KR20050005472A - 오디오 네트워크 분산 시스템 - Google Patents

오디오 네트워크 분산 시스템 Download PDF

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KR20050005472A KR10-2004-7017970A KR20047017970A KR20050005472A KR 20050005472 A KR20050005472 A KR 20050005472A KR 20047017970 A KR20047017970 A KR 20047017970A KR 20050005472 A KR20050005472 A KR 20050005472A
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Abstract

오디오 분산 네트워크 시스템(20)은 홈 자동화 시스템이 음성 피드백, 상태 및 네트워트 스피커(100)를 통한 오디오로의 제어를 수락하는 홈 네트워크로 통합되는 오디오 분산 시스템이 창출되는 것을 허여한다.

Description

오디오 네트워크 분산 시스템{AUDIO NETWORK DISTRIBUTION SYSTEM}
현재, 대부분의 오디오 스피커는 아날로그 또는 디지털 오디오 신호를 수신하는 패시브 장치(passive device)이다. 몇몇 개선된 모델들은 또한 추가 유선 운영을 통해 통신될 수 있는 제한된 자기진단 회로를 구비하고 있다. 이러한 스피커들은 통상 프리-앰프 및 앰플리파이어를 스위칭하는 소스 또는 랙(rack)에 전선으로 연결된다. 이 접근 방식이 갖는 문제점은 이러한 시스템이 그다지 유연하지 않다는 것이다. 시스템이 설치된 후 추가적인 비용을 들여 컴포넌트를 구매하여 설치하지 않고 벽 또는 다른 위치에 내장된 스피커를 통해 들려질 수 있는 오디오 소스를 확장하는 것은 어렵다. 다른 오디오 소스는 홈 컨트롤 시스템 음성 통신, 인터콤 오디오, CD-ROM 게임용 사운드트랙, 고체-상태 사운드 메모리로서 포함한다. 디지털 오디오 방송 시스템, 및 인터넷 오디오도 현재의 시스템이 처음부터 이를 입력하고 처리하도록 설계되지 않았다면 미래 날짜에 현재의 스피커를 통해 쉽게 추가되고 라우팅될 수 없을 것이다. 이는 주로 새로운 오디오 압축 포맷의 계속되는 확산 때문이다. 고음질 디지털 오디오 데이터는 저장하기 위한 많은 하드 디스크 공간(또는 전송하기 위한 채널 대역폭)을 취한다. 이때문에 많은 기업들이 더 작은 이진 풋프린트(footprint)를 허용하는 비트 스트림의 압축 및 코딩에 노력해 왔다. 이는 고음질 음악이 더 적은 저장 공간을 차지하고 더 소량의 데이터, 따라서 더적은 대역폭으로 거대한 네트워크를 통해 운반되는 것을 허용한다. 그러나, 이러한 새로운 압축 및 인코딩 포맷은 확성기로 재생되기 전에 오리지널 오디오를 재구성하기 위해 비압축 및 디코딩이 수행될 것을 요구한다. 현재 오디오 시스템이 설치시에 알려진 오디오 포맷만을 재구성하도록 제한된다면, 오디오 시스템은 급속히 폐물이 될 것이다.
많은 새로운 제품들은 무선 네트워크 가능성을 갖고 있으나, 장치의 범위 내에서 유선 네트워크에 쉽게 접근할 수 있는 무선 브리징(bridging)의 결여로 여전히 홈 네트워크에 쉽게 접속될 수 없다. 이는 무선 장치가 PDA와 같은 핸드헬드 모바일 유닛인 경우 특히 문제가 될 수 있고, 엑세스 포인트의 결여로, 집안의 모든 룸(room)과 통신할 수가 없다.
오디오를 제어하고 홈 자동화를 시행하는 현재의 접근은 종종 부담이 된다. 룸 오디오 레벨이 조절되도록 허용하는 사운드 시스템 리모트는 룸 조명이 약해지는 것을 허용하지 않는다. 그러므로, 각 기능에 대한 서로 다른 리모트 컨트롤러가 필요된다. 그리고 사용자들은 별개의 다중 오디오 및 다른 홈 네트워크 컨트롤 유닛을 벽 안에 배치하여 발생되는 "wall clutter"를 좋아하지 않는다. RF로 알려진 무선 주파수, IR로 불리는 적외선과 같은 이 문제에 대한 무선 솔루션은 제한을 갖고 있다. RF에 대한 가장 큰 제한은 많은 인용에서, 통신 문제를 야기하는 RF 배경 잡음이 매우 높고, 초과 RF는 건강을 고려하게 할 수도 있다는 것이다. IR 제한은 IR이 "목시선(line of sight)"에서만 효과적이고, 제어되어야 할 홈 자동화 장치는 다른 룸에 있을 수 있다는 것이다. 이러한 문제들은 현재 빌딩 및 현존 시스템에영향을 주는 최소의 변화가 요구되는 갱신 상황에서 복합화된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 네트워크화된 스피커를 제공하여, 홈 자동화 시스템이 음성 피드백, 상태(status), 및 심지어 네트워크 스피커를 통한 오디오로의 제어를 허여하는 홈 네트워크로 통합되는 오디오 분산 시스템이 창출될 수 있도록 하는 것이다. 상기 네트워크는 사용자가 무슨 일이 일어나고 있는지를 알게 해야 하고, 시스템을 사용하는 방법에 대한 매우 직관적인 설명을 제공해야 한다. 이것은 오디오 스피커가 쉽게 새로운 오디오 소스를 조정하고 허용하며, 가정 내 무선 엑세스 포인트가 되며, 설치된 네트워크에 무선 브리지를 제공하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적 및 특징들은 다음의 첨부되는 도면과 함께 명세서의 정독으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 오디오 분산 시스템의 회로도이다.
도 2는 도 1에서 보여지는 시스템의 네트워크 스피커 실시예의 회로도이다.
도 3은 또다른 네트워크 스피커 실시예의 회로도이다.
도 4는 또다른 네트워크 스피커 실시예의 회로도이다.
도 5는 또다른 네트워크 스피커 실시예의 회로도이다.
도 6은 또다른 네트워크 스피커 실시예의 회로도이다.
도 7은 도 2 내지 도 6의 네트워크 스피커 실시예에서 사용되는 코덱(CODEC) 회로의 회로도이다.
도 8은 도 1에서 보여지는 시스템에서 사용되는 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러의 회로도이다.
도 9는 파워 옵션을 포함하는 네트워크 스피커의 회로도이다.
도 10은 배터리 전력공급형 옵션 및 에너지 저장 모듈을 포함하는 네트워크 스피커이다.
오디오 분산 네트워크 시스템(20)(도 1)은 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP) 기반 네트워크 백본(200)에 연결된 복수의 스피커 노드 유닛(100)을 포함한다. 또한, 네트워크 백본(200)에는 네트워크화된 오디오 소스 노드 장치(300), 인터넷 서비스 인터페이스(400), 및 레가시 컨버터/컨트롤러(600)가 연결된다. 레가시 소스(500)는 네트워크를 통해 전송되기 위한 패킷 교환형 디지털 코딩으로 변환될 아날로그 또는 디지털 선형 PCM(Pulse Coded Modulation) 오디오를 제공한다. 이는 또한 네트워크를 가로질러 전송되기 위한 패킷 교환형 디지털 코딩으로의 변환뿐만 아니라, 상태 피드백 제어를 위해 사용될 아날로그 비디오를 제공할 것이다. 또한, 상기 레가시 소스(500)는 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)와 또한 통신하는 컨버터/컨트롤러(600)로부터 직렬 명령(serial command) 또는 IR을 또한 수신할 것이다. 몇몇 레가시 소스(500)는 컨버터/컨트롤러(600)에 직렬 통신을 또한 제공할 수도 있다.
상기 소스 장치(300)는 공유형 TCP/IP 네트워크(200)를 통해 서로 통신할 수 있고 네트워크로 디지털 오디오 파일(WMA, MP3, Corona 등)을 제공하는 리소스를갖는 개인 컴퓨터 또는 오디오 서버와 같은 임의의 수의 네트워크화된 디지털 오디오 소스 장치(음악 재생(playback) 장치)로 구성될 수 있다. 인터넷으로부터의 비트 스트림형 오디오(디지털 음악, 패킷으로 발신되는 이진 데이터 형식으로)는 또한 인터넷 인터페이스(400)로부터 시스템(20)으로 입력될 수도 있다. 레가시 오디오 장치(500)(현재의 아날로그 오디오 장비, 즉, CD 플레이어, 테이프 데크, VCR)는 그들의 오디오를 레가시 컨버터(600) 또는 네트워크 스피커(100)에 의해 패킷 교환형 디지털 네트워크 포맷(WMA, MP3, Corona)으로 변환시킨다. 상기 네트워크 스피커(100)는 내부 마이크로폰으로부터 또는 룸에 존재하는 음파를 캡쳐하여 그 사운드를 코딩하고 제어 목적으로 디퍼렌셜 마스킹(differential masking)의 사용을 포함하여 네트워크(20) 상에서 사용하기 위해 제공하는 행위를 수행하는 스피커로부터 변환 회로를 전환하는 것으로부터 수신된 사운드를 또한 실시간 인코딩할 수 있다. 네트워크 상에 오디오를 발신할 수 있는 임의의 새로운 장치는 네트워크 스피커(100)가 오디오 포맷을 이해하는 한 네트워크 스피커(100)에 대한 오디오 소스로서 역할을 할 수 있다. 오디오 분산에 영향을 주는 제어 명령은 네트워크 서버(300), 인터넷 인터페이스(400), 레가시 컨버터/컨트롤러(500)을 통한 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700), 또는 다른 네트워크 스피커(100)로부터 올 수 있다.
