KR20190056486A

KR20190056486A - 오디오 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20190056486A
Application number: KR1020170153492A
Authority: KR
Inventors: 정현식; 고병섭; 손상모; 바이잘아난트
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-05-27
Also published as: WO2019098779A1; CN111357197B; EP3691124B1; EP3691124A4; CN111357197A; US11190875B2; KR102483222B1; EP3691124A1; US20200404419A1

Abstract

본 발명은 오디오 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 오디오 시스템의 사용자 설정 볼륨과 하드웨어 특성에 따라 최적의 청취 상태를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 오디오 시스템은, 입력 오디오 신호를 수신하는 신호 입력부와; 상기 입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하고, 상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하며, 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하고, 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하며, 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 하는 신호 처리부와; 상기 신호 처리부의 신호 처리에서 사용되는 파라미터를 저장하는 저장부와; 상기 신호 처리부에 의해 처리된 오디오 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함한다.

Description

오디오 시스템 및 그 제어 방법{AUDIO SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 오디오 시스템에 관한 것이다.

디지털 오디오 신호 처리 시스템에서는, 디지털 오디오 신호 처리를 수행하기 전에 신호 처리에 적용되는 스케일링 또는 게인을 고려하여 입력 디지털 오디오 신호에 대해서 헤드룸(Headroom)이 적용된다. 헤드룸이 적용된 디지털 오디오 신호는 일련의 신호 처리 과정을 거친 후 사용자 설정 볼륨에 따라 감쇄되어 앰프 및 스피커로 출력된다.

오디오 시스템은, 사용자 설정 볼륨과 스피커의 물리적 특성 등 오디오 시스템의 하드웨어 차원의 제한 조건에 의해 출력 다이나믹 레인지가 제한된다. 특히 사용자 설정 볼륨으로 인해 전체적인 음량이 감소할 수 있다. 이와 같은 출력 다이나믹 레인지의 제한 또는 음량 감소로 인해 사용자(청취자)는 오디오 신호가 가지고 있던 본래의 풍부한 저음, 명료한 목소리, 미세 소리들을 제대로 감상하기 어렵다. 또한 사용자 설정 볼륨이 높더라도 스피커의 물리적 특성 때문에 오디오 신호가 왜곡되어 출력될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 오디오 시스템의 사용자 설정 볼륨과 하드웨어 특성에 따라 최적의 청취 상태를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 오디오 시스템은, 입력 오디오 신호를 수신하는 신호 입력부와; 상기 입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하고, 상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하며, 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하고, 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하며, 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 하는 신호 처리부와; 상기 신호 처리부의 신호 처리에서 사용되는 파라미터를 저장하는 저장부와; 상기 신호 처리부에 의해 처리된 오디오 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함한다.

상술한 오디오 시스템에서, 상기 신호 처리부는, 입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 프리-신호 처리부와; 상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리부와; 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리부와; 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리부를 포함한다.

상술한 오디오 시스템에서, 상기 메인-신호 처리부는 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 상기 오디오 시스템의 출력 특성을 반영하여 상기 톤 맵핑을 수행한다.

상술한 오디오 시스템에서, 전체 볼륨 구간의 각 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용한다.

상술한 오디오 시스템에서, 전체 볼륨 구간을 복수의 단위 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 복수의 단위 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용한다.

상술한 오디오 시스템에서, 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 낮은 볼륨 구간과 상기 높은 볼륨 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용한다.

상술한 오디오 시스템은, 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어부를 더 포함한다.

상술한 오디오 시스템에서, 상기 프리-신호 처리부의 신호 처리에 앞서 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용된다.

상술한 오디오 시스템에서, 상기 프리-신호 처리부의 신호 처리 이후에 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용된다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 오디오 시스템의 제어 방법은, 입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 프리-신호 처리 단계와; 상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리 단계와; 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리 단계와; 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리 단계를 포함한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 메인-신호 처리 단계에서 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 상기 오디오 시스템의 출력 특성을 반영하여 상기 톤 맵핑을 수행한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 메인-신호 처리 단계에서, 전체 볼륨 구간의 각 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 메인-신호 처리 단계에서, 전체 볼륨 구간을 복수의 단위 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 복수의 단위 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 메인-신호 처리 단계에서, 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 낮은 볼륨 구간과 상기 높은 볼륨 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어 단계를 더 포함한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 프리-신호 처리 단계의 신호 처리에 앞서 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용된다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 프리-신호 처리 단계의 신호 처리 이후에 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용된다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 또 다른 오디오 시스템의 제어 방법은, 입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 프리-신호 처리 단계와; 상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리 단계와; 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리 단계와; 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어 단계와; 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리 단계를 포함한다.

