KR20120139686A - 디지털 신호 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20120139686A KR1020127020046A KR20127020046A KR20120139686A KR 20120139686 A KR20120139686 A KR 20120139686A KR 1020127020046 A KR1020127020046 A KR 1020127020046A KR 20127020046 A KR20127020046 A KR 20127020046A KR 20120139686 A KR20120139686 A KR 20120139686A
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앤소니 본지오비
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본지오비 어커스틱스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 디지털 오디오 신호 처리 방법 및 시스템을 제공한다. 다양한 실시예에서, 본 발명의 방법은 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하고, 상기 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기의 다수의 필터를 구성하고, 처리를 위한 제1신호를 수신하고, 제1게인을 사용하여 다수의 필터를 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터를 사용하여 제1신호를 등화하고, 제1신호를 출력하고, 처리를 위한 제2신호를 수신하고, 상기 프로필의 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 다수의 필터를 제2게인을 사용하여 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터와 제2신호의 다수의 제2 주파수를 등화하고, 제2신호를 출력한다.

Description

디지털 신호 처리 시스템 및 방법 {System and method for digital signal processing}
본 발명은 오디오 신호를 디지털적으로 처리하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일부 실시예는 오디오 장치의 전체 대역에 걸쳐서 스튜디오급 음질의 사운드를 재생할 수 있도록 오디오 신호를 디지털적으로 처리하는 것에 관한 것이다.
본 출원은 2006년 11월 30일에 출원한 미국 가출원 60/861,711에 대한 우선권 주장 출원인 미국출원 11/947,301(출원일: 2007년 11월 29일)의 일부 계속출원(continuation-in-part) 및 2006년 2월 7일에 출원한 미국 가출원 60/765,722에 대한 우선권 주장 출원인 미국출원 11/703,216(출원일: 2007년 2월 7일)의 일부 계속출원이다. 위 각 출원 전체를 참고자료로서 본 명세서에 포함시킨다.
스튜디오급 음질의 사운드라 하면, 역사적으로, 스튜디오 녹음시에 사용한 오디오 주파수의 전체 대역을 완전하게 재현하는 것이라고 설명하는 것이 가장 정확하다. 지금까지 스튜디오급 음질의 사운드는 오디오 녹음 스튜디오에서나 얻을 수 있을 뿐이었다. 스튜디오급 음질의 사운드는, 중고역대 주파수(upper-mid frequency) 범위를 효과적으로 처리하여 재생해야 얻어지는 명료성(clarity) 및 선명도(brightness)의 수준으로 특징지을 수 있다. 스튜디오급 음질 사운드의 기술적 기초는 경험이 풍부한 녹음 기술자만이 알 수 있겠지만, 스튜디오급 음질 사운드의 차이 정도는 일반 청취자도 쉽게 알 수 있다.
녹음 스튜디오 밖에서 스튜디오급 음질의 사운드를 재현하기 위해 다양한 시도가 이루어졌지만, 이러한 시도들은 엄청난 비용(보통, 고급 스피커 디자인, 값비싼 장비, 파워앰프(전력증폭기) 개수의 증가 등으로 인한 비용)을 불러왔고 복잡한 결과만을 가져올 뿐이었다. 따라서 스튜디오 밖에서 스튜디오급 음질의 사운드를 재현하되, 지속적이며 양호한 음질을 저렴한 비용으로 얻을 수 있는 재현 방법의 필요성이 있다. 이러한 방법을 오디오 장치에 포함시키고, 오디오 장치에 내장가능한 이러한 방법을 채용한 컴퓨터 칩의 필요성도 또한 존재한다. 또한, 저렴한 스피커를 통해 스튜디오급 음질의 사운드를 재생할 수 있는 성능이 필요하다.
휴대 전화에 있어서는, 음성통화시의 음질 또는 재생시 오디오 프로그램의 음질을 향상시키고 최적화하는 것에 대해서는 거의 시도하지 않아왔다. 일부의 경우에, 제조 업체가 음질을 개선하려는 시도가 있었지만, 이는 대개는 장치의 음량 조절을 하는 정도에 불과하였다. 음성 사운드의 전반적인 명료성은 고정되어 있고, 단지 증폭(amplification) 및/또는 등화(equalization) 처리를 행할 뿐이었다. 게다가, 증폭 및/또는 등화 설정치가 고정되어 있어서 사용자가 설정치를 변경할 수도 없다.
한편, 차량용 오디오 시스템의 설계시에는 많은 문제들을 고려해야 한다. 오디오 시스템 설계자는 차량 내의 스피커의 위치와 개수를 선정하고, 각 스피커의 원하는 주파수 응답도 결정해야 한다. 예를 들어, 계기판 위에 설치된 스피커의 원하는 주파수 응답과 뒤쪽 도어 패널의 아래쪽에 설치된 스피커의 원하는 주파수 응답은 다를 것이다.
오디오 시스템 설계자는 또한, 설비에 따라 오디오 시스템에 미치는 영향을 고려해야 한다. 예를 들어, 컨버터블 자동차의 오디오 시스템은 하드톱 자동차에 설치한 동일한 오디오 시스템보다도 음질이 떨어질 가능성이 있다. 자동차용 오디오 시스템의 사양은 매우 다양하다. 예를 들어, 채널당 40W 출력을 내는 기본 4-스피커 시스템을 포함하는 사양이 있고, 채널당 200W 출력의 12-스피커 시스템을 포함하는 사양이 있다. 오디오 시스템 설계자가 차량용 오디오 시스템을 디자인할 때에는 이러한 구성상 조건을 모두 고려해야 한다. 이러한 이유로 오디오 시스템의 설계에 시간이 많이 소요되고 비용이 높아지게 된다. 오디오 시스템 설계자는 또한 신호 처리 및 등화(equalization) 분야에서 비교적 깊은 배경 지식을 가지고 있어야 한다.
이러한 문제로 인해, 차량에서 스튜디오급 음질에 근접한 사운드를 얻기 위해, 사람들은 역사적으로, 순정품 스피커를 값비싼 것으로 업그레이드하는 등 상당한 금액의 지출을 요구받게 되는 것이다. 따라서 이러한 비용상 과다 지출을 하지 않고도 차량에서 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있는 시스템의 필요성이 있다.
본 발명은 오디오 장치의 전체 대역에 걸쳐 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있는 방식으로 오디오 신호를 디지털적으로 처리하는 방법을 제공함으로써 위에서 설명한 현존 요구를 충족한다. 본 발명은 또한, 오디오 신호를 디지털적으로 처리할 수 있는 컴퓨터 칩을 제공하며, 이러한 칩을 포함하는 오디오 장치를 제공한다.
더욱이, 본 발명은 저렴한 스피커로써 스튜디오급 음질의 사운드를 재생하도록 함으로써 위에서 언급한 요구를 충족한다. 또한, 본 발명은 디지털적으로 오디오 신호를 처리함으로써 차량에 설치된 기존 스피커 시스템을 사용하여 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있는 차량용 이동식 오디오 장치를 제공함으로써 위에서 설명한 현존의 요구를 충족한다. 사실상, 본 발명에 의해서, 심지어 자동차 공장에서 설치한 순정 스피커로도 스튜디오급 음질의 사운드를 얻을 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 본 발명은, 오디오 신호를 입력하는 단계, 이 오디오 신호의 게인을 1차로 조정하는 단계, 제1 로우셸프(low-shelf) 필터로 이 신호를 처리하는 단계, 제1 하이셸프(high-shelf) 필터로 이 신호를 처리하는 단계, 제1압축기로 이 신호를 처리하는 단계, 제2 로우셸프 필터로 이 신호를 처리하는 단계, 제2 하이셸프 필터로 이 신호를 처리하는 단계, 그래픽 등화기(graphic equalizer)로 이 신호를 처리하는 단계, 제2압축기로 이 신호를 처리하는 단계, 이 오디오 신호의 게인을 2차로 조정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 본 실시예에서는 오디오 신호를 처리하여 스튜디오급 음질의 사운드를 만든다. 더욱이, 본 실시예에서는 음원(오디오쏘스) 또는 프로그램 자료 사이에 존재할 수 있는 태생적 음량(볼륨) 차이가 보상되고, 일정한 출력 레벨의 풍부하고 완전한 사운드를 만들게 된다.
본 실시예는 또한, 이동하는 자동차에서와 같이 소음이 많은 환경에서 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있도록 한다. 본 발명의 일부 실시예는, 어떤 환경에서도 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있도록 한다. 이러한 환경에는, 콘서트홀(이에 국한되지 않음)과 같이 음향학적으로 잘 설계된 환경도 포함된다. 이러한 환경에는 또한, 일반 거실이나 차량 실내(이에 국한되지 않음)와 같이 음향학적으로 빈약할게 설계된 환경도 포함된다. 또한, 본 발명의 일부 실시예에서는 본 발명과 관련하여 사용되는 전자 부품 및 스피커의 음질에 상관없이 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있도록 한다. 따라서 본 발명은 고가 전자부품 및 스피커에서부터 저가 전자부품 및 스피커에 이르기까지 모든 경우에 대해서 스튜디오급 음질의 사운드를 재현하는 데 사용가능하다.
일부 실시예에 있어서는, 음악, 영화, 비디오게임 등을 소음이 많은 환경(가령, 자동차, 비행기, 선박, 클럽, 극장, 놀이 공원, 또는 쇼핑센터 등. 이에 국한되지 않음)에서도 재생할 수 있다. 또한 일부 실시예에서, 본 발명은 인간의 청력 및 음향 트랜스듀서의 효율성 범위 밖에 있는 오디오 신호(약 600Hz~1,000Hz)를 처리하여 사운드의 표현을 개선하고자 한다. 이 범위 밖의 오디오를 처리함으로써 보다 더 완전하고 광범위한 사운드를 표현할 수 있다.
일부 실시예에서는, 오디오 신호를 압축하기 전에 저음부(bass)를 줄이고 압축 후에 증강시킬 수 있다. 이로써 스피커로 재생되는 사운드의 파형에서 저음 음색이 풍부해지고, 기존의 압축에 의해 발생하던 사운드 손실(muffling) 문제가 없어진다. 또한, 일부 실시예에서는, 오디오 신호의 압축에 의해 다이나믹 레인지가 감소하였기 때문에, 출력이 제한된 음량 범위 내에 있게 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서는 소음이 심한 환경에서 80dB의 잡음 바닥값(noise floor)과 110dB의 사운드 문턱값(sound threshold)으로 스튜디오급 음질의 사운드를 편안하게 재생할 수 있다.
일부 실시예에서는, 앞에서 특정한 방법을 디지털 신호 처리 방법과 결합할 수 있다. 이 때 이 디지털 신호 처리 방법은 상기 특정한 방법의 전에, 후에, 또는 그 사이에 간헐적으로 실행된다.
다른 특정 실시예에서, 본 발명은 상기에 특정한 방법을 수행할 수 있는 컴퓨터 칩을 제공한다. 일실시예에서 이 컴퓨터 칩은 디지털 신호 프로세서, 즉, DSP일 수 있다. 다른 실시예에서 이 컴퓨터 칩은 위에 지정한 방법을 수행 가능한 모든 프로세서(가령, 컴퓨터, 컴퓨터 소프트웨어, 전기 회로, 프로세스 단계를 수행하기 위해 프로그램된 전기적 칩, 또는 상기 방법을 수행하는 다른 수단 등. 단, 이에 국한되는 것은 아님)일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 컴퓨터 칩을 포함하는 오디오 장치를 제공한다. 이 오디오 장치의 예를 들면, 라디오, CD 플레이어, 테이프 플레이어, MP3 플레이어, 휴대 전화, 텔레비전, 컴퓨터, PA(공중 연설) 시스템, 플레이스테이션3 (소니 주식회사 - 일본 도쿄)·X-박스 360 (마이크로소프트 주식회사 - 워싱턴주 레드몬드)·닌텐도 Wii (닌텐도 주식회사 - 일본 교토) 등의 게임스테이션, 가정극장(홈시어터) 시스템, DVD 플레이어, 비디오 카세트 플레이어, 또는 블루레이(Blu-Ray) 플레이어 등을 들 수 있는데, 그러나 이들에 국한되지는 않는다.
이러한 실시예에서 본 발명의 칩은, 오디오 신호가 음원 선택기(source selector)를 통과한 후 음량 조절기(volume control)를 통과하기 전에 오디오 신호를 전달할 수 있다. 특히, 일부 실시예에서 본 발명의 칩은 오디오 장치 내에 설치되어, 라디오, CD 플레이어, 테이프 플레이어, DVD 플레이어 등(이에 한정되지 않음)의 하나 이상의 음원으로부터 입력된 오디오 신호를 처리한다. 본 발명의 칩의 출력은 그 밖의 신호 처리 모듈이나 스피커를 구동할 수 있는데, 이 경우에는 대부분 신호 증폭 단계가 수반된다.
특히 일실시예에서, 본 발명은 컴퓨터 칩을 포함하고 있는 이동식 오디오 장치를 제공한다. 이러한 이동식 오디오 장치는 자동차에 설치될 수 있으며, 예를 들어, 라디오, CD 플레이어, 테이프 플레이어, MP3 플레이어, DVD 플레이어, 비디오 카세트 플레이어(이들에 한정되지 않음)가 포함될 수 있다.
