KR20170084054A - 저 레이턴시를 가지는 음향 프로세서 - Google Patents

저 레이턴시를 가지는 음향 프로세서 Download PDF

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수동 자오
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Abstract

저 레이턴시를 가지는 오디오 시스템은 디지털 오디오 프로세서와 그 프로세서에 결합되는 센서 입력부를 포함한다. 센서 입력부는 마이크로폰 입력부일 수 있다. 오디오 프로세서는 센서 입력부와 동일한 주파수에서 작동하고, 이것은 전형적으로 오디오 프로세서에 제공되는 오디오 신호보다 훨씬 높다. 일부 측면에서, 오디오 프로세서는 노이즈 제거 프로세서로서 작동되고 오디오 입력부를 포함하지는 않는다.

Description

저 레이턴시를 가지는 음향 프로세서{AOUSTIC PROCESSOR HAVING LOW LATENCY}
본원은 음향 처리 더욱 자세하게는, 실시간 또는 실시간에 가깝게 동작할 수 있는 재구성 음향 프로세서에 관한 것이다.
일반적으로, 청취 환경에 거의 존재하는 노이즈은 항상 헤드폰을 통해 오디오를 청취하는 경험과 타협한다. 예를 들어, 항공기 캐빈에서, 항공기로부터의 노이즈이 원치 않는 음파, 예컨대 노이즈를 발생시키며, 이 노이즈는 오디오 프로그램에 더하여, 청취자의 귀에 전달된다. 다른 실시예는 오피스나 하우스의 컴퓨터 및 공기 조화 노이즈, 대중 교통이나 전용 교통에서의 운송 수단 및 승객 노이즈, 또는 다른 노이즈 환경을 포함한다.
청취자에 의해 수신되는 소음의 양을 감소하는 노력에서, 소음 감소의 두 가지 주요 스타일이 개선되어 왔으며, 그것은 수동 노이즈 감소 및 능동 노이즈 제거이다. 수동 노이즈 감소는 물리적 장벽을 둠으로써 발생되는 노이즈의 감소를 지칭하며, 일반적으로 귀구멍(ear cavity)과 소음 외부 환경 사이의 헤드폰 또는 귀마개이다. 감소된 노이즈의 양은 장벽의 품질에 의존한다. 일반적으로, 더 큰 매쓰(mass)의 노이즈-감소 헤드폰은 더 높은 수동 노이즈 감소를 제공한다. 그러나, 크고, 무거운 헤드폰은 연장된 기간 동안 쓰는데 편안하지 않을 수 있다. 주어진 헤드폰에 대하여, 수동 노이즈 감소가 더 큰 주파수 노이즈를 감소하는데 더 양호하게 작용하며, 반면에 수동 노이즈 감소 시스템을 통해 저 주파수가 여전히 통과한다.
능동 노이즈 제거(active noise cancellation, ANC)라고도 하는, 능동 노이즈 감소 시스템은 헤드폰 스피커를 통해 노이즈 방지 신호를 플레이함으로써 달성되는 노이즈의 감소를 지칭한다. 노이즈 방지 신호는 ANC가 부 존재시 귀구멍에서 있을 수 있는 노이즈 신호의 음(negative)의 근사치로서 생성된다. 노이즈 신호는 그 후 노이즈 방지 신호와 조합시 상쇄된다.
일반적인 노이즈 제거 프로세스에서, 하나 이상의 센서(에, 마이크로폰)이 실시간으로 헤드폰의 이어컵(earcup)에서 주변 노이즈나 소음을 모니터하고, 그 후 시스템은 주변 또는 잔류 노이즈로부터 노이즈 방지 신호를 생성한다. 노이즈 방지 신호는 ANC 시스템(예, 헤드폰 등)의 물리적 형상 및 크기, 센서 및 트랜스듀서의 주파수 응답, 예컨대 스피커, 다양한 주파수에서 트랜스듀서의 레이턴시, 센서의 감지도 및 트랜스듀서 및 센서의 배치와 같은 인자에 상이하게 의존하여 생성될 수 있다. 상이한 센서와 트랜스듀서(예, 헤드폰) 사이 및 심지어 동일한 시스템의 2개의 이어컵 사이의 이러한 인자들의 변화는 노이즈 방지를 생성하기 위해 최적의 필터 고안 역시 변화해야 함을 의미한다.
