KR100835637B1 - 음성 신호 처리 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오디오신호 처리 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로서 원 오디오신호로부터 스피커 출력 능력 이하의 저음을 추출하고, 상기 추출된 저음의 주파수를 정수배하고, 상기 정수배된 저음을 상기 원 오디오신호에 가산하여 출력하는 저음보강부와, 데이터 압축 시 원 오디오신호를 복수개의 주파수 대역으로 나누어 필터링하고, 필터링된 주파수 대역들을 압축하고, 상기 나뉘어 압축된 오디오신호들을 상기 원 오디오신호에 가산하여 출력하는 신호보정부를 구비하여, 원음 신호의 재현과 음향 특성의 실제감을 보상하기 위해 오디오신호의 디지털 신호처리 과정에서 오디오신호의 콘트라스트 향상 및 구경이 작은 스피커에서도 풍부한 저음을 재생할 수 있는 효과가 있다.

저음, 스피커, 오디오신호, 신호처리, 음상

Description

오디오신호 처리 장치 및 그 동작방법{Audio signal processor and the operating method of the same}

도 1 은 본 발명에 의한 오디오신호 처리장치의 구조도이고,

도 2 는 본 발명에 의한 오디오신호 처리장치의 동작방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100 : 저음보강부 110 : 가산부

120 : 로우패스필터 130 : 마이컴

140 : 딜레이부 200 : 신호보정부

210 : 가산부 220 : 필터부

230 : 압축부

본 발명은 오디오신호 처리장치 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 오디오신호가 재생되는 환경에 의해 오디오신호가 변화되거나 CD 또는 MD등의 디지털 매체로 제작시 데이터 압축과정에서 발생하는 오디오신호의 손실을 보상하여, 오디오신호의 콘트라스트 향상 및 구경이 작은 스피커에서도 풍부한 저음을 재생할 수 있는 오디오신호 처리장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.

오디오신호는 재생되는 스피커 출력 및 구경, 오디오신호가 재생되는 공간의 구조 및 내장재에 의해 영향을 받는다. 오디오신호는 저주파에서부터 고주파에 이르기까지 항상 일정한 크기로 재생되어야 한다.

모든 주파수 대역의 신호를 충분히 재생할 수 있는 홈씨어터 시스템을 갖추고 있지 않은 경우, 일반적인 스피커는 사람 목소리 영역인 200Hz~4kHz의 중간 주파수 범위의 신호가 강조되어 재생되도록 설계되어 있어, 오디오신호 재생시 원음 신호와 크게 차이가 나게 된다.

또한 일반적인 스피커는 구경이 작고 스피커 구조상 100Hz 이하의 주파수를 갖는 오디오신호의 재생 능력이 부족하게 되어 오디오신호 재생시 저주파수의 오디오신호 재생이 충분하지 않아 소리가 들뜨는 느낌을 받게 된다.

특히, 차량 내부에 장착된 스피커는 스피커의 성능이 낮을 뿐만 아니라, 차량 내부 공간이 협소하고 따로 저음 재생을 위한 우퍼 스피커를 구비하지 어렵기 때문에 오디오신호 재생시 저음 재생이 충분하지 않고 차량 내부 시설에 의해 오디오신호가 왜곡되기 때문에 사람이 듣는 오디오신호는 원음 신호와 크게 차이난다.

최근에는 CD, MD, DVD등의 저장 매체에 보다 많은 곡을 저장할 수 있도록, 아날로그 신호인 오디오신호를 디지털 신호로 변환 처리하여 저장하는 디지털 시스템이 널리 보급되었다.

오디오신호를 CD, MD, DVD등의 저장매체에 저장하기 위해서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환처리 후, 이를 압축하여 저장하게 되는데, 이 과정에서 오디오신호의 손실이 발생하게 된다.

