KR20220034516A - 전자 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

전자 장치가 개시된다. 본 전자 장치는, 오디오 출력부, 오디오 신호가 입력되면 볼륨 레벨에 기초하여 입력된 오디오 신호를 스케일링하고, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하고, 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하고, 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하도록 오디오 출력부를 제어하는 프로세서를 포함한다.

Description

전자 장치 및 그 제어 방법 { APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF }

본 개시는 오디오 시스템의 출력 성능이 제한적인 오디오 디바이스에서 사용자의 체감 음량을 증대하기 위한 전자 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

종래의 전자 장치는 출력 음량을 높이기 위해 제한된 출력 세기 내에서 신호 세기를 단순히 증폭시키는 경우 제한된 출력 세기를 넘는 부분에 대해서는 왜곡이 발생한다는 문제가 있었다. 특히, 입력되는 오디오 신호의 성분이 대부분 전자 장치의 제한 출력 세기에 해당하는 이른바 Peak-2-Peak(Full Scale) 신호에 대해서는, 이러한 문제가 더 커질 수밖에 없었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 임계 세기를 초과하는 입력에 대한 압축을 통해 Amplitude 마진을 확보하는 방법을 적용할 수 있으나, 이 경우 압축에 의한 음압 손실로 인해 높은 볼륨 레벨에서 볼륨 테이블의 선형성이 열화되는 문제점이 있었다.

본 개시는 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 개시의 목적은 높은 볼륨 레벨에서 음량 증대 효과 감소를 개선하는 전자 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 오디오 출력부, 및 오디오 신호가 입력되면 볼륨 레벨에 기초하여 상기 입력된 오디오 신호를 스케일링하고, 상기 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하고, 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하고, 상기 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하도록 상기 오디오 출력부를 제어하는 프로세서를 포함한다.

여기서, 상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 볼륨 레벨 이하인 구간에서 상기 오디오 신호의 세기는 3차 함수 형태로 조정될 수 있다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 볼륨 레벨이 최대인 경우, 하기와 같은 수학식에 기초하여 상기 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

y = (1+β)*x - β*x^3

여기서, x는 입력 오디오 신호의 세기, y는 출력 오디오 신호의 세기, β는 0.5 이하의 양수임.

또한, 상기 제1 게인은, 상기 스케일링된 오디오 신호 중 최대 세기를 가지는 오디오 신호의 세기가 상기 조정 후에도 유지되도록 결정될 수 있다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제3 게인을 적용하고, 상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 제3 게인이 적용된 오디오 신호에 상기 제1 게인을 적용하여 상기 적용된 오디오 신호의 세기를 조정하며, 상기 제2 임계 레벨은 상기 제1 임계 레벨보다 낮을 수 있다.

여기서, 상기 볼륨 레벨이 상기 제2 임계 레벨 이상이고 상기 제1 임계 레벨 미만인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 증가하는 함수 형태이고, 상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 레벨 이하인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 감소하는 함수 형태일 수 있다.

여기서, 상기 제2 임계 레벨은, TMC(Tone Mapping Curve)의 특성에 의해 결정될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이하이면, 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 유지시키고 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 상기 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하며, 상기 임계 세기 이상에서 상기 재조정 후 오디오 신호의 세기는, 상기 재조정 전 오디오 신호의 세기보다 감소될 수 있다.

한편, 상기 프로세서는, 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 스케일링된 오디오 신호에 제4 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호를 전처리하고, 상기 전처리된 오디오 신호에 상기 제1 게인을 적용하여 상기 전처리된 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법은, 오디오 신호가 입력되면 사용자가 입력한 볼륨 레벨에 기초하여 상기 오디오 신호를 스케일링하는 단계, 상기 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계, 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계, 및 상기 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 볼륨 레벨 이하인 구간에서 상기 오디오 신호의 세기는 3차 함수 형태로 조정될 수 있다.

여기서, 상기 제1 게인을 적용하여 상기 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계는, 상기 볼륨 레벨이 최대인 경우, 하기와 같은 수학식에 기초하여 상기 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

y = (1+β)*x - β*x^3

여기서, x는 입력 오디오 신호의 세기, y는 출력 오디오 신호의 세기, β는 0.5 이하의 양수임.

여기서, 상기 제1 게인은, 상기 스케일링된 오디오 신호 중 최대 세기를 가지는 오디오 신호의 세기가 상기 조정 후에도 유지되도록 결정될 수 있다.

또한, 상기 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제3 게인을 적용하는 단계, 및 상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 제3 게인이 적용된 오디오 신호에 상기 제1 게인을 적용하여 상기 적용된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 임계 레벨은 상기 제1 임계 레벨보다 낮을 수 있다.

여기서, 상기 볼륨 레벨이 상기 제2 임계 레벨 이상이고 상기 제1 임계 레벨 미만인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 증가하는 함수 형태이고, 상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 레벨 이하인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 감소하는 함수 형태일 수 있다.

여기서, 상기 제2 임계 레벨은, TMC(Tone Mapping Curve)의 특성에 의해 결정될 수 있다.

또한, 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계는, 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이하이면, 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 유지시키고 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 상기 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하며, 상기 임계 세기 이상에서 상기 재조정 후 오디오 신호의 세기는, 상기 재조정 전 오디오 신호의 세기보다 감소될 수 있다.

한편, 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 스케일링된 오디오 신호에 제4 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호를 전처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 전처리된 오디오 신호는, 상기 제1 게인을 적용하여 조정될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 컴퓨터 판독 가능 매체에는, 전자 장치의 프로세서에 의해 실행되는 경우 상기 전자 장치가 동작을 수행하도록 하는 컴퓨터 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 있어서, 상기 동작은, 오디오 신호가 입력되면 볼륨 레벨에 기초하여 상기 오디오 신호를 스케일링하는 단계, 상기 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계, 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계, 및 상기 재조정된 오디오 신호를 증폭시키 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 입력되는 오디오 신호의 종류에 관계 없이 효율적으로 입력 오디오 신호의 음량을 증대시킬 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시의 일 실시 예에 따라 스케일링된 오디오 신호의 압축 및 증폭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 일 실시 예에 따라 증폭된 오디오 신호의 신호 세기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 Amplifier에 대한 기본 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 전자 장치가 TMC 모듈을 통해 이퀄라이징을 수행하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 게인 조정 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 delta값 변화에 따른 출력 특성 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 음압 증대 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 Peak-2-Peak 입력 신호에 대한 볼륨 테이블 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 -24db LKFS 입력 신호에 대한 볼륨 테이블 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전자 장치가 delta값 및 게인을 조정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 Peak-2-Peak 입력 신호에 대한 볼륨 테이블 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13b는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 -24db LKFS 입력 신호에 대한 볼륨 테이블 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.