본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는, 최적의 성능을 얻기 위해, 그리고 각 차량의 고유 음향 특성(스피커 배치, 차량 실내 디자인, 배경 잡음 등)을 고려하여 각 차량에 맞게 개별적으로 튜닝할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는 독립적인 4개 채널 모두에 대해서 정밀 튜닝을 제공할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는약 200와트의 출력을 제공할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는 스튜디오급 음질의 사운드를 자동차의 순정품(공장에서 설치한) 스피커 시스템으로부터 얻을 수 있다. 또한 본 실시예에서, 이동식 오디오 장치는 표준 디지털 포맷 음악을 재생할 수 있도록 USB 포트를 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는 위성 라디오 사용을 위한 어댑터를 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는 MP3 플레이어(이에 한정되지 않음) 등의 기존의 디지털 오디오 재생장치에 사용하기 위한 어댑터를 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는 원격 조종장치(리모콘)를 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 본 발명의 이동식 오디오 장치는 착탈식 패널을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 본 방법은 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하고, 상기 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기의 다수의 필터를 구성하고, 처리를 위한 제1신호를 수신하고, 제1게인을 사용하여 다수의 필터를 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터를 사용하여 제1신호를 등화하고, 제1신호를 출력하고, 처리를 위한 제2신호를 수신하고, 상기 프로필의 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 다수의 필터를 제2게인을 사용하여 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터와 제2신호의 다수의 제2 주파수를 등화하고, 제2신호를 출력한다. 상기 프로필은 통신 네트워크 및/또는 펌웨어로부터 수신할 수 있다.
상기 다수의 필터는, 전화 통신시의 음성 사운드를 명료하게 하기 위해 상기 제1신호를 변경하기 위하여, 소음이 많은 환경에서의 음성 사운드를 명료하게 하기 위해 상기 제1신호를 변경하기 위하여, 휴대 장치용 미디어 파일과 관련된 음성 사운드를 조정하기 위해 상기 제1신호를 변경하기 위하여, 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 구성할 수 있다.
본 방법에서는 추가적으로, 상기 제1신호를 등화(equalize)하기 전에, 제1신호의 게인을 조정하고, 조정된 제1신호를 로우셸프 필터로 필터링하고, 필터링된 제1신호를 압축기로 압축한다. 또한, 본 방법에서는, 추가적으로, 상기 제1신호를 등화한 후에, 등화된 제1신호를 압축기로 압축하고, 압축된 제1신호의 게인을 조정한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 방법은 추가적으로, 제1신호를 제1 로우셸프 필터로 필터링하고, 필터링된 신호를 압축기로 압축하기 전에 상기 제1 로우셸프 필터로부터 받은 제1신호를 제1 하이셸프 필터로 필터링하고, 제1신호를 그래픽 등화기로 등화하기 전에 제1신호를 제2 로우셸프 필터로 필터링하고, 제1신호를 제2 로우셸프 필터로 필터링한 후 제1신호를 제2 하이셸프 필터로 필터링한다.
상기 그래픽 등화기의 다수의 필터는 11단의 직렬연결된 2차 필터를 포함할 수 있고, 여기서 각 2차 필터로는 종형 필터를 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 그래픽 등화기를 포함하는 시스템이 제공된다. 이 그래픽 등화기는, 필터 모듈, 프로필 모듈, 등화 모듈을 포함할 수 있다. 필터 모듈은 다수의 필터를 포함하도록 구성할 수 있다. 프로필 모듈은 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하도록 구성할 수 있다. 등화 모듈은, 상기 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 다수의 필터를 구성하고, 제1신호 및 제2신호를 수신하고, 제1게인을 사용하여 다수의 필터를 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터를 사용하여 제1신호를 등화하고, 제1신호를 출력하고, 상기 프로필의 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 다수의 필터를 제2게인을 사용하여 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터를 사용하여 제2신호를 등화하고, 제2신호를 출력하도록 구성할 수 있다.
다양한 실시예에서, 본 발명의 방법은, 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기를 구성하고, 제1게인을 사용하여 그래픽 등화기를 조정하고, 그래픽 등화기로 제1신호를 처리하고, 그래픽 등화기로부터 제1신호를 출력하고, 제2게인을 이용하여 그래픽 등화기를 조정하고, 그래픽 등화기로 제2신호를 처리하고(그래픽 등화기는 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 것임), 상기 그래픽 등화기로부터 제2신호를 출력한다.
일부 실시예에서, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에, 실행가능한 명령어가 기록된다. 이들 명령어는 본 방법을 실시하기 위한 프로세서에 의해서 실행될 수 있는데, 본 방법은, 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하고, 상기 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기의 다수의 필터를 구성하고, 처리를 위한 제1신호를 수신하고, 제1게인을 사용하여 다수의 필터를 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터를 사용하여 제1신호를 등화하고, 제1신호를 출력하고, 처리를 위한 제2신호를 수신하고, 상기 프로필의 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 다수의 필터를 제2게인을 사용하여 조정하고, 그래픽 등화기의 다수의 필터와 제2신호의 다수의 제2 주파수를 등화하고, 제2신호를 출력할 수 있다.
그 밖의 본 발명의 특징 및 관점은 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 상세한 설명에는 도면을 참조하여 예시적으로 본 발명의 실시예의 특징에 대해서 설명하였다. 이상의 과제 해결수단은 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정의되는 것이다.
본 발명에 따르면, 오디오 신호를 처리하여 스튜디오급 음질의 사운드를 만든다. 또한, 음원들(오디오쏘스) 또는 프로그램 자료들 사이에 존재할 수 있는 태생적 음량(볼륨) 차이가 보상되고, 일정한 출력 레벨의 풍부하고 완전한 사운드를 만들 수 있다. 또한 이동하는 자동차에서와 같이 소음이 많은 환경에서 스튜디오급 음질의 사운드를 재현할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 다양한 실시예를 아래의 도면을 참조하여 자세하게 설명한다. 도면은 단지 본 발명의 모범적이거나 예시적인 실시예를 도해 하고 묘사하는 목적으로만 제공한다. 이들 도면은 발명의 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공하는 것이며, 발명의 문맥, 기술적 범위, 또는 실시가능성을 한정하는 것으로 간주되어서는 아니된다. 설명의 명확성과 편의를 위해 도면을 축척에 맞게 묘사하지는 않았음을 밝힌다.
도 1은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 로우셸프 필터(low-shelf filter)의 효과를 나타낸다.
도 3은 고역통과(highpass) 및 저역통과(lowpass) 필터를 사용하여 로우셸프 필터를 구성하는 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 하이셸프 필터(high-shelf filter)의 효과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 종형 필터(bell filter)의 주파수 응답을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 그래픽 등화기(graphic equalizee)의 일실시예의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 7은 Mitra-Regalia 방법을 이용하여 필터를 구성하는 방법을 보여주는 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용할 수 있는 크기 상보형(magnitude-complementary) 로우셸프 필터의 효과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용할 수 있는 크기 상보형 로우셸프 필터를 구현한 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 압축기(compressor)의 정적 전달 특성(출력 레벨 및 입력 레벨 사이의 관계)을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 2차 전달 함수의 직접 실시형태 1의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 2차 전달 함수의 직접 실시형태 1의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 사용되는 그래픽 등화기의 블록 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에서 다수의 필터 계수를 갖는 그래픽 등화기를 구성하기 위한 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에서 그래픽 등화기를 구성하는 하나 이상의 프로필을 선택하는 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 예시한다.
이들 도면은 본 발명을 도시한 대로 규정하거나 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명을 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되는 것임을 이해해야 할 것이다.
본 발명이 특정 방법론, 복합물, 재료, 생산 기술, 용도, 그리고 다양한 응용분야로 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 명세서에서 사용한 용어들은 오직 특정 실시예를 설명하기 위한 목적으로 사용한 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 발명의 상세한 설명 및 실시예 설명시에 사용한 단수형("a", "an", "the")은 문맥상 특히 명백하게 다르게 해석되지 않는 한, 복수물 지칭을 포함하는 것임을 밝히고자 한다. 따라서, 예를 들어, "오디오 장치(an audio device)"를 지칭하는 것은, 하나 이상의 오디오 장치 및 당업계에 알려진 등가물을 지칭하는 것이다. 마찬가지로, 다른 예를 들자면, "단계(step)" 또는 "수단(means)"에 대한 지칭은, 하나 이상의 단계 또는 수단에 대한 지칭이며, 여기에는 하위 단계(sub-step)와 부속 수단(subservient means)을 포함할 수 있다. 사용된 모든 접속사는 가능한 한 가장 포괄적인 의미로 이해해야 한다. 따라서 단어 "또는(or)"은 문맥상 다른 필요성이 있음이 명백하지 않는 한, 논리상 "또는"(logical "or")의 의미인 것으로서 논리상 "배타적 또는"(logical "exclusive or")의 의미가 아닌 것으로 이해해야 한다. 근사치를 표현하는 것으로 해석할 수 있는 문구는, 문맥상 다르게 해석됨이 명백하지 않는 한, 근사치를 표현하는 것으로 이해해야 한다.
별도로 정의하지 않는 한, 여기서 사용한 모든 기술용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 자(이하, 당업자)가 통상적으로 이해하고 있는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서는, 바람직한 방법, 기술, 장치 및 재료에 대해서 설명하고 있다. 그러나 여기서 설명한 것과 유사하거나 등가인 모든 방법, 기법, 장치, 또는 재료를 본 발명의 실시나 테스트에 사용할 수 있다. 여기서 설명한 구조도 또한, 이 구조에 대한 기능적 등가물들을 지칭하는 것으로 이해해야 한다.
1.0 개요
우선, 선형 시불변(linear time-invariant, LTI) 시스템에 대한 몇 가지 배경 지식이 도움이 될 것이다. 입력이 x[k]이고 출력이 y[k]인 선형 시불변(LTI)의 N차 이산시간 필터(discrete-time filter)는 아래와 같은 미분방정식에 의해 설명된다.
Figure pct00001
여기서, 계수
Figure pct00002
은 원하는 필터 특성(여기서 원하는 항은 시간 영역에서의 동작 또는 주파수 영역에서의 동작을 나타냄)이 되도록 선택한다.
위의 미분방정식에는 아래 식으로 주어지는 임펄스 함수 δ[k]를 인가할 수 있다.
Figure pct00003
신호 δ[k]를 위의 미분방정식으로 기술되는 시스템에 적용할 때의 결과는 임펄스 응답 h[k]로 알려져 있다. 이는, 임펄스 응답 h[k]가 단독으로 완전히 모든 입력 신호에 대한 LTI 이산시간 시스템의 동작을 특징짓는다는 시스템 이론으로부터 잘 알려진 결과이다. 즉, h[k]를 알고 있는 경우에, 입력 신호 x[k]에 대한 출력 y[k]를 컨볼루션(convolution) 연산으로 구할 수 있다. 정형적으로 h[k]와 x[k]가 주어진 경우에, 응답 y[k]는 아래 식과 같이 계산할 수 있다.
Figure pct00004
z-변환에 관한 몇 가지 배경 지식도 도움이 될 것이다. 시간 영역과 주파수 영역 사이의 관계는 z-변환 공식에 의해 정해진다. 임펄스 응답 h[k]로 기술되는 시스템의 z-변환은 함수 H(z)으로 정의할 수 있다. H(z) 함수는 아래와 같다.
Figure pct00005
여기서, z는 실수부와 허수부를 갖는 복소수 변수이다. 복소수 변수가 복소 평면 내의 단위 원(즉, [z|=1로 기술되는 영역)으로 한정되어 있는 경우에 나오는 결과는 아래 식과 같이 방사 형태(radial form)로 표현할 수 있는 복소수 변수가 된다.
Figure pct00006
여기서,
Figure pct00007
,
Figure pct00008
이다.
이산시간 푸리에(Fourier) 변환에 관한 몇 가지 배경 지식도 또한 도움이 될 것이다. 방사 형태로 기술되는 z에 대해서, z-변환의 단위 원으로의 한정은 이산시간 푸리에 변환(DTFT)으로 알려져 있으며, 아래 식으로 주어진다.
Figure pct00009
특히 관심을 끄는 부분은, 소정 주파수의 정현파가 시스템에 인가될 때에 시스템이 어떻게 동작하는가이다. LTI 시스템 이론의 가장 중요한 결과 중 하나는, 정현파가 이러한 시스템의 함수라는 것이다. 이것은 정현파 sin(θ0k)에 대한 LTI 시스템의 정상 상태(steady-state) 응답도 또한 동일한 주파수 θ0의 정현파라는 것(즉, 입력과 다른 것은 진폭과 위상 뿐임)을 의미한다. 사실, 입력 x[k]=sin(θ0k)에 의해 구동되는 LTI 시스템의 정상 상태 출력 yss[k]는 아래 식과 같이 주어진다.
Figure pct00010
여기서,
Figure pct00011
,
Figure pct00012
이다.
마지막으로, 주파수 응답에 관한 몇 가지 배경 지식이 필요하다. 위의 수식들은, 정현파로 구동되는 LTI 시스템의 정상 상태 응답도, 해당 주파수에서 DTFT의 크기에 따라 축척에 맞게 축소(scale)되며 해당 주파수에서 DTFT의 위상에 의해 정시간으로부터 오프셋되는, 동일한 주파수의 정현파라는 것을 의미하기 때문에 중요한 수식이다. 본 발명의 목적상 중요한 것은, 정상 상태 응답의 진폭라는 사실, 그리고 정현파로 LTI 시스템을 구동시 DTFT는 출력 대 입력의 상대적 크기를 나타낸다는 사실이다. 모든 입력 신호를 정현파의 선형 조합으로써 표시할 수 있다는 것이 잘 알려져 있기 때문에(푸리에의 분해 정리; Fourier decomposition theorem), DTFT로부터 임의의 입력 신호에 대한 응답을 얻을 수 있다. 정성적으로, DTFT는 입력된 주파수 범위에 대해서 시스템이 어떻게 응답하는지를 보여주며, 이와 함께 시스템의 출력에서 소정 주파수의 신호가 얼마나 많이 나타나는지에 관한 척도를 제공하는 DTFT의 크기를 그린 도면을 보여준다. 이러한 이유로, DTFT는 일반적으로 시스템의 주파수 응답으로 알려져 있다.