상기 시스템(20)은 공유형 TCP/IP 네트워크(200)로 서로 통신하는 독립형 컴퓨터 또는 다른 지능형 장치의 집합이다. 예를 들어, 시스템(20)은 범위가 월드와이드이고 리모트 로그인, 파일 전송, 전자 메일, 월드 와이드 웹 및 뉴스그룹과 같은 데이터 통신 서비스를 촉진시키는 네트워크에 연결된 인터넷의 부분일 수 있고,또는 보안 이유로 인터넷 유형 툴을 사용하지만 그 가정에서만 유효한 홈 인트라넷 네트워크의 부분일 수 있다. 상기 홈 인트라넷은 보통 인터넷 인터페이스(400)를 통해 인터넷에 연결된다. 인트라넷은 종종 LAN(근거리 네트워크)으로 불린다.
홈 네트워크 백본(200)은 네트워크 구성원들의 통신을 허용하는 표준으로 구성되는 TCP/IP 네트워크 프로토콜을 사용하여 통신한다. 프로토콜은 컴퓨터 및 다른 지능형 장치가 네트워크 상에서 서로 식별할 수 있는 방법, 수송 중에 제이터가 받아들여야 하는 형식 및 정보가 최종 목적지에 도달했을 때 처리되어지는 방법을 규정한다. 프로토콜은 손실되거나 손상된 전송 또는 "패킷"을 처리하는 절차를 또한 규정한다. 상기 TCP/IP 네트워크 프로토콜은 각각이 그 아래에 프로토콜 계층들 상에서 구축하는, 프로토콜들의 계층들로 구성되어 있다. 기본 계층은 물리 계층 프로토콜이다. 이는 두꺼운전선(Thickwire), 가는 동축 케이블(thin coax), 비차폐 트위스티드 페어(unshielded twisted pair), 광섬유(fiber optic), 전화 케이블(phone cable), 광섬유 케이블(fiber optic cable), RF, IR, 파워 라인 와이어(power line wires) 등과 같은, 물리적 통신 매체를 통해 데이터를 물리적으로 발신하는 방법을 규정한다. 두꺼운전선, 가는 동축 케이블, 비차폐 트위스티드 페어, 광섬유, 전화 케이블, 광섬유 케이블과 같은 몇가지 유형의 실제 물리적인 연결을 네트워크 장치에 요구하는 그러한 물리적 매체는 유선 매체로 불리워진다. RF 및 IR과 같이 네트워크 장치에 임의의 유형의 실제 물리적 전선 연결을 요구하지 않는 물리적 매체는 무선 매체로 불리워진다. TCP/IP 홈 네트워크는 완전 유선, 완전 무선, 또는 무선 및 유선의 혼합일 수 있다. TCP/IP 홈 네트워크는 단일의 물리적 통신 매체에 제한되지 않는다. 서로 다른 물리적 통신 매체는 통합된 통신 네트워크를 창출하기 위한 브리징 컴포넌트에 의해 함께 연결될 수 있다. 각각의 네트워크 물리적 매체는 그 특정 물리적 매체 상에서 전송 중 데이터가 취해야 하는 형태를 규정하는 자체 물리 계층 프로토콜을 구비한다. 상기 브리징 컴포넌트는 하나의 물리적 매체 및 그 물리 계층 프로토콜 상에서 상이한 물리적 매체 및 그 물리 계층 프로토콜로의 통신의 전송 및 변환을 가능하게 한다. 브리징 컴포넌트는 하나의 네트워크로부터 다른 네트워크로 프록시를 또한 제공할 수 있고, 이는 UpnP_V1 내지 V2 중에서, 및 Ipv6 내지 Ipv4(인터넷 프로토콜 버전 6, 4)로 일반화될 것이다. 오늘날 사용되는 일반 물리 계층 LAN 기술은 이더넷, 토큰 링, 고속 이더넷, 광섬유 분산 데이터 인터페이스(FDDI), 비동기식 전송 모드(ATM) 및 로컬토크를 포함한다. 약간 상이한 물리적 매체와 매우 유사한 물리 계층 프로토콜은 가끔 동일한 이름으로 언급되지만 상이한 유형이다. 일예는 고속 이더넷의 세가지 일반 유형이다: 레벨 5 UTP 케이블 사용에 대한 100 BASE-TX, 광섬유 케이블 사용에 대한 100 BASE-FX, 및 레벨 3 UTP 케이블 사용에 대한 여분의 두개의 전선을 사용하는 100 BASE-T4. 상기 TCP/IP 프로토콜 계층들은 공지이며 더 상세히 추가적으로 기술되지 않는다.
시스템(20)은 내부에 디지털 음악 저장 장치, PC, 음악 플레이어, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 내장형 차량용 음악 시스템, 디지털 통합 오디오 장비, 개인 휴대 디지털 리코더 또는 비디오 디지털 리코더와 같은 임의의 수의 네트워크화된 완비형(self-sufficient) 디지털 오디오 소스 장치(300)를 구비한다. 네트워크화된오디오 소스 장치(300)는 WMA, MP3, "Corona", 및 하드 디스크로부터의 MLP와 같은 디지털 오디오 파일, 내부 플래시, 또는 마이크로폰 또는 CD 리더 또는 음악 플레이어와 같은 오디오 입력을 제공할 수 있다. 또한, 상기 네트워크화된 오디오 소스 장치(300)는 단일 또는 특화된 세트의 서버 기능을 수행하도록 설계된 특화된 네트워크 서버, 보통은 특화된 네트워크-기반 하드웨어 장치를 처리할 수 있다. 최소 동작 아키텍쳐, 및 임의의 동작 시스템 또는 독점적 프로토콜에 독립적인 클라이언트 엑세스에 의해 보통 특징지워진다. 프린트 서버, 터미널 서버, 오디오 서버, 컨트롤 리모트 엑세스 서버 및 네트워크 타임 서버는 특정 기능으로 특화된 서버 장치들의 예시이다. 종종 이러한 유형의 서버들은 특정 영역에서 최상으로 수행되도록 돕는 하드웨어 또는 소프트웨어 내의 유일한 구성 어트리뷰트를 구비한다. 특화된 하드웨어 장치가 큰 시스템내에서 이러한 기능들을 수행하도록 종종 사용되는 반면, 네트워크 서버에 의해 제공되는 특화된 기능들은 더 일반적인 사용 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 웹 서버로 불리는 단일 컴퓨터(때로는 RISC(reduction instruction set computer)로 언급됨)는 네트워크화된 오디오 소스 장치(300) 및 인터넷 인터페이스(400)의 기능을 결합할 수 있다. 인터넷으로의 접속을 원하지 않는 경우, 인터넷 인터페이스(400) 기능이 인트라넷 네트워크 무결성의 손실없이 시스템으로부터 제거될 수 있다. 네트워크 및 웹 서버는 공지이므로 더 상세히 설명하지 않는다.
레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)는 가정을 제어하고 자동화하는데 사용되는 가정내 장치의 현존하는 네트워크이다. 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)가 공유형TCP/IP 네트워크(200)와 통신할 수 없다면, 직접 제어할 수 없거나 네트워크 스피커에 의해 제어될 수 없고, 두개의 상이한 네트워크가 레가시 컨버터/컨트롤러(600)에 브리지되어야 한다. 시스템(20) 내에서 공유형 TCP/IP 네트워크를 통해 통신할 수 있는 임의의 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)는 홈 네트워크 백본(200)으로 결합될 수 있고 그 다음에는 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700) 장치는, 리소스 및 그렇게 하도록 하는 명령을 갖고 있다면 네트워크 스피커(100)에 접근하여 제어할 수 있다. 레가시 컨버터/컨트롤러(600)는 전화, 휴대전화, RF 리모트, IR 리모트, 직접 음성 컨트롤러 또는 키패드와 같은 명령 및 제어 인터페이스로서 역할을 할 수 있는 비-네트워크화된 레가시 장치로 네트워크 엑세스를 제공하는데 또한 사용될 수 있다. PDA와 같은 네트워크화된 오디오 소스(300)도 부착형 휴대전화와 같은 레가시 장치에 대한 레가시 컨버터/컨트롤러로서 또한 동작할 수 있다.