이에 따라 오디오신호의 콘트라스트가 저하되고 민감한 사용자의 경우 디지털 변환과정 및 압축과정에서 발생된 오디오신호의 손실에 의한 오디오신호의 왜곡을 느낄 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 오디오신호가 재생되는 환경에 의해 오디오신호가 변화되거나 CD 또는 MD등의 디지털 매체로 제작시 데이터 압축과정에서 발생하는 오디오신호의 손실을 보상하여 오디오신호의 왜곡을 줄이고 오디오신호의 콘트라스트를 향상시키는 동시에 구경이 작은 스피커에서도 풍부한 저음을 재생할 수 있는 오디오신호 처리장치 및 그 동작방법을 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 오디오신호 처리장치의 특징에 따르면, 스피커 출력 능력 이하의 주파수를 추출하여, 상기 주파수를 정수배한 신호를 원 신호에 가산하여 저음을 보강하는 저음보강부와, 오디오신호를 복수개의 밴드 패스 필터(Band Pass Filter: 이하 BPF)를 통과시켜 주파수 대역을 나누어 압축하고, 상기 압축된 신호를 원 오디오 신호에 가산하여 데이터 압축시 발생 가능한 음의 손실을 줄이는 신호 보정부를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명에 따른 오디오신호 처리장치의 동작방법의 특징에 따르면, 오디오신호 출력 모드가 입력되는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계에서 입력된 오디오신호 출력 모드가 저음보강이면, 스피커 출력 능력 이하의 주파수를 추출하여, 상기 주파수를 정수배한 신호와 원신호를 가산처리하여 오디오신호를 변환 처리하는 제 2 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 오디오신호 처리장치 도 1 에 도시된 바와 같이 스피커 출력 능력 이하의 주파수를 추출하여, 상기 주파수를 정수배한 신호를 원 오디오신호에 가산하여 저음을 보강하는 저음보강부(100)와, 오디오신호를 복수개의 밴드 패스 필터(Band Pass Filter: 이하 BPF)를 통과시켜 주파수 대역을 나누어 압축하고, 상기 압축된 신호를 원 오디오신호에 가산하여 데이터 압축시 발생 가능한 음의 손실을 줄이는 신호 보정부(200)를 기본적으로 구비한다.

상기 저음보강부(100)는 스피커 출력 능력 이하의 주파수를 갖는 신호를 추출하기 위한 로우패스필터(120, Low Pass Filter : 이하 LPF)와 상기 LPF를 통과한 신호를 정수배하여 n배 고조파를 생성하는 마이컴(130)과 원 오디오신호를 딜레이 시키기 위한 딜레이부(140)와, 상기 마이컴에서 출력되는 고조파와 상기 딜레이부에서 출력되는 원 오디오신호를 가산처리하는 가산부(110)를 포함한다.

상기 LPF(120)의 컷 오프 주파수(Cut off frequency)는 본 발명의 오디오신호 처리장치를 통과한 오디오신호가 재생되는 스피커의 출력 능력에 따라 달리 설정 가능하다.

일반적인 스피커의 경우 50HZ~100Hz 이하의 주파수를 갖는 오디오신호는 재생하지 못하므로, 상기 LPF(120)의 컷 오프 주파수는 통상적으로 100Hz 내외로 설정된다.

상기 마이컴(130)은 상기 LPF(120)를 통과한 오디오신호를 정수배하여 고조파를 생성하고, 상기 가산부(110)는 상기 고조파를 상기 딜레이부(140)를 통과한 원 오디오신호에 가산처리하면, 상기 가산부(110)를 통과한 오디오신호는 스피커 출력 능력과 상관없이 저음부분이 강조되어 원오디오신호의 재현력을 높인다.

이때, 상기 가산부(110)에서 더해지는 원 오디오신호는 원 오디오신호가 상기 LPF(120)과 마이컴(130)을 통과하면서 고조파를 형성하는 시간만큼 딜레이된 신호이다.

