KR100369687B1 - 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치, 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치, 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법 - Google Patents

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KR100369687B1 KR10-1999-0004181A KR19990004181A KR100369687B1 KR 100369687 B1 KR100369687 B1 KR 100369687B1 KR 19990004181 A KR19990004181 A KR 19990004181A KR 100369687 B1 KR100369687 B1 KR 100369687B1
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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 전송을 위해 오디오 제어 비트와 오디오 데이타 비트를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림을 처리하기 위한 기법에 관한 것이다. 오디오 데이타 비트는 먼저 에러 감도(error sensitivity), 즉, 특정한 오디오 데이타에 포함된 에러가 전송으로부터 재구성된 오디오 신호의 인지 품질(perceived quality)에 미치는 영향에 의거하여 n개의 클래스로 분리된다. 그 다음 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스 중 각 클래스는 n개의 상이한 에러 보호 레벨 중 대응하는 하나의 에러 보호(protection) 레벨을 가지며, 여기서 n은 2 이상이다. 본 발명은 오디오 데이타 비트에 대한 에러 보호가 소스 및 채널 에러 감도에 매칭되도록 한다. 오디오 제어 비트는 n개의 오디오 데이타 비트 클래스 중 임의의 클래스에 대하여 사용된 에러 보호 레벨보다 큰 부가적인 에러 보호 레벨을 사용하여 오디오 데이타 비트와는 독립적으로 전송될 수 있다. 이와 달리, 제어 비트는 n개의 오디오 데이타 비트 클래스 중 어느 하나의 클래스와 조합될 수 있으며, n개의 에러 보호 레벨 중 가장 높은 에러 보호 레벨을 가질 수 있다. 제어 비트는 오디오 정보 비트 스트림내 현재 패킷의 적어도 일부의 제어 비트가 오디오 정보 비트 스트림의 후속(subsequent) 패킷에 반복됨으로써 추가로 보호될 수 있다. 더욱이, 오디오 데이타 비트에 대한 n개의 상이한 클래스 분류는 고정된 패킷 단위로 구현되거나, 혹은 상이한 다중 패킷 에러 보호 프로파일(profiles)이 소스-부호화된(source-coded) 오디오 신호의 상이한 다중 패킷 세그먼트에 대하여 사용되는 방식으로 보다 유연하고 적응적으로 구현될 수 있다.

Description

오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치, 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치, 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법{UNEQUAL ERROR PROTECTION FOR PERCEPTUAL AUDIO CODERS}
본 발명은 전반적으로 오디오 코딩 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인지 오디오 부호화기 혹은 다른 오디오 소스 코딩 장치에서 인코딩된 상이한 비트 클래스에 대하여 불균등 에러 보호를 제공하는 기법에 관한 것이다.
대부분의 소스 부호화된 비트 스트림은 비트 에러에 대하여 불균등한 감도를보이고 있다. 예를 들면, 소정의 소스 비트는 다른 인자에 비하여 전송 에러에 상당히 민감할 수 있다. 더욱이, 제어 비트와 같은 소정의 비트에서의 에러는 심각한 에러 전파(error propagation)를 야기시킬 수 있으며, 대응하는 재구성된 신호의 품질을 열화 시킬 수도 있다. 그와 같은 에러 전파는, 예를 들면, 코드북 정보, 프레임 사이즈 정보, 동기 정보 등에 대한 제어 비트의 사용으로 인해 오디오 부호화기의 출력 오디오 비트에서 발생될 수 있다. 1998년, 디. 신하(D. Sinha), 제이. 디이. 존스톤(J. D. Johnston), 에스. 도워더(S. Dorwaed) 및 에스. 알. 켁켄버쉬(S. R. Quackenbush)의 "The Perceptual Audio Coder", in Digital Audio, Section 42, pp. 42-1부터 42-18, CRC Press에 기술된 인지 오디오 부호화기(perceptual audio coder: PAC)는 정교한 청각 모델(sophisticated hearing model) 및 신호 처리 기법의 애플리케이션에 의해 디지탈 오디오 데이타의 저장 및/혹은 전송에 대한 비트 레이트 요구 조건을 최소화하기 위한 것으로, 이 논문은 본 명세서에서 참조 문헌으로서 인용된다. 채널 에러가 없는 경우, PAC는 대략 128 kbps 레이트에서 콤팩트 디스크에 근접하는 스테레오 오디오 품질을 달성할 수 있다. 보다 낮은 96 kbps 비트 레이트에서, 결과적인 품질은 많은 중요한 유형의 오디오 자료(material)에 대하여 CD 오디오의 품질에 여전히 상당히 근접한다.
96 kbps 레이트는 HIBOC(hybrid in-band on-channel), 모든 디지탈 IBOC 및 IBAC(in-band adjacent channel)/IBRC(in-band reserve channel) 디지탈 오디오 방송(digital audio broadcasting: DAB) 시스템으로서 또한 알려진 인-밴드(in-band)DAB와 같은 FM 밴드 전송 애플리케이션에서 특히 유용하다. 또한, AM 밴드에서 보다 낮은 오디오 비트 레이트로 방송하는 디지탈 오디오를 제공하기 위해서 현재 유사한 노력을 기울이고 있다. 이들 AM 시스템에서, 주간 전송을 위해서는 약 32-48 kbps의 오디오 비트 레이트가 고려되고 있으며, 야간 전송을 위해서는 약 16 kbps의 오디오 비트 레이트가 고려되고 있다. 약 128 kbps보다 높은 오디오 비트 레이트가 다중 채널 DAB 시스템에서 사용되고 있다. 전술한 DAB 시스템에서 전송 채널은 소정의 유효 범위 영역의 모서리 부분에서 심하게 대역 제한되고 노이즈에 의해 제한되는 경향이 있다. 이동 수신기에서는 페이딩(fading) 문제가 심각하다. 그러므로 압축된 오디오 비트 스트림내 다양한 비트의 에러 감도에 잘 매칭되는 에러 보호 기법을 설계하는 것이 이들 애플리케이션 및 다른 애플리케이션에서 특히 중요하다.
PAC 및 이와 유사한 압축 기법을 내장한 다른 오디오 코딩 장치는 본질적으로 패킷 지향적(packet-oriented)이다. 즉, 고정된 기간(프레임)에 대한 오디오 정보는 가변 비트 길이(variable bit length) 패킷으로 표현된다. 각 패킷은 오디오 프레임의 양자화된 스펙트럼/서브밴드 설명부(subband description)에 이어진 소정의 제어 정보를 포함한다. 스테레오 신호에 대해서, 패킷은 중앙 채널(center channel) 혹은 측면 채널(side channel)(예를 들어, 좌측 채널 및 우측 채널)과 같은 2개 이상의 오디오 채널의 스펙트럼 설명부를 별도로 혹은 차등적으로(differentially) 포함할 수도 있다. 그러므로, 주어진 패킷의 상이한 부분은 전송 에러에 대해 다른 감도를 보인다. 예를 들면, 손상된 제어 정보는 동기화(synchronization)의 손실과 에러 전파를 야기 시킨다. 한편, 스펙트럼 성분은 PAC 코덱(codec)내에 내장된 에러 완화 알고리즘(error mitigation algorithm)에서 이용될 수 있는 소정의 프레임간(interframe) 및/혹은 채널간(interchannel) 리던던시(redundancy)를 포함한다. 그러한 리던던시가 없는 경우에도, 상이한 오디오 성분내에서 전송 에러는 다르게 인지된다. 예를 들면, 스테레오 분리 손실은 청취자에게 중앙 채널의 중간 주파수 범위 내의 스펙트럼 왜곡보다 훨씬 덜 곤혹 스럽게 한다.
불균등 에러 보호(UEP) 기법은 가장 중요한 비트가 가장 높은 에러 보호 레벨을 갖는 반면에 덜 중요한 비트는 보다 낮은 에러 보호 레벨을 갖도록, 에러 보호 능력이 전송 에러에 대한 감도와 매칭되도록 설계된다. DAB 애플리케이션에 사용하기 위한 통상적인 2-레벨 UEP 기법은 1995년 3-4월, 엔. 에스. 자얀트(N. S. Jayant)와 이. 와이. 첸(E. Y. Chen)의 "Audio Compression: Technology and Applications", ATT Technical Journal, pp. 23-34, Vol. 74, No. 2에서 기술된다. 리드-솔로몬(Reed-Solomon: RS) 코드에 근거한 이 기법에서, 제어 정보는 비-리던던트(non-redundant) 제어 정보에 대해서 에러 완화를 사용할 수 없기 때문에 보다 강건하게 보호된다. 실제로, PAC 코덱에서 사용된 에러 완화 알고리즘의 적절한 동작은 신뢰성 있는 제어 정보에 의존한다. 이 기법에서 모든 비-제어 스펙트럼 정보는 소정의 균일 에러 보호 레벨을 사용하여 보호된다.