또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.　그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1a 및 도 1b는 본 개시의 일 실시 예의 이해를 돕기 위한 도면이다.

일반적으로, 출력되는 오디오 신호의 세기는 사용자에 의해 설정된 볼륨 레벨(이하에서 출력 볼륨 레벨이라 함)에 따라 입력되는 오디오 신호를 스케일링함에 따라 결정된다. 예를 들어, 스케일링에 적용되는 게인은 볼륨 레벨 별 도 1a에 도시된 바와 같인 기 설정된 볼륨 테이블(Volume Table)에 기초할 수 있다.

도 1a에 따르면, 전자 장치(100)는 출력 볼륨 레벨 이 100일 때, 스케일링 게인 1을 적용하고, 출력 볼륨 레벨이 100보다 낮은 경우, 볼륨 테이블에 대응되는 1 미만의 게인(dB scale)만큼 입력 신호를 스케일링하여 출력하게 된다.

또한, 전자 장치(100)는 입력된 오디오 신호를 증폭하여 출력할 수 있는데, 도 1b에 도시된 바와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 출력 볼륨 레벨이 100일 때, 증폭 전에 비해 6dB, 즉 음향학적으로 약 2배의 음량 증대를 목표로 한다. 다만, 시스템 상 최대 출력 세기는 0dB가 될 수 있다.

이에 따라, 전자 장치(100)에 의해 증폭된 출력 신호의 세기는 0dB를 초과할 수 없다. 그럼에도 목표 성능 곡선(11)이 0dB 이상의 영역에 위치하는 이유는 음압 증대에 따른 상대적인 라우드니스 증가에서 기인하며, 이는 도 5a 내지 5c에서 상세히 설명하도록 한다.

구체적으로, ITU 규격을 갖는 오디오 입력은 전체 라우드니스가 -24dB LKFS(Loudness K-Weighted Full Scale) 혹은 -23dB LUFS(Loudness Unit Full Scale)로서, 출력 경계 세기 대비 충분한 마진이 존재한다.

이와 같은 신호는 이론적으로 최소 2배(6dB) 이상 증폭시킬 수 있는 마진이 존재하므로 전자 장치(100)는 시스템의 볼륨 테이블(10)을 목표 성능 곡선(11)과 같이 변경하여 출력 볼륨 레벨이 100일 때 출력 세기가 6dB가 되도록 제어할 수 있다.

그러나, 입력 신호의 세기가 0 dBFS에 가까운 경우 입력 신호를 단순히 증폭시키게 되면 시스템의 출력 경계 세기를 벗어나는 오버플로우(Overflow)가 발생하여 음질 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서, 입력 신호의 세기가 0 dBFS에 가까운 경우에는 입력 신호를 압축하여 마진을 확보하는 기술이 활용되어 왔다.

하지만 이 경우 임계 세기(Threshold) 이상의 입력 신호를 압축함에 따른 음압 손실이 발생하여 높은 볼륨 레벨에서 음량 증대 효과가 낮아지는 문제점이 있었다.

이하에서는, 높은 출력 볼륨 레벨에서 음량 증대 효과를 향상시킬 수 있는 다양한 실시 예에 설명하도록 한다.

도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전자 장치(100)는 오디오 출력부(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는 TV, 스피커 장치, 유/무선 스피커, PC, 유/무선 이어폰, 헤드셋, 스마트폰 등으로 구현될 수 있으며, 이밖에도 오디오 신호를 출력할 수 있는 다양한 기기로 구현될 수 있다.

오디오 출력부(110)는 오디오 신호를 청각적으로 출력하기 위한 구성이다.

오디오 출력부(110)는 스피커로 구현될 수 있다. 스피커는 전류에 의해 발생하는 자기장의 영향으로 진동하는 코일 및 진동판을 포함할 수 있다. 또한, 스피커는 전기 신호를 증폭하는 앰프를 포함할 수 있다. 이때, 앰프(미도시)가 스피커와 별도의 구성으로 오디오 출력부(110)에 포함될 수 있음은 물론이다.

오디오 출력부(110)는 코일, 진동판, 앰프 등을 포함하기 때문에, 전자 장치(100) 내 부품의 성능 및 오디오 출력부(110)가 설치되는 공간의 크기 등 따라 오디오 출력부(110)의 출력 세기에는 제한이 있을 수 밖에 없다.

프로세서(120)는 전자 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어한다.

구체적으로, 프로세서(120)는 전자 장치(100)의 각 구성과 연결되어 전자 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 오디오 출력부(110)와 연결되어 전자 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따라 프로세서(120)는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로 프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), NPU(Neural Processing Unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)) 등 다양한 이름으로 명명될 수 있으나, 본 명세서에서는 프로세서(120)로 기재한다. 프로세서(120)는 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 프로세서(120)는 SRAM 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 프로세서(120)는 오디오 신호가 입력되면 볼륨 레벨에 기초하여 입력된 오디오 신호를 스케일링하고, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

여기서, 제1 게인이란 입력된 오디오 신호의 파형을 횡으로 확장하기 위해 적용될 수 있다. 제1 게인은 높은 볼륨 레벨에서 압축에 의한 음압 손실로 체감 음량 증대효과가 감소되는 문제를 해결하기 위해 출력 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상인 경우에만 적용될 수 있다.

여기서, 제1 임계 레벨은 사용자가 임의로 설정할 수도 있으나, 전자 장치(100)에 포함된 메모리(미도시)상에 저장된 것이거나 외부로부터 전자 장치(100)에 입력된 것일 수도 있다.

구체적으로, 전자 장치(100)에 입력되는 오디오 신호의 성분이 대부분 전자 장치의 제한 출력 세기에 해당하는 이른바 Peak-2-Peak 입력 신호인 경우, 제1 임계 레벨은 해당 출력 볼륨 레벨에서 후술할 제2 게인이 적용되는 임계 세기 이상의 세기를 갖는 오디오 신호가 없도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이고 최대 볼륨 레벨 이하인 구간에서, 제1 게인이 적용된오디오 신호의 세기는 3차 함수 형태로 조정될 수 있다.

예를 들어, 출력 볼륨 레벨이 최대인 경우, 프로세서(120)는 제1 게인을 적용함에 있어 하기와 같은 수학식 1에 기초하여 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

[수학식 1]

y = (1+β)*x - β*x^3

여기서, x는 입력 오디오 신호의 세기, y는 출력 오디오 신호의 세기, β는 0.5 이하의 양수일 수 있다.

