WO2019098779A1 - 오디오 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

오디오 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2019098779A1
WO2019098779A1 PCT/KR2018/014149 KR2018014149W WO2019098779A1 WO 2019098779 A1 WO2019098779 A1 WO 2019098779A1 KR 2018014149 W KR2018014149 W KR 2018014149W WO 2019098779 A1 WO2019098779 A1 WO 2019098779A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
volume
signal processing
signal
audio signal
input audio
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/014149
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정현식
고병섭
손상모
바이잘아난트
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US16/765,037 priority Critical patent/US11190875B2/en
Priority to CN201880074410.7A priority patent/CN111357197B/zh
Priority to EP18879218.8A priority patent/EP3691124B1/en
Publication of WO2019098779A1 publication Critical patent/WO2019098779A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
    • H03G9/02—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers
    • H03G9/12—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers having semiconductor devices
    • H03G9/14—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers having semiconductor devices for gain control and tone control
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/002—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/007—Volume compression or expansion in amplifiers of digital or coded signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
    • H03G9/005—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control of digital or coded signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
    • H03G9/02—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers
    • H03G9/12—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers having semiconductor devices
    • H03G9/18—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers having semiconductor devices for tone control and volume expansion or compression
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/04—Circuit arrangements, e.g. for selective connection of amplifier inputs/outputs to loudspeakers, for loudspeaker detection, or for adaptation of settings to personal preferences or hearing impairments
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/01—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in sound systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2400/00—Details of stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2400/13—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in stereophonic sound systems

Definitions

  • the present invention relates to an audio system.
  • a headroom is applied to an input digital audio signal in consideration of scaling or gain applied to signal processing before digital audio signal processing is performed.
  • the digital audio signal with the head room is processed after a series of signal processing and then attenuated according to the user set volume and outputted to the amplifier and speaker.
  • the audio system is limited in output dynamic range by the hardware-level limitations of the audio system, such as the user-set volume and the physical characteristics of the speakers.
  • a user-set volume can reduce the overall volume. This output dynamic range limitation or volume reduction makes it difficult for the user (listener) to appreciate the inherent rich bass, clear voice, and fine sound of the audio signal. Even if the user setting volume is high, the audio signal may be distorted due to the physical characteristics of the speaker.
  • an object of the present invention is to provide an optimal listening state according to a user-set volume and hardware characteristics of an audio system.
  • an audio system including: a signal input unit for receiving an input audio signal; Applying a scaling corresponding to an inverse number of a boosting gain determined by a user-set volume to the input audio signal, and applying a boosting gain to the input audio signal to apply the boosting gain to the input audio signal, A signal processor for performing tone mapping of a signal, performing signal compensation on the input audio signal by an inverse number of the scaling, and applying a master volume according to the user-set volume; A storage unit for storing parameters used in signal processing of the signal processing unit; And a signal output unit for outputting the audio signal processed by the signal processing unit.
  • the signal processing unit may include: a pre-signal processing unit for variably applying a dynamic range to an area of an input audio signal; A pre-scale processor for applying scaling of a size corresponding to an inverse number of a boosting gain determined by a user-set volume to the input audio signal; A main-signal processing unit for performing tone mapping of the input audio signal by applying the boosting gain; And a post-signal processor for performing signal compensation on the input audio signal by an inverse number of the scaling.
  • the main-signal processing unit reflects the human auditory characteristics according to the user-set volume and the output characteristics of the audio system to perform the tone mapping.
  • tone mapping of different curves is applied for each volume step of the entire volume section.
  • the entire volume section is divided into a plurality of unit volume sections, and tone mapping of different curves is applied to each of the plurality of unit sections.
  • the entire volume interval is divided into a low volume interval and a high volume interval, and tone mapping of different curves is applied to the low volume interval and the high volume interval, respectively.
  • the above-described audio system further includes a master volume control unit for applying a master volume according to the user-set volume.
  • headroom is applied to the input audio signal prior to signal processing of the pre-signal processing unit.
  • headroom is applied to the input audio signal after signal processing of the pre-signal processing section.
  • a method of controlling an audio system comprising: a pre-signal processing step of variably applying a dynamic range to an area of an input audio signal; A pre-scale processing step of applying a scaling of a size corresponding to an inverse number of a boosting gain determined by a user-set volume to the input audio signal; A main-signal processing step of performing tone mapping of the input audio signal by applying the boosting gain; And a post-signal processing step of performing signal compensation on the input audio signal by an inverse number of the scaling.
  • the control method of the audio system performs the tone mapping by reflecting the human auditory characteristics according to the user-set volume and the output characteristics of the audio system in the main-signal processing step.
  • tone mapping of different curves is applied to each volume step of the entire volume section.
  • the entire volume section is divided into a plurality of unit volume sections, and tone mapping of different curves is applied to each of the plurality of unit sections.
  • the entire volume section is divided into a low volume section and a high volume section, and tone mapping of different curves is performed in each of the low volume section and the high volume section To be applied.
  • the control method of the audio system further includes a master volume control step of applying a master volume according to the user set volume.
  • control method of the audio system applies headroom to the input audio signal prior to the signal processing of the pre-signal processing step.
  • the control method of the audio system described above is such that headroom is applied to the input audio signal after signal processing of the pre-signal processing step.
