KR20040082906A - 디지털 음성 혼합 방법 및 배경음악서비스 시스템 - Google Patents
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Abstract
아날로그 음성은 표본화 및 정량화에 의하여 디지털로 코딩되어 디지털 망으로 전송되는데, 망에서 대부분 ITU-T Rec. G.711의 A-Law 또는 Mu-Law 코딩 방식을 사용한다. G.711 방식은 비선형 코딩 방식이므로 이들 음성을 선형 코드로 변환하고, 변환된 음성 데이터를 부호있는 가산을 함으로써 음성을 혼합하고, 혼합된 선형의 음성 데이터를 G.711 방식으로 다시 변환하여 전송함으로써 디지털로 음성혼합을 이룰 수 있다. 본 발명은 망에서 디지털로 전송되는 여러 통화자의 음성을 디지털로 혼합하는 방식에 있어서 디지털 혼합 방법, 디지털 음성 증폭 및 감쇄 방법, 3자 통화의 디지털 음성 혼합 방법, 배경음악과 혼합된 통화의 디지털 음성 혼합 방법, 및 이러한 방법을 사용하는 장치를 제안한다.
Description
본 발명은 음성전화망에서 디지털로 전송되는 여러 통화자의 음성을 혼합하는 방법과 장치에 관한 것으로서, 소규모 장치에서 고품질의 대규모 음성데이터를 처리하는데 적합하다. 본 발명은 디지털 혼합 방식을 특징으로 하여, 3자 통화의 디지털 음성 혼합 방법과 배경음악을 제공하는 디지털 음성 혼합 방법과 이러한 기능을 제공하는 장치를 제안한다. 이러한 장치를 이용한 서비스는 기존 음성전화망과 인터넷을 통하여 수행될 수 있다. 최근의 VoIP(Voice over IP) 추세에 따라 음성 게이트웨이 들이 개발되고 있는데 본 발명의 장치는 게이트웨이로 동작하면서 배경음악 서비스 등의 새로운 서비스를 창출한다.
본 발명은 음성전화망에서 서로 다른 음성을 의도적으로 혼합하여 제공하는 서비스에 사용될 수 있는 디지털 음성혼합 방법과 그 응용에 관한 것이다. 서로 다른 두 종류의 소리 또는 음성을 나타내는 전기적 신호를 하나의 전기적 신호로 혼합하기 위하여 전기적 신호를 가산하는 아날로그 방식이 일반적으로 많이 사용하고 있고, 대부분 한 가입자 또는 소규모 단일 장치내에서의 처리에 주로 사용한다. 응용 예로는 TV 또는 VTR 등에서 영상과 음성 데이터를 혼합하는 장치 등이 있다. 이러한 아날로그 방식은 사용하는 아날로그 소자의 특성에 의하여 신호를 혼합 또는 전송하면서 의도하지 않은 잡음이 추가되며, 이러한 잡음을 줄이기 위해서는 장치의 가격이 상승한다. 음성전화망에서도 3자 통화 서비스 등에 음성 혼합 기술이 사용된다. 음성전화망에서는 가입자선 이외에는 음성정보가 디지털로 전송되기 때문에 음성을 혼합하기 위해서는 두가지 방법이 사용될 수 있다. 각 디지털 신호를 아날로그로 변환한 다음 두 신호를 가산하고 다시 디지털로 변환하거나, 또는 디지털신호처리(DSP:Digital Signal Processing) 소자를 사용하는 방법 가운데 대부분 디지털신호처리 소자를 사용하고 있으며, 디지털신호처리 기술이 필요한 반향제거 및 반향억제, 음성 안내 등의 다른 서비스와 통합하여 제공된다. 이러한 디지털신호처리 방식은 소자의 가격이 비싸기 때문에 고가의 장치가 된다. 따라서 본 발명은 음성전화망에서 서로 다른 디지털 음성데이터를 혼합하는 방식을 사용함으로써 장치에 의한 잡음의 영향을 배제할 수 있으며, 디지털신호처리 소자를 사용하지 않음으로써 저렴하게 장치를 구현할 수 있다. 이러한 기술은 최근의 PLD(Programmable Logic Device) 소자기술과 VHDL(Very high speed Hardware Description Language) 프로그램 방식을 이용하는 환경의 변화에 의한 것이며, 개발 및 실험 그리고 장치의 안정적 동작 등에서도 유리하다.