또한, 제1 게인은 스케일링된 오디오 신호 중 최대 세기를 가지는 오디오 신호의 세기가 조정 후에도 유지되도록 결정될 수 있다.

이어서 프로세서(120)는 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하고, 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하도록 오디오 출력부(110)를 제어할 수 있다.

여기서, 제2 게인이란 제1 게인을 적용하여 조정된 오디오 신호 중 임계 세기 이상의 세기를 갖는 신호를 압축하기 위해 적용될 수 있다. 구체적으로, 제2 게인은 전자 장치(100)가 오디오 신호를 증폭하면서 0 dBFS에 가까운 입력 신호가 포화되는 문제를 해결하기 위해 적용될 수 있다.

일 예로, 전자 장치(100)는 임계 세기 이상의 세기를 갖는 입력 오디오 신호를 특정한 Reduction Level만큼 감소시킬 수 있다. 이때, Reduction Level은 기설정된 값일 수 있다.

여기서, 임계 세기(Threshold)는 기설정된 값으로서, 임계 세기는 사용자가 임의로 설정할 수도 있으나, 전자 장치(100)에 포함된 메모리(미도시)상에 저장된 것이거나 외부로부터 전자 장치(100)에 입력된 것일 수도 있다.

여기서, 프로세서(120)는 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이면, 스케일링된 오디오 신호에 제3 게인을 적용하고, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 제3 게인이 적용된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 적용된 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다. 이 경우, 제2 임계 레벨은 제1 임계 레벨보다 낮을 수 있다.

제3 게인은 높은 볼륨 레벨에서 음압 손실에 따른 체감 음량 증대 효과 감소 문제를 조금 더 효율적으로 개선하기 위해 적용될 수 있다.

구체적으로, 제3 게인은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이퀄라이징에 의한 입력 신호 세기 감소를 보정하기 위해 적용될 수 있다.

예를 들어, 출력 볼륨 레벨이 50인 경우 이퀄라이징에 의한 입력 신호 세기 감소가 발생하는 경우, 제3 게인은 출력 볼륨 레벨이 50 이상인 경우 적용될 수 있고, 이 때 제2 임계 레벨은 50이 된다.

한편, 제2 임계 레벨이 제1 임계 레벨보다 큰 수치를 가져도 상관 없다.

여기서, 제2 임계 레벨은 TMC(Tone Mapping Curve)의 특성에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, TMC는 오디오 신호를 복수의 주파수 대역으로 구분하고, 출력 볼륨 레벨에 기초하여 복수의 주파수 대역 각각의 오디오 신호를 이퀄라이징할 수 있다.

여기서, 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이고 제1 임계 레벨 미만인 구간에서 제3 게인은 선형적으로 증가하는 함수 형태이고, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이고 최대 레벨 이하인 구간에서 제3 게인은 선형적으로 감소하는 함수 형태일 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이하이면, 조정된 오디오 신호의 세기를 유지시키고 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정할 수 있다. 이 경우 임계 세기 이상에서 재조정 후 오디오 신호의 세기는, 재조정 전 오디오 신호의 세기보다 감소될 수 있다.

구체적으로, 임계 세기 이상의 오디오 신호만을 감소시킴으로써, 전자 장치(100)는 0 dBFS에 가까운 신호에 대한 포화 문제를 개선하여 효과적인 음량 증대 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 프로세서(120)는 스케일링된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 스케일링된 오디오 신호에 제4 게인을 적용하여 스케일링된 오디오 신호를 전처리하고, 전처리된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 전처리된 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

여기서, 제4 게인은 제2 게인과 마찬가지로, 오디오 신호 중 임계 세기 이상의 세기를 갖는 신호를 압축하기 위해 적용될 수 있다. 구체적으로, 제4 게인은 전자 장치(100)가 오디오 신호를 증폭하면서 0 dBFS에 가까운 입력 신호가 포화되는 문제를 해결하기 위해 적용될 수 있다.

한편, 제4 게인을 제2 게인과 별개로 적용하는 이유는 입력된 오디오 신호를 한번에 압축하는 것보다 하드웨어의 연산 부담이 적고, 2회의 Softclipping을 통해 출력 신호의 음질 열화를 개선할 수 있기 때문이다.

여기서, 임계 세기는 제2 게인을 적용할 때의 임계 세기와 동일한 수치일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 전자 장치(100)는 Scaling 모듈(310) 및 Amplifier 모듈(320)을 포함할 수 있다. 본 모듈들 각각은 전자 장치(100)의 메모리에 저장된 소프트웨어 모듈이거나 전자 장치(100)상에 회로적으로 구현된 하드웨어 모듈일 수 있다. 또는, 본 모듈들 각각은 소프트웨어 및 하드웨어가 조합된 형태로 구현될 수도 있다.

이하에서는 상술한 각 모듈들이 도 2에서 설명한 프로세서(120)의 기능을 갖는 동작을 수행하는 것을 전제로 설명하도록 한다.

전자 장치(100)는, Scaling 모듈(310)을 통해 출력 볼륨 레벨 볼륨에 기초하여 오디오 신호를 스케일링할 수 있다.

이때, 오디오 신호는 전자 장치(100)의 메모리(미도시)상에 기저장된 것이거나 외부로부터 수신될 수 있다.

프로세서(120)는 Amplifier 모듈(320)을 통해 스케일링된 오디오 신호를 증폭시킬 수 있다. 구체적으로, 프로세서(120)는 Amplifier 모듈(320)에 의해 증폭된 오디오 신호를 출력하도록 오디오 출력부(110)를 제어할 수 있다.

Amplifier 모듈(320)을 통해 오디오 신호의 신호 세기를 증폭시키는 정도는 출력 볼륨 및 기설정된 Look-Up Table(305)에 의해 결정될 수 있다. Look-Up Table(305)은 메모리(미도시)에 기저장되어 있거나, 전자 장치(100)의 실시간 연산에 따라 계산될 수 있다.

여기서, Look-Up-Table(305)은 주어진 연산에 대해 미리 계산된 결과들의 집합(배열)을 가리킨다. 이 집합(배열)은 주어진 연산에 대한 결과를 계산하는 시간보다 더 빠르게 값을 취득해 갈 수 있도록 사용되는 레퍼런스로 사용된다.

구체적으로, Look-Up-Table(305)은 시간 내에 연산 결과 취득에 대한 필요성이 높은 실시간 프로세싱 시스템(embedded system)에서 사용된다.

