KR20090078834A

KR20090078834A - 리셋을 사용하는 오디오 다이내믹스 프로세싱

Info

Publication number: KR20090078834A
Application number: KR1020097010325A
Authority: KR
Inventors: 알란 제프리 시펠트; 케네스 제임스 건드리
Original assignee: 돌비 레버러토리즈 라이쎈싱 코오포레이션
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-07-20
Also published as: NO342161B1; KR101137715B1; CA2665153C; JP2010507330A; CN101529721B; AU2007309691A1; UA94968C2; RU2009118955A; AU2007309691B2; WO2008051347A3; EP2082480B1; TW200830890A; TWI415481B; MY144271A; EP2082480A2; US8849433B2; BRPI0717484B1; WO2008051347A2; CN101529721A; IL197856A0

Abstract

오디오 신호의 콘텐트 변경들에 빠르게 적응하기 위해서 리셋(reset) 메커니즘 또는 프로세스를 사용하는 오디오 다이내믹스(dynamics) 프로세서 또는 프로세싱 방법이 제공된다. 리셋 신호는 오디오 신호 자체를 분석함으로써 생성될 수 있고, 또는 리셋은 텔레비전 세트 상의 채널 변경 또는 오디오/비주얼 수신기 상의 입력 선택 변경과 같은 외부 이벤트로부터 시발(trigger)될 수 있다. 외부 시발의 경우에, 현재 오디오 소스에 대한 다이내믹스 프로세서의 상태의 하나 이상의 지시자들은 저장될 수 있고, 새로운 오디오 소스로 스위칭하기 전에 오디오 소스와 연관된다. 이어서, 시스템이 제 1 오디오 소스로 다시 스위칭하면, 다이내믹스 프로세서는 앞에서 저장된 상태로 또는 그것의 근사치로 리셋될 수 있다.

오디오 다이내믹스 프로세싱, 시변 신호, 평활화, 자동 이득 제어, 리셋 시발 신호, 프로세스 제어 매개변수

Description

리셋을 사용하는 오디오 다이내믹스 프로세싱{AUDIO DYNAMICS PROCESSING USING A RESET}

본 발명은 오디오 신호 프로세싱에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오디오 신호에서 콘텐트 변경들에 빠르게 적응하기 위해서 리셋(reset) 메커니즘 또는 프로세스를 사용하는 오디오 다이내믹스(dynamics) 프로세서 또는 프로세싱 방법에 관한 것이다. 리셋 신호는 오디오 신호 자체를 분석함으로써 생성될 수 있거나, 또는 리셋은 오디오/비주얼(audio/visual) 수신기 상의 입력 선택 변경 또는 텔레비전 세트 상의 채널 변경과 같은 외부 이벤트로부터 시발(trigger)될 수 있다. 외부 시발의 경우에, 현재 오디오 소스에 대한 다이내믹스 프로세서의 상태의 하나 이상의 지시자들(indicators)이 저장될 수 있고, 새로운 오디오 소스로 스위칭하기 전에 그 오디오 소스와 연관될 수 있다. 이어서, 시스템이 제 1 오디오 소스로 다시 스위칭하면, 다이내믹스 프로세서는 앞에서 저장된 상태 또는 그것의 근사치로 리셋될 수 있다. 본 발명은 또한 이러한 방법들을 실시하거나 이러한 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램들에 관한 것이다.

오디오 다이내믹스 프로세싱의 목적은 오디오 신호의 레벨 또는 다이내믹스들이 일부 원하는 제한들 내에 있도록 변경하는 것이다. 이것은 일반적으로 오디오 신호 레벨(예컨대, rms 레벨 또는 피크(peak) 레벨)의 시변 측정치(time-varying measure)를 생성함으로써 그리고 레벨 추정의 함수인 시변 신호 수정(예컨대, 이득 변경)을 계산하고 적용함으로써 달성된다. 이러한 동작 모드를 사용하는 다이내믹스 프로세서들은 자동 이득 제어들(automatic gain controls:AGCs), 다이내믹 범위 제어들(dynamic range controls:DRCs), 확장기들, 제한기들, 잡음 게이트들(noise gates) 등을 포함한다. 다양한 유형들의 신호 다이내믹스 프로세싱이 2006년 5월 4일 WO 2006/047600호로서 공개된 알랜 제프리 씨펠트(Alan Jeffrey Seefeldt)의 국제특허출원 PCT/US 2005/038579호에 개시되어 있다. 상기 출원은 국가들 중에서 미국을 지정하고 있다. 상기 출원은 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에서 포함되어 있다.

도 1은 일반적인 오디오 다이내믹스 프로세서의 고 레벨 블록도이다. 프로세서는 두 개의 경로들, 상부 "신호" 경로2 및 하부 "제어" 경로4를 갖도록 고려될 수 있다. 하부 경로 상에서, 다이내믹스 제어 프로세서 또는 제어기("다이내믹스 제어")(6)는 오디오 신호의 레벨을 측정하고, 레벨 측정의 함수로서 하나 이상의 시변 수정 매개변수들을 생성한다. 도시된 바와 같이, 수정 매개변수들은 입력 오디오 신호로부터 유도된다. 대안으로, 수정 매개변수들은 프로세싱된 (출력) 오디오로부터 또는 입력 및 출력 오디오 신호들의 조합으로부터 유도될 수 있다. 상부 오디오 경로2 상에서, 다이내믹스 제어(6)에 의해 생성된 수정 매개변수들은 프로세싱된 오디오를 생성하기 위해 오디오에 적용된다. 오디오 신호에 대한 수정 매개변수들의 적용은 공지된 많은 방식으로 달성될 수 있고, 일반적으로 승산기 부 호(multiplier symbol:8)로써 도시된다. 예를 들어, 간단한 자동 이득 제어 디바이스 또는 프로세스의 경우에, 주요 경로에서 가변 이득/손실 디바이스 또는 프로세스의 이득을 제어하는 신호 광대역 이득 수정 매개변수가 존재할 수 있다. 실제에서, 오디오는 또한, 다이내믹스 제어 프로세스에서 수정 매개변수들의 계산과 연관된 임의의 지연에 대해 보상하기 위해 수정 매개변수들의 적용 전에 지연될 수 있다. 설명을 단순화하기 위해, 지연은 도 1 및 다른 도면들에 도시되지 않는다.

다이내믹스 제어 프로세스에서, 통상적으로, 얻어진 수정 매개변수들 및 신호 레벨 측정치 둘 모두가 시간에 대해 지속적으로 계산된다. 또한, 신호 레벨 측정치와 수정 매개변수들 중 하나 또는 둘 모두는 일반적으로, 프로세싱된 오디오에 도입된 지각할 수 있는 결함들(perceptible artifacts)을 최소화하기 위해 시간에 걸쳐 평활화(smooth)된다. 평활화는 주로, 수정 매개변수들이 신호 레벨의 증가에 응답하여 비교적 빠르게 변하고, 신호 레벨이 감소함에 따라 보다 느리게 응답하는 것을 의미하는, "빠른 어택(fast attack)" 및 "느린 릴리스(slow release)"를 사용하여 수행된다. 이러한 평활화는 자연적인 소리들의 다이내믹스 및 인간이 시간에 걸쳐 강음(loudness)의 변화들을 지각하는 방식에 따른다. 결국, 이러한 시간 평활화는 오디오 다이내믹스 프로세서들에서 거의 일반적이다.

