어도 일부분(BW3; 65)은 감쇠 또는 증폭 후, 제 1 브랜치(10)에서 오리지널 신호(S_OR)와 임의로 결합되며, 이는 지연 장치(11)에 의해 지연될 수 있다. 이 결합은 단순한 가산일 수 있다. 그 결과로 생긴 신호(S2; BW2; 64)의 상기 일부(BW3; 65)는 오리지널 스펙트럼의 더 높은 주파수 부분(BW62)에 대응하며, 또는 그것의 높은 주파수 한계에서 오리지널 스펙트럼(BW_OR)에 인접한다.

Description

사운드 신호의 대역폭 확장 방법{Bandwidth extension of a sound signal}

오리지널 사운드 신호는 주파수 범위내의 신호 구성 성분들을 포함하며, 이 범위는 하기에서 "오리지널 대역폭"이라 불릴 것이다. 오리지널 사운드 신호가 사람이 말하는 음성이나 악기에서 나오는 음악과 같은, 내추럴 소스에서 나온다면, 오리지널 사운드 신호는 또한 "내추럴 사운드"라 불릴 것이며, 그 대역폭은 또한 "내추럴 대역폭'이라 불릴 것이다.

내추럴 사운드가 전송 통신, 기록 등을 위하여, 전자 장치 등에 의해 처리될 때, 신호의 대역폭은 통상 내추럴 대역폭에 관하여 한정된다. 이런 이유는 환경에 의존할 수 있다. 신호 전송 경로가 단순하게 고주파수들을 전송하도록 설계되지 않을 수도 있다(예를 들어, 전화기). 또한 기록되거나 전송될 데이터의 양을 줄이기 위해 신호를 고의로 대역제한(bandlimit)하게 할 수도 있다. 예를 들어, 스포큰 북(spoken book)의 경우에, 데이터 캐리어는 스포큰 텍스트의 더 긴 타임스팬(timespan)을 반송할 수 있다. 음악의 경우에, 오디오는 예를 들어 MP3로 압축될 수 있다.

많은 경우들에서, 이와 같은 대역폭의 제한으로 인한 정보의 손실은 무시되거나, 또는 적어도 허용 가능하다. 그러나, 이는 대역제한된 신호들, 일반적으로, 내추럴 대역폭(완전한 대역폭)을 갖는 대응하는 오리지널 신호보다 덜 자연스러운(인간 관찰자에 대하여) 소리를 낸다는 것이 잘 알려져 있는 문제점이다.

물론, 인식은 제한된 주파수 대역의 실제 폭에 따른다. 예를 들어, 전화 통신의 경우에, "협대역" 통신은 0.30~3.4㎑의 대역폭을 포함하지만, 0.05~7.0㎑의 대역폭을 포함하는 "광대역" 통신이 우선적으로 확립된다. 그러므로, 최신 기술은 오리지널 협대역 신호로부터 광대역 신호를 발생시키는 많은 시스템들을 포함한다. 이 공지된 시스템들은 몇몇 단점들을 갖는다. 대다수의 공지된 시스템들은 퓨리에 변환 및/또는 확장형 필터링에 기초하며, 따라서 이 시스템들은 계산상 대단히 복잡하게 된다. 게다가, 이 공지된 시스템들은 음성 신호들만을 처리하기 위해 설계되며 이 시스템들은 다른 타입들의 사운드들을 위해서는 잘 기능하지 않는다. 대다수의 경우들에서, 시스템은 초기화되어 시스템이 협대역 음성으로부터 광대역 음성을 예측하도록 트레이닝되는 트레이닝 기간에 적응되는 몇 개의 파라미터들을 갖는 자기 학습 시스템이다.

본 발명은 일반적으로 사운드 신호들의 처리에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 신호 처리를 도시하는 기능적 블록도를 개략적으로 도시한 도면.

도 2의 a 내지 e는 다양한 단계들의 신호 처리에서 신호들의 대역폭들을 개략적으로 도시한 도면.

도 3의 a 내지 e는 다른 타입의 입력 신호에 대하여, 다양한 단계들의 신호 처리에서 신호들의 대역폭들을 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 장치의 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

그러므로, 본 발명의 일반적인 목적은 오리지널 입력 신호로부터 폭이 더 넓은 대역 신호를 발생시킬 수 있는 사운드 신호들을 처리하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이며, 이로 인해 상술된 단점들이 제거되거나 적어도 완화된다.

특히, 본 발명은 오리지널 입력 신호로부터 폭이 더 넓은 대역 신호를 발생시킬 수 있는 사운드 신호들을 처리하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로하며, 이는 트레이닝 기간을 필요로 하지 않으며, 예를 들어 음성뿐만 아니라 음악과 같은 많은 타입들의 사운드 신호들에 사용될 수 있다.