전술한 불균등 에러 보호 기법(UEP) 및 다른 종래의 UEP 기법의 커다란 문제점은 다양한 스펙트럼 성분에서 전송 에러가 인지 오디오 품질에 미치는 불균일한 영향을 이용하지 못한다는 것이다. 더욱이, 종래의 기법은 매우 다양한 비트 레이트와 라디오(radio) 방송 채널외 다른 전송 채널에 때로는 직접 적용될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 인지 오디오 부호화기(PAC)에 의해 생성된 소스 부호화된(source coded) 비트 스트림과 같은 소스 부호화된 비트 스트림에서 UEP를 구현하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다. 예시적인 실시예에서, 오디오 정보 비트 스트림은 오디오 제어 비트 및 오디오 데이타 비트를 포함한다. 데이타 비트는 먼저 소스 및 채널 에러에 대한 비트 감도에 의거하여 n개의 상이한 비트 클래스로 분리되며, 여기서 n은 2 이상이다. 그 다음, n개의 상이한 데이타 비트 클래스 중 각 클래스는 n개의 상이한 에러 보호 레벨 중 대응하는 하나의 에러 보호 레벨에 따라서 인코딩된다. 그러므로, 본 발명은 데이타 비트의 에러가 전송된 인코딩된 오디오로부터 재구성된 오디오 신호의 인지 품질에 미치는 영향에 의거하여 오디오 데이타 비트를 소정의 클래스로 분리하고, 오디오 데이타 비트에 대하여 제공된 에러 보호가 에러 감도에 매칭되도록 한다. 예를 들면, 데이타 비트는 측면 오디오 채널에 대응하는 데이타 비트가 중앙 오디오 채널에 대응하는 데이타 비트보다 낮은 에러 보호 레벨을 수신하는 클래스에 할당되도록 분리된다. 또 다른 예로서, 100 Hz-4 kHz와 같은 지정된 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트는 또 다른 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트보다 높은 에러 보호 레벨을 수신하는 클래스에 할당될 수도 있다.
오디오 제어 비트는 오디오 데이타 비트와는 독립적으로 n개의 데이타 비트 클래스 중 임의의 클래스에 대하여 사용된 에러 보호 레벨보다 큰 부가적인 에러 보호 레벨을 사용하여 인코딩될 수 있다. 이와 달리, 제어 비트는 n개의 비트 클래스 중 어느 하나의 클래스와 조합될 수 있으며, n개의 레벨 중 가장 높은 에러 보호 레벨을 사용하여 인코딩될 수도 있다. 제어 비트는 오디오 비트 스트림내 현재 패킷에서 적어도 일부의 제어 비트가 오디오 비트 스트림의 후속 패킷에 반복됨으로써 추가로 보호될 수 있다. 본 발명의 UEP 기법은 균등 에러 보호(equal error protection: EEP)와 동일한 전체 비트 레이트를 제공하도록 설계될 수 있다.
본 발명은 PAC는 물론 광범위한 비트 레이트로 동작하는 다른 유형의 오디오 압축 기법에도 또한 적용될 수 있으며, 라디오 방송외 다른 전송 채널과 함께 사용 될 수 있다. 전술한 데이타 비트에 대한 n개의 상이한 클래스 분류는 고정된 패킷 단위로 구현되거나, 혹은 상이한 다중 패킷 에러 보호 프로파일이 소스 부호화된 오디오 신호의 상이한 다중 패킷 세그먼트에 대하여 사용되는 방식으로 보다 유연하고 적응적으로 구현될 수 있다. 본 발명은 리드-솔로몬 코드와 레이트-호환성 펑튜어드 콘벌루션(rate-compatible punctured convolutional: RCPC) 코드를 포함하는 다양한 상이한 유형의 코드는 물론 다른 유형의 블럭 및 콘벌루션 코드를 사용하여 구현될 수 있다. 더욱이, 본 발명은, 예를 들면, 부호화 변조, 보다 높은 레벨의 모뎀 콘스탤레이션(modem constellation) 및 상이한 전송 전력 레벨을 포함하는 상이한 비트 클래스에 대하여 상이한 에러 보호 레벨을 제공하는 다른 기법은 물론 UEP를 구현하기 위한 다른 잘 알려진 기법을 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 UEP를 사용하는 통신 시스템은 채널 에러가 존재하는 경우에도 품질 열화를 감소시키며 통상적인 UEP 혹은 EEP 시스템을 사용하는 시스템에 비하여 보다 확장된 동작 범위를 제공한다.
도 1은 인지 오디오 부호화기(PAC)에 의해 발생된 비트 스트림에 대한 단순화된 패킷 포맷을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 3-레벨 불균등 에러 보호(UEP)를 구현하는 통신 시스템의 블럭도,
도 3a 및 3b는 도 1에 도시한 PAC 패킷 포맷을 보다 상세하게 예시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 다중-레벨 UEP를 제공하기 위해 오디오 비트를 분류하는데 사용되는 모노포닉(monophonic) 스펙트럼 정보에 대한 분류 기법을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 다중 패킷 에러 보호 프로파일(profile) 기법에 대한 하나의 가능한 구현을 예시한 도면,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 고정 블럭 길이와 고정 정보 워드 길이를 각각 사용하여 2-레벨 UEP를 구현하는 기법을 예시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 2-레벨 UEP를 제공하는데 사용되는 레이트-호환성 펑튜어드 콘벌루션(RCPC) 코드를 예시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 2-레벨 UEP 기법을 참조하여 에러 완화(mitigation)를 제공하는데 사용되는 CRC를 예시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 통신 시스템 22 : 송신기
24 : 수신기 30 : PAC 인코더
32 : 분류기
33-35 : 제 1, 제 2 및 제 3 채널 부호화기
36 : 인터리버
41-43 : 제 1, 제 2 및 제 3 채널 디코더
44, 46 : 제 1 및 제 2 에러 완화 47 : 비트 스트림-패킷 재구성
48 : PAC 오디오 디코더
이하에서 본 발명은 1998년 디. 신하, 제이. 디. 존스톤, 에스. 도워드 및 에스. 알. 켁켄버쉬의 "The Perceptual Audio Coder", in Digital Audio, Section 42, pp. 42-1부터 42-18, CRC Press에 기술된 바와 같은 인지 오디오 부호화기와 함께 사용하기 위한 대표적인 비균등 에러 보호 기법을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 UEP 기법은 여러 가지 다른 유형의 오디오 코딩 장치에 적용될 수도 있음을 이해해야 할 것이다. 또한, 본 발명은 인터넷, 셀룰러 멀티미디어 채널, 위성 채널, 무선 케이블, 무선 로컬 루프, 고속 무선 액세스 등을 포함하는 매우 다양한 상이한 유형의 오디오 통신 채널과 함께 사용될 수 있다. 비록 상이한 에러 보호 레벨을 제공하기 위해 상이한 코드를 이용하는 시스템이 예시 될지라도, 많은 대체 기법 중 임의의 기법이 본 발명에 따른 상이한 비트 클래스에 대하여 불균등 에러 보호를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이들 대체 기법은, 예를 들어, 부호화 변조 기법, 보다 높은 레벨의 모뎀 콘스탤레이션 및 상이한 전송 전력 레벨을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 대표적인 3-레벨 UEP 코딩 기법을 도시하고 있다. 제 1 및 제 2 PAC 오디오 패킷 i 및 i+1이 도 1에 도시되어 있다. 제 1 PAC 오디오 패킷 i는 제어 비트부(10i), 레벨 1 오디오 데이타 비트부(12i) 및 레벨 2 오디오 데이타 비트부(14i)를 포함한다. 제 2 PAC 오디오 패킷 i+1은 제어 비트부(10i+1), 레벨 1 오디오 데이타 비트부(12i+1) 및 레벨 2 오디오 데이타 비트부(14i+1)를 포함한다. 오디오 데이타부는 허프만(Huffman) 코드를 이용하여 소스 인코딩된다. 주어진 오디오 정보 비트 스트림에서 모든 다른 PAC 패킷은 동일한 방식으로 배열되는 것으로 가정 될 것이다. PAC 오디오 패킷의 제어부에 포함된 제어 정보는 일반적으로 전체 비트 스트림에서 상대적으로 작은 부분을 나타내며, 통상적으로 어떠한 리던던시도 포함하지 않는다. 이하에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 제어 정보는 하나의 패킷내 제어 정보를 하나 이상의 다른 패킷에 반복함으로써 부분적으로 보다 높은 에러 보호 레벨을 가질 수 있다.