노이즈 방지 신호(anti-noise signal) 처리시 레이턴시는 능동 노이즈 제거 시스템이 효과적으로 동작하는 것을 방해한다. 예를 들어, 오디오 프로세싱에서 일반적인 레이트, 예컨대 44.1 KHz 또는 48 KHz 로 센서 신호를 디지타이징하고 신호를 처리하는 것은 큰 레이턴시를 유발한다. 음향 프로세서, 예컨대 ANC의 성능은 노이즈를 검출하고 노이즈 방지 신호를 충분히 빨리 생성하여 노이즈를 제거하는 능력에 달려 있기 때문에, 큰 레이턴시가 음향 노이즈 제거 처리를 방해한다.
본원의 실시태양은 종래 기술에 대한 이러한 제한 및 다른 제한을 설명한다.
도 1은 피드-포워드 능동 노이즈 제거의 종래 기술을 도시하는 회로도이다.
도 2는 피드-백 능동 노이즈 제거의 종래 기술을 도시하는 회로도이다.
도 3은 조합된 피드-포워드 및 피드-백 능동 노이즈 제거의 종래 기술을 도시하는 회로도이다.
도 4는 본원 실시태양에 따른 재구성 음향 프로세서를 포함하는 오디오 시스템의 블록도이다.
도 5는 도 4의 일례의 재구성 음향 프로세서의 기능적 블록도이다.
도 6은 조합된 피드-포워드 및 피드-백 능동 노이즈 제거 동작을 구현하는 도 4의 재구성 음향 프로세서를 도시하는 블록도이다.
도 7은 본원의 실시태양에 따른 도 4의 일례의 재구성 음향 프로세서의 컴포넌트의 기능적 블록도이다.
본원의 실시태양은 디지털화된 센서 입력을 사용하는 오디오 시스템에서 사용하기 위한 재구성 음향 프로세서(Reconfigurable Acoustic Processor, RAP)와 같은, 디지털 음향 프로세서에 관한 것이다.
능동 노이즈 제거(ANC)의 3가지 주요 유형이 있으며, 이는 시스템 내의 마이크로폰 위치 또는 센서에 기초하여 식별된다. 피드-포워드 ANC에서, 센서는 주변 노이즈를 감지하지만, 스피커와 같이 트랜스듀서에 의해 발생되는 신호를 현저히 감지하지는 못한다. 그러한 시스템은 도 1에서 도시된다. 도 1과 관련하여, 피드-포워드 ANC 시스템(10)는 주변 노이즈를 감지하는 센서(12)를 포함하지만, 트랜스듀서(14)로부터 직접 신호를 모니터링하지 않는다. 센서(12)로부터의 출력이 피드-포워드 필터(16) 및 피드-포워드 믹서(18)에 조합되는 필터 출력에서 에서 필터링되고, 필터링된 신호가 입력 오디오 신호와 믹싱된다. 필터(16)으로부터 필터링된 신호는 센서(12)의 출력으로부터 생성된 노이즈 방지 신호다. 노이즈 방지 신호가 믹서(18)에서 원하는 신호와 믹싱되는 때에, 필터링된 노이즈 방지 신호와 믹싱된 입력 신호의 조합인, 트랜스듀서(14)의 출력은, 발생되는 노이즈 방지 신호가 존재하지 않다면 더 작은 노이즈를 가진다.
피드백 ANC에서, 센서는 귀구멍에 존재하는 총 오디오 신호를 감지하는 위치에 놓여진다. 다시 말하면, 센서는 트랜스듀서에 의해 다시 플레이되는 오디오뿐만 아니라 주변 노이즈 둘 다의 합을 감지한다. 이러한 시스템은 도 2에 도시된다. 도 2와 관련하여, 피드백 ANC 시스템(20)에서, 센서(32)가 트랜스듀서(24)로부터 직접 출력을 모니터링한다. 센서(32)로부터의 출력이 피드백 믹서(30)에서 오디오 입력 신호와 믹스되고, 그 후 피드백 필터(34)로 조합된 신호가 전송되며, 조합된 신호는 노이즈 방지 신호를 생성하도록 필터링된다. 필터(34)로부터의 이 노이즈 방지 신호는 믹서(28)에서 원래의 오디오 신호와 믹싱되고, 그것의 조합된 출력이 그 후 트랜스듀서(24)로 피딩된다. 피드백 ANC 시스템(20)은 또한 스피커(24)의 청취자에 의해 들리는 노이즈를 감소시킨다.