몇몇 다이내믹스 프로세싱 어플리케이션들에 대해, 이러한 평활화와 연관된 시간 상수들은 1초 이상 정도로 아주 클 수 있다. AGC는 예컨대, 큰 시간 상수들을 사용하는 신호의 장기 평균 레벨의 추정치를 계산하여, 원하는 목표 레벨에 더 근접한 오디오의 평균 레벨을 이동시키는 느리게 변하는 수정 매개변수들을 생성하기 위해 얻어진 추정치를 사용할 수 있다. 이 경우에, 오디오 신호의 단기 다이내믹스(short-term dynamics)를 보존하기 위해서 큰 시간 상수들이 바람직할 수 있다. 이러한 AGC가 프로그래밍 및 다양한 채널들에 걸쳐서 일관된 평균 레벨을 유지하는 의도로 텔레비전 세트의 오디오에 대해 동작한다고 가정하자. 이러한 상황에서, AGC에 의해 프로세싱되는 오디오 신호의 콘텐트는, 예컨대 채널이 변할 때, 급작스럽게 변할 수 있거나 또는 불연속성을 가질 수 있고, 그에 따라 오디오 신호의 연관된 평균 레벨 또한 급작스럽게 변하거나 불연속성을 가질 수 있다. 하지만, 그것의 큰 시간 상수들로, GC는 새로운 레벨로 수렴(converge)하도록 하고 원하는 목표 레벨로 프로세싱된 오디오의 수정 레벨이 되도록 하기 위해 긴 시간이 소요된다. 이러한 적응 시간 동안, 텔레비전의 시청자는 너무 시끄럽거나 너무 부드럽게 되는 오디오 레벨을 지각할 수 있다. 결국, 시청자는 AGC가 수렴할 때 볼륨만을 조절하기 위해 원격제어장치를 빨리 찾아서, AGC와 싸우고 있는 자신을 발견한다.

지금 설명된 문제점에 대한 통상적인 종래 기술 해결법은 신호의 다이내믹스에 기초하여 적응된 시간 상수들을 사용하는 것과 관련된다. 예를 들어, 신호의 단기 레벨이 평활화된 레벨 주변의 몇몇 임계 경계들에 의해 정의되는 바와 같이 평활화된 레벨보다 상당히 크거나 또는 작으면, 평활화 동작은 단기 레벨이 평활화된 레벨 주변의 임계 경계들 내로 들어올 때까지, 각각 보다 빠른 어택 및/또는 릴리스 시간 상수들로 스위칭한다. 그 후에, 시스템은 원래의 보다 느린 시간 상수들로 다시 스위칭한다. 이러한 시스템은 AGC의 적응 시간을 단축시킬 수 있지만, 임계치들 및 짧은 시간 상수들이 신중히 선택되어야 한다. 일반적으로, 임의의 합리적인 임계치들에 대해, 원하는 원래 신호 다이내믹스들이 평균 레벨 주변의 임계 경계들 밖에서 변동하는 신호들이 존재할 수 있고, 그래서, 평활화 프로세스로 하여금 빠른 어택 또는 릴리스 모드로 잘못 스위칭하게 할 수 있다. 이러한 잘못된 스위칭의 빈번한 발생으로 인해, 빠른 어택 및 릴리스 모드 시간 상수들은 정상적인 프로그램 자료 동안 AGC의 불안정성을 회피하기 위해 너무 짧게 되지 않도록 선택되어야 한다. 결국, 오디오 콘텐트에서 급작스런 천이들 또는 불연속성들 동안 AGC의 수렴은 원하는 만큼 빠르지 않을 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 오디오 콘텐트가 변하는 동안 다이내믹스 프로세싱 적응 시간의 문제점에 대한 더 양호한 해결법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양태에 따라, 오디오 신호를 프로세싱하는 방법(또는 상기 방법을 실행하는 장치)은 다이내믹스 제어 프로세스에 따라 오디오 신호의 다이내믹스들을 변경하는 단계, 오디오 신호의 콘텐트의 변경을 검출하는 단계, 및 이러한 변경을 검출하는 것에 응답하여 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계를 포함한다. 오디오 신호의 콘텐트의 변경을 검출하는 단계는 오디오 신호의 레벨이 제 1 시간 임계치(t_silence)보다 짧지 않은 시간 구간에 걸쳐 임계치(L_silence) 아래에 있게 되는 오디오 신호의 시간적 전개(temporal evolution)의 발생을 검출하는 단계와, (2) 오디오 신호의 레벨이 제 2 시간 임계치(t_drop)보다 크지 않은 시간 구간 내에서 차이 임계치(difference threshold)(L_drop)보다 큰 양만큼 감소하는 오디오 신호의 시간적 전개의 발생을 검출하는 단계 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 오디오 신호를 프로세싱하는 방법(또는 상기 방법을 실시하는 장치)은 다이내믹스 제어 프로세스에 따라 오디오 신호의 다이내믹스를 변경하는 단계, 오디오 신호의 변경을 나타내는 외부 공급 리셋 시발 신호를 수신하는 단계, 및 리셋 시발 신호에 응답하여 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계를 포함한다. 리셋 시발 신호는 (1) 채널을 변경하는 사용자의 동작, (2) 입력 소스들을 변경하는 사용자의 동작, (3) 플레이(play), 후진(rewind), 또는 전진(forward) 기능을 선택하는 사용자의 동작, (4) 하나의 파일을 다른 것으로의 스위칭, (5) 프로그램의 변경, (6) 하나의 오디오 코딩 포맷을 다른 것으로의 스위칭, 및 (7) 코딩 매개변수들의 변경 중 하나 이상을 나타낼 수 있다.

위의 양태들 중 하나에 따라, 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계는 다이내믹스 프로세싱이 입력 신호의 변경들에 적응하는 속도(rate)를 빠르게 할 수 있다. 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계는 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들 또는 이러한 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들이 함수인 신호의 값을 저장된 값 또는 디폴트 값에 설정할 수 있다. 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계는 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들 또는 이러한 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들이 함수인 신호를 결정하는데 사용되는 하나 이상의 상수들의 값을 짧게 할 수 있다.

위에서 설명된 적응 시간 상수 접근법(adaptive-time-constant approach)이 오디오 다이내믹스 프로세서 또는 프로세스의 적응 시간을 감소시키는데 다소 도움이 될 수 있고, 본 발명의 양태들 중에 사용될 수 있지만, 이러한 프로세서 또는 프로세스는 프로세싱되는 오디오 신호의 콘텐트의 불연속성들 또는 특정한 급작스런 변경들의 발생시에 활성되는 명확한 리셋 메커니즘 또는 프로세스로 그것을 증대시킴으로써 상당히 개선될 수 있다. 도 2는 추가적인 제어 경로, 즉 리셋 제어 경로(10)가 도 1의 일반적인 다이내믹스 프로세서에 부가된 일반적인 형태로 본 발명을 도시한다. 리셋 제어 메커니즘 또는 프로세스("리셋 제어")(12)는 오디오 신호 자체(입력 오디오 신호 또는 입력 및 출력 오디오 신호들의 조합)와 외부 시발 신호 중 하나 또는 둘 모두에 응답할 수 있다. 그러므로, 3개의 가능한 구성들, 즉 (1) 오디오 신호 자체(차례로, 입력 오디오 신호 또는 입력 및 출력 오디오 신호들의 조합을 포함할 수 있음), (2) 외부 시발 신호, 및 (3) 오디오 신호 자체 및 외부 시발 신호 둘 모두가 존재한다. 리셋하는 결정이 리셋 제어(12)에 의해 행해지면, 리셋 제어 메커니즘 또는 프로세스는, 오디오 다이내믹스 프로세싱으로 하여금 들어오는 오디오 신호의 새로운 레벨에 빠르게 적응하게 하는 방식으로 다이내믹스 제어 상태의 특정 양태들을 리셋하도록 지시하는 다이내믹 제어(6)에 리셋 메시지를 전달한다. 다이내믹스 제어 상태의 특정 양태들의 리셋팅은 예컨대, (1) 짧은 시간 기간동안 보다 짧은 값으로 하나 이상의 상수들을 설정할 수 있고(그에 의해, 오디오 프로세싱의 적응 속도를 빠르게 함) 그리고/또는 (2) 저장된 값으로 또는 평균 또는 디폴트 값으로 오디오 신호 레벨의 평활화된 측정치 또는 하나 이상의 수정 매개변수들을 설정할 수 있다.