2.0 디지털 신호 처리(Digital signal processing)
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방법(100)의 디지털 신호 프로세스 흐름의 예를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 방법(100)은 다음과 같은 단계를 포함한다 - 입력 게인(gain) 조정(101), 제1 로우셸프(low-shelf) 필터(102), 제1 하이셸프(high-shelf) 필터(103), 제1 압축기(compressor)(104), 제2 로우셸프 필터(105), 제2 하이셸프 필터(106), 그래픽 등화기(graphic equalizer)(107), 제2 압축기(108), 및 출력 게인 조정(109).
일실시예에서, 본 발명의 디지털 신호 처리 방법(100)은 입력 오디오 신호(110)를 받아서 단계 101-109를 수행하고 출력 오디오 신호(111)를 출력할 수 있다. 일실시예에서, 디지털 신호 처리 방법(100)은 디지털 신호 프로세서(DSP)(이에 한정되는 것은 아님)와 같은 컴퓨터 칩에서 실행될 수 있다. 일실시예에서, 이러한 칩은 오디오 장치(예컨대, 라디오, MP3 플레이어, 게임 스테이션, 휴대전화, 텔레비전, PA 장치 등. 그러나 이들에 한정되는 것은 아님)에 하나의 부품으로서 사용될 수 있다. 상기 일실시예에서, 상기 디지털 신호 처리 방법(100)을, 오디오 장치에서 출력되기 전의 오디오 신호에 대해서 수행할 수 있다. 상기 일실시예에서, 상기 디지털 신호 처리 방법(100)을, 오디오 신호가 음원 선택기(source selector)를 통과한 후 음량 조절기(volume control)를 통과하기 전에 수행할 수 있다.
일실시예에서 단계 101-109는 번호 순서대로 실행할 수도 있지만, 번호 순서대로 실행하지 않을 수도 있다. 일실시예에서는 단계 101-109만 실행할 수도 있지만, 다른 실시예에서는 다른 단계를 실행할 수도 있다. 일실시예에서 단계 101-109를 모두 실행할 수 있지만, 다른 실시예에서는 이들 단계 중 하나 이상을 생략할 수도 있다.
일실시예에서, 입력 게인 조정(101)은 디지털 신호 처리(100) 시에 후속 처리 단계에서 디지털 오버플로우가 일어나지 않게끔 적정한 크기의 게인(게인)을 주어서 입력 오디오 신호(110)의 레벨을 조절하기 위한 것이다.
일실시예에서, 로우셸프 필터(102, 105)는 특정 주파수(코너주파수(corner frequency)라고 함) 이상의 모든 주파수에 대해서 0 dB의 공칭 게인을 갖는 필터이다. 코너주파수 아래의 주파수에 대해서, 로우셸프 필터는 부스트 모드(boost mode) 또는 컷 모드(cut mode) 여부에 따라 ±G dB의 게인을 갖는다. 이를 도 2에 표시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의해 구현되는 로우셸프 필터의 효과를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 로우셸프 필터의 목적은 코너주파수 이상의 모든 주파수는 그대로 두고, 코너주파수 아래의 모든 주파수는 고정값 G dB만큼 부스트하거나 컷하는 것이다. 또한 0 dB 점의 주파수가, 원하는 1000Hz보다 약간 높다는 것을 주목해야 한다. 표준에 의하면, 부스트 모드에서 로우셸프 필터는 코너주파수에서의 응답이 G-3 dB에 있도록 지정하고(즉, 최대 부스트값에서 3dB 아래), 컷 모드에서 로우셸프 필터의 응답은 코너주파수에서 -3 dB를 갖도록 지정한다. 실제로, 셸프 필터를 구성하기 위한 모든 교과서적 공식에서도 상기 응답성이 도출된다. 이러한 응답 특성에 의해서 소정의 비대칭이 생기게 된다. 즉, 거의 모든 부스트 또는 컷 값 G에 대해서, 컷용 로우셸프 필터 및 부스트용 로우셸프 필터는 대칭적이지 않다. 즉, 서로 거울 영상(mirror image)이 아니다. 이것을 본 발명에서 지적하고자 하는 것이며, 필터의 구현에 대한 혁신적인 접근 방식이 필요하게 되는 것이다.
이 비대칭성을 무시하면, 로우셸프 필터를 만드는 표준적 방법은, 고역통과(highpass) 및 저역통과(lowpass) 필터를 가중치적용 합(weighted sum)하는 것이다. 예를 들어, 코너주파수가 1000Hz이고, -G dB의 게인으로 컷 모드에서 동작하는 로우셸프 필터의 경우를 설명한다. 도 3은 1000Hz의 차단(cutoff) 주파수를 갖는 고역통과 필터와, 1000Hz의 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터(-G dB 만큼 축소됨)를 나타낸다. 이렇게 직결 적용한 두 필터의 총화적 효과는 도 2에 나타낸 로우셸프 필터와 유사하다. 실제적으로, 부스트 또는 컷이 없는 곳에서부터 G dB로 부스트 또는 컷 하는 곳까지의 천이 경사에는 약간의 제약이 있다. 도 3은 이러한 제약을 나타내는데, 코너주파수가 1000Hz에 있으며, 원하는 부스트(또는 컷) 값 G dB가 1000Hz 아래의 소정 주파수까지는 도달하지 않음을 나타낸다. 본 발명에서 모든 셸프 필터는 1차(first order) 셸프 필터임을 밝히고자 한다. 일반적으로 셸프 필터는 아래와 같은 1차 유리 전달함수(rational transfer function)로 표현할 수 있다.
Figure pct00013
일부 실시예에서 각 하이셸프 필터(103, 106)는 로우셸프 필터의 거울 영상과 별반 다르지 않다. 즉, 코너주파수 아래의 모든 주파수는 변화없이 그대로 있으며 코너주파수 이상의 주파수는 G dB만큼 부스트 또는 컷된다. 경사도와 비대칭성에 대해 동일한 청구범위를 하이셸프 필터에 대해서도 적용한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 의해 구현되는 하이셸프 필터의 효과를 나타낸다. 도 4에는 1000Hz 코너주파수의 하이셸프 필터가 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 방법(100)에 의해 구현되는 종형 필터(bell filter)의 주파수 응답의 예를 나타낸다. 도 5에 나타낸 것과 같이, 고정된 중심주파수에서(F1(z)의 중심주파수는 30Hz, F11(z)의 중심주파수는 16000Hz, 그 사이에 있는 필터들의 중심주파수는 대략 한 옥타브 간격으로 설정됨) 각 2차 필터가 종 형상의 부스트 또는 컷 작용을 하고 있다. 도 5에서는, 종형 필터의 중심주파수가 1000Hz에 있는 것을 표시하였다. 이 필터는 중심주파수 1000Hz 위와 아래에서는 0 dB의 공칭 게인을 갖고, 1000Hz에서는 -G dB의 게인을 가지며, 1000Hz 주변에서 종 형상의 응답성을 갖는다.
필터의 형상은 하나의 매개변수, 즉, 성능지수(quality factor) Q에 의해 특징지어진다. 성능지수는 필터의 3 dB 대역폭 B에 대한 필터 중심 주파수의 비율로 정의한다. 3 dB 대역폭을 도면에 도시하였는데, 필터의 응답이 -3 dB 점을 지나가는 곳에서 두 주파수의 Hz 값에 차이가 있음을 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 그래픽 등화기 블록(600)의 예를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 그래픽 등화기(600)는 11개의 EQ단(bank)인 2차 필터
Figure pct00014
가 직렬로 연결되어 있다. 일실시예에서, 그래픽 등화기(도 1의 107)는 이 그래픽 등화기(600)로 구현된다.
본 발명에서 11개의 2차 필터 각각을 아래와 유사한 수식을 통해서 산정할 수 있다.
Figure pct00015
위 식을 사용할 경우에 한 가지 문제가 발생한다. 즉, 위의 다섯 가지 계수
Figure pct00016
가 성능지수 Q 및 게인 G에 직접적으로 의존하게 된다. 이것은, 조절가능한(즉, Q와 G를 가변할 수 있는) 필터에 대해서, 위 계수 5개를 실시간으로 재계산해야 한다는 것을 의미한다. 이것이 문제가 되는 까닭은, 그래픽 등화기(107)를 실행해야 할 메모리가 계산을 위해서 사용될 가능성이 생기며, 과도한 지연이나 오류를 일으킬 수 있기 때문이다. 이러한 문제는 Mitra-Regalia 구현방법(Realization)을 이용하여 회피할 수 있다.
디지털 신호 처리(DSP) 이론으로부터 나오는 매우 중요한 결과를, 디지털 신호 처리 방법(100)에 사용되는 필터를 구현하는 데 이용한다. 이 결과에 따르면, 매우 다양한 필터(특히, 디지털 신호 처리 방법(100)에 사용되는 것들)를 전역통과(allpass) 필터의 가중치 합계 및 입력단으로부터의 피드포워드(feedforward) 분기로 분해할 수 있다. 이 결과의 중요성이 분명해질 것이다. 당분간, 2차 전달 함수 H(z)는 성능지수 Q 및 샘플링 주파수 Fs를 갖고 fc를 중심주파수로 하는 종형 필터(bell filter)를 구현하는 것으로 가정하기로 한다. 이를 식으로 나타내면 아래와 같다.
Figure pct00017
보조량(ancillary quantity) k1, k2는 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure pct00018
그리고 전달 함수 A(z)은 아래 식으로 정의할 수 있다
Figure pct00019
A(z)가 전역통과 필터가 되는 것을 검증할 수 있다. 이것은, A(z)의 진폭이 모든 주파수에 대해 일정하며 위상만이 주파수의 함수로 변한다는 것을 의미한다. A(z)은 각 종형 필터를 구성하기 위한 구성단위(빌딩 블록)로 사용할 수 있다. 이로부터 다음과 같은 매우 중요한 결과가 도출될 수 있다.
Figure pct00020
이것이 Mitra-Regalia 방법의 핵심이다. 게인 조정이 가능한 종형 필터가 게인 G를 포함하도록 매우 분명한 방법을 써서 이를 구현할 수 있다. 이에 대해서 도 7에 나타내었는데, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 Mitra-Regalia 방법을 사용하여 필터를 구성하는 예를 나타내고 있다.
이러한 비직관적인 방식으로 필터를 분해하는 매우 좋은 이유가 있다. 위의 수식을 참조할 때, 계수 a 및 b 각각을 G가 변할 때마다(즉, 그래픽 EQ의 "슬라이더(slider)"중 하나가 움직일 때마다) 재계산해야 함을 기억해야 한다. a와 b 계수에 대해 실행해야 할 계산을 나타내지는 않았지만, 그 계산은 매우 복잡하고 시간이 많이 소요되며, 단순하게 봐도, 실시간으로 재계산하는 것은 실용적이지 못하다. 그러나 일반적인 그래픽 등화기에서는, 게인 G 및 성능지수 Q가 일정하게 유지되고 G만 변경가능하다. 이 때문에 위의 수식이 곧바로 설득력있게 된다. 위 식으로부터, A(z)는 게인 G에 전혀 의존하지 않으며, Q와 중심주파수 fc가 (그래픽 EQ 필터에서처럼) 고정되어 있는 한 k1과 k2는 G에 관계없이 고정값으로 유지됨을 알아야 한다. 따라서 이들 변수를 한 번만 계산해도 된다! 게인 변수의 계산은 한 쌍의 단순량(simple quantity)
Figure pct00021
및
Figure pct00022
를 실시간으로 변화시킴으로써 수행된다.
이는 매우 단순한 계산으로서 소수의 CPU 주기(싸이클)만 소요된다. 이것은 단지, 전역통과 전달 함수 A(z)를 구현하는 방법상의 문제만을 남길 뿐으로, 이 문제를 해결하기가 그리 어렵지는 않다. 따라서 그래픽 등화기의 전체 EQ단은, 아래 식과 같이 Mitra-Regalia 방법을 통해 구현되는 종형 필터 11개를 직렬로 연결하여 구성한다.
Figure pct00023
전체 그래픽 등화기의 EQ단은, 단 한 번만 계산하여 메모리에 저장해야 할 총 22개의 고정 계수에 의존한다는 것을 상기 수식에서 알 수 있다. 그래픽 등화기의 "조절(tuning)"은 매개변수 G1, G2, ..., G11을 조정하여 수행한다. 다시 도 6을 참조하여 이에 대해서 확인하기 바란다. Mitra-Regalia 방법은 디지털 신호 처리 방법(100)에 사용되는 다양한 필터의 구현 시에 반복해서 계속 사용한다. Mitra-Regalia 방법은 또한, 셸프 필터를 구현하는 데도 유용하다. 셸프 필터는 1차 필터이기 때문에 그 구현이 한층 간단하기 때문이다. 전체적 결과로서, 셸프 필터를 단일의 전역통과 매개변수 k 및 게인 G로 특징지을 수 있다. 종형 필터와 마찬가지로 셸프 필터는 고정된 코너주파수에 있게 되며(사실상, 모든 셸프 필터가 1kHz의 코너주파수를 가짐) 대역폭도 또한 고정된다. 네 개의 셸프 필터 모두를 아래 식들만을 써서 간단하고도 완전하게 기술할 수 있다.