게다가, 본 발명의 목적은 시스템이 디지털 실행뿐만 아니라 아날로그 실행으로 구현될 수 있는 한편, 복잡성이 감소된 이와 같은 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

이 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명은 적어도 오리지널 신호의 신호 컨텐트의 일부에 기초하여 고조파 신호들을 발생시키고, 약간의 필터링 후, 오리지널 신호에 이 고조파 신호들을 부가할 것을 제의한다. 이점에 있어서, 저조파(sub-harmonic) 주파수들을 사용하여 더 낮은 주파수까지 저음 스펙트럼을 확장하는 것 그 자체가 공지되어 있음이 인정되나, 본 발명은 스펙트럼을 더 높은 주파수까지 확장하려고 하며, 또한 저조파 주파수의 발생은 고조파 주파수의 발생과 상이한 기술을 포함한다.

본 발명의 이런 양상, 특징, 이점 및 다른 양상, 특징, 이점은 도면을 참조하여, 본 발명에 따라 신호 처리 시스템의 양호한 실시예의 다음 설명에 의해 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1은 전반적으로 참조 번호 1로 표시된 신호 처리 시스템의 기능적 블록도를 개략적으로 도시한다. 시스템(1)은 오리지널 사운드 신호 S_OR을 수신하는 입력(2)과, 출력 신호 S_OUT를 제공하는 출력(3)을 갖는다. 시스템(1)은 각각 입력(2)과 출력(3)간에 2개의 신호 전송 경로들(10 및 20)을 포함한다.

제 1 신호 전송 경로(10)는 오리지널 사운드 신호 S_OR를 전송하기 위한 것이며, 따라서 이 제 1 신호 전송 경로(10)는 또한 오리지널 신호 전송 경로로 불린다. 이 오리지널 신호 전송 경로(10)가 오리지널 신호를 향상시키기 위해 신호 처리 구성 성분들을 포함할 수 있으며, 이것은 본 발명에 필수적인 것은 아니므로, 도 1에 도시되지 않는다. 반면에, 오리지널 신호 전송 경로(10)는 보통 다른 전송 경로(20)에서의 지연들을 보상하기 위해 지연 장치(11)를 포함할 것이다. 지연 장치 그 자체는 공지되어 있으며, 임의의 적절한 공지된 지연 장치 그 자체는 지연 장치(11)를 구현하기 위해 사용될 수 있으며, 당업자에게 명백할 것이며, 그러므로 이러한 지연 장치의 구성과 기능에 관한 어떠한 상세한 설명도 본 명세서에 필요하지 않다.

제 2 신호 전송 경로(20)는 오리지널 사운드 신호 S_OR에 기초하여 고조파 신호를 S_HAR발생시키기 위한 것이며, 그러므로, 이 제 2 신호 전송 경로(20)는 또한 고조파 신호 전송 경로라고 불린다.

고조파 신호 S_HAR는 출력 신호 S_Out를 발생시키기 위해 결합기 또는 가산기(30)에서 (임의로 지연된)오리지널 신호 S_OR와 결합되며, 이 출력 신호는 S_Out= S_OR+ S_HAR로 표시된다. 이 출력 신호 S_Out는 대역폭 BW_Out를 갖는 스펙트럼(54)을 가지며, 이 대역폭 BW_Out은 오리지널 신호 S_OR의 대역폭 BW_OR에 대하여 확장된다. 오리지널 신호 S_OR의 대역폭 BW_OR내에서, 출력 신호 S_Out의 신호 구성 성분들은 실질적으로 오리지널 신호 S_OR의 신호 구성 성분들과 동일하다. 게다가, 출력 신호 S_OUT는 또한 오리지널 신호 S_OR의 대역폭 BW_OR을 넘는 주파수 범위에서 신호 구성 성분들을 포함하며, 이 부가 신호 구성 성분들은 본래 고조파 신호 전송 경로에서 발생된 고조파 신호 S_HAR의 구성 성분들이다.

다음에서, 고조파 신호 전송 경로(20)에서의 신호 처리는 도 1 및 도 2의 a 내지 e를 참조하여 설명될 것이다. 도 2의 a 내지 e는 여러 단계들의 신호 처리에서 신호들의 대역폭을 개략적으로 도시한 그래프이며, 수평축은 주파수를 나타낸다.

도 2의 a는 대역폭 BW_OR을 갖는 오리지널 신호 S_OR의 스펙트럼(50)을 도시한다.