일반적인 오디오신호는 주파수를 정수배 하여 생성된 고조파를 합산하면, 원 오디오신호와 거의 같은 오디오신호를 재생 가능하다. 예를 들어 50Hz 주파수를 갖는 오디오신호는 상기 주파수를 정수배한 100Hz, 150Hz, 200Hz 등의 고조파의 합산으로 원 신호의 복원이 가능하다. 실제 스피커는 50Hz 이하의 신호를 재생하지 못하지만 50Hz 신호의 고조파의 합산 신호를 재생함으로써, 사람에게는 스피커가 실제로 50Hz의 신호를 재생하고 있는 것처럼 들리게 된다.

즉, 스피커를 출력 능력 이하의 신호가 직접 재생되지 않지만, 고조파의 합산 신호를 출력함에 따라, 스피커 출력 능력 이하의 신호가 재생되는 효과가 나타난다.

따라서, 상기 마이컴(130)부에서 생성되는 고조파의 개수가 많을 수록 상기 저음보강부(100)에서 출력되는 저음 강조 효과가 커지게 된다.

신호보정부(200)는 원 오디오신호를 주파수 대역 별로 나누어 추출하기 위한 필터부(220)와 상기 필터부를 통과한 신호를 압축하기 위한 압축부(230)와 상기 압축부를 통과한 신호와 원 오디오신호를 가산처리하는 가산부(210)를 포함하여 구성된다.

상기 필터부(220)는 로우 패스 필터(221, 이하 LPF)와 밴드 패스 필터(222, Band Pass Filter: 이하 BPF)와 하이 패스 필터(223, High Pass Filter: 이하 HPF)를 각각 하나 이상 포함하여 구성된다.

일반적으로 오디오신호를 CD, DVD, MD 등의 저장매체에 저장시에는 디지털 신호로 변환처리 후 압축하여 저장한다. 이 때, 디지털 신호 변환처리시 발생하는 샘플링 및 양자화 에러가 발생하고, 디지털 신호 압축시 미세한 오디오신호의 손실이 발생하게 된다.

따라서, 상기 디지털 신호 변화 처리 및 압축시 발생된 오디오신호의 손상 및 손실을 보정하기 위해, 상기 저장매체에 저장된 원 오디오신호를 상기 LPF(221), BPF(222), HPF(223)를 사용하여 각 주파수 대역별로 오디오신호를 추출하고, 상기 추출된 오디오신호를 상기 압축부(230)를 통해 압축 후, 원 오디오신호에 가산처리하여 오디오신호를 생성한다.

여기서, 주파수 대역을 더 세분화하여 오디오신호를 추출하여 압축하여 원 오디오신호에 가산되면 복원된 오디오신호의 콘트라스트가 향상되어 재생되는 음의 선명도가 향상된다.

또한 상기 LPF(221), BPF(222), HPF(223)은 독립적으로 사용 가능하다. 즉 저주파 영역의 신호만을 보정하고 싶은 경우, 상기 LPF만 동작 가능하고, 중간 주파수 영역의 신호만 보정하고 싶은 경우 상기 BPF만 동작시켜 중간주파수 영역의 신호 보정이 가능하다.

예를 들어, 저음의 BASS음을 강조하고 싶은 경우, LPF(221)를 동작시키고, 하이톤의 여성목소리를 강조하고 싶은 경우 BPF(222)의 주파수 설정을 변경하여, 일반적인 여성목소리 주파수 영역으로 설정 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 오디오신호 처리장치의 동작방법은 도 2 에 도시된 바와 같이, 먼저 제 1 단계에서 오디오신호 출력 모드가 입력된다(S1). 오디오신호 출력모드는 저음보강모드와 신호보정모드로 이루어진다.

제 2 단계에서는 상기 제 1 단계에서 입력된 오디오신호 출력모드가 저음보강(S2)이면, 스피커 출력 능력 이하의 주파수를 추출하여(S3) 상기 주파수를 정수배하여 고조파를 생성하고(S4), 상기 고조파와 원 오디오신호를 가산처리하여 오디오신호를 변환 처리한다(S5).

반면에, 상기 제 1 단계에서 입력된 오디오신호 출력 모드가 신호보정모드이면(S2), 오디오신호를 LPF, BPF, HPF를 통과시켜 주파수 대역별로 오디오신호를 추출하여(S6) 상기 오디오신호를 각각 압축 후(S7) 원 오디오신호에 가산처리하여 오디오신호를 변환 처리한다(S8).