  • a method of controlling an audio system comprising: a pre-signal processing step of variably applying a dynamic range to an area of an input audio signal; A pre-scale processing step of applying a scaling of a size corresponding to an inverse number of a boosting gain determined by a user-set volume to the input audio signal; A main-signal processing step of performing tone mapping of the input audio signal by applying the boosting gain; A master volume control step of applying a master volume according to the user set volume; And a post-signal processing step of performing signal compensation on the input audio signal by an inverse number of the scaling.
  • the control method of the audio system may further include dividing the entire volume interval into a low volume interval, a high volume interval, and an intermediate volume interval, and when the user set volume belongs to the low volume interval, Performing a scale processing step, the main-signal processing step, the master volume control step, and the post-signal processing step; Performing only the main-signal processing step, the master volume control step, and the post-signal processing step when the user-set volume belongs to the high volume section; And performs only the master volume control step and the post-signal processing step when the user-set volume belongs to the intermediate volume section.
  • an audio system comprising: a pre-signal processor for varying the volume of each of the areas by applying a dynamic range to the areas separated by the level of the input audio signal; A pre-scale processor for calculating a boosting gain determined by a user-set volume and applying a scaling corresponding to an inverse number of the boosting gain to the input audio signal; A main-signal processing unit for performing tone mapping of the input audio signal by applying the boosting gain determined by the user-set volume; And a post-signal processor for performing signal compensation on the input audio signal by an inverse number of the scaling applied in the pre-scale processor.
  • an optimal listening state can be provided according to a user-set volume and hardware characteristics of an audio system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration for signal processing of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining a headroom and a dynamic range.
  • FIG. 4 is a detailed view showing the configuration of a signal processing unit of the audio system shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control method of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a change in an input audio signal due to dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating parameter settings for dynamic range relocation of the pre-signal processor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a dynamic range compression curve for dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a concept of dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a change in dynamic range of an input audio signal according to a pre-scale application of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a diagram illustrating output characteristics of a speaker according to a user-set volume.
  • FIG. 13 is a view showing an example of a tone mapping curve generated by the main-signal processing unit 456 of the audio system 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing signals subjected to dynamic range relocation and tone mapping in an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 15 is a characteristic graph of frequencies (I) and (III) in Fig. 14.
  • FIG. 16 is a diagram comparing a change in dynamic range of an audio system according to an embodiment of the present invention with a conventional case.
  • FIG. 17 is a diagram showing a section of a volume section for differentiated signal processing according to volume intervals of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a signal processing method differentiated according to volume intervals of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a view showing a modified embodiment of the position where dynamic range relocation is performed in the signal processing of the audio system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • An example of the audio system 100 shown in FIG. 1 is a television 104.
  • the television 104 is basically a video device, but when viewing video content through the television 104, the quality of the video as well as the quality of the video may be an important point of appreciation. Therefore, audio signal processing for outputting high-quality audio in the television 104 is as important as video signal processing.
  • the television 104 may be provided with a speaker 492.
  • the audio system according to the embodiment of the present invention is not limited to the television 104 and may include various audio-visual equipment such as PC-FI using a professional audio device for listening to music or a notebook / desktop.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration for signal processing of an audio system according to an embodiment of the present invention. 2 is a diagram showing a configuration of an apparatus for audio signal processing.
  • the input audio signal is finally output through the signal input unit 210, the signal processing unit 250, and the signal output unit 290.
  • the signal processing unit 270 is connected to a storage unit 270.
  • the control unit 200 is provided to participate in overall control of the audio system. The control unit 200 controls the entire signal processing process until the input audio signal is finally output.
  • a user input unit 230 is connected to the control unit 200.
  • the user input unit 230 may be a user interface provided in the audio system.
  • the user input unit 230 may include a volume control for setting a volume by the user. The user set volume set by the user through the user input unit 230 is transmitted to the signal processing unit 250 and the storage unit 270 through the control unit 200.
  • the signal input unit 210 may include a headroom (see 412 in FIG. 4).
  • the headroom 412 refers to an apparatus for applying headroom, but may also mean headroom itself applied to an audio signal.
  • the headroom 412 is applied to the input audio signal in consideration of the scaling or gain used for signal processing of the input audio signal.
  • the audio signal to which the headroom 412 is applied is output through a speaker 492 after a series of signal processing processes.
  • the headroom 412 may be provided at the front end of the audio signal processing to prevent problems such as overflow or clipping that may occur in audio signal processing.
  • the signal output unit 290 may include a speaker (see 492 in FIG. 4).
  • the signal output unit 290 may further include an amplifier (not shown).
  • 3 is a view for explaining a headroom and a dynamic range.
  • the dynamic range is a ratio of the peak level (maximum signal level) of the audio system to the noise level in decibels (dB).
  • the dynamic range represents the range that the audio system can handle without distortion and noise. Audio signals below the noise level are considered noise. An audio signal exceeding the peak level is distorted by a change in input and output.
  • the dynamic range is the magnitude of the signal level that can be handled without distortion and noise in the audio system. Therefore, as the dynamic range of the audio system becomes wider, an audio signal of a larger volume can be output.
  • the signal to noise ratio refers to the range from the noise level to the upper limit of the Root Mean Square (RMS).