상술한 오디오 시스템의 제어 방법은, 상기 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간, 중간 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 사용자 설정 볼륨이 상기 낮은 볼륨 구간에 속할 때 상기 프리-신호 처리 단계와 상기 프리-스케일 처리 단계, 상기 메인-신호 처리 단계, 상기 마스터 볼륨 제어 단계, 상기 포스트-신호 처리 단계를 수행하며; 상기 사용자 설정 볼륨이 상기 높은 볼륨 구간에 속할 때 상기 메인-신호 처리 단계와 상기 마스터 볼륨 제어 단계, 상기 포스트-신호 처리 단계만을 수행하고; 상기 사용자 설정 볼륨이 상기 중간 볼륨 구간에 속할 때 상기 마스터 볼륨 제어 단계와 상기 포스트-신호 처리 단계만을 수행한다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 또 다른 오디오 시스템은, 입력 오디오 신호의 레벨을 기준으로 구분되는 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하여 상기 영역 별로 음량이 가변되도록 하는 프리-신호 처리부와; 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인을 산출하고, 상기 입력 오디오 신호에 대해 상기 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리부와; 상기 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리부와; 상기 프리-스케일 처리부에서 적용된 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 오디오 시스템의 사용자 설정 볼륨과 하드웨어 특성에 따라 최적의 청취 상태를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오디오 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 신호 처리를 위한 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 헤드룸 및 다이나믹 레인지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 오디오 시스템의 신호 처리부의 구성을 자세히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치에 의한 입력 오디오 신호의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 프리-신호 처리부의 다이나믹 레인지 재배치를 위한 파라미터 설정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치를 위한 다이나믹 레인지 압축 곡선의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치의 개념을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 프리-스케일 적용에 따른 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지의 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 사용자 설정 볼륨에 따른 스피커의 출력 특성을 나타낸 도면이다.
도 12는 등청감 곡선(Equal Loudness Curve)을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)의 메인-신호 처리부(456)에서 생성하는 톤 맵핑 커브의 일례를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템에서, 다이나믹 레인지의 재배치 및 톤 맵핑이 이루어진 신호를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14의 (I)과 (III)의 주파수 별 특성 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 다이나믹 레인지의 변화를 기존의 경우와 비교한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 볼륨 구간 별 차별화된 신호 처리를 위한 볼륨 구간의 구획을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 볼륨 구간 별 차별화된 신호 처리 방법을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 신호 처리에서 다이나믹 레인지 재배치가 수행되는 위치의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오디오 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 오디오 시스템(100)의 일례는 텔레비전(104)이다. 텔레비전(104)은 기본적으로 영상 장치이지만, 텔레비전(104)을 통해 비디오 컨텐츠를 감상할 때 영상의 화질뿐만 아니라 오디오의 품질 역시 중요한 감상 포인트일 수 있다. 따라서 텔레비전(104)에서 고품질의 오디오를 출력하기 위한 오디오 신호 처리는 비디오 신호 처리만큼 중요한 요소라 할 수 있다. 텔레비전(104)에는 스피커(492)가 설치될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템은 텔레비전(104)으로 한정되지 않고 음악 감상용 전문 오디오 기기 또는 노트북/데스크탑을 활용한 PC-FI 등 오디오 신호 처리가 요구되는 다양한 기기들이 포함될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 신호 처리를 위한 구성을 나타낸 도면이다. 특히 도 2는 오디오 신호 처리를 위한 장치 구성을 나타낸 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 입력 오디오 신호는 신호 입력부(210)와 신호 처리부(250), 신호 출력부(290)를 거쳐 최종 출력된다. 신호 처리부(270)에는 저장부(270)가 연결된다. 제어부(200)는 오디오 시스템의 제어 전반에 관여하도록 마련된다. 제어부(200)는 특히 입력 오디오 신호가 최종 출력되기까지의 신호 처리 과정의 전반을 제어한다. 제어부(200)에는 사용자 입력부(230)가 연결된다. 사용자 입력부(230)는 오디오 시스템에 마련되는 사용자 인터페이스일 수 있다. 특히 사용자 입력부(230)는 사용자가 볼륨을 설정하기 위한 볼륨 컨트롤을 포함할 수 있다. 사용자가 사용자 입력부(230)를 통해 설정하는 사용자 설정 볼륨은 제어부(200)를 통해 신호 처리부(250) 및 저장부(270)에 전달된다.

신호 입력부(210)는 헤드룸(도 4의 412 참조)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 헤드룸(412)은 헤드룸을 적용하기 위한 장치를 의미하지만, 오디오 신호에 적용되는 헤드룸 자체를 의미할 수도 있다. 헤드룸(412)은 입력 오디오 신호의 신호 처리에 사용되는 스케일링 또는 게인을 고려하여 입력 오디오 신호에 적용된다. 헤드룸(412)이 적용된 오디오 신호는 일련의 신호 처리 과정을 거친 후 스피커(492)를 통해 출력된다. 헤드룸(412)은 오디오 신호 처리 시 발생할 수 있는 오버플로우(Overflow) 또는 클리핑(Clipping) 등의 문제를 방지하기 위해 오디오 신호 처리의 앞 단에 마련될 수 있다.

신호 출력부(290)는 스피커(도 4의 492 참조)를 포함할 수 있다. 또한 신호 출력부(290)는 앰프(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 3은 헤드룸 및 다이나믹 레인지를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 다이나믹 레인지는 오디오 시스템의 피크 레벨(최대 신호 레벨)과 노이즈 레벨의 비(比)를 데시벨(dB)로 나타낸 것이다. 다이나믹 레인지는 오디오 시스템에서 왜곡과 노이즈 없이 처리할 수 있는 범위를 나타낸다. 노이즈 레벨 미만의 오디오 신호는 잡음으로 간주된다. 피크 레벨을 초과하는 오디오 신호는 입력과 출력이 달라지는 현상 즉 왜곡이 발생한다. 다이나믹 레인지는 오디오 시스템에서 왜곡과 노이즈를 배제한 실제로 취급할 수 있는 신호 레벨의 크기라고 할 수 있다. 따라서 오디오 시스템의 다이나믹 레인지가 넓을수록 더 큰 음량의 오디오 신호가 출력될 수 있다.

신호대잡음비(Signal to Noise Ratio)는 노이즈 레벨에서 RMS(Root Mean Square) 상한선까지의 영역을 지칭한다. 헤드룸은 RMS 상한선과 피크 레벨까지의 영역을 지칭한다. 즉, 헤드룸은 입력 오디오 신호가 신호 처리에 의해서 피크 레벨을 초과할 때 발생하는 오디오 신호의 왜곡을 방지하기 위한 영역이다.

도 4는 도 3에 나타낸 오디오 시스템의 구성을 자세히 나타낸 도면이다.

도 4에서, 신호 입력부(210)가 헤드룸(412)을 포함하고 신호 출력부(290)가 스피커(492)를 포함하는 것은 앞서 도 2의 설명에서 언급한 바 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)의 신호 처리부(250)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 프리-신호 처리부(452)와 프리-스케일 처리부(454), 메인-신호 처리부(456), 마스터 볼륨 조절부(458), 포스트-신호 처리부(460)의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.

신호 처리부(250)에 대해 설명하기에 앞서 저장부(270)에 마련되는 룩 업 테이블(472)(474)(476)에 대해 설명하고자 한다. 저장부(270)에는 복수의 룩 업 테이블(472)(474)(476)이 마련된다. 룩 업 테이블(472)(474)(476) 각각은 프리-신호 처리부(452)와 프리-스케일링 처리부(454), 메인-신호 처리부(456) 각각에 대응한다. 특히 프리-스케일 처리부(454)에 대응하는 룩 업 테이블(474)의 값은 포스트-신호 처리부(460)에도 제공된다. 세 개의 룩 업 테이블(474)(474)(476)과 마스터 볼륨 제어부(458)에는 사용자 설정 볼륨이 입력된다.

룩 업 테이블(474)(474)(476) 각각은 프리-신호 처리부(452)와 프리-스케일링 처리부(454), 메인-신호 처리부(456) 각각의 신호 처리에서 사용되는 다양한 파라미터를 저장한다. 룩 업 테이블(472)(474)(476)에 저장되는 파라미터는 사용자 볼륨 설정과 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성에 기초한 값을 갖는다. 오디오 신호 처리 시 프리-신호 처리부(452)와 프리-스케일링 처리부(454), 메인-신호 처리부(456) 각각은 사용자 볼륨 설정과 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성에 기초하여 룩 업 테이블(472)(474)(476)로부터 적합한 파라미터를 취할 수 있다.