도 3을 참조하면, Amplifier 모듈(320)은 Compressor(321) 및 Makeup 모듈(322)을 포함할 수 있다.

Compressor(321)는 스케일링된 오디오 신호의 세기를 재조정할 수 있다. 여기서, 재조정이란 신호 세기가 기설정된 임계 세기 이상인 오디오 신호에 대해 제2 게인을 적용하여 신호의 세기를 감소시키는 동작을 의미하며 이하에서는 설명의 편의를 위하여 압축이라고 명명하도록 한다.

도 4a 및 도 4b를 통해, 스케일링된 오디오 신호의 압축 과정을 설명한다.

만약 Scaling 모듈(310)을 거친 즉, 스케일링된 오디오 신호가 Amplifier 모듈(320)을 거치지 않는 경우, 오디오 신호는 스케일링된 상태의 신호 세기(: Input Level)와 같은 신호 세기(: Output Level. 도 4a의 410)로 오디오 출력부(110)를 통해 출력될 수 있다.

도 4b를 참조하면, Compressor(321)는 오디오 신호 중 신호 세기(: Input Level)가 Threshold(405) 이상인 오디오 신호의 신호 세기를 감소시키는 반면, 신호 세기가 Threshold(405) 미만인 오디오 신호의 신호 세기는 유지할 수 있다. 그 결과, 압축된 신호 세기를 가지는 압축된 오디오 신호(420)가 획득될 수 있다. 여기서, Threshold(405)는 LUT(305)에 따라 기설정된 값일 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 오디오 신호를 압축하게 되면, 오디오 신호의 최대 신호 세기는 특정한 Reduction Level(403)만큼 변경(401 -> 402)될 수 있다. 이때, Reduction Level(403)은 LUT(305)에 따라 기설정된 값일 수 있다.

Makeup 모듈(322)은 압축된 오디오 신호를 증폭시킬 수 있다. 구체적으로, Makeup 모듈(322)은 오디오 출력부(110)의 최대 출력 세기를 넘지 않는 범위에서 압축된 오디오 신호 전체의 신호 세기를 증가시켜 압축된 오디오 신호를 증폭시킬 수 있다.

구체적으로, 도 4c를 참조하면, Makeup 모듈(322)은 압축된 오디오 신호(420)를 전체 신호 세기에 대하여 증폭시킬 수 있다. 그 결과, 증가된 신호 세기를 가지는 증폭된 오디오 신호(430)가 획득될 수 있다.

도 4c를 참조하면, 오디오 신호의 최대 출력 세기는 다시 압축 전(: 401)으로 커진 것을 확인할 수 있다. 즉, Compressor 모듈(321)의 압축 및 Makeup 모듈(322)의 증폭을 거친 결과, 오디오 신호의 최대 신호 세기는 유지되지만 나머지 신호 세기에 대해서는 오디오 신호의 신호 세기가 모두 증가될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 일 실시 예에 따라 오디오 신호를 압축 및 증폭하는 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 일 예에 따라 0 dBFS의 오디오 신호(510)가 최대 볼륨 (예를 들어, 볼륨 레벨 100)에 기초하여 스케일링된 결과 오디오 신호(510)의 신호 세기를 도시한 것으로, 특정 시점에서 오디오 신호(510)의 세기는 오디오 출력부(110)의 최대 출력 세기(501)에 해당할 수 있다.

도 5b는 오디오 신호(510)가 압축된 상태를 도시한 것으로, 예를 들어, 신호 세기가 임계 세기(505)를 초과하는 오디오 신호가 압축될 수 있다. 그 결과, 압축된 오디오 신호(520)의 최대 신호 세기가 감소(501 -> 502)되어 기존에 없던 마진(503)이 생길 수 있다.

여기서, 마진이란 오디오 신호의 최대 신호 세기와 오디오 출력부(110)의 최대 출력 세기 간의 차이이다.

일 실시 예에 따르면, 오디오 신호 증폭 시 포화의 문제를 고려하는 경우 전자 장치(100)는 마진의 크기에 비례하여 오디오 신호를 증폭시킬 수 있게 된다.

도 5c는 도 5b의 오디오 신호(520)가 증폭된 상태를 도시한 것으로, 오디오 신호(520)의 신호 세기는 최대 출력 세기를 넘지 않는 범위 내에서 전체적으로 증가될 수 있다. .

도 5c를 참조하면, 오디오 신호(520)의 증폭 전후, 즉 Amplifier 모듈(320)을 거치기 전후의 오디오 신호의 최대 신호 세기는 동일하지만, 기존의 오디오 신호(510)에 비해 압축 및 증폭된 오디오 신호(530)의 신호 세기가 전반적으로 증가된 결과 라우드니스 내지는 체감 음량은 크게 향상될 수 있다.

사용자 체감 음량, 즉 라우드니스는 시간 영역에서 오디오 신호가 차지하는 면적에 비례하므로, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 오디오 신호의 최대 신호 세기를 조절하지 않더라도 사용자에게 보다 증가된 음량을 제공할 수 있게 되는 것이다.

한편, 출력 볼륨 레벨이 최대인 경우를 도시한 도 5a 내지 도 5c와 달리, 입력된 오디오 신호가 0 dBFS 가 아닌 -24 dB LKFS 인 경우 또는 출력 볼륨 레벨이 최대가 아닌 경우라면, 스케일링된 오디오 신호의 최대 신호 세기 및 오디오 출력부(110)의 최대 출력 세기 간에 이미 마진이 있기 때문에, Compressor(321)가 입력 오디오 신호를 압축할 필요가 없게 된다.

구체적으로, 입력된 오디오 신호가 0 dBFS 가 아닌 -24 dB LKFS 인 경우 또는 출력 볼륨 레벨이 최대가 아닌 경우에는, 도 5a에 도시된 낮은 세기의 입력 신호(540)와 마찬가지로 임계 세기(505)보다 최대 신호 세기가 낮은 입력 신호의 비중이 많을 수밖에 없다.

따라서, 이러한 경우 오디오 신호의 세기는 Compressor(321)의 압축 없이 단순 증폭되기 때문에(550) 압축에 의한 음압 손실 없이 makeup 모듈(322)의 게인에 비례한 음량 증대 효과를 기대할 수 있다.

반면, 입력된 오디오 신호가 0 dBFS인 경우에는 높은 볼륨 레벨에서 임계 세기(505)를 초과하는 최대치를 갖는 입력 신호의 비중이 높아지므로, 압축에 따른 음압손실이 발생해 makeup 모듈(322)의 게인보다 적은 비율로 음량이 증대된다.

