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KR102721794B1 - 신호 처리 프로세서 및 신호 처리 프로세서의 제어 방법 - Google Patents

신호 처리 프로세서 및 신호 처리 프로세서의 제어 방법 Download PDF

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KR102721794B1
KR102721794B1 KR1020160153731A KR20160153731A KR102721794B1 KR 102721794 B1 KR102721794 B1 KR 102721794B1 KR 1020160153731 A KR1020160153731 A KR 1020160153731A KR 20160153731 A KR20160153731 A KR 20160153731A KR 102721794 B1 KR102721794 B1 KR 102721794B1
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 프로세서는, 입력 신호의 컷오프 주파수 및 고주파 복원신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성하는 주파수 도메인 처리모듈; 및 상기 주파수 도메인 처리 모듈로부터 상기 컷오프 주파수 및 상기 레벨 정보를 수신하고, 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하고, 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 생성된 신호의 레벨을 조정하여 고주파 복원 신호를 생성하고, 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성하는 타임 도메인 처리 모듈;을 포함할 수 있다.
이 외에도 명세서를 통해 파악되는 다양한 실시 예가 가능하다.

Description

신호 처리 프로세서 및 신호 처리 프로세서의 제어 방법{SIGNAL PROCESSING PROCESSOR AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 고주파 대역의 신호를 복원하는 신호 처리 프로세서 및 신호 처리 프로세서의 제어 방법 에 관한 것이다.
오디오 신호를 효율적으로 압축하여 전송하기 위해서, 오디오 신호의 일부 주파수 대역이 제거될 수 있다. 오디오 데이터를 압축하기 위한 포맷으로 MP3(MPEG-1, Audio Layer 3), ACC(advanced audio coding), WMA(window media audio) 등이 있다. 오디오 코덱은 오디오 신호를 압축할 때 일부 주파수 대역을 제거하기 위한 지정된 주파수를 포함할 수 있다.
오디오 신호의 일부 주파수 대역이 손실된 경우, 오디오 신호는 음질이 저하되고 음색이 변경될 수 있다. 이에 따라, 일부 주파수 대역이 손실된 오디오 신호를 재생하는 경우, 음질 및 음색을 개선하기 위해서 오디오 신호의 손실된 주파수 대역이 복원될 수 있다.
오디오 신호에 압축 정보가 포함되어 있는 경우, 오디오 신호의 손실된 주파수 대역은 압축 정보의 기준에 따라서 복원될 수 있다. 오디오 신호에 압축 정보가 포함되어 있지 않은 경우, 손실된 주파수 대역은 오디오 신호의 압축 정보를 수신하여 압축 정보의 기준에 따라서 손실된 주파수 대역이 복원될 수 있다. 오디오 신호의 압축 정보를 수신하지 못한 경우 오디오 신호의 스펙트럼을 분석하여 손실된 주파수 대역이 복원될 수 있다.
압축된 오디오 신호는 지정된 주파수 대역이 손실될 수 있고, 손실된 주파수 대역은 가청 주파수 내의 고주파 대역일 수 있다. 가청 주파수 내의 고주파 대역이 손실되더라도 오디오 신호를 듣는 것에는 문제가 없겠지만, 고주파 대역이 손실됨에 따라서 오디오 신호의 음질 및 음색이 달라질 수 있다.
손실된 주파수 대역을 복원하기 위한 추가 정보가 없는 경우 스펙트럼을 분석하여 손실된 주파수를 복원해야 하는데, 주파수 도메인(frequency domain)에서는 정밀한 주파수 복원이 가능하지만 위상(phase)을 조정하는 과정이 필요하여 매우 복잡하고, 타임 도메인(time domain)에서는 복잡성은 낮지만 자연스런(natural) 오디오와 압축된 오디오 신호의 차이를 구별하지 못한다.
본 발명의 다양한 실시 예는 손실된 주파수 대역을 복원할 때 주파수 도메인에서 오디오 신호의 특성을 분석하고 분석된 정보를 타임 도메인에서 이용하여 정확한 복원 신호를 생성할 수 있는 신호 처리 프로세서 및 신호 처리 프로세서의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 신호 처리 프로세서는, 입력 신호의 컷오프 주파수 및 고주파 복원신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성하는 주파수 도메인 처리모듈; 및 상기 주파수 도메인 처리 모듈로부터 상기 컷오프 주파수 및 상기 레벨 정보를 수신하고, 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하고, 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 생성된 신호의 레벨을 조정하여 고주파 복원 신호를 생성하고, 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성하는 타임 도메인 처리 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 신호 처리 프로세서의 제어 방법은, 주파수 도메인에서 입력 신호의 컷오프 주파수 및 고주파 복원 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성하는 동작; 타임 도메인에서 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 동작; 타임 도메인에서 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 생성된 신호의 레벨을 조정하여 고주파 복원 신호를 생성하는 동작; 및 타임 도메인에서 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성하는 동작;을 포함할 수 있다.
본 발명의 신호 처리 장치는 입력 신호의 컷오프 주파수보다 높은 주파수 대역을 복원하는 경우, 컷오프 주파수 및 컷오프 주파수보다 높은 주파수 대역을 복원하기 위한 주파수 대역 정보를 주파수 도메인 처리 모듈에서 생성하고, 생성된 컷오프 주파수 및 주파수 대역 정보를 이용하여 타임 도메인 처리 모듈에서 입력 신호의 컷오프 주파수보다 높은 주파수 대역을 복원함으로써, 어느 한 도메인에서만 수행할 때 발생할 수 있는 복잡함을 줄이고 신속하게 입력 신호를 복원할 수 있다.
타임 도메인 처리 모듈은 입력 신호의 짝수 고조파 및 홀수 고조파를 분리하여 생성하고, 입력 신호의 특성에 따라서 짝수 고조파 및 홀수 고조파를 각각 증폭시킬 수 있다. 또한, 타임 도메인 처리 모듈은 주파수 대역 정보에 기초하여 스펙트럼 셰이퍼의 게인 값을 설정하고, 스펙트럼 셰이퍼로 생성된 고조파를 처리함으로써 신호에 대한 왜곡 없이 압축 전의 오디오 데이터와 유사하게 입력 신호를 복원할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 주파수 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컷오프(cut-off) 주파수 예측 모듈의 컷오프 주파수를 예측하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 게인 디퍼런스(gain difference)를 산출하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 생성 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 생성 모듈에서 처리된 신호를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스펙트럼 셰이퍼에서 처리된 신호를 나타낸 그래프이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치에 의해서 복원된 신호를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 주파수 도메인 처리 모듈 및 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 주파수 도메인 처리 모듈 및 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 신호 처리 장치(1000)는 주파수 도메인 처리 모듈(100) 및 타임 도메인 처리 모듈(200)을 포함할 수 있다. 신호 처리 장치(1000)는 입력된 신호의 고주파 대역을 복원하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치(1000)로 입력된 신호는 오디오 신호일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 신호 처리 장치(1000)는 프로세서로 구현될 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치는 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 신호 처리 장치(1000)는 CPU(central processing unit), 메모리 등을 포함하는 SoC(system on chip)로 구현될 수 있다.
주파수 도메인 처리 모듈(100)은 입력 신호를 주파수 도메인(frequency domain)으로 변경하여 컷오프 주파수(cut-off frequency)를 결정(또는, 생성)할 수 있다. 상기 컷오프 주파수는 통과 또는 차단된 주파수 대역을 구분 짓는 경계 주파수로서, 상기 입력 신호는 컷오프 주파수 이상의 신호가 차단된 신호일 수 있다. 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 상기 입력 신호를 분석하여 차단 주파수를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 입력 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성(또는, 결정)할 수 있다. 예를 들어, 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 상기 입력 신호를 분석하여 타임 도메인 처리 모듈(200)에서 상기 입력 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성할 수 있다.
타임 도메인 처리 모듈(200)은 상기 입력 신호를 처리하여, 상기 입력 신호의 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 복원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 타임 도메인 처리 모듈(200)은 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 상기 컷오프 주파수를 수신하고, 상기 수신된 컷오프 주파수를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 타임 도메인 처리 모듈(200)은 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 상기 입력 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 수신하고, 상기 레벨 정보에 기초하여 상기 생성된 컷오프 주파수 이상의 신호를 처리할 수 있다. 타임 도메인 처리 모듈(200)은 상기 처리된 컷오프 주파수 이상의 신호를 이용하여 고주파 복원 신호를 생성할 수 있다. 타임 도메인 처리 모듈(200)은 상기 고주파 복원 신호와 입력 신호를 합성하여 상기 입력 신호의 복원 신호를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 주파수 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 FFT(fast Fourier transform) 모듈(110), 포락선 생성 모듈(120), 컷오프 주파수 결정 모듈(130), 주파수 대역 결정 모듈(140) 및 게인 산출 모듈(150)을 포함할 수 있다.
FFT 모듈(110)은 상기 입력 신호를 주파수 도메인으로 변경할 수 있다. FFT 모듈(110)은 상기 입력 신호를 푸리에 변환(Fourier transform)하여 주파수 도메인으로 변경할 수 있다.
포락선 생성 모듈(120)은 주파수 도메인으로 변경된 상기 입력 신호의 포락선(envelop)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 포락선 생성 모듈(120)은 주파수 도메인으로 변경된 상기 입력 신호의 레벨을 데시벨(decibel)(dB) 값으로 변경하고, 상기 데시벨 값으로 변경된 신호의 포락선을 생성할 수 있다.
컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 포락선 생성 모듈(120)로부터 포락선이 생성된 입력 신호를 수신할 수 있다. 상기 입력 신호는 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 고주파 영역이 손실된 오디오 신호일 수 있다. 예를 들어, 상기 오디오 신호는 오디오 데이터를 압축하기 위하여 가청 주파수 대역을 내의 고주파 대역이 손실될 수 있다. 상기 오디오 신호는 고주파 대역의 오디오 데이터가 손실됨에 따라 음색이 변화되거나 음질이 저하될 수 있다. 상기 오디오 데이터를 압축하기 위한 포맷은, 예를 들어, MP3(MPEG-1, Audio Layer 3), ACC(advanced audio coding), Ogg 등일 수 있고, 상기 포맷은 지정된 컷오프 주파수를 포함할 수 있다. 비트 레이트(bitrate)가 96kbps인 경우, 상기 MP3의 컷오프 주파수는 15.5kHz일 수 있고, 상기 ACC의 컷오프 주파수는 16kHz일 수 있고, 상기 Ogg의 컷오프 주파수는 19.2kHz일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 상기 입력 신호에 포함된 부가 정보를 이용하여 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다. 상기 부가 정보는, 예를 들어, 압축 포맷에 대한 정보(예: 입력 신호의 비트 레이트 정보, 코덱 정보)를 포함할 수 있고, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 상기 압축 포맷에 대한 정보를 이용하여 컷오프 주파수(Fc)를 결정 할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 컷오프 주파수(Fc)에 대한 정보를 포함하는 부가 정보 없이 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다.
도 3a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컷오프(cut-off) 주파수 예측 모듈의 컷오프 주파수를 예측하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 입력 신호(310)는 복수의 피크(peak)(311) 및 복수의 밸리(valley)(312)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 신호(310)는 포락선 생성 모듈(120)에 의하여 포락선이 생성될 수 있고, 입력 신호(310)의 포락선은 복수의 피크(311) 및 복수의 밸리(312)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 입력 신호(310)의 복수의 피크(311) 및 복수의 밸리(312)를 통하여 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다. 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 복수의 피크(311) 중 하나의 피크와 복수의 밸리(312) 중 하나의 밸리 간의 레벨 차이(예: 하나의 피크와 이웃하는 하나의 밸리의 차이)를 확인하고, 피크(311a)와 밸리(312b) 간의 레벨 차이가 가장 큰 주파수 대역에 포함된 주파수를 컷오프 주파수(Fc)로 결정할 수 있다. 예를 들어, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 레벨 차이가 가장 큰 피크(311a) 및 밸리(312b)의 주파수를 경계로 하는 주파수 대역의 중간 주파수를 컷오프 주파수(Fc)로 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 레벨 차이가 가장 큰 피크(311a) 및 밸리(312b)의 주파수를 컷오프 주파수(Fc)로 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 임의의 주파수 대역에서 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다. 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 상기 임의의 주파수 대역에서 복수의 피크(311) 및 복수의 밸리(312) 각각의 레벨 차이를 확인하여 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다.
예를 들어, 입력 신호가 상기 입력 신호의 포맷에 대한 부가 정보를 포함하지 않은 경우, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 제1 주파수(Fa)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역에서 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다. 즉, 상기 임의의 주파수 대역은 제1 주파수(Fa)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역일 수 있다. 제1 주파수(Fa)는, 예를 들어, 컷오프 주파수(Fc)에 비하여 충분히 낮은 주파수일 수 있다. 제1 주파수(Fa)는 MP3, ACC, Ogg 등의 오디오 포맷에서 지정한 컷오프 주파수의 1/2에 해당하는 주파수(예: 6kHz)일 수 있다. 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2)는 상기 입력 신호가 복원될 수 있는 범위로서, 샘플링 주파수(Fs)는 상기 입력 신호의 최대 주파수의 두배 이상일 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 입력 신호가 상기 입력 신호의 포맷에 대한 부가 정보를 포함하고 있는 경우, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 상기 부가 정보를 이용하여 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다. 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 제2 주파수(Fb)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역에서 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다. 즉, 상기 임의의 주파수는 제2 주파수(Fb) 및 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역일 수 있다. 제2 주파수(Fb)는, 예를 들어, 상기 부가 정보(예: 비트 레이트 정보, 코덱 정보)를 이용하여 결정될 수 있다. 즉, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 상기 부가 정보를 이용하여 입력 신호의 사양(specification) 상의 컷오프 주파수를 파악하고, 상기 사양 상의 컷오프 주파수보다 낮은 주파수를 제2 주파수(Fb)로 결정할 수 있다. 이에 따라, 컷오프 주파수 결정 모듈(130)은 상기 입력 신호가 상기 부가 정보를 포함하고 있지 않은 경우보다 좁은 주파수 대역(예: 제2 주파수(Fb)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역)에서 상기 입력 신호의 실제 컷오프 주파수(Fc)를 결정할 수 있다.
도 2의 주파수 대역 결정 모듈(140)은 포락선 생성 모듈(120)로부터 포락선 형태로 변경된 신호를 수신할 수 있다. 주파수 대역 결정 모듈(140)은 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수 대역 및 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 각각 복수의 주파수 대역으로 분리할 수 있다. 주파수 대역 결정 모듈(140)은 상기 분리된 복수의 주파수 대역이 서로 대응되도록 분리할 수 있다. 이에 따라, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수 대역을 분리하는 제1 기준 주파수(Fi) 및 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 분리하는 제2 기준 주파수(Fi´)를 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 제1 기준 주파수(Fi) 및 제2 기준 주파수(Fi´)를 게인 산출 모듈(150) 및 타임 도메인 처리 모듈(200)로 각각 송신할 수 있다.
게인 산출 모듈(150)은 포락선 생성 모듈(120)로부터 포락선이 생성된 입력 신호를 수신할 수 있고, 주파수 대역 결정 모듈(140)로부터 제1 기준 주파수(Fi)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 게인 산출 모듈(150)은 제1 기준 주파수(Fi)를 이용하여 상기 수신된 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수 대역을 복수의 주파수 대역으로 분리할 수 있다. 게인 산출 모듈(150)은 상기 복수의 주파수 대역에 대한 정보를 생성할 수 있다. 이에 따라, 게인 산출 모듈(150)은 상기 생성된 정보를 타임 도메인 처리 모듈(200)로 송신할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 게인 값을 산출하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 3b를 참조하면, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수 대역을 제1 복수의 주파수 대역(320)으로 분리할 수 있고, 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 제2 복수의 주파수 대역(330)으로 분리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc/2)와 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역을 제1 복수의 주파수 대역(320)으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 제1 주파수(F1), 제2 주파수(F2), 제3 주파수(F3) 및 제4 주파수(F4)를 기준으로 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc/2)와 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역을 분리(예: 네개의 주파수 대역으로 분리)할 수 있다. 제4 주파수(F4)는, 예를 들어, 컷오프 주파수(Fc)와 동일할 수 있다. 한편, 이에 한정되지 않고 주파수 결정 모듈(140)은 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc/2) 및 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역을 n개의 주파수 대역으로 분리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 컷오프 주파수(Fc)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역을 제2 복수의 주파수 대역(330)으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 제5 주파수(F5), 제6 주파수(F6), 제7 주파수(F7) 및 제8 주파수(F8)를 기준으로 컷오프 주파수(Fc)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역을 분리(예: 네개의 주파수 대역으로 분리)할 수 있다. 제8 주파수(F8)는, 예를 들어, 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2)일 수 있다. 한편, 이에 한정되지 않고 주파수 결정 모듈(140)은 컷오프 주파수(Fc)와 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역을 n개의 주파수 대역으로 분리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 및 제2 복수의 주파수 대역(330)이 제1 복수의 주파수 대역(320) 각각에 대응되도록 제2 복수의 주파수 대역(330)을 분리할 수 있다. 예를 들어, 제2 복수의 주파수 대역(330)은 상기 제1 복수의 주파수 대역(320)과 동일한 개수로 분리될 수 있다. 제1 주파수(F1), 제2 주파수(F2), 제3 주파수(F4) 및 제4 주파수(F4)는, 예를 들어, 제5 주파수(F5), 제6 주파수(F6), 제7 주파수(F7) 및 제8 주파수(F8) 각각에 대응될 수 있고, 제1 복수의 주파수 대역(320)의 주파수 대역 사이의 비는 제2 복수의 주파수 대역(330)의 주파수 대역 사이의 비와 유사할 수 있다.
이에 따라, 주파수 대역 결정 모듈(140)은 제1 주파수(F1), 제2 주파수(F2), 제3 주파수(F4) 및 제4 주파수(F4)를 제1 복수의 주파수 대역(320)의 제1 기준 주파수(Fi)로 결정하고, 제5 주파수(F5), 제6 주파수(F6), 제7 주파수(F7) 및 제8 주파수(F8)를 제2 복수의 주파수 대역(330)의 제2 기준 주파수(Fi´)로 결정할 수 있다.
게인 산출 모듈(150)은 분리된 제1 복수의 주파수 대역(320)에 대한 정보에 기초하여 고조파의 레벨을 조정하기 위한 정보를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 개인 산출 모듈(150)은 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc/2)와 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역을 제1 주파수(F1), 제2 주파수(F2), 제3 주파수(F3) 및 제4 주파수(F4)를 기준으로 분리할 수 있다.일 실시 예에 따르면, 게인 산출 모듈(150)은 제1 복수의 주파수 대역(320) 각각에서 신호의 평균 레벨 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 게인 산출 모듈(150)은 컷오프 주파수(Fc)로부터 제1 주파수(F1)까지의 제1 평균 레벨 값(m1), 제1 주파수(F1)로부터 제2 주파수(F2)까지의 제2 평균 레벨 값(m2), 제2 주파수(F2)로부터 제3 주파수(F3)까지의 제3 평균 레벨 값(m3) 및, 제3 주파수(F3)로부터 제4 주파수(F4)까지의 제4 평균 레벨 값(m4)을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 게인 산출 모듈(150)은 제1 복수의 주파수 대역(320) 각각의 평균 레벨 값 및 제1 복수의 주파수 대역(320)각각과 이웃하는 주파수 대역의 평균 레벨 값의 차이로 게인 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 게인 산출 모듈(150)은 제1 기준 주파수(Fi)를 중심으로 이웃하는 평균 레벨 값의 차이로 게인 값을 산출할 수 있다. 제1 주파수(F1)를 중심으로 제1 평균 레벨 값(m1) 및 제2 평균 레벨 값(m2)의 차이(예: m2 - m1)로 게인 값(G2)을 산출할 수 있고, 제2 주파수(F2)를 중심으로 제2 평균 레벨 값(m2) 및 제3 평균 레벨 값(m3)의 차이(예: m3 - m2)로 게인 값(G3)을 산출할 수 있고, 제3 주파수(F3)를 중심으로 제3 평균 레벨 값(m3) 및 제4 평균 레벨 값(m4)의 차이(예: m4 - m3)로 게인 값(G4)을 산출할 수 있고, 제4 주파수(F4)를 중심으로 제4 평균 레벨 값(m4) 및 제1 평균 레벨 값(m1)의 차이(예: m1 - m4)로 게인 값(G1)을 산출할 수 있다.
상술한 실시 예에 따르면, 게인 산출 모듈(150)은 복수의 게인 값(G1, G2, G3, G4)을 이용하여 고주파의 레벨을 조정할 수 있는 게인 값(Gi)을 산출할 수 있다.
이에 따라, 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 입력 신호의 제1 복수의 주파수 대역(320)에 대한 정보에 기초하여 산출된 게인 값(Gi) 및 상기 제2 복수의 주파수 대역(330)의 기준 주파수(Fi´)를 포함하는 레벨 정보를 타임 도메인 처리 모듈(200)로 송신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 타임 도메인 처리 모듈(200)은 BPF(band pass filter) 모듈(210), 고조파 생성 모듈(220), HPF(high pass filter) 모듈(230), 스펙트럼 셰이퍼(240), 지연 모듈(250) 및 가산 모듈(260)을 포함할 수 있다.
BPF 모듈(210)은 입력 신호의 지정된 주파수 대역을 통과시킬 수 있다. BPF 모듈(210)은 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 컷오프 주파수(Fc)를 수신하고, 상기 컷오프 주파수(Fc)에 기초하여 통과 대역을 설정할 수 있다. BPF 모듈(210)은 상기 입력 신호의 저주파수 대역을 제외한 신호만이 통과 될 수 있도록 설정할 수 있다. 상기 저주파수 대역은 노이즈 신호 또는 상기 입력 신호의 고주파수 대역을 복원하기 어려운 영역일 수 있다. BPF 모듈(210)은 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 통과 대역보다 높은 주파수 대역으로 설정할 수 있다. 복원 전 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역은 잡음을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, BPF 모듈(210)은 지정된 주파수와 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역의 입력 신호를 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 지정된 주파수는 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc/2)일 수 있다. 이에 따라, BPF 모듈(210)의 상기 통과 대역은 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc/2)와 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역일 수 있다.
고조파 생성 모듈(220)은 BPF 모듈(210)을 통과한 입력 신호의 고조파(harmonics)를 생성할 수 있다. 상기 생성된 고조파는 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호를 포함할 수 있다. 이에 따라, 고조파 생성 모듈(220)은 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 고조파 생성 모듈(220)은 상기 생성된 고조파를 지정된 게인 값으로 증폭시킬 수 있다. 상기 고조파는 음색을 결정하는 요소이므로, 상기 입력 신호의 특징에 따라서 게인 값을 지정하여 상기 고조파를 증폭시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 생성 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 고조파 생성 모듈(220)은 짝수 고조파 생성 모듈(221), 홀수 고조파 생성 모듈(223), 제1 증폭 모듈(225), 제2 증폭 모듈(227) 및 가산 모듈(229)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 고조파 생성 모듈(220)은 고조파를 생성할 수 있는 비선형 장치(또는, 기능)로 구현될 수 있다.
짝수 고조파 생성 모듈(221)은 입력 신호를 수신하여 상기 입력 신호의 짝수 고조파(even harmonics)(또는, 제1 고조파) 성분을 생성할 수 있다. 예를 들어, 짝수 고조파 생성 모듈(221)은 아래와 같은 수학식을 이용하여 상기 짝수 고조파를 생성할 수 있다.
여기서, x_even은 상기 짝수 고조파, x_bpf는 BPF 모듈(210)을 통과한 입력 신호를 나타낼 수 있다. 상기 짝수 고조파는 상기 BPF 모듈(210)을 통과한 입력 신호의 절대 값에 의해서 산출할 수 있다.
홀수 고조파 생성 모듈(223)은 입력 신호를 수신하여 상기 입력 신호의 홀수 고조파(odd harmonics)(또는, 제2 고조파) 성분을 생성할 수 있다. 예를 들어, 홀수 고조파 생성 모듈(223)은 아래와 같은 수학식을 이용하여 상기 짝수 고조파를 생성할 수 있다.
여기서, x_odd는 상기 홀수 고조파, x는 상기 입력 신호, x_even은 상기 짝수 고조파, x_bpf는 BPF 모듈(210)을 통과한 입력 신호를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 홀수 고조파는 상기 입력 신호의 세제곱에 의해서 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 홀수 고조파는 상기 짝수 고조파에 BPF 모듈(210)을 통과한 입력신호를 곱하여 산출할 수 있다. 상기 입력 신호의 제곱은 BPF 모듈(210)을 통과한 입력 신호의 절대 값과 유사하므로, 상기 짝수 고조파에 BPF 모듈(210)을 통과한 입력 신호를 곱하면 상기 입력 신호의 세제곱과 유사한 값을 산출할 수 있다. 상기 홀수 고조파를 구할 때 상기 짝수 고조파를 이용하는 경우, 상기 입력 신호를 이용하는 경우보다 곱셈 연산의 횟수가 적기 때문에 신속하게 홀수 고조파를 생성할 수 있다. 이에 따라, 홀수 고조파 생성 모듈(223)은 짝수 고조파 생성 모듈(225)로부터 상기 짝수 고조파를 수신하고, 상기 수신된 짝수 고조파를 참조하여 홀수 고조파를 생성할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 생성 모듈에서 처리된 신호를 나타낸 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 고조파 생성 모듈(220)에 수신된 입력 신호(610)는 짝수 고조파 생성 모듈(221) 및 홀수 고조파 생성 모듈(223)을 통하여 짝수 고조파(620) 및 상기 홀수 고조파(630)를 각각 생성할 수 있다.
도 5의 제1 증폭 모듈(225)은 짝수 고조파 생성 모듈(221)로부터 상기 짝수 고조파를 수신하고, 상기 짝수 고조파를 제1 게인 값(Ge)으로 증폭시킬 수 있다. 제2 증폭 모듈(227)은 홀수 고조파 생성 모듈(223)로부터 상기 홀수 고조파를 수신하고, 상기 홀수 고조파를 제2 게인 값(Go)으로 증폭시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 증폭 모듈(225) 및 제2 증폭 모듈(227)은 서로 다른 게인 값(Ge, Go)으로 짝수 고조파 및 홀수 고조파를 각각 증폭시킬 수 있다. 상기 짝수 고조파 및 상기 홀수 고조파의 특성은 서로 상이하므로, 오디오 신호에 따라 오디오 신호를 구성하는 상기 짝수 고조파 및 상기 홀수 고조파의 비율이 다를 수 있다. 이에 따라, 고조파 생성 모듈(220)은 서로 다른 제1 게인 값(Ge) 및 제2 게인 값(Go)으로 상기 짝수 고조파 및 상기 홀수 고조파를 증폭시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 고조파 생성 모듈(220)은 입력신호의 특징에 따라서 제1 게인 값(Ge) 및 제2 게인 값(Go)을 변경할 수 있다. 상기 제1 게인 값(Ge) 및 제2 게인 값(Go)은, 예를 들어, 아래와 같은 수학식에 따라서 변경될 수 있다.
여기서, α는 입력 신호의 특성에 따른 고유의 값으로, 예를 들어, (여기서 n = 한 프레임 내의 샘플 개수, x = 샘플 값 ) 일 수 있다.
가산기(229)는 상기 증폭된 짝수 고조파 및 상기 증폭된 홀수 고조파를 가산할 수 있다. 가산기(229)는 상기 입력된 오디오 특성에 따라 증폭된 상기 짝수 고조파 및 상기 홀수 고조파를 가산하여, 컷오프 주파수(Fc) 이상의 고조파를 생성할 수 있다.
HPF 모듈(230)은 고조파 생성 모듈(220)에 의해서 생성된 고조파의 지정된 주파수 대역을 통과시킬 수 있다. HPF 모듈(230)은 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 컷오프 주파수(Fc)를 수신하고, 상기 컷오프 주파수(Fc)에 기초하여 통과 대역을 설정할 수 있다. HPF 모듈(230)은 상기 고조파의 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수 대역을 상기 통과 대역보다 낮은 주파수 대역으로 설정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, HPF 모듈(230)은 컷오프 주파수(Fc)와 지정된 주파수 사이의 주파수 대역의 입력 신호를 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 지정된 주파수는 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2)일 수 있다.
스펙트럼 셰이퍼(240)는 입력 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 기초로 HPF 모듈(230)을 통과한 고조파의 레벨을 조정할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각의 게인 값(Gi) 및 제2 복수의 주파수 대역(330)의 기준 주파수(Fi´)를 수신하여. HPF 모듈(230)을 통과한 상기 고조파를 처리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 쉘빙 필터(shelving filter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각에 대응되는 복수의 쉘빙 필터를 포함할 수 있다. 상기 쉘빙 필터는 신호의 레벨을 증감시킬 수 있는 필터일 수 있다. 상기 복수의 쉘빙 필터는 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각에 대응되는 고조파의 레벨을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제2 기준 주파수(Fi´)를 이용하여 제2 복수의 주파수 대역(330)을 확인할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(240)은 HPF 모듈(230)을 통과한 고조파의 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 상기 확인된 제2 복수의 주파수 대역(330)으로 분리할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제2 기준 주파수(Fi´)를 상기 복수의 쉘빙 필터 각각의 컷오프 주파수로 하여, 상기 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각에 대응되는 고조파를 처리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 주파수 도메인 처리 모듈(100)에서 산출된 게인 값(Gi)을 상기 복수의 쉘빙 필터 각각의 게인 값으로 하여, 상기 고조파의 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각의 레벨을 조정할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제2 기준 주파수(Fi´)(또는, 제2 복수의 주파수 대역(330))에 대응되는 게인 값(Gi)을 상기 복수의 쉘빙 필터의 게인 값으로 할 수 있다. 제2 기준 주파수(Fi´)에 대응되는 게인 값(Gi)은 제2 복수의 주파수 대역(330)의 제2 기준 주파수(Fi´)에 대응되는 제1 기준 주파수(Fi)를 중심으로 이웃하는 평균 레벨 값의 차이로 계산된 게인 값일 수 있다.
이에 따라, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제2 복수의 주파수 대역(330)의 기준 주파수(Fi´) 및 게인 값(Gi)을 이용하여 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각에 대응되는 고조파의 레벨 값을 조정할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스펙트럼 셰이퍼에서 처리된 신호를 나타낸 그래프이다.
도 6b를 참조하면, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제2 복수의 주파수 대역(330)의 기준 주파수(Fi´)에 대응되는 게인 값(Gi)을 상기 복수의 쉘빙 필터의 게인 값으로 하여, 제2 복수의 주파수 대역(330) 각각에 대응되는 고조파 레벨의 높낮이를 조정할 수 있다. 상기 복수의 쉘빙 필터는 각각의 제2 복수의 주파수 대역(330)과 대응되는 제1 쉘빙 필터(SF1), 제2 쉘빙 필터(SF2), 제3 쉘빙 필터(SF3) 및 제4 쉘빙 필터(SF4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5 주파수(F5)가 제1 쉘빙 필터(SF1)의 컷오프 주파수일 때, 제1 쉘빙 필터(SF1)의 게인 값은 제1 주파수(F1)를 중심으로 한 신호의 평균 레벨 값의 차이 값인 게인 값(G1)일 수 있다. 다른 예를 들어, 제6 주파수(F6)가 제2 쉘빙 필터(SF2)의 컷오프 주파수일 때, 제2 쉘빙 필터(SF2)의 게인 값은 제2 주파수(F2)를 중심으로 한 신호의 평균 레벨 값의 차이 값인 게인 값(G2)일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제7 주파수(F7)가 제3 쉘빙 필터(SF3)의 컷오프 주파수일 때, 제3 쉘빙 필터(SF3)의 게인 값은 제3 주파수(F3)를 중심으로 한 신호의 평균 레벨 값의 차이 값인 게인 값(G3)일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제8 주파수(F8)가 제4 쉘빙 필터(SF4)의 컷오프 주파수일 때, 제4 쉘빙 필터(SF4)의 게인 값은 제4 주파수(F4)를 중심으로 한 신호의 평균 레벨 값의 차이 값인 게인 값(G4)일 수 있다.
이에 따라, 스펙트럼 셰이퍼(240)는 제1 쉘빙 필터(SF1), 제2 쉘빙 필터(SF2), 제3 쉘빙 필터(SF3) 및 제4 쉘빙 필터(SF4)를 통하여 HPF 모듈(230)을 통과한 고조파(640)를 필터링(filtering)하여 복원 신호의 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호(650)를 생성할 수 있다.
도 4의 지연 모듈(250)은 가산 모듈(260)에 입력되는 입력 신호를 지연시킬 수 있다. 지연 모듈(250)은 주파수 도메인 처리 모듈(100) 및 타임 도메인 처리 모듈(200)에서 상기 입력 신호를 처리하여 복원 신호의 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호(650)를 생성하는 시간만큼 상기 입력 신호를 지연시킬 수 있다.
가산 모듈(260)은 스펙트럼 셰이퍼(240)를 통과한 고조파로 이루어진 신호 및 지연 모듈(250)을 통과한 입력 신호를 가산할 수 있다. 이에 따라, 가산 모듈(260)은 상기 입력 신호의 복원 신호를 생성할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치에 의한 복원 신호를 나타낸 블록도이다.
도 6c를 참조하면, 가산 모듈(260)은 스펙트럼 셰이퍼(240)를 통과한 고조파로 이루어진 신호(660) 및 상기 입력 신호를 가산하여 복원 신호(670)을 생성할 수 있다.
도 1 내지 도 6c을 참조하여 설명한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 신호 처리 장치(1000)는 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 복원하는 경우, 컷오프 주파수(Fc) 및 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 복원하기 위한 주파수 대역 정보를 주파수 도메인 처리 모듈(100)에서 생성하고, 컷오프 주파수(Fc) 및 주파수 대역 정보를 이용하여 타임 도메인 처리 모듈(200)에서 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역을 복원함으로써, 어느 한 도메인에서 나머지 도메인의 처리 과정을 함께 수행할 때 발생할 수 있는 복잡함을 줄이고 신속하게 입력 신호를 복원할 수 있다.
타임 도메인 처리 모듈(200)은 입력 신호의 짝수 고조파 및 홀수 고조파를 분리하여 생성하고, 입력 신호의 특성에 따라서 짝수 고조파 및 홀수 고조파를 각각 증폭시킬 수 있다. 또한, 타임 도메인 처리 모듈(200)은 주파수 대역 정보에 기초하여 스펙트럼 셰이퍼(240)의 게인 값을 설정하고, 스펙트럼 셰이퍼(240)로 생성된 고조파를 처리함으로써 신호에 대한 왜곡 없이 압축 전의 오디오 데이터와 유사하게 입력 신호를 복원할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 주파수 도메인 처리 모듈 및 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 신호 처리 장치(1000)의 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 타임 도메인 처리 모듈(200)로 컷오프 주파수(Fc), 게인 값(Gi), 제1 기준 주파수(Fi) 및 제2 기준 주파수(Fi´)를 송신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 타임 도메인 처리 모듈(700)은 BPF 모듈(710), 스펙트럼 셰이퍼(720), 고조파 생성 모듈(730), HPF 모듈(740), 지연 모듈(750) 및 가산 모듈(760)을 포함할 수 있다. 타임 도메인 처리 모듈(700)은 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 컷오프 주파수(Fc), 제1 복수의 주파수 대역(320)의 기준 주파수(Fi) 및 셸빙 필터의 게인 값(Gi)을 수신할 수 있다. 예를 들어, 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 제2 복수의 주파수 대역(320)의 기준 주파수(Fi´)의 송신 및 기준 주파수(Fi´)를 생성하기 위한 동작을 수행하지 않을 수 있다.
BPF 모듈(710)은 타임 도메인 처리 모듈(200)의 BPF 모듈(210)과 유사할 수 있다. BPF 모듈(710)은 입력 신호의 지정된 주파수 대역을 통과시킬 수 있다. 상기 지정된 주파수 대역은 컷오프 주파수(Fc)의 1/2에 해당하는 주파수(Fc)와 컷오프 주파수(Fc) 사이의 주파수 대역일 수 있다.
스펙트럼 셰이퍼(720)는 입력 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 기초로 BPF 모듈(710)을 통과한 입력 신호의 레벨을 조정할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 셰이퍼(720)는 BPF 모듈(710)로부터 주파수 도메인 처리 모듈(100)로부터 제1 복수의 주파수 대역(320)에 대한 정보 및 제1 복수의 주파수 대역(320)의 기준 주파수(Fi)를 수신하여, BPF 모듈(710)을 통과한 상기 입력 신호를 처리할 수 있다. 주파수 도메인 처리 모듈(100)의 주파수 대역 결정 모듈(140)은, 예를 들어, 제1 복수의 주파수 대역(320)을 결정하고, 게인 산출 모듈(150)은 분리된 제1 복수의 주파수 대역(320)에 대한 정보에 기초하여 상기 입력 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스펙트럼 셰이퍼(720)는 쉘빙 필터를 포함할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(720)는 제1 복수의 주파수 대역(320) 각각에 대응되는 복수의 쉘빙 필터를 포함할 수 있다. 상기 복수의 쉘빙 필터는 제1 복수의 주파수 대역(320) 각각에 대응되는 고조파의 레벨 값을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스펙트럼 셰이퍼(720)는 제1 기준 주파수(Fi)를 이용하여 제1 복수의 주파수 대역(320)을 확인할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(720)은 BPF 모듈(710)을 통과한 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수 대역을 상기 확인된 제1 복수의 주파수 대역(320)으로 분리할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(720)는 제1 기준 주파수(Fi)를 상기 복수의 쉘빙 필터 각각의 컷오프 주파수로 하여, 상기 제1 복수의 주파수 대역(320)의 입력 신호를 처리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스펙트럼 셰이퍼(720)는 주파수 도메인 처리 모듈(100)에서 산출된 게인 값(Gi)을 상기 복수의 쉘빙 필터 각각의 게인 값으로 하여, 상기 입력 신호의 제1 복수의 주파수 대역(320) 각각의 레벨을 조정할 수 있다. 스펙트럼 셰이퍼(720)는 제1 기준 주파수(Fi)(또는, 제1 복수의 주파수 대역(310))에 대응되는 게인 값(Gi)을 상기 복수의 쉘빙 필터의 게인 값으로 할 수 있다. 제1 기준 주파수(Fi)에 대응되는 게인 값(Gi)은 제1 복수의 주파수 대역(310)의 제1 기준 주파수(Fi)를 중심으로 이웃하는 평균 레벨 값의 차이로 계산된 게인 값일 수 있다.
이에 따라, 스펙트럼 셰이퍼(720)은 제1 복수의 주파수 대역(320)의 기준 주파수(Fi) 및 게인 값(Gi)을 이용하여 제1 복수의 주파수 대역(320)의 입력 신호의 레벨을 조정할 수 있다.
고조파 생성 모듈(730)은 타임 도메인 처리 모듈(200)의 고조파 생성 모듈(220)과 유사할 수 있다. 고주파 생성 모듈(730)은 스펙트럼 셰이퍼(720)을 통과한 입력 신호의 고조파를 생성할 수 있다. 예를 들어, 고주파 생성 모듈(730)은 입력 신호의 짝수 고조파 및 홀수 고조파를 분리하여 생성할 수 있다. 이에 따라, 고조파 생성 모듈(730)은 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 고조파 생성 모듈(730)은 상기 생성된 고조파를 상기 입력 신호의 특징에 따라서 지정된 게인 값으로 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 고조파 생성 모듈(730)은 상기 짝수 고조파 및 상기 홀수 고조파를 상기 입력 신호의 특징에 따라서 서로 다른 게인 값으로 증폭시킬 수 있다.
HPF 모듈(740)은 타임 도메인 처리 모듈(200)의 HPF 모듈(230)과 유사할 수 있다. HPF 모듈(740)은 고조파 생성 모듈(730)에 의해서 생성된 고조파의 지정된 주파수 대역을 통과시킬 수 있다. 상기 지정된 주파수 대역은 컷오프 주파수(Fc) 및 샘플링 주파수(Fs)의 1/2에 해당하는 주파수(Fs/2) 사이의 주파수 대역일 수 있다.
지연 모듈(750)은 타임 도메인 처리 모듈(200)의 지연 모듈(250)과 유사할 수 있다. 지연 모듈(750)은 가산 모듈(760)에 입력되는 입력 신호를 복원 신호의 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호(650)를 생성하는 시간만큼 지연시킬 수 있다.
가산 모듈(760)은 타임 도메인 처리 모듈(200)의 가산 모듈(260)과 유사할 수 있다. 가산 모듈(760)은 HPF 모듈(740)을 통과한 고조파로 이루어진 신호 및 지연 모듈(750)을 통과한 입력 신호를 가산할 수 있다. 이에 따라 가산 모듈(760)은 상기 입력 신호의 복원 신호를 생성할 수 있다.
도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 신호 처리 장치(1000)는 입력 신호를 스펙트럼 셰이퍼(720)로 먼저 처리하고 고조파 생성 모듈(730)로 처리된 입력 신호를 이용하여 고조파를 생성함으로써 주파수 도메인 처리 모듈(100)에서 컷오프 주파수(Fc)보다 높은 주파수 대역에 대한 정보를 생성하지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 주파수 도메인 처리 모듈 및 타임 도메인 처리 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 신호 처리 장치의 주파수(1000)의 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 타임 도메인 처리 모듈(700)로 컷오프 주파수(Fc), 게인 값(Gi) 및 기준 주파수(Fi)를 송신할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10에 도시된 흐름도는 상술한 신호 처리 장치(1000)에서 처리되는 동작들로 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도1 내지 도6c를 참조하여 신호 처리 장치(1000)에 관하여 기술된 내용은 도8에 도시된 흐름도에도 적용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 810 동작에서, 신호 처리 장치(1000)는 주파수 도메인에서 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc) 및 고주파 복원 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치(1000)의 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 상기 입력 신호의 포락선을 생성하고 상기 포락선의 피크와 밸리 간의 레벨의 차이가 가장 큰 주파수 대역을 확인하고, 상기 주파수 대역에 포함된 주파수를 컷오프 주파수(Fc)로 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치(1000)의 주파수 도메인 처리 모듈(100)은 상기 컷오프 주파수(Fc)에 기초하여 상기 컷오프 주파수(Fc) 상하의 주파수 대역을 분리할 수 있는 기준 주파수(Fi, Fi´) 및 타임 도메인 처리 모듈(200, 700)의 셸빙 필터의 게인 값(Gi)을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 820 동작에서, 신호 처리 장치(1000)는 타임 도메인에서 상기 입력 신호 중 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 상기 컷오프 주파수(Fc) 이상의 신호를 생성할 수 있다.예를 들어, 신호 처리 장치(1000)의 타임 도메인 처리 모듈(200)은 상기 입력 신호의 컷오프 주파수(Fc)보다 낮은 주파수의 신호를 이용하여 상기 입력 신호의 고조파를 생성할 수 있다. 신호 처리 장치(1000)의 타임 도메인 처리 모듈(200)은 상기 생성된 고조파를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 830 동작에서, 신호 처리 장치(1000)는 타임 도메인에서 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 생성된 신호의 레벨을 조정하여 고주파 복원 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 840 동작에서, 신호 처리 장치(1000)의 타임 도메인에서 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성할 수 있다.. 예를 들어, 신호 처리 장치(1000)의 타임 도메인 처리 모듈(200)은 상기 입력 신호를 지연시키고, 상기 지연된 입력 신호와 상기 고주파 복원 신호를 합성할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. "모듈"은, 예를 들면, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면, "모듈"은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리이 될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM, DVD(Digital Versatile Disc), 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM, RAM, 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
그리고 본 문서에 개시된 실시 예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 문서의 범위는, 본 발명의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시 예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 신호 처리 프로세서에 있어서,
    입력 신호의 컷오프 주파수 및 고주파 복원신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성하는 주파수 도메인 처리 모듈;
    상기 주파수 도메인 처리 모듈로부터 상기 컷오프 주파수 및 상기 레벨 정보를 수신하고, 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하고, 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 생성된 신호의 레벨을 조정하여 고주파 복원 신호를 생성하고, 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성하는 타임 도메인 처리 모듈;
    상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 짝수차 고조파(harmonics at even multiples)를 생성하는 짝수 고조파 생성 모듈; 및
    상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 홀수차 고조파(harmonics at odd multiples)를 생성하는 홀수 고조파 생성 모듈을 포함하고,
    상기 타임 도메인 처리 모듈은, 상기 짝수차 고조파 및 상기 홀수차 고조파를 서로 다른 게인 값으로 증폭시키고, 상기 증폭된 짝수차 고조파 및 상기 증폭된 홀수차 고조파를 이용하여, 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 신호 처리 프로세서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 신호는 상기 입력 신호 포맷에 대한 부가 정보를 포함하고,
    상기 주파수 도메인 처리 모듈은,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수 대역 내에서 상기 컷오프 주파수를 생성하는 신호 처리 프로세서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 주파수 도메인 처리 모듈은,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수보다 낮은 제1 주파수와, 상기 입력 신호의 샘플링 주파수의 1/2에 해당하는 제2 주파수 사이의 대역 내에서 상기 컷오프 주파수를 생성하는 신호 처리 프로세서.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 주파수 도메인 처리 모듈은,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수 대역의 입력 신호 중 피크(peak) 와 밸리(valley)간 레벨 차이가 가장 큰 주파수 대역에 포함된 주파수 중 하나의 주파수를 상기 컷오프 주파수로 생성하는 신호 처리 프로세서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 타임 도메인 처리 모듈은,
    상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수의 1/2에 해당하는 주파수와 상기 컷오프 주파수 사이의 신호를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 신호 처리 프로세서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 주파수 도메인 처리 모듈은,
    상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 대역을 제1 복수의 주파수 대역으로 분리하고,
    상기 입력 신호의 상기 제1 복수의 주파수 대역 각각의 레벨 값을 이용하여 상기 고주파 복원 신호의 레벨 정보를 생성하는 신호 처리 프로세서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 주파수 도메인 처리 모듈은,
    상기 컷오프 주파수의 1/2에 해당되는 주파수와 상기 컷오프 주파수 사이의 주파수 대역을 상기 제1 복수의 주파수 대역으로 분리하고,
    상기 컷오프 주파수와 상기 입력 신호의 샘플링 주파수의 1/2 대역을 상기 제1 복수의 주파수 대역과 동일 개수로 분리한 대역 각각에 해당되는 고주파 복원 신호의 레벨 정보를 생성하는 신호 처리 프로세서.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 고주파 복원 신호의 레벨 정보는,
    상기 입력 신호의 제1 복수의 주파수 대역 각각과 이웃하는 주파수 대역의 평균 레벨 값의 차이에 따른 게인 값을 포함하는 신호 처리 프로세서.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 타임 도메인 처리 모듈은,
    상기 주파수 도메인 처리 모듈로부터 상기 컷오프 주파수 및 상기 레벨 정보를 수신하고, 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부의 레벨을 조정하고, 상기 레벨이 조정된 신호를 이용하여 고주파 복원 신호를 생성하고, 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성하는 신호 처리 프로세서.
  12. 신호 처리 프로세서의 제어 방법에 있어서,
    주파수 도메인에서 입력 신호의 컷오프 주파수 및 고주파 복원 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성하는 동작;
    타임 도메인에서 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 동작;
    타임 도메인에서 상기 레벨 정보를 이용하여 상기 생성된 신호의 레벨을 조정하여 고주파 복원 신호를 생성하는 동작; 및
    타임 도메인에서 상기 고주파 복원 신호와 상기 입력 신호를 합성하는 동작;을 포함하고,
    상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 동작은, 상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수의 신호의 일부를 이용하여 짝수차 고조파 및 홀수차 고조파를 생성하는 동작;
    상기 짝수차 고조파 및 상기 홀수차 고조파를 서로 다른 게인 값으로 증폭시키는 동작; 및
    상기 증폭된 짝수차 고조파 및 상기 증폭된 홀수차 고조파를 이용하여, 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12 항에 있어서,
    상기 컷오프 주파수를 생성하는 동작은,
    상기 입력 신호에 포함된 상기 입력 신호의 포맷에 대한 부가 정보에 대응되는 주파수 대역 내에서 상기 컷오프 주파수를 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13 항에 있어서,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수 대역 내에서 상기 컷오프 주파수를 생성하는 동작은,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수보다 낮은 제1 주파수와, 상기 입력 신호의 샘플링 주파수의 1/2에 해당하는 제2 주파수 사이의 대역 내에서 상기 컷오프 주파수를 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13 항에 있어서,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수 대역 내에서 상기 컷오프 주파수를 생성하는 동작은,
    상기 부가 정보에 대응되는 주파수 대역의 입력 신호 중 피크(peak) 와 밸리(valley)간 레벨 차이가 가장 큰 주파수 대역에 포함된 주파수 중 하나의 주파수를 상기 컷오프 주파수로 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12 항에 있어서,
    상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 동작은,
    상기 입력 신호 중 상기 컷오프 주파수의 1/2에 해당하는 주파수와 상기 컷오프 주파수 사이의 신호를 이용하여 상기 컷오프 주파수 이상의 신호를 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12 항에 있어서,
    고주파 복원 신호의 레벨을 조정하기 위한 레벨 정보를 생성하는 동작은,
    상기 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 대역을 제1 복수의 주파수 대역으로 분리하는 동작; 및
    상기 입력 신호의 상기 제1 복수의 주파수 대역 각각의 레벨 값을 이용하여 상기 고주파 복원 신호의 레벨 정보를 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제19 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 주파수 대역으로 분리하는 동작은,
    상기 컷오프 주파수의 1/2에 해당되는 주파수와 상기 컷오프 주파수 사이의 주파수 대역을 상기 제1 복수의 주파수 대역으로 분리하는 동작;을 포함하고,
    상기 고주파 복원 신호의 레벨 정보를 생성하는 동작은,
    상기 컷오프 주파수와 상기 입력 신호의 샘플링 주파수의 1/2 대역을 상기 제1 복수의 주파수 대역과 동일 개수로 분리한 대역 각각에 해당되는 고주파 복원 신호의 레벨 정보를 생성하는 동작;을 포함하는 방법.
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