신호 처리부(250)에서, 프리-신호 처리부(452)는 다이나믹 레인지 재배치(Remapping)를 통해 입력 오디오 신호의 레벨을 기준으로 구분되는 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하여 입력 오디오 신호의 영역 별로 음량이 가변되도록 한다. 즉, 프리-신호 처리부(452)는 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성에 기인하는 제한 조건들로 인해 가변되는 출력 다이나믹 레인지 조건을 고려하여 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지를 분석하고, 사용자 설정 볼륨의 각 볼륨 단계에 대응하는 최적의 다이나믹 레인지 재배치 커브를 생성하며, 생성된 커브를 적용하여 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지를 재배치한다.

프리-스케일 처리부(454)는 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인을 산출하고, 입력 오디오 신호에 대해 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용한다. 즉, 프리-스케일 처리부(454)는 사용자 설정 볼륨에 따라 가변되는 최적의 스케일링을 적용한다. 프리-스케일 처리부(454)의 스케일링 적용은 프리-스케일 처리부(454)의 다음 단에 위치한 메인-신호 처리부(456)에서 오디오 신호가 부스팅되더라도 오버플로우 또는 클리핑 등의 문제가 발생하지 않도록 하기 위한 것이다. 이와 같은 프리-스케일 처리부(454)에서의 프리-스케일링에 의해 메인-신호 처리부(456)에서의 신호 처리 이전에 입력 오디오 신호의 해상도를 최대한 원음에 가깝게 유지할 수 있다.

메인-신호 처리부(456)는 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑(Tone Mapping)을 수행한다. 즉, 메인-신호 처리부(456)는 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 오디오 시스템의 하드웨어 특성을 반영하여 사용자 설정 볼륨의 스텝에 맞춰 톤 맵핑을 수행한다. 즉, 메인-신호 처리부(456)는 이전 단계에서 다이나믹 레인지 재배치 및 프리-스케일링을 거친 오디오 신호를 수신하여 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성(예를 들면 스피커의 물리적 특성)을 반영하고 사용자 설정 볼륨의 스텝에 맞춰 톤 맵핑을 수행한다. 톤 맵핑은 전체 볼륨 구간에 대해 각각의 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용할 수 있다. 또는 전체 볼륨 구간을 복수의 단위 볼륨 구간으로 구분하여 각 단위 구간마다 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용할 수 있다. 또한, 전체 볼륨 구간에 단일 커브의 톤 맵핑이 적용 될 수도 있다. 또한 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간으로 구분하여 각 볼륨 구간마다 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용할 수도 있다.

마스터 볼륨 제어부(458)는 톤 맵핑까지 완료된 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용한다. 오디오 믹서 또는 다수의 레벨 컨트롤을 가진 오디오 시스템의 경우 각 채널 별 또는 각 증폭 단계 별로 설정된 음량 및 밸런스 등의 사운드 전체를 마스터 볼륨에서 집약하여 음량을 조절한다.

포스트-신호 처리부(460)는 프리-스케일 처리부(454)에서 적용된 스케일링 값의 역수만큼 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시한다. 즉, 포스트-신호 처리부(460)는 프리-스케일 처리부(454)의 신호 처리 시 발생한 감쇄의 정도와 오디오 시스템(100)의 출력 조건(스피커의 사양 등) 및 사용자 설정 볼륨 등을 고려하여 사용자 설정 볼륨이 적용된 신호를 보상한다. 포스트-신호 처리부(460)에 의한 신호 보상은 프리-스케일 처리부(454)에서 적용했던 프리-스케일링 값의 역수만큼 보상하는 것일 수 있다. 예를 들면, 만약 프리-스케일링에서 -3dB 만큼의 스케일링을 적용했다면, 포스트-신호 처리부(460)에서는 +3dB 만큼 보상한다. 이 보상 방법은 프리-스케일링 값에 상응하는 게인 값을 적용하여 보상하기 때문에 볼륨의 선형성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 포스트-신호 처리부(460)에서 출력되는 오디오 신호는 스피커(492)로 전달된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 제어 방법을 나타낸 도면이다.

오디오 신호가 입력되면 전 처리(Pre-processing)를 수행하기에 앞서 신호 처리에 적용되는 스케일링 또는 게인을 고려하여 입력 오디오 신호에 대해 헤드룸을 적용한다(512).

먼저 프리-신호 처리부(452)는 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성에 기인하는 제한 조건들로 인해 가변되는 출력 다이나믹 레인지 조건을 고려하여 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지를 분석한다(514).

입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지의 분석이 완료되면, 사용자 설정 볼륨의 각 볼륨 단계에 대응하는 최적의 다이나믹 레인지 재배치 커브를 생성한다(516).

최적의 다이나믹 레인지 재배치 커브가 생성되면, 다이나믹 레인지 재배치 커브를 적용하여 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지를 재배치(Remapping)한다(518). 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)의 다이나믹 레인지의 재배치는 입력 오디오 신호의 레벨의 변화에 따라 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 것을 의미한다.

이와 같은 다이나믹 레인지의 재배치를 도 6 내지 도 9를 참조하여 더 자세히 설명하고자 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치에 의한 입력 오디오 신호의 변화를 나타낸 도면이다. 도 6에서, (I)은 다이나믹 레인지를 재배치하기 전의 입력 오디오 신호이고, (II)는 다이나믹 레인지를 재배치한 후의 입력 오디오 신호이다.

도 6의 (I)에 나타낸 입력 오디오 신호는 A 영역과 B 영역, C 영역으로 구분할 수 있다. A 영역의 오디오 신호는 입력 레벨이 충분히 높아서 사용자 설정 볼륨이 낮더라도 사용자(청취자)에게 소리가 잘 전달될 수 있다. B 영역의 오디오 신호는 입력 레벨이 너무 낮아서 사용자 설정 볼륨을 극단적으로 높이지 않으면 사실상 사용자에게 잘 전달되지 않는다. C 영역의 오디오 신호는 비교적 낮은 사용자 설정 볼륨에서는 사용자에게 잘 들리지 않지만 사용자 설정 볼륨을 적당히 높이면 사용자에게 비교적 잘 전달될 수 있는 입력 레벨을 갖는다. 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지의 재배치는, C 영역의 오디오 신호처럼 비교적 낮은 사용자 설정 볼륨에서는 사용자에게 잘 들리지 않지만 사용자 설정 볼륨을 적당히 높이면 사용자에게 비교적 잘 전달될 수 있는 경우 사용자 설정 볼륨을 증가시키는 대신 해당 영역(C 영역)의 입력 레벨이 증가하도록 다이나믹 레인지를 재배치하여 게인을 증가시키기 위함이다. 이와 같은 다이나믹 레인지의 재배치를 통해 사용자 설정 볼륨이 현재의 설정 값 그대로 유지되는 상태에서(즉 사용자에 의한 사용자 설정 볼륨의 추가 조작이 없는 상태에서) A 영역의 양호한 소리 전달력은 그대로 유지한 채 C 영역의 소리 전달력은 개선함으로써 A 영역과 C 영역 모두의 소리가 잘 들리도록 한다.