Figure pct00024
위에서 설명한대로, 종래의 셸프 필터의 컷 동작 및 부스트 동작 시의 응답특성은 비대칭적이다. 이것은, 앞에서 설명하였듯이, 컷 동작시에 비해 부스트 동작시에 3-dB 점에 대해 다르게 정의하는 설계 기법 때문이다. 본 디지털 신호 처리 방법(100)은 서로 거울 영상처럼 대칭적인 필터 H1(z) 및 H3(z)에 의존한다. H2(z) 및 H4(z)에 대해서도 마찬가지이다. 이 때문에 부스트용 셸프 필터에는 특수한 필터 구조를 사용하여 도 8에 나타낸 것과 같이 H1, H3 및 H2, H4에 대해서 완벽하게 크기(magnitude)가 상쇄될 수 있다. 이러한 유형의 주파수 응답을 크기 상보형(magnitude complementary)이라고 부른다. 이 구조는 본 발명에 특유한 것이다. 일반적으로 임의의 필터 H(z)에 대해서 상보적인 크기 응답을 갖는 필터를 유도하는 것은 간단한 수학을 통해서 가능하다. 필터 H-1(z)이 확실히 이러한 방식에 맞는 것이지만, 안정적이지 못하거나 구현 가능한 함수 z가 아닐 수도 있다. 이 경우에 그 해는 단순히 수학적 호기심에 불과하며 실제로는 쓸모없는 것이다. 이상은 종래의 셸프 필터에 해당하는 경우이다. 위의 수식은 전역통과 필터로부터 종형 필터를 구성하는 방법을 보여준다. 이들 수식은 1차 전역통과 필터 A(z)(아래 식 참조)에서 시작하여 셸프 필터를 구성하는 데 동일하게 적용된다.
Figure pct00025
여기서 α는 아래 식과 같이 선택된다.
Figure pct00026
여기서, fc는 원하는 코너주파수이며, Fs는 샘플링 주파수이다.
위의 수식을 적용하여 항을 정리하면, 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure pct00027
위 식은 로우셸프 필터의 수식이다(항 (1-G)를 (G-1)로 바꾸면 하이셸프 필터가 됨). H(z)의 역수를 취하면,
Figure pct00028
.
위 식은 지연이 없는 루프를 포함하고 있어서 문제가 된다. 즉, 종래의 상태변수 방식으로는 구현할 수 없다. 다행히도 최근에는, 지연 없는 루프를 갖는 유리 함수를 구현하는 방법에 관한 시스템 이론이 몇가지 나와 있다. Fontana 및 Karjalainen은 각 단계를 시간별로 "분할(split)"하여 두 개의 "하위 단계(sub-step)"로 만들 수 있음을 보여준다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 크기 상보형 로우셸프 필터의 예를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 첫 번째 하위 단계("하위 샘플링(subsample) 1"이라고 명명함)에서 필터 A(z)에 영(0) 입력을 공급하고 그 출력 10[k]을 계산한다. 이 하위 샘플링 단계에서, 출력 y[k]는 10[k] 값을 이용하여 계산하는데, 이는 위의 식으로부터 즉시 아래와 같이 계산할 수 있다.
Figure pct00029
도 9로부터, 이 두 계산식은, 스위치가 "하위 샘플링 1" 위치에 있는 경우에 해당된다. 그 다음, 스위치가 "하위 샘플링 2" 위치로 옮겨질 때 해야 할 유일한 일은 필터 A(z)의 내부 상태를 업데이트하는 것이다. 이러한 비전형적인 필터 구조에 의해서 완벽한 크기 상보성이 얻어진다. 이는 다음과 같은 방식으로 본 발명에 대해 시행할 수 있다. 즉, 디지털 신호 처리 방법(100)의 셸프 필터가 '컷' 모드에 있을 때, 다음 식을 사용할 수 있다.
Figure pct00030
그러나 디지털 신호 처리 방법(100)의 셸프 필터가 "부스트" 모드에 있는 경우에는, "컷" 모드에서 사용한 것과 같은 G 값으로 아래 식을 이용할 수 있다.
Figure pct00031
이로써, 도 8에서와 같이, 디지털 신호 처리 방법(100)에서 필요로 하는,서로 완벽한 대칭 특성을 갖는 셸프 필터를 구성할 수 있다. (참고: 수식 16에서 항 (1-G)/2의 부호를 바꾸면 하이셸프 필터를 만들 수 있다.) 도 8은 본 발명의 실시예에 의해 구현된 크기 상보형 로우셸프 필터의 효과를 나타낸다.
각 압축기(104, 108)는, 신호의 최고치(피크치)와 그 평균치 간의 비율을 줄여서 신호의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 변경하도록 설계된 다이나믹 레인지형 압축기이다. 압축기는 어택 타임(attack time) Tatt, 릴리스 타임(release time) Trel, 문턱값 KT, 그리고 비율 r의 네 가지 요소로 특징지어진다. 간단히 말해, 신호의 포락선(envelope)을, 신호 레벨의 대략적인 "윤곽선"을 출력하는 알고리즘을 이용하여 추적한다. 일단 신호 레벨이 어택 타임 Tatt 동안에 문턱값 KT보다 크면, 압축기는 KT 위의 모든 dB에 대해서 비율 r dB 만큼 신호의 레벨을 감소시킨다. 신호의 포락선이 릴리스 타임 Trel 동안에 KT 아래로 떨어지면, 압축기는 신호 레벨을 감소시키던 것을 중지한다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 압축기의 정적 전달 특성(출력 및 입력 레벨 간의 관계)을 나타낸다.
정적 전달 특성(static transfer characteristic)에 대해서 더 자세하게 살펴본다. k 순간에서의 신호 레벨 L[k]가 얼마간 계산되어 있는 것으로 가정한다. 설명상, 하나의 정적 레벨 L을 고려할 것이다. L이 압축기의 트리거 문턱값 KT 아래에 있다면, 압축기는 아무 일도 하지 않으며 신호는 변경되지 않은 상태로 지나간다. 그러나 L이 KT보다 큰 경우에, 압축기는 신호 레벨 L이 KT를 초과하는 모든 dB에 대하여 입력 신호를 r dB만큼 감쇠시킨다.
L이 KT보다 큰 경우, 즉, 20log 10(L)>20log 10(KT)인 경우의 순간을 고려한다. 이러한 순간에서, 초과 게인, 즉, 신호 레벨이 문턱값을 초과하는 dB 값 gexcess=20log 10(L)-20log 10(KT)이다. 압축기가 초과 게인의 각 dB에 대해 r dB만큼 입력을 감쇠시킬 때에, 게인 감소치 gR은 아래 식으로 표현할 수 있다.
Figure pct00032
위 식에서, 20log 10(y)=gR*20log 10(x)로 주어지는 압축기 출력 y에 대해서, 원하는 출력 대 입력 관계가 만족됨을 알 수 있다.
이 수식을 로그함수와 반대인 선형 도메인으로 변환하면 아래와 같이 된다.
Figure pct00033
위 식은 아래 식과 등가이다.
Figure pct00034
압축기 알고리즘의 가장 중요한 부분은 신호 레벨의 유의미한 추정치를 결정하는 것이다. 이것은 상당히 직접적인 방법으로 행할 수 있다. 즉, 신호의 절대값의 "적분"을 계속 진행한다. 이 때 신호 레벨을 적분하는 속도는 원하는 어택 타임에 의해 결정된다. 신호의 순시 레벨이 현재의 적분된 레벨 아래로 떨어지면, 이 적분된 레벨은 릴리스 타임에 의해 결정된 속도로 떨어질 수 있다. 소정의 어택 타임 Tatt 및 릴리스 타임 Trel에서, 신호 레벨 L[k]를 추적하기 위해 사용되는 수식은 아래와 같다.
Figure pct00035
위 식에서,
Figure pct00036
,
Figure pct00037
이다.
계산된 L[k]를 위에서 설명한 레벨 계산의 모든 지점에서 문턱값 KT와 비교하여, L[k]가 KT보다 크면 입력 신호 x[k]를 문턱값보다 큰 레벨에 비례하는 크기로 축소한다(scale). 이 때의 비례 상수는 압축비 r과 같다. 많은 수학적 처리를 수행하면, 압축기의 입력 및 출력 사이에는 이하의 관계가 성립된다.
수식 18에서 계산한 레벨 L[k]에 대해서, Gexcess 양은 아래와 같이 계산된다.
Figure pct00038
이는 초과 게인의 크기를 나타낸다. 초과 게인이 1보다 작으면 입력 신호는 출력에 이르기까지 변하지 않는다. 초과 게인이 1보다 크면, 게인 감소 GR은 아래 식에 의해 계산된다.
Figure pct00039
그 다음에, 입력 신호를 GR만큼 축소하여 출력단으로 전달한다. 즉,
Figure pct00040
.
이상의 절차를 통해, 입력 신호 레벨이 1 dB 증가시마다 1/r dB씩 증가되는 출력 신호가 만들어진다.
실무적으로, 특정 컴퓨터 칩은 실시간 분할(division) 성능이 매우 나쁘기 때문에, 위의 수식에 대한 역수 ΚT -1을 계산하는 것은 시간 소모적이 될 수 있다. KT는 사전에 알고 있는 값이고 이는 사용자가 변경할 때에만 변경되는 것이기 때문에, ΚT -1 값을 미리 계산해 놓은 표를 메모리에 저장해 놓고 필요에 따라 사용할 수 있다. 마찬가지로, 위의 수식에서 GR을 계산하기 위한 누승(exponentiation) 연산은 실시간으로 수행하기가 매우 어렵다. 그래서 미리 계산해 놓은 값을 근사치로 사용할 수 있다. GR량(quantity)은 Gexcess가 1보다 클 때에만 의미가 있기 때문에, 이를 테면, GR=1부터 GR=100까지의 정수값에서 미리 계산해 놓은 100개의 GR값 리스트를 모든 가능한 비율값 r별로 만들 수 있다. 정수가 아닌 GR값(거의 전부)에 대해서, GR을 계산하기 위한 위의 수식에서의 양(quantity)은 다음과 같은 방법으로 근사화할 수 있다. Gexcess의 가장 가까운 적분값보다 큰 Gexcess의 크기를 interp라고 하면,
Figure pct00041
.
그리고, GR,0 및 GR,1은 미리 계산해 놓은 값
Figure pct00042
및
Figure pct00043
이다.
그 다음에, GR의 근사치를 계산하기 위하여 선형 보간을 다음 식과 같이 행할 수 있다.
Figure pct00044
위의 수식에서 GR의 실제치와 근사치 사이의 오차는 본 발명의 목적으로 볼 때 중요하지 않은 것으로 볼 수 있다. 또한, GR의 근사치를 계산하기 위하여 수 개의 연산주기만이 소요되며 미리 계산해 놓은 테이블에서 몇 번만 독취 동작을 하면 된다. 일실시예에서, 6개의 비율값 r과 100개의 Gexcess 적분점을 포함하는 표를 메모리에 저장할 수 있다. 이러한 실시예에서는 전체 메모리 사용량이 600 워드에 불과하여, GR의 실제치를 직접 계산하기 위해 수백 개의 계산주기를 필요로 하는 계산보다도 훨씬 더 유리하다. 이것이 본 발명의 주된 장점이다.
디지털 신호 처리 방법(100)에 사용되는 각 디지털 필터는 다양한 구조(아키텍처) 또는 구현들 중 어느 하나를 이용하여 실현할 수 있는데, 각 구조 또는 구현 간에는 복잡도, 처리 속도, 계수 감도, 안정성, 고정점(fixedpoint) 동작, 기타 수치적 고려 사항들 간에 절충(trade-off)해서 결정해야 한다. 특정 실시예에서는, 직접형태(direct-form) 구조 유형1(DFl)로 알려져 있는 단순한 구조를 이용할 수 있다. 이 DFl 구조는 많은 바람직한 속성을 가지고 있으며, 해당 필터의 미분방정식과 전달 함수에 대해 명확한 상관성이 매우 크다. 디지털 신호 처리 방법(100)에 사용되는 모든 디지털 필터로는 1차 필터 또는 2차 필터 중 어느 것이든 사용가능하다.
우선, 2차 필터에 대해서 상세하게 살펴본다. 위에서 설명한 대로 2차 필터에서 구현되는 전달 함수는 아래와 같이 주어진다.
Figure pct00045
위 식은 아래의 미분방정식에 상응한다.
Figure pct00046
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 필터에 대한 DF1 구조를 나타낸다. 도 11에서, 이 필터 구조에서의 승수 계수(multiplier coefficient)는 전달 함수 및 위 미분방정식에 있는 계수에 상응한다. 기호 z-1로 표시한 블록은 지연 레지스터(delay register)이며, 그 출력을 계산의 매 단계에서 사용한다. 이들 레지스터의 출력을 상태 변수(state variable)라고 부르며, 디지털 신호 처리 방법(100)의 일부 실시예에서는 이들 변수에 메모리를 할당한다. 디지털 필터의 출력은 다음과 같이 계산한다.
먼저, 각 상태 변수들을 영(제로)으로 설정한다. 즉,
Figure pct00047
.
k=0인 시점에서 도 11에 따라 아래와 같이 계산이 이루어진다.
Figure pct00048
그 다음, 레지스터 x[k-1]이 x[0]을 유지하도록, 레지스터 x[k-2]가 x[-1]을 유지하도록, 레지스터 y[k-1]이 y[0]을 유지하도록, 그리고 레지스터 y[k-2]가 y[-1]을 유지하도록 레지스터들을 업데이트한다.
k=1인 시점에서 아래와 같은 계산을 실시한다.