상술한 바와 같이, 입력 오디오 신호가 0dBFS인 경우에 높은 볼륨 레벨에서의 음량 증대 효과 감소를 개선하기 위해 전자 장치(100)는 새로운 구성 요소를 구비할 필요성이 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 Amplifier(320)에 대한 기본 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 Amplifier(320)는 도 3에서 설명한 Compressor(321)과 동일한 기능을 갖는 DRC1(Dynamic Range Control, 321-1), Tone Mappng Curve(TMC. 610), Overdriver(620), Expander(630), DRC2(321-2), Makeup(322)으로 구성된다.

DRC(321-1, 321-2)는 Compressor(321)와 같은 동작을 수행하는 구성으로, 신호의 세기가 임계 세기 이상인 오디오 신호의 신호 세기를 감소시키는 반면, 신호 세기가 임계 세기 미만인 오디오 신호의 신호 세기는 유지할 수 있다.

DRC(321-1, 321-2) 2개가 구비된 이유는, 입력된 오디오 신호를 한번에 압축하는 것보다 하드웨어의 연산 부담이 적고, 2회의 Softclipping을 통해 출력 신호의 음질 열화를 개선할 수 있기 때문이다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, DRC2(321-2)는 필수적 구성요소이나, DRC1(321-1)은 임의적 구성요소일 수 있다.

도 7을 참조하면, TMC(610)는 일 예로 이퀄라이저(equalizer)로 구성될 수 있다. 이퀄라이저는 일반적으로 인간 청각 특성을 고려하여 대체로 단순히 저역과 고역을 증폭하도록 구성되는바, 다만 본 개시에 따른 TMC 모듈은 출력 볼륨 레벨에 따라 주파수별 신호 세기를 다양하게 조정할 수 있다.

도 7은 DRC1(321-1)에 의해 압축된 오디오 신호의 주파수 별로 신호 세기를 상대적으로 조정하는 TMC(610)의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.

TMC(610)는 압축된 오디오 신호를 복수의 주파수 대역으로 구분하고, 출력 볼륨 레벨에 기초하여 복수의 주파수 대역 각각의 오디오 신호의 신호 세기를 조정하여 압축된 오디오 신호를 이퀄라이징할 수 있다.

도 7을 참조하면, 압축된 오디오 신호는 제1 주파수 대역(710), 제1 주파수 대역(710)보다 높은 제2 주파수 대역(720), 제2 주파수 대역(720)보다 높은 제3 주파수 대역(730)으로 구분될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 TMC(610)를 구비한 결과, 전자 장치(100)는 낮은 볼륨의 오디오 신호의 저역대(710) 및 고역대(730)가 중역대(720)에 비해 비교적 잘 들리지 않고 높은 볼륨의 오디오 신호의 저역대(710) 및 고역대(730)가 중역대(720)에 비해 비교적 잘 들리는 인간의 청각 특성을 보완할 수 있다.

한편, 도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMC(610)는 출력 볼륨 레벨이 50보다 높아지는 경우 오디오 신호의 신호 세기를 전반적으로 감소시킬 수 있다. TMC(610)가 임계 볼륨 레벨 이상에서 이와 같이 입력 오디오 신호의 세기를 전반적으로 감소시키는 특성으로 인해 높은 볼륨 레벨에서 사용자가 체감하는 음량 증대 효과 감소가 발생할 수 있는데, 전자 장치(100)는 이를 보완하기 위해 Overdriver(620)를 구비할 수 있다.

Overdriver(620)는 입력 신호를 선형 증폭하며, 다음 단에 위치한 Expander(630)의 동작을 보완하여 본 발명에서 달성하고자 하는 목표 성능을 적절히 조정할 수 있다.

구체적으로, Overdriver(620)의 특성에 따라 제3 게인이 결정될 수 있다.

도 8a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 출력 볼륨 레벨에 대한 Overdriver(620)의 특성인 제3 게인의 변화를 도시한 그래프이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 제3 게인은 TMC(610)에 의해 입력 신호의 주파수 성분이 전체적으로 감소되기 시작하는 변곡점(볼륨: 50, 810)에서 상승한다. TMC(610)에 의해 오디오 입력 신호의 세기가 감소되는 것을 보완해 주기 위해 일 실시 예에 따른 제3 게인은 출력 볼륨 레벨이 최대가 될 때까지 선형적으로 증가할 수 있다.

도 8a에서는 볼륨 레벨이 100일 때, 제3 게인은 2.5의 값을 가질 수 있는 것으로 도시하였으나, 이는 일 예에 불과하며, 제3 게인의 최대값은 얼마든지 다른 값으로 설정될 수 있다.

Expander(630)는 입력 오디오 신호의 파형을 확장하기 위한 구성으로, 상술한 제1 게인을 적용하여 신호 파형을 좌우로 확장하여 체감 음량 증대 효과를 개선할 수 있다.

도 8b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 출력 볼륨 레벨에 대한 Expander의 출력 특성에 관여하는 delta(β) 값이 변화를 도시한 그래프이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 Expander(630)는 볼륨 레벨이 최대인 경우, 상기와 같은 수학식 1에 기초하여 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

도 9를 참조하면, 출력 볼륨 레벨이 최대(볼륨: 100)인 경우 입력 신호의 세기는 스케일링에 의한 세기 감소 없이 0dB(x = 1)를 최대값으로 갖는다.

예를 들어, delta 값이 0일 때는 입력 신호는 세기 변화 없이 그대로 출력된다(910).

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따라 delta 값이 증가할수록, Expander(630)의 출력 특성은 위로 볼록한 형태의 그래프로 표현된다.

특히, delta가 본 개시의 일 실시 예에 따른 최대치인 0.5의 값을 가질 때 그래프(940)는 최대로 솟아오른 형태를 갖는다.

도 10을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 Expander(630)의 동작에 의해 입력 오디오 신호(1010)의 파형이 횡으로 확장되어(1020) 음파가 차지하는 면적이 증가될 수 있다.

이 경우, 입력 오디오 신호가 갖는 최대값의 변화 없이도 사용자가 체감하는 라우드니스는 향상될 수 있으며, 이에 따라 Expander(630)는 종래 기술에서 Amplitude에 대한 마진 확보의 한계로 인한 체감 음량 증대 효과 감소를 개선할 수 있다.

다시 도 8b를 참조하면, delta 값이 클수록 사용자 체감 음량이 커지기 때문에, 본 개시의 일 실시 예에 따른 Expander(630)는 볼륨 레벨이 50이 되는 지점(820)부터 선형적으로 증가하는 delta 값을 가질 수 있다.