  • Headroom refers to the area up to the RMS upper limit and the peak level. That is, the headroom is an area for preventing the distortion of the audio signal, which occurs when the input audio signal exceeds the peak level by the signal processing.
  • FIG. 4 is a detailed view showing the configuration of the audio system shown in FIG.
  • the signal input unit 210 includes the headroom 412 and the signal output unit 290 includes the speaker 492, as described in the description of FIG.
  • the signal processing unit 250 of the audio system 100 includes a pre-signal processing unit 452, a pre-scale processing unit 454, a main-signal processing unit 456, A master volume control unit 458, and a post-signal processing unit 460.
  • the post-signal processing unit 452 includes a pre-signal processing unit 452, a pre-scale processing unit 454, a main-signal processing unit 456, A master volume control unit 458, and a post-signal processing unit 460.
  • the storage unit 270 is provided with a plurality of lookup tables 472, 474, and 476.
  • Each of the lookup tables 472, 474 and 476 corresponds to the pre-signal processor 452, the pre-scaling processor 454, and the main-signal processor 456, respectively.
  • the value of the lookup table 474 corresponding to the pre-scale processing unit 454 is also provided to the post-signal processing unit 460.
  • the user set volume is input to the three lookup tables 474, 474, 476 and the master volume control 458.
  • Each of the lookup tables 474, 474 and 476 stores various parameters used in the signal processing of the pre-signal processing unit 452, the pre-scaling processing unit 454, and the main-signal processing unit 456.
  • the parameters stored in the lookup tables 472, 474 and 476 have values based on the user volume setting and the hardware characteristics of the audio system 100.
  • Each of the pre-signal processing unit 452, the pre-scaling processing unit 454 and the main-signal processing unit 456 in the audio signal processing processes the lookup table 472 based on the user volume setting and the hardware characteristics of the audio system 100, (474) and (476).
  • the pre-signal processing unit 452 variably applies a dynamic range to each region divided on the basis of the level of the input audio signal through dynamic range rearrangement (Remapping) . That is, the pre-signal processing unit 452 analyzes the dynamic range of the input audio signal in consideration of the output dynamic range condition that varies due to the restriction conditions caused by the hardware characteristics of the audio system 100, Generates an optimal dynamic range rearrangement curve corresponding to the volume level, and relocates the dynamic range of the input audio signal by applying the generated curve.
  • the pre-scale processor 454 calculates the boosting gain determined by the user-set volume, and applies a scaling corresponding to the reciprocal of the boosting gain to the input audio signal. That is, the pre-scale processing unit 454 applies optimal scaling that varies depending on the user-set volume.
  • the scaling application of the pre-scale processing unit 454 is for preventing an overflow or clipping problem even if the audio signal is boosted in the main-signal processing unit 456 located at the next stage of the pre-scale processing unit 454 .
  • the resolution of the input audio signal can be kept as close as possible to the original sound before the signal processing in the main-signal processing unit 456.
  • the main-signal processing unit 456 performs tone mapping of the input audio signal by applying the boosting gain determined by the user-set volume. That is, the main-signal processing unit 456 performs tone mapping according to the steps of the user setting volume, reflecting the human auditory characteristics according to the user-set volume and the hardware characteristics of the audio system. In other words, the main-signal processing unit 456 receives the audio signal through the dynamic range rearrangement and pre-scaling in the previous step and outputs the audio signal according to the human auditory characteristic according to the user-set volume and the hardware characteristics of the audio system 100 Physical characteristics) and performs the tone mapping according to the steps of the user setting volume.
  • the tone mapping can apply tone mapping of different curves to each volume step for the entire volume interval.
  • the entire volume interval may be divided into a plurality of unit volume intervals, and tone mapping of different curves may be applied to each unit interval. Also, a tone mapping of a single curve may be applied over the entire volume interval. Also, the entire volume interval may be divided into a low volume interval and a high volume interval, and tone mapping of different curves may be applied to each volume interval.
  • the master volume control unit 458 applies the master volume according to the user-set volume to the audio signal that has been processed until tone mapping.
  • the entire volume, such as the volume and balance, set for each channel or each amplification stage is aggregated from the master volume to adjust the volume.
  • the post-signal processing unit 460 performs signal compensation on the input audio signal by the reciprocal of the scaling value applied in the pre-scale processing unit 454.
  • the post-signal processing unit 460 performs a user setting operation in consideration of the degree of attenuation generated in the signal processing of the pre-scale processing unit 454, the output condition of the audio system 100
  • the volume compensates for the applied signal.
  • the signal compensation by the post-signal processor 460 may be to compensate for the inverse of the pre-scaling value applied in the pre-scale processor 454. For example, if scaling by -3dB is applied in pre-scaling, the post-signal processing unit 460 compensates for -3dB. This compensation method is advantageous in that the linearity of the volume can be maintained because it is compensated by applying a gain value corresponding to the pre-scaling value.
  • the audio signal output from the post-signal processing unit 460 is transmitted to the speaker 492.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control method of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • headroom is applied to the input audio signal in consideration of scaling or gain applied to the signal processing before performing the pre-processing (512).
  • the pre-signal processor 452 analyzes the dynamic range of the input audio signal in consideration of the output dynamic range condition that varies due to the constraints due to the hardware characteristics of the audio system 100 (514).
  • an optimal dynamic range relocation curve corresponding to each volume level of the user setting volume is generated (516).