아날로그 음성을 디지털데이터로 변환하는 방법은 여러 가지가 있다. 공중망에서는 주로 ITU-T 권고의 음성압축 방식을 사용하는데 음성압축 방식으로는 ITU-T (TELECOMMUNICATION STANDARDIZATION SECTOR OF INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION) 권고 G.711, G.722, G.723, G.726, G.727, G.728, G.729 등이 있는데 이들 방식은 모두 사람의 귀 수신 특성을 이용하여 아날로그 신호의 고주파성분을 줄이거나 또는 높은 소리의 크기를 감소시키는 기술로 비선형 압축방법을 사용한다. 기존 공중전화망에서는 모두 음성을 64kbps로 압축하는 G.711을 사용하고, 인터넷을 통한 패킷 음성데이터 전송에서는 음성을 더욱 압축한 5.3～6.3kbps G.723과 8kbps G.729 등이 많이 사용된다. G.711에서 권고하는 압축 방식에서 A-Law는 유럽방식으로 13비트 선형코드와 대응하는 방법이며, Mu-Law는 북미 방식으로 14비트 선형코드와 대응하는 방법이다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 음성전화망에서 서로 다른 디지털 음성데이터를 혼합하는 방식을 사용함으로써 장치에 의한 잡음의 영향을 배제하고, 디지털신호처리 소자를 사용하지 않음으로써 저렴하게 장치를 구현하는데 있으며, 이러한 기술의 실현은 최근의 PLD(Programmable Logic Device) 소자기술과 VHDL(Very highspeed Hardware Description Language) 프로그램 방식을 이용하는 환경의 변화에 기인한 것이며, 개발, 실험 및 장치의 안정적 동작 등에서도 유리하다.
도1: 장치의 기능 블록도.
도2: 디지털 음성 혼합 방법 블록도.
도3: 3자 통화의 디지털 음성 혼합 방법 블록도.
도4: 배경 음악과 혼합된 통화의 디지털 음성 혼합 방법 블록도.
도5: A-Law 및 Mu-Law 코드를 선형코드로 변환하는 코드변환표.
도6: 선형코드를 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 변환하는 코드변환표.
여러 개의 아날로그 신호가 합해진 신호를 디지털로 변환하는 것은 각 아날로그 신호의 디지털 값을 합한 것과 거의 같다. 디지털로 변환할 때의 정량화 방식은 선형 방식의 코드이어야 하며, 약간의 정량화 오류는 포함될 수 있다. 음성의 경우 공중교환전화망(PSTN:Public Switch Telephone Network)에서는 귀의 특성 및 전송 대역 등을 감안하여 주로 A-Law 또는 Mu-Law 방식의 비선형 코드를 사용한다. 따라서 여러 개의 음성을 혼합하는 신호를 생성하기 위해서는 A-Law 또는 Mu-Law 방식의 비선형 코드를 선형코드로 변환한 다음 각 변환 신호를 단순히 가산하고, 이를 다시 역변환함으로써 구현할 수 있다.
도1은 장치의 기능 블록도이다. 도면에서 프로세서부(101)는 Motorola사의 MPC8260과 같은 프로세서와 플래시 ROM(Read Only Memory)과 RAM(Random Access Memory)으로 구성되어 프로세서 버스(108)을 거쳐 장치의 전체기능을 제어하는 기능을 수행하며, 이더넷으로부터 배경음악 등의 기계 음성 데이터를 RAM에 저장할 수 있고, 또 RAM에 있는 기계 음성 데이터를 직렬버스를 통하여 스위치부로 전달하고, WAN(Wide Area Network) 정합부와 스위치부를 통하여 수신된 호처리 데이터는 호처리 프로토콜에 따라 호설정/해제에 관련된 호처리를 수행한다. WAN 정합부(102)는 TDM(Time Division Multiplex) 기반의 디지털선로 신호와 정합하여 직렬 음성 데이터를 음성혼합부로 전달한다. 