레가시 홈 오디오 소스(500)는, 아날로그 오디오 플레이어, CD 플레이어, 비디오 게임 플레이어, 테이프 플레이어, 전화, VCR 또는 공유형 TCP/IP 네트워크(200)와 통신할 수 없는 다른 오디오 소스와 같은, 공유형 TCP/IP 네트워크(200)와 통신할 수 없는 다른 오디오 소스이다. 레가시 컨버터/컨트롤러(600)는 레가시 홈 소스(500)로부터 아날로그 또는 디지털 선형 PCM 오디오를 취하고, 이를 허용할 수 있는 필요한 경우 디지털 포맷 또는 포맷들로 변환하고, 오디오를 필요에 따라 공유형 TCP/IP 네트워크 홈 네트워크 백본(200)에 제공한다. 레가시 홈 오디오 소스(500)가 아날로그 오디오를 레가시 컨버터/컨트롤러(600)에 제공한다면, 상기 레가시 컨버터/컨트롤러(600)는 아날로그 오디오를 네트워크에 제공하기 전에 적절한디지털 오디오 포맷으로 변환해야 한다. 레가시 컨버터/컨트롤러(600)는 홈 네트워크(200)으로부터 레가시 홈 소스(500)로 보내진 명령을 레가시 홈 소스(500)에 의해 이해되어지는, 직렬, RF 또는 IR 명령와 같은 명령 포맷으로 또한 변환할 수 있다. 시스템은 각각의 레가시 홈 소스(500) 또는 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)에 대해 다중 레가시 컨버터/컨트롤러(600)를 구비할 수도 있고, 또는 레가시 컨버터/컨트롤러(600)는 하나 이상의 레가시 홈 소스(500) 또는 다중 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)를 변환 및 제어할 수도 있다.
도 2에 하나의 네트워크 스피커 실시예(100A)가 도시되어 있다. 네트워크 인터페이스(110)는 시스템(20)의 네트워크 백본(200)(도 1)을 오디오 포맷 컨버터(121)를 통해 아날로그 컨버터(DAC)(122)에 디지털을 공급하는 네트워크 컨트롤러(120)에 연결한다. 상기 DAC(122)로부터의 출력을 수신하는 것은 스피커 센서(124)로부터 입력을 또한 수신하는 프리-앰프(123)이다. 앰플리파이어(125)는 프리-앰프(123)의 출력을 수신하고 스피커 콤포넌트(127)에 연결된 스피커 드라이버(126)를 공급한다.
네트워크 스피커(100A)는 케이스 또는 박스에, 벽 내부 또는 뒤에 매입된 실링에, 또는 자동차에 포함될 수 있고, 시스템(20)에서 가장 유행할 수 있는 콤포넌트를 구성할 수 있다. 각각의 네트워크 스피커(100A)는 물리 계층 하드웨어 프로토콜을 처리하는 네트워크 인터페이스(110)를 통해 네트워크 백본(이더넷)(200)과 통신한다. 네트워크 인터페이스(110)는 하나 이상의 물리 계층과 무선 또는 유선 또는 둘 다로 연결될 수 있다. 거기서부터 네트워크 스피커 컨트롤러(120)는, 높은레벨의 TCP/IP 프로토콜을 포함하여, 네트워크 스피커의 다양한 애플리케이션 특성을 운영하는 지능을 제공한다. 네트워크로부터 수신되고 특정 네트워크 스피커(100A)로 어드레스된 오디오 소스(디지털 음악 컨텐트)는 소스 디지털 오디오 포맷을 아날로그로 변환되도록 준비되는 형태로 변환하는 오디오 포맷 컨버터(121)로 보내진다. 정확하게 재-포맷된 디지털 신호는 디지털로 DAC(122)에 보내져 디지털로부터 아날로그로 변환된다. 아날로그 신호는 그 다음에 프리-앰프(123)로 가서 신호가 조정되고 필터링된다. 프리-앰프(123)에 포함되는 것은 프리앰프 레벨로 동작하여 연결된 앰플리파이어 또는 앰플리파이어들에 대한 주파수를 제한하는 액티브 크로스오버이다. 이러한 프리-앰프에 연결된 스피커 컴포넌트는 그러므로 제한된 주파수 범위를 수신하고, 수신된 주파수에 대해 최적화될 수 있다. 프리-앰프 신호는 그 다음에 앰플리파이어 섹션(125)으로 진행하고, 증폭된 신호는 스피커 드라이버(126)로 진행하여 스피커 마이크로폰 컴포넌트(127)에서 출력되어 오디오 음파가 된다. 네트워크 스피커 컨트롤러(120) 및 오디오 포맷 컨버터(121)에서 애플리케이션 소프트웨어는 네트워크를 통해 그리고 충분한 프로세싱 파워의 사용, 및 앰플 메모리의 존재로 업데이트될 수 있기 때문에, 네트워크 스피커(100A)는 현재 알려지지 않은 디지털 포맷을 미래에 재생할 수 있다. 오디오 포맷 컨버터(121)는 내장된 DAC(122)를 구비할 수도 있다. 온도, SPL, 앰비언트 및 노이즈 플로어(ambient and noise floor), 압력, 및 전압 센서를 포함할 수 있는 스피커 센서(124)는 온 보드 애플리케이션 스피커 피드백을 제공하는데, 이는 내부 자동 조정이 스피커 보호 및 실행을 강화하도록 하고 제어 신호를 상태 정보를 필요로 할 수도 있는/원할 수도 있는 다른 장치에 돌려 보내는 것을 허여한다. 이에 대한 매우 유용한 애플리케이션은 디퍼렌셜 마스킹의 사용에 대한 것일 것이다. 이는 디지털 소스로부터의 샘플을 실시간 인코딩 샘플에 대해 공기 공간(air space)에서부터 비교하는 절차이다. 최초의 디지털 소스는 그 다음에 결합된 실시간 인코딩으로부터 제거되어 새로운 샘플이 된다.
네트워크 인터페이스(110)는 네트워크 스피커(100A)를 실제 네트워크 백본(200)에 연결하고 사용된 물리적 매체 및 물리 계층 프로토콜에 따라 변화할 것이다. 보통 NIC로 불리는, 네트워크 인터페이스 카드는, 종종 PC를 유선 네트워크에 연결하는데 사용되고, 네트워크 백본이 몇가지 형태의 유선 케이블 또는 광섬유일 때 바람직한 실시예에서 사용된다. 상기 NIC는 네트워킹 케이블 및 컴퓨터의 내부 버스 사이의 물리적 연결을 제공한다. 서로 다른 컴퓨터는 다른 버스 구조를 갖는다: 가장 일반적인 것이 486/펜티엄 PC 상에서 발견되는 PCO 및 주로 386 및 더 오래된 PC 상에서 발견되는 ISA 확장 슬롯이다. NIC는 세가지 기본적인 종류가 있다: 8-비트, 16-비트, 및 32-비트. NIC에 전송될 수 있는 비트 수가 더 커질수록, NIC는 데이터를 더 빨리 네트워크 케이블에 전송할 수 있다. 많은 NIC 어뎁터가 플러그 앤 플레이(Plug-n-Play) 명세에 따른다. 이러한 시스템 상에서, NIC는 사용자 중재없이 자동적으로 구성되는 반면, 비 플러그 앤 플레이 시스템 작동시에는, 구성이 셋업 프로그램 및/또는 DIP 스위치를 통해 수동으로 이루어진다. 카드는 가장 최근의 고속 이더넷 환경을 포함하여 거의 모든 네트워킹 표준을 지원할 수 있다. 고속 이더넷 NIC는 종종 10/100 가능하고, 자동적으로 적절한 속도로 설정할 것이다. 양방향(full duplex) 네트워킹은 또다른 옵션으로, 스위치로의 전용 연결은 NIC가 2배의 속도로 작동하도록 한다. 프로토콜 타입 또는 다중 물리 계층 프로토콜을 지원하는 다중 종단을 갖는 NIC 카드가 선호된다. NIC 카드 내에는 노드를 다양한 이더넷 매체로 연결하는데 사용되는 트랜시버(transceiver)가 있다. 대부분의 컴퓨터 및 네트워크 인터페이스 카드는 내장형 10BASE-T 또는 10BASE2 트랜시버를 포함하며, 외부 트랜시버를 요구하지 않고 이더넷에 직접 연결되게 한다. 많은 이더넷 장치는 AUI 커넥터를 제공하여 사용자가 외부 트랜시버를 통해 임의의 매체 타입에 연결되도록 한다. AUI 커넥터는 컴퓨터측에는 암, 트랜시버측에는 수인 15-핀 D-shell 타입 커넥터로 구성되어 있다. 두꺼운전선(10BASE5) 케이블은 또한 트랜시버를 사용하여 연결을 허용한다. 고속 이더넷 네트워크에 대해, MII(Media Independent Interface)로 불리는 새로운 인터페이스가 개발되어 100Mbps 접속을 지원하는 유연한 방법을 제공하였다. 상기 MII는 100BASE-FX 링크를 구리선-기반의 고속 이더넷 장비에 연결하는 대중적인 방법이다. 무선 백본 물리 계층 네트워크 접속은 Linksys, Cisco, IBM, DLINK 등의 기업에 의해 제조되고, 802.11X, UWB(ultra wideband), 블루투스, 및 네트워크 인터페이스(101)와 같은 무선 프로토콜을 사용하는 RF 네트워크 수신기를 사용하여 이루어진다.