  • the dynamic range rearrangement curve is applied to remap the dynamic range of the input audio signal (518).
  • the relocation of the dynamic range of the audio system 100 according to the embodiment of the present invention means that the dynamic range is variably applied according to the change of the level of the input audio signal.
  • FIG. 6 Such relocation of the dynamic range will be described in more detail with reference to FIGS. 6 to 9.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a change in an input audio signal due to dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention.
  • (I) is the input audio signal before rearranging the dynamic range
  • (II) is the input audio signal after rearranging the dynamic range.
  • the input audio signal shown in (I) of Fig. 6 can be divided into A region, B region, and C region.
  • the audio signal in the A area has a sufficiently high input level so that even if the user-set volume is low, the sound can be easily transmitted to the user (listener).
  • the audio signal in region B is too low to be delivered to the user effectively unless the user-set volume is raised too high.
  • the audio signal of the C region has an input level that can not be heard by the user at a relatively low user setting volume but can be relatively easily transmitted to the user when the user setting volume is appropriately raised.
  • the dynamic range relocation if a relatively low user setting volume can not be heard by the user, but the user setting volume is appropriately increased, the user setting volume can be increased ,
  • the dynamic range is relocated to increase the gain so that the input level of the corresponding region (region C) increases.
  • This dynamic range relocation it is possible to maintain the user's setting volume at the current setting value (that is, without additional operation of the user setting volume by the user) By improving the sound power of the region, the sound of both region A and region C is audible.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating parameter settings for dynamic range relocation of the pre-signal processor according to an embodiment of the present invention.
  • reference numeral 702 indicates 'Attack Time' and 'Release Time', which are one of the parameter groups set in the pre-signal processing unit 452.
  • the dynamic range relocation is based on Dynamic Range Compression.
  • 'Attack Time' means a time required for an audio signal exceeding a threshold value to be compressed to a preset level.
  • 'Release Time' means the time required to restore the compressed audio signal to its original size below the threshold.
  • 'Attack Time' and 'Release Time' are set, a signal of a predetermined size is compressed and restored for a set time. For example, if 'Attack Time' is set to 1ms, the size of the signal can be reduced (compressed) by 10dB for 1ms.
  • reference numeral 704 indicates another parameter group 'Alpha', 'TH1', and 'TH2' set in the pre-signal processing unit 452.
  • the parameters 'Alpha', 'TH1' and 'TH2' are used to specify a specific interval in the Dynamic Range Compression Curve and to set the gain of the specified interval. The meaning of such parameters 'Alpha', 'TH1', and 'TH2' will be described in detail with reference to FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a dynamic range compression curve for dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention.
  • a curve indicated by a dotted line indicates a case where the gains of the input audio signal and the output audio signal are the same. If it is desired to change the gain in a specific section, a desired gain change section is set through the parameters 'TH1' and 'TH2', and gain is changed from 'TH1' to 'Alpha' Can be changed. In the case of FIG. 8, the gain increases from '-100 dB' to 'TH1' by 'Alpha', and returns to the original gain from the point TH1 to TH2.
  • Such a dynamic range compression curve design can be variously adjusted and designed through the setting of the parameter groups 702 and 704 shown in FIG. 7 in consideration of the user setting volume and the hardware characteristics. That is, it is possible to set the parameter 'Alpha', 'TH1' and 'TH2' for the dynamic range relocation according to the embodiment of the present invention to increase the gain in a specific section of the input audio signal to a desired size. By such dynamic range relocation, the gain (level) of the C region shown in Fig. 6 can be selectively increased.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a concept of dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention.
  • reference numeral 902 denotes an audio signal to which an input dynamic range is applied.
  • the input dynamic range is wide enough to be able to express not only the loud sound of the aircraft engine but also a small sound such as a normal sound, a bird sound, and a refrigerator noise that a person can talk to.
  • the gain of the output audio signal is increased through dynamic range relocation according to the embodiment of the present invention so that a clearer and louder sound can be output.
  • dynamic range relocation according to an embodiment of the present invention can be utilized.
  • the pre-scale processing unit 454 applies an optimum pre-scale reflecting the user set volume and hardware characteristics to the audio signal (520 ).
  • the audio signal may be boosted (boosted) when signal processing such as tone mapping is performed in the main-signal processing unit 456 located at the next stage of the pre-scale processing unit 454.
  • Boosting of the audio signal can cause problems such as overflow or clipping. Therefore, in order to prevent overflow or clipping problems even if the audio signal is boosted in the main-signal processing unit 456, the pre-scale processing unit 454 located at the front end of the main- The optimal scaling that varies depending on the size of the image is applied.
  • the pre-scale value applied to the audio signal is fixed in the pre-scale processing unit 454, the resolution of the audio signal may be lowered due to unnecessary application of the scale. And the non-continuity may occur in the output audio signal due to the change of the user-set volume. That is, a change in the user-set volume may not be reflected naturally in the output audio signal, but may be a phenomenon that the audio signal is cut off due to scale application. In order to avoid resolution problems and discontinuity problems, it is necessary to variably apply the pre-scale values according to the user-set volume and output dynamic range restriction conditions.
  • the optimal scaling value applied by the pre-scale processor 454 according to the embodiment of the present invention can be obtained by the following method.