도 8b에서는 delta 값이 증가하는 지점(820)의 볼륨 레벨을 50으로 상정하였으나, 이는 일 예에 불과하며, 전자 장치(100)의 구현 방식에 따라 얼마든지 다른 값을 가질 수 있다.

도 8a 내지 8b에서 설명한 것과 같이, 제3 게인 증가 및 Expander(630)의 delta 값 증가를 통해 높은 볼륨 레벨에서 체감 음량 증대 효과 감소를 일정부분 개선할 수 있는 효과가 생긴다.

도 11a 내지 11b는 Peak-2-Peak 입력 신호 및 -24db LKFS 입력 신호 각각에 있어서, 도 8a 내지 8b에서 설명한 Overdriver(620)와 Expander(630)의 동작에 의해 높은 볼륨 레벨에서 체감 음량 증대 효과가 개선되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 11a를 참조하면, 종래 기술에 따른 음량 증대 방법에 의한 볼륨 테이블 특성이 도시되어 있다(12). 앞서 설명한 바와 같이, 입력되는 오디오 신호의 성분이 대부분 전자 장치의 제한 출력 세기에 해당하는 이른바 Peak-2-Peak 입력 신호에 있어서는, 높은 볼륨 레벨에서 DRC(321)에 의한 압축이 필요하기 때문에, 볼륨 증가에 따른 체감 음량 증대 효과가 감소하는 문제가 있음을 확인할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 Overdriver(620)와 Expander(630)의 동작에 의해 높은 볼륨 레벨에서 음압 증대 효과가 개선되어 볼륨 테이블 특성(13-1)이 전자 장치(100)의 목표 성능(11)에 근접할 수 있다.

그러나, 도 8a 내지 8b에서 예시한 것과 같이 -24db LKFS 입력 신호에 대해서는 볼륨 테이블 특성이 과도하게 보정되는 문제가 생길 수 있다.

도 11b를 참조하면, -24db LKFS 입력 신호에 대한 전자 장치(100)의 출력(14-1)이 목표 성능(11)을 넘어 지나치게 증가했음을 확인할 수 있다.

이는 -24db LKFS 입력 신호가 입력 신호의 세기 대비 출력 마진이 충분하기 때문에 DRC(321)가 입력 신호를 압축하지 않음에 따라 발생하는 현상으로서, 본 개시의 일 실시 예는 높은 볼륨 레벨에서 체감 음량 증대 효과가 필요 이상으로 왜곡되어 바람직하지 않은 실시예가 될 수 있다.

따라서, 본 개시의 일 실시 예에서 -24db LKFS 입력 신호에 대한 출력 특성이 왜곡되는 문제점을 개선하기 위해서는 Overdriver(620)와 Expander(630)의 특성을 적절히 조절할 필요가 있다.

도 12a는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 출력 볼륨 레벨에 대한 제3 게인의 변화를 도시한 그래프이다.

도 12b는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 출력 볼륨 레벨에 대한 Expander의 출력 특성에 관여하는 delta(β) 값이 변화를 도시한 그래프이다.

도 12a를 참조하면, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 제3 게인은 TMC(610)에 의해 입력 신호의 주파수 성분이 전체적으로 감소되기 시작하는 변곡점(볼륨: 50, 1210)에서 상승하며(1211), 이 점은 도 8a에서 설명한 것과의 공통점이다.

다만, 본 개시의 다른 실시 예에 따라 Overdriver(620) 후단의 Expander(630)가 동작하는 볼륨 레벨(75)부터는 제3 게인이 감소하는 특성을 가질 수 있다(1212).

도 12a에서는 Expander(630)가 동작하는 지점의 볼륨 레벨(75)에서 제3 게인이 최대 값인 1.5를 갖는 것으로 도시하였으나, 이는 일 예에 불과하며, 제3 게인의 최대값은 얼마든지 다른 값으로 설정될 수 있다.

도 12b를 참조하면, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 Expander(630)의 delta 값은 볼륨 레벨이 75인 지점(1220)을 기점으로 선형적으로 증가하는 양수 값을 가질 수 있다.

도 12b에서는 delta 값이 증가하는 지점(1220)의 볼륨 레벨을 75로 상정하였으나, 이는 일 예에 불과하며, 전자 장치(100)의 구현 방식에 따라 얼마든지 다른 값을 가질 수 있다.

도 13a를 참조하면, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 Peak-2-Peak 입력 신호에 대한 전자 장치(100)의 출력 특성(13-2)이 높은 볼륨 레벨에서 종래 기술(12)에 비해 개선된 것을 확인할 수 있다.

본 개시의 다른 실시 예에서는 앞서 설명한 바와 같이 -24db LKFS 입력 신호에 대해 볼륨 테이블 특성이 과도하게 보정되는 문제도 개선될 수 있다.

도 13b를 참조하면, 제3 게인 값이 Expander(630)가 동작을 시작하는 지점(1220)에서부터 감소하기 때문에, 높은 볼륨 레벨에서 출력 특성(14-2)이 과도하게 보정되지 않게 된다.

본 개시의 다른 실시 예에 대해서 설명한 것과 같이, 전자 장치(100)는 Overdriver(620)와 Expander(630)의 특성을 적절히 설정하여 Peak-2-Peak 및 -24db LKFS 입력 신호 모두에 대해 목표 성능(11)에 근접한 출력 특성을 가질 수 있다.

도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.

도 14를 참조하면, 전자 장치(100')는 오디오 출력부(110) 및 프로세서(120)외에 통신부(130), 방송 수신부(140), 메모리(150), 사용자 입력부(160) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

통신부(130)는 전자 장치(100')가 적어도 하나의 외부 장치와 통신을 수행하여 오디오 신호를 입력받기 위한 구성이다. 이를 위해 통신부(130) 회로를 포함할 수 있다.

통신부(130)는 무선 통신 모듈, 유선 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.

무선 통신 모듈은 외부 서버 또는 외부 장치로부터 컨텐츠를 수신하기 위하여 와이파이 (WIFI) 통신 모듈, 블루투스(bluetooth)모듈, 적외선 통신(IrDA, infrared data association)모듈, 3G(3세대) 이동통신 모듈, 4G(4세대) 이동통신 모듈, 4세대 LTE(Long Term Evolution) 통신 모듈, 5G(5세대) 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함을 포함할 수 있다.

유선 통신 모듈은 썬더볼트 포트, USB 포트 등의 유선 포트로 구현될 수 있다.