Figure pct00049
그리고 나서 다시, 레지스터 x[k-1]이 x[1]을 유지하도록, 레지스터 x[k-2]가 x[0]을 유지하도록, 레지스터 y[k-1]이 y[1]을 유지하도록, 그리고레지스터 y[k-2]가 y[0]을 유지하도록 레지스터들을 업데이트한다.
이 과정을 모든 k 순간에 대해서 반복한다. 즉, 새로운 입력 x[k]를 불러오고, 새로운 출력 y[k]를 계산하고, 상태 변수를 업데이트한다.
이 때, 일반적으로, 디지털 필터링 동작은 계수 b0, b1, b2, a1, a2와 상태 변수 x[k-1], x[k-2], y[k-1], y[k-2]를 이용하여 데이터 스트림 x[0], x[1], x[2], ... 에 대해서 일련의 곱셈 및 덧셈 연산을 수행하는 것으로 볼 수 있다.
특정 상황에서 이를 상세히 살펴보면 도움이 될 것이다. 그래픽 등화기(107)의 기본 구성 블록을 이루고 있는 종형 필터를 살펴보면 도움이 된다. 위에서 설명한 것과 같이, 종형 필터는 샘플링 주파수 Fs, 중심 주파수 fc에서의 게인 G, 그리고 성능지수 Q일 때 아래 식과 같이 구현된다.
Figure pct00050
여기서 A(z)는 아래 식으로 정의되는 전역통과 필터이다.
Figure pct00051
위 식에서 k1과 k2는 아래 두 수식을 통해 fc 및 Q로부터 계산된다.
Figure pct00052
k1과 k2 값은 사전에 계산하여 메모리에 표로서 저장해둔다. Q 및 fc의 특정 값에 대한 필터를 구현하기 위해 k1과 k2의 해당 값을 이 테이블에서 검색한다. 알고리즘에 11개의 특정 fc값과 16개의 특정 Q값이 있고, 필터가 단일 샘플링 주파수 Fs에서 동작하며, k2는 fc 및 Q에만 의존하기 때문에, k1와 k2 계수에 대해 소요되는 전체 메모리 용량은 매우 작다(최악의 경우라 하더라도 11×16×2 워드임).
위의 수식에서 A(z)의 계수가 대칭인지를 살펴본다. 즉, 이 수식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
Figure pct00053
여기서
Figure pct00054
,
Figure pct00055
이다.
위와 같이 주어지는 A(z)는 아래와 같은 미분방정식을 암시한다.
Figure pct00056
위 식을 정리하면 다음과 같다.
Figure pct00057
특정 실시예에서, 상태 변수는 xv[] 및 yv[] 어레이에 저장될 수 있다. 이 어레이에서 xv[0]는 x[k-2]에 대응되고, xv[1]은 x[k-1]에 대응되고, yv[0]은 y[k-2]에 대응되고, yv[1]은 y[k-1]에 대응된다. 따라서 다음과 같은 코드에 의해 전역통과 필터를 구현하는 하나의 단계가 구현된다.
Figure pct00058
이제 위의 수식에 따라 전역통과 필터 주위에 루프를 포함시켜야 한다. 이는 아래 코드에 의해 용이하게 구현된다.
Figure pct00059
보다 간결하게, 앞의 두 코드 부분을 결합하여 아래와 같이 하나의 루틴으로 만들 수 있다.
Figure pct00060
이제 1차 필터에 대해서 자세하게 살펴보자. 1차 필터는 아래와 같은 전달 함수로 표현할 수 있다.
Figure pct00061
이는 아래와 같은 미분방정식에 해당된다.
Figure pct00062
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 1차 필터의 DFl 구조를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 이 필터 구조의 승수 계수는 전달 함수 및 미분방정식의 계수와 분명하게 대응한다. 디지털 필터의 출력은 다음과 같이 계산된다.
먼저, 상태 변수 모두를 영(제로)으로 설정한다. 즉,
Figure pct00063
.
k=0인 시점에, 도 11에 따라 아래와 같이 계산을 한다.
Figure pct00064
그 다음, 레지스터 x[k-1]이 x[0]을 유지하고 레지스터 y[k-1]이 y[0]을 유지하도록 레지스터들을 업데이트한다.
k=1인 시점에서 아래와 같은 계산을 실시한다.
Figure pct00065
그리고 나서 다시, 레지스터 x[k-1]이 x[1]을 유지하고 레지스터 y[k-1]이 y[1]을 유지하도록 레지스터를 업데이트한다.
이 과정을 모든 k 순간에 대해서 반복한다. 즉, 새로운 입력 x[k]를 불러오고, 새로운 출력 y[k]를 계산하고, 상태 변수를 업데이트한다.
이 때, 일반적으로, 디지털 필터링 동작은 계수 b0, b1, a1과 상태 변수 x[k-1], y[k-1]을 이용하여 데이터 스트림 x[0], x[1], x[2], ... 에 대해서 일련의 곱셈 및 덧셈 연산을 수행하는 것으로 볼 수 있다.
도 13은 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에서 사용되는 그래픽 등화기(1300)의 블록 다이어그램이다. 다양한 실시예에서, 프로필은 그래픽 등화기(1300)를 구성하는 데 사용할 수 있는 다수의 필터 등화(equalizing) 계수로 구성된다. 여기에 설명한대로, 일단 다수의 필터 등화 계수(예컨대, 계수 변경자(modifier))로 구성하게 되면, 그래픽 등화기(1300)는 다수의 신호를 등화처리할 수 있게 된다. 그래픽 등화기(1300)의 필터 조정을 (예를 들어, 원하는 게인값을 사용하여) 수행할 수는 있지만, 다수의 신호를 등화하는 동안에 다른 세트의 필터 등화 계수로 재구성할 필요는 없다.
다양한 실시예에서 이 그래픽 등화기(1300)는 필터 모듈(1302), 프로필 모듈(1304) 및 등화(equalizing) 모듈(1306)로 구성된다. 이 그래픽 등화기(1300)는 11단의 그래픽 등화기(107)를 포함할 수 있다. 당업자는 그래픽 등화기(1300)의 EQ단의 수를 임의로 구성할 수 있다는 것을 알 것이다.
필터 모듈(1302)은 임의의 수의 필터로 구성된다. 다양한 실시예에서 필터 모듈(1302)에 있는 다수의 필터들은 서로 병렬로 있다. 다수의 필터에 속해 있는 하나 이상의 필터를 다른 주파수의 신호를 필터링하도록 구성할 수 있다. 일부 실시예에서는 다수의 필터를 2차 종형 필터로 구성한다.
프로필 모듈(1304)은 프로필(profile)을 수신하도록 구성된다. 프로필은 그래픽 등화기의 필터(예를 들어, 필터 모듈(1302)에 있는 다수의 필터에 속하는 필터)를 구성하는 데 사용할 수 있는 다수의 필터 등화 계수(예를 들어, 필터 등화 계수 변경자(modifier))를 포함한다. 일부 실시예에서 프로필은 특정 유형 또는 모델의 하드웨어(예컨대, 스피커), 특정 청취 환경(예컨대, 시끄러움, 조용함 등), 및/또는 오디오 콘텐츠(예컨대, 음성, 음악, 영화 등)를 지정할 수 있다. 하드웨어 프로필의 몇가지 예로서, 셀룰러 휴대 전화기, 유선 전화기, 무선 전화기, 통신 기기(예컨대, 워키토키 등의 무전기 및 기타 양방향 무선 송수신기 등), 경찰용 무전기, 음악 재생기(예컨대, 애플사의 IPod, MS사의 Zune 등), 헤드셋, 이어폰, 마이크 등을 지정하는 프로필이 있을 수 있다.
예를 들어, 프로필을 특정 유형 또는 모델의 하드웨어로 지정한 경우에는, 이 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 그래픽 등화기(1300)로 구성하여 이 특정 유형 또는 모델의 하드웨어의 음질을 향상시킬 수 있도록 하나 이상의 신호를 등화(equalize)할 수 있다. 한 예로서, 사용자는 특정 모델의 PC 스피커에 지정된 프로필을 선택할 수 있다. 선택된 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 이용하여 그래픽 등화기(1300)를 구성함으로써, PC 스피커를 통해 재생해야 할 신호를 등화하여, 그래픽 등화기(1300)를 이처럼 구성하지 않았을 경우보다도 더 높은 음질을 PC 스피커를 통해서 재생되는 사운드로부터 얻을 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 마이크로폰(마이크)의 특정 모델에 지정된 프로필을 선택할 수 있다. 선택한 프로필의 다수의 필터 등화 계수를 그래픽 등화기(1300)로 구성하여 마이크로폰에서 집음한 신호를 등화함으로써 사운드의 지각 음질을 향상시킬 수 있다.
또한 하나 이상의 청취 환경에 지정된 프로필을 선택할 수 있다. 예를 들어, 전화 통화시 음성 사운드를 명료하게 하기 위해, 소음이 많은 환경에서 음성 또는 음악을 명료하게 하기 위해, 그리고/또는 청취자가 청각 장애를 갖고 있는 경우에 음성 또는 음악을 명료하게 듣도록 하기 위해 지정된 프로필이 있을 수 있다. 또한, 음성, 음악, 영화와 관련된 신호에 대한 프로필을 포함한 다양한 오디오 콘텐츠를 위한 별도의 프로필이 있을 수 있다. 한 예로서, 음악의 여러 쟝르(예컨대, 올터너티브 뮤직, 재즈, 또는 클래식 등)별로 다양한 프로필을 지정할 수 있다.
당업자는 사운드의 향상이나 명료화가 사운드의 인식도를 향상시키는 것을 의미한다는 것을 알 것이다. 다양한 실시예에서, 특정 오디오 콘텐츠(예를 들어, 휴대용 미디어 플레이어를 통해 재생되는 동영상)를 재생하는 특정 기기의 사운드 인식도를 향상시키기 위하여 프로필의 필터 등화 계수를 선택할 수 있다. 프로필에 있는 다수의 필터 등화 계수에 속하는 필터 등화 계수를 원하는 사운드 출력 및/또는 음질에 기초하여 선택 및/또는 생성할 수 있다.
등화 모듈(1306)은 프로필에 있는 다수의 필터 등화 계수에 속하는 계수를 사용하는 필터 모듈(1302)의 필터로 구성할 수 있다. 설명한대로, 그래픽 등화기(1300)의 필터는 Mitra-Regalia 방법을 통해 구현할 수 있다. 한 예로서, 등화 모듈(1306)을 필터 등화 계수를 갖는 필터들로 구성하게 되면, 이들 필터의 계수를 고정해 둘 수 있다(즉, 다수 신호의 등화 전, 도중, 또는 후에 새로운 계수로 필터들을 재구성하지 않는다). 그래픽 등화기(1300)의 필터들을 새로운 필터 등화 계수로 재구성하지는 않더라도, 이 필터들을 주기적으로 게인값(예컨대, 게인 변수)으로 조정할 수는 있다. 등화기 필터를 추가로 구성하기 위하여 게인값을 계산하는 것은, 이전에 설명한대로 단순량(simple quantity)을 변화시켜서 행할 수 있다.
등화 모듈(1306)은 또한, 프로필의 필터 등화 계수에 의해 구성된 필터들을 사용하여 다수 신호를 등화시킬 수 있다. 한 예로서, 등화 모듈(1306)은 필터 모듈(1306)에 있는 이전에 구성한 등화기 필터를 사용하여, 다수 주파수를 포함하고 있는 제1신호를 등화한다. 제2신호도 마찬가지로 이전에 구성한 필터 등화 계수의 등화기 필터를 사용하여 등화할 수 있다. 일부 실시예에서 등화 모듈(1306)은 제2신호를 등화하기 전에 추가로 등화기 필터를 구성하기 위하여 게인을 조정한다.
일부 실시예에서 프로필은 하나 이상의 셸프 필터 계수로 구성된다. 본 명세서에서 설명한대로, 하나 이상의 셸프 필터를 1차 필터로 구성할 수 있다. 하나 이상의 셸프 필터(예를 들어, 도 1의 제1 로우셸프 필터(102), 제1 하이셸프 필터(103), 제2 로우셸프 필터(105), 제2 하이셸프 필터(106))를 프로필 내의 셸프 필터 계수(들)로 구성할 수 있다. 한 예로서, 프로필을 특정 컴퓨터 모델에 내장되는 특정 스피커로 지정할 수 있다. 이 예에서 프로필 내의 셸프 필터 계수를 이용하여, 이 내장된 스피커에서 나오는 음질을 개선하거나 향상시키도록 셸프 필터를 구성할 수 있다. 당업자는 음질을 개선, 향상시키기 위해 임의의 필터를 구성하는 데 사용할 수 있는 다양한 필터 계수를 프로필에 포함시킬 수 있음을 알고 있을 것이다. 셸프 필터 또는 임의의 필터를 본 명세서에서 설명한 것과 같이, 게인값으로 추가 구성할 수 있다.
당업자는 더 많거나 더 적은 모듈을 이용하여 도 13에 설명한 모듈의 기능을 수행할 수 있음을 알 것이다. 모듈의 수는 임의적일 수 있다. 모듈은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하드웨어 모듈은 회로물을 포함하는 임의 형태의 하드웨어로 구성된다. 일부 실시예에서는 필터 회로가 필터 모듈(1302)과 동일하거나 유사한 기능을 수행하고, 프로필 회로가 프로필 모듈(1304)과 동일하거나 유사한 기능을 수행하고, 등화 회로가 등화 모듈(1306)과 동일하거나 유사한 기능을 수행한다. 소프트웨어 모듈은 하드드라이브, RAM, 플래시 메모리, CD, DVD 등의 컴퓨터 판독가능 매체에 저장가능한 명령어들을 포함할 수 있다. 소프트웨어의 명령어들은 방법을 수행하는 프로세서에 의해 실행가능하다.