도 6의 (I)과 (II)를 비교해 보면, 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지의 재배치 결과를 잘 알 수 있다. 도 6의 (II)에 나타낸 바와 같이, 다이나믹 레인지의 재배치로 인해 B 영역의 오디오 신호에 대한 게인만 증가할 뿐 A 영역의 오디오 신호의 게인은 원래의 값이 그대로 유지되기 때문에 B 영역의 오디오 신호의 게인을 증가시키더라도 A 영역의 음량이 지나치게 증가하는 상황은 발생하지 않는다(영역 별 편차 감소). 결국 본 발명의 실시 예에 따른 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지 재배치는, 입력 오디오 신호의 이미 충분히 잘 들리는 부분은 그대로 잘 들리도록 상태를 유지하고(A 영역), 현재의 사용자 설정 볼륨에서는 잘 들리지 않으나 소리 전달력을 개선하여 좀 더 잘 들리도록 해야 할 부분은 다이나믹 레인지의 재배치를 통해 잘 들릴 수 있도록 한다(C 영역).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 프리-신호 처리부의 다이나믹 레인지 재배치를 위한 파라미터 설정을 나타낸 도면이다.

도 7에서 참조 부호 702가 지시하는 것은 프리-신호 처리부(452)에 설정되는 파라미터 그룹 가운데 하나인 'Attack Time'과 'Release Time'이다. 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치는 다이나믹 레인지 압축(Dynamic Range Compression)을 기반으로 이루어진다. 'Attack Time'은 임계 값을 초과하는 오디오 신호가 미리 설정된 레벨까지 압축되는데 소요되는 시간을 의미한다. 'Release Time'은 임계 값(Threshold) 미만으로 압축된 오디오 신호를 원래의 크기로 복원하는데 소요되는 시간을 의미한다. 'Attack Time'과 'Release Time'이 설정되면, 설정된 시간 동안 미리 정해진 크기의 신호의 압축 및 복원이 이루어진다. 예를 들면, 'Attack Time'이 1ms로 설정되면 1ms 동안 신호의 크기는 10dB만큼 감소(압축)될 수 있다.

도 7에서 참조 부호 704가 지시하는 것은 프리-신호 처리부(452)에 설정되는 또 다른 파라미터 그룹인 'Alpha'와 'TH1', 'TH2'이다. 파라미터 'Alpha'와 'TH1', 'TH2'는 다이나믹 레인지 압축 곡선(Dynamic Range Compression Curve)에서 특정 구간을 지정하고, 지정한 구간의 게인을 설정하기 위한 것이다. 이와 같은 파라미터 'Alpha'와 'TH1', 'TH2'의 의미를 도 8을 참조하여 자세히 설명하고자 한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치를 위한 다이나믹 레인지 압축 곡선의 일례를 나타낸 도면이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 점선으로 표시된 곡선은 입력 오디오 신호와 출력 오디오 신호의 게인이 동일한 경우이다. 만약 특정 구간에서 게인을 변경하고자 하는 경우에는 파라미터 'TH1' 및 'TH2'를 통해 게인 변경을 원하는 구간을 설정하고, 게인 변경을 위한 파라미터 'Alpha'를 통해 'TH1' 지점에서 'Alpha'만큼 게인이 변경되도록 할 수 있다. 도 8의 경우, -100dB 지점에서 'TH1' 지점까지 게인이 'Alpha'만큼 증가하고, 'TH1' 지점에서 'TH2' 지점까지 원래의 게인으로 복귀한다.

이와 같은 다이나믹 레인지 압축 곡선의 설계는 사용자 설정 볼륨과 하드웨어 특성을 고려하여 도 7에 나타낸 파라미터 그룹(702)(704)의 설정을 통해 다양하게 조정 및 설계할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치를 위해 파라미터 'Alpha'와 'TH1'과 'TH2'를 설정하여 입력 오디오 신호의 특정 구간에서의 게인을 목적하는 크기로 증가시킬 수 있다. 이와 같은 다이나믹 레인지 재배치를 통해 앞서 설명한 도 6의 C 영역의 게인(레벨)을 선택적으로 증가시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치의 개념을 나타낸 도면이다.

도 9에서, 참조 부호 902가 지시하는 것은 입력 다이나믹 레인지가 적용된 오디오 신호이다. 즉, 입력 다이나믹 레인지가 충분히 넓어서 항공기 엔진의 큰 소리는 물론 사람이 대화하는 일반적인 크기의 소리, 새 소리 및 냉장고 소음같은 작은 소리까지도 충분히 표현될 수 있다.

그러나 사용자 설정 볼륨과 하드웨어 특성(예를 들면 스피커의 출력 제한)으로 인해 출력 다이나믹 레인지가 입력 다이나믹 레인지보다 더 좁은 경우에는 참조 부호 904가 지시하는 것처럼 항공기 소리와 사람의 대화 소리 까지는 표현되지만 새 소리와 냉장고 소음 같은 작은 소리는 출력 다이나믹 레인지의 제한으로 인해 표현되지 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치를 통해 출력 오디오 신호의 게인을 증가시켜서 좀 더 선명하고 큰 음량의 소리가 출력될 수 있도록 한다. 특히 사람의 대화 소리처럼 청취자가 충분히 알아들을 수 있는 음량이어야 하는 경우에는 사람의 대화 소리만의 게인을 선별적으로 증가시켜서 더 잘 들릴 수 있도록 한다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치가 활용될 수 있다.

여기까지는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)의 프리-신호 처리부(452)에서 수행되는 다이나믹 레인지 재배치에 대해 설명하였다. 다음은 프리-신호 처리부(452)의 다이나믹 레인지 재배치 이후에 프리-스케일 처리부(454)에서 수행되는 프리-스케일링에 대해 설명하고자 한다.

다시 도 5로 돌아와서, 프리-신호 처리부(452)의 다이나믹 레인지 재배치가 완료된 상태에서 프리-스케일 처리부(454)에서는 사용자 설정 볼륨 및 하드웨어 특성을 반영한 최적의 프리-스케일을 오디오 신호에 적용한다(520).

프리-스케일 처리부(454)의 다음 단계에 위치한 메인-신호 처리부(456)에서 톤 맵핑(Tone Mapping)과 같은 신호 처리를 수행할 때 오디오 신호가 부스팅(증폭)될 수 있다. 오디오 신호의 부스팅은 오버플로우 또는 클리핑 등의 문제를 초래할 수 있다. 따라서 메인-신호 처리부(456)에서 오디오 신호가 부스팅되더라도 오버플로우 또는 클리핑 등의 문제가 발생하지 않도록 하기 위해 메인-신호 처리부(456)의 앞 단에 위치한 프리-스케일 처리부(454)에서 사용자 설정 볼륨에 따라 가변되는 최적의 스케일링을 적용한다.