네트워크 스피커 컨트롤러(120)는 웹 서버로서 기능하도록 프로그램된 플래시 메모리를 갖는 매입형 컨트롤러이다. 네트워크 스피커 컨트롤러(120) 및 오디오 포맷 컨버터(121)는 애플리케이션 프로그래밍이 네트워크를 통해 업데이트되는 것을 허용하게 하고, 네트워크 스피커는 현재 알려지지 않은 디지털 포맷을 미래에재생하도록 제조될 수 있다. 네트워크로부터 수신된 오디오 소스는 주로 인코드 되고/되거나 압축된 포맷일 것이다. 디지털 오디오 코딩 또는 디지털 오디오 압축은 오디오 데이터에 대한 저장 공간(또는 채널 대역폭) 요구를 최소화하는 기술이다. 현대의 인지 오디오 코딩 프로토콜, 동일한 의미로 불리는 디지털 오디오 압축 기술, 예를 들어, MPEG layer-III 또는 MPEG-2 AAC, ATRACK3, WMA, Ogg Vorbis, 또는 "Corona", 및 패킷 교환형 돌비 디지털(AC3 over Ipv6)은 인간의 귀(소리의 인지)의 특성을 이용하여 거의 또는 전혀 인지할 수 없는 음질의 손실과 함께 상당한 사이즈 축소를 달성한다. 이 압축은 보통 샘플링 레이트(sampling rate) 및 샘플의 레졸루션(resolution)의 감소 이상이다. 기본적으로, 이는 인간의 귀에 의해 음파의 인지를 어드레싱하는 인지 코딩 기술에 의해 실현되며, 사운드 신호의 중복의 그리고 무관한 부분을 제거한다. 오디오 신호에 대한 인간의 청각 시스템의 감도(sensitivity)는 주파수 도메인에서 변하는데, 2.5 및 5 kHz 사이의 주파수에 대해서는 감도가 높고 그보다 높거나 낮은 주파수 밴드(band)에서는 감도가 감소한다. 감도는 최소가청한계에 의해 표현되어 임계값 아래 임의의 톤(tone)은 인지되지 않는다. 가장 중요한 심리음향적 사실은 톤 및 잡음과 같은 오디오 신호에서 스펙트럴 사운드 요소의 마스킹 효과이다. 오디오 신호에서 모든 톤에 대해 마스킹 임계값이 계산될 수 있다. 또다른 톤이 이 마스킹 임계값 아래 있다면, 더 큰 톤에 의해 마스크되어 들리지 않는다. 이러한 오디오 신호의 비가청 요소는 인간의 인지와 무관하여 인코더에 의해 제거될 수 있다. 인코딩 및 디코딩 후의 결과는 원음과는 다르나, 인간의 귀에 대략 동일하게 들린다. 최초의 사운드에 얼마나 근접하느냐는사운드에 대한 압축 정도에 의존한다.
오디오 압축은 두 부분으로 구성된다. 첫번째 부분은, 인코딩으로, WAVE 파일로 존재하는 디지털 오디오 데이터를 비트스트림(또는 코드된 오디오 데이터)으로 불리는 고 압축된 형태로 변환한다. 사운드카드에서 비트스트림을 재생하기 위해서는, 두번째 부분, 디코딩이 필요하다. 디코딩은 비트스트림을 취하여 WAVE 파일로 재구성한다. 고효율성의 코딩은 인간의 청각 시스템의 모델에 기초하여 주파수 도메인에서 신호 중복성(redundancy) 및 무관성(irrelevancy)을 이용하는 알고리즘으로 성취된다. 현재의 코더는 동일한 기본 구조를 사용한다. 코딩 스킴(coding scheme)은 "인지 잡음 형성(perceptual noise shaping)" 또는 "인지 서브밴드/변형 코딩(perceptual subband/transform coding)"으로 설명될 수 있다. 인코더는 오디오 신호의 스펙트럴 컴포넌트를 필터뱅크(변형)를 계산함으로써 분석하고 심리음향 모델을 적용하여 인지가능한 잡음-레벨을 평가한다. 자체 양자화 및 코딩 스테이지에서, 인코더는 데이터 비트의 가용 수를 일부 재할당하여 비트 레이트 및 마스킹 요구사항 모두에 맞춘다. 디코더는 훨씬 덜 복잡하다. 디코더의 유일한 태스크는 코드된 스펙트럴 컴포넌트에서 오디오 신호를 합성하는 것이다.
심리음향이라는 용어는 현대 오디오 코딩 기술이 기반을 두고 있는 인간의 청각 시스템의 특성을 설명하는 것으로, 코드된 그리고 디코드된 오디오 신호의 오디오 질을 제공하며, 오디오 인코더에 의해 사용되는 심리음향 모델의 질은 가장 중요하다. 오디오 데이터 압축해제 및 확성기가 허용하는 오디오 포맷으로의 오디오 포맷의 디코딩은 오디오 포맷 컨버터(121)에 의해 실행된다. 이러한 서로 다른포맷들의 오디오 포맷 변환은 동일한 스피커를 통해 모두 재생되는 CD-ROM 게임용 사운드트랙, 고체-상태 사운드 메모리, 인터넷 오디오, 또는 디지털 오디오 방송 시스템과 같은, 고품질 저 비트-레이트 애플리케이션을 허용한다. 네트워크화된 스피커의 본 실시예에서 오디오 포맷 컨버터(121) 기능은 오디오 코딩 및 디코딩 칩 셋(CODEC)에 의해 실행될 것이다. 코덱(CODEC) 하드웨어 및/또는 소프트웨어는 현재 Micronas, Sigmatel, TI, Cirrus, Motorola, Fraunhofer, 및 Microsoft와 같은 기업으로부터 입수된다. 코덱은 많은 WMA, MPEG-2 AAC, MP3(MPEG Layer III), MPSPro, G2, ATRACK3, MP3PRO, "Corona", (WMAPro)Ogg-Vorbis 등과 같은 현재의 인코딩 프로토콜들을 처리한다. 오디오 포맷 변환 기술의 효율적인 실행을 위해서는, 코덱이, 낮은 샘플링 레이트로 녹음된 음성-전용 오디오로부터 고-음질 스테레오 음악에 이르는 모든 유형의 오디오 컨텐트를 처리하도록 설계되어야 한다. 코덱은 패킷 손실로 인한 음질 저하가 가능한 일어나지 않게 하여야 하고, 고속 인코드 및 디코드를 수행할 수 있고 압축된 오디오 파일의 사이즈를 최소화할 수 있는 효율적인 인코딩 알고리즘을 구비하여야 하고, 디코드될 때 계속 음량을 만들어야 한다. 또한, 코덱은 고도로 스케일가능해야 하고 대역폭의 넓은 영역에 걸쳐 고-음질 모노 또는 스테레오 오디오 컨텐트를 제공하여 재생되거나 녹음되는 특정 컨텐트에 대한 샘플링 레이트 및 대역폭의 최상의 조합의 선택을 허용하여야 한다. 코덱에 의해 192Kbps에서 인코드된 컨텐트는 인간의 귀로는 컴팩트 디스크 상에서 발생되는 컨텐트와 거의 구별할 수 없어야 한다. 이러한 초고음질 컨텐트는 CD 투명성으로 칭해진다. 네트워크 스피커의 오디오 포맷 컨버터(121) 기능 수행에 사용될 수있는 코덱 회로의 회로도가 도 6에서 보여진다. 본 발명의 바람직한 실시예는 Microsoft 사의 윈도우 미디어 오디오(WMA) 오디오 코덱을 사용한다. 오디오 포맷 컨버터(121) 기능은 디지털 오디오 재포맷팅 또는 아날로그 오디오의 디지털 인코딩을 원하지 않는다면 인코더 기능 없이 디코더 칩에 의해 또한 수행될 수 있다.