도 1에 예시한 대표적인 3-레벨 UEP 코딩 기법은 PAC 오디오 패킷의 제어부에 대하여 제 1 코드(즉, 클래스 1 비트), 레벨 1 오디오 데이타 부분에 대하여 제 2 코드(즉, 클래스 2 비트), 그리고 레벨 2 오디오 데이타부에 대하여 제 3 코드(즉, 클래스 3 비트)를 이용한다. 클래스 1 비트는 가장 중요한 비트이므로 낮은 레이트(즉, 높은 리던던시) 코드를 사용하여 보호되는 반면, 클래스 2 와 클래스 3 비트는 점차적으로 덜 중요하므로 높은 레이트(즉, 낮은 리던던시) 코드에 의해 보호된다. 그러므로, 도 1의 예시적인 실시예에서, 제어 정보는 오디오 정보와 별도로 처리되고 가장 높은 에러 보호 레벨을 갖는 반면, 오디오 데이타는 2개의 다른 비트 클래스로 분리되며, 여기서 각 비트 클래스는 상이한 에러 보호 레벨을 갖는다.
2개의 오디오 데이타 클래스 2 및 3 중 어느 하나의 클래스에 대한 상대적인 오디오 비트 할당과 제 2 및 제 3 에러 보호 코드 각각에 대한 대응 레이트는 총체적으로 UEP 기법의 에러 보호 프로파일로 지칭된다. 본 발명에 따른 에러 보호 프로파일은 전체 비트 레이트가 통상적인 균등 에러 보호(EEP)에 의해 제공되는 비트 레이트와 실질적으로 동일하도록 보장하기 위해 제한 될 수 있다. 전술한 3-레벨 UEP 기법의 하나의 가능한 구현에 있어서, 제 2 및 제 3 코드는 고정 레이트(fixed-rate) 에러 보호 코드일 수 있다. 이는 전반적으로 결과적인 UEP 기법이 대응하는 통상적인 EEP 기법과 실질적으로 동일한 평균 소스 및 채널 레이트(average source and channel rate)를 제공할 수 있음을 의미할 것이다. 또한, 제 2 및 제 3 클래스간 상대적인 오디오 데이타 비트 할당은 모든 패킷에 대해 동일할 수 있다.
도 2는 전술한 본 발명에 따른 3-레벨 UEP 기법을 구현하는 대표적인 통신 시스템(20)의 블럭도이다. 시스템(20)은 전송 채널(26)을 통해서 통신하는 송신기(22)와 수신기(24)를 구비한다. 송신기(22)는 아날로그 오디오 신호로부터 PAC 오디오 패킷의 시퀀스를 생성하는 PAC 인코더(30)를 구비한다. 비록 본 실시예가 PAC 오디오 패킷을 사용할지라도, 본 발명은 소정 유형의 오디오 압축 기법에 의해 생성되는 오디오 정보에 보다 전반적으로 적용된다. PAC 인코더(30)로부터의 오디오 패킷은 분류기(classifier)(32)로 인가되어 제어 정보, 레벨 1 오디오 데이타 비트 및 레벨 2 오디오 데이타 비트에 대응하는 별도의 비트 스트림으로 변환된다. 제어 정보 비트 스트림은, 도 2 에 도시한 바와 같이, 제 1 채널 부호화기(33)로 공급되고, 레벨 1 오디오 데이타 비트 스트림은 제 2 채널 부호화기(34)로 공급되며, 레벨 2 오디오 데이타 비트 스트림은 제 3 채널 부호화기(35)로 공급된다. 채널 부호화기(33, 34 및 35)의 심볼(symbol) 출력은 인터리버(interleaver)(36)로 공급되어 다수의 PAC 패킷에 심볼이 인터리빙된다. 송신기(22)는 예시를 간단히 하기 위해 도 2에 도시하지 않은 변조기, 멀티플렉서, 업 컨버터(upconverter) 등과 같은 부가적인 처리 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 인터리버(36)의 출력은 하나 이상의 부-반송파(sub-carriers)로 변조될 수 있으며, 부-반송파 주파수는 수신기(24)로의 전송을 위해 무선 주파수(radio frequency: RF) 반송파로 변조될 수 있다. 또 다른 예로써, 인터리버(36)의 출력은 전화기 라인 혹은 다른 망 연결을 통해 전송하기 위해, 모뎀으로 인가되어 반송파로 변조될 수 있다.
수신기(24)는 전송 채널(26)로부터 전송된 신호를 수신한 후, 그것을 처리하여 인터리빙된 심볼을 복원한다. 심볼은 디인터리버(deinterleaver)(40)에서 디인터리빙된 후, 도 2에 도시된 바와 같은 제 1, 제 2 및 제 3 채널 디코더(41, 42 및 43)로 각각 인가된다. 제 1 디코더(41)의 출력단에서의 비트 스트림은 제어 정보에 상응하고, 제 2 디코더(42)의 출력단에서의 비트 스트림은 레벨 1 오디오 데이타 비트 스트림에 상응하며, 제 3 디코더(43)의 출력단에서의 비트 스트림은 레벨 2 오디오 데이타 비트 스트림에 상응한다. 그 다음, 오디오 데이타 비트 스트림은 각각의 에러 완화 유닛(44, 46)에서 처리되고, 처리된 결과의 오디오 데이타 비트스트림은 디코더(41)로부터의 제어 정보 비트 스트림과 함께 재구성 유닛(47)으로 인가된다. 재구성 유닛(47)은 인가된 3개의 비트 스트림을 처리하여 도 1에 도시한 유형의 PAC 패킷을 재구성한다. 그 다음, 결과적인 PAC 패킷의 시퀀스는 PAC 오디오 디코더(48)에서 디코딩되어 원래의 아날로그 오디오 신호로 재구성된다.
송신기(22)와 마찬가지로, 수신기(24)는 도 2에 도시하지 않은 부가적인 처리 구성 요소를 구비할 수 있다. 인터리버(36)와 디인터리버(40)와 같은 다양한 시스템 구성 요소는 대안적인 실시예에서 삭제될 수 있다. 더욱이, 오디오 인코더 및 디코더, 채널 부호화기 및 디코더, 분류기 및 재구성 유닛, 그리고 에러 완화 유닛과 같은 다양한 시스템(20) 구성 요소는 응용 주문형 집적 회로(application specific intergrated circuit), 마이크로 프로세서 혹은 임의의 다른 유형의 디지탈 데이타 프로세서의 일부를 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 다양한 특징은 중앙 처리 유닛(central processing unit: CPU) 혹은 디지탈 데이타 프로세서내 유사한 것에 의해 실행되는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램 형태로 또한 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 기술한 3-레벨 UEP 기법의 단순화된 2-레벨 버전(version)은 클래스 1의 제어 정보와 클래스 2의 레벨 1 오디오 데이타를 조합하여 단일 에러 보호 코드에 의해 보호된 클래스 1*로 지칭된 새로운 클래스를 형성한다. 원래(origianl) 클래스 1의 제어 정보에 대응하는 클래스 1*의 서브세트(subset)는 전술한 패킷간(inter-packet) 반복 특성을 이용하여 추가로 보호될 수 있다. 예를 들어, 현재 PAC 패킷의 제어 정보가 현재 패킷 및 후속 패킷 모두에 포함될 수 있다. 이러한 유형의 반복 코드를 이용하는 실시예에서 에러 정정 능력은 반복제어 정보가 주어진 시간내에 원래 제어 정보로부터 잘 분리되도록 보장하기 위해 부호화된 비트 스트림에 대해서 동작하는 인터리버를 사용하여 추가로 향상될 수 있다. 단순화된 UEP 기법의 2-레벨 버전은 각 패킷이 2개의 클래스, 즉, 원래 클래스 3에 대응하는 위에서 규정한 클래스 1*및 2*로 효과적으로 분할되는 2-클래스 분할(partioned) 비트 스트림에 대해서 동작하는 것으로 보일 수도 있다. 이하에서 클래스 1*및 클래스 2*와 함께 사용하기에 적합한 채널 코드가 보다 상세하게 설명될 것이다.