통신부(130)는 원격 제어 장치(도시되지 않음) 등으로부터 원격 제어 장치에 수신된 사용자 입력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이 경우, 프로세서(120)는 수신된 정보를 통해 출력 볼륨 레벨을 설정하거나 또는 전자 장치(100')의 모드를 설정할 수 있다. 이 경우, 통신부(130)는 블루투스 모듈 등을 통해 원격 제어 장치와 통신을 수행할 수 있다.

방송 수신부(140)는 방송 컨텐츠에 대한 신호를 수신할 수 있다. 방송 컨텐츠는 영상, 오디오 및 부가 데이터(예를 들어, EPG)를 포함할 수 있으며, 방송 수신부(140)는 지상파 방송, 케이블 방송, 위성 방송, 인터넷 방송 등과 같이 다양한 소스로부터 방송 컨텐츠 신호를 수신할 수 있다.

방송 수신부(140)는 방송국으로부터 전송되는 방송 컨텐츠를 수신하기 위해 튜너(미도시), 복조기(미도시), 등화기(미도시) 등과 같은 구성을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

프로세서(120)는 방송 수신부(140)를 통해 수신된 컨텐츠 중 오디오 신호에 대해 스케일링 및 증폭을 수행하고, 이를 오디오 출력부(110)를 통해 출력할 수 있다.

메모리(150)는 전자 장치(100')의 구성요소들의 전반적인 동작을 제어하기 위한 운영체제(OS: Operating System) 및 전자 장치(100')의 구성요소와 관련된 명령 또는 데이터를 저장하기 위한 구성이다.

이를 위해, 메모리(150)는 비휘발성 메모리(ex: 하드 디스크, SSD(Solid state drive), 플래시 메모리), 휘발성 메모리 등으로 구현될 수 있다.

메모리(150)에는 본 개시에 따라 상술한 다양한 모듈들이 소프트웨어 형태로 저장되어 있을 수 있다.

메모리(150)에는 Amplifier(320)의 동작을 위한 LUT(Look-up Table)이 저장되어 있을 수 있다.

사용자 입력부(160)는 전자 장치(100')가 사용자로부터 명령 또는 정보를 받을 수 있게 하는 구성이다.

사용자 입력부(160)는 사용자의 명령 또는 정보를 터치로 입력받기 위해, 디스플레이(도시되지 않음)와 함께 구현된 터치 패널(도시되지 않음) 또는 별도의 터치 패드(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 사용자 입력부(160)는 사용자의 명령 또는 정보를 음성으로 입력받기 위해 마이크(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다.

사용자 입력부(160)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위해 하나 이상의 버튼, 키보드, 마우스(이상 도시되지 않음) 등을 포함할 수도 있다.

프로세서(120)는 사용자 입력부(160)를 통해 수신된 사용자 입력에 따라 출력 볼륨 레벨을 설정하거나 또는 전자 장치(100')의 모드를 설정할 수 있다.

이하 도 15 및 도 16를 통해서는 본 개시에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명한다.

도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 15를 참조하면, 본 제어 방법은 오디오 신호가 입력되면, 사용자가 입력한 볼륨 레벨에 기초하여 오디오 신호를 스케일링할 수 있다(S1510).

그리고, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다(S1520).

이어서, 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정할 수 있다(S1530).

그리고, 재조정된 오디오 신호를 증폭시킬 수 있고(S1540), 이어서 증폭된 오디오 신호를 출력할 수 있다(S1550).

여기서, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이고 최대 볼륨 레벨 이하인 구간에서, 제1 게인이 적용된 오디오 신호의 세기는 3차 함수 형태로 조정될 수 있다.

여기서, 제1 게인을 적용하여 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계(S1520)는 상기와 같은 수학식 1에 기초하여 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

한편, 제1 게인은 스케일링된 오디오 신호 중 최대 세기를 가지는 오디오 신호의 세기가 조정 후에도 유지되도록 결정될 수 있다.

또한, 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이면, 스케일링된 오디오 신호에 제3 게인을 적용할 수 있다. 그리고, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 제3 게인이 적용된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다.

여기서, 제2 임계 레벨은 제1 임계 레벨 보다 낮을 수 있다.

한편, 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이고 제1 임계 레벨 미만인 구간에서, 제3 게인은 선형적으로 증가하는 함수 형태일 수 있다. 또한, 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이고 최대 레벨 이하인 구간에서, 제3 게인은 선형적으로 감소하는 함수 형태일 수 있다.

구체적으로, 제2 임계 레벨은 TMC(Tone Mapping Curve)의 특성에 의해 결정될 수 있다.

한편, 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계(S1530)는 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이하이면, 조정된 오디오 신호의 세기를 유지시키고 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정할 수 있다.

그리고, 임계 세기 이상에서 재조정 후 오디오 신호의 세기는 재조정 전 오디오 신호의 세기보다 감소될 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제어 방법은 스케일링된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 스케일링된 오디오 신호에 제4 게인을 적용하여 스케일링된 오디오 신호를 전처리하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

도 16은 본 개시의 일 실시 예에 따라 2회의 신호 압축 및 이퀄라이징을 수행하는 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 16을 참조하면, 본 제어 방법은 도 15의 S1510 ~ S1550과 마찬가지로 입력된 오디오 신호에 대해 스케일링 및 조정 및 재조정을 수행할 수 있다(S1610, S1640~S1650).

본 개시의 일 실시 예에 따른 제어 방법은 오디오 신호가 스케일링된(S1610) 이후 스케일링된 신호에 제4 게인을 적용하여 전처리하는 단계(S1620)를 포함할 수 있다.

이렇게 제4 게인을 적용해 전처리를 하는 것은, 조정된 오디오 신호를 재조정(S1650)에 앞서 입력 신호를 Softclipping 함으로써 출력 신호의 음질열화를 가급적 줄이기 위함이다.

그리고, 전처리된 오디오 신호에 대해 이퀄라이징을 수행할 수 있다(S1630).

구체적으로, 전처리된 오디오 신호를 복수의 주파수 대역으로 구분하고, 출력 볼륨 레벨에 기초하여 복수의 주파수 대역 각각의 오디오 신호의 신호 세기를 조정하여, 전처리된 오디오 신호를 이퀄라이징할 수 있다.

이어서, 이퀄라이징된 오디오 신호에 제1 게인을 적용해 신호 세기를 조정할 수 있다(S1640).

그리고, 본 제어 방법은 조정된 오디오 신호 중 신호 세기가 기설정된 임계 세기 이상인 오디오 신호의 신호 세기를 감소시켜, 조정된 오디오 신호를 재조정할 수 있다(S1650).