고조파 신호 전송 경로(20)에서, 오리지널 신호 S_OR는 우선 필터링된 오리지널 신호 S1를 생성하기 위해 제 1 필터(21)에 의해 필터링된다. 필터링된 오리지널 신호 S1는 오리지널 신호 S_OR의 신호 구성 성분들 중 일부만을 포함한다. 도 2의 b에서, 이는 대역폭 BW1을 갖는 필터링된 오리지널 신호 S1의 스펙트럼(51)을 도시하며, 그 대역폭 BW1은 오리지널 신호 S_OR의 대역폭 BW_OR보다 확실히 더 작다. 그러나, 대역폭 BW1의 상한 주파수는 또한 대역폭 BW_OR의 상한 주파수(59)보다 더 낮으며, 그 경우에, 제 1 필터(21)는 대역폭 BW1의 하한 주파수를 결정하는 소정의 하부 컷오프 주파수와, 대역폭 BW1의 상한 주파수를 결정하는 소정의 상부 컷오프 주파수를 갖는 대역 통과 필터일 수 있다.

필터 장치들 그 자체는 공지되어 있으며, 임의의 적절한 공지된 필터 장치 그 자체는 필터 장치(21)를 구현하기 위해 사용될 수 있으며, 당업자에게 명백할 것이며, 그러므로 이러한 필터 장치의 구성과 기능에 관한 어떠한 상세한 설명도 본 명세서에 필요하지 않다. 예를 들어, 제 1 필터 장치(21)는 디지털 구현시 (선형 위상) IIR 필터, 또는 (선형 위상) FIR 필터일 수 있다. 그러나, 아날로그 회로에서는, 아날로그 구현들도 역시 적당하다. 선형 위상 IIR 필터들에 관해서는, S. R. Powell 및 P. M. Chau에 의한, IEEE Trans. on Signal processing, 39(11), 1991, pp. 2425-2435의, "A technique for realizing linear phase IIR filters"를 참조한다.

도 2의 c에 도시된 바와 같이, 필터링된 오리지널 신호 S1는, 고조파 왜곡이제어된 방식으로 도입되며, 대역폭 BW2를 갖는 스펙트럼(52)을 갖는 처리 장치(22)의 출력 신호 S2가 필터링된 오리지널 신호 S1의 주파수 대역의 상한 주파수보다 더 큰 주파수들을 갖는 주파수 구성 성분들을 포함하도록 비선형 방식으로 처리 장치(22)에 의해 처리된다.

BW2의 대역폭 한계의 정확한 폭과 위치들은 처리 장치(22)의 특성들에 의존한다. 일반적으로, 처리 장치(22)의 출력 신호 S2의 주파수 스펙트럼은 BW1의 하한 주파수에서 가능한 한 가장 높은 주파수(즉, 나이키스트(nyquist) 주파수)까지 확장할 것이다.

도시된 실시예에서, 처리 장치(22)의 출력 신호 S2는 대역폭 BW3을 갖는 스펙트럼(53)을 갖는 필터링된 고조파 신호 S3를 생성하기 위해 제 2 필터(23)에 의해 필터링된다. 제 2 필터(23)는 필터링된 고조파 신호 S3가 임의의 소정의 요구 조건들을 충족시키도록 설계된다. 예를 들어, 오리지널 신호 S_OR에 영향을 미치지 않기 위해, 대역폭 BW3의 하한 주파수가 대역폭 BW_OR의 상한 주파수보다 더 낮지 않는 것이 바람직하다. 그 반면에, 대역폭 BW3은 대역폭 BW_OR에 근접하게 인접하는 것이 바람직하다. 그러므로, 대역폭 BW3의 하한 주파수는 대역폭 BW_OR의 상한 주파수와 실질적으로 같은 것이 바람직하다.

원리적으로, 대역폭 BW3의 상한 주파수는 "취향(taste)"에 따라, 자유롭게 선택될 수 있다. 제 2 필터(23)는 사용 가능하지 않은 컷오프 주파수 구성 성분들로 또는 소정의 폭, 예를 들어, 상기 BW_OR의 다음 옥타브 또는 BW_OR의 폭과 꼭 일치하는 폭을 갖기 위해 대역폭 BW3의 형상으로 설계될 수 있다. 바람직하게, 제 2 필터(23)는 예상된 입력 신호들의 대역폭 BW_OR의 상한 주파수와 동일한 소정의 하부 컷오프 주파수를 갖는 대역 통과 필터이다.