PAC 인코더에서 사용된 양자화 모델은 본질적으로 적응적 서브밴드 코딩(adaptive subband coding) 기법이다. 아날로그 오디오 신호는 전형적으로 인코더내 시변 필터 뱅크(time-varying filter bank)에 의해 처리된다. 필터 뱅크로부터의 출력은 각 부호화기 밴드가 소정의 단일 양자화기 스탭 사이즈(single quantizer step size) 혹은 그와 연관된 "스케일 인자"(scale factor)를 갖도록 그룹 혹은 "부호화기 밴드"로 분할된다. 이러한 분할은 오디오 주파수 범위의 "임계 밴드(critical band)" 분할에 의거한다. 임계 밴드는 사람의 귀가 오디오 자극(stimili)을 통합할 수 있는 주파수 범위이다. 일반적으로 주어진 주파수내(즉, 고 주파수 분해 필터 뱅크가 사용된 경우) 혹은 주어진 시간내(즉, 고 시간 분해 필터 뱅크가 사용된 경우)에서 임계 밴드 오디오 정보의 미세 분할(finerpartitioning)을 나타내는 각 임계 밴드와 연관된 하나 이상의 부호화기 밴드가 존재한다. 부호화기 밴드와 연관된 스케일 인자는 인지 마스킹 모델(perceptual masking model)을 사용하여 각 오디오 프레임에서 생성된다. 스케일 인자와 양자화 부호화기 밴드 성분은 적응적 허프만 코딩 기법(adaptive Huffman coding scheme)을 사용하여 추가로 압축된다. 일반적으로 주어진 부호화기 밴드 그룹에 대하여 수개의 가능한 허프만 코드북 중 어느 하나의 코드북이 선택될 수 있다. 전술한 바와 같이, 허프만 코딩의 사용으로 인해 전송 에러가 소정의 오디오 프레임내에 전파될 수 있다.
도 3a 및 3b는 대표적인 PAC 패킷을 보다 상세하게 도시하고 있다. 도 3a는 단일대표 패킷의 포맷을 도시하며, 도 3b는 도 3a의 패킷에서 좌측 채널 혹은 우측 채널의 일부 데이타 포맷을 도시한다. PAC 코딩은 블럭 처리 알고리즘을 이용하며, 각 PAC 패킷은 실제 오디오 채널 수에 관계없이 각 오디오 채널로부터의 1024 입력 샘플에 상응한다. 각 패킷은 허프만 인코딩 필터 뱅크 출력, 코드북 섹션, 양자화기 및 하나의 1024 샘플 청크(chunk) 혹은 8개의 128-샘플 청크에 대한 채널 조합 정보를 포함한다. 패킷 사이즈는 1024 입력 샘플로 이루어진 상이한 세트에 상응하는 패킷이 상이한 사이즈를 갖도록 가변적이다. 위의 애플리케이션에 의거하여, 다양한 유형의 추가 제어 정보가 첫 번째 패킷 혹은 모든 패킷에 부가된다. 예를 들면, 하드 디스크와 같은 신뢰성이 있는 매체 상에 정보를 저장할 때, 헤더 표시(header indicating) 버전, 샘플 레이트, 채널 수, 및 인코딩 레이트는 압축된 뮤직의 시작 지점에 위치한다. 디지탈 오디오 방송에서 사용된 채널과 같은 잠재적으로 비 신뢰성의 전송 채널에 대해서, 헤더는 일반적으로 각 패킷에 부가된다. 이 헤더는 동기화, 에러 복원(error recovery), 샘플 레이트, 오디오 채널 수 및 전송 비트 레이트와 같은 제어 정보를 포함할 수 있다.
도 3a의 대표적인 PAC 패킷에 있어서, 패킷의 헤더부는 32비트 동기, 8비트 비트 레이트 표시기, 4비트 I 및 Q 샘플 레이트 표시기, 13비트 블럭 길이, 반(half) 블럭 길이, 후속 블럭 길이 및 후속 반 블럭 표시기, 4비트 버퍼 상태 표시기, 6 비트 부가(ancillary) 데이타 길이 표시기 및 10 비트 보조(auxilliary) 데이타 길이 표시기를 포함한다. 이 헤더에 이어서 가변 길이 좌측 채널 데이타부, 가변 길이 우측 채널 데이타부, 가변 길이 부가 및 보조 데이타부가 위치한다. 도 3b는 좌측 혹은 우측 채널 데이타부가 섹션 정보(예를 들어, 섹션 수, 섹션 경계 및 코드북), 스케일 인자 및 계수(coefficients)를 포함할 수 있음을 도시하고 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시한 PAC 패킷 포맷과 관련된 부가적인 상세 내용은 위에서 인용한 PAC 참조 문헌에서 찾을 수 있으므로, 포맷은 본 명세서에서 더 이상 설명되지 않을 것이다.
이제 PAC 오디오 비트 스트림을 불균등 에러 감도 클래스로 분류하기 위한 프로세스가 보다 상세하게 설명될 것이다. 위에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 3-레벨 실시예의 단순화된 2-레벨 버전에서, 클래스 1*및 클래스 2*의 상대적인 사이즈는 실질적으로 패킷마다 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 각 패킷에서 고정 비트 P 퍼센트가 임계로서 분류된다. 파라메터 P와 함께 비트를 2개의 클래스로할당하는 분류기의 동작 특성은 2개 클래스에 대한 상대적인 레이트를 결정하고 인지 마스킹 원리 및 주관적 품질 측정(subjective quality measurements)에 기초하여 선택될 수 있다. 분류기에서 시용될 수 있는 2개의 예시적인 인지 마스킹 원리는, (i) 스테레오 신호 분리, 즉, 측면 채널은 중앙 채널보다 인지적으로 덜 중요한 것으로 간주되고, (ii) 주파수 범위 혹은 재구성 오디오 품질에 인지적으로 보다 민감한 것으로 결정된 주파수 범위 세트(set of freqency ranges)에 대응하는 부호화기 밴드 그룹과 같다. 전형적으로, 일반적으로 대략 100 Hz-4 kHz의 주파수 범위에 대응하는 저 중간(low to mid) 주파수 부호화기 밴드는 오디오 비트 스트림내에서 스펙트럼 정보의 나머지 부분보다 매우 중요하다. 실험에 의하면, 상대적으로 많은 비트수가 저 중간 주파수 부호화기 밴드에 할당된다는 사실로 인해, 때로는 상대적으로 큰 값의 P가 바람직하다(소정 패킷에 대하여 60-70 퍼센트 정도). 많은 애플리케이션에서는, 약 50 퍼센트의 P값이 허용된다.
이제, 전술한 원리를 이용하도록 구성된 분류기의 동작이 설명될 것이다. K비트 사이즈를 갖는 각 패킷에 대하여 P*K/100 사이즈의 "비트 버킷(bit bucket)"이 생성된다. 그 다음, 비트 버킷에는 순차적인 인지-유인 선택 규칙(peceptually-driven selection rules)을 적용함으로써 패킷으로부터의 비트로 채워진다. 먼저, 제어 정보가 버킷내에 배열된다. 그 다음, 모노포닉 혹은 중앙 채널에 대한 주파수 범위 100 Hz-2.5 kHz에 대응하는 스펙트럼 정보가 버킷내에 배열된다. 좌측/우측 코딩을 이용하는 부호화기 밴드에 대해서는 좌측 및 우측 채널 둘다에 대한 비트가 버킷내에 배열되지만, 합/차(sum/diff) 코딩을 이용하는 부호화기 밴드에 대해서는 단지 합 비트만이 버킷내에 포함된다. 그 다음, 주파수 범위 2.5 kHz-4 kHz에 대응하는 모노포닉 혹은 중앙 채널 정보의 모두 혹은 일부가 버킷으로 전달된다. 모든 비트를 버킷에 내장할 수 없으므로, 버킷내 배열을 위해서 소정 쌍의 스펙트럼 비트를 선택하기 위해 부-임계 밴드 쿰(sub-critical band comb)이 스펙트럼 비트에 적용될 수도 있다. 버킷이 밴드 쿰의 애플리케이션 후에도 여전히 가측 차 있지(full) 않으면, 소정 비트는, (1) 100 Hz-4 kHz 범위내 차이(difference) 채널 비트, (2) 0-100 Hz 범위내 채널 비트, (3) 4-8 kHz 범위내 모노포닉 혹은 중앙 채널 비트, (4) 4-8 kHz 범위내 차이 채널 비트 및 (5) 8 kHz 보다 큰 고주파 스펙트럼 정보의 순서로 버킷내에 포함되도록 선택된다.
전술한 비트 버킷내에 배열된 비트는 클래스 1*비트이기 때문에 보다 높은 에러 보호 레벨을 갖는 보다 중요한 오디오 정보이다. 오디오 패킷내 나머지 비트는 그 패킷에 대해 클래스 2*비트를 구성하고, 보다 낮은 에러 보호 레벨을 갖는다. 이하, 이들 두 가지 비트 클래스와 함께 사용하기에 적합한 특정한 채널 코드가 보다 상세하게 설명 될 것이다. 상이한 에러 보호 레벨은 전반적으로 재구성 오디오 품질에서 전체 왜곡(distortion)이 최소화되도록 선택된다. 이 결정은 시뮬레이션 에러(simulated error)의 결과를 들은 후 에러 보호 레벨을 적절히 조절함으로써 주관적으로 이행될 수 있다. 객관적인 에러 평가기준(criteria)이 역시 사용될 수 있으나, 몇몇 경우에는 국부적인 최적(suboptimal) 결과를 얻을 수도 있다.