음성혼합부(103)는 EPLD(ErasableProgrammable Logic Device)를 사용하여 프로세서부의 제어에 따라 음성혼합 및 음성데이터 증폭/감쇄 기능을 수행하는데, 프로세서부의 기계음성을 스위치부로부터 수신하여 증폭 및 감쇄 기능을 수행하고 WAN 정합부에서 전달된 음성과 혼합하여 스위치부로 전달하거나 스위치부에서 전달된 음성과 혼합하여 WAN 정합부로 전달하는 기능을 수행한다. 스위치부(104)는 프로세서부, 음성혼합부 및 신호처리부의 디지털 신호를 직렬버스로 입력하여 상호 교환하는 기능을 수행한다. 신호처리부(105)는 WAN 정합부에서 입력된 디지털 데이터로부터 DTMF(Dual Tone Multi-Frequency) 신호를 검출하는 기능과 R2MFC(Revision-2 Multi-Frequency Code) 신호를 검출 또는 전송하는 기능과 스위치부에서 전달된 음성 데이터를 변환하여 IP(Internet Protocol) 패킷으로 변환하여 Ethernet으로 전송하거나 이의 역변환 기능을 수행한다. 망동기부(106)는 PLL(Phase Lock Loop) 소자를 사용하여 WAN 정합부와 음성혼합부와 스위치부와 프로세서부 간의 직력 데이터를 전송하는 동기 신호를 생성하는 기능을 수행하기 위하여 8KHz 및 2.048MHz 동기신호 등을 생성한다. 프로세서버스(107)는 주소와 데이터의 병렬버스로서 프로세서의 제어에 따라 WAN 정합부와 음성혼합부와 스위치부와 신호처리부의 기능을 제어하는데 사용된다. 본 장치는 기계음성으로는 안내 음성과 배경 음악을 사용할 수 있으며, 따라서 프로그램의 처리에 따라 전화음성망과 인터넷을 통하여 3자통화 및 배경음악 서비스를 제공할 수 있으며, 신호처리부의 DTMF 수신신호를 분석하고 이를 원격 가입자가 서비스를 제어하는 용도로 사용할 수 있는데 본 장치에서는 배경 음악의 음량을 제어하는데 사용할 수 있으며, 신호처리부의 R2MFC 송수신 처리를 통하여 R2MFC 신호절차를 사용하는 PABX(Private Automatic Branch Exchange)와의 접속도 가능하며, 프로세서부의 프로그램에 의한 공통선 신호방식에 의한 국간 신호정합 장치로도 동작할 수 있는 능력을 특징으로 한다.
도2는 도1의 음성혼합부(103)에서 수행하는 디지털 음성 혼합 방식에 관한 것이다. 도면에서 디지털 음성 데이터 A 및 B(201)가 입력되면, 선형변환부(202)에서 ITU-T 권고 G.711의 A-Law 및 Mu-Law와 선형코드와의 관계로부터 입력데이터를 선형코드 변환한다. 선형코드 변환의 예로는 입력 데이터가 코딩된 방식에 따라 병렬 데이터의 하위 7비트를 주소로 사용하여 도면 5의 데이터가 저장된 메모리의 값을 읽고 병렬데이터의 MSB를 역변환하여 메모리에서 읽은 값의 부호비트로 사용함으로써 수행될 수도 있다. 선형 변환된 데이터는 부호있는 가산부(203)로 전달되어 부호있는 가산기 기능을 수행한다. 부호있는 가산부의 결과는 비선형변환부(204)로 전달되어 ITU-T 권고 G.711의 A-Law 및 Mu-Law와 선형코드와의 관계로부터 가산된 선형코드를 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 변환한다. 비선형변환부의 출력 데이터는 두개의 입력 데이터가 아날로그로 가산된 신호의 디지털값에 근사한 신호가 된다(205). 선형코드를 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 변환하는 예로는 선형코드의 부호비트를 제외한 하위 비트로 주소를 사용하여 도면 6의 데이터가 저장된 메모리의 값을 읽고 선형코드의 MSB(Maximum Significant Bit)를 역변환하여 메모리에서 읽은 값의 부호비트로 사용함으로써 수행될 수도 있다. 이렇게 변환된 신호는 입력 신호 A와 B의 혼합 신호가 된다. 여기서 선형코드의 합은 부호있는 가산기로 구현할 수 있는데, 모두 양 또는 음의 신호의 합에서 Overflow가 발생하면, 이 경우 양또는 음의 최대값으로 할당한다.