원리적으로, 제 2 필터(23)는 필수적인 것은 아니다. 그 이유는 신호 S_OR와 오리지널 신호 S_OR를 결합하는 것이 이미 오리지널 신호 S_OR를 향상시키기 때문이다. 그러나, 제 2 필터(23)는 특히 향상된 신호가 청취자에 의해 인지되는 방식으로 향상에 영향을 미친다. 청취자는 다소 즐거운 향상된 신호를 알아낼 수 있다. 본 발명자들에 의해 수행된 실험들에 따라, 제 2 필터(23)가, BW3가 BW_OR상의 첫 번째 옥타브와 실질적으로 대응하도록 배열된다면, 가장 즐거운 효과가 얻어질 수 있다. 따라서, 양호한 실시예에서, BW3의 고 주파수 한계는 BW1의 고 주파수 한계의 2배와 실질적으로 같은 반면, BW3의 저 주파수 한계는 BW1의 저 주파수 한계의 2배와 실질적으로 같다.

BW_OR의 상한 주파수가 나이키스트 주파수 아래의 한 옥타브에 위치되는 경우, BW2는 본질적으로 제 2 필터(23)가 존재하지 않더라도 상기 BW_OR의 첫 번째 옥타브에 대응할 것임을 유념해야 한다.

제 1 필터(21)에 관하여 상기에 설명된 바와 같이, 임의의 적절한 공지된 필터 장치 그 자체는 제 2 필터 장치(23)를 구현하기 위해 사용될 수 있으며, 당업자에게 명백할 것이며, 그러므로 이러한 필터 장치의 구성과 기능에 관한 어떠한 상세한 설명도 본 명세서에 필요하지 않다. 예를 들어, 제 2 필터 장치(23)는 디지털 구현시 (선형 위상) IIR 필터, 또는 FIR 필터일 수 있다. 그러나, 아날로그 회로에서는, 아날로그 구현들도 역시 적당하다.

필터링된 고조파 신호 S3는 신호 S_HAR를 생성하기 위해 적절한 이득 계수 G에 의해 증폭되거나 감쇠된다. 게인 G의 정확한 값은 S_HAR가 S_OR에 적합하도록, 즉 출력 신호 SOUT의 전체 스펙트럼이 가능한 한 매끄럽도록 환경에 따라 결정될 필요가 있으며, 당업자에게 명백할 것이다.

비선형 처리 장치(22)는 각종 공지된 장치들에 의해 구현될 수 있다. 원리적으로, 임의의 장치는 장치가, 출력 신호가 고조파 주파수들을 포함하는 타입으로 이루어지는 경우 사용될 수 있다. 바람직하게, 장치는 진폭 선형성을 가져야 한다. 적당한 장치들은 예를 들어, 전파 정류기, 반파 정류기, 반파 적분기, 전파 적분기, 레벨 의존 클리퍼, 리미터이다. 타입의 선택에 따라, 비선형 처리 장치(22)는 짝수 고조파(예를 들어, 정류기의 경우) 또는 홀수 고조파(예를 들어 클리퍼의 경우)를 발생시킨다.

전파 적분기에 관해서는, R. M. Aarts 및 S. P. Straetemans에 의한 US-A-6,111,960를 참조한다.

게다가, 장치에 의해 발생된 출력 신호 S2는 입력 신호의 주파수의 2배인 강한 주파수 구성 성분들을 갖는 것이 바람직하다. 이 요구 조건은 전파 정류기, 반파 정류기, 반파 적분기, 전파 적분기에 의해 충족된다. 정류기에 의해 발생된 고조파들은 거의 오로지 더블 주파수인 반면에, 적분기는 또한 더 높은 고조파에서 주파수 구성 성분들을 발생시킨다. 또, 정류기의 계산상 복잡성은 적분기의 계산상 복잡성보다 작다. 그러므로, 비선형 처리 장치(22)는 전파 정류기 또는 반파 정류기에 의해 구현되는 것이 바람직하다.

비선형 처리 장치(22)가 그 입력 신호 S1의 각 신호 구성 성분에 대해 고조파 신호들을 발생시킴에 유념해야 한다. 따라서, BW1의 저주파수 한계는 아주 낮게 선택되며, S1의 저주파수 구성 성분들에 기초하여 발생된 고조파 신호들은 BW_OR내에 놓여 있으며, 이는 바람직하지 않다. 그러므로, 제 1 필터의 더 낮은 컷오프 주파수는 일반적인 고조파 전부가 BW_OR의 상한 주파수보다 큰 주파수들을 갖도록 선택되는 것이 바람직하다. 게다가, BW_OR의 상한 주파수 상의 주파수를 갖는 오리지널 신호 S_OR의 그 신호 구성 성분들은 아주 낮은 진폭을 가지며, 대역폭의 확장에 아주 조금 또는 전혀 기여하지 않도록 또한 아주 낮은 진폭을 갖는 고조파 신호들이 생기게 된다. 특히, 제 1 필터(21)는, BW1이 BW_OR내의 최고 옥타브에 실질적으로 대응하도록 배열되는 것이 바람직하다.