조합된 피드-포워드 및 피드백 ANC 시스템은 둘 이상의 센서를 사용하고, 제1 위치는 도 1에 도시된 피드-포워드 경로 내에 있는 센서들에 대한 것이고, 센서들의 제2 위치는 도 2에 도시된 피드백 경로에 있다. 조합된 피드-포워드 및 피드백 ANC 시스템(40)이 도 3에 도시되고, 센서 위치(42, 52)를 포함하며, 도 44에 하나 이상의 트랜스듀서의 위치가 도시된다. 위치(52)에 있는 피드백 센서(들)로부터 감지된 신호는 피드백 믹서(50)에서 믹싱되고 조합된 신호가 피드백 필터(54)에 의해 필터링된다. 유사하게, 위치(42)에 있는 피드-포워드 센서(들)로부터 감지된 신호가 피드-포워드 필터(46)에서 필터링되고, 필터링된 신호는 피드-포워드 믹서(48)에서 들어오는 오디오 신호와 조합된다. 위치(44)에 있는 트랜스듀서(들)의 출력이 필터링 및 믹싱 동작에 의해 노이즈를 감소시키게 된다.
현존하는 시스템이 고정된 토폴로지 및 필터를 사용하는 반면에, 본원의 실시태양은 이하 자세히 설명되는 것처럼 복수의 상이한 응용에 선택가능한 시스템을 사용한다.
전형적인 오디오 처리 레이트는 44.1 kHz 또는 48 kHz이고, 이것은 전형적인 인간 청음의 주파수 범위에 기초한다. 이러한 샘플 레이트에서, 샘플링 기간은 약 20 ㎲이다. ANC 시스템에서 디지타이징 및 필터링은 언제나 다수의 샘플이 걸린다. 이 레이트에서, 100 마이크로초의 정렬에서 지연이 일어난다. 처리시 임의의 지연이 노이즈 방지 신호의 생성을 저하시키기 때문에, ANC 성능이 현저히 더 낮다. 이것은 일반적으로 제거될 수 있는 최대 노이즈 주파수를 제한하는 것으로서 극대화된다.
도 4는 저레이턴시 또는 초저(ultra-low) 레이턴시 음향 프로세서를 포함하는 오디오 시스템(100)의 블록도이다. 일부 실시태양에서, 음향 프로세서가 재구정될 수 있고, 재구성 오디오 프로세서(reconfigurable audio processor, RAP)(150)라 한다. 도 4의 오디오 시스템은 3개 부분 - 아날로그부(102), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)의 레이트로 동작하는 디지털부(104), 및 44.1 또는 48 KHz와 같은 표준 오디오 샘플 레이트로 동작하는 디지털부(106)로 구분된다. 이 부분은 또한 도메인으로서 지칭된다.
아날로그부(102)는 클록을 요구하지 않으며, 전형적으로 이 부분의 신호가 일반적으로 계속적이고, 아날로그 신호이다. 예를 들어, 트랜스듀서나 스피커(110)가 헤드폰이나 다른 스피커와 같은 아날로그 오디오 신호를 생성할 수 있다. 센서, 예컨대 디지털 마이크로폰(112)이 아날로그 입력 신호로부터 디지털 출력을 자동으로 생성하나, 반면에 표준 아날로그 센서, 예컨대 마이크로폰(114)은 ADC(124)와 결합되어서, 아날로그 센서(114)로부터 디지털 신호를 생성한다. 센서(116), 예컨대 마이크로폰은 피드백 위치에 놓여지고, ADC(126)와 결합된다. ADC(124, 126)는 시그마-델타 프로세싱을 사용할 수 있다. 다른 실시태양에서, ADC(124, 126)가 PCM(Pulse Code Modulation) 또는 SAR(Successive Approximation Register) 유형일 수 있다. 신호 센서(112, 114, 116)가 여러 목적, 예컨대 전화기를 위해 입력 마이크로폰으로 제공하면서 주변 노이즈를 샘플링하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 필터(128)가 ADC(124, 126)로부터 출력을 필터링하도록 존재하지만 모든 실시태양에서 요구되는 것은 아니다.
디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP)(130) 또는 다른 오디오 소스가 표준 오디오 샘플 레이트의 주파수로 디지털부(106)에서 동작된다. 오디오 시스템(100)의 디지털부(106)의 동작 주파수는 전형적으로 44.1 또는 48 KHz이다.
반대로, 디지털부(104)의 동작 주파수는 약 50 KHz의 낮은 레이트로부터 약 100 MHz 레이트까지 동작하고, 바람직하게는 2-100 MHz의 범위 내에서 동작한다. 일부 실시태양에서, 디지털부(104)는 수백 KHz의 범위 내의 50 KHz, 96 KHz에서, 그리고 수십 MHz 범위, 예컨대 약 100MHz까지인, 10-20 MHz에서, 낮은 MHz 범위, 예컨대 1-6 내의 주파수에서, 동작한다. 본원의 실시태양에서, 특정 도메인의 각각의 컴포넌트가 상기 도메인의 주파수에서 동작한다. 예를 들어, 도 4에서, ADC(124, 126)가 오디오 프로세서 또는 RAP(150)와 동일한 주파수에서 동작한다. 이것은 오디오 프로세서에서 처리하기 전에 센서 신호를 다운 샘플링하도록 전형적으로 데시메이션 필터(decimation filter)를 사용하는 이전 시스템과 다소 상이하다.