도 14는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에서 다수의 필터 등화 계수를 갖는 그래픽 등화기(1300) 구성을 위한 플로우차트이다. 단계 1402에서, 프로필 모듈(1304)은 다수의 필터 등화 계수를 갖는 프로필을 수신한다. 다양한 실시예에서 디지털 장치의 사용자는, 사용 가능한 하드웨어, 청취 환경, 및/또는 오디오 컨텐츠와 관련된 프로필을 선택할 수 있다. 디지털 장치는 메모리와 프로세서가 장착된 모든 장치를 포함한다. 몇 가지 예로서, 디지털 장치는 휴대 전화, 유선 전화, 무선 전화, 음악 플레이어, 미디어 플레이어, 개인용 디지털 보조기(PDA), 전자책 리더, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터 등을 포함한다.
프로필은 디지털 장치(예를 들어, 하드드라이브, 플래시 메모리, 또는 RAM)에 미리 저장해 놓거나, 펌웨어에서 검색하거나, 통신망(예컨대, 인터넷)에서 내려받을 수 있다. 일부 실시예에서는 다양한 프로필을 다운로드할 수 있도록 마련해 놓을 수 있다. 각 프로필은 특정 하드웨어(예컨대, 스피커나 헤드폰의 특정 모델 및/또는 종류), 청취 환경(예컨대, 시끄러운 곳), 및/또는 오디오 콘텐츠(예컨대, 음성, 음악, 영화 등)에 지정될 수 있다. 한 예로서 하나 이상의 프로필을 제조자 및/또는 웹사이트에서 다운로드할 수 있다.
단계 1404에서, 등화 모듈(1306)을, 프로필로부터 가져온 다수의 필터 등화 계수를 갖는 그래픽 등화기(1300)의 필터(예를 들어, 필터 모듈(1302)의 등화기 필터)로 구성한다. 등화 모듈(1306) 또는 다른 모듈을, 프로필에 포함된 다른 계수를 갖는 하나 이상의 다른 필터로 구성할 수도 있다.
단계 1406에서, 등화 모듈(1306)은 제1신호를 수신한다. 제1신호는 필터 모듈(1302)에 미리 구성된 등화기 필터에 의해 등화되는 다수의 주파수를 포함한다.
단계 1408에서, 등화 모듈(1306)은 제1게인(예를 들어, 제1게인값)을 사용하여 그래픽 등화기(1300)의 필터(예를 들어, 필터 모듈(1302)의 필터)를 조정한다. 일부 실시예에서는 게인이 스피커와 관련되어 있다. 게인이 저장하고자 하는 사운드의 원하는 특성에 관련되어 있을 수 있다. 또한 게인이 제1신호에 관련되어 있을 수 있다. 일부 실시예에서 등화 모듈(1306)은 제1신호를 수신하기 전에 필터 모듈(1302)을 조정한다.
단계 1410에서, 등화 모듈(1306)은 제1신호를 등화한다. 다양한 실시예에서 등화 모듈(1306)은 프로필의 필터 등화 계수에 의해 구성되어 게인으로써 조정해놓은 필터 모듈(1302)의 등화기 필터를 이용하여 제1신호를 등화한다.
등화 모듈(1306)은 단계 1412에서 제1신호를 출력할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 제1신호는 스피커 장치 또는 저장 장치로 출력될 수 있다. 다른 실시예에서, 출력된 이 제1신호는 추가적으로 처리될 수 있다(예컨대, 하나 이상의 압축기 및/또는 하나 이상의 필터에 의해).
단계 1414에서, 등화 모듈(1306)은 제2신호를 수신한다. 단계 1416에서, 등화 모듈(1306)은 제2게인으로써 그래픽 등화기(1300)의 필터를 조정한다. 한 예로서 등화 모듈(1306)은 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성해놓은 필터 모듈(1302)의 필터를 추가적으로 조정한다. 제2게인은 제1신호, 제2신호, 스피커, 또는 사운드 특성에 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 본 단계는 선택 사항이다.
단계 1418에서, 등화 모듈(1306)은 그래픽 등화기(1300)를 이용하여 제2신호를 등화한다. 다양한 실시예에서 등화 모듈(1306)은 프로필의 필터 등화 계수에 의해 구성하여 제1 및/또는 제2게인에 의해 조정해놓은 필터 모듈(1302)의 등화기 필터를 이용하여 제2신호를 등화한다. 등화 모듈(1306)은 단계 1420에서 제2신호를 출력할 수 있다.
당업자는 신호를 처리하는 동안(예컨대, 사운드가 스피커를 통해 재생되는 동안)에 다양한 프로필을 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 일부 실시예에서 사용자는, 그래픽 등화기(1300)를 구성하는 데 사용되는 필터 등화 계수를 포함하는 제1프로필을 프로세스 처리 도중에 선택할 수 있다. 구성된 그래픽 등화기(1300)의 신호 처리에 의해 일어나는 변경이나 개선은, 청취자에 의해 지각될 수 있다. 사용자는, 그래픽 등화기(1300)를 재구성하기 위해 사용되는 다른 필터 등화 계수를 포함하는 제2프로필을 선택할 수 있다. 본 명세서에서 설명한대로, 재구성된 그래픽 등화기(1300)의 신호 처리에 의해 일어나는 변경이나 개선도 또한 청취자가 지각할 수 있다. 다양한 실시예에서 청취자(예를 들어, 사용자)는 신호 처리 동안에 다양한 다른 프로필을 선택할 수 있으며 그 차이점을 들을 수 있게 된다. 따라서 청취자는 자신이 선호하는 프로필을 설정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 디지털 신호 처리 방법의 일실시예에 따른 그래픽 등화기를 구성하는 하나 이상의 프로필을 선택하기 위한 GUI, 즉, 그래픽 사용자 인터페이스(1500)의 예시도이다. 다양한 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스(1500)는 임의 디지털 장치의 모니터, 스크린, 또는 디스플레이에 표시할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스(1500)는 임의의 운영 체제(예컨대, 애플 OS, 마이크로소프트 Windows, 리눅스 등)를 사용하여 표시할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스(1500)는 또한, 애플 아이튠즈(Itunes)와 같은 하나 이상의 응용 프로그램에 표시할 수 있다.
그래픽 사용자 인터페이스(1500)는 선택 사항이다. 다양한 실시예를 다양한 하드웨어 또는 소프트웨어 플랫폼(그래픽 사용자 인터페이스를 사용할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있음)에서 구현할 수 있다. 한 예로, 특정 실시예를 RIM 블랙베리 통신 장치에서 구현할 수 있다. 또 다른 예에서, 특정 실시예를 애플의 아이튠즈와 같은 응용 프로그램 상에서 구현할 수 있다.
예를 들어, 기존의 미디어 플레이어 또는 응용 프로그램을, 프로필을 수신하고 그래픽 등화기에 필터 등화 계수를 적용하도록 구성할 수 있다(예를 들어, 플러그인(plug-in) 또는 여타 소프트웨어를 다운로드하여). 한 예로서 애플의 아이튠즈를 위한 플러그인을 다운로드하여 설치한다. 사용자는 재생할 음악을 선택할 수 있다. 음악 신호를 애플 아이튠즈로부터 가져와서(intercept) 하나 이상의 프로필로 구성된(사용자가 옵션으로 선택한) 그래픽 등화기와, 하나 이상의 필터를 이용하여 처리할 수 있다. 그 다음, 처리된 신호를 응용 프로그램 및/또는 운영체제로 되돌려 보내 처리를 계속하거나 스피커로 출력시킨다. 플러그인을 다운로드하고(다운로드 하거나) 암호 해독을 한 후에 설치한다. 프로필도 또한 암호화할 수 있다. 일부 실시예에서 프로필은 텍스트 파일을 포함할 수 있다. 응용 프로그램은 사용자에게, 응용 프로그램을 최소화하고 그래픽 사용자 인터페이스(1500)에 표시하는 옵션을 허용한다.
일부 실시예에서 그래픽 사용자 인터페이스(1500)에는 가상 미디어 플레이어를 표시하고, 사용자로 하여금 하나 이상의 프로필을 선택하도록 하는 수단을 표시한다. 온/오프 버튼(1502)에 의해 가상 미디어 플레이어를 활성화한다.
내장 스피커 버튼(1504), 탁상용 스피커 버튼(1506), 그리고 헤드폰 버튼(1508)은 각각, 그래픽 사용자 인터페이스(1500)를 통해 사용자에 의해 활성화될 수 있다. 사용자가 내장 스피커 버튼(1504), 탁상용 스피커 버튼(1506), 또는 헤드폰 버튼(1508)을 선택적으로 활성화시키면, 이에 관련된 프로필을 검색하거나(예컨대, 하드드라이브 또는 펌웨어 등의 로컬 저장소로부터), 다운로드할 수 있다(예를 들어, 통신 네트워크로부터). 그런 다음에, 다수의 필터 등화 계수를 이용하여 출력 사운드를 변화시키기 위한 그래픽 등화기를 구성할 수 있다. 한 예로서 헤드폰 버튼(1508)과 관련된 프로필은, 디지털 장치에 연결하여 동작시킬 수 있는 헤드폰 출력 사운드를 조정, 변경, 향상 또는 변조시키도록 구성된 필터 등화 계수를 포함하고 있다.
사용자는 음악 버튼(1510) 및 동영상 버튼(1512)을 그래픽 사용자 인터페이스(1500)를 통해 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 내장 스피커 버튼(1504), 탁상용 스피커 버튼(1506), 헤드폰 버튼(1508)과 유사하게, 사용자가 선택적으로 음악 버튼(1510) 또는 동영상 버튼(1512)을 활성화시킴으로써 관련 프로필을 검색할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 관련 프로필은 출력 사운드를 조정, 변경, 향상, 또는 변조시키기 위한 그래픽 등화기의 필터를 구성하는 데 사용할 수 있는 필터 등화 계수를 포함하고 있다.
당업자는, 다수의 프로필을 다운로드받을 수 있으며 사운드 출력을 향상시키기 위하여 한 프로필의 필터 등화 계수들 중 하나 이상을 다른 프로필의 필터 등화 계수와 함께 처리할 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 사용자는 내장 스피커에서 출력되는 사운드를 개선하기 위해 제1프로필로부터의 필터 등화 계수를 갖는 그래픽 등화기의 필터를 구성하는 내장 스피커 버튼(1504)을 선택할 수 있다. 사용자는 또한, 내장 스피커에서 출력되는 음악 사운드를 더욱 향상시키기 위해 제2프로필로부터의 필터 등화 계수를 갖는 그래픽 등화기의 필터 등화 계수를 추가로 구성하는 음악 버튼(1510)을 선택할 수 있다.
일부 실시예에서는 다수의 프로필을 결합하지 않는다. 예를 들어, 사용자는 내장 스피커로부터 출력되는 음악 사운드를 개선하거나 향상하기 위해, 내장 스피커 버튼(1504)과, 필터 등화 계수를 포함하는 하나의 프로필을 검색하는 음악 버튼(1510)을 선택할 수 있다. 마찬가지로, 사용자가 탁상용 스피커 버튼(1506)과 음악 버튼(1510)을 활성화할 때에 검색되는 별도의 프로필이 있을 수 있다. 당업자는 하드웨어, 청취 환경, 및/또는 매체(미디어) 유형 중 하나 이상의 사용자 선택에 관련된 임의 개수의 프로필이 있음을 알 것이다.
되감기 버튼(1514), 재생 버튼(1516), 앞으로 빨리감기 버튼(1518), 및 상태 표시부(1520)는 가상 미디어 플레이어의 기능을 표시한다. 일례에서, 사용자가 (본 명세서에서 설명한 버튼들을 눌러서) 사용하고자 하는 프로필을 선택한 후에, 사용자는 재생 버튼(1516)를 통해 미디어 파일(예를 들어, 음악 및/또는 동영상)을 재생할 수 있다. 마찬가지로, 사용자는 되감기 버튼(1514)을 이용해서 미디어 파일을 되감을 수 있고, 앞으로 빨리감기 버튼(1518)을 사용하여 미디어 파일을 앞으로 빨리 돌릴 수 있다. 상태 표시부(1520)는 사용자에게 미디어 파일의 명칭 및 미디어 파일에 관련된 정보(예컨대, 아티스트 이름, 미디어 파일의 총 재생 시간, 및 남은 재생 시간 등)를 표시한다. 상태 표시부(1520)는 사용자에게 모든 정보, 애니메이션, 또는 그래픽을 표시할 수 있다.
다양한 실시예에서, 본 명세서에서 설명한 하나 이상의 실시예를 수행하기 위한 플러그인 또는 응용 프로그램은 이 플러그인이나 응용 프로그램을 전체적으로 동작시키기 전에 등록해야 한다. 일례로서, 사용자는 무료 시험판을 다운로드할 수 있다. 이 시험판은 개선된 사운드나 오디오를 소정의 시간 동안(예컨대, 1 분) 재생한 다음에 신호 처리를 이전 상태로 되돌릴 수 있다(예컨대, 사운드를 시험판 프로그램을 다운로드하기 전의 상태로 되돌릴 수 있음). 일부 실시예에서는, 개선되지 않은 사운드 또는 오디오를 소정의 다른 시간 동안(예컨대, 1 또는 2분) 재생할 수 있고, 이전에 구성한 그래픽 등화기 및/또는 기타 필터를 사용하여 음질을 개선하는 상태로 다시 되돌릴 수 있다. 이 과정은 음악의 재생시간 동안에 앞으로 및 뒤로 진행될 수 있다. 일단 플러그인 또는 응용 프로그램의 등록이 완료되면, 플러그인이나 응용 프로그램은 앞뒤로 전환되지 않고 신호를 처리하도록 구성할 수 있다.