이 때, 사용자는 상기 LPF, BPF, HPF의 동작을 각각 제어하여 필요한 주파수 영역의 오디오신호만을 추출하여 오디오신호의 보정이 가능하다.

상기 오디오신호 처리장치 동작방법은 하나의 오디오신호 출력모드가 선택되어 오디오신호가 변환처리 된 후(S9), 다른 오디오신호 출력모드를 선택(S1)하여 상기 제 2 단계에서 변환 처리된 오디오신호를 재변환처리하는 제 3 단계를 더 포함하여 구성된다.

이상과 같이 본 발명에 대한 오디오신호 입력장치 및 그 동작방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위에서 당업자에 의해 응용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 오디오신호 입력장치 및 그 동작방법은 오디오신호가 재생되는 환경에 의해 오디오신호가 변화되거나 CD 또는 MD등의 디지털 매체로 제작시 데이터 압축과정에서 발생하는 오디오신호의 손실을 보상하여 오디오신호의 왜곡을 줄이고 오디오신호의 콘트라스트를 향상시키는 동시에 구경이 작은 스피커에서도 풍부한 저음을 재생할 수 있어 원음의 재현 및 음향 특성의 실제감을 보상할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 원 오디오신호로부터 스피커 출력 능력 이하의 저음을 추출하고, 상기 추출된 저음의 주파수를 정수배하고, 상기 정수배된 저음을 상기 원 오디오신호에 가산하여 출력하는 저음보강부와,

   데이터 압축 시 원 오디오신호를 복수개의 주파수 대역으로 나누어 필터링하고, 필터링된 주파수 대역들을 압축하고, 상기 나뉘어 압축된 오디오신호들을 상기 원 오디오신호에 가산하여 출력하는 신호보정부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 오디오 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저음보강부가,

   상기 저음을 추출하기 위한 로우 패스 필터(Low Pass Filter: 이하 LPF)와,

   상기 LPF에서 추출한 저음을 정수배하기 위한 마이컴과,

   원 오디오신호를 딜레이 하기 위한 딜레이부와,

   상기 마이컴에서 출력되는 상기 저음과 상기 딜레이부를 통과한 원 오디오신호를 가산처리하는 가산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호 처리장치.
3. 상기 제 1 항에 있어서,

   상기 신호 보정부가,

   상기 원 오디오신호를 주파수 대역 별로 나누어 추출하기 위한 필터부와,

   상기 필터부를 통과한 오디오신호들을 압축하기 위한 압축부와,

   상기 압축부를 통과한 오디오신호들과 원 오디오신호를 가산처리하는 가산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호 처리장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 필터부가 로우 패스 필터(LPF)와 밴드 패스 필터(BPF)와 하이 패스 필터(High Pass Filter: 이하 HPF)를 각각 하나 이상 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호 처리장치.
5. 오디오신호 출력 모드가 입력되는 제 1 단계와,

   상기 제 1 단계에서 입력된 오디오신호 출력 모드가 저음보강이면, 스피커 출력 능력 이하의 저음을 추출하고 상기 저음의 주파수를 정수배한 오디오신호와 원 오디오신호를 가산처리하여 출력하고, 상기 제 1 단계에서 입력된 오디오신호 출력 모드가 신호보정모드이면, 상기 원 오디오신호를 LPF, BPF, HPF를 통과시켜 주파수 대역별로 오디오신호를 추출하고 상기 주파수 대역별로 나뉘어진 오디오신호들을 압축하여 원 오디오신호에 가산처리하여 출력하는 제 2 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오디오신호 처리장치의 동작방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 하나의 오디오신호 출력모드가 선택되어 오디오신호가 변환처리 된 후, 다른 오디오신호 출력모드를 선택하여 상기 제 2 단계에서 변환 처리된 오디오신호를 재변환처리하는 제 3 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호 처리장치의 동작방법.

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