디지털/아날로그 컨버터(122)는 디지털 입력을 아날로그 레벨 출력으로 변환한다. 프리-앰프(123)에서, 아날로그 신호가 조정되어 필터링되고, 임의의 원하는 액티브(active) 또는 전자 크로스오버(electronic crossover)가 수행될 수 있다. 전기 크로스오버는 주파수를 제한하거나 분리하는 전력공급형 전자 회로이다. 대부분의 전자 크로스오버는 각 개별 채널에 대해 출력 컨트롤을 구비한다. 이는 모든 앰플리파이어가 시스템을 레벨 매치하는 능력뿐만 아니라, 한 편리한 위치에 게인(gain)을 설정하는 것을 허용한다. 일부 크로스오버는 고저 통과 필터를 개별적으로 설정하는 것을 허용하고, 음향 피크 또는 골을 크로스오버 주파수에서 또는 크로스오버 주파수 근처에서 튠 아웃(tune out)하는 것을 허용한다. 전자 크로스오버의 이점 중 하나는 손실이 거의 또는 전혀 일어나지 않는다는 것이다. 패시브 크로스오버(passive crossover)는 앰플리파이어 전력을, 그 저항으로 인해 약간 감소시킨다는 것이다. 전자 크로스오버의 또다른 이점은 저주파수를 자신의 유일한(exclusive) 앰플리파이어로 분리하여, 고주파수 스피커의 높은 음량(volume)에서 들리는 왜곡을 감소시킨다. 저주파수의 증폭은 고주파수보다 더 큰 전력을 요구한다. 앰플리파이어가 피크 출력에 또는 피크 출력 근처에 있을 때, 클립핑(clipping)이 발생하여, 트위터 및 작은 음성 코일을 구비한 다른 스피커를 파괴할수 있다. 분리된 저주파수 앰플리파이어는 전체 시스템이 더 크게 재생되고 더 낮은 왜곡을 갖게 한다. 조정가능한 크로스오버는 사용자가 쉽게 크로스오버를 변화할 수 있게 하고 즉시 변화의 효과를 들을 수 있게 한다. 필터 교환, 또는 크로스오버 포인트는 사용자가 오디오를 그들의 기호에 맞춰 조정하게 한다. 전자 크로스오버는, 이에 연결된 앰플리파이어 또는 앰플리파이어들에 대한 주파수를 제한함으로써, 이러한 앰플리파이어(들)에 연결된 스피커가 그러므로 제한된 주파수 영역을 수신하고, 이러한 스피커들이 수신된 주파수에 대해 최적화될 수 있음을 또한 보증한다. 또한 주파수 영역에서 개인적인 기호에 맞춰 프리-앰프를 조정할 수 있게 한다. 액티브 필터를 사용하는 이점은 이들이 프리-앰프 회로 보드상에 설치된다는 것이다. 필터 교환(또는 크로스오버 포인트)은 스위치로 주파수 모듈의 변경 또는 고정형이 사용되는 경우 크로스오버 변경에 의해, 외부 다이얼 돌림을 통해 보통 이루어진다. 조정가능한 크로스오버가 선호된다.
앰플리파이어(125)는 오디오 신호를 원하는 최종 신호 강도로 증폭하는 하나 이상의 앰플리파이어 회로로 구성된다. 다중 앰플리파이어를 사용하는 것은 수신된 주파수 영역에 대해 앰플리파이어를 최적화하는 크로스오버 주파수 필터링을 이용한다. 과거의 디자인보다 훨씬 작은 열 싱크(heat sink)로 다량의 전력을 효과적으로 생산할 수 있는 가장 최근의 디지털 앰플리파이어 기술을 이용하는 앰플리파이어가 바람직하며, 이는 또한 또다른 DAC 요구를 제거할 것이다. 스피커 드라이버(126)는 하나 이상의 스피커 드라이버 회로로 구성된다. 다중 스피커에 대해 다중 드라이버를 사용하는 것은 스피커가 수신된 주파수 영역에 대해 최적화되도록 한다. 스피커 컴포넌트(127)는 신호를 사운드로 변환하여 소리를 내고 오디오 주파수의 넓은 동적 영역을 처리하도록 설계되고 디지털 소스로부터 사운드의 정확한 재생산에 도움이 될 수 있다.
도 3은 또다른 네트워크 스피커 실시예(100B)를 도시한다. 스피커 실시예(100B)는 스피커 실시예(100A)의 모든 컴포넌트를 포함하고 동일한 컴포넌트는 동일한 참조 번호를 갖는다. 또한, 스피커 실시예는 아날로그/디지털 컨버터(ADC)(128) 및 수정된 스피커/마이크로폰 드라이버(126b)를 포함한다. 스피커 드라이버(126b) 회로는 반 양방향(half duplex: 일방향 대화) 동작에 대해 출력 드라이버 및 마이크로폰 입력 둘 모두로서 역할을 하도록 확장되고, 내부 마이크로폰은 양방향(full duplex: 동시적인 양방향 대화) 동작을 실행할 수 있다. 상기 마이크로폰 입력은 신호 조정 및 필터링을 위해 프리-앰프(123)로 보내진다. 프리-앰프로부터 마이크로폰 입력은 아날로그/디지털 컨버터(128)로 보내져 아날로그 신호를 간단한 디지털 포맷으로 변환한다. 오디오 포맷 컨버터(121)는 그 다음에 디지털 마이크로폰 입력을 취하여 압축하고 분산을 위해 원하는 포맷으로 인코드한다. 애플리케이션에 따라 달라질 수 있는 인코드된 포맷은 네트워크 컨트롤러(120)로 보내지고 소프트웨어 애플리케이션 및 프로그래밍에 따라, 최종 수신지 및 기능이 결정된다. 상기 입력은 국부적으로 사용되는 미래의 오디오 피드백을 위해 국부적으로 저장될 수 있고, 또는 네트워크 인터페이스(110)를 통해 네트워크로 발송되어질수 있다. 상기 입력은 발성된 오디오 또는 홈 제어 명령을 초기화하는 음성 인식 애플리케이션으로 사용될 수 있다. 프리-앰프(123)에 의해 수신된 스피커 센서(124) 피드백은 또한 ADC로 보내져 아날로그로부터 디지털 포맷으로 변환되어지고, 그 다음에 네트워크 컨트롤러(120)에 전달된다. 네트워크 컨트롤러(120) 애플리케이션에 따라, 상기 피드백은 그 다음에 경고 신호 또는 원한다면 다른 상태로서 네트워크 백본(200) 상의 네트워크 인터페이스(110)에 발송될 수 있다. 애플리케이션 소프트웨어와 함께 오디오 포맷 컨버터(121)에 추가되는 특징들은 재생되는 음악의 유형, 또는 심지어 음악을 재생하는 사용자, 또는 시각(Time of Day: TOD)에 따라 오디오 셋팅(들)을 변경하고, 능력을 가능하게 할 수 있다. 네트워크 스피커(100B)는 오디오 포맷 컨버터(121) 또는 다른 회로 소자를 통해 헤드폰을 지원하는 능력을 갖을 수 있다.
도 4는 무선 리모트 컨트롤 엑세스를 구비한 또다른 네트워크 스피커 실시예(100C)를 도시한다. 스피커 실시예(100B)의 모든 구성요소들은 스피커 실시예(100C)에 있고 동일한 참조 번호를 갖는다. 또한, 추가되는 구성요소들은 IR 및 RF 리모트로부터 무선 리모트 컨트롤을 제공한다. 추가되는 구성요소들은 또한 네트워크 스피커 실시예(100A)가 추가될 수 있었음을 인지해야 한다. 내부 IR 센서(131)는 하나 이상의 외부 IR 리모트(170)로부터 IR을 감지한다. 감지된 IR은 IR 입력을 처리하는 IR 수신기(130)에 보내지고, 처리된 IR 입력은 그 다음에 애플리케이션 소프트웨어에 따라 명령을 수행하는 네트워크 컨트롤러(120)에 보내진다. 원한다면, 상기 IR 센서(131)는 스피커(100C)의 외부에 있을 수 있으며, 벽부형 스피커처럼 벽 뒤에 설치될 수 있고 여전히 IR을 수신한다. 네트워크 컨트롤러(120)는 처리된 IR 명령을 네트워크 상의 네트워크 인터페이스(110)로 발송하여 레가시 컨버터/컨트롤러(600)에 의해 원격으로 처리되게 하고 다음으로 레가시 소스(500)에 대한 명령으로 변환한다. 대안으로, 네트워크 컨트롤러(120)는 처리된 IR 명령을 네트워크 상의 네트워크 인터페이스(110)로 발송하여 레가시 컨버터/컨트롤러(600)에 의해 원격으로 처리되게 하고 다음으로 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700) 명령으로 변환한다. 동일한 방법으로, RF 컨트롤 엑세스가 RF 리모트(175) 및 다른 네트워크 스피커 트랜시버로부터 입력을 수신하고 정보를 네트워크 컨트롤러(120)에 전송하는 RF 센서/트랜시버(135)에 의해 제공된다. 이 실시예(100C)가 동일한 네트워크 스피커를 통해 IR 및 RF 엑세스를 보여주고 있지만, IR 전용 컨트롤 엑세스 또는 RF 전용 컨트롤 엑세스가 수행될 수 있다.
무선 컨트롤 엑세스는, (다중 수신지 싱크(multi destination sync)를 포함하는) 오디오, 비디오, HVAC, 보안, 룸 조명 레벨, 하우스 씬(house scene) 등의 제어를 포함하는 시스템(20)을 원격으로 제어하기 위해 사용되는 스피커(100C)로의 IR 또는 RF의 입력을, 만일 시스템이 그렇게 프로그램된다면, 허용한다. 소프트웨어 애플리케이션이 새로운 IR 명령을 "배우고" 이를 오디오 또는 하우스 제어 명령과 관련시키는 능력을 포함하는 경우, IR 리모트를 구비한 현존하는 레가시 소스는 레가시 컨버터/컨트롤러(600)를 통해 네트워크 컨트롤러로 통합될 수 있다. 레가시 컨버터/컨트롤러(600)가 네트워크를 통해 업그레이드될 수 있기 때문에, 네트워크 스피커 IR 입력 능력은 현재 알려지지않은 시스템 장치가 미래에 제어될 수 있도록 한다.