신호 콘텐트에서 급작스런 변화 또는 불연속성의 발생을 판정하기 위한 오디오 신호의 분석

리셋 결정은, 예컨대, 들어오는 오디오 신호 자체를 분석함으로써 또는 외부 리셋 시발 신호를 수신함으로써 다수의 방식들로 리셋 제어(12)에 의해 시작될 수 있다. 오디오 신호를 분석에 있어, 리셋 제어(12)는 콘텐트의 급작스런 변경 또는 불연속성을 나타내는 신호의 상태들을 검출하려고 시도한다. 특정 정도의 확신으로 이러한 조건을 검출할 때에, 리셋 제어(12)는 리셋 결정을 행하고, 후속하여, 그것의 다이내믹 제어 상태의 하나 이상의 양태들을 리셋하도록 다이내믹 제어(6)에게 지시한다. 다른 기술들이 신호 콘텐트의 급작스런 변경들 또는 불연속성들을 검출하는데 사용될 수 있지만, 그렇게 행하기 위한 두 개의 실제적이고 효과적인 예들이 이하에서 개시된다.

신호 콘텐트의 급작스런 변경 또는 불연속성의 발생을 판정하기 위한 외부 시발의 사용

많은 어플리케이션들에서, 매우 신뢰할만한 외부 정보가 리셋을 시발하는데 이용가능할 수 있다. 예를 들어, 텔레비전 세트 또는 케이블 "셋톱 박스"에서, 채널을 변경하는 사용자의 동작은 리셋의 외부 시발로서 기능할 수 있다. 또한, 텔레비전 또는 오디오/비디오 수신기에서, 예컨대 "비디오1"에서 "비디오2"로의 입력 소스들을 변경하는 사용자의 동작은 리셋을 시발하도록 기능할 수 있다. 다른 예들은 파일 기반의 미디어 플레이어, 예컨대, 휴대용 오디오 디바이스 또는 디지털 비디오 리코더를 포함한다. 이러한 경우들에서, 리셋은 시스템이 플레이하는 하나의 파일을 종료하고 다른 것으로 스위칭할 때 외부적으로 시발될 수 있다. 리셋은 또한, 사용자가 명확하게 스스로 파일들을 변경하거나, 플레이를 누르거나, 또는 하나의 콘텐트에서 새로운 위치로 빠르게 전진하거나 되감기할 때 시발될 수도 있다. 예컨대, 돌비 디지털 오디오와 같이 프로세싱되는 오디오가 디지털 데이터 압축 스트림으로부터 디코딩되는 경우에, 외부 리셋 시발 신호의 다른 소스들이 존재할 수 있다. "돌비" 및 "돌비 디지털"은 Dolby Laboratories Licensing Corporation의 상표들이다. 예를 들어, 돌비 디지털 오디오 코딩 시스템은 미국에서 고해상도 텔레비전에 대한 의무적인 오디오 포맷이다. 프로그래밍의 주어진 채널 상에서, 오디오는 연속으로 전달되지만, 돌비 디지털 포맷은 프로그램 경계들에서 변할 수 있다. 예를 들어, 메인 프로그램은 5.1 채널 포맷으로 인코딩될 수 있지만, 상업광고는 스테레오 포맷으로 인코딩될 수 있다. 돌비 디지털 디코더는 필수적으로, 이러한 변경들을 검출하고, 리셋 시발로서 본 발명의 오디오 다이내믹스 프로세서에 정보를 보낼 수 있다. 코딩 매개변수들에서의 다른 변경들이 또한 사용될 수 있는데, 예컨대, 일반적으로 하나의 콘텐트에 대해 일정하게 유지되는 돌비 디지털 다이얼로그 정규화 매개변수(Dolby Digital dialog normalization parameter)의 변경들이 사용될 수 있다. 유사한 외부 리셋 시발은 이러한 MP3 및 AAC와 같은 다른 오디오 코딩 포맷들로부터도 역시 생성될 수 있다. 지금 열거된 외부 리셋 시발들의 소스들에 부가하여, 다른 것들이 가능하고, 본 발명은 열거된 것들에 제한되고자 하지 않는다.

오디오가 공지된 소스들의 세트로부터 기원할 수 있는 디바이스에 본 발명이 사용되는 경우에, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 더 개선될 수 있다. 상기 도면의 아래를 따라, N개의 오디오 소스들("오디오 소스1" 내지 "오디오 소스 N")(14-1 내지 14-N)이 도시되고, N개의 오디오 소스들 중 하나가 소스 선택 디바이스 또는 프로세스("소스 선택")(16)에 의해 다이내믹 프로세싱 시스템을 통해 플레이백(playback)을 위해 선택된다고 가정한다. 이러한 오디오 소스들이 텔레비전 또는 셋탑 박스 상의 다양한 채널들, 오디오/비주얼 수신기 상의 다양한 입력들, 또는 휴대용 미디어 플레이어 상의 다양한 파일들을 나타내지만 이에 제한되지 않는다. 다이내믹스 제어 프로세스의 하나 이상의 양태들의 상태에 대한 표시자들(indicators)은, 오디오 특정 소스가 플레이된 최종 시간에 존재하는대로, 각각의 오디오 소스에 저장된다. 다이내믹스 제어의 상태에 대한 이러한 양태들은 예컨대, (1) 오디오 신호 레벨의 평활화된 측정치, (2) 오디오 신호 레벨의 평활화된 측정치로부터 얻어진 하나 이상의 수정 매개변수들, 및 (3) 오디오 신호 레벨의 평활화된 측정치를 얻는데 사용되는 하나 이상의 시간 상수들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 아래에 설명된 한 예시적인 실시예에서, 오디오 신호 레벨의 평활화된 측정치가 사용되고, 이것은 이득 수정 매개변수에 간접적으로 영향을 미친다(이 예에서, 이득은 평활화된 오디오 신호 레벨의 함수임). 새로운 오디오 소스로 실질적으로 스위칭하기 전에, 상이한 오디오 소스가 소스 선택 프로세스를 통해 선택될 때, 소스 선택(16)은 리셋 제어(12')에 외부 리셋 시발을 전달한다. 이것은 차례로, 리셋 제어(12')로 하여금, 현재 플레이하고 있는 오디오 소스에 대한 다이내믹스 제어 프로세스의 현재 상태에 대한 지시자들을 캡쳐하게 한다. 이어서, 리셋 제어(12')는 현재 오디오 선택(다이내믹 제어 상태 저장(1 내지 N))(18-1 내지 18-N)과 연관된 N 개의 다이내믹스 제어 상태 저장 위치들에서 다이내믹스 제어 상태의 지시자들을 저장한다. 다음으로, 소스 선택(16)은 새로운 오디오 소스로 스위칭하고, 저장된 상태 지시자들을 사용하여 다이내믹스 제어 프로세스를 차례로 리셋하는 리셋 제어 프로세스에 다이내믹 제어 상태의 연관되어 저장된 지시자들을 전달한다.