다만, 프리-스케일 처리부(454)에서 오디오 신호에 적용하는 프리-스케일의 값이 고정되면 자칫 불필요한 스케일 적용으로 인해 오디오 신호의 해상도가 낮아질 수 있다. 그리고 사용자 설정 볼륨이 변경됨으로써 출력 오디오 신호에 비연속성이 발생할 수 있다. 즉 사용자 설정 볼륨의 변화가 출력 오디오 신호에 자연스럽게 반영되는 것이 아니라 스케일 적용으로 인해 단절되는 듯한 현상이 발생할 수 있다. 해상도 문제 및 비연속성 문제를 방지하기 위해서는 사용자 설정 볼륨 및 출력 다이나믹 레인지 제한 조건에 따라 프리-스케일의 값을 가변적으로 적용할 필요가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 프리-스케일 처리부(454)에 의해 적용되는 최적의 스케일링 값은 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다. 오디오 시스템(100)에서는 사용자 설정 볼륨에 따라 메인-신호 처리부(456)의 부스팅을 위한 게인 값이 결정된다. 즉, 메인-신호 처리부(456)의 부스팅을 위한 게인 값은 사용자 설정 볼륨에 따라 가변적이다. 따라서 메인-신호 처리부(456)의 부스팅을 위한 게인 값을 사용자 설정 볼륨으로부터 미리 알 수 있다. 메인-신호 처리부(456)의 부스팅을 위한 게인 값의 역수를 프리-스케일 처리부(454)의 프리-스케일링 값으로 적용하면 메인-신호 처리부(456)의 신호 처리 시 발생할 수 있는 오버플로우 또는 클리핑 등의 문제는 물론, 음량 감소 및 데이터 손실을 방지하고 오디오 신호의 높은 해상도를 유지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 프리-스케일 적용에 따른 입력 오디오 신호의 다이나믹 레인지의 변화를 나타낸 도면이다. 도 10의 (I)은 기존의 고정된 헤드룸이 적용되는 경우이다. 이처럼 헤드룸이 고정되는 경우 불필요한 헤드룸이 적용되어 오디오 신호의 해상도가 손실되거나 음량이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 도 10의 (II)에 나타낸 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)의 경우, 가변적이고 최적화된 프리-스케일 게인을 적용함으로써 불필요한 헤드룸의 적용이 배제될 수 있고, 해상도 손실 또는 음량 감소의 문제가 해결될 수 있다.

프리-스케일링은 오디오 신호 처리의 어느 단계에서나 적용될 수 있다. 다만, 신호 처리가 수행되기 전 원음의 해상도를 최대한 유지하기 위해 프리-신호 처리(즉, 다이나믹 레인지 재배치)와 메인-신호 처리 사이에서 프리-스케일링을 적용하는 것이 바람직하다. 이를 위해 프리-스케일 처리부(454)를 프리-신호 처리부(452)와 메인-신호 처리부(456) 사이에 배치할 수 있다.

다시 도 5로 돌아와서, 프리-스케일 처리부(454)의 스케일링이 완료된 상태에서 메인-신호 처리부(456)는 제한된 출력 다이나믹 레인지 조건에서 최적 품질의 음향을 제공하기 위한 톤 맵핑(Tone Mapping)을 수행한다(522).

메인-신호 처리부(456)는 이전 단계에서 다이나믹 레인지 재배치 및 프리-스케일링을 거친 오디오 신호를 수신하여 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성(예를 들면 스피커의 물리적 특성)을 반영하여 사용자 설정 볼륨의 스텝에 맞춰 톤 맵핑을 수행한다. 톤 맵핑은 전체 볼륨 구간에 대해 각각의 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용할 수 있다. 또는 전체 볼륨 구간을 복수의 단위 볼륨 구간으로 구분하여 각 단위 구간마다 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용할 수 있다. 또한, 전체 볼륨 구간에 단일 커브의 톤 맵핑이 적용 될 수도 있다. 또한 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간으로 구분하여 각 볼륨 구간마다 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용할 수도 있다.

도 11은 사용자 설정 볼륨에 따른 스피커의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 텔레비전의 스피커는 도 11에 나타낸 것처럼 볼륨 스텝에 따라서 스피커의 주파수 출력 특성이 가변적일 수 있다. 즉, 텔레비전의 볼륨을 낮게 설정하면 중간 이상의 볼륨에 비해 상대적으로 저역이 더 강조될 수 있다. 그러나 실제로는 낮은 볼륨 설정으로 인해 텔레비전의 스피커의 출력 신호가 감쇄되어 저역이 충분히 표현되지 않을 수 있다. 텔레비전의 볼륨을 높게 설정하면 강한 오디오 신호가 출력될 수 있다. 그러나 텔레비전의 스피커가 표현할 수 있는 주파수 특성이 감소하여 출력 오디오 신호에 왜곡이 발생할 수 있다. 즉, 높은 볼륨 설정에서의 스피커의 주파수 대역은 감소한다(좁아진다). 원래의 입력 신호가 저음과 고음 중 어느 한 쪽으로 치우치면 출력 오디오 신호는 스피커의 좁은 주파수 특성 때문에 왜곡이 발생한다. 따라서 사용자 설정 볼륨과 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성으로 인한 영향을 최소화하여 원래의 오디오 신호가 가지고 있는 고유의 느낌을 충실히 표현하기 위해서는 사용자 설정 볼륨 및 하드웨어 특성을 고려하여 저역 및 고역을 최적화하는 것이 바람직하다. 이와 같은 저역 및 고역의 최적화는, 도 11의 경우, 낮은 볼륨에서는 주파수 대역을 확장하여 좀 더 풍부한 저음이 출력될 수 있도록 하거나, 또는 높은 볼륨에서는 주파수 대역을 축소하여 왜곡을 최소화하는 것을 들 수 있다. 이를 위해 시간 영역에서 쉘빙 필터를 사용하여 저역과 고역을 조정해줌으로써 저역 및 고역을 최적화할 수 있다. 또는 주파수 영역에서 해당 주파수 영역의 신호를 적절하게 조정함으로써 저역 및 고역을 쉽게 최적화할 수도 있다.

도 12는 등청감 곡선(Equal Loudness Curve)을 나타낸 도면이다. 등청감 곡선은 서로 다른 주파수의 순수 사인파(Pure Sine Wave)로 발생된 소리를 듣고 청취자가 같은 음 세기로 느끼는 점들을 연결한 곡선이다. 사람의 귀는 물리적으로 같은 크기의 소리라 하더라도 주파수에 따라 다르게 느낀다. 예를 들어, 60폰(phon) 소리의 크기를 느끼려면, 1kHz 사인파의 경우 60dB SPL이면 되는데, 100Hz 사인파의 경우에는 78dB SPL이 되어야 한다. 이를 고려하여 같은 크기의 소리로 들리는 주파수 별 음압 수준을 실험적으로 조사하여 표시한 것이 등청감 곡선(Equal-Loudness Contour)이다.