도 5는 무선 엑세스 포인트로 알려진 하나 이상의 무선 네트워크 장치 및 네트워크(200)의 유선 세그먼트 사이에 브리지로서 역할을 하는 또다른 네트워크 스피커 실시예(100D)를 도시한다. 이 무선 엑세스 포인트 실시예는 듀얼 모드 애드-혹 대 인프라스트럭쳐 모드와 같은, 무선-유선 브리징을 위해 추가된 추가 구성요소들을 구비한 실시예(100B)의 구성요소들을 포함한다. 네트워크(200)는 적어도 하나의 불리적으로 유선인 네트워크 섹션(240) 및 적어도 하나의 무선 네트워크 세그먼트(250)로 구성된다. 네트워크 인터페이스(110)는 두 부분으로 구성되는데, 이는 네트워크 스피커(100D)를 유선 네트워크 백본(240)에 연결하는 유선 네트워크 인터페이스(111) 및 네트워크 스피커(100D)를 무선 RF 네트워크 백본(250)으로 연결하는 RF 네트워크 인터페이스(112)이다. 네트워크 통신은 유선 백본(240) 및 무선 RF 네트워크 백본(250) 사이를 네트워크 스피커(100D)를 통해 통과할 수 있다. 상기 RF 네트워크 인터페이스(112)는 RF 네트워크 통신을 수신하고 발신하는 것이 모두 가능한 RF 수신기/전송기로 구성된다.
도 6은 무선 컨트롤 엑세스를 구비하고 무선 엑세스 포인트로서 역할을 하는 또다른 스피커 실시예(100E)를 도시한다. 이 무선 엑세스 포인트 실시예는 실시예(100B, 100C 및 100D)의 모든 구성요소를 포함한다.
가정내에 네트워크 스피커 타입 시스템을 구비하고 있다면, 애플리케이션 소프트웨어는 모든 유형의 가능성을 오픈한다. 새로운 소스들 또는 소스 컨텐트는 이러한 지능형 스피커(100)가 더 많은 특징을 갖고 현재 존재하지 않는 포맷을 재생(playback)하고, 소스 컨텐트에 조정하는 것을 가능하게 한다. 이 실시예는 재생되는 음악의 유형, 또는 심지어 음악을 재생하는 사용자, 또는 시각(Time of Day:TOD)에 따라 오디오 셋팅(들)을 변경하는 능력을 가능하게 할 수 있다. 이는 설치되고 오랜 시간이 지난 후 고도로 맞춤화될 수 있어, 네트워크 스피커가 벽 및 쉽게 접근할 수 없는 위치에 매입되었더라도 가정에 대한 구조적인 변경없이 오디오 시스템을 업그레이드 가능하게 유지한다. 또한, 마이크로폰 및 적절한 애플리케이션 소프트웨어를 구비한 네트워크 스피커(100)는 메시지를 임의의 하우스 네트워크 노드 또는 인터넷 노드에 디지털적으로 라우트하고 녹음할 수 있고; 사용자를 룸에서 발견하고 식별할 수 있고, 다음으로 시스템(20)이 사용자가 현재 요구중이라는 음성 메일 및 메시지를 룸으로 라우트할 수 있고; 레가시 컨버터/컨트롤러(600)를 통해 네트워크(200)에 연결될 수 있는 네트워크 또는 임의의 레가시 오디오 소스(500) 또는 레가시 컨트롤 네트워크(700) 장치 상에서 임의의 노드를 직접 음성 제어할 수 있도록 음성 인식 및 인증 포인트로서 역할을 할 수 있고; 또는 한 사용자로부터 음성 메시지에서 식별된 수신자가 현재 발견되는 룸으로 음성 메시지를 자동으로 녹음 및/또는 라우트할 수 있다. 한 룸에 마이크로폰을 구비한 다중 네트워크 스피커(100)는 사용자의 위치를 삼각측정할 수도 있고, 다음으로 시스템이 현재 위치의 사용자에 대해 오디오를 최적화하도록 한다.
충분한 메모리 및 적절한 애플리케이션 소프트웨어를 구비한 네트워크 스피커(100)는 음성 메일을 저장하여 룸 사용자에 의해 요구시 재생되어지게 하거나 완전히 무선 네트워크(200)에서는 무선 통신 매체 신호 강도가 모든 위치로부터 가정의 모든 룸 또는 영역에 도달하기에 불충분하다면 가정내에서 무선 리피터(repeater)로서 역할을 할 수 있다. 또한, 무선 엑세스 포인트로서 역할을 하는 전략적으로 위치된 네트워크 스피커(100)는 PDA, 모바일 컨트롤러, 모바일 컴퓨터, 무선 헤드폰, 또는 자동차와 같은 모바일 유닛 내의 네트워크 스피커(100)와 같은 모바일 네트워크 노드로부터 이들이 통신 영역 내에 있는 경우, 오디오, 데이터, 명령 또는 임의의 다른 통신의 통신을 허용한다.
IR 또는 RF 수신기 및 적절한 애플리케이션 소프트웨어를 구비한 네트워크 스피커(100)는 임의의 IR 또는 RF 리모트, 또는 다른 네트워크 스피커 트랜시버로부터 레가시 컨버터/컨트롤러(600)를 통해 네트워크(200)에 연결될 수 있는 네트워크 또는 임의의 다른 레가시 오디오 소스(500) 또는 레가시 컨트롤 네트워크(700) 장치 상의 임의의 노드로의 피드백, 상태 및 무선 리모트 제어를 허용한다. RF를 전송할 수 있는 RF 수신기를 구비한 네트워크 스피커(100)는 무선 비-네트워크화된 헤드폰을 가능하게 할 수 있다. 또한, 네트워크 스피커(100)는 룸 제어 및 자동화 및 제어 및 자동화에 대한 음성 인식 서비스에 대한 소스 포인트로서 동작할 뿐만 아니라 사운드 및 이미지를 룸에서 네트워크 상으로 인코드하고 발신하고 전송할 수 있다. 게다가, 네트워크 스피커(100)는 각 네트워크 스피커(100)가 마스터 또는 슬레이브 모드(master and slave mode)로서 수행할 수 있는 동안 멀티 스피커 세션에 참여할 수 있다. 마스터 모드에서 네트워크 스피커(100)는 멀티 세션 클록을 제어하고 분산하고 여기서 상기의 것이 발생되고 계산된다. 슬레이브 모드에서 네트워크 스피커(100)는 TCP/IP 및/또는 RF 클록킹을 통해 멀티 세션 모드에서 마스터로부터 정보를 수신한다.
구성요소들이 추가되어 디지털 및 아날로그 지상 무선 주파수(AM/FM/CATV)를수신하고 재생(playback)한다면 네트워크 스피커(100)는 지상 아날로그 수신기(AM/FM/CATV) 뿐만 아니라 추가적으로 내부 고체-상태 메모리를 통해 국부적으로 룸에서 오디오 소스일 수 있다.
도 8은 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600) 실시예를 도시하며, 네트워크 스피커(100)와 많이 유사한 구성요소들을 포함한다. 상기 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)는 물리 계층 하드웨어 프로토콜을 처리하고 하나 이상의 물리 계층에 연결할 수 있는 네트워크 인터페이스(610)를 통해, 유선 또는 무선 또는 둘 다인 네트워크 백본(이더넷)(200)과 통신한다. 네트워크 인터페이스(610)에는 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)의 다양한 애플리케이션 특징들을 운영하는 지능을 제공하는 네트워크 컨트롤러(620)가 연결되며, 더 높은 레벨의 TCP/IP 프로토콜을 포함한다. 네트워크 컨트롤러(620)는 레가시 소스 오디오를 분산을 위해 원하는 네트워크 디지털 포맷으로 변환하는 오디오 포맷 컨버터(621)를 제어한다. 레가시 소스(500)로부터의 디지털 오디오는 원하는 디지털 포맷으로 재-포맷되기 위해 오디오 포맷 컨버터(621)로 직접 전송된다. 레가시 소스(500)로부터의 아날로그 오디오는 아날로그/디지털 컨버터("ADC")(622)로 공급되고, 그 결과 디지털화된 신호는 다음으로 오디오 포맷 컨버터(621)로 진행되어 원하는 디지털 포맷으로 코드된다. 네트워크 컨트롤러(620)는 적절히 포맷된 디지털 오디오를 취하여 네트워크 인터페이스(610)를 통해 네트워크(200)로 보낸다. 또한, 오디오 포맷 컨버터(621)는 다중 인코더로 구성되어 서로 다른 레가시 오디오 입력의 다중 변환을 동시에 제공할 수 있다. 레가시 컨버터/컨트롤러(600)는 WMAPro "Corona"와 같은 패킷 교환형 디지털포맷으로 인코딩하는 레가시 소스 장치로부터 아날로그 비디오를 사용하고, 전력 상태 및 피드백을 위한 아날로그 비디오 입력을 또한 사용한다.