보간기(140)는 예컨대 48 KHz에서 동작하는 DSP(130)로부터의 오디오 신호를 RAP(150)으로의 입력 신호로서 3 MHz 또는 6 MHz에서 동작하는 오디오 신호로 변환한다. 반대로, 데시메이터(144)는 모든 오디오 시스템(100)에서 존재할 필요는 없는데, 이것은 예컨대 3 또는 6 MHz 에서 RAP(150)으로부터의 신호를 디지털부(106)의 동작 주파수로 변환한다. 그 결과인 RAP(150)의 레이턴시는 극히 낮으며, 예컨대 2.5 ㎲보다 작고, 바람직하게는 0.5 ㎲보다 작으며, 이는 센서가 디지털 마이크로폰이든지 또는 센서 신호가 ADC(124, 126)에 의해 디지털 신호로 변경되든지 RAP(150)가 센서 또는 마이크로폰(112, 114, 116)에 의해 생성되는 레이트와 동일한 레이트로 신호를 처리하기 때문이다.
이하 더 자세히 기재되는 바와 같이, RAP(150)는 트랜스듀서(110)로부터 나오는 음향 신호를 실시간으로 제어한다. 전술한 바와 같이, RAP(150)이 임의의 중간 처리, 예컨대 데시메이션 필터 또는 다른 샘플 레이트 컨버터 없이 마이크로폰(112, 114 및/또는 116)로부터 로우 센서 샘플(raw sensor sample) 상에서 동작되도록 구성된다. 이로써 RAP(150)에서 제로 또는 제로에 가까운 계산 지연을 가지고 마이크로폰 신호에 대해 반응하게 되며, 실시간 오디오 프로세싱 알고리즘의 구현을 가능하게 한다. 실시간 센서 샘플링을 사용하는 효과는 이전 시스템의 데시메이션 필터로부터의 지연이 제거되는 것이며, 차례로 제어 루프의 반응도가 극적으로 증가된다.
디지털부(104)의 샘플 레이트가 아날로그 센서(114)에 결합된 ADC(124), 또는 디지털 센서(112)의 샘플 레이트에 따라 변화될 수 있다. 샘플마다 처리될 수 있는 처리의 양 및 샘플 레이트 사이의 선형 교환(linear tradeoff)이 존재한다.
도 5는 일례의 재구성 음향 프로세서 (RAP)(250)의 기능 블록도이며, 이는 도 4의 RAP(150)의 실시태양일 수 있다. 도 5의 RAP(250)는 6개 체인의 바이-2차(bi-quadratic), 또는 바이-쿼드 필터(bi-quad filter)(BQ0-BQ6), 이하 개시될 기능들을 포함한다. 바이-쿼드 필터는 전기적 프로세싱, 특히 오디오 프로세싱으로 알려져 있다. 바이-쿼드 필터는 전형적으로 2 제로 및 2 폴을 포함한다. 바이-쿼드 체인(BQ0-BQ6)은 각각 바이-쿼드 필터의 캐스캐이드를 포함한다. 일부 실시태양에서, 체인(BQ0-BQ6)은 4, 6, 8, 12, 또는 16 캐스캐이드식 바이-쿼드 필터를 포함할 수 있고, 이 ‹š 8이 바람직하다. 바이-쿼드 필터 체인(BQ0-BQ6)이 프로그램 가능하여, 그 필터링 값들이 원하는 구현에 따라 변화될 수 있다. 값들은 또한 통과 지점(pass-through) 또는 통합 설정으로 설정될 수 있고, 이는 값들이 그들을 통과하는 신호에 주목할 만큼 영향을 끼치지 않음을 의미한다.
이하 개시된 목적으로 각 바이-쿼드 필터 체인(BQ0-BQ6)이 이득(gain) 유닛에 각각 연결되고, 추가적 이득 유닛(M7)을 가진다. 이득 유닛(M0-M7) 프로그램 가능하며, 그들의 입력 및 출력 사이에 제공되는 이득의 양이 제어가능하다. 특정 바이-쿼드 필터 체인(BQ0-BQ6)의 출력이 그것의 결합된 이득 유닛(M0-M6)에 의해 제어될 수 있다. 임의의 이득 유닛(M0-M6)의 이득을 제로로 설정 하는 것이 특정 회로 브랜치를 효과적으로 오프시킬 수 있다. 이것이 바이-쿼드 필터 체인과 이득 유닛 사이의 1대1 관계를 유지하는데 완전히 필수적인 것은 아니지만, 관계는 RAP을 설정하기 위한 유연성을 제공하는 것을 유지해 준다. 도 5의 RAP(250)는 단일 오디오 채널을 도시한다. 하나 이상의 채널에 대하여, 예컨대 스테레오 프로세싱에 대하여, 추가적 하드웨어가 사용될 수 있다.