  • a gain value for boosting the main-signal processing unit 456 is determined according to a user-set volume. That is, the gain value for boosting the main-signal processing unit 456 varies depending on the user-set volume. Therefore, the gain value for boosting the main-signal processing unit 456 can be known from the user-set volume in advance.
  • 10 is a diagram illustrating a change in dynamic range of an input audio signal according to a pre-scale application of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • 10 (I) shows a case where a conventional fixed headroom is applied. When the headroom is fixed, an unnecessary headroom may be applied to cause loss of resolution of the audio signal or decrease of the volume.
  • FIG. 10 (II) application of unnecessary headroom can be excluded by applying a variable and optimized pre-scale gain, Or the problem of volume reduction can be solved.
  • the pre-scaling can be applied at any stage of the audio signal processing. However, it is desirable to apply pre-scaling between pre-signal processing (i.e., dynamic range relocation) and main-signal processing in order to maximize the resolution of the original sound before signal processing is performed.
  • the pre-scale processor 454 may be disposed between the pre-signal processor 452 and the main-signal processor 456.
  • the main-signal processing unit 456 performs tone mapping to provide an optimum-quality sound in a limited output dynamic range condition in a state where the scaling of the pre-scale processing unit 454 is completed (522).
  • the main-signal processing unit 456 receives the audio signal subjected to the dynamic range rearrangement and pre-scaling in the previous step and outputs the audio signal according to the human auditory characteristics according to the user-set volume and the hardware characteristics of the audio system 100 ) And performs tone mapping according to the steps of the user setting volume.
  • the tone mapping can apply tone mapping of different curves to each volume step for the entire volume interval.
  • the entire volume interval may be divided into a plurality of unit volume intervals, and tone mapping of different curves may be applied to each unit interval.
  • a tone mapping of a single curve may be applied over the entire volume interval.
  • the entire volume interval may be divided into a low volume interval and a high volume interval, and tone mapping of different curves may be applied to each volume interval.
  • the speaker of the television may have variable frequency output characteristics of the speaker according to the volume step as shown in Fig. That is, if the volume of the television is set low, the low frequency can be emphasized relatively more than the medium volume. However, in practice, the low volume setting may cause the output signal of the speaker of the television to be attenuated, so that the low frequency band may not be sufficiently expressed. If the volume of the television is set high, a strong audio signal can be output. However, the frequency characteristics that a speaker of a television can express are reduced, and distortion of the output audio signal may occur. That is, the frequency band of the speaker at the high volume setting decreases (narrows).
  • the output audio signal is distorted due to the narrow frequency characteristics of the speaker. Accordingly, in order to faithfully express the original feeling of the original audio signal by minimizing the influence due to the user setting volume and the hardware characteristics of the audio system 100, it is necessary to optimize the low frequency band and the high frequency band in consideration of the user- desirable. In such optimization of the low and high frequencies as shown in FIG. 11, it is possible to expand the frequency band at a low volume to output a richer bass, or to reduce distortion at a high volume by reducing the frequency band . To do this, the low and high frequencies can be optimized by adjusting the low and high frequencies using a shelving filter in the time domain. Alternatively, low and high frequencies can be easily optimized by appropriately adjusting signals in the frequency domain in the frequency domain.
  • the isometric curve is a curve that connects the points that listeners hear with a pure sine wave of different frequencies and feel the same intensity.
  • the human ear feels differently depending on the frequency, even if it is physically the same size sound. For example, to feel the size of a 60 phon sound, a 1 kHz sine wave should have 60 dB SPL, and a 100 Hz sine wave should have a 78 dB SPL. Considering this, it is the Equal-Loudness Contour that empirically investigates and displays the sound pressure level of the sound of the same size.
  • the person feels different volume according to the volume according to the volume.
  • a low-frequency signal that is heard at high user-set volume may not be heard at low user-set volume because the output volume is low.
  • tone mapping is performed in the main-signal processing unit 456 of the audio system 100 according to the embodiment of the present invention
  • the characteristics of the original audio signal are maintained in both the low user setting volume and the high user setting volume
  • Appropriate tone mapping is applied in consideration of the human auditory characteristics according to the user-set volume and the hardware characteristics of the audio system 100. With such appropriate tone mapping, the specificity of the original audio signal can be maintained at any user-set volume.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a tone mapping curve generated in the main-signal processing unit of the audio system according to the embodiment of the present invention.
  • a basic tone mapping curve generated for each volume step is applied in consideration of human auditory characteristics and various system characteristics according to the user-set volume.
  • the tone mapping curve as shown in FIG. 13 can be designed in various forms according to the human auditory characteristics and the characteristics of the audio system 100.
  • FIG. 14 is a diagram showing signals subjected to dynamic range relocation and tone mapping in an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • (I) is an input audio signal
  • (II) is a signal to which dynamic range relocation is applied
  • (III) is a signal to which dynamic range relocation and tone mapping are applied.
  • the gain increases through dynamic range rearrangement in (II) of the input audio signal of (I).
  • the audio signal is optimized by appropriate tone mapping considering the human auditory characteristics according to the user-set volume and the hardware characteristics of the audio system 100.
  • Fig. 15 is a characteristic graph of frequency characteristics of (I) and (III) of Fig. 14 described above. As can be seen from FIG. 15, the audio signal can be optimized for each frequency according to the user-set volume and hardware characteristics through dynamic range relocation and tone mapping according to the embodiment of the present invention.