도 4는 하나의 가능한 구현에서 모노포닉 혹은 중앙 채널 스펙트럼 정보에 대한 분류기의 동작을 도시하고 있다. 중앙 채널 스펙트럼 정보에 대한 분류기는 주파수 범위가 1*(실선으로 표시됨)과 2*(점선으로 표시됨)로 할당됨을 가리키는 주파수 플롯도로 도시되어 있다. 물론, 본 발명의 다른 실시예는 다른 유형의 분류기를 사용할 수 있다.
또한, 전술한 3-레벨 UEP 기법은 보다 정교한 유형의 보호를 제공하도록 확장 될 수 있다. 예를 들어, 오디오 데이타는 적절히 조절된 클래스 각각의 사이즈와 코드 레이트를 사용하여 2개 이상의 에러 감도 클래스로 분류될 수 있다. 에러 보호 프로파일은 여전히 패킷마다 일정하도록 만들어질 수 있다. 오디오 데이타의 2개 클래스에 대한 더 이상의 부 분류(subclassification)를 이용하여 에러 완화 알고리즘을 보다 잘 이용할 수 있다. 예를 들면, PAC는 소정의 부재(missing) 패킷을 생성하기 위해서 과거 및 미래의 오디오 패킷으로부터의 정보를 이용하는 보간(interpolative) 에러 완화 알고리즘을 사용한다. PAC에서 사용된 스펙트럼 오디오 설명부 중 일부는 다른 것 보다 더 우수한 보간을 제공하며, 이 사실은 상이한 에러 보호 클래스에서 정보를 분류하는데 사용될 수 있다.
도 5는 전술한 UEP 기법의 또 다른 가능한 확장을 도시하고 있다. 이 확장은 다중 PAC 오디오 패킷 그룹에 대한 적절한 다중 패킷 에러 보호 프로파일을 결정하기 위해서 다중 오디오 프레임 구간에 대하여 다중-밴드 오디오 신호 라우드니스(loudness) 프로파일을 이용한다. 그 다음, 유한 수의 가능한 프로파일로부터선택될 수 있는 이 프로파일은 순방향(forward) 제어 정보의 일부로서 수신기로 송신될 것이다. 도 5는 소스-부호화된 오디오 정보 비트 스트림이 에러 감도 분류기(52)로 인가되는 송신기(50)의 일부를 도시하고 있다. 분류기(52)는 도시된 바와 같은 다중 PAC 패킷의 세그먼트에 대해서 동작한다. 다중 패킷 세그먼트내 각각의 PAC 패킷은 단일 오디오 프레임에 상응한다. 분류기(52)는 다중 패킷 세그먼트의 각 패킷에 포함된 오디오 데이타 비트를 전술한 방식과 유사한 방식으로 에러 감도에 기초하여 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스로 분리한다. 각 클래스로부터의 오디오 데이타 비트는 오디오 데이타 비트 클래스 각각에 대하여 라인(54)을 통해서 각각의 순방향 에러 정정(forward error correction: FEC) 인코더(57)를 포함하는 인코더(56)로 공급된다. 각각의 인코더(57)는 인가된 오디오 데이타 비트 클래스에 대하여 상이한 에러 보호 레벨을 제공한다. 오디오 비트 스트림으로부터의 제어 비트는 에러에 가장 민감한 오디오 데이타 비트 클래스와 조합될 수도 있으며, 라인(54) 중 어느 하나의 라인을 통해서 인코더(57) 중 어느 하나의 인코더로 전달될 수 있다. 이와 달리, 라인(54)과 인코더(57) 중 별도의 어느 하나가 제어 비트를 인코딩하는데 사용될 수 있다.
다중 패킷 세그먼트에 대해서 선택된 특정한 에러 보호 프로파일의 식별기는 분류기(52)로부터 라인(58)을 통해서 또 다른 인코더(59)로 공급된다. 이 식별기는 대응하는 다중 패킷 세그먼트에 대해서 사용된 특정한 에러 보호 프로파일을 지정하므로, 상대적으로 높은 에러 보호 레벨을 사용하여 보호된다. 따라서 송신기(50)는 선택된 프로파일이 오디오 신호의 특성에 따라서 변형될 수 있도록오디오 정보 비트 스트림의 상이한 다중 패킷 세그먼트에 대하여 상이한 UEP 프로파일을 선택하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 입력 오디오 비트 스트림으로부터의 제어 비트는 오디오 데이타 비트 클래스 중 어느 하나의 클래스와 조합되거나 혹은 각각의 인코더(57)로 별도로 인가되기 보다는, UEP 프로파일 식별기와 조합되고 인코더(59)에 의해 부호화될 수도 있다. 인코더(56)의 각각의 인코더(57, 59)의 출력은 전송하기 전에 후속 처리를 위해 멀티 플렉서, 변조기 혹은 다른 장치로 인가된다.
도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 다중 패킷 에러 보호 프로파일은 보다 낮은 비트 레이트와 보다 낮은 오디오 밴드폭으로 동작하는 PAC 애플리케이션에 대하여 특히 유리하게 사용된다. 예를 들면, 32 kbps PAC 출력은 7-8 kHz의 오디오 밴드폭을 부호화한다. 이 경우, 수 개의 패킷에서 대부분의 출력 비트는 중요한 오디오 정보일 수 있으며, 각 패킷에 대한 2개 클래스간 50-50 분할(split)은 품질면에서 소정의 상당한 이점을 제공하지 못할 수도 있다. 한편, 다중 패킷 에러 보호 프로파일은 중요 정보에 대한 적합한 다중 패킷 서브세트를 별도의 클래스로 분류하기 위해서 PAC 에러 완화 알고리즘의 보간 능력은 물론 비트 요구량을 이용할 수 있을 것이다. 그 다음, 보다 강력한 에러 보호 레벨을 사용하여 다중 패킷 중요 클래스를 보호함으로써, 모든 패킷에 대하여 동일한 프로파일을 사용하여 패킷을 비트 클래스로 분리하는 UEP 기법에 비해 향상된 성능을 제공한다.
다중 패킷 에러 보호 프로파일을 특히 유용하게 사용할 수 있는 또 다른 애플리케이션은 오디오 신호에서 온셋(onsets)에 대한 고 충실도(high fidelity) 재생과 관련된다. 이것은 오디오 압축/전송 방안에 대한 중요한 품질 평가기준이다. 흔한 일은 아니지만, 이러한 온셋을 인코딩하는 데에는 많은 수의 비트를 필요하다. 더욱이, 온셋에 대해서, 보다 높은 주파수의 오디오 성분은 역시 중요한 것으로 분류되어야 한다. 그러므로, 온셋을 포함하는 PAC 오디오 패킷에 대해서, 단일-패킷 에러 프로파일에 따른 2개의 동일 사이즈를 갖는 클래스로의 단순한 분할은 최적의 결과를 제공하지 못할 수도 있음이 명백하다. 한편, 다중 패킷 에러 프로파일은 온셋 PAC 패킷으로부터의 대부분의 비트가 중요한 것으로 분류되도록 구성될 수 있다. 이는, 전반적으로 동일한 다중 패킷 세그먼트내에서 다른 패킷으로부터의 보다 적은 수의 비트가 중요한 것으로 분류될 수 있음을 의미하지만, 보간과 같은 다른 특징에서 이점을 얻을 수 있는 세그먼트내에는 보다 적은 수의 비트를 요구하는 오디오 패킷이 있을 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 2-레벨 UEP를 제공하기 위해 블럭 코드(block codes)를 이용하는 2개의 가능한 기법을 도시하고 있다. 블럭 코드는, 예를 들면, 1983년, 에스. 린(S. Lin) 및 디. 제이. 코스텔로 2세(D. J. Costello Jr.)의 "Error Control Coding: Fundmentals and Applications", Prentice-Hall에 보다 상세하게 기술된 바와 같은 리드-솔로몬 코드일 수 있으며, 이 논문은 본 명세서에서 참조 문헌으로서 인용된다. 이 경우, 2개의 상이한 리드-솔로몬 코드는 두 클래스에 대해 EEP를 제공하기 위해 사용될 수 있는 레이트와 같은 두 코드의 평균 레이트에 따라서, 2개의 에러 보호 레벨을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 도 6a는 고정 길이 m의 코드 워드를 사용하는 구현을 도시하고 있다. 2개의 상이한 클래스에대한 EEP를 제공하도록 구성된 코드 워드(100)는 제 1 길이 k 부분과 제 2 길이 m-k 부분을 포함하되, 여기서 k는 정보 심볼의 수이다. 대표적인 코드 워드쌍(102 및 104)은 전술한 기법과 같은 2-레벨 UEP 기법에 따라 구성된다. 코드 워드(102)는 제 1 길이 k1부분과 제 2 길이 m-k1부분을 포함하며, 코드워드(104)는 제 1 길이 k2부분과 제 2 길이 m-k2부분을 포함한다. 이 예에서, 코드 워드내 정보 심볼 k1의 수는 m보다 작으며, 코드 워드(104)내 정보 심볼 k2의 수는 m보다 크다.