네트워크 인터페이스(610)는 사용되는 물리적 매체 및 물리 계층 프로토콜에 따라 바뀔 수 있다. NIC로 보통 언급되는 네트워크 인터페이스 카드는 종종 PC를 유선 네트워크에 연결하기 위해 사용되고, 네트워크 백본이 일정 형태의 유선 케이블 또는 광섬유일 때 바람직한 실시예에서 사용된다. 그러한 NIC는 네트워킹 케이블 및 컴퓨터의 내부 버스 사이의 물리적 연결을 제공한다. 서로 다른 컴퓨터들은 서로 다른 버스 구조를 구비한다; 가장 일반적인 것은 486/펜티엄 PC에서 발견되는 PCI 및 386 및 더 오래된 PC에서 주로 발견되는 ISA 확장 슬롯이다. 전형적으로 NIC는 세개의 기본 종류가 있다: 8-비트, 16-비트, 32-비트. NIC에 전송될 수 있는 비트 수가 더 커질수록, NIC는 데이터를 더 빨리 네트워크 케이블에 전송할 수 있다. 많은 NIC 어뎁터가 플러그 앤 플레이(Plug-n-Play) 명세에 따른다. 이러한 시스템 상에서, NIC는 사용자 중재없이 자동적으로 구성되는 반면, 비 플러그 앤 플레이 시스템 작동시에는, 구성이 셋업 프로그램 및/또는 DIP 스위치를 통해 수동으로 이루어진다. 카드는 가장 최근의 고속 이더넷 환경을 포함하여 거의 모든 네트워킹 표준을 지원할 수 있다. 고속 이더넷 NIC는 종종 10/100 가능하고, 자동적으로 적절한 속도로 설정할 것이다. 양방향(full duplex) 네트워킹은 또다른 옵션으로, 스위치로의 전용 연결은 NIC가 2배의 속도로 작동하도록 한다. 프로토콜 타입 내에 또는 다중 물리 계층 프로토콜을 지원하는 다중 종단을 갖는 NIC 카드가 선호되어, NIC 카드는 노드를 다양한 이더넷 매체로 연결하는데 사용되는 트랜시버를포함한다. 대부분의 컴퓨터 및 네트워크 인터페이스 카드는 내장형 10BASE-T 또는 10BASE2 트랜시버를 포함하며, 이는 외부 트랜시버를 요구하지 않고 이더넷에 직접 연결되게 한다. 많은 이더넷 장치는 AUI 커넥터를 제공하여 사용자가 외부 트랜시버를 통해 임의의 매체 타입에 연결되도록 한다. AUI 커넥터는 컴퓨터측에는 암, 트랜시버측에는 수인 15-핀 D-shell 타입 커넥터로 구성되어 있다. 두꺼운전선(10BASE5) 케이블은 또한 트랜시버를 사용하여 연결을 허용한다. 고속 이더넷 네트워크에 대해, MII(Media Independent Interface)로 불리는 새로운 인터페이스가 개발되어 100Mbps 접속을 지원하는 유연한 방법을 제공하였다. 상기 MII는 100BASE-FX 링크를 구리선-기반의 고속 이더넷 장비에 연결하는 대중적인 방법이다. 무선 백본 물리 계층 네트워크 접속은 Linksys, Cisco, IBM, DLINK 등의 기업에 의해 제조된 RF 네트워크 수신기를 사용하여, 802.11X, UWB(ultra wideband), 블루투스, 및 네트워크 인터페이스(610)와 같은 무선 프로토콜을 사용하는 RF 네트워크 수신기를 사용하여 이루어진다.
네트워크 스피커 컨트롤러(620)는 웹 서버로서 기능하도록 프로그램된 플래시 메모리를 갖는 매입형 컨트롤러이고, 오디오 포맷 컨버터(621)는 애플리케이션 프로그래밍이 네트워크를 통해 업데이트되는 것을 허용하게 하고, 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)는 현재 알려지지 않은 디지털 포맷을 미래에 코드하도록 제조될 수 있다. 스피커 실시예에서 전술된 바와 같이, 분산될 원하는 오디오는 주로 인코드 되고/되거나 압축된 포맷으로 있을 것이다. 디지털 오디오 코딩 또는 디지털 오디오 압축은 오디오 데이터에 대한 저장 공간(또는 채널 대역폭) 요구를 최소화하는 기술이다. 현대의 인지 오디오 코딩 프로토콜, 동일한 의미로 불리는 디지털 오디오 압축 기술, 예를 들어, MPEG layer-III 또는 MPEG-2 AAC, ATRACK3, WMA, Ogg Vorbis, 또는 WMAPro, "Corona"는 인간의 귀(소리의 인지)의 특성을 이용하여 거의 또는 전혀 인지할 수 없는 음질의 손실과 함께 상당한 사이즈 축소를 달성한다. 전술된 바와 같이, 이러한 압축은, 보통 샘플링 레이트 및 오디오 샘플의 레졸루션의 감소에 더하여, 인간의 귀에 의한 음파의 인지를 어드레싱하는 인지 코딩 기술을 채택하며, 사운드 신호의 중복의 그리고 무관한 부분을 제거한다. 오디오 신호에 대한 인간의 청각 시스템의 감도는 주파수 도메인에서 변하는데, 2.5 및 5 kHz 사이의 주파수에 대해서는 감도가 높고 그보다 높거나 낮은 주파수 밴드에서는 감도가 감소한다. 감도는 최소가청한계에 의해 표현된다. 이 임계값 아래 임의의 톤은 인지되지 않는다. 가장 중요한 심리음향적 사실은 톤 및 잡음과 같은 오디오 신호에서 스펙트럴 사운드 컴포넌트의 마스킹 효과이다. 오디오 신호에서 모든 톤에 대해 마스킹 임계값이 계산될 수 있다. 또다른 톤이 이 마스킹 임계값 아래 있다면, 더 큰 톤에 의해 마스크되어 들리지 않는다. 이러한 오디오 신호의 비가청 컴포넌트는 인간의 인지와 무관하여 인코더에 의해 제거될 수 있다. 코딩 및 디코딩 후의 결과는 다르나, 인간의 귀에 대략 동일하게 들린다. 최초의 사운드에 얼마나 근접하느냐는 사운드에 대한 압축 정도에 의존한다.
오디오 압축은 두 부분으로 구성된다. 첫번째 부분은, 코딩 또는 인코딩으로, WAVE 파일로 존재하는 디지털 오디오 데이터를 비트스트림(또는 코드된 오디오 데이터)으로 불리는 고 압축된 형태로 변환한다. 사운드카드에서 비트스트림을 재생하기 위해서는, 두번째 부분, 디코딩이 필요하다. 디코딩은 비트스트림을 취하여 WAVE 파일로 재구성한다. 고효율성의 코딩은 인간의 청각 시스템의 모델에 기초하여 주파수 도메인에서 신호 중복성(redundancy) 및 무관성(irrelevancy)를 이용하는 알고리즘으로 성취된다. 현재의 코더는 "인지 잡음 형성(perceptual noise shaping)" 또는 "인지 서브밴드/변형 코딩(perceptual subband/transform coding)"으로 설명될 수 있는 코딩을 생산하는 동일한 기본 구조를 사용한다. 인코더는 오디오 신호의 스펙트럴 컴포넌트를 필터뱅크(변형)를 계산함으로써 분석하고 심리음향 모델을 적용하여 인지가능한 잡음-레벨을 평가한다. 자체 양자화 및 코딩 스테이지에서, 인코더는 데이터 비트의 가용 수를 일부 재할당하여 비트 레이트 및 마스킹 요구사항에 맞춘다. 디코더는 훨씬 덜 복잡하다. 디코더의 유일한 태스크는 코드된 스펙트럴 컴포넌트에서 오디오 신호를 합성하는 것이다.
심리음향이라는 용어는 현대 오디오 코딩 기술이 기반을 두고 있는 인간의 청각 시스템의 특성을 설명한다. 코드된 그리고 디코드된 오디오 신호의 오디오 음질을 제공하며, 오디오 인코더에 의해 사용되는 심리음향 모델의 질은 가장 중요하다.