도 12에 나타낸 등청감 곡선을 보면 사람은 볼륨에 따라서 주파수 별로 음량을 다르게 느낀다. 높은 사용자 설정 볼륨일 ? 들을 수 있었던 저역 신호를 낮은 사용자 설정 볼륨에서는 출력 음량이 작기 때문에 듣지 못할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)의 메인-신호 처리부(456)에서 톤 맵핑을 수행할 때, 낮은 사용자 설정 볼륨과 높은 사용자 설정 볼륨 모두에서 원래의 오디오 신호가 가지고 있는 특징이 유지될 수 있도록 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성 및 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성을 고려하여 적절한 톤 맵핑을 적용한다. 이와 같은 적절한 톤 맵핑을 통해 어떤 사용자 설정 볼륨에서도 원래의 오디오 신호가 가지고 있는 특정이 유지될 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 메인-신호 처리부에서 생성하는 톤 맵핑 커브의 일례를 나타낸 도면이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 다양한 시스템 특성을 고려하여 각 볼륨 스텝 별로 생성된 기본적인 톤 맵핑 커브를 적용한다. 도 13에 나타낸 것과 같은 톤 맵핑 커브는 사람의 청각 특성 및 오디오 시스템(100)의 특성에 따라 다양한 형태로 설계될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템에서, 다이나믹 레인지의 재배치 및 톤 맵핑이 이루어진 신호를 나타낸 도면이다. 도 14에서, (I)은 입력 오디오 신호이고, (II)는 다이나믹 레인지 재배치가 적용된 신호이며, (III)은 다이나믹 레인지 재배치 및 톤 맵핑이 적용된 신호이다. 도 14에서 타원으로 표시된 부분을 살펴보면, (I)의 입력 오디오 신호가 (II)에서는 다이나믹 레인지 재배치를 통해 게인이 증가한 것을 알 수 있다. 또한 (III)에서는 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성 및 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성을 고려한 적절한 톤 맵핑에 의해 오디오 신호가 최적화된 것을 알 수 있다.

도 15는 앞서 설명한 도 14의 (I)과 (III)의 주파수 별 특성 그래프이다. 도 15에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지 재배치 및 톤 맵핑을 통해 사용자 설정 볼륨 및 하드웨어 특성에 따라 각 주파수 별로 오디오 신호를 최적화할 수 있다.

다시 도 5로 돌아와서, 마스터 볼륨 제어부(458)는 톤 맵핑까지 완료된 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용한다(524). 오디오 믹서 또는 다수의 레벨 컨트롤을 가진 오디오 시스템의 경우 각 채널 별 또는 각 증폭 단계 별로 설정된 음량 및 밸런스 등의 사운드 전체를 마스터 볼륨에서 집약하여 음량을 조절한다.

이어서 포스트-신호 처리부(460)에서는, 마스터 볼륨이 적용된 오디오 신호에 대해 최종적으로 신호 보상을 실시하여 스피커(492)(또는 앰프)로 출력한다(526).

포스트-신호 처리부(460)에 의한 신호 보상은 프리-스케일 처리부(454)에서 적용했던 프리-스케일링 값의 역수만큼 보상하는 것일 수 있다. 예를 들면, 만약 프리-스케일링에서 -3dB 만큼의 스케일링을 적용했다면, 포스트-신호 처리부(460)에서는 +3dB 만큼 보상한다. 이 보상 방법은 프리-스케일링 값에 상응하는 게인 값을 적용하여 보상하기 때문에 볼륨의 선형성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

포스트-신호 처리부(460)에 의한 또 다른 신호 보상은 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성을 고려하여 보상 값을 결정하는 것일 수 있다. 앞에서 설명한 프리-스케일링 값의 역수만큼 보상하는 방법에서는 음량은 증가할 수 있지만 오디오 시스템(100)의 특성에 따라서는 무리한 보상이거나 또는 보상의 효과가 거의 없을 수도 있다. 따라서 보상 값을 계산할 때, 사용자 설정 볼륨에 따라 달라질 수 있는 오디오 시스템(100)의 특성을 충분히 반영함으로써 보상을 통해 높은 음량을 확보할 수 있다.

오디오 신호에 마스터 볼륨이 적용된 이후에 포스트-신호 처리를 수행하는 것은 출력 오디오 신호의 음량을 조절하는데 있어 자유도가 높고 동일한 사용자 볼륨 설정 조건에서 오디오 시스템(100)이 허용하는 최고 음량을 제공할 수 있기 때문이다. 포스트-신호 처리는 마스터 볼륨 적용 후 오디오 신호를 보상하는 것이기 때문에 포스트 신호 처리에서 오디오 신호를 보상할 때 사용자 설정 볼륨의 스텝 값에 맞춰 음량이 적절하게 감소하거나 증가하도록 하는 것이 중요하다. 예를 들어 사용자가 볼륨을 낮추거나 높이려고 시도할 때 사용자 설정 볼륨의 변화에 맞춰 출력 오디오 신호의 음량이 선형적으로 자연스럽게 낮아지거나 높아져서 볼륨 스텝 간의 이동에서 선형적인 느낌이 유지될 수 있는 적절한 보상 값을 적용하는 것이 바람직하다. 또한 신호 보상에 의한 볼륨 역전 현상이 일어나지 않도록 신호 보상 값을 적용할 필요가 있다. 볼륨 역전 현상은, 높은 사용자 설정 볼륨에도 불구하고 실제 음량이 낮아지는 경우이다.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 다이나믹 레인지의 변화를 기존의 경우와 비교한 도면이다. 도 16에서, 실선으로 표시된 것은 본 발명의 실시 예에 따른 다이나믹 레인지의 변화이고, 점선으로 표시된 것은 종래의 다이나믹 레인지의 변화이다. 도 16에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)에서는 가변적이고 최적화된 프리-스케일 게인을 적용함으로써 불필요한 헤드룸의 적용이 배제될 수 있고, 사용자 설정 볼륨 적용 후 신호 보상을 통해 출력 오디오 신호의 음량을 증가시킴으로써 동일한 사용자 설정 볼륨 조건에서 종래의 경우보다 상대적으로 더 큰 음량을 제공할 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 볼륨 구간 별 차별화된 신호 처리를 위한 볼륨 구간의 구획을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)에서는 전체 볼륨 구간을 복수의 구간으로 나누어 각 구간 별로 서로 다른 다양한 조합의 신호 처리를 수행 할 수 있다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 전체 볼륨 구간을 '낮은 볼륨 구간'과 '중간 볼륨 구간', '높은 볼륨 구간'으로 나눌 수 있다. 즉, 낮은 볼륨 임계 값과 높은 볼륨 임계 값을 설정하고, 낮은 볼륨 임계 값 이하는 '낮은 볼륨 구간'으로 구분하고, 높은 볼륨 임계 값 이상은 '높은 볼륨 구간'으로 구분하며, 낮은 볼륨 임계 값보다 높고 높은 볼륨 임계 값보다 낮은 구간은 '중간 볼륨 구간'으로 구분할 수 있다. 낮은 볼륨 임계 값과 높은 볼륨 임계 값은 오디오 시스템(100)의 하드웨어 특성에 따라 결정될 수 있다. 또한 볼륨 임계 값을 더 설정해서 더 많은 볼륨 구간으로 나눌 수도 있다.