바이-쿼드 필터 체인(BQ0-BQ6)에서의 특정 필터 계수 및 이득 유닛(M0-M6)에서의 특정 이득 값을 프로그램함으로써, 이하 기재되어 있는 것처럼 오디오 노이즈 제거와 같이, 상이한 오디오 어플리케이션이, RAP(250)에서 수행될 수 있다.
또한 RAP(250)에 결합되어 디지털 센서(212, 214)로부터의 입력부를 포함할 수 있고, 이는 마이크로폰, 데시메이터(218) 및 보간기(220)일 수 있다. ADC에 결합된 아날로그 마이크로폰을 포함함으로써 센서 입력부(212, 214) 중 하나 또는 둘 다가 생성될 수 있다. 데시메이터(218) 및 보간기(220)가 도 4와 관련하여 기재된 것처럼 작동한다.
작동시, RAP(250)가 센서(212)로부터의 입력을 바이-쿼드 필터 체인(BQ0 및 BQ3)에서 수신되고, 센서(214)로부터의 입력이 바이-쿼드 필터 체인(BQ1 및 BQ5)에서 수신된다. 오디오 신호는 바이-쿼드 필터 체인(BQ2 및 BQ6)에서 수신된다. 일부 실시태양에서, 오디오 신호가 완전히 필수적이지는 않다. 예를 들어, 헌터나 산업용 노이즈 제거 헤드폰에서는, 오디오 신호가 존재하지 않을 수 있다.
이득 유닛(M7)이, 처리 오디오 신호를 보간기(220)로부터 미처리 오디오 신호로 조합기(A2)에서 최종 조합하기 전에 처리 오디오 신호를 위한 제어가능한 이득으로서 사용될 수 있다. 이득 유닛(M7)이 그것의 이득을 점차적으로 증가시키도록 제어될 수 있고, 이로써 노이즈 제거 또는 다른 처리가 미처리 오디오 신호에 점차적으로 더해져서, 청취자에게 불편할 수 있는, 출력 오디오 신호에서의 팝 또는 빠른 변화를 제거할 수 있다.
가산기 또는 조합기(A0, A1, 및 A2)가 도 5에 도시된 것처럼, 바이-쿼드 필터 체인으로부터 중간 신호 출력들을 조합한다.
일 실시태양에서, RAP(350)가 49.152 MHz에서 동작하며, 이것이 오디오 처리에 대해 표준 레이트이다. 입력 샘플 레이트가 전형적으로 3.072 Msps이고, 필터 부분도 또한 동일한 레이트에서 동작한다.
RAP(250) 동작의 간단한 실시예는 센서(212, 214) 중 어느 하나로부터의 입력을 사용하지 않는, 단순 오디오 프로세서이다. 이러한 실시예에서, 이득 유닛(M7)이 0으로 설정되고 예를 들어 턴 오프되고, 반면에 보간기로부터의 오디오 신호가 바이-쿼드 필터 체인(BQ6)에 의해 필터링된다. 이득 유닛(M6)의 제어는 필터링된 오디오 신호의 출력 신호 레벨을 제어하고, 스피커 또는 다른 트랜스듀서 출력일 수 있는 트랜스듀서(210)로 전송된다.
더 복잡한 실시예에서, RAP(250)이 피드-포워드/피드백 ANC로서 구성될 수 있고, 이것은 도 3에 도시된 피드-포워드 및 피드-백 ANC 회로와 동일한 기능을 가진다. 도 6은 RAP(250)이 그러한 구성을 위해 설정되는 방법을 도시한다. 이 구성에서, 이득 유닛(M0 및 M5)가 0으로 설정되고, "x"를 가지는 것으로 도 6에서 도시되며, 이것은 프로세싱에 어떤 기여도 없다는 것을 나타낸다. 이득 유닛(M2, M4, M6 및 M7)이 1로 설정된다. 이득 유닛(M1 및 M3)이 -1로 설정되고, 이들의 출력이 감산되는 것을 의미한다. 바이-쿼드 필터 체인(BQ1, BQ2 및 BQ6)가 통과 지점 설정으로 설정된다. 도 3 및 6에 대하여, 바이-쿼드 필터 체인(BQ3)이 피드-포워드 필터(46)의 역할을 하며, 바이-쿼드 필터 체인(BQ4)는 피드백 필터(54)의 역할을 한다.