당업자에게 공지된 바와 같이, 각 필터 특징은 필터 순서에 대응하여, 통과 대역에서 정지 대역까지의 트랜지션 범위를 보여준다. 협소한 트랜지션 범위는 높은 필터 순서에 대응한다. 바람직하게, 더 낮은 컷오프 주파수와 더 높은 컷오프주파수의 필터 순서들이 각각 3 내지 6의 범위에 있고, 더 높은 필터 순서들은 필요하지 않으며, 여전히 계산상의 복잡성을 증대시킨다. 이는 제 2 필터(23) 뿐만 아니라 제 1 필터(21)에 적용된다.

고조파 신호 전송 경로(20)에서 신호가 지연을 경험함에 유념해야 한다. 그 결과, 고조파 신호 S_HAR는 오리지널 신호 S_OR보다 다소 늦게 결합기(30)에 도달한다. 그럼에도 불구하고, 지연된 고조파 신호 S_HAR와 오리지널 신호 S_OR를 결합해서 오리지널 신호 S_OR에 관해 향상된 출력 신호 S_OUT가 생기게 된다. 또 다른 향상은 지연 장치(11)를 포함함으로써 달성될 수 있으며, 이 지연 장치는 오리지널 전송 경로(10)에서 오리지널 신호 S_OR에 의해 경험된 지연이 고조파 신호 전송 경로(20)에서 신호에 의해 경험된 지연과 실질적으로 동일하도록 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 당업자는 원하는 지연을 계산하거나 측정하는 방법과, 지연 장치(11)를 설정하는 방법을 알 것이다.

예 1

다음은 예를 들어 주파수 범위 0-6㎑(대역폭 BW_OR=6㎑)에서 스펙트럼을 갖는 입력 신호 S_OR의 경우이다. 이러한 주파수 범위는 MP3 오디오용 주파수 범위에 대응할 수 있으며, 인터넷 무선 신호로서 전달되거나 MP3 플레이에서 재생될 수 있다. 그 다음, 제 1 필터(21)는 예를 들어 3 내지 6㎑의 통과대역을 가질 수 있으며, 제 2 필터(23)는 예를 들어 6 내지 12㎑의 통과대역을 가질 수 있다.

예 2

다음은 예를 들어, 11.025㎑의 샘플링 주파수로 샘플링된 디지털 신호의 경우이다. 이 신호의 스펙트럼은 약 5㎑, 즉 약 샘플링 주파수 절반에 이를 수 있다. 이러한 주파수 범위는 MP3 오디오용 주파수 범위에 대응할 수 있으며, 인터넷 무선 신호로서 전달되거나 MP3 플레이에서 재생될 수 있다. 본 발명내에서 더 높은 상한을 갖는 스펙트럼을 갖는 디지털 신호를 발생시킬 수 있다. 그러나, 잘 알려진 바와 같이, 샘플링 주파수는 적어도 2배의 상한 주파수 스펙트럼이어야 한다. 그러므로, 브랜치들(10 및 20)로 들어가지 전, 오리지널 신호 S_OR는 우선 업샘플링되며, 그 다음 에일리어스 구성 성분들을 제거하기 위해 저역 통과 필터에 의해 필터링된다. 이것이 약 11㎑의 더 높은 상한의 스펙트럼을 갖는 신호를 발생시키도록 의도되는 경우, 업샘플링은 적어도 계수 2를 포함해야 한다. 계수 2를 갖는 업샘플링으로 인해, 새로운 버전의 신호는 여전히 최고 5㎑의 스펙트럼을 갖는22.05㎑의 샘플링 주파수에서 샘플링된다.

상기에 기술된 바와 같이 신호 처리 시스템(1)에서 처리 후, 출력 신호 S_OUT는 22.05㎑의 샘플링 주파수를 가질 것이며, 최고 11㎑의 스펙트럼을 가질 수 있다.

상기에서, 본 발명은 신호의 스펙트럼을 넓히기를 바라는 경우에 대하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 또한 도 1 및 도 3의 a 내지 e를 참조하여 설명된 바와 같이, 스펙트럼을 넓힐 필요 없이 스펙트럼의 용량을 향상시키기 위해 적용될수 있다. 이 경우의 예는 예 3에 기술된다.