그 소스로 스위칭할 때 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하기 위해 오디오 소스의 최종 다이내믹스 제어 상태의 양태들을 사용함으로써, 이러한 초기 상태를 사용하지 않는 것보다 보다 양호한 수행성능이 달성될 수 있다. 이러한 정보 없이, 다이내믹스 제어 프로세스는 새로운 오디오 소스에 적응하면서 리셋 후의 들어오는 오디오 신호에 종속한다. 단기에 기초하여, 오디오의 레벨이 빠르게 변할 수 있고, 그러므로, 수정 매개변수들은 또한, 다이내믹스 제어 프로세스가 새로운 오디오에 빠르게 적응하도록 시도함에 따라 빠르게 변할 수 있다. 다이내믹 프로세서를 리셋하기 위해 오디오 소스와 연관된 다이내믹 프로세서의 최종 상태에 대한 양태들을 사용함으로써, 다이내믹 프로세서가 이 오디오 소스에 대해 결국 수렴하는 상태에 더 가까운 상태에서 시작할 수 있다. 결국, 리셋 후의 빠른 적응 시간 상수들이 그렇지 않으면 요구될 수 있는 만큼 감소될 필요가 없고, 그에 의해, 전체 적응 시간을 희생하지 않고 개선된 안정성을 제공할 수 있다. 예로서, 두 개의 텔레비전 스테이션들, 즉 풀-스케일(full-scale) 디지털에 대해 -15dB의 평균 레벨에서 오디오를 갖는 첫 번째 것과, -30dB의 평균 레벨에서 오디오를 갖는 두 번째 것과, 그들 각각의 평균 주변의 ±5dB의 범위를 갖는 둘 모두간의 스위칭을 고려하자. 제 2 스테이션으로의 스위칭 바로 전에, 제 2 스테이션의 평균 레벨이 -13dB에 있다고 가정하자. 제 2 스테이션의 평균 레벨이 스위치 후에 -33dB에 있다고 가정하자. 이것은 -20dB의 차이이다. 다이내믹스 프로세싱 시스템이 1/2초에 적응하도록 필요로 하면, 예컨대, 초당 -40dB의 적응 속도가 임의의 다른 정보의 부재시에 필요하다. 이러한 속도는 매우 빠르고, 프로세싱된 오디오에서 불안정성을 야기할 수 있다. 한편, 제 2 스테이션에 저장된 최종 다이내믹스 프로세싱 상태는 -28dB 레벨에 대응한다고 가정하자. 이어서, 리셋 후에, 다이내믹스 제어 프로세스는 이 상태로 리셋될 수 있고, 단지 -33dB - (-28dB) = -5dB의 차이가 존재한다. 그러므로, 단지 초당 -10dB의 적응 속도가 1/2초(시간 상수가 짧아지게 할 필요가 없음) 내에서 원하는 레벨로 수렴하는데 필요하다. 이 예는 이러한 상태들에서 얻어진 오디오 소스로 다이내믹스 제어 프로세서의 최종 상태를 저장하는 이점들을 예시한다.

리셋이 시발될 때의 효과

리셋을 시발하여, 오디오 다이내믹스 프로세싱 적응 속도(다이내믹스 프로세싱이 입력 신호에서의 변화들에 적응하는 속도)를 가속한다. 예를 들어, 리셋이 시발될 때, 적응 속도와 연관된 하나 이상의 시간 상수들은 상당히 작은 값들로 빠르게 스위칭할 수 있고, 이어서, 특정한 시간 기간 동안 그들의 원래 큰 값들로 부드럽게 되돌아간다. 대안으로, 하나 이상의 시간 상수들은 상당히 작은 값들로 스위칭하여, 특정 시간 기간 동안 이러한 값들에 남아 있을 수 있다. AGC 장치에서, 시간 상수 제어 신호(c[t])는 평활화된 평균 레벨을 계산하는데 사용되는 시간 상수들을 잠시 동안 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 평활화 시간 상수들은 리셋 다음의 약 1초의 시간 동안 감소될 수 있다. 한 예시적인 실시예에서, 시간 상수 제어 신호(c[t])는 리셋 시발의 발생 시에 "1"(하나 이상의 시간 상수들에 대한 최대 변경 효과를 나타냄)의 값으로 시작할 수 있고, 그것이 "1"일 때, 어택 및 릴리스 계수들은 그들의 명목 값들(nominal values)보다 상당히 작은 값들로 설정된다. c[t]가 1초와 같은 짧은 시간 기간동안(시간 기간의 길이는 중요하지 않음) 0으로 작아지므로, 계수들은 그들의 명목 정상(넌-리셋(non-reset)) 값들도 다시 보간된다(interpolated). 대안으로 또는 부가적으로, 리셋 시발의 발생 시에, 다이내믹스 제어 프로세스에 의해 계산된 평활화된 평균 레벨의 값은 특정한 오디오 소스에 저장된 상태로 또는 디폴트 값으로 리셋될 수 있다.

도 1은 고 레벨에서, 일반적인 오디오 다이내믹스 프로세서를 보여주는 개략적인 기능 블록도.

도 2는 본 발명의 양태들에 따라, 일반적인 형태로, 추가적인 제어 경로, 즉 리셋 제어 경로가 도 1의 일반적인 다이내믹스 프로세서에 부가되는, 본 발명의 한 실시예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.

도 3은 본 발명의 양태들에 따라, 오디오 다이내믹스 프로세서가 더 개선되는, 본 발명의 한 실시예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.

도 4는 통상적인 자동 이득 제어(AGC)에 대한 한 예시적인 입/출력 기능을 도시하는 도면.

도 5는 인간 귀의 기저막(basilar membrance)을 통해 관찰되는 중요한 대역 필터링을 모방하도록 선택된 대역통과 주파수 응답들의 세트를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 양태들에 따라, 본 발명의 한 AGC 실시예를 보여주는 개략적인 기능 블록도.

본 발명을 실행하기 위한 최상의 모드

개시된 본 발명은 다이내믹스 범위 제어, 압축기들(compressors), 제한기들(limiters), 확장기들(expanders) 등과 같은, 다양한 다이내믹스 프로세싱 어플리케이션들에 응용가능하다. 하지만, 통상적으로 큰 시간 상수들이 본 발명의 부재시에 느린 적응을 야기하는 AGC에 적용될 때 특히 유용하다. 그러므로, 양호한 실시예는 예로서, AGC에 대한 본 발명의 어플리케이션을 개시한다.

기본적인 AGC 구현

AGC의 한 기본적인 구현은 신호의 평균 레벨의 시변 추정치 및 입력 레벨 및 원하는 목표 레벨의 함수인 원하는 수정 출력 레벨을 계산한다. 그 후, 시변 신호 수정은 입력 레벨과 원하는 출력 레벨 사이의 차이의 함수로서 계산될 수 있다. 출력에 입력을 매칭하는 기능은 수정 오디오의 레벨을 원하는 목표 레벨에 더 근접하도록 디자인되고, 도 4는 이러한 하나의 입/출력 기능을 도시한다. 목표 레벨 위의 입력에 대해, AGC는 신호 감쇄(attenuation)를 요구하고, 목표 레벨 아래의 입력에 대해, AGC는 신호 상승(boost)을 요구한다. 감쇄 또는 상승의 정도는 도 4에서 선의 기울기를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

이상적으로, 오디오의 평균 레벨을 계산하는데 사용되는 측정은 강음에 대한 인간의 지각과 상관되어야 한다. 이것은 많은 방식들; 예컨대, 가중 제곱 평균 측정(weighted mean-square power measure) 또는 정신음향적 강음 측정(psychoacoustic loudness measure)에 의해 달성될 수 있다. 간단한 가중되지 않은 제곱 평균 측정은 지금 바로 언급된 두가지 방법들보다 약간 정확하지 않지만, 여전히, 가장 실세계 오디오 신호들에 대한 인간의 강음 지각과의 높은 정도의 상관을 설명한다. 그것의 계산적인 단순성으로 인해, 가중되지 않은 제곱 평균 측정이 양호한 실시예에 사용되지만, 본 발명을 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다.