RAP(250), 특히 이득 유닛(M0-M7) 및 바이-쿼드 필터 체인 (BQ1-BQ6)을 설정함으로써, RAP가 임의의 유형의 오디오 처리를 최대로 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, RAP(250)가, 피드백, 피드-포워드, 또는 결합된 피드-포워드 피드백 구성 중 하나에서, 능동 노이즈 제거 헤드폰에 대해 ANC 프로세서로서 구성될 수 있다. 헤드셋 마이크로폰으로부터 입력부를 사용하고 헤드셋에 있는 하나 이상의 스피커에 대한 오디오 출력부를 제공함으로써 RAP(250)가 폰 헤드셋에서 능동 노이즈 제거를 위해 사용될 수 있다. RAP(250)가 입력 오디오 신호를 더 강화시키면서 동시에 노이즈 제거를 수행할 수 있다. RAP(250)가, 마이크로폰 입력부들 중 하나에서 주변음(ambient sound)을 수신하고, 하나 이상의 바이-쿼드 필터 체인을 통해 그것을 수정하고, , 적당한 이득 레벨을 설정하고, 그 후 수정된 주변 신호를 출력함으로써 주변음 상승을 위해 사용될 수 있다.
실제로, 도 6의 RAP(250) 또는 도 5의 RAP(150)가 오디오 신호 입력을 수정하기 위한 기능, 프로세스 또는 동작을 포함한다. 실제로, 프로그래밍된 기능이 범용 또는 전용 프로세서, 예컨대 디지털 신호 프로세서(DSP) 상에서 동작되는 것처럼, 이 기능은 특히 형성된 하드웨어 회로에 의해 구현될 수 있고, 또는 필드 프로그램형 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays, FPGAs) 또는 프로그램형 로직 디바이스(Programmable Logic Device, PLD)에서 구현될 수 있다. 다른 변형도 또한 가능하다.
도 7은 본원 실시태양에 따른 도 4의 재구성 음향 프로세서의 실시예의 컴포넌트의 기능적 블록도이다. 도 7에서, RAP(350)은 바이-쿼드 엔진(310) 및 곱셈 누적기(multiplier accumulator)(320)를 포함한다. 곱셈 누적기(320)는 도 5와 6의 기능적 블록도에서 곱셈기 및 가산기 전부를 구현한다. 일 실시태양에서, 샘플 당 7 다중-가산 연산이 존재한다. 바이-쿼드 엔진(310)은 하나 이상의 센서, 예컨대 마이크로폰으로부터의 입력부, 그리고 처리되는 오디오 신호의 입력부를 포함한다. 바이-쿼드 엔진은 또한 곱셈 가산기 출력으로부터 입력을 수신한다. 센서로부터의 입력이 바이쿼드 엔진과 동일한 레이트에서 클록된다. 다시 말하면, 센서 입력은 임의의 데시메이션 또는 레이트 감소 없이 처리될 수 있다. 바이-쿼드 엔진(310)이 16 바이-쿼드 필터 상에서 동작되도록 크기가 조정될 수 있다. 바이-쿼드 디스크립터(descriptor) 섹션(330)이 바이-쿼드 필터 체인을 구현하기 위해 필터 값을 포함하며, 바이-쿼드 상태 메모리(332)가 바이-쿼드 프로세싱 동안 중간 값을 저장하기 위한 메모리이다. 이득 테이블(322)이 이득 유닛을 위한 값들을 저장하고, 도 5의 이득 유닛(M7)에 의해 제공되는 것과 같이, 페더링 제어(feathering control)가 페더링 제어(334)에 의해 따로 제공된다. 도 7의 바이-쿼드 디스크립터(330) 및 게인 테이블(322)로 특정 값을 기록함으로써 RAP(350)이 프로그램되고 구성된다.
프로그램 가능한 기술을 사용함으로써, 필터가 특정 사운드나 노이즈를 제거하기 보다는, 강화하도록 선택된다. 예를 들어, 특정 마이크로폰에 의해 감지되는 사운드를 감소시키려는 노력을 위해 선택된 바이-쿼드 체인 필터 파라미터 대신에, 특정 사운드를 강화시키는 파라미터가 선택될 수 있다. 예를 들어, 사람이 다양한 소음이 나는 기계가 있는 소음의 작업 환경에서 노이즈 제거 헤드폰을 사용할 수 있지만, 여전히 노이즈 제거 헤드폰을 없애지 않고 동료에게 대화할 수 있기를 원할 수 있다. 마이크로폰이 성대(vocal band)에서 노이즈를 검출했을 때, 적응형 필터 계수를 사용하여, 상이한 파라미터들이 동료의 음성을 강화시키는 RAP 시스템으로 자동으로 로딩될 수 있다. 따라서, 청취자는 특정 사운드를 적응형으로 강화시켰던 노이즈-제거 헤드폰을 가지는 것이다. 음성, 오디오 텔레비전 신호, 및 트래픽과 같은 사운드가 강화될 수 있다. 그러한 사운드가 멀어지면, 예컨대 동료가 대화하는 것을 멈추면, 다시 표준 필터링 계수가 RAP 시스템의 필터로 동적으로 로딩될 수 있다.