도 3의 a는 오리지널 신호 S_OR의 스펙트럼을 도시하며, 일반적으로 스펙트럼은 참조 번호 60으로 나타낸다. 스펙트럼(60)은 대역폭 BW61과 BW62를 각각 갖는, 더 낮은 주파수 부분(61)과 더 높은 주파수 부분(62)을 가진다. 더 낮은 주파수 부분(61)과 더 높은 주파수 부분(62)간의 트랜지션 점은 66으로 나타낸다. 도시된 예에서, 스펙트럼 부분들(61 및 62)은 인접하며, 전체 스펙트럼(60)에 관하여 서로 보완이 된다. 또한, 도시된 예에서, 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)의 대역폭 BW61은 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)의 대역폭 BW62보다 크다.

도 3의 a에서 물결 모양의 경사진 상단선으로 나타난, 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)의 내용이 만족스럽지 못하다고 가정하자. 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)을 향상시키는 잘 알려진 방식은 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)내의 신호 구성 성분들의 선형 증폭을 수반한다. 그러나, 이 기술의 단점은 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)내의 잡음 구성 성분들이 마찬가지로 증폭된다는 것이다. 본 발명에 따라, 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61) 상에서 본 발명의 처리 단계들을 수행함으로써, 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)의 내용은 이러한 잡음 구성 성분을 증폭하지 않고 강화될 수 있다. 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)은 일반적으로 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)보다 더 작은 잡음을 포함함에 유념해야 하며, 그러므로 본 발명에 따라 강화된 스펙트럼은 일반적으로 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)의 등화와 비교해서 더 작은 잡음을 포함할 것이다.

따라서, 제 1 필터(21)는 도 3의 b에 도시된 바와 같이, 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)의 상부 스펙트럼 부분(63)을 통과시키도록 설계된다. 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)의 상기 상부 주파수 부분(63)은 트랜지션 부분(66) 아래의 최고 옥타브에 대응하는 것이 바람직하다. 비선형 장치(22)는 도 3의 c에 도시된 바와 같이, 최고 주파수 스펙트럼 부분(62)을 포함하는 주파수 스펙트럼(64)을 갖는 신호를 생성하며, 제 2 필터(23)는 도 3의 d에 도시된 바와 같이, 최고 주파수 스펙트럼 부분(62)에 대응하는 주파수 스펙트럼(64)의 주파수 스펙트럼(65)에서의 주파수들만을 통과시키도록 설계된다. 대안적으로, 제 2 필터(23)는 트랜지션 점(66) 위의 첫 번째 옥타브에 대응하는 주파수 스펙트럼(64)의 스펙트럼 부분(65)에서의 주파수들만을 통과시키도록 설계된다.

적절한 증폭/감쇠후, 비선형 장치(22)의 신호가 오리지널 신호 S_OR와 결합되면, 그 결과로 생긴 출력 신호는 여전히 오리지널 신호 S_OR의 오리지널 주파수 스펙트럼에 대응하는 주파수 스펙트럼을 갖지만, 더 높은 주파수 스펙트럼(62)의 내용은 도 3의 e에서 직선으로 도시된 바와 같이 강화된다.

예 3

CD 오디오의 경우, 디지털 신호는 0-22.05㎑의 스펙트럼을 갖는다. 11-22㎑의 범위에서 스펙트럼을 강화시키는 것이 바람직하다고 가정하자. 이는 예를 들어 5.5-11㎑의 범위에 대하여 대역 통과 필터로서 제 1 필터(21)를 설계함으로써 그리고 11-22㎑의 범위에 대하여 대역 통과 필터로서 제 2 필터(23)를 설계함으로써 달성될 수 있다.

이 경우, 디지털 신호를 포함한다 하더라도, 어떠한 업 샘플링도 요청되지 않음에 유념하라.

도 4a는 본 발명에 따른 장치(101)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 장치(101)는 상기에 기술된 바와 같은 신호 처리 장치(1)를 포함한다.

도면은 RF 안테나, SACD, DVD, CD, 예를 들어 MP3 파일들을 갖는 CD-ROM, 테이프 카세트, 비닐 레코드(vinyl record), 또는 정보를 정보 캐리어에서 광학 또는 전기 신호로 변환하도록 하는 장치일 수 있는 신호 소스(102)를 도시한다. 그러나, 이 리스트는 이에 한정되지 않으며, 당업자라면 명백히 알 수 있다. 도면은 또한 CD-굽기, 전기 신호 또는 RF 신호일 수 있는 출력 수단을 도시한다. 그러나, 이 또한 이에 한정되지 않으며, 당업자라면 명백히 알 수 있다.