'낮은 볼륨 구간'에서는 작은 소리가 잘 들리지 않을 수 있고, 또 하드웨어 특성 상 저음이 잘 표현되지 않을 수 있다. 따라서 사용자 설정 볼륨이 '낮은 볼륨 구간'에 속할 때는 다이나믹 레인지 재배치 및 톤 맵핑을 수반하는 신호 처리를 수행한다.

'중간 볼륨 구간'에서는 출력 신호가 적절한 크기이고, 하드웨어 특성의 영향을 비교적 적게 받아서 비교적 양호한 소리가 출력된다. 따라서 사용자 설정 볼륨이 '중간 볼륨 구간'에 속할 때는 별도의 다이나믹 레인지 재배치 또는 프리-스케일링과 같은 신호 처리를 수행하지 않고 원음 그대로 또는 원음에 가까운 상태로 재생한다(바이패스). 물론 '중간 볼륨 구간'에서도 하드웨어 특성에 따라서 다이나믹 레인지 재배치 또는 톤 맵핑을 실시할 수도 있다.

'높은 볼륨 구간'에서는 스피커(492)의 주파수 특성이 좁아져서 출력 신호가 왜곡될 수 있다. 따라서 사용자 설정 볼륨이 '높은 볼륨 구간'에 속할 때는 적절한 수준의 톤 맵핑을 수반하는 신호 처리를 통해 출력 신호의 왜곡을 최대한 방지하는 것이 바람직하다. 또한 '높은 볼륨 구간'에서는 출력 신호가 크기 때문에 작은 소리도 비교적 잘 들리기 때문에 다이나믹 레인지 재배치를 생략할 수도 있다. 또한 '높은 볼륨 구간'에서는 일반적으로 오디오 신호를 감쇄하기 때문에 프리-스케일링을 생략할 수도 있다. 다만, '높은 볼륨 구간'에서도 입력 오디오 신호와 하드웨어 특성에 따라 다이나믹 레인지 재배치와 프리-스케일링을 실시 할 수도 있다.

도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 볼륨 구간 별 차별화된 신호 처리 방법을 나타낸 도면이다. 도 18의 신호 처리 방법은 앞서 도 17에 나타낸 볼륨 구간 별 차별화된 신호 처리를 위한 볼륨 구간의 구획에 기초한다.

먼저 오디오 시스템(100)의 현재의 사용자 설정 볼륨을 확인한다(1802). 사용자 설정 볼륨이 확인되면, 현재의 사용자 설정 볼륨이 '낮은 볼륨 구간'과 '높은 볼륨 구간', '중간 볼륨 구간' 가운데 어느 구간에 속하는지도 확인한다. 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템(100)에서는 전체 볼륨 구간을 '낮은 볼륨 구간'과 '높은 볼륨 구간', '중간 볼륨 구간'과 같은 다수의 구간으로 나누어 각 구간 별로 서로 다른 다양한 조합의 신호 처리를 수행할 수 있다.

<낮은 볼륨 구간>

현재의 사용자 설정 볼륨이 '낮은 볼륨 구간'에 속할 때, 낮은 볼륨 구간을 위해 룩 업 테이블(472)(474)(476)을 업데이트한다(1812). 즉, 사용자 설정 볼륨이 '낮은 볼륨 구간'에 속할 때 적합한 신호 처리를 위한 파라미터 등을 룩 업 테이블(472)(474)(476)로부터 인출하여 신호 처리가 이루어질 수 있도록 한다.

사용자 설정 볼륨이 '낮은 볼륨 구간'에 속하는 경우, 작은 소리가 잘 들리지 않을 수 있고 또 하드웨어 특성 상 저음이 잘 표현되지 않을 수 있다. 따라서 '낮은 볼륨 구간'에서는 프리-신호 처리부(452)의 프리-신호 처리를 통한 다이나믹 레인지의 재배치(1814)와 프리-스케일 처리부(454)의 프리-스케일링(1816), 메인-신호 처리부(456)의 메인-신호 처리를 통한 톤 맵핑(1818)을 실시한다. 사용자 설정 볼륨이 '낮은 볼륨 구간'에 속할 때 수행되는 이와 같은 일련의 신호 처리를 통해 낮은 사용자 볼륨 조건에서도 개선된 음질과 양호한 음량을 제공한다.

메인-신호 처리부(456)에 의한 톤 맵핑이 완료되면 마스터 볼륨 제어부(458)에 의한 마스터 볼륨 적용(1830)과 포스트-신호 처리부(460)에 의한 포스트-신호 처리(신호 보상)(1832)가 수행된다. 포스트-신호 처리가 완료된 오디오 신호는 스피커(492)(또는 앰프)로 출력된다.

<높은 볼륨 구간>

현재의 사용자 설정 볼륨이 '높은 볼륨 구간'에 속할 때, 높은 볼륨 구간을 위해 룩 업 테이블(472)(474)(476)을 업데이트한다(1822). 즉, 사용자 설정 볼륨이 '높은 볼륨 구간'에 속할 때 적합한 신호 처리를 위한 파라미터 등을 룩 업 테이블(472)(474)(476)로부터 인출하여 신호 처리가 이루어질 수 있도록 한다.

사용자 설정 볼륨이 '높은 볼륨 구간'에 속하는 경우, 스피커(492)의 주파수 특성이 좁아져서 출력 신호가 왜곡될 수 있기 때문에 신호 왜곡을 방지하기 위해 메인-신호 처리부(456)를 통한 톤 맵핑을 수반하는 신호 처리를 실시한다(1828). '높은 볼륨 구간'에서는 출력 신호가 커서 작은 소리도 비교적 잘 들리기 때문에 다이나믹 레인지 재배치는 생략할 수 있다. 또한 '높은 볼륨 구간'에서는 일반적으로 오디오 신호를 감쇄하기 때문에 프리-스케일링 또한 생략할 수 있다.