도 6b는 고정 수의 정보 심볼 k를 포함하는 가변 길이 코드 워드를 이용하는 구현을 도시하고 있다. 2개의 상이한 비트 클래스에 대하여 EEP를 제공하도록 구성된 코드 워드(106)는 도 6a의 코드 워드(100)에서와 마찬가지로 제 1 길이 k 부분 및 제 2 길이 m-k 부분을 포함한다. 도 6b는 2-레벨 UEP 기법에 따라서 구성된 대표적인 코드 워드쌍(108 및 110)을 또한 도시하고 있다. 코드 워드(108)는 제 1 길이 k 부분과 제 2 길이 m1-k 부분을 포함하며, 코드 워드(110)는 제 1 길이 k 부분과 제 2 길이 m2-k 부분을 포함한다. 이 예에서, 코드 워드(108)의 길이 m1은 k보다 크고, 코드 워드(110)의 길이 m2는 k보다 작다. 이 실시예에서는, 리드-솔로몬 코드에 대하여 축소된 형태(shortened forms)가 사용될 수 있다. 인터리빙은 코드 심볼 레벨로 수행되어야 한다. 리드-솔로몬 코드를 이용하는 실시예에서, 에러를 완화하는데 사용하기 위한 에러 검출 플래그는 디코더로부터 자동적으로 얻을 수 있다.
예를 들어, 위에서 인용한 에스. 림 및 디. 제이. 코스텔로 2세의 참조 문헌과 1981년, 지. 씨. 클락 2세(G. C. Clark, Jr) 및 제이. 비. 케인(J. B. Cain)의 "Error Correcting Codes for Digital Communications", Plenum Press에 설명된 바와 같은 콘벌루션 코드를 포함하는 다른 유형의 코드가 본 발명에 따른 다중-레벨 UEP를 제공하는데 또한 이용될 수 있으며, 이 논문은 본 명세서에서 참조 문헌으로서 인용된다. 콘벌루션 코드를 사용하여 다중-레벨 UEP를 수행하는데 특히 효율적이고 유연성 있는 기법은, 예를 들어, 1988년 4월, 제이. 하게너(J. Hagenauer)의 "Rate Compatible Punctured Convolutional Codes (RCPC Codes) and their Applications", IEEE Transactions on Communications, Vol. 36, No. 4, pp. 389-400의 문헌과, 1990년 7월, 제이. 하게너 등의 "The Performance of Rate Compatible Punctured Convolutional Codes for Digital Mobile Radio", IEEE Transactions on Communications, Vol. 38, No. 7, pp. 966-980의 문헌 및 1991년 8월, 알. 브이. 콕스(R. V. Cox) 등의 "Sub-band Speech Coding and Matched Convolutional Channel Coding for Mobile Radio Channels", IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 39, No. 8, pp. 1717-1731의 문헌에 설명된 바와 같은 RCPC 코드를 이용하며, 이들은 본 명세서에서 참조 문헌으로서 인용된다.
도 7은 본 발명에 따른 2-레벨 UEP를 제공하기 위해, RCPC 코드 또는 다른 유형의 콘벌루션 코드를 참조하여 사용하기 위해 종단 비트(termination bits)를 사용하는 예를 도시하고 있다. 대표적인 코드 워드(120)는 제 1 레벨부(122), 제 2 레벨부(124) 및 단일 종단 테일(sigle terminating tail)(126)을 포함한다. 만약 종단 테일 비트(126)로 인한 오버헤드가 무시될 수 있다면, 제 1 및 제 2 레벨에 대한 레이트-호환성 코드가 아주 절실하게 필요하지는 않으며, 비-레이트-호환성(non-rate compatible) 코드가 사용될 수 있다. 도 7의 코드 워드(130 및 132)에서 예시된 바와 같이, 각 레벨 코드를 별도로 종결시키는 것이 또한 가능하다. 코드 워드(130)는 제 1 레벨부(133) 및 종단 테일(134)을 포함하며, 코드 워드(132)는 제 2 레벨부(135) 및 별도의 종단 테일(136)을 포함한다. 2-레벨 UEP에서 별도의 종단 테일에 대한 부가적인 오버헤드는 많은 애플리케이션에서 여전히 무시될 수 있다. 펑튜어드 콘벌루션 코드를 사용하여, 동일한 모 코드(mother code)로부터 구한 모든 코드에 대해서 동일한 베이직(basic) 디코더가 이용되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 리드-솔로몬 코드의 이용은 에러 완화를 위한 소정의 에러 검출 플래그가 디코더로부터 자동적으로 구해질 수 있도록 한다. 콘벌루션 코드를 이용하는 본 발명의 실시예에서, 다수의 상이한 기법을 이용하여 에러 완화를 위한 에러 검출 플래그를 구할 수 있다. 하나의 가능한 기법은, 예를 들어, 1989년 11월, 엔. 세사드리(N. Seshadri) 및 씨-이. 따블유. 썬드버그(C-E. W. Sundberg)의 "Generalized Viterbi Algorithms for Eorror Detection with Convolutional Codes", Conf. Rec. GLOBECOM '89,pp. 1534-1538, Dallas, Texas의 문헌과, 엔. 세사드리 및 씨-이. 따블유. 썬드버그의 "List Viterbi Decoding Algorithms with Applications", IEEE Transactions on Communications, pp. 313-323, Vol. 42, No. 2/3/4의 문헌 및 1995년, 씨. 닐(C. Nill)과 씨-이. 따블유. 썬드버그의 "List and Soft Symbol Output Viterbi Algorithms: Extensions and Comparisons", IEEE Transactions on Communications, Vol. 43, No. 2/3/4의 문헌에 설명된 바와 같은 일반화된 비터비 알고리즘을 이용하는 것이며, 이들 문헌은 본 명세서에서 참조 문헌으로서 인용된다. 이 기법은 전반적으로 콘벌루션 코드에서 이미 사용된 오버헤드외에 어떠한 커다란 부가적인 오버헤드도 요구하지는 않지만, 종단 테일 및 보다 복잡한 처리가 보다 빈번하게 사용되도록 요구할 수도 있다.
도 8은 에러를 완화하는데 사용하기 위해 에러 검출 플래그를 구하는 두 번째의 가능한 기법을 도시하고 있다. 이 기법은 콘벌루션 코드에 앞서서 CRC(cyclic Redundancy code)를 이용한다. 이 기법에 따르면, CRC 비트는 PAC 비트 스트림내에 주기적으로 삽입되고, 각각의 에러 보호 레벨에 대하여 별도로 구현된다. 도 8에 도시된 바와 같이, PAC 오디오 비트 스트림내 한 세트의 제 1 레벨 비트(140)는 대응하는 CRC 비트(144) 사이에 삽입된 제 1 레벨 비트(142) 그룹을 포함한다. 마찬가지로, PAC 오디오 스트림내 한 세트의 제 2 레벨 비트(150)는 대응하는 CRC 비트(154) 사이에 삽입된 제 2 레벨 비트(152) 그룹을 포함한다. 이 CRC 기법은 구현 및 사용하기가 간단한 장점을 갖는다. 에러를 완화하는데 사용하기 위해서 에러 검출 플래그를 구하는 세 번째 가능한 기법은 콘벌루션 코드에 이어서 높은 레이트의 리드-솔로몬 코드를 이용하는 것이다. 전술한 3가지 대표적인 기법외에 에러 검출 플래그를 생성하는 대안적인 기법이 또한 사용될 수 있음을 알아야 한다.
