KR950000081B1 - 디지탈 신호 프로세서에 기초한 자동 이득 제어 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

디지탈 신호 프로세서에 기초한 자동 이득 제어

[도면의 간단한 설명]

제 1 도는 본 발명에 따른 디지탈 신호 프로세서에 기초한 AGC의 제 1 실시예를 보여주는 블록도.

제 2 도는 제 1 실시예에 대한 예시적인 데이타 흐름도.

제 3 도는 제 1 실시예에 대한 예시적인 데이타 흐름도.

[기술 분야]

본 발명은 일반적으로 자동 이득 제어(automatic gain controls)에 관한 것이며 특히 디지탈 신호 프로세서(digital signal processor)에 의해 실행될 수 있는 자동 이득 제어에 관한 것이다.

[발명의 배경]

어떤 시스템에의 입력은 시간, 입력 장치 및 다른 요인에 따라 변한다. 예를들어, 음성 신호를 처리하는 시스템은 여러 화자(human speaker), 오디오 마이크로폰으로부터의 거리, 전송 설비에서의 과도한 변동등을 포함한 여러 이유로 인하여 변하는 신호에 대처하여야만 한다. 입력을 효과적으로 처리하기 위해서, 신호 처리 시스템은 가변 입력 레벨을 보상하는 자동 이득 제어(AGC)에 의해 구동되는 가변이득단(variable gain stage)을 갖추는 것으로 공지되어 있다.

종전의 AGC는 다음과 유사한 문제점을 겪었다.

어떤 AGC는 신호가 존재하지 않을 때 이득을 증가시켜, 입력 노이즈가 존재하면 출력 신호의 품질을 떨어뜨린다.

어떤 AGC는 불량한 어택(attack) 및 감쇄(decay) 시간을 가지며, 이로써 증가하는 또는 감소하는 신호에 응답하는데 너무 긴 시간이 소요된다.

신속한 어택 시간을 갖는 어떤 AGC는 메시지 동안에 이득을 변화시켜 사용자에게 가청 레벨 차이(audible level difference)를 나타낸다.

어떤 AGC는 시간, 온도, 및 부품 변질에 따라 성능을 변화시키는 개별 부품을 사용하여, 성능을 감소시킨다.

최근까지, 회로 설계자들은 아마도 초기 DSP 유니트의 상당한 유니트당 단가로 인하여, 상기 및 다른 AGC 문제를 해결하는데 디지탈 신호 프로세서(DSP)기술을 거의 이용하지 않았다. 그러나, DSP 유니트가 더 널리 쓰이게 되면서, 단가는 계속 떨어지고, 궁극적으로, DSP는 더 많은 AGC 응용에 사용될 것이다. 그결과, DSP에 의한 구현에 적당한 개선된 AGC가 필요하게 된다.

[발명의 요점]

개선된 AGC를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이런 개선된 AGC는 DSP에 의한 구현에 특히 적합한 것이 발명의 또 하나의 목적이다. 따라서, 디지탈 신호 프로세서에 기초한 AGC가 개시된다. 본 발명에 따르면, 입력 신호가 제공되고 최소한 한 값이 신호의 에너지에 기초하여 결정된다. 그후에, 원하는 신호 이득은 에너지 값(들)에 응답하여 계산된다. 이 AGC의 한 장점은 DSP에 의해 디지탈 형식(digital format)으로 용이하게 실행될 수 있다는 것이다.

[발명의 상세한 설명]

제 1 도는 본 발명에 따른 디지탈 신호 프로세서에 기초한 AGC의 제 1 실시예를 보여주는 블록도이다. 이제 제 1 도를 참고하면, 입력 신호(1)는 원하는 신호 이득(5)이 계산되는 동안 신호를 지연시키는 버퍼(3)에 제공된다. 지연된 신호(7)는 신호를 신호 이득(5)만큼 증폭하는(또는 곱하는)조정 가능한 이득 장치(9)에 주어지고, 이로써 출력 신호(11)을 제공한다. 입력 신호(1)는 또한 입력 신호(1)의 에너지에 기초하여 최소한 어느 한 값(15)을 결정하는(또는 계산하는) 에너지 결정 장치(13)에 제공된다. 에너지 결정 장치(13)는 그 다음에 에너지 정보(15)를 이득 결정 장치(17)에 제공한다. 이득 결정 장치(17)는 에너지 정보(15)에 기초하여 신호 이득(5)을 결정한다(또는 계산한다). 이득 결정 장치(17)는 그 다음에 신호 이득(5)을 조정 가능한 이득 장치(9)에 제공한다.