  • the master volume control unit 458 applies a master volume according to the user-set volume to the audio signal completed until tone mapping (524).
  • tone mapping 524
  • the entire volume, such as the volume and balance, set for each channel or each amplification stage is aggregated from the master volume to adjust the volume.
  • the post-signal processing unit 460 finally performs signal compensation on the audio signal to which the master volume is applied, and outputs it to the speaker 492 (or the amplifier) (526).
  • the signal compensation by the post-signal processor 460 may be to compensate for the inverse of the pre-scaling value applied in the pre-scale processor 454. For example, if scaling by -3dB is applied in pre-scaling, the post-signal processing unit 460 compensates for -3dB.
  • This compensation method is advantageous in that the linearity of the volume can be maintained because it is compensated by applying a gain value corresponding to the pre-scaling value.
  • Another signal compensation by the post-signal processor 460 may be to determine the compensation value taking into account the hardware characteristics of the audio system 100.
  • the volume may increase, but depending on the characteristics of the audio system 100, it may be unreasonable compensation or little compensation effect. Therefore, when calculating the compensation value, a high volume can be ensured through compensation by fully reflecting the characteristics of the audio system 100, which may vary depending on the user-set volume.
  • Performing the post-signal processing after the master volume is applied to the audio signal has a high degree of freedom in adjusting the volume of the output audio signal and can provide the maximum volume that the audio system 100 allows in the same user volume setting conditions Because. Since post-signal processing compensates for the audio signal after application of the master volume, it is important that the volume is appropriately reduced or increased in accordance with the step value of the user-set volume when compensating the audio signal in post signal processing. For example, when the user tries to lower or raise the volume, the volume of the output audio signal linearly naturally decreases or increases with the change in the user-set volume, so that an appropriate compensation value Is preferably applied. It is also necessary to apply the signal compensation value so that the volume reversal phenomenon caused by the signal compensation does not occur. The volume reversal phenomenon is when the actual volume is lowered despite a high user set volume.
  • FIG. 16 is a diagram comparing a change in dynamic range of an audio system according to an embodiment of the present invention with a conventional case.
  • the solid line indicates the change in the dynamic range according to the embodiment of the present invention
  • the dotted line indicates the change in the conventional dynamic range.
  • FIG. 17 is a diagram showing a section of a volume section for differentiated signal processing according to volume intervals of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • the entire volume section may be divided into a plurality of sections, and signal processing of various combinations may be performed for each section.
  • the entire volume section can be divided into a 'low volume section', a 'middle volume section', and a 'high volume section'. That is, a low volume threshold value and a high volume threshold value are set, a lower volume threshold value is divided into a 'low volume section', a high volume threshold value or more is classified as a 'high volume section'
  • the interval that is lower than the high and high volume threshold can be divided into the 'intermediate volume interval'.
  • the low volume threshold and the high volume threshold may be determined according to the hardware characteristics of the audio system 100. You can also divide into more volume sections by setting more volume thresholds.
  • the small sound may not be heard well, and the bass may not be expressed well due to the hardware characteristics. Therefore, when the user setting volume belongs to the 'low volume section', signal processing accompanied with dynamic range relocation and tone mapping is performed.
  • the output signal is of an appropriate size, relatively less influenced by the hardware characteristics, and a relatively good sound is output. Therefore, when the user setting volume belongs to the 'middle volume section', it is reproduced in the original sound or near the original sound without performing signal processing such as dynamic range relocation or pre-scaling. Of course, dynamic range rearrangement or tone mapping may also be performed depending on the hardware characteristics even in the "intermediate volume section".
  • the frequency characteristic of the speaker 492 becomes narrow, and the output signal may be distorted. Therefore, when the user-set volume belongs to the 'high volume section', it is desirable to prevent distortion of the output signal as much as possible through signal processing accompanied by an appropriate level of tone mapping. Also, in the 'high volume section', since the output signal is large, a small sound can be heard comparatively well, and dynamic range relocation may be omitted. Also, in the 'high volume section', the pre-scaling may be omitted since the audio signal is generally attenuated. However, dynamic range rearrangement and pre-scaling may also be performed depending on the input audio signal and hardware characteristics even in the 'high volume section'.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a signal processing method differentiated according to volume intervals of an audio system according to an embodiment of the present invention.
  • the signal processing method of FIG. 18 is based on the section of the volume section for differentiated signal processing for each volume section shown in FIG.
  • the current user setting volume of the audio system 100 is checked (1802).
  • the user setting volume is confirmed, it is confirmed whether the current user setting volume belongs to the low volume section, the high volume section, or the middle volume section.
  • the entire volume section is divided into a plurality of sections such as' low volume section, '' high volume section, 'and' middle volume section, Processing can be performed.
  • the lookup table 472 (474) 476 is updated (1812) for the low volume interval. That is, when the user setting volume belongs to the 'low volume section', parameters for proper signal processing are fetched from the lookup tables 472, 474 and 476 so that signal processing can be performed.
  • the small sound may not be audible and the bass may not be well represented due to hardware characteristics. Accordingly, in the 'low volume section', the rearrangement of the dynamic range 1814 through the pre-signal processing of the pre-signal processing section 452, the pre-scaling 1816 of the pre-scale processing section 454, (1818) through the main-signal processing of FIG.