비록, 원리적으로, 본 발명의 양태들이 아날로그 및/또는 디지털 영역들에서 구현될 수 있지만, 실제적인 구현예들은 오디오 신호들 각각이 개별적인 샘플들 또는 데이터의 블록들 내의 샘플들에 의해 나타내지는 디지털 영역에서 용이하게 구현된다. 입력 레벨 예측 및 대응하는 원하는 출력 레벨 및 신호 수정 매개변수들은 아날로그 오디오 신호에 대해 지속적으로 계산될 수 있거나 또는 디지털 신호로부터 샘플 기초로 계산될 수 있지만, 이 예시적인 실시예에 대해, 디지털 오디오 신호의 샘플들의 연속적인 중첩 블록들(consecutive overlapping blocks)에 대해 이러한 양들을 계산하는 것이 대신 바람직하다. 이것은 주로, 디지털 블록 프로세싱이 차후에 설명되는 바와 같이 신호 자체로부터 리셋 상태들을 검출하는데 유용하다는 사실 때문이다. 디지털 오디오 신호가 x[n]으로써 나타내지도록 하면, 오디오 신호의 중첩 블록들은 다음 수식으로서 계산될 수 있다:

에 대해,

(1)

여기서, N은 블록 길이이고, N/2는 연속하는 블록들 간의 중첩의 정도이고, t는 블록 인덱스이고, w[n]는 정현파 윈도우(sine window)와 같은 윈도우 함수이다. 44100Hz에서 샘플링된 신호들에 대해, N=512 또는 N=1024로 설정하는 것은 잘 동작한다. 샘플들의 중첩 블록들을 사용하는 디지털 오디오 프로세싱 장치의 추가 세부사항들은 Fielder 등의 미국특허 제5,899,969호("이득 제어 워드들을 갖는 프레임 기반의 오디오(Frame-based audio with gain-control words)")에 개시되고, 상기 특허는 전체가 참조문헌으로써 본 명세서에 포함되어 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, AGC는 신호의 각 블록과 승산되는 시변 이득 G[t]를 계산한다. 그 후, 이들 수정된 블록들 각각은 최종 수정된 오디오 신호 y[n+tN/2]를 생성하기 위해 중첩 부가된다(overlap-added):

에 대해,

(2)

이득 G[t]를 계산하는 제 1 단계로서, 신호 L[t]의 시변 순간 레벨(time-varying instantaneous level)은 각 블록 x[n,t]의 제곱 평균으로서 계산된다. 데시벨(decibel)에서, 레벨은 아래와 같이 계산되고:

(3)

여기서, 0 dB는 풀 스케일 디지털 구형파(full scale digital square wave)의 레벨에 대응한다.

다음으로, 순간 레벨은 오디오 신호

의 평활화된 평균 레벨을 생성하기 위해 빠른 어택 및 느린 릴리스로 평활화될 수 있다.

(4a)

여기서

(4b)

및

(4c)

평활 계수들(α_attack 및 α_release)은 원하는 어택 및 릴리스 시간들을 제공하도록 선택된다. 이것을 설명하는 한 가지 방식은 평활화 필터의 반-감소 시간(half-decay time), 즉 시간 평활화 필터의 임펄스 응답이 원래의 값을 1/2로 감소시키는데 필요한 시간이다. AGC에 대해 1초의 반 감소 시간에 대응하는 α_attack 및 4초 작업의 반 감소 시간에 대응하는 α_release를 선택하지만, 그 값들은 중요하지 않다. 수식 4a에서 값 L_min은 순간 신호 레벨 L[t]이 평활화된 레벨로 하여금 업데이트되도록 해야 하는 최소 레벨을 나타낸다. 이것은 신호가 상대적 침묵(relative silence)일 때 평활화된 평균 레벨이 너무 낮아지는 것을 방지하고, 대응하는 이득이 너무 높아지는 것을 방지한다. 0 dB이 풀 스케일 디지털 구형파의 레벨을 나타 낸다고 가정하면, 비록 그 레벨이 중요하지는 않지만, L_min = -60dB가 합리적인 선택이다.

평활화된 평균 레벨

및 AGC 입/출력 함수 F_AGC로부터, 도 4에 도시된 바와 같이, 원하는 출력 레벨

이 계산된다:

(5)

마지막으로, 이득 G[t]는 출력 레벨

과 입력 레벨

사이의 차로부터 계산된다:

(6)

일 때, 이득은 신호가 상승된다는 것을 의미하는 1보다 크고,

일 때, 이득은 신호가 감쇄된다는 것을 의미하는 1보다 작다.

리셋을 갖는 AGC

상술한 바와 같이, 리셋 메커니즘 또는 함수는 2개의 동작들: (1) 하나 이상의 시간 상수들을 짧은 시간 기간 동안 짧은 값으로 설정하는 것(그에 의해 오디오 프로세싱의 적응 속도를 가속함) 및 (2) 오디오 신호 레벨의 평활화된 측정치 또는 하나 이상의 수정 매개변수들을,

(수식 8a 아래와, 그 수식 전 후의 설명들을 참조)로서 표현될 수 있는, 평균 또는 디폴트 값으로 또는 저장된 값으로 설정하는 것 중 하나 또는 둘 모두를 야기할 수 있다. 우선, 하나 이상의 시간 상수들을 리 셋하는 것이 설명된다.

수정 매개변수(이득 G[t])가 평활화된 평균 레벨

의 함수이므로, 설명된 AGC가 오디오에 적응하는 속도는

를 계산하는데 사용되는 어택 및 릴리스 시간들에 의해 지배된다. 상술한 바와 같이, 이러한 평활화 시간 상수들은 수 초 정도에, 비교적 크게 선택되어, AGC는 정상적인 오디오 콘텐트의 시간적 전개(temporal evolution) 동안 매우 빠르게 오디오 레벨을 변화시키지 않는다. 하지만, 오디오 콘텐트가 급격하게 변하거나 불연속성을 가지면, AGC는 특히, 새로운 콘텐트가 이전 콘텐트와는 상당히 상이한 레벨에 있으면, 적응하는데 매우 긴 시간이 걸릴 수 있다. 적응을 가속하기 위해서, 앞에서 설명된 리셋 신호는 레벨 평활화와 연관된 하나 이상의 시간 상수들의 수정을 시발하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 리셋이 시발될 때, 시간 상수들은 상당히 작은 값들로 빠르게 스위칭하고, 이어서, 특정된 시간 기간 동안 그들의 원래 큰 값들(또는 그것의 근사치들)로 부드럽게 되돌아간다. 리셋이 시발된 후에 적응 속도를 가속하는 다른 방법들이 가능하다. 예를 들어, 그들의 원래 값들 또는 그것의 근사치들로 부드럽게 되돌아가는 대신에, 시간 상수들은 특정된 시간 기간 동안 그들의 작은 값들로 유지될 수 있고, 이어서, 그들의 원래 값들 또는 그것의 근사치들로 바로 되돌아간다. 또 다른 가능성은, 특정된 시간 기간 동안 시간 상수들의 단계별 복귀를 제공하는 것이다. 본 발명은 시간 상수들이 그들의 원래 값들 또는 그것의 근사치들로 되돌아가는 제한된 방식을 의미하는 것은 아니다.

리셋을 시발하기 위해, 리셋이 시간 블록(t)에서 필요할 때 R[t] = 1이고, 정상 동작 동안 R[t] = 0과 같은 2진(binary) 리셋 신호 R[t]가 존재할 수 있다. 리셋은 앞에서 설명한 바와 같이, 오디오 신호를 분석함으로써 또는 외부 소스에 의해 시발될 수 있다. 신호 분석을 통해 리셋을 시발하는 예들의 세부사항들이 아래에서 설명된다. 외부 시발의 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이, 다이내믹스 프로세스가 리셋될 수 있는 저장된 상태가 존재할 수 있다. 설명된 양호한 실시예에 대해, 이러한 저장된 상태는, 특정한 오디오 소스가 프로세싱된 최종 시간 블록에서, 평활화된 평균 레벨

의 값으로 구성될 수 있다. 외부적으로 시발된 리셋 동안 저장장치로부터 수신되는 초기 상태(또는 대안으로는, 초기 상태는 외부적으로 시발된 리셋이 이용되는지에 무관하게 디폴트 값일 수 있음)가 값

에 의해 나타내질 수 있다.