그리고, 최대 출력 세기를 넘지 않는 범위에서, 재조정된 오디오 신호 전체의 신호 세기를 증가시켜 재조정된 오디오 신호를 증폭시킬 수 있다(S1660).

그리고, 증폭된 오디오 신호를 출력할 수 있다(S1670).

한편, 도 15 및 도 16을 통해 도시 및 설명한 제어 방법은 도 2 및 도 14를 통해 도시 및 설명한 전자 장치(100)를 통해 구현될 수 있다.

또는, 도 15 및 도 16을 통해 도시 및 설명한 제어 방법은 전자 장치(100) 및 하나 이상의 외부 장치를 포함하는 시스템을 통해 구현될 수도 있다.

한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 본 개시에서 설명되는 실시 예들은 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(Programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processor), 제어기(controller), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessor), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛(unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서(120) 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상술한 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다.

한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치(100)에서의 처리동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 처리 동작을 상술한 특정 기기가 수행하도록 한다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

100: 전자 장치 110: 오디오 출력부
120: 프로세서 130: 통신부
140: 방송 수신부 150: 메모리
160: 사용자 입력부

Claims (19)

1. 오디오 출력부; 및
   오디오 신호가 입력되면 볼륨 레벨에 기초하여 상기 입력된 오디오 신호를 스케일링하고,
   상기 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하고,
   상기 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하고,
   상기 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하도록 상기 오디오 출력부를 제어하는 프로세서;를 포함하는 전자 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 볼륨 레벨 이하인 구간에서 상기 조정된 오디오 신호의 세기는 3차 함수 형태인, 전자 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 볼륨 레벨이 최대인 경우, 하기와 같은 수학식에 기초하여 상기 오디오 신호의 세기를 조정하는, 전자 장치;
   y = (1+β)*x - β*x^3
   여기서, x는 입력 오디오 신호의 세기, y는 출력 오디오 신호의 세기, β는 0.5 이하의 양수임.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 게인은,
   상기 스케일링된 오디오 신호 중 최대 세기를 가지는 오디오 신호의 세기가 상기 조정 후에도 유지되도록 결정된, 전자 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제3 게인을 적용하고,
   상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 제3 게인이 적용된 오디오 신호에 상기 제1 게인을 적용하여 상기 적용된 오디오 신호의 세기를 조정하며,
   상기 제2 임계 레벨은 상기 제1 임계 레벨보다 낮은, 전자 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 볼륨 레벨이 상기 제2 임계 레벨 이상이고 상기 제1 임계 레벨 미만인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 증가하는 함수 형태이고,
   상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 레벨 이하인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 감소하는 함수 형태인, 전자 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 임계 레벨은,
   TMC(Tone Mapping Curve)의 특성에 의해 결정되는, 전자 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이하이면, 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 유지시키고 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 상기 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하며,
   상기 임계 세기 이상에서 상기 재조정 후 오디오 신호의 세기는,
   상기 재조정 전 오디오 신호의 세기보다 감소된, 전자 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 스케일링된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 스케일링된 오디오 신호에 제4 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호를 전처리하고,
   상기 전처리된 오디오 신호에 상기 제1 게인을 적용하여 상기 전처리된 오디오 신호의 세기를 조정하는, 전자 장치.
10. 전자 장치의 제어 방법에 있어서,
    오디오 신호가 입력되면 사용자가 입력한 볼륨 레벨에 기초하여 상기 오디오 신호를 스케일링하는 단계;
    상기 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계;
    상기 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계; 및
    상기 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하는 단계;를 포함하는 제어 방법
11. 제10항에 있어서,
    상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 볼륨 레벨 이하인 구간에서 상기 조정된 오디오 신호의 세기는 3차 함수 형태인, 제어 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 게인을 적용하여 상기 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계는,
    상기 볼륨 레벨이 최대인 경우, 하기와 같은 수학식에 기초하여 상기 오디오 신호의 세기를 조정하는, 제어 방법;
    y = (1+β)*x - β*x^3
    여기서, x는 입력 오디오 신호의 세기, y는 출력 오디오 신호의 세기, β는 0.5 이하의 양수임.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 게인은,
    상기 스케일링된 오디오 신호 중 최대 세기를 가지는 오디오 신호의 세기가 상기 조정 후에도 유지되도록 결정된, 제어 방법.
14. 제10항에 있어서,
    상기 볼륨 레벨이 제2 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제3 게인을 적용하는 단계; 및
    상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 제3 게인이 적용된 오디오 신호에 상기 제1 게인을 적용하여 상기 적용된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제2 임계 레벨은 상기 제1 임계 레벨보다 낮은, 제어 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 볼륨 레벨이 상기 제2 임계 레벨 이상이고 상기 제1 임계 레벨 미만인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 증가하는 함수 형태이고,
    상기 볼륨 레벨이 상기 제1 임계 레벨 이상이고 최대 레벨 이하인 구간에서 상기 제3 게인은 선형적으로 감소하는 함수 형태인, 전자 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 임계 레벨은,
    TMC(Tone Mapping Curve)의 특성에 의해 결정되는, 제어 방법.
17. 제10항에 있어서,
    상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계는,
    상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이하이면, 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 유지시키고 상기 조정된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 상기 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하며,
    상기 임계 세기 이상에서 상기 재조정 후 오디오 신호의 세기는,
    상기 재조정 전 오디오 신호의 세기보다 감소된, 제어 방법.
18. 제10항에 있어서,
    상기 스케일링된 오디오 신호의 세기가 상기 임계 세기 이상이면 상기 스케일링된 오디오 신호에 제4 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호를 전처리하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 전처리된 오디오 신호는,
    상기 제1 게인을 적용하여 조정되는, 제어 방법.
19. 전자 장치의 프로세서에 의해 실행되는 경우 상기 전자 장치가 동작을 수행하도록 하는 컴퓨터 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 있어서, 상기 동작은,
    오디오 신호가 입력되면 볼륨 레벨에 기초하여 상기 오디오 신호를 스케일링하는 단계;
    상기 볼륨 레벨이 제1 임계 레벨 이상이면, 상기 스케일링된 오디오 신호에 제1 게인을 적용하여 상기 스케일링된 오디오 신호의 세기를 조정하는 단계;
    상기 조정된 오디오 신호의 세기가 임계 세기 이상이면 상기 조정된 오디오 신호에 제2 게인을 적용하여 상기 조정된 오디오 신호의 세기를 재조정하는 단계; 및
    상기 재조정된 오디오 신호를 증폭시켜 출력하는 단계;를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.

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