본원의 실시태양은 사운드 처리 회로와 같은 직접 회로, 또는 다른 오디오 회로로 집적될 수 있다. 차례로, 집적된 회로는 헤드폰, 휴대 전화, 휴대용 컴퓨팅 시스템, 사운드 바, 오디오 독, 증폭기, 스피커 등과 같은 오디오 디바이스에서 사용될 수 있다.
도시된 실시태양을 참조하여 본원의 원리를 도시하고 설명하였으며, 도시된 실시태양이 그러한 원리로부터 벗어나지 않는 한 배열과 내용에서 변경될 수 있고, 임의의 원하는 방식으로 조합될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 전술한 내용이 특정 실시태양에 초점이 맞추어져 있다 할지라도, 다른 구성이 고려될 수 있다.
특히, "본원의 실시태양에 따른"과 같은 표현이 기재되어 있다 할지라도, 이 표현은 일반적으로 실시태양 가능성을 참조하는 것을 의미하며, 특정 실시태양의 구성에 본원을 제한하려는 의도는 아니다. 본 명세서에 사용된 것처럼, 이러한 용어는 다른 실시태양에 결합될 수 있는 동일하거나 상이한 실시태양들을 참조한다.
결과적으로, 여기에 기재된 실시태양에 대한 순서의 넓은 다양성과 관련하여, 이러한 기재 및 수반되는 재료는 오직 예시적인 의도이며 본원의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

Claims (38)

  1. 오디오 시스템으로서,
    50 KHz보다 높은 제1 레이트에서 디지털 센서 신호를 생성하는 센서; 및
    상기 제1 레이트에서 작동하고, 상기 제1 신호에서 입력 오디오 신호를 수신하기 위한 제1 입력부를 가지고, 상기 제1 레이트에서 상기 센서 신호를 수신하기 위한 제2 입력부를 가지고, 출력부를 가지는 디지털 오디오 프로세서
    를 포함하는,
    오디오 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 마이크로폰인, 오디오 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로폰이 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)에 결합되는 마이크로폰을 포함하는 시스템의 일부이고, 상기 ADC의 출력이 상기 센서 신호인, 오디오 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 ADC는 시그마-델타 프로세싱을 수행하도록 구성된, 오디오 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 ADC는 SAR 프로세싱을 수행하도록 구성된, 오디오 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력부가 트랜스듀서에 결합되는, 오디오 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트랜스듀서가 스피커인, 오디오 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 50 KHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 96 KHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 200 KHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 350 KHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 750 KHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 1 MHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 3 MHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 6 MHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    제2 레이트에서 디지털 오디오 신호를 수신하기 위한 입력부를 가지고, 디지털 오디오 신호를 상기 제1 레이트를 갖는 오디오 신호로 변환하는 보간기를 더 포함하는, 오디오 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 레이트는 상기 제1 레이트보다 낮은, 오디오 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 레이트는 약 100 KHz 이하의 레이트인 것인, 오디오 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 오디오 프로세서는
    복수의 프로그램 가능한 필터, 및
    복수의 제어가능한 이득 스테이지로서, 상기 복수의 제어가능한 이득 스테이지 중 적어도 일부는 상기 복수의 프로그램 가능한 필터 중 적어도 일부에 각각 결합되는, 복수의 제어가능한 이득 스테이지를 포함하는, 오디오 시스템.