2진 리셋 신호 R[t]로부터, 시간 상수 제어 신호가 생성될 수 있고, 후속하여, 평활화된 평균 레벨

을 계산하는데 사용되는 시간 상수들을 순간적으로 짧게하는데 사용되어, 프로세싱 적응 속도를 가속할 수 있다. 시간 상수 제어 신호 c[t]는 리셋이 발생하는 순단(R[t]=1)에 "1"과 같고, 감소 계수(decay coefficient) λ<1로써 제어되는 속도에서 "0"에 대해 지수적으로 감소하도록 계산될 수 있다:

R[T] = 1 이면, c[t] = 1 (7a)

그 밖에는,

(7b)

감소 계수 λ는, 예컨대, 1초의 반 감소 시간을 제공하도록 선택될 수 있고, 이는 리셋에 뒤따르는 대략 1초의 지속기간 동안 평활화 시간 상수들이 짧아진다는 것을 의미한다. 또한, 제어 신호가, 빠른 적응이 상대적인 침묵 동안 발생하는 것을 방지하기 위해, 신호 레벨 L[t] ≥ L_min때만 업데이트될 수 있음을 주목한다.

수식 4b에 나타내지는 바와 같이, 신호 레벨을 평활화하기 위해 고정된 어택 및 릴리스 계수들을 사용하는 대신에, 계수들은 시간 상수 제어 신호 c[t]의 함수로서 시간에 대해 이제 변할 수 있다. 리셋이 지금 발생했다는 것을 의미하는 c[t] = 1일 때, 어택 및 릴리스 계수들은 수식 4b(예컨대, 원래 값들에 대해 약 10% 이하)로부터 값들(α_atteck 및 α_release)보다 상당히 더 작은 값들과 같은 값으로 설정될 수 있다. 그 후, c[t]가 "0"으로 감소함에 따라, 계수들은 α_atteck 및 α_release의 이들의 명목 값들로 다시 보간될 수 있다. 선택적으로, 부가적으로, 리셋 직후에 사용되는 작은 계수 값들은 초기 상태 값

이 존재하는지에 종속하여 또한 변할 수 있다. 저장된 초기 상태가 존재하지 않으면, 매우 작은 계수 값들이 사용될 수 있고, 저장된 초기 값들이 존재하면, 약간 큰 계수 값들이 사용될 수 있다. 후자의 경우에,

로

를 초기화하는 것은, 결국에 수렴하는 값에 가까운 값에서

을 시작한다고 가정한다. 그러므로, 초기 상태가 이용불가능한 경우에 비하여, 큰 계수들에 대응하는 약간 더 느린 적응 시간이 사용될 수 있다. 적응 평활화 프로세스는 아래와 같이 표현될 수 있다:

R[t] = 1이고,

이 존재하면,

(8a)

그 밖에는,

(8b)

여기서,

(8c)

(8d)

(8e)

(8f)

(8g)

(8h)

(8i)

값들(β_afast 및 β_rfast)은 초기 상태(

)가 제공되지 않을 때 리셋 직후의 초기 어택 및 릴리스 평활화 계수들을 나타낸다. 각각 50밀리초 및 200밀리초의 반 감소 시간들에 대응하는 값들이 이용가능한 것으로 발견된다. 특정한 값들이 중요한 것은 아니다. 값들(β_aslow 및 β_rslow)은 초기 상태(

)가 제공될 때 리셋 직후의 큰 초기 어택 및 릴리스 평활화 계수들을 나타낸다. 이 경우에, 반 감소 시간들에 대응하는 값들은 그것들의 보다 빠른 상대측들(counterparts)의 2배와 같다; 100밀리초와 400밀리초가 각각 유용한 것으로 발견되었다. 또한, 이 경우에, 특정한 값들이 중요한 것은 아니다.

신호 분석을 통한 리셋 검출

개시된 발명에서 리셋을 시발하기 위한 가장 신뢰할만한 방법은 오디오 콘텐트의 변경에 직접 연관되는 것으로 알려진 메커니즘 또는 프로세스로부터 외부적으로 시발을 수신하는 것이다. 여러 가지 이러한 메커니즘들, 예컨대 텔레비전 세트 상의 채널 변경 또는 오디오/비주얼 수신기 상의 입력 선택 변경은 앞에서 설명되었다. 하지만, 많은 경우들에서, 이러한 외부 메커니즘들은 이용가능하지 않아서, 시스템은 리셋이 시발되어야 하는지를 결정하기 위해 오디오 신호 자체를 분석하는 것에 의존해야 한다. 예컨대, 본 개시된 발명이 사용자가 외부 케이블 셋탑 박스를 접속시키는 텔레비전 세트에 존재한다고 가정하자. 케이블 셋탑 박스는 채널들을 맞추고 변경하며, 디코딩된 오디오는 단순히, 연속적인 오디오 스트림으로서 텔레비전 상으로 통과된다. 그러므로, 텔레비전은 새로운 채널이 선택될 때에 관한 명 확한 정보를 수신하지 못한다. 이용가능한 유일한 정보는 그것이 수신하는 오디오 스트림으로부터 추론될 수 있다는 것이다.

신호 분석을 통해 리셋을 시발하는 비교적 간단하지만 효과적인 방식은 오디오 신호의 레벨이 최소 시간 기간(시간 임계치 t_silence보다 짧지 않은 시간 구간) 동안 임계치(L_silence) 아래에 있게 되는 오디오 신호의 시간적 전개의 발생을 검출하는 것이다. 달리 말해서, 적어도 특정한 임계 시간 기간만큼 긴 지속기간을 갖는 상대적인 침묵 기간을 검출하는 것이다. 이러한 발생은 오디오의 콘텐트에서 급작스런 변경 또는 불연속성을 나타낸다. 많은 디바이스들, 특히 케이블 셋탑 박스들은 오디오 소스가 변할 때 짧은 시간 기간 동안 오디오 신호를 무트(mute)한다. 무팅 동작은 정상적인 오디오 콘텐트에서 일반적으로 접하게 되는 것보다 훨씬 낮은 레벨로 오디오 신호를 감소시킨다. 예컨대, 디지털 오디오의 경우에, 신호의 샘플들을 0으로 감소시킬 수 있다. 신호의 시간적 전개에 대한 이러한 상태들은 앞에서 논의된 단기 레벨(L[t])의 분석을 통해 검출될 수 있다. L[t]가 적어도 t_silence의 시간 구간 동안 임계치 L_silence보다 낮게 되면, 리셋이 시발될 수 있다. 이 접근법은 아래와 같이 표현될 수 있다:

(9a)

여기서, 침묵 카운트 신호(silence count signal) s[t]는 아래 수식에 따라 업데이트된다:

(9b)

0 dB이 풀 스케일 디지털 구형파의 레벨에 대응한다고 가정하면, 예컨대, -90dB와 같게 L_silence를 설정하는 것은, 레벨이 중요하지는 않지만, 실제로 잘 작용한다. 예컨대, 0.25초의 시간으로 t_silence를 설정하는 것은, 시간 시간이 중요하지는 않지만, 많은 어플리케이션들에 대한 합리적인 선택이다.