전술한 본 발명의 실시예는 단지 예시적으로 기술되었다. 예를 들면, 본 발명의 대안적인 실시예는 대표적인 리드-솔로몬 혹은 전술한 RCPC 코드외에 블럭 또는 다른 콘벌루션 코드를 이용할 수 있다. 더욱이, 코딩이 아닌 다른 기법을 이용하여 상이한 에러 보호 레벨을 제공할 수도 있다. 또한, 본 발명의 기법은 오디오 정보에 대하여 소정 수의 상이한 UEP 레벨을 제공하도록 사용될 수 있으며, 매우 다양한 상이한 비트 레이트 및 전송 채널과 함께 사용될 수도 있다. 대안적인 실시예는 간단한 방식을 사용하여, 전술한 예시적인 2-레벨 및 3-레벨 기법을 소정의 원하는 수의 레벨로 확장할 수 있다. 다른 대안적인 실시예는 다중 오디오 패킷의 세그먼트를 처리하기 위해 소정 수의 상이한 다중 패킷 에러 보호 프로파일을 이용할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 소정의 애플리케이션에서 적응적인 수의 상이한 에러 보호 레벨을 제공하기 위해 다른 기법을 사용할 수 있다. 후술하는 특허 청구 범위내에 있는 이들 및 여러 가지 다른 대안적인 실시예 및 구현은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 시스템은 인지 오디오 부호화기에 의해 생성된 소스 부호화된 비트 스트림과 같은 소스 부호화된 비트 스트림에서 UEP를 수행할 수 있으므로, 본 발명에 따른 UEP를 사용하는 통신 시스템은 채널 에러가 존재하는 경우에도 품질 열화를 감소시키면서, 통상적인 UEP 혹은 EEP 시스템을 사용하는 시스템에 비하여보다 확장된 동작 범위를 제공한다.

Claims (35)

  1. 통신 시스템에서의 전송을 위해 제어 비트(control bit) 및 데이타 비트(data bit)를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림(audio information bit stream)을 처리하는 방법에 있어서,
    에러 감도(error sensitivity)에 기초하여 상기 오디오 데이타 비트를 n(여기서 n은 2이상의 정수임)개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스(class)로 분리하는 단계와,
    상기 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스 각각에 대하여 상이한 레벨의 에러 보호(error protection)를 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 분리 단계는 상기 오디오 데이타 비트에 오디오 부호화 처리(audio coding process)가 적용된 후에 상기 오디오 데이타 비트에 적용되고, 상기 오디오 부호화 처리는 양자화(quantization) 동작 및 가변 길이 오디오 부호화(variable length audio coding) 동작을 포함하며, 고정 채널 부호화 레이트(fixed channel coding rate)를 이용하여 상기 클래스들 중 대응하는 하나에 대해 소정 레벨의 에러 보호가 제공되는
    오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상이한 에러 보호 레벨은 제 1 데이타 비트 클래스에 대한 제 1 에러 보호 레벨 및 제 2 데이타 비트 클래스에 대한 제 2 에러 보호 레벨을 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제공 단계는 상기 n개의 오디오 데이타 비트 클래스 중 임의의 클래스에 대하여 사용된 에러 보호 레벨보다 높은 에러 보호 레벨을 사용하여 상기 제어 비트를 부호화하는 단계를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제공 단계의 결과로 제공된 누적(cumulative) 비트 레이트는 상기 제어 비트 및 상기 n개의 데이타 비트 클래스 각각에 대해서 동일한 에러 보호 레벨이 제공되는 경우의 누적 비트 레이트와 실질적으로 동일한 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제공 단계는 상기 제어 비트 및 상기 제 1 데이타 비트 클래스 모두에 상기 제 1 에러 보호 레벨이 제공되도록 상기 제어 및 데이타 비트를 부호화하는 단계를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오디오 정보 비트 스트림내 현재 패킷의 적어도 일부의 상기 제어 비트가 상기 오디오 정보 비트 스트림의 후속 패킷내에 반복되는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 단계는 상기 데이타 비트가 상기 오디오 정보 비트로부터 재구성된 오디오 신호의 인지 품질(perceived quality)에 미치는 영향에 기초하여 상기 오디오 데이타 비트를 상기 n개의 데이타 비트 클래스로 분리하는 단계를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리 단계는 측면(side) 오디오 채널에 대응하는 데이타 비트에 중앙(center) 오디오 채널에 대응하는 데이타 비트의 에러 보호 레벨보다 낮은 에러 보호 레벨을 갖는 클래스가 할당되도록 상기 데이타 비트를 분리하는 단계를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리 단계는 지정된 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트에 또다른 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트의 에러 보호 레벨보다 높은 에러 보호 레벨을 갖는 클래스가 할당되도록 상기 데이타 비트를 분리하는 단계를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지정된 주파수 범위는 약 100 Hz-4 kHz인 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오디오 정보 비트 스트림의 패킷은 K 비트 길이를 가지며, 상기 n개의 클래스 중 가장 높은 에러 보호 레벨을 갖는 제 1 클래스는 약 P*K/100의 사이즈―여기서, P는 상기 오디오 정보 비트 스트림의 다중 패킷에 대하여 상기 제 1 클래스에 할당되는 고정된 비트 퍼센트임―를 갖는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    에러 보호 레벨이,
    (a) 상기 제어 비트,
    (b) 중앙 오디오 채널 및 약 100 Hz-2.5 kHz의 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트,
    (c) 중앙 오디오 채널 및 약 2.5 kHz-4 kHz의 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트,
    (d) 약 100 Hz-4 kHz의 주파수 범위내의 차이 채널(difference channel)에 대응하는 데이타 비트,
    (e) 약 0-100 Hz의 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트,
    (f) 약 4-8 kHz의 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트,
    (g) 차이 채널 및 약 4-8 kHz의 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트,
    (h) 약 8 kHz보다 큰 주파수에 대응하는 데이타 비트
    의 감소 우선 순서에 따라서 상기 오디오 정보 비트 스트림의 비트에 할당되는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    비터비(Viterbi) 알고리즘을 사용하여 부호화된 비트 클래스를 디코딩하여, 에러 완화(error mitigation)에 사용하기 위한 에러 검출 플래그(error detection flag)를 구하는 단계를 더 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제공 단계는 디코더의 에러 완화 알고리즘에 사용하기 위한 에러 검출을 제공하는데 사용되는 CRC(Cyclic Redundancy Code) 비트를 상기 오디오 정보 비트 스트림에 주기적으로 삽입하는 단계를 더 포함하는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 오디오 정보 비트 스트림내 상이한 패킷 그룹에 대하여 상이한 에러 보호 레벨이 사용되는 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  16. 통신 시스템에서의 전송을 위한 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치에 있어서,
    오디오 정보 비트 스트림을 수신하는 분류기(classifier)로서 상기 오디오 정보 비트를 제어 비트 및 n개의 상이한 데이타 비트 클래스로 분리하되(여기서, n은 2 이상임), 상기 오디오 데이타 비트는 이에 양자화 동작 및 가변 길이 오디오 부호와 동작을 포함하는 오디오 부호화 처리가 적용된 후에 자신의 에러 감도에 기초하여 상기 클래스로 분리되도록 오디오 정보 비트를 분리하는 분리기와,
    적어도 n개의 인코더―여기서 상기 n개의 인코더 각각은 상기 n개의 클래스 중 한 클래스의 데이타 비트를 수신한 후, 이를 부호화하여 n개의 에러 보호 레벨 중 대응하는 하나의 에러 보호 레벨을 데이타 비트의 해당 클래스에 대해 제공하되, 소정 레벨의 에러 보호를 상기 클래스들 중 대응하는 클래스에 대해 고정 채널 부호화 레이트를 이용하여 제공함-를 포함하는
    오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 n개의 상이한 에러 보호 레벨은 제 1 데이타 비트 클래스에 대한 제 1 에러 보호 레벨 및 제 2 데이타 비트 클래스에 대한 제 2 에러 보호 레벨을 포함하는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 n개의 데이타 비트 클래스 중 소정의 클래스에 대하여 사용된 에러 보호 레벨보다 높은 에러 보호 레벨을 사용하여 상기 제어 비트를 인코딩하는 부가적인 인코더를 더 포함하는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 비트 및 소정의 데이타 비트 클래스 모두에 동일한 에러 보호 레벨이 제공되도록, 상기 인코더 중 하나의 인코더가 상기 제어 비트 및 상기 소정의 한 데이타 비트 클래스를 인코딩하는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 오디오 정보 비트 스트림내 현재 패킷의 적어도 일부의 상기 제어 비트가 상기 오디오 정보 비트 스트림의 후속 패킷내에 반복되는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  21. 상기 16 항에 있어서,