도 4b는 본 발명에 따른 정보 캐리어(110)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 정보 캐리어(110)는 처리기(도시되지 않음)에 의해 판독되고 실행될 수 있는 명령들을 전달하며, 그 명령들은 예를 들어 상기 처리기가 상술된 바와 같이 본 발명의 신호 처리를 수행할 수 있게 한다.

도시된 바와 같이 이 실시예에서, 정보 캐리어(110)는 디스켓이다. 그러나, 정보 캐리어(110)는 상이한 타입일 수 있으며, 예를 들어 정보 캐리어(110)는 CD-ROM, 플래시 카드 또는 인터넷과 같은 WAN과 연결된 대량 저장 장치로서 구현될 수 있다. 또한 다른 타입의 정보 캐리어도 가능하며, 당업자라면 명백히 알 수 있을 것이며, 본 발명의 범위내에 있다.

따라서, 본 발명은 신호 스펙트럼의 더 높은 주파수 부분을 강화 및/또는 확장함으로써 오디오 신호 인지 향상에 성공한다. 본 발명은 예를 들어, 전송 경로 또는 기록 매체의 계획된 및/또는 본래의 한계들로 인해, 신호 스펙트럼이 대역폭 제한되거나 및/또는 불만족스러운 내용을 갖는 다른 타입의 경우들에서의 적용에 적합하다. 본 발명이 적용 가능한 특정 예들이 있으며, 이는 즉 인터넷 오디오, MP3로 압축된 음악, 스포큰-북, 고정 전화기, 이동 전화기, 일반적으로 (텔레비전, 라디오, 테이프, CD 등) 사운드 재생 장치이다.

본 발명이 상기된 예들에 한정되지 않으며, 첨부한 청구항들에서 규정된 바와 같이, 대안예, 보정예, 수정예 및 변화예들이 본 발명의 범위내에서 가능함을 당업자라면 명백히 알 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명은 한 신호에 관하여 기술되었다. 예를 들어 스테레오 사운드와 같은 다중 채널 신호들의 경우, 상기된 바와 같은 처리는 다른 채널들과 관계없이 각 채널에 대해 수행된다.

게다가, 본 발명은 상술된 바와 같은 필터 특징들에 한정되지 않으며, 다른 세팅들도 역시 가능하다. 예를 들어, 제 2 필터(23)는 기술된 것보다 더 넓은 대역폭 BW3을 가질 수 있다.

또, 본 발명의 시스템의 구성 성분들은 원하는 바대로 아날로그 구성 성분 또는 디지털 구성 성분들로 구현될 수 있다. 구성 성분들은 개별 구성 성분들일 수 있으며, 한 구성 성분으로 통합될 수 있다. 또한, 본 발명은 소프트웨어에서 기능적 모듈들로서 구현될 수 있다.

Claims (29)

1. 사운드 신호(S_OR)를 처리하는 방법에 있어서,

   고조파 신호들(52; 64)은 오리지널 신호(S_OR)의 적어도 일부분(51; 63)에 기초하여 발생되며,

   상기 고조파 신호들의 적어도 일부분(53; 65)은 상기 오리지널 신호(S_OR)와 결합되는, 사운드 신호 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고조파 신호들의 상기 일부분(53; 65)과 상기 오리지널 신호(S_OR)가 가산되는, 사운드 신호 처리 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고조파 신호들의 상기 일부분(53; 65)은 상기 오리지널 신호(S_OR)와 결합되기 전에 증폭되거나 감소되는, 사운드 신호 처리 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)는 상기 고조파 신호들의 상기 일부분(53; 65)과 결합되기 전에 지연되는, 사운드 신호 처리 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)의 상기 일부분(51; 53)은 한 오타브의 주파수 범위에 대응하는, 사운드 신호 처리 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)는 상한 주파수(upper frequency limit)를 갖는 스펙트럼을 가지며, 상기 오리지널 신호(S_OR)의 상기 부분(51)은 상기 상한 주파수 아래의 최대 오타브에 대응하는, 사운드 신호 처리 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)는 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)과 인접한 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)을 갖는 스펙트럼(60)을 가지며, 상기 오리지널 신호(S_OR)의 상기 부분(63)은 상기 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)내의 가장 높은 옥타브에 대응하는, 사운드 신호 처리 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)는 상한 주파수를 갖는 스펙트럼을 가지며, 상기 고조파 신호의 상기 부분(53)은 그 상한 주파수에서 상기 오리지널 신호(S_OR)의 스펙트럼에 인접하는, 사운드 신호 처리 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고조파 신호들의 상기 일부분(53; 65)은 한 오타브의 주파수 범위에 대응하는, 사운드 신호 처리 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)는 상한 주파수를 갖는 스펙트럼을 가지며, 상기 고조파 신호들의 상기 부분(53)은 상기 상한 주파수 상의 첫 번째 옥타브에 대응하는, 사운드 신호 처리 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 오리지널 신호(S_OR)는 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61)과 인접한 더 높은 주파수 스펙트럼 부분(62)을 갖는 스펙트럼(60)을 가지며, 상기 고조파 신호들의 상기 부분(65)은 상기 더 낮은 주파수 스펙트럼 부분(61) 상의 첫 번째 옥타브에 대응하는, 사운드 신호 처리 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고조파 신호들은 비선형 장치에 의해 발생되는, 사운드 신호 처리 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 고조파 신호들은 반파 정류기 또는 전파 정류기, 또는 반파 적분기 또는 전파 적분기, 또는 클리퍼, 또는 리미터에 의해 발생되며, 반파 정류기 또는 전파 정류기가 가장 바람직한, 사운드 신호 처리 방법.
14. 신호 처리 시스템(1)에 있어서,