몇몇 상황들에서, 상대적인 침묵의 갭(gap)은 오디오 콘텐트가 급작스럽게 변하거나 불연속성을 가질 때 도입될 수 없고, 그러므로, 위의 기술은 리셋을 시발하는데 효과적이지 않을 수 있다. 그러므로, 부가적인 경우들을 다루기 위한 대안의 리셋 시발 발생이 바람직하다. 오디오 콘텐트가 급작스럽게 변하거나 불연속성을 갖는 임의의 상황에서, 새로운 오디오의 레벨은 이전 오디오 콘텐트의 레벨보다 크거나, 같거나, 작을 수 있다. 대부분의 다이내믹스 프로세서들이 그것의 릴리스보다 상당히 빠른 어택을 사용하므로, 새로운 오디오 콘텐트의 레벨이 오래된 오디오 콘텐트의 레벨보다 크거나 같은 경우에는, 새로운 오디오 콘텐트가 오래된 오디오 콘텐트보다 상당히 낮을 때보다 문제가 되지 않는다. 후자의 경우에, 느린 릴리스 시간은 불쾌한 긴 적응 시간을 야기할 수 있다. 그러므로, 새로운 오디오 콘텐트가 오래된 오디오 콘텐트보다 상당히 낮을 때 리셋을 시발하는 것이 특히 바람직한 것으로 고려될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 자연적인 사운드들로 이루어진 대부분의 오디오 신호들에 공통인 특징들이 활용될 수 있다. 자연적인 사운드들은 레벨 에 있어 급격한 증가를 보일 수 있지만, 그것들은 일반적으로 보다 점진적인 감소를 보인다. 급작스럽게 단절되는 사운드들은 대부분의 오디오 리코딩들에서 매우 일반적이지는 않다. 하지만, 예컨대, 입력 선택 변경을 통해, 오디오 콘텐트가 급작스럽게 스위칭하고, 새로운 오디오 입력의 레벨이 오래된 오디오 입력의 레벨보다 상당히 낮으면, 얻어진 오디오 스트림은 급격하고(drastic), 부자연스럽고, 순간적인 레벨 강하를 보인다. 이러한 레벨 강하는 단기 레벨 L[t]로부터 검출될 수 있고, 리셋을 시발하는데 사용될 수 있다.

그러므로, 신호 분석을 통해 리셋을 시발하는 효과적인 또 다른 방식은, 오디오 신호의 레벨이 시간 임계치(t_drop)보다 크지 않은 시간 구간 내에서 상이한 임계치(L_drop)보다 큰 양만큼 감소하는 오디오 신호의 시간적 전개의 발생을 검출하는 것이다. 더 구체적으로, L[t]와 L[t-1] 사이의 차이가 시간 구간(t_drop) 내에서 특정된 임계치(L_drop)보다 크면, 리셋이 시발된다:

(10)

적절한 시간 차(t_drop)는 하나의 디지털 프로세싱 블록의 시간이다. 예를 들어, 1/2의 블록 중첩으로, 하나의 블록 시간은 N/2 샘플들에 대응한다. N=512이고, 샘플링 속도가 4800Hz이면, t_drop는 약 5밀리초이다. N=1024이면, t_drop는 약 10밀리초이다. 약 -10 내지 -20dB의 레벨 차(L_drop)는, 상기 레벨 차가 중요하지 않지만, 적절한 것으로 발견된다.

위의 기술은 새로운 오디오 콘텐트의 레벨이 오래된 오디오 콘텐트의 레벨보다 상당히 작을 때 리셋을 시발하는데 효과적이지만, 그것은 종종, 정상적인 오디오 콘텐트 동안 리셋을 잘못 시발하게 할 수 있다. 설명된 기술은 신호의 총 레벨의 강하를 초래하고, 때때로, 오디오 신호의 지배적인 부분, 예컨대 킥 드럼(kick drum)은 이러한 동작을 보일 수 있는 반면에, 신호의 나머지 부분은 그렇지 않다. 하지만, 지배적인 신호 성분은 전체 레벨에 가장 크게 기여하고, 그러므로, 리셋을 시발되게 할 수 있다. 이러한 의도되지 않은 시발을 다루기 위해, 신호의 레벨이 임계 시간 기간 내에서 복수의 주파수 대역들(예컨대, 모든 주파수 대역들)에서 동시에 상당한 레벨 강하를 보일 때 리셋을 검출함으로써 검출 방법이 개선될 수 있다. 이런 식으로, 모든 이러한 주파수 대역들이 임의의 주어진 대역에서 절대 레벨(absolute level)에 무관하게, 리셋 검출 프로세스에 동일하게 기여한다. 이러한 기술을 구현하기 위해, 복수의 주파수 대역들 내의 순간적인 레벨은 우선적으로 계산된다. 이 레벨은 L[b,t]로서 나타내지고, 여기서 b는 대역 인덱스를 나타낸다. 그것은, 각각의 오디오 블록(x[n,t])의 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform:DFT)을 계산하고, 각각의 대역(b)에 대한 대역통과 주파수 응답(C_b[k])과 DFT를 승산함으로써, 효과적인 생성될 수 있다.

(11a)

여기서 x[n,t]의 DFT인 X[k,t]는 아래와 같이 계산된다.

(11b)

대역통과 주파수 응답들(C_b[k])의 세트는 인간의 귀에서 기저막(basilar membrance)을 따라 관찰되는 중요한 대역 필터링을 모방하도록 이롭게 선택될 수 있다. Moor와 Glasberg에 의해 제안된 바와 같이(Brian Moor, Brian Glasberg, 및 Thomas Baer, J., Audio Eng Soc., Vol.45, No.4, 1997년 4월의 "임계치들, 강음, 및 부분적 강음의 예측을 위한 모델(A Model for the Prediction of Thresholds, Loudness, and Partial Loudness)"), 이러한 필터들은 대략 둥근 지수적인 모양을 보이고, 등가 직사각 대역폭(Equivalent Rectangular Bandwidth:ERB) 스케일로 균일하게 이격(space)된다. 도 5는 총 40 대역들을 야기하는, 1 ERB의 이격을 갖는 필터들의 적절한 세트를 도시한다.

대역 당 순간적인 레벨, L[b,t]로부터, 모든 대역들에 걸쳐 평균된, 연속하는 시간 블록들 간의 차는 아래와 같이 계산될 수 있다:

(12)

실세계 오디오 신호들에 대해, D[t]는 신호 레벨이 대다수의 대역들(b)에서 상당히 강하하는 경우에만 극히 작다. 그 차가 특정 임계치(D_drop)보다 작으면, 리셋이 검출된다.

(13)

실제에서, -10과 -20dB 사이에 D_drop를 설정하는 것이, 이 설정은 중요하지는 않지만, 잘 동작한다. 얻어진 복수대역 기술은 총 신호 레벨의 차이만을 보는 더 간단한 기술보다 더 리셋을 잘못 시발시키지는 않는다.

도 6은 본 발명의 특징들을 사용하는 AGC의 블록도를 도시한다. 디지털 오디오 입력 신호(x[n,t])(수식 1 참조)는 AGC 디바이스 또는 프로세스의 두 경로들에 적용된다. 제어 경로에서, "레벨 계산(Compute Level)" 디바이스 또는 프로세스(20)는 신호(L[t])의 시변 순간적 레벨일 수 있고, 입력 신호(x[n,t])의 각 블록의 제곱 평균으로서 계산되는(수식 3 참조), 오디오의 측정치를 계산한다. 다음으로, 순간적 레벨(L[t])은 오디오 신호(

)의 평활화된 평균 레벨을 생성하기 위해(수식 4a 참조) "레벨 평활화" 디바이스 또는 프로세스(22)에서 평활화된 시간이다. 리셋의 부재시에, 시간 평활화는 빠른 어택 및 느린 릴리스 특성을 가질 수 있다. 레벨 평활화(22)는 "시간 상수 제어 신호 c[t]" 입력 및/또는 "초기화

" 입력에 의해 제어될 수 있다. 시간 상수 제어 신호 c[t] 입력은 위에서 설명된 바와 같이, 레벨 평활화(22)에서 사용되는 하나 이상의 시간 상수들이 리셋의 발생 시에 변경되도록 할 수 있다. 초기화

입력은, 위에서 설명된 바와 같이, 레벨 평활화(22)의 출력이 리셋의 발생 시에 저장된 또는 디폴트 값 (

)을 가정하도록 할 수 있다. 레벨 평활화(22) 출력 (

)은 "입/출력 함수(F_AGC) 적용(Apply Input/Output Function)" 디바이스 또는 함수(24)에 적용되고, "이득 계산(Compute Gain)" 디바이스 또는 함수(26)에 적용된다. 디바이스 또는 함수(24)는 원하는 출력 레벨(

)(수식 5 참조)을 제공하기 위해 도 4와 연관되어 설명된 함수를 적용한다. 이득 계산(26)은 출력 레벨(

)과 입력 레벨(

) 사이의 차로부터 이득(G[t])(수식 6 참조)을 계산한다.