도3은 3자 통화의 디지털 음성 혼합 방식에 관한 것으로 도1의 음성혼합부(103)에서 수행하는 기능의 응용이다. 도면에서 3개의 디지털 음성 데이터 A, B 및 C(301)가 입력되면, 선형변환부(302)에서 ITU-T 권고 G.711의 A-Law 및 Mu-Law와 선형코드와의 관계로부터 각각의 입력데이터를 각각의 선형코드로 변환한다. 선형코드 변환의 예로는 입력 데이터가 코딩된 방식에 따라 병렬 데이터의 하위 7비트를 주소로 사용하여 도면 5의 데이터가 저장된 메모리의 값을 읽고 병렬데이터의 MSB를 역변환하여 메모리에서 읽은 값의 부호비트로 사용함으로써 수행될 수도 있다. 선형변환된 각 음성데이터는 두개의 서로 다른 데이터를 조합하는 형태로 하여 3개의 부호있는 가산부(303)로 전달되어 부호있는 가산기 기능을 수행한다. 부호있는 가산부의 각각의 결과는 비선형 변환부(304)로 전달되어 ITU-T 권고 G.711의 A-Law 및 Mu-Law와 선형코드와의 관계로부터 가산된 선형코드를 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 변환한다. 비선형 변환부의 출력 데이터는 두개의 입력 데이터가 아날로그로 가산된 신호의 디지털 값에 근사한 신호가 되고, 이러한 데이터를 음성이 혼합되지 않은 나머지 한 가입자에게 전달한다(305). 이렇게 함으로써 3자 통화서비스가 이루어진다. 선형코드를 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 변환하는 예로는 선형코드의 부호비트를 제외한 하위 비트로 주소를 사용하여 도면 6의 데이터가 저장된 메모리의 값을 읽고 선형코드의 MSB(Maximum Significant Bit)를 역변환하여 메모리에서 읽은 값의 부호비트로 사용함으로써 수행될 수도 있다. 이렇게 변환된 신호는 입력 데이터 A와 B의 혼합 신호가 된다. 여기서 선형코드의 합은 부호있는 가산기로 구현할 수 있는데, 모두 양 또는 음의 신호의 합에서 Overflow가 발생하면, 이 경우 양 또는 음의 최대값으로 할당한다.
도4는 배경 음악과 혼합된 통화의 디지털 음성 혼합 방식에 관한 것으로 도면3에서 가입자C의 음성 대신 저장된 음악 데이터 M이 디지털 음성데이터 A 및 B와 각각 혼합된다. 도면에서 음성 데이터 A와 음성 데이터 B와 서비스될 음악 데이터 M이 각각 G.711 코드로 입력되고(401), 선형변환부(402)에서는 입력된 각 데이터의 비선형 코드를 선형코드로 변환하고, 증폭/감쇄부(403)에서는 음악 데이터 M를 디지털로 증폭 및 감쇄시키고, 부호있는 가산부(404)에서 음성데이터 A와 음악데이터 M 그리고 음성데이터 B와 음악데이터 M을 각각 부호있는 가산기로 음성혼합을 수행하고, 비선형변환부(405)에서는 상기의 혼합된 선형 음성데이터를 G.711의 A-Law 또는 Mu-Law로 비선형 변환하고, 음성데이터 A와 음악데이터 M이 혼합된 비선형 데이터는 B 가입자에게, 그리고 음성데이터 B와 음악데이터 M이 혼합된 비선형 데이터는 A 가입자에게 출력(406)한다. 이렇게 함으로써 통화중인 A와 B 가입자가 음악 M을 배경으로 통화하는 서비스가 이루어진다.
도5는 선형변환을 나타낸 것이다. 선형변환은 A-Law 또는 Mu-Law의 코드를 선형코드로 변환하기 위한 것으로, 변환된 Linear 코드의 값은 A-Law의 경우 4096～4096 까지 값이 존재하며, 따라서 부호비트를 제외하고 12비트 사용되고, Mu-Law의 경우 8159～8159까지 값이 존재하며, 따라서 부호비트를 제외하고 13비트 사용된다. A-Law 또는 Mu-Law의 8비트 가운데 하위 7비트를 메모리의 주소로 사용하여 선형코드의 크기를 읽고, 변환전 코드의 MSB를 역변환하여 변환후의 MSB로 사용한다. 비트 코드에 할당된 값은 정량화된 128개를 메모리에 저장하여 읽는데 사용한다.
도6은 선형코드를 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 변환하기 위한 메모리의 코드변환 관계를 나타낸 것이다. 선형코드를 G.711의 A-Law 또는 Mu-Law로 변환하는 것은 선형코드의 MSB를 제외한 비트로 메모리의 주소로 사용하여 메모리의 데이터를 읽어오는 방식을 사용하면 8192x7 bits 이하의 메모리 용량으로 고속 처리가 가능하다. 메모리를 읽은 다음 선형코드의 MSB(Maximum Significant Bit)를 역변환하여 변환된 코드의 MSB로 사용한다.