제 2 도는 제 1 실시예에 대한 예시적인 데이타 흐름도이다. 도시한 것처럼, 오디오 입력 버퍼(3), 단시간 평균 에너지 계산(21), 장시간 평균 에너지 계산(23), 이득 계산(25), 메시지 상태 결정(27)을 포함하는 여러 가지 프로세스(process)가 있다.

이제 제 2 도를 참고하면, 오디오 입력 버퍼(3)는 고정 길이 및 고정 지연을 갖는 순환 버퍼(circular buffer)를 사용한다. 새로운 샘플이 부가될 때, 가장 오래된 샘플은 추가 처리를 위해 제거된다. 새로운 메시지가 언제 시작되었는지를 결정하는데 유한 시간을 요하기 때문에, 버퍼는 버퍼내에 있는 오디오에 대한 정보를 그 처리되고 있는 오디오 샘플의 이득을 결정하는데 사용될 수 있도록 한다. 그 결과, 새로운 메시지에 대한 어택 시간은 극히 빠르다.

평균 에너지를 계산하는데 관련된 프로세스는 두가지가 있는데, 즉, 단시간 평균 에너지 계산(21)과 장시간 평균 에너지 계산(23)이다. 단시간 평균 에너지 계산(21)은 어떤 정해진 짧은 시간 간격에서 입력 오디오(1)의 평균 에너지 레벨을 결정한다. 이것은, 10ms와 같이 어떤 정해진 짧은 시간 간격에서 입력 오디오(1)의 크기의 평균을 내는 것과 같이, 편리한 방법으로 이루어질 수 있다.

장시간 평균 에너지 계산(23)은 단시간 평균 에너지 계산(21)에 의해 계산된 단시간 평균(29)을 사용하여 장시간 평균(31)을 계산한다. 장시간 평균(31)은 메시지의 시작후 현재 시간까지 여러 단시간 평균(29)의 합을 취하여 그 시간내에 계산된 단시간 평균의 갯수로 나눔으로써 계산된다.

메시지 상태 결정(27)은 단시간 평균(33)에 기초하여 오디오 입력(1)의 상태를 검출하기 때문에, 유효신호가 존재하지 않으면 오디오 입력(1)의 상태를 결정한다. 그 상태는 다음의 것중 어느 하나일 수 있다. 즉, 메시지의 시작, 메시지의 진행중(또는 정상 상태), 메시지의 종료 및 현재 신호 없음(또는 노이즈).

메시지 상태 결정(27)이 단시간 평균(33)이 소정의 노이즈 임계값(noise threshold)을 초과하는 것을 검출할 때 또는 평균 에너지 레벨이 상당한 변화가 있었을 때 메시지의 시작은 나타내어진다. 이 두 상태에서, 메시지 상태 결정(27)은 메시지 상태(35)를 메시지의 시작에 설정하고 이득이 다시 계산되어야 함을 나타낸다. 일단 장시간 평균(31)이 안정되면, 메시지 상태 결정(27)은 메시지 상태(35)를 메시지 진행중으로 설정한다.

평균 입력 레벨에서 실질적인 변화를 검출하기 위해서는, 소정의 시간 간격내에서 현재의 장시간 평균(31)과 뚜렷하게 다른 다수의 단시간 평균(33)이 있어야만 한다. 그 결과, 노이즈의 발생과 말(word) 사이의 일시 정지(pause)는 이득 재계산을 그릇되게 개시하지 않는다.

일단 장시간 평균(31)이 확립되어 있으면, 메시지 상태 결정(27)은 현재의 단시간 평균(33)을 장시간(31)에 비교한다. 다수의 단시간 평균이 장시간 평균 주변에 정해진 창(window)내에 있지 않으면("창"은 소정의 고 임계값, 소정의 저 임계값, 장시간 평균(31)에 의해 정의된다), 메시지 상태 결정(27)은 장시간 평균 재설정(37)을 활성으로 하고 메시지 상태(35)를 메시지의 시작에 설정하고, 이리하여 새로운 메시지의 시작을 나타낸다. 프로세서 제어기(39)는 장시간 평균 재설정(37)이 활성인 것을 검출하고 장시간 평균 계산(23)을 재설정한다.