  • This series of signal processing performed when the user-defined volume belongs to the "low volume section" provides improved sound quality and good volume even under low user volume conditions.
  • the master volume application 1830 by the master volume control unit 458 and the post-signal processing (signal compensation) 1832 by the post-signal processing unit 460 When tone mapping by the main-signal processing unit 456 is completed, the master volume application 1830 by the master volume control unit 458 and the post-signal processing (signal compensation) 1832 by the post-signal processing unit 460 .
  • the post-signal processed audio signal is output to a speaker 492 (or an amplifier).
  • the lookup table 472 (474) 476 is updated (1822) for the high volume interval. That is, when the user setting volume belongs to the 'high volume section', parameters for proper signal processing are extracted from the lookup tables 472, 474 and 476 so that signal processing can be performed.
  • the frequency characteristics of the speaker 492 may be narrowed and the output signal may be distorted, so that tone mapping through the main-signal processing section 456 is involved to prevent signal distortion (1828).
  • tone mapping through the main-signal processing section 456 is involved to prevent signal distortion (1828).
  • dynamic range relocation can be omitted because the output signal is large and the small sound is relatively well heard.
  • the pre-scaling can also be omitted.
  • tone mapping by the main-signal processing unit 456 is completed, the user-set volume application 1830 of the master volume control unit 458 and the post-signal processing (signal compensation) 1832 of the post-signal processing unit 460 are performed do.
  • the post-signal processed audio signal is output to a speaker 492 (or an amplifier).
  • the output signal is of an appropriate size and relatively less influenced by the hardware characteristics, so that relatively good sound can be output. Accordingly, when the user-set volume belongs to the 'intermediate volume section', only the master volume control 1830 and the post-signal processing 1832 are performed without performing signal processing such as a separate dynamic range relocation or pre-scaling, (Bypass) (1852).
  • 19 is a view showing a modified embodiment of the position where dynamic range relocation is performed in the signal processing of the audio system according to the embodiment of the present invention.
  • a series of signal processing is performed by sequentially passing the audio signal to which the headroom is applied through the pre-signal processing unit 452 and the pre-scale processing unit 454. That is, in the embodiment of FIG. 4, signal processing is performed in the order of headroom application-dynamic range relocation-scaling application.
  • the dynamic range relocation through pre-signal processing is performed first, followed by headroom application and pre-scaling, before applying the headroom.
  • the pre-signal processing step is arranged before applying the head room, the head room application and the pre-scaling processing can be integrated into one process.
  • dynamic range rearrangement is performed through pre-signal processing before pre-scaling. If dynamic range rearrangement is performed before pre-scaling, loss of resolution of an input audio signal can be minimized.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

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
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 떄 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.

Claims (20)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 제 1 항에 있어서,
    전체 볼륨 구간의 각 볼륨 스텝 별로 서로 다른 커브의 톤 맵핑을 적용하는 오디오 시스템.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어부를 더 포함하는 오디오 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리-신호 처리부의 신호 처리에 앞서 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리-신호 처리부의 신호 처리 이후에 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 사용자 설정 볼륨에 따른 마스터 볼륨을 적용하는 마스터 볼륨 제어 단계를 더 포함하는 오디오 시스템의 제어 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 프리-신호 처리 단계의 신호 처리에 앞서 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템의 제어 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 프리-신호 처리 단계의 신호 처리 이후에 상기 입력 오디오 신호에 헤드룸이 적용되는 오디오 시스템의 제어 방법.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
PCT/KR2018/014149 2017-11-17 2018-11-16 오디오 시스템 및 그 제어 방법 WO2019098779A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/765,037 US11190875B2 (en) 2017-11-17 2018-11-16 Adjustment of dynamic range and tone mapping in audio system
CN201880074410.7A CN111357197B (zh) 2017-11-17 2018-11-16 音频系统及其控制方法
EP18879218.8A EP3691124B1 (en) 2017-11-17 2018-11-16 Audio system and method for controlling same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0153492 2017-11-17