본 발명은 음성전화망에서 서로 다른 디지털 음성데이터를 혼합하는 방식을 사용함으로써 장치에 의한 잡음의 영향을 배제할 수 있으며, 디지털신호처리 소자를 사용하지 않음으로써 저렴하게 장치를 구현할 수 있다. 이러한 기술은 최근의 PLD(Programmable Logic Device) 소자기술과 VHDL(Very high speed Hardware Description Language) 프로그램 방식을 이용하는 환경의 변화에 의한 것이며, 개발 및 실험, 장치의 안정적 동작 및 원격제어에 의하여 음량을 제어할 수 있다.
Claims (4)
- 음성혼합 및 배경음악서비스를 제공하는 장치에 있어서,마이크로컴퓨터의 프로세스 유니트, 읽기전용메모리 및 랜덤 액세스 메모리를 구비하고 이더넷 정합부와 시분할 멀티플렉서 정합 기능을 갖는 프로세서부(101)와,상기 시분할 멀티플렉서 기반의 광역망을 정합하는 광역네트워크 정합부(102)와,상기 프로세서부의 제어에 따라 지움 및 프로그램 가능한 로직 디바이스를 사용하여 음성을 혼합하고 음성데이터 증폭/감쇄 기능을 수행하는 음성혼합부(103)와,상기 광역 네트워크 정합부에서 입력된 데이터로부터 이중톤 다중 주파수 신호를 검출하고 리비젼2 다중주파수 코드 신호를 검출 또는 전송하여 스위칭부와,상기 스위칭부에서 전달된 음성 데이터를 변환하여 인터넷 프로토콜 패킷으로 변환하여 이더넷으로 전송하거나 이의 역변환 기능을 수행하는 신호처리부(105)와,상기 광역네트워크 정합부와 음성혼합부와 스위치부와 프로세서부간에 직렬 데이터를 전송하기 위한 동기 신호를 생성하는 기능을 수행하는 망동기회로부(106)를 구비하고 서로 다른 음성을 혼합함으로써 3자 통화 및 배경음악 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 디지털음성혼합 및 배경음악서비스시스템.
- 제1항에 있어서,상기 디지털 음성을 혼합하는 음성혼합부는 A-Law 또는 Mu-Law 방식으로 코딩된 2개의 디지털 음성 데이터를 입력하여 각각의 입력신호를 선형코드로 변환하는 선형변환부와,상기의 선형코드로 변환된 2개의 디지털 음성데이터를 부호가 있는 가산기로 가산을 수행하는 가산부와,상기의 부호를 포함하여 가산된 선형코드를 비선형 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 역변환하는 비선형변환부를 구비한 것을 특징으로 하는 디지털음성혼합 및 배경음악서비스시스템.
- 제1항에 있어서,상기 디지털 음성을 혼합하는 음성혼합부는 A-Law 또는 Mu-Law로 코딩된 3개의 비선형 디지털 음성 데이터를 입력하여 각각의 입력신호를 선형코드로 변환하는 선형변환부와,상기의 선형코드로 변환된 3개의 디지털 음성데이터를 2씩 조합하여 자신의 음성을 제외한 다른 2개의 음성을 수신하는 형태로 3자 통화에 필요한 데이터를 생성하는 방식으로 부호가 있는 가산을 수행하는 가산부와,상기의 부호를 포함하여 가산된 각각의 선형코드를 각각 비선형 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 역변환하는 비선형변환부와,상기의 비선형 음성혼합 데이터를 음성이 혼합되지 않은 나머지 한 가입자에게 전달하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 디지털 3음성혼합 및 배경음악서비스시스템.
- 제1항에 있어서,상기 디지털 음성을 혼합하는 음성혼합부는 A-Law 또는 Mu-Law로 코딩된 2개의 비선형 디지털 음성 데이터와 1개의 비선형 디지털 음악 데이터를 입력하여 각각의 입력신호를 선형코드로 변환하는 선형변환부와,상기의 음악 데이터를 디지털로 증폭 및 감쇄시키는 증폭/감쇄부와 상기의 선형코드로 변환된 2개의 디지털 음성데이터 각각을 증폭감쇄된 디지털 음악데이터와 부호가 있는 가산기로 음성혼합을 수행하는 하여 배경음악 서비스에 필요한 데이터를 생성하는 방식으로 부호가 있는 가산을 수행하는 가산부와,상기의 부호를 포함하여 가산된 각각의 선형코드를 각각 비선형 A-Law 또는 Mu-Law 코드로 역변환하는 비선형변환부와 상기의 비선형 음성혼합데이터를 음성혼합 되지 않은 나머지 한 가입자에게 전달하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 디지털 음성혼합 및 배경음악서비스시스템.
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