메시지 상태 결정(27)은 단시간 평균(33)을 소정의 임계값과 비교함으로써 메시지의 종료를 검출한다. M(이를테면, 50)개중 N(이를테면, 30)개의 단시간 평균이 임계값보다 작으면, 메시지 상태 결정(27)은 무활동(activity mute)(41)을 활성으로 하고 메시지 상태(35)를 메시지의 종료에 설정한다. 프로세스 제어기(39)는 무활동(41)이 활성임을 검출하고, 따라서, 장시간 평균 계산(23)을 재설정한다.

메시지 상태 결정(27)은 오디오 출력(11)을 죽일 수(mute) 있으며, 이로써, 입력(1)은 유효 신호가 존재하지 않으면 증폭되지 않게 된다.

이득 계산(25)은 현재의 메시지 상태(35) 및 평균 에너지에 기초하여 새로운 신호 이득(5)을 결정한다. 메시지 상태(35)가 메시지의 종료를 나타내면, 유효 신호는 존재하지 않고(또는 노이즈가 존재), 이득(5)은 영으로 설정된다. 메시지 상태(35)가 메시지의 종료가 아니라면, 이득 계산(25)은 소정의 출력 레벨을 평균 에너지로 나눈 몫에 기초하여 이득(5)을 계산한다. 이 평균 에너지는 다음과 같이 결정된다. 즉, 메시지 상태(35)가 메시지의 시작을 나타낼 때, 그 단시간 평균(45)이 평균 에너지가 된다. 또, 메시지 상태(35)가 메시지 진행중(또는 정상 상태)일 때, 그 장시간 평균(47)이 평균 에너지가 된다.

이제 제 3 도를 참고하여, 제 1 실시예에 대한 예시적인 흐름도를 도시한다.

제 3 도를 참고하면, 프로세스는 단계(101)에 시작하고 그 다음엔 입력 오디오 샘플("X")을 획득하기 위해 단계(103)으로 진행한다.

프로세스는 다음에 단계(105)로 진행하는데, 여기에서 단시간 평균치("S")를 계산한다. 상기 계산은 예를 들어 10ms와 같은 소정의 시간 간격에서 X의 절대값을 평균하는 것과 같은 편리한 방법으로 수행될 수 있다.

프로세스는 이제 단계(107)로 진행되는데, 여기에서 장시간 평균치("L")를 계산한다. 상기 계산은 예를들어 L을 재설정하는 사건(이하를 참조한다)과 같은 소정의 사건 이후 지나간 시간과 10ms를 더한 소정의 긴시간 간격에 걸쳐 X의 절대값을 평균하는 것과 같은 편리한 방법으로 수행될 수 있다.

프로세스는 이제 단계(109)로 진행하는데, 여기에서 소정의 노이즈 임계값이 S를 초과하는지 결정한다. S를 초과한다면, 유효 메시지가 존재하지 않는 것이고(또는 노이즈가 존재한다), 프로세스는 단계(111)로 진행하는데 여기에서 이득은 영에 설정된다. 프로세스는 다음 단계(101)로 되돌아간다(단계 131).

그러나, 결정 단계(109)에서 노이즈 임계값이 S를 초과하지 않는다면, 프로세스는 다음 단계(115)에서 S가 L보다 실질적으로 훨씬 큰지를 결정한다. 여기에서 S가 L보다 훨씬 크다면, 메시지가 극적으로 증가하고 있거나 또는 메시지의 시작이 있는 것이고, 프로세스는 단계(117)로 진행한다. 여기에서 L의 현재값은 S의 현재값과 같게 설정된다. 이것은 "L 재설정"으로 규정된다. 프로세스는 다음 단계(119)로 진행하는데, 여기에서 이득은 소정의 출력 레벨을 S로 나눈 몫이 된다. 프로세스는 그 다음 단계(101)로 되돌아간다(단계 131).