  20. 재구성 노이즈 제거 시스템으로서,
    제1 레이트에서 디지털 오디오 신호를 수신하기 위한 입력부;
    상기 디지털 오디오 신호의 샘플 레이트를 상기 제1 레이트로부터 상기 제1 레이터보다 높은 제2 레이트로 변경하기 위한 보간기;
    상기 제2 레이트에서 센서 신호를 생성하는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 보간기 및 상기 센서에 결합되는 디지털 오디오 프로세서
    를 포함하고,
    상기 재구성 오디오 프로세서는, 상기 제2 레이트에서 작동하고,
    복수의 프로그램 가능한 필터,
    복수의 제어가능한 이득 스테이지로서, 상기 복수의 제어가능한 이득 스테이지 중 적어도 일부는 상기 복수의 프로그램 가능한 필터 중 적어도 일부에 각각 결합되는, 복수의 제어가능한 이득 스테이지,
    하나 이상의 이득 스테이지의 출력들을 조합하도록 구성된 가산기들, 및
    상기 입력 오디오 신호로부터 변경되는 출력 오디오 신호를 전달하기 위해 상기 가산기들 중 적어도 하나와 결합되는 오디오 출력부를 포함하는,
    재구성 노이즈 제거 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 상기 제2 레이트에서 작동하는 디지털 샘플링 마이크로폰인, 재구성 노이즈 제거 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)에 결합되는 아날로그 마이크로폰인, 재구성 노이즈 제거 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 ADC는 시그마-델타 프로세싱을 수행하도록 구성되는, 재구성 노이즈 제거 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 ADC는 SAR 프로세싱을 수행하도록 구성되는, 재구성 노이즈 제거 시스템.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 프로그램 가능한 필터는 상기 노이즈 제어 시스템의 작동 동안 프로그래밍되도록 구성되는, 재구성 노이즈 제거 시스템.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 제어가능한 이득 스테이지 중 적어도 일부는 상기 노이즈 제거 시스템의 작동 동안 업데이트되도록 구성되는, 재구성 노이즈 제거 시스템.
  27. 오디오 시스템을 작동하는 방법으로서,
    약 50 KHz 이상인 제1 레이트에서 디지털 오디오 프로세서를 작동하는 단계;
    상기 제1 레이트를 가지는 디지털 입력 오디오 신호를 상기 디지털 오디오 프로세서에서 수신하는 단계;
    상기 제1 레이트를 가지는 디지털 센서 신호를 상기 디지털 오디오 프로세서에서 수신하는 단계;
    상기 디지털 센서 신호로부터 유도된 신호와 디지털 입력 오디오 신호를 조합함으로써 상기 제1 레이트에서 동작하는 디지털 오디오 프로세서에서 상기 디지털 입력 오디오 신호를 처리하는 단계; 및
    처리된 디지털 입력 오디오 신호를 출력부에 출력하는 단계
    를 포함하는,
    오디오 시스템을 작동하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1 레이트를 가지는 디지털 센서 신호를 상기 디지털 오디오 프로세서에서 수신하는 단계는 상기 제1 레이트에서 마이크로폰 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    처리된 디지털 입력 오디오 신호를 출력부에 출력하는 단계는 디지털 입력 오디오 신호를 트랜스듀서에 출력하는 단계를 포함하는, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 96 KHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 1 MHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 3 MHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 제1 레이트가 약 6 MHz 이상의 레이트인 것인, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  34. 제27항에 있어서,
    제2 레이트에서 디지털 오디오 신호를 수신하는 단계;
    상기 디지털 오디오 신호를 상기 제2 레이트로부터 상기 제1 레이트로 변환시키는 단계; 및
    상기 제1 레이트에서 상기 디지털 오디오 신호를 상기 디지털 오디오 프로세서에 전송하는 단계를 더 포함하는, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제2 레이트는 상기 제1 레이트보다 낮은 것인, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 제2 레이트가 약 100 KHz 이하의 레이트인 것인, 오디오 시스템을 작동하는 방법.
  37. 재구성 노이즈 제거 프로세서를 작동하는 방법으로서,
    제1 주파수에서 오디오 입력부를 통해 오디오 신호를 수신하는 단계;
    하나 이상의 센서 입력부를 통해 상기 제1 주파수에서 모니터링된 환경의 하나 이상의 센서 신호를 수신하는 단계;
    상기 재구성 노이즈 제거 프로세서에서 복수의 프로그램 가능한 필터의 필터 파라미터 섹션을 구성하는 단계;
    상기 재구성 노이즈 제거 프로세서에서 복수의 제어가능한 이득 스테이지를 구성하는 단계로서, 상기 복수의 제어가능한 이득 스테이지 중 적어도 일부는 상기 복수의 프로그램 가능한 필터 중 적어도 일부에 각각 결합되는, 복수의 제어가능한 이득 스테이지를 구성하는 단계; 및
    변경된 오디오 신호 출력을 생성하기 위해 상기 복수의 제어가능한 이득 스테이지의 선택된 출력들을 상기 오디오 신호와 믹싱하는 단계
    를 포함하는,
    재구성 노이즈 제거 프로세서를 작동하는 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 재구성 노이즈 제거 프로세서의 작동 동안 상기 복수의 프로그램 가능한 필터의 필터 파라미터 섹션을 변경시키는 단계를 더 포함하는, 재구성 노이즈 제거 프로세서를 작동하는 방법.
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