    오리지널 사운드 신호(S_OR)를 수신하는 입력(2)과, 출력 신호(S_OUT)를 제공하는 출력(3)과,

    상기 시스템(1)의 출력(3)과 연결된 출력을 갖는 결합기(30)와,

    상기 입력(2)과 상기 결합기(30)의 제 1 입력간의 상기 오리지널 신호(S_OR)를 전송하기 위한 제 1 신호 전송 경로(10)와,

    상기 입력(2)과 상기 결합기(30)의 제 2 입력간의 제 2 신호 전송 경로(20)를 포함하며,

    상기 제 2 신호 전송 경로(20)는 상기 오리지널 사운드 신호(S_OR)에 기초하여 고조파 신호(S2)를 발생시키도록 배열된 처리 장치(22)를 포함하는, 신호 처리 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 결합기(30)는 가산기를 포함하는, 신호 처리 시스템.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 신호 전송 경로(10)는 지연 장치(11)를 포함하는, 신호 처리 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 신호 전송 경로(10)에서 지연은 상기 제 2 신호 전송 경로(20)에서 지연과 실질적으로 매치하는, 신호 처리 시스템.
18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 장치(22)와 결합기(30)간의 신호 경로에서 감쇠기 또는 증폭기(24)를 더 포함하는, 신호 처리 시스템.
19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 입력(2)과 처리 장치(22)간의 제 2 신호 전송 경로(20)에서 제 1 필터(21)를 더 포함하는, 신호 처리 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 필터(21)는 오리지널 신호(S_OR)의 스펙트럼(50; 60)의 일부인 스펙트럼(51; 63)을 갖는 신호(S1)를 출력하도록 배열되는, 신호 처리 시스템.
21. 제 20 항에 있어서, 제 1 필터(21)의 출력 신호(S1)의 스펙트럼(51; 63)은 제 1 소정의 기준 주파수(59; 66) 아래의 대략 1 옥타브의 대역폭(BW1)을 갖는, 신호 처리 시스템.
22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 장치(22)와 결합기(30)간의 제 2 신호 전송 경로(20)에서 제 2 필터(23)를 더 포함하는, 신호 처리 시스템.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 필터(23)는 처리 장치(22)의 출력 신호(S2)의 스펙트럼(52; 64)의 일부인 스펙트럼(53; 65)을 갖는 신호(S3)를 출력하도록 배열되는, 신호 처리 시스템.
24. 제 23 항에 있어서, 제 2 필터(23)의 출력 신호(S3)의 스펙트럼(53; 65)은 제 2 소정의 기준 주파수(59; 66) 위의 대략 1 옥타브의 대역폭(BW3)을 갖는, 신호 처리 시스템.
25. 제 21 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 소정의 기준 주파수(59; 66)는 상기 제 1 소정의 기준 주파수(59; 66)와 실질적으로 일치하는, 신호 처리 시스템.
26. 제 14 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비선형 처리 장치(22)는 전파 정류기 또는 반파 정류기로 구현되는, 신호 처리 시스템.
27. 제 14 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 입력 신호(S_OR)를 업샘플링(upsampling)하는 수단을 더 포함하며, 상기 업샘플링 입력 신호(S_OR)를 필터링하는 저역 통과 필터 수단을 더 포함하는, 신호 처리 시스템.
28. 제 14 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 적절히 프로그램된 처리기로서 구현되는, 신호 처리 시스템.
29. 처리기에 의해 판독 및 실행될 수 있는 명령들을 전달하는, 정보 캐리어(110)로서,

    상기 명령들은, 상기 처리기가 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행할 수 있도록 하는, 정보 캐리어.