KR1020170153492A KR102483222B1 (ko) 2017-11-17 2017-11-17 오디오 시스템 및 그 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019098779A1 true WO2019098779A1 (ko) 2019-05-23

Family

ID=66538709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/014149 WO2019098779A1 (ko) 2017-11-17 2018-11-16 오디오 시스템 및 그 제어 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11190875B2 (ko)
EP (1) EP3691124B1 (ko)
KR (1) KR102483222B1 (ko)
CN (1) CN111357197B (ko)
WO (1) WO2019098779A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102449498B1 (ko) 2022-05-03 2022-09-30 주식회사 데스코 스피커 임피던스에 따라 자동으로 이득을 조절하여 snr을 개선하는 앰프 시스템 및 그에 관한 개선 방법
TWI828143B (zh) * 2022-05-12 2024-01-01 華碩電腦股份有限公司 適用於電子裝置之旋鈕控制方法及旋鈕控制系統

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080269926A1 (en) * 2007-04-30 2008-10-30 Pei Xiang Automatic volume and dynamic range adjustment for mobile audio devices
JP2013098832A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Clarion Co Ltd ダイナミックレンジ拡張装置
KR101400865B1 (ko) * 2013-01-28 2014-05-29 네오피델리티 주식회사 입력 신호에 따라 파라메트릭 이퀄라이저의 게인을 다이나믹하게 조절하는 방법 및 그 방법을 채용한 다이내믹 파라메트릭 이퀄라이저 시스템
KR20140067064A (ko) * 2011-09-22 2014-06-03 이어소프트 리미티드 다이나믹 레인지의 조절
KR101405847B1 (ko) * 2012-10-05 2014-06-11 현대자동차주식회사 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8199933B2 (en) 2004-10-26 2012-06-12 Dolby Laboratories Licensing Corporation Calculating and adjusting the perceived loudness and/or the perceived spectral balance of an audio signal
CN101213869A (zh) * 2005-06-30 2008-07-02 塞瑞斯逻辑公司 电平相关的低音管理
US8194889B2 (en) * 2007-01-03 2012-06-05 Dolby Laboratories Licensing Corporation Hybrid digital/analog loudness-compensating volume control
JP5394905B2 (ja) * 2009-01-14 2014-01-22 ローム株式会社 自動レベル制御回路およびそれを用いたオーディオ用デジタル信号プロセッサならびに可変利得増幅器の利得制御方法
JP5694324B2 (ja) * 2009-08-11 2015-04-01 ディーティーエス・エルエルシーＤｔｓ Ｌｌｃ スピーカーの知覚されるラウドネスを増加させるためのシステム
JP5917518B2 (ja) * 2010-09-10 2016-05-18 ディーティーエス・インコーポレイテッドＤＴＳ，Ｉｎｃ． 知覚スペクトルアンバランス改善のための音声信号動的補正
US20120308042A1 (en) * 2011-06-01 2012-12-06 Visteon Global Technologies, Inc. Subwoofer Volume Level Control
JP5845760B2 (ja) * 2011-09-15 2016-01-20 ソニー株式会社 音声処理装置および方法、並びにプログラム
WO2013101605A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 Dts Llc Bass enhancement system
JP2013239973A (ja) 2012-05-16 2013-11-28 Yamaha Corp 音声信号の倍音付加装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080269926A1 (en) * 2007-04-30 2008-10-30 Pei Xiang Automatic volume and dynamic range adjustment for mobile audio devices
KR20140067064A (ko) * 2011-09-22 2014-06-03 이어소프트 리미티드 다이나믹 레인지의 조절
JP2013098832A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Clarion Co Ltd ダイナミックレンジ拡張装置
KR101405847B1 (ko) * 2012-10-05 2014-06-11 현대자동차주식회사 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조
KR101400865B1 (ko) * 2013-01-28 2014-05-29 네오피델리티 주식회사 입력 신호에 따라 파라메트릭 이퀄라이저의 게인을 다이나믹하게 조절하는 방법 및 그 방법을 채용한 다이내믹 파라메트릭 이퀄라이저 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3691124A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102483222B1 (ko) 2023-01-02
US11190875B2 (en) 2021-11-30
EP3691124A4 (en) 2020-11-04
EP3691124A1 (en) 2020-08-05
CN111357197A (zh) 2020-06-30
EP3691124B1 (en) 2023-05-31
CN111357197B (zh) 2024-05-24
KR20190056486A (ko) 2019-05-27
US20200404419A1 (en) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stone et al. Tolerable hearing aid delays. I. Estimation of limits imposed by the auditory path alone using simulated hearing losses
MX9800784A (es) Aparato de correccion acustica.
WO2019009562A1 (en) SOUND OUTPUT APPARATUS AND ASSOCIATED SIGNAL PROCESSING METHOD
ATE256376T1 (de) Akustisches korrektursgerät
US20070242837A1 (en) Speed- and User-Dependent Timbre and Dynamic Range Control Method, Apparatus and System for Automotive Audio Reproduction Systems
KR20190103310A (ko) 음성 명료도 강화 시스템
WO2019098779A1 (ko) 오디오 시스템 및 그 제어 방법
KR20120102561A (ko) 보청장치 외부 소음 차폐 장치 및 방법
JP3284176B2 (ja) オーディオ装置
WO2022114787A1 (ko) 오디오 신호의 정규화를 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
WO2012077931A2 (ko) 고조파를 이용한 디지털 오디오 증폭 장치 및 그 방법
US20140376726A1 (en) Stereo headphone audio process
WO2021085891A1 (ko) 제한된 출력 레벨 내에서 라우드니스를 증폭시키는 장치 및 그 제어 방법
KR0131942B1 (ko) 오디오의 잡음 보상장치
CN112911460A (zh) 音箱及其音效控制方法、音效控制系统
JPH09116362A (ja) 自動音量制御装置
WO2023008934A1 (en) A bass extension method and apparatus therefor
WO2010151048A9 (ko) 명료도 향상장치와 이를 이용한 음성출력장치
US20080027712A1 (en) Signal Processing for Speech Signal
WO2024167167A1 (en) Method and system for signal normalization using loudness metadata for audio processing
KR102443510B1 (ko) 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크가 수음한 음성신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치
CN216982106U (zh) 音频处理电路及开放式音频设备
WO2020032624A1 (ko) 오디오 장치 및 그 제어방법
GB2617579A (en) Receiving sound from a plurality of participants
JP3329090B2 (ja) 利得可変装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18879218

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018879218

Country of ref document: EP

Effective date: 20200428

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE