본 논문에서는 방송용 오디오 기기가 갖는 다채널의 특성과 각 채널에 대한 다양한 신호처리 기능의 특성을 고려하여 다채널 디지털 오디오 신호 처리기의 구조를 제안하고 범용 DSP를 이용하여 실시간 병렬 처리 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 32비트 부동수소점 DSP를 이용하였으며 스테레오 채널의 48KHz 표본화 주파수를 지원하고 20비트 해상도를 갖는 시스템이다. 다채널 디지털 오디오 신호 처리 시스템의 구조는 디지털 신호 처리 과정을 수행하는 디지털 오디오 데이터 처리 부분과 시스템을 제어하기 위한 제어 정보 처리 부분으로 제안하였다. 이러한 구조에 적합한 실시간 시스템을 구현하기 위해 전체 시스템은 4부분의 모듈로 구성된다.
디지탈 오디오 방송(DAB)과 디지털 텔레비전(DTV), 고선명 텔레비전(HDTV) 방송의 실용화가 다가오면서 대용량의 디지털 오디오 신호를 주관적인 왜곡없이 압축, 복원할 수 있는 고음질 오디오 부호화 방식이 방송음향 기술전반에 응용되고 있다[1][2]. 또한 방송 채널에 있어서도 기존의 스테레오에서 다채널 오디오 시스템으로 진전하면서 가상 현실, 입체음향 등에 필수적인 음장재생 기술이 적용되고 있다[3][4]. 위와 같은 기술은 디지털 오디오 신호처리 기술의 발전이 가져온 결과로 미래의 방송기술을 변화시키고 있다. 본 고에서는 디지털 방송 시스템에 있어서 디지털 신호처리 기술의 응용 분야를 살펴보고 새로운 기술을 소개하기로 한다.
디지털 미디어 기술의 발전은 코딩 분야를 비롯하여 다양하게 발전하고 있다. 특히 오디오 신호 처리 분야에서는 디지털 오디오 신호의 생성, 압축, 복원의 단계가 다양한 형태로 개발되고 있다. 오디오 신호 처리에서 인간의 청각 기관을 모델링한 심리음향 기법은 이용하여 압축뿐만 아니라 잡음 신호의 개선에서도 효과적으로 이용되고 있다. 이러한 심리음향모델을 기반으로 하여 구성된 적응지각필터는 지각필터를 이용하여 적응적으로 잡음에 열화된 신호를 개선한다. 이때, 적응지각필터 반복 수행 계수의 효과적인 결절은 오디오 신호의 청각적 손실을 줄이는 동시에 정확한 잡음 제거를 수행한다. 성능을 확인하기 위해서 SNR 및 NMR 비교를 수행하였다.
최근의 고성능 카 오디오는 고음질과 다양한 음원입력 신호를 처리하기 위해 전용의 신호처리 칩을 사용하는 추세이다. 본 논문에서는 이러한 카 오디오 전용 DSP인 필립스의 SAF7730을 사용한 고성능 카 오디오 설계시에 유용하게 사용할 수 있는 개발 도구를 제작하였다. 이 개발 도구는 윈도우 운영 체제에서 동작하는 설정 GUI프로그램과 통신 인터페이스 보드로 구성되어 있다. 설정 GUI프로그램은 사용자가 SAF7730에 내장된 신호처리 기능의 설정을 손쉽게 할 수 있도록 구성되어 있으며, 통신 인터페이스 보드는 설정 프로그램과 SAF7730간의 통신 프로토콜 및 데이터 포맷의 변환을 처리하도록 제작하였다. 본 논문에서 개발한 시스템은 실제 상품화된 카 오디오 설계에 적용되어 그 유용성을 입증하였다.
본 논문에서는 다채널 오디오 시스템의 스피커들을 직렬로 연결하기 위한 새로운 오디오 신호 전송 기법을 제시한다. 다채널 오디오 본체로부터의 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환되고 신호 처리 과정을 거쳐서 직렬로 연결된 각 스피커에 전달된다. 여기서 신호 처리 과정은 오디오 신호의 특성을 고려한 데이터 압축과 전송을 위한 패킷 생성을 포함한다. 각 스피커는 전달된 패킷으로부터 해당하는 디지털 신호만을 검출하여 아날로그 신호로 다시 변환하여 음향을 재생한다. 제시된 모든 기능은 VHDL을 사용하여 모델링되었으며 FPGA 칩으로 구현하였고 실제 다채널 오디오 시스템에서 테스트하였다.
현재 DSP는 음성 및 오디오 신호처리 시스템, 디지털 통신 시스템, 제어 시스템, 영상처리 시스템 등 많은 영역에 걸쳐 성공적으로 사용되고 있다. 몇가지 대표적인 활용분야를 살펴보면, 음성신호 압축 분야 [1-4], MPEG (moving picture expert group)과 같은 오디오신호 압축분야[5,6], 그리고 디지털 통신 시스템에서의 적응 반향제거기, 적응 동화기, 채널간섭 제거, 변복조기, 채널 코딩, 암호화기[7-14] 등에서도 DSP가 사용되고 있다. 그리고 수중 음향 신호처리[15], 디지털 필터 디자인, 전력 스펙트럼 추정, 수중 음향 신호처리 같은 디지털 신호처리 분야[16-23]와 적응 신호처리[24-26], 이외에도 능동 소음 제어기 및 적응 제어기와 같은 제어 시스템 [27]에도 유용하게 이용되고 있다. 또한 영상 압축, 디지털 방송, 의료기기 등과 같은 영상처리 분야[28-32] 및 그 밖의 많은 분야에서 DSP의 활용은 점점 커져가고 있는 추세이다.
고품질, 고기능 오디오에 대한 대중적인 수요가 증대되고 있는데, 이는 첫째로 레코딩 기술의 발달, 둘째로 저장매체와 발달과 코딩기술의 발달에 의한 오디오 저장 데이터 량의 증가, 또한 디지털 출력회로에 의해 가능해진 저렴한 고음질 오디오 출력장치에 그 원인이 있다고 할 수 있다. 더구나, 발달된 디지털 신호처리 기술로 각종 필터의 구현, 음장제어, 3차원 사운드 효과 등이 가능해져서 시장에서의 수요를 견인하는 새로운 오디오 장치의 개발이 필요한 상황이다. 이러한 요구에 부응하여 디지털 음원들을 입력받아 임의의 필터링을 실행하고, 출력 유닛의 공간적, 음향적 특성을 상위제어기로부터 입력받아 전 신호경로 상에 디지털 신호처리 하여 출력신호를 생성하는 장치가 요구된다. 이는 단순히 청취만 가능했던 기존의 수동적이고 일방적인 오디오 서비스와 달리 청취자가 자신의 취향에 따라 음악을 들을 수 있는 능동적인 오디오 서비스가 가능해졌다.
디지털 워터마킹은 오디오, 이미지, 영상과 같은 고품질 디지털 멀티미디어 컨텐츠의 불법적인 복제와 유통을 막고 저작권을 보호하기 위한 최후의 방어 수단으로 인식되고 있는 신호처리 기술이다. 오디오 신호에 삽입되는 워터마크 신호는 들리지 않아야 하는 특성과 함께, 압축이나 필터링과 같은 신호처리 과정 후에도 추출이 가능한 강인성을 지녀야 한다 본 연구에서는 현재 제안되고 있는 여러가지 오디오 워터마킹 방법 중에서 대역확산을 기반으로 한 PN 시퀸스 오디오 워터마킹 시스템에 대해서 다루었다. 삽입된 워터마크 신호가 들리지 않도록 하기 위해 인간의 청각 시스템에 기반한 심리음향모델을 적용하였으며, 효율적인 검출과 청각상의 특성을 고려한 여러 가지 실험을 수행하였다. 워터마크 정보의 검출에 있어서는 원 신호가 필요하지 않은Blind Detection 방법을 제안하여 효율적인 워터마킹 시스템을 구현할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 디지털 오디오 방송 시스템의 소스 부호화기로 사용하기 위한 AAC (MPEG-2 Advanced Audio Coding) 코덱 시스템의 개발에 관하여 기술한다. 인코더 및 디코더는 ETRI에서 제안한 디지털 오디오 방송 시스템에 접속하기 위해 MPEG-2 (moving Picture Exports Group Phase 2) 시스템의 TS(Transport Stream) 형식으로 입출력한다. 내부 오디오 신호처리를 위한 DSP (Digital Signal Processor)는 TI(Texas Instruments) 사의 TMS320C6701 (Floating point 166 MHz)을 사용하였으며, 인코더 에서는 DSP를 4개까지, 디코더에서는 3개까지 사용하여 구성할 수 있도록 설계하였다. DSP에서는 시스템 제어. 오디오 신호 입 력. 오디오 신호 처리, TS 신호 발생, 비트스트림 출력 등의 처리를 수행하며, 각 DSP는 직렬 및 병렬 접속에 의해 데이터를 전 달한다 현재 본 시스템을 사용하여 2채널의 AAC 코덱을 구현하였으며, 이후 본 시스템을 이용하여 멀티채널 AAC 코덱, MPEG-4 오디오 코덱을 구현할 예정이며. DAB 및 디지털 방송 분야에 활용될 것이다.
본 논문은 기존의 오디오 워터마킹 추출과정을 수정함으로써 원 신호의 영향을 크게 줄이고 추출과정에서 효율성을 높이는 방법을 제안한다. 즉, 추출과정에서 전 처리 과정으로 원 신호와 유사한 신호를 제거하기 위해 간단한 저주파 필터의 사용과, 워터마크의 반복삽입을 통해 추출의 효율성을 향상시킨다. 몇가지 실제 오디오 데이터를 이용하여 실험한 결과, 약 79%의 워터마크 검출율 개선을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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