앞의 수식을 다시 참조하면, 1차 셸프 필터는 아래 식
Figure pct00066
을 1차 전역통과 필터 A(z)
Figure pct00067
에 적용하여 만들 수 있다.
여기서, α는
Figure pct00068
이며, 여기서, fc는 원하는 코너주파수이고 Fs는 샘플링 주파수이다. 위의 전역통과 필터 A(z)은 아래의 미분방정식에 해당된다.
Figure pct00069
전역통과 계수 α를 'allpass coef'로 표시하고 수식 항을 재정리하면, 위 식은 아래 식과 같이 된다.
Figure pct00070
이 미분방정식은 아래에서 상세히 설명하는 셸프 필터의 코드 구현에 해당된다.
이하, 디지털 신호 처리 방법(100)의 한 특정 소프트웨어 구현에 대해서 상세하게 설명한다.
위에서 설명한 입력 게인 조정(101) 및 출력 게인 조정(109)은 모두, "scale" 함수를 이용하여 다음과 같이 수행할 수 있다.
Figure pct00071
위에서 설명한 제1 로우셸프 필터(102)와 제2 로우셸프 필터(105)는 모두, "low_shelf" 함수를 이용하여 다음과 같이 수행할 수 있다.
Figure pct00072
이 함수가 다소 복잡한 관계로, 이에 대해서는 자세하게 설명하기로 한다. 먼저, 아래와 같이 함수 선언을 한다.
Figure pct00073
"low_shelf" 함수는 다섯 개의 서로 다른 부동 소수점 배열에 대한 포인터를 매개변수(parameter)로서 취한다. 배열 xv와 yv는 필터에 대한 "x" 및 "y" 상태 변수를 포함한다. 셸프 필터가 모두 1차 필터이기 때문에 상태 변수 배열의 길이는 1 뿐이다. 디지털 신호 처리 방법(100)에 사용되는 각 셸프 필터에 대해 각각 별도의 "x"와 "y" 상태 변수가 있다. 그 다음에 사용된 배열은 필터 계수 "wpt" 배열로서, 이는 특정 셸프 필터와 관련되어 있다. wpt는 세가지 길이를 갖는데, 각 요소 wpt[0], wpt[1], wpt[2]는 다음과 같다.
Figure pct00074
그리고 α는 전역통과 계수이며 G는 셸프 필터의 게인이다. α 값은 모든 셸프 필터에 대해 동일한데, 그 이유는 이 값이 전적으로 코너주파수에 의해서만 결정되기 때문이다(디지털 신호 처리 방법(100)에서 네 개의 셸프 필터의 코너주파수는 모두 1 kHz임을 주목해야 함). G 값은 네 개의 셸프 필터마다 다 다르다.
"input" 배열은 각 셸프 필터에 입력되는 입력 샘플 블록이고, 필터링 동작의 결과는 "output" 배열에 저장된다.
그 다음 두 줄의 코드
Figure pct00075
는 루프 카운터 변수(loop counter variable) i 및 보조량(auxiliary quantity) l (도 9에서와 같이 10[k]임)을 위한 할당 공간이다.
그 다음 줄의 코드
Figure pct00076
는 총 NSAMPLES 횟수 뒤에 있는 코드를 실행한다. 여기서, NSAMPLES는 디지털 신호 처리 방법(100)에서 사용되는 데이터 블록의 길이이다.
다음 코드는 조건 체크(conditional test) 코드이다. 즉,
Figure pct00077
.
그리고 앞에서 설명한 수식을 다시 참조하면, wpt[2]<0은 "컷" 모드에 있는 셸프 필터에 해당되고, wpt[2]>=0은 "부스트" 모드에 있는 셸프 필터에 해당된다. 셸프 필터가 컷 모드에 있을 경우에는 아래의 코드가 실행된다.
Figure pct00078
xv[0] 값은 단순히 상태 변수 x[k]이며, yv[0]은 그냥 yv[k]이다. 위의 코드는 단순히 아래 수식을 구현한 것이다.
Figure pct00079
셸프 필터가 부스트 모드에 있을 경우에는 아래의 코드가 수행된다.
Figure pct00080
위의 코드는 아래 수식을 구현한 것이다.
Figure pct00081
앞에서 설명한 제1 하이셸프 필터(103)와 제2 하이셸프 필터(106)는 모두 "high_shelf" 함수를 이용하여 다음과 같이 수행할 수 있다.
Figure pct00082
하이셸프 필터의 구현은 로우셸프 필터의 구현과 별반 다르지 않다. 위의 두 함수를 비교할 때 유일한 실질적 차이점은 단일 계수의 부호이다. 프로그램 처리 흐름은 동일하다.
위에서 설명한 그래픽 등화기(107)는, 다음과 같이 "bell" 필터 함수에 대한 일련의 11개 호출을 이용하여 구현할 수 있다.
Figure pct00083
함수 bell()는 배열 xv ("x" 상태 변수), yv("y" 상태 변수), wpt(세 개의 그래픽 EQ 매개변수 G, k2, k1(l+k2)), 입력 샘플 블록 "input", 그리고 출력 샘플을 저장하는 장소에 대한 포인터를 인수(argument)로서 취한다. 위의 코드에서 앞의 네 명령문은 단순 할당문으로서 설명할 필요가 없다.
for 루프는 NSAMPLES 횟수만큼 실행하는데, 여기서 NSAMPLES는 입력 데이터 블록의 크기이다. 그 다음 명령문은 아래를 실행한다.
Figure pct00084
위의 명령문은 앞에서 설명한대로 전역통과 필터의 출력을 계산한다. 그 다음의 네 명령문에 대해서 아래와 같이 설명한다.
Figure pct00085
은 x[k-1]에 저장된 값을 x[k-2]로 이동시킨다.
Figure pct00086
은 입력[k] 값을 x[k-1]로 이동시킨다.
Figure pct00087
은 y[k-1]에 저장된 값을 y[k-2]로 이동시킨다.
Figure pct00088
은 전역통과 필터의 출력인 출력[k]의 값을 y[k-1]로 이동시킨다.
마지막으로, 종형 필터의 출력을 다음과 같이 계산한다.
Figure pct00089
앞에서 설명한 제1압축기(104)와 제2압축기(108)는 다음과 같이 "compressor" 함수를 사용하여 구현할 수 있다.
Figure pct00090
compressor 함수는 입력(input), 출력(output), wpt 배열(array), 정수 인덱스(integer index)에 대한 포인터를 입력 인수(input argument)로서 취한다. 입력 및 출력 배열은 각각 입력 및 출력 데이터 블록에 대해 사용된다. 이 코드의 첫 번째 줄에 있는
Figure pct00091
는 함수 호출들 사이에 계산된 신호 레벨을 유지시키는 "level"로 명명한 값에 대한 정적 저장소(static storage)를 할당한다. 이렇게 하는 이유는, 상기 레벨은 단일 데이터 블록의 실행 중 뿐만 아니라 프로그램 실행의 전체 기간 동안에 지속적으로 추적해야 할 필요가 있는 것이기 때문이다.
다음 줄에 있는 코드
Figure pct00092
는 압축기 알고리즘의 계산시 사용되는 몇 가지 양(quantity)에 대한 임시 저장소를 할당한다. 이 양은 블록별로 필요하고 각 함수를 통한 다음에 삭제할 수 있다.
다음 줄에 있는 코드
Figure pct00093
는 wpt 배열의 세 번째 요소인 wpt[2]에 저장되어 있는 압축기 문턱값의 역수를 추출하기 위한 것이다. wpt 배열의 그 밖의 요소는 어택 타임, 릴리스 타임, 압축기 비율을 포함한다.
그 다음 줄의 코드는 압축기 루프가 NSAMPLES 번 반복됨을 나타낸다. 두 줄 다음에 있는 코드는 앞의 수식에 의한 레벨 계산을 구현한다. 이것을 확인하려면 아래의 라인
Figure pct00094
이 아래와 같은 확장된 명령어 구문과 등가임을 주목해야 한다.
Figure pct00095
위의 명령어는 어택 상수 αatt를 저장하는 wpt[0]과 릴리스 상수 αrel를 저장하는 wpt[1]을 이용하여, 앞에 소개한 수식 중 필요한 것을 실행하기 위하여 필요한 것이다 .
다음에, 게인 감소 GR이 1이라고 가정할 수 있다. 이 때 아래와 같이 비교 연산을 수행한다.
Figure pct00096
위의 명령어는 level>T인지, 즉, 신호 레벨이 문턱값보다 큰지를 질의하는 것과 같다. 그렇지 않은 경우에는, 즉, 신호 레벨이 문턱값보다 크지 않은 경우에는 아무 것도 수행하지 않고, 그렇다면, 즉, 신호 레벨이 문턱값보다 크다면 게인 감소를 계산한다. 이를 위해 우선, 초과 게인(excess gain)을 아래와 같이 계산한다. 계산시에는 앞에서 소개한 수식을 이용한다.
Figure pct00097
그 다음의 두 명령문은 다음과 같다.
Figure pct00098
위의 명령문은 앞에서 소개한 수식에 따라, 인덱스값을 계산하여 누승값(exponentiated value) 표에 삽입한다. 그 다음에 있는 명령어
Figure pct00099
는 앞에서 설명한 보간을 실행한다. 2차원 배열 "table"을 두 개의 지표, 즉, index 및 j로 파라미터 표시한다(parameterize). j값은 단순히 초과 이익에 가장 가까운 정수 값이다. 이 표는 아래와 동등한 값을 포함한다.
Figure pct00100
앞에서 소개한 수식들은 위 수식을 필요치(necessary value)로서 인식할 수 있는데, 여기서 j가 정수값이기 때문에 "floor" 동작은 필요치 않다. 마지막으로, 계산한 게인 감소치 GR을 이용해 아래와 같이 입력을 축소시킨다(scale).
Figure pct00101
그리고 그 값을 출력 배열의 다음 위치에 기록하고, 입력 블록에 있는 모든 NSAMPLE 값이 모두 소진될 때까지 입력 배열의 다음 값에 대해서 처리를 계속한다.
실무상, 위에서 설명한 각 함수는, 단일 샘플을 동시에 처리하는 것이 아니라 입력 및 출력 데이터 배열을 처리하고자 하는 것임을 주목해야 한다. 이는 위의 루틴이 참조에 의해서 그 입력과 출력이 전달되었다는 사실이 암시하는 것처럼, 프로그램을 그리 많이 변경시키지 않는다. 알고리즘이 NSAMPLES의 블록을 길이 단위로 받는다고 가정한다면, 데이터 배열을 종형 필터 함수 속에 포함시키기 위해 필요한 변경만을 다음과 같이 코드 속에 루프 처리를 포함시켜야 한다.
Figure pct00102
디지털 신호 처리 방법(100)은 전체적으로 다음과 같이 앞의 함수들을 호출하는 프로그램으로 구현할 수 있다.
Figure pct00103
위에서 볼 수 있듯이, scale 함수, low_shelf 함수, high_shelf 함수, bell 함수, 그리고 compressor 함수를 다중 호출하고 있다. 또한, xvl, yvl, xv2, yv2 등의 배열(array)에 대한 참조가 있다. 이들 배열은 다양한 루틴에 대한 호출들 사이에서 유지되어야 하는 상태 변수로서, 프로세스 과정 중에 다양한 필터의 내부 상태를 저장한다. 또하 working_table이라고 부르는 배열에 대한 반복적 참조가 있다. 이 표는 알고리즘 전체적으로 사용되는 다양한 사전 계산된 계수를 보유하고 있다. 이와 같은 디지털 신호 처리 방법(100)의 구현 알고리즘은 두 부분으로 나눌 수 있다 - 즉, 실시간 처리 루프에서 사용되는 계수들의 계산, 및 실시간 처리 루프 자체. 실시간 루프는 실시간 처리가 간단한 단순 승산 및 가산과, 복잡한 초월 함수, 삼각 함수, 그리고 실시간으로 효과적으로 수행할 수 없는 그 밖의 연산이 필요한 계수의 계산을 포함한다. 다행히도 이들 계수는 실행시간(run-time) 동안에 정적인 상태로 있으며 실시간 처리를 진행하기 전에 미리 계산할 수 있다. 이러한 계수는 특히, 디지털 신호 처리 방법(100)을 적용할 수 있는 각 오디오 장치에 대해서 계산할 수 있다. 특히, 디지털 신호 처리 방법(100)을 차량용 이동식 오디오 장치에 사용할 경우, 이들 계수를 각 차량별로 별도로 계산할 수 있다. 최적의 성능을 얻기 위해, 그리고 각 차량의 고유 음향 특성(스피커 배치, 차량 실내 디자인, 배경 잡음 등)을 고려하기 위해 오디오 장치를 사용할 수 있다.
예를 들어, 특정 청취 환경은 정재파(standing wave)로부터 나오는 것과 같은 비정상적인 오디오 응답을 초래할 수 있다. 예를 들어, 정재파는 자동차 등과 같이 좁은 청취 공간에서 자주 발생한다. 자동차의 길이는 예를 들어, 약 400 싸이클의 길이를 갖는다. 이러한 환경에서 일부 정재파는 이 주파수에서 발생되고 일부 정재파는 그 아래에서 발생된다. 정재파는 해당 주파수에서 증폭된 신호를 발생시켜서 부정적인 음향 신호를 만들게 된다. 크기, 형태, 특징이 같은 자동차(가령, 동일한 모델의 자동차)는 그 크기, 형태, 구조적 외장, 스피커 배치, 스피커 음질, 스피커 크기 등이 비슷하기 때문에 동일한 비정상성을 일으킨다. 또다른 실시예에서, 주파수와 조정량을 사전에 구성할 수 있으며 그래픽 등화기(107)에서의 사용을 위해 저장함으로써 청취 환경에서 향후 발생될 비정상적 응답을 줄인다.