오디오 포맷 컨버터(621)는 오디오 데이터 압축 및 네트워크 상에서 단부 수신기로의 분산를 허용할 수 있는 오디오 포맷으로의 오디오 포맷의 인코딩을 수행하고 오디오 인코더-디코더 칩(CODEC)으로 구성될 수 있다. 오디오 포맷 변환 기술의 효율적인 실행을 위해서는, 코덱이, 낮은 샘플링 레이트로 녹음된 음성-전용 오디오로부터 고-음질 스테레오 음악에 이르는 모든 유형의 오디오 컨텐트를 처리하도록 설계되어야 한다. 코덱은 패킷 손실로 인한 음질 저하가 가능한 일어나지 않게 하여야 하고, 고속 인코드 및 디코드를 수행할 수 있고 압축된 오디오 파일의 사이즈를 최소화할 수 있는 효율적인 인코딩 알고리즘을 구비하여야 하고, 디코드될 때 계속 음량을 만들어야 한다. 또한, 코덱은 고도로 스케일가능해야 하고 대역폭의 넓은 영역에 걸쳐 고-음질 모노 또는 스테레오 오디오 컨텐트를 제공하여 재생되거나 녹음되는 특정 컨텐트에 대한 샘플링 레이트 및 대역폭의 최상의 조합의 선택을 허용하여야 한다. 코덱에 의해 192Kbps에서 인코드된 컨텐트는 인간의 귀로는 컴팩트 디스크 상에서 발생되는 컨텐트와 거의 구별할 수 없어야 한다. 이러한 초고음질 컨텐트는 CD 투명성으로 칭해진다.
주로 ADC로서 언급되는, 아날로그/디지털 컨버터(622)는 아날로그 레벨 입력을 디지털 출력으로 변환한다. 마이크로폰 스피커 입력을 ADC에 추가하는 것은 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)의 음성 제어를 가능하게 할 것이다. 또한 레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)가 오디오 입력을 시스템 메시지 또는 오디오 피드백으로서 추후 사용하기 위해 녹음할 수 있게 한다. 소프트웨어 애플리케이션 및 네트워크 컨트롤러(620)에서의 프로그래밍에 따라, 오디오 입력이 국부적으로 사용되는 미래의 오디오 피드백을 위해 국부적으로 저장될 수 있고, 또는 네트워크 인터페이스(610)를 통해 네트워크로 발송되어질수 있다. 상기 오디오 입력은 발성된 오디오 또는 홈 제어 명령을 초기화하는 음성 인식 애플리케이션으로 사용될 수 있다.
레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)는 레가시 장치에 의해 이해되는 IR 또는 직렬 명령과 같은, 레가시 통신 방법을 사용하여 레가시 소스(500)와 또한 통신할 수 있다. 본 발명의 계획된 실시예가 이미 타겟 레가시 소스에 의해 이해되는 고정된 직렬 명령 세트를 사용할 것이다. 네트워크 컨트롤러(620)는 레가시 컨트롤러(624)를 제어하고 레가시 컨트롤러와 통신하며, 레가시 오디오 네트워크 인터페이스(623)를 통해 레가시 소스(500)와 또한 통신한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, RS-232 직렬 명령 인터페이스가 사용될 것이다. 네트워크 컨트롤러(620) 및 레가시 컨트롤러의 기능은 하나의 매입된 컨트롤러로 조합될 수 있다.
레가시 오디오 컨버터/컨트롤러(600)는 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)에 의해 이해되고 실시되는 네트워크 통신 방법을 이용하여 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)와 또한 통신할 수 있고 그러한 통신은 사용되는 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)에 따라 매우 변화한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 통신 방법에 대해 CEBus 파워라인 프로토콜을 사용할 것이다. 레가시 컨트롤러(624)는 레가시 홈 컨트롤 네트워크 인터페이스(625)를 통해 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)를 제어하고 레가시 홈 컨트롤 네트워크와 통신한다. 레가시 소스(500) 및 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700) 및 레가시 컨트롤러 제어시 레가시 컨트롤러의 기능들은 두개의 분리된 매입형 컨트롤러로 분리될 수 있고, 또는 네트워크 컨트롤러(620)와 조합될 수 있다. 레가시 소스(500)가 가용이지 않다면, 레가시 오디오 네트워크 인터페이스(623) 및 레가시 컨트롤러(624)의 레가시 소스 제어 기능은 제거될 수 있다. 유사하게, 레가시 홈 컨트롤 네트워크(700)의 부재시, 레가시 홈 컨트롤 네트워크 인터페이스(625) 및 레가시 컨트롤러(624)의 레가시 홈 네트워크 제어 기능은 제거될수 있다.
도 9에서 도시된 바와 같이 네트워크 스피커(100F)는 현존의 14-18 AWG 스피커 와이어를 통해 외부 규격화된 전력 공급 장치로부터 DC 전류를 수신할 수 있거나 배터리를 유지 충전(trickle charge)하는 PoE(Power over Ethernet) 기술을 채택할 수 있다. 또한, 충전 상태(charge status)는 배터리(800)에 공급될 수 있다.
네트워크 스피커(100F)는 제거가능한 배터리 팩으로 스피커로 삽입되거나 스피커 내에 위치되는 재충전가능한 배터리 소스(800)로부터 DC 전류가 적용되는 파워를 구비한다. 이는 라인 파워 상태를 또한 허여하고, 이 조건이 발생하면 애플리케이션에 특화된 기능을 수행한다.
도 10은 배터리 전력공급형일 수 있는 또다른 스피커 실시예(100G)를 도시한다. 또한, 스피커(100G)는 오디오 성능을 향상시키는 ESM(Energy Storage Module)을 포함한다.
분명하게, 본 발명의 많은 수정과 변형이 상기 공개 사항에 비추어 가능하다. 그러므로, 본 발명이 명확히 설명된 것 외에 다른 방법으로 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (19)

  1. 복수의 스피커 노드;
    네트워크를 통해 상기 스피커 노드에 연결된 복수의 완비형 오디오 소스 노드 장치;
    상기 네트워크를 통해 상기 스피커 노드에 연결된 서비스 인터페이스 수단;
    상기 네트워크를 통해 상기 스피커 노드에 연결된 하나 이상의 레가시 소스;
    상기 하나 이상의 레가시 소스 및 상기 스피커 노드 사이에 연결된 제어 및 변환 수단을 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 및 변환 수단은 제어 및 인코딩 노드를 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스피커 노드 각각은 오디오 미디어 컨텐트를 렌더하고 상기 네트워크를 통해 상기 스피커 노드에 연결된 미디어 컨텐트를 분산, 제어, 및 제공하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스피커 노드 각각은 마이크로폰 및 신호 프로세서 수단을 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 디지털 신호 프로세서를 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서는 실시간 적응형 애널라이저를 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 애플리케이션 프로토콜을 작동시키는 지능을 제공하는 스피커 컨트롤러를 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 디지털 오디오 포맷 입력을 아날로그 출력으로 변환하는 포맷 컨버터를 더 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 앰플리파이어 및 상기 앰플리파이어에 주파수 출력을 제한하는 액티브 크로스오버를 구비한 프리-앰플리파이어를 더 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 스피커 컨트롤러 및 포맷 컨버터는 프로세싱 파워 및/또는 메모리 증가로 상기 네트워크를 통해 업데이트될 수 있어 미래 디지털 포맷을 수용할 수 있는 네트워크화된 오디오 시스템.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 각 스피커의 프로세서 수단은 다른 상기 스피커에 정보 피드백을 제공하는 스피커 센서 수단을 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 스피커 컨트롤러는 웹 서버로서 기능하도록 프로그램된 플래시 메모리를 갖는 매입형 컨트롤러이고, 상기 포맷 컨버터와 함께 애플리케이션 프로그래밍이 상기 네트워크를 통해 업데이트됨으로써 미래 디지털 포맷을 수용하도록 하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 네트워크는 유선 섹션 및 하나 이상의 무선 세그먼트를 포함하고, 하나 이상의 상기 스피커 노드는 상기 유선 섹션 및 상기 하나 이상의 무선 세그먼트 사이에 통신 브리지를 제공하는 인터페이스 수단을 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 인터페이스 수단은 RF 네트워크 통신을 수신하고 발신할 수 있는 RF 수신기/전송기를 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 스피커 노드는 마스터 스피커 노드 및 상기 마스터 스피커 노드로부터 클록킹 제어 정보를 수신하는 슬레이브 스피커 노드를 설정하기 위해 멀티 스피커 세션에 참여하도록 적응되는 네트워크화된 오디오 시스템.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 제어 및 변환 수단은 상기 스피커 노드 모두로 분산하기 위해 상기 레가시 소스로부터 원하는 디지털 포맷으로 아날로그 신호를 변환하도록 적응되는 네트워크화된 오디오 시스템.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 제어 및 변환 수단은 상기 스피커 노드 모두로 분산하기 위해 상기 레가시 소스로부터 원하는 재포맷된 디지털 포맷으로 디지털 신호를 변환하도록 적응되는 네트워크화된 오디오 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제어 및 변환 수단은 상기 스피커 노드 모두로 분산하기 위해 상기 레가시 소스로부터 상기 원하는 디지털 포맷으로 아날로그 신호를 변환하도록 추가로 적응되는 네트워크화된 오디오 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 제어 및 변환 수단은 상기 레가시 소스로부터 상기 원하는 디지털 포맷으로 신호의 동시 변환을 제공하는 다중 인코더를 포함하는 네트워크화된 오디오 시스템.
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