일 때, 이득은 1보다 크고, 이것은 신호가 상승됨을 의미하고,

일 때, 이득은 1보다 작고, 이것은 신호가 감쇄됨을 의미한다. 그 후, 시변 이득(G[t]), 즉 수정 매개변수는, 수정된 오디오 신호 y[n+tN/2](수식 2 참조)를 산출하기 위해 신호 x[n,t]의 각 블록으로 승산되는 "승산(Multiply)" 디바이스 또는 프로세스(28)에 적용된다. 설명된 바와 같이, 이득 수정 매개변수 G[t]가 주파수에 무관하지만, 주파수 종속형 이득 수정 매개변수 G[b,t]가 계산될 수 있고, 여기서, b는 대역 인덱스이다. 이 경우에, 레벨 계산(20)은 주파수 종속형 순간적 신호 레벨(

)을 계산할 수 있고, 레벨 평활화(22)는 주파수 종속형 출력(

)을 제공할 수 있고(그것의 제어 입력들, 시간 상수 제어 신호 c[t] 및 초기화

이 또한 주파수 종속형일 수 있음), 함수 F_AGC적용은 주파수 종속형 함수를 적용할 수 있고, 이득 계산(26)은 주파수 종속형 시변 이득 G[b,t]를 제공한다.

구현

본 발명은 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 그 둘의 조합(예컨대, 프로그램가능한 논리 어레이들)으로 구현될 수 있다. 달리 특정되지 않으면, 본 발명의 일 부로서 포함되는 알고리즘들은 임의의 특정한 컴퓨터 또는 다른 장치에 본질적으로 관련되는 것은 아니다. 특히, 다양한 일반적인 목적의 기계들은 본 명세서에서 개시하는 것에 따라 기재된 프로그램들과 함께 사용될 수 있고, 또는, 요구된 방법 단계들을 수행하기 위해 보다 특정된 장치(예컨대, 집적 회로들)를 구성하는 것이 보다 편리할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 적어도 하나의 프로세서, 적어도 하나의 데이터 저장 시스템(휘발성 및 비휘발성 메모리 및/또는 저장 요소들을 포함함), 적어도 하나의 입력 디바이스 또는 포트, 및 적어도 하나의 출력 디바이스 또는 포트를 각각이 포함하는 하나 이상의 프로그램가능한 컴퓨터 시스템들 상에서 실행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들에서 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 본 명세서에서 설명된 함수들을 수행하기 위해 입력 데이터에 적용되고, 출력 정보를 생성한다. 출력 정보는 공지된 방식으로, 하나 이상의 출력 디바이스들에 적용된다.

각각의 이러한 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위해 임의의 원하는 컴퓨터 언어(기계, 어셈블리, 또는 고 레벨 절차(procedural), 논리적, 또는 객체 지향(object oriented)의 프로그래밍 언어)로 구현될 수 있다. 임의의 경우에, 상기 언어는 컴파일되거나 인터프리트된 언어일 수 있다.

각각의 이러한 컴퓨터 프로그램은 바람직하게는, 저장 매체 또는 디바이스가 본 명세서에서 설명된 절차들을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 때 컴퓨터를 구성하고 동작시키기 위한, 일반적 또는 특별한 목적의 프로그램가능한 컴퓨터에 의해 판독가능한 저장 매체 또는 디바이스(예컨대, 고체 메모리 또는 매체, 또는 자기 또는 광학 매체)에 저장되거나 다운로드된다. 본 발명 시스템은 또한, 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서 구현되고, 컴퓨터 프로그램으로 구성되도록 고려될 수 있고, 여기서, 그렇게 구성된 저장 매체는 컴퓨터 시스템으로 하여금 본 명세서에서 설명된 함수들을 수행하기 위해 특정하고 미리정의된 방식으로 동작하게 한다.

본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 행해질 수 있음이 이해될 것이다. 예컨대, 여기에서 설명된 단계들의 일부는 순서에 무관할 수 있고, 그러므로, 설명된 것과는 다른 순서로 수행될 수 있다.

Claims

오디오 신호를 프로세싱하는 방법에 있어서,

다이내믹스 제어 프로세스(dynamics control process)에 따라 상기 오디오 신호의 다이내믹스를 바꾸는 단계,

상기 오디오 신호의 콘텐트의 변경을 검출하는 단계, 및

이러한 변경을 검출하는 것에 응답하여 상기 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋(reset)하는 단계를 포함하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 오디오 신호의 콘텐트의 변경을 검출하는 단계는:

상기 오디오 신호의 레벨이 제 1 시간 임계치(t_silence)보다 짧지 않은 시간 구간 동안 임계치(L_silence) 아래에 있는 상기 오디오 신호의 시간적 전개(temporal evolution)의 발생을 검출하는 단계와,

제 2 시간 임계치(t_drop)보다 크지 않은 시간 구간 내에서 차이 임계치(difference threshold)(L_drop)보다 큰 양만큼 상기 오디오 신호의 레벨이 감소하는 상기 오디오 신호의 시간적 전개의 발생을 검출하는 단계 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 2 항에 있어서,

발생을 검출하는 상기 두 번째로 언급된 검출은 복수의 주파수 대역들에서 상기 오디오 신호의 레벨의 상기 감소를 검출하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
오디오 신호를 프로세싱하는 방법에 있어서,

다이내믹스 제어 프로세스에 따라 상기 오디오 신호의 다이내믹스를 바꾸는 단계,

상기 오디오 신호의 변경을 나타내는, 외부에서 공급되는 리셋 시발(trigger) 신호를 수신하는 단계, 및

상기 리셋 시발 신호에 응답하여 상기 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계를 포함하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 리셋 시발 신호는:

채널을 변경하는 사용자의 동작,

입력 소스들을 변경하는 사용자의 동작,

플레이(play), 후진(rewind), 또는 전진(forward) 기능을 선택하는 사용자의 동작,

한 파일에서 다른 파일로의 변경,

프로그램의 변경,

하나의 오디오 코딩 포맷에서 다른 오디오 코딩 포맷으로의 스위칭, 및

코딩 매개변수들의 변경 중 하나 이상을 나타내는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계는, 상기 다이내믹스 프로세싱이 상기 입력 신호의 변경들에 적응하는 속도(rate)를 가속하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계는, 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들의 값 또는 이러한 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들이 함수인 신호의 값을 저장된 또는 디폴트 값에 설정하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다이내믹스 제어 프로세스를 리셋하는 단계는, 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들 또는 이러한 하나 이상의 프로세스 제어 매개변수들이 함수인 신호를 결정하는데 사용되는 하나 이상의 시간 상수들의 값을 짧게 하는, 오디오 신호 프로세싱 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법들을 수행하기 위해 적응된 장치.
컴퓨터로 하여금 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법들을 수행하게 하기 위해 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 컴퓨터 프로그램.