메인-신호 처리부(456)에 의한 톤 맵핑이 완료되면 마스터 볼륨 제어부(458)의 사용자 설정 볼륨 적용(1830)과 포스트-신호 처리부(460)의 포스트-신호 처리(신호 보상)(1832)가 수행된다. 포스트-신호 처리가 완료된 오디오 신호는 스피커(492)(또는 앰프)로 출력된다.

<중간 볼륨 구간>

사용자 설정 볼륨이 '중간 볼륨 구간'에 속하는 경우, 출력 신호가 적절한 크기이고 하드웨어 특성의 영향을 비교적 적게 받아서 비교적 양호한 소리가 출력될 수 있다. 따라서 사용자 설정 볼륨이 '중간 볼륨 구간'에 속할 때에는 별도의 다이나믹 레인지 재배치 또는 프리-스케일링과 같은 신호 처리를 수행하지 않고 마스터 볼륨 제어(1830) 및 포스트-신호 처리(1832)만을 수행함으로써 원음 그대로 또는 원음에 가까운 상태로 재생한다(바이패스)(1852).

도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 시스템의 신호 처리에서 다이나믹 레인지 재배치가 수행되는 위치의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.

앞서 설명한 도 4의 실시 예에서는 헤드룸이 적용된 오디오 신호가 프리-신호 처리부(452)와 프리-스케일 처리부(454)를 차례로 거치면서 일련의 신호 처리가 이루어졌다. 즉, 도 4의 실시 예에서는 헤드룸 적용 - 다이나믹 레인지 재배치 - 스케일링 적용의 순서로 신호 처리가 이루어졌다.

이와 달리, 도 19에 나타낸 또 다른 실시 예에서는, 헤드룸을 적용하기 전에 프리-신호 처리를 통한 다이나믹 레인지 재배치를 먼저 실시하고, 이어서 헤드룸 적용 및 프리-스케일링을 실시한다. 특히, 도 19에 나타낸 바와 같이, 헤드룸을 적용하기 전에 프리-신호 처리 단계를 배치하면, 헤드룸 적용과 프리-스케일링 처리를 하나의 과정으로 통합할 수 있다.

도 19의 경우 모두 프리-스케일링 이전에 프리-신호 처리를 통한 다이나믹 레인지 재배치를 실시하는데, 이처럼 프리-스케일링 이전에 다이나믹 레인지 재배치를 실시하면 입력 오디오 신호의 해상도 손실을 최소화 할 수 있다.

위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 오디오 시스템
492 : 스피커
104 : 텔레비전
412, 1910 : 헤드룸
250 : 신호 처리부
452, 1952 : 프리-신호 처리부
454, 1954 : 프리-스케일 처리부
456 : 메인-신호 처리부
458 : 마스터 볼륨 제어부
460 : 포스트-신호 처리부
472, 474, 476 : 룩 업 테이블
702, 704 : 파라미터 그룹(프리-신호 처리부)

Claims

입력 오디오 신호를 수신하는 신호 입력부와;
상기 입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하고, 상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하며, 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하고, 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하며, 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 하는 신호 처리부와;
상기 신호 처리부의 신호 처리에서 사용되는 파라미터를 저장하는 저장부와;
상기 신호 처리부에 의해 처리된 오디오 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함하는 오디오 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 프리-신호 처리부와;
상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리부와;
상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리부와;
상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리부를 포함하는 오디오 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 메인-신호 처리부는 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 상기 오디오 시스템의 출력 특성을 반영하여 상기 톤 맵핑을 수행하는 오디오 시스템.
제 1 항에 있어서,
전체 볼륨 구간의 각 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템.
제 1 항에 있어서,
전체 볼륨 구간을 복수의 단위 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 복수의 단위 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템.
제 1 항에 있어서,
전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 낮은 볼륨 구간과 상기 높은 볼륨 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어부를 더 포함하는 오디오 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 프리-신호 처리부의 신호 처리에 앞서 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 프리-신호 처리부의 신호 처리 이후에 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템.
입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 프리-신호 처리 단계와;
상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리 단계와;
상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리 단계와;
상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리 단계를 포함하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 메인-신호 처리 단계에서 상기 사용자 설정 볼륨에 따른 인체 청각 특성과 상기 오디오 시스템의 출력 특성을 반영하여 상기 톤 맵핑을 수행하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 메인-신호 처리 단계에서, 전체 볼륨 구간의 각 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 메인-신호 처리 단계에서, 전체 볼륨 구간을 복수의 단위 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 복수의 단위 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 메인-신호 처리 단계에서, 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간으로 구분하고, 상기 낮은 볼륨 구간과 상기 높은 볼륨 구간 각각에 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어 단계를 더 포함하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 프리-신호 처리 단계의 신호 처리에 앞서 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 프리-신호 처리 단계의 신호 처리 이후에 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템의 제어 방법.
입력 오디오 신호의 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하는 프리-신호 처리 단계와;
상기 입력 오디오 신호에 대해 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리 단계와;
상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리 단계와;
상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어 단계와;
상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리 단계를 포함하는 오디오 시스템의 제어 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 전체 볼륨 구간을 낮은 볼륨 구간과 높은 볼륨 구간, 중간 볼륨 구간으로 구분하고;
상기 사용자 설정 볼륨이 상기 낮은 볼륨 구간에 속할 때 상기 프리-신호 처리 단계와 상기 프리-스케일 처리 단계, 상기 메인-신호 처리 단계, 상기 마스터 볼륨 제어 단계, 상기 포스트-신호 처리 단계를 수행하며;
상기 사용자 설정 볼륨이 상기 높은 볼륨 구간에 속할 때 상기 메인-신호 처리 단계와 상기 마스터 볼륨 제어 단계, 상기 포스트-신호 처리 단계만을 수행하고;
상기 사용자 설정 볼륨이 상기 중간 볼륨 구간에 속할 때 상기 마스터 볼륨 제어 단계와 상기 포스트-신호 처리 단계만을 수행하는 오디오 시스템의 제어 방법.
입력 오디오 신호의 레벨을 기준으로 구분되는 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변 적용하여 상기 영역 별로 음량이 가변되도록 하는 프리-신호 처리부와;
사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 부스팅 게인을 산출하고, 상기 입력 오디오 신호에 대해 상기 부스팅 게인의 역수에 상당하는 크기의 스케일링을 적용하는 프리-스케일 처리부와;
상기 사용자 설정 볼륨에 의해 결정되는 상기 부스팅 게인을 적용하여 상기 입력 오디오 신호의 톤 맵핑을 수행하는 메인-신호 처리부와;
상기 프리-스케일 처리부에서 적용된 상기 스케일링의 역수만큼 상기 입력 오디오 신호에 대해 신호 보상을 실시하는 포스트-신호 처리부를 포함하는 오디오 시스템.