그러나, 결정 단계(115)에 대한 S가 L보다 훨씬 크지 않다면, 프로세스는 다음 단계(123)에서 S가 L보다 훨씬 작은지를 결정한다. 여기에서 S가 L보다 훨씬 작으면, 메시지가 극적으로 감소하고 있거나 또는 메시지의 종료가 되는 것이고, 프로세스는 단계(117)(위에서 설명함)로 진행하는데, 여기에서 L은 S와 같도록 재설정된다. 다음에 이득은 단계(119)에서 소정의 출력 레벨을 S로 나눈 몫이 된다. 프로세스는 그 다음 단계(101)로 되돌아간다(단계 131).

그러나 결정 단계(123)에서 S가 L보다 훨씬 작지 않으면, 메시지가 진행중인 것이고(또는 메시지는 정상 상태이다). 프로세스는 단계(125)로 진행한다. 여기에서 이득은 소정의 출력 레벨을 L로 나눈 몫이 된다. 그 다음 프로세스는 단계(101)로 되돌아간다(단계 131).

상기 검토한대로, 상기 AGC의 장점은 AGC가 DSP에 의해 디지탈 형식으로 용이하게 실행될 수 있다는 것이다. 이 목적에 적합한 한 DSP로는 모토로라 56000 DSP 유니트이 있으며, 관련된 사용자 메뉴얼 08/24/94SP 56000 UM/AD에 따라서 알맞게 프로그램될 수 있다. 상기 두 품목은 일리노이 60196, 샤움버그, 이스트 앨공킨 로드 1301에 주소를 둔 모토로라 인코포레이티드사로부터 입수할 수 있다.

본 발명에 따른, 디지탈 신호 프로세서 기초한 AGC의 여러 가지 실시예는 위에서 설명되었지만, 발명의 범위는 특허청구 범위에 의해 정해진다.

Claims (10)

1. 소정의 출력 신호 레벨, 버퍼, 입력 신호, 조정될 수도 있는 신호 이득, 및 출력 신호를 갖는 신호 프로세서에서, 상기 입력 신호에 근거한 상기 신호 이득을 조정하는 방법에 있어서,(a) 상기 입력 신호를 제공하는 단계와,(b) 상기 입력 신호를 상기 버퍼에서 소정 시간 간격만큼 지연시키는 단계와, (c) 상기 입력 신호에 응답하여 소정의 신호 이득 값을 결정하는 단계와, (d) 상기 소정의 신호 이득 값에 응답하여 상기 신호 이득을 조정하는 단계 및, (e) 상기 입력 신호와 상기 신호 이득의 곱에 응답하여 상기 출력 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 결정 단계(c)는 소정의 단시간 시간 간격에 걸쳐 상기 입력 신호의 평균 크기에 응답하여 단시간 에너지 값("S")을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 결정 단계(c)는 소정의 장시간 시간 간격에 걸쳐 상기 입력 신호의 평균 크기에 응답하여 장시간 에너지 값("L")을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 조정 단계(d)는 S가 소정의 노이즈 임계값보다 작을 때 상기 신호 이득이 실질적으로 영이 되도록 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 조정 단계(d)는 S가 실질적으로 L보다 훨씬 클때, 상기 소정의 출력 신호 레벨과 S의 비에 응답하여 상기 신호 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 조정 단계(d)는 S가 실질적으로 L보다 훨씬 작을때, 상기 소정의 출력 신호 레벨과 S의 비에 응답하여 상기 신호 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 조정 단계(d)는 S가 상기 소정의 노이즈 임계값을 초과하며 실질적으로 정상상태일 때, 상기 소정의 출력 신호 레벨과 L의 비에 응답하여 상기 신호 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 조정 단계(d)는 S가 실질적으로 L보다 훨씬 크거나 S가 실질적으로 L보다 훨씬 작을 때, 현재의 S 값과 동일하도록 현재의 L값을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 소정의 장시간 시간 간격은 상기 소정의 단시간 시간 간격과 L을 재설정한 이후 지나간 시간의 합에 응답하는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 (a) 내지 (e)단계는 디지탈 신호 프로세서 (DSP )에 의해 실질적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 신호 이득 조정 방법.