    상기 분류기는 상기 데이타 비트가 상기 오디오 정보 비트로부터 재구성된 오디오 신호의 인지 품질에 미치는 영향에 기초하여 상기 데이타 비트를 상기 n개의 데이타 비트 클래스로 분리하는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 분류기는 측면 오디오 채널에 대응하는 데이타 비트에 중앙 오디오 채널에 대응하는 데이타 비트의 에러 보호 레벨보다 낮은 에러 보호 레벨을 갖는 클래스가 할당되도록 상기 데이타 비트를 분리하는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 분류기는 지정된 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트에 또다른 주파수 범위에 대응하는 데이타 비트의 에러 보호 레벨보다 높은 에러 보호 레벨을 갖는 클래스가 할당되도록 상기 데이타 비트를 분리하는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 지정된 주파수 범위는 약 100 Hz-4 kHz인 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 오디오 정보 비트 스트림의 패킷은 K 비트 길이를 가지며, 상기 n개의 클래스 중 가장 높은 에러 보호 레벨을 갖는 제 1 클래스는 약 P*K/100의 사이즈―여기서, P는 상기 오디오 정보 비트 스트림의 다중 패킷에 대하여 상기 제 1 클래스에 할당되는 고정된 비트 퍼센트임―를 갖는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 오디오 정보 비트 스트림내 상이한 패킷 그룹에 대하여 상이한 에러 보호 레벨이 사용되는 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  27. 통신 시스템에서 수신된 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 n개의 디코더―상기 n개의 디코더 각각은 수신된 오디오 신호의 일부를 디코딩하여 제어 비트 및 n개의 상이한 데이타 비트 클래스를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림의 대응하는 부분을 복원하고(여기서, n은 2 이상임), n개의 데이타 비트 클래스 각각은 n개의 에러 보호 레벨 중 하나의 레벨을 가지며, 상기 오디오 데이타 비트가 상기 클래스로 분리되는 것은 상기 오디오 데이타 비트에 양자화 동작 및 가변 길이 오디오 부호화 동작을 포함하는 오디오 부호화 처리가 적용된 후에 발생되고, 고정 채널 부호화 레이트를 이용하여 상기 클래스들 중 대응하는 하나에 대해 소정 레벨의 에러 보호가 제공됨―와,
    상기 디코더로부터 상기 오디오 정보 비트 스트림의 상기 부분을 수신하여 오디오 패킷을 생성하는 재구성 유닛(reconstruction unit)을 포함하는
    오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 n개의 데이타 비트 클래스 중 소정의 클래스에 대하여 사용된 에러 보호 레벨보다 높은 에러 보호 레벨을 갖는 제어 비트에 대응하는 상기 수신 신호의 일부를 디코딩하는 부가적인 디코더를 더 포함하는 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 n개의 디코더 중 하나의 디코더는 상기 제어 비트에 대응하는 수신 신호의 일부 및 상기 데이타 비트 클래스 중 소정의 한 클래스에 대응하는 수신 신호의 일부를 디코딩―상기 제어 비트 및 상기 소정의 데이타 비트 클래스 모두는 동일한 에러 보호 레벨을 가짐―하는 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치.
  30. 통신 시스템에서의 전송을 위해 제어 비트 및 데이타 비트를 포함하는 부호화된 오디오 정보 비트 스트림을 처리하는 방법에 있어서,
    에러 감도에 기초하여 상기 오디오 데이타 비트를 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스로 분리하는 단계―여기서, n은 2 이상이고, 상기 클래스의 적어도 하나의 서브세트 각각은 오디오 주파수 스펙트럼의 지정된 비인접 밴드(non-contiguous band)에 대응하는 오디오 데이타 비트를 포함하도록 구성됨 ―와,
    상기 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스 각각에 대하여 상이한 에러 보호 레벨을 제공하는 단계를 포함하는
    부호화된 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  31. 통신 시스템에서의 전송을 위한 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치에 있어서,
    오디오 정보 비트 스트림을 수신하는 분류기―상기 분류기는 상기 오디오 정보 비트를 제어 비트 및 n개의 상이한 데이타 비트 클래스로 분리하며(여기서, n은 2 이상임), 상기 데이타 비트는 자신의 에러 감도에 기초하여 상기 클래스로 분리되고, 상기 클래스의 적어도 하나의 서브세트 각각은 오디오 주파수 스펙트럼의 지정된 비인접 밴드에 대응하는 오디오 데이타 비트를 포함하도록 구성됨―와,
    적어도 n개의 인코더―상기 n개의 인코더 각각은 상기 n개의 클래스 중 한 클래스의 데이타 비트를 수신한 후, 이를 부호화하여 데이타 비트의 해당 클래스에 대해 n개의 에러 보호 레벨 중 대응하는 하나의 에러 보호 레벨을 제공함- 를 포함하는
    오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  32. 통신 시스템에서 수신된 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 n개의 디코더―상기 n개의 디코더 각각은 수신된 오디오 신호의 일부를 디코딩하여 제어 비트 및 n개의 상이한 데이타 비트 클래스를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림의 대응하는 부분을 복원하고(여기서, n은 2 이상임), n개의 데이타 비트 클래스 각각은 n개의 에러 보호 레벨 중 하나의 레벨을 가지며, 상기 클래스의 적어도 하나의 서브세트 각각은 오디오 주파수 스펙트럼의 지정된 비인접 밴드에 대응하는 오디오 데이타 비트를 포함하도록 구성됨―와,
    상기 디코더로부터 상기 오디오 정보 비트 스트림의 상기 부분을 수신하여 오디오 패킷을 생성하는 재구성 유닛을 포함하는
    오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치.
  33. 통신 시스템에서의 전송을 위해 제어 비트 및 데이타 비트를 포함하는 부호화된 오디오 정보 비트 스트림을 처리하는 방법에 있어서,
    에러 감도에 기초하여 상기 오디오 데이타 비트를 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스로 분리하는 단계―여기서, n은 2 이상임―와,
    상기 n개의 상이한 오디오 데이타 비트 클래스 각각에 대하여 상이한 에러 보호 레벨을 제공하는 단계―상기 상이한 에러 보호 레벨은 제 1 다중 패킷 에러 보호 프로파일(multipacket error protection profile)에 따라 상기 오디오 데이타 비트의 제 1 부분에 대해 제공되고, 상기 제 1 에러 보호 프로파일과는 상이한 제 2 다중 패킷 에러 보호 프로파일에 따라 상기 오디오 데이타 비트의 제 2 부분에 대해 제공됨―를 포함하는
    부호화된 오디오 정보 비트 스트림 처리 방법.
  34. 통신 시스템에서의 전송을 위한 오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치에 있어서,
    오디오 정보 비트 스트림을 수신하는 분류기―상기 분류기는 상기 오디오 정보 비트를 제어 비트 및 n개의 상이한 데이타 비트 클래스로 분리하며(여기서, n은 2 이상임), 상기 데이타 비트는 자신의 에러 감도에 기초하여 상기 클래스로 분리됨―와,
    적어도 n개의 인코더―상기 n개의 인코더 각각은 상기 n개의 클래스 중 한 클래스의 데이타 비트를 수신한 후, 이를 부호화하여 데이타 비트의 해당 클래스에 대해 n개의 에러 보호 레벨 중 대응하는 하나의 에러 보호 레벨을 제공하고, 상기 상이한 에러 보호 레벨은 제 1 다중 패킷 에러 보호 프로파일에 따라 상기 오디오 데이타 비트의 제 1 부분에 대해 제공되고, 상기 제 1 에러 보호 프로파일과는 상이한 제 2 다중 패킷 에러 보호 프로파일에 따라 상기 오디오 데이타 비트의 제 2 부분에 대해 제공됨―를 포함하는
    오디오 정보 처리에 이용하기 위한 장치.
  35. 통신 시스템에서 수신된 오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 n개의 디코더―상기 n개의 디코더 각각은 수신된 오디오 신호의 일부를 디코딩하여 제어 비트 및 n개의 상이한 데이타 비트 클래스를 포함하는 오디오 정보 비트 스트림의 대응하는 부분을 복원하고(여기서, n은 2 이상임), n개의 데이타 비트 클래스 각각은 n개의 에러 보호 레벨 중 하나의 레벨을 가지며, 상기 상이한 에러 보호 레벨은 제 1 다중 패킷 에러 보호 프로파일에 따라 상기 오디오 데이타 비트의 제 1 부분에 대해 제공되고, 상기 제 1 에러 보호 프로파일과는 상이한 제 2 다중 패킷 에러 보호 프로파일에 따라 상기 오디오 데이타 비트의 제 2 부분에 대해 제공됨―와,
    상기 디코더로부터 상기 오디오 정보 비트 스트림의 상기 부분을 수신하여 오디오 패킷을 생성하는 재구성 유닛을 포함하는
    오디오 정보 디코딩에 이용하기 위한 장치.
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