이전 섹션에서 언급한 "작업표(working table)"는 모두, 메모리에 저장하여 필요에 따라 검색하기 위하여 미리 계산해놓은 값으로 구성되어 있다. 이로써 실행 중의 막대한 계산량을 줄이고 디지털 신호 처리 방법(100)을 저렴한 가격의 디지털 신호 처리용 칩에서 실행할 수 있다.
본 섹션에서 설명한대로 알고리즘은 블록 형태로 설명하였음을 주목해야 한다. 위에서 설명한 프로그램은 단순히 디지털 신호 처리 방법(100)의 특정 소프트웨어적 구현이며, 어떤 식으로든 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 이 소프트웨어 구현은 오디오 장치(예컨대, 라디오, MP3 플레이어, 게임 스테이션, 휴대 전화, 텔레비전, 컴퓨터, 또는 PA 시스템 등. 그러나 이들에 한정되지는 않음)에 사용하기 위해 컴퓨터 칩 상에서 프로그래밍할 수 있다. 이 소프트웨어 구현은 오디오 신호를 입력으로 받아들여서, 이 오디오 신호의 형태를 변화시켜서 출력하는 작용을 한다.
본 발명의 다양한 실시예를 위에서 설명하였지만, 이들은 예시적 방법으로 설명한 것이지 제한적인 방법으로 제시한 것이 아님을 이해해야 한다. 마찬가지로, 여러 도면은 본 발명의 구조 또는 기타 구성을 예시하고 있으며, 본 발명에 포함될 수 있는 특징과 기능을 이해하는 데 도움을 주기 위한 것이다. 본 발명은 도시한 구조 또는 기타 구성에 국한되지 않으며, 원하는 기능을 다양한 대안적 구조와 구성을 이용하여 구현할 수 있다. 실제로, 당업자는 본 발명의 원하는 기능을 구현하기 위해 기능적/논리적/물리적 파티셔닝 및 구성상의 대체 구현을 어떻게 실현할 지 명확하게 알 것이다. 또한 본 명세서에서 묘사된 것과 다른 다양한 구성요소 명칭을 여러 파티션에 적용할 수 있다. 더불어, 흐름도, 작용 설명, 및 방법 청구범위에서 기재한 '단계(step)'의 순서는, 문맥상 달리 해석되지 않는한, 다양한 실시예 구현시, 기재한 기능적 순서와 동일한 순서로 구현해야만 할 의무는 없다.
본 명세서에서 사용한 용어와 구문 및 그 변형은, 다른 명시적 언급이 없는 한, 제한적인 것의 반대되는 개방형으로 해석해야 한다. 이러한 예로서, "포함하는(including)"이란 용어는 "제한없이 포함하는(including, without limitation)"이라는 의미로 해석해야 하고, "예(example)"는 설명의 대상물의 예시적 사례를 들 때 사용한 것으로, 소모적이거나 제한적인 열거로 사용한 것이 아니다. "하나의(a 또는 an)"는 "적어도 하나의", "하나 이상의" 등으로 해석해야 하고, "종래의(conventional)", "전통적인(traditional)", "정상적인(normal)", "표준적인(standard)", "알려진(known)" 등과 같은 용어는, 특정 기간에 대해 설명한 대상물 또는 특정 시간에서 사용가능한 대상물로 국한해서 해석해서는 안되고, 그 대신에, 현재 또는 향후 언제든지 사용가능해지거나 알려질 수 있는, 종래의, 전통적인, 정상적인, 또는 표준적인 기술을 포괄하는 것으로 해석해야 한다. 마찬가지로, 본 문서가 당업자에게 자명하거나 알려진 기술을 참조할 경우에는, 이 기술은 현재 또는 향후 언제든지 당업자에게 자명하거나 알려지게 되는 기술을 포괄하는 것이다.
접속사 "및"이나 "그리고"(and)로 연결되는 일군의 대상물들은 해당 그룹 내에 존재하는 대상물들 각자 및 모든 것을 요구하는 것으로 해석해서는 안되고, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한 "및/또는"으로 해석해야 한다. 마찬가지로, 접속사 "또는(or)"으로 연결되는 일군의 대상물들은 해당 그룹 사이에 상호 배타성을 요구하는 것으로 해석해서는 안되고, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한 "및/또는"으로 해석해야 한다. 더욱이, 본 발명의 대상물, 구성요소, 또는 부품들을 단수형으로 설명하거나 권리청구할 수 있지만, 단수형에 한정한다는 명시적 언급이 없는한, 복수형으로 발명의 범위 내에 드는 것으로 고려한다.
일부 경우에서 "하나 이상", "적어도", "제한되지 않는다" 등과 같은 확장형 단어와 문구는, 이러한 확장형 문구가 사용되지 않는 경우에서 더 좁은 경우를 의도하거나 요구하는 것으로 해석해서는 안된다. "모듈"이라는 용어는, 이 모듈의 일부로서 설명하거나 권리청구한 구성요소나 기능들 모두가 공통의 패키지 안에 구성되어야 할 것을 의미하는 것은 아니다. 실제로, 제어 로직이든 다른 구성 요소든 상관없이, 모듈의 다양한 구성 요소의 일부 또는 전부는 단일 패키지 내에 조립할 수도 있고 별도로 구성할 수도 있으며, 더 나아가, 다수의 그룹이나 패키지 안에 분산 배치하거나 여러 지역에 걸쳐 분산시킬 수도 있다.
또한 여기서 개시한 각종 실시예는 예시적인 블록도, 플로우 차트, 및 기타 도시 방법으로 설명되어 있다. 본 문서를 읽은 후에는, 당업자가 도시한 예에 구속받지 않고 도시한 실시예 및 그 다양한 대체 기술을 구현할 수 있게 될 것이 명백하다. 예를 들어, 블록도 및 그 관련 설명을, 특정 구조나 구성을 강제하는 것으로 해석해서는 안된다.
1500: 그래픽 사용자 인터페이스 1502: 온/오프 버튼
1504: 내장 스피커 버튼 1506: 탁상용 스피커 버튼
1508: 헤드폰 버튼 1510: 음악 버튼
1512: 동영상 버튼 1514: 되감기 버튼
1516: 재생 버튼 1518: 앞으로 빨리감기 버튼
1520: 상태 표시부

Claims (26)

  1. 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하고,
    상기 프로필의 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기의 다수의 필터를 구성하고,
    처리를 위한 제 1 신호를 수신하고,
    제 1 게인을 사용하여 상기 다수의 필터를 조정하고,
    상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터를 사용하여 상기 제 1 신호를 등화하고,
    상기 제 1 신호를 출력하고,
    처리를 위한 제 2 신호를 수신하고,
    상기 프로필의 상기 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 상기 다수의 필터를 제 2 게인을 사용하여 조정하고,
    상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터와 상기 제 2 신호의 상기 다수의 제 2 주파수를 등화하고,
    상기 제 2 신호를 출력하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 상기 프로필은 통신 네트워크로부터 수신하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 상기 프로필은 펌웨어로부터 수신하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 필터는, 전화 통신시의 음성 사운드를 명료하게 하기 위해 상기 제 1 신호를 변경하기 위한 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 구성되는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 필터는, 소음이 많은 환경에서의 음성 사운드를 명료하게 하기 위해 상기 제 1 신호를 변경하기 위한 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 구성되는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 필터는, 휴대 장치용 미디어 파일과 관련된 음성 사운드를 조정하기 위해 상기 제 1 신호를 변경하기 위한 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 구성되는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호를 등화하기 전에
    상기 제 1 신호의 게인을 조정하고,
    상기 조정된 제 1 신호를 로우셸프 필터로 필터링하고,
    상기 필터링된 제 1 신호를 압축기로 압축하는 것을 더 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호를 등화한 후에
    상기 등화된 제 1 신호를 압축기로 압축하고,
    상기 압축된 제 1 신호의 게인을 조정하는 것을 더 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호를 제 1 로우셸프 필터로 필터링하고,
    상기 필터링된 신호를 압축기로 압축하기 전에, 상기 제 1 로우셸프 필터로부터 받은 상기 제 1 신호를 제 1 하이셸프 필터로 필터링하고,
    상기 제 1 신호를 상기 그래픽 등화기로 등화하기 전에, 상기 제 1 신호를 제 2 로우셸프 필터로 필터링하고,
    상기 제 1 신호를 상기 제 2 로우셸프 필터로 필터링한 후, 상기 제 1 신호를 제 2 하이셸프 필터로 필터링하는 것을 더 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터는 11단의 직렬연결된 2차 필터를 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각각의 상기 2차 필터는 종형 필터인 방법.
  12. 그래픽 등화기를 포함하는 시스템으로서, 상기 그래픽 등화기는,
    다수의 필터를 포함하는 필터 모듈;
    다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하도록 구성되는 프로필 모듈; 및
    상기 프로필의 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 상기 다수의 필터를 구성하고, 제 1 신호 및 제 2 신호를 수신하고, 제1게인을 사용하여 상기 다수의 필터를 조정하고, 상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터를 사용하여 상기 제 1 신호를 등화하고, 상기 제 1 신호를 출력하고, 상기 프로필의 상기 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 상기 다수의 필터를 제 2 게인을 사용하여 조정하고, 상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터를 사용하여 상기 제 2 신호를 등화하고, 상기 제 2 신호를 출력하도록 구성되는 등화 모듈을 포함하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 상기 프로필은 통신 네트워크로부터 수신하는 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 필터 등화 계수를 포함하는 상기 프로필은 펌웨어로부터 수신하는 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로필 모듈은, 전화 통신시의 음성 사운드를 명료하게 하기 위해 상기 제 1 신호를 변경하기 위한 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하는 상기 다수의 필터로 구성되는 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로필 모듈은, 소음이 많은 환경에서의 음성 사운드를 명료하게 하기 위해 상기 제 1 신호를 변경하기 위한 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하는 상기 다수의 필터로 구성되는 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로필 모듈은, 휴대 장치용 미디어 파일과 관련된 음성 사운드를 조정하기 위해 상기 제 1 신호를 변경하기 위한 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하는 상기 다수의 필터로 구성되는 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 증폭하도록 구성되는 게인 증폭기;
    상기 증폭된 제 1 신호와 상기 증폭된 제 2 신호를 필터링하는 로우셸프 필터; 및
    상기 필터링된 제 1 신호와 상기 필터링된 제 2 신호를 압축하는 압축기를 더 포함하는 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 등화된 제 1 신호 및 상기 등화된 제 2 신호를 압축하도록 구성되는 압축기; 및
    상기 압축기로부터 상기 제 1 및 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 신호의 게인을 증폭하고, 상기 제 1 및 제 2 신호를 출력하는 게인 증폭기를 더 포함하는 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 신호를 압축기로 압축하기 전에, 상기 제 1 및 제 2 신호를 필터링하도록 구성되는 제 1 하이셸프 필터;
    상기 제1 하이셸프 필터로부터 상기 제 1 및 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 신호를 상기 그래픽 등화기로 등화하기 전에 상기 제 1 및 제 2 신호를 필터링하도록 구성되는 로우셸프 필터; 및
    상기 로우셸프 필터로부터 상기 제 1 및 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 신호를 필터링하는 제2 하이셸프 필터를 더 포함하는 시스템.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터는 11단의 직렬연결된 2차 필터를 포함하는 시스템.
  22. 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기를 구성하고,
    제 1 게인을 사용하여 상기 그래픽 등화기를 조정하고,
    상기 그래픽 등화기로 제 1 신호를 처리하고,
    상기 그래픽 등화기로부터 상기 제 1 신호를 출력하고,
    제 2 게인을 이용하여 상기 그래픽 등화기를 조정하고,
    상기 그래픽 등화기로 상기 제 2 신호를 처리하되, 상기 그래픽 등화기는 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 것이고,
    상기 그래픽 등화기로부터 상기 제 2 신호를 출력하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    통신 네트워크로부터 상기 다수의 필터 등화 계수를 수신하는 것을 더 포함하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    펌웨어로부터 상기 다수의 필터 등화 계수를 수신하는 것을 더 포함하는 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 신호의 게인을 조정하고,
    제 1 로우셸프 필터로 상기 제 1 신호를 처리하고,
    압축기로 상기 제 1 신호를 처리하는 것을 더 포함하는 방법.
  26. 방법을 수행하는 프로세서에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 상기 방법은,
    다수의 필터 등화 계수를 포함하는 프로필을 수신하고,
    상기 프로필의 상기 다수의 필터 등화 계수를 사용하여 그래픽 등화기의 다수의 필터를 구성하고,
    처리를 위한 제 1 신호를 수신하고,
    제 1 게인을 사용하여 상기 다수의 필터를 조정하고,
    상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터를 사용하여 상기 제 1 신호를 등화하고,
    상기 제 1 신호를 출력하고,
    처리를 위한 제 2 신호를 수신하고,
    상기 프로필의 상기 필터 등화 계수를 사용하여 사전에 구성한 상기 다수의 필터를 제 2 게인을 사용하여 조정하고,
    상기 그래픽 등화기의 상기 다수의 필터와 상기 제 2 신호의 상기 다수의 제2 주파수를 등화하고,
    상기 제 2 신호를 출력하는 것을 포함하는, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체.
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