KR0167769B1 - 디지탈 신호 처리장치 - Google Patents

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KR0167769B1
KR0167769B1 KR1019900007389A KR900007389A KR0167769B1 KR 0167769 B1 KR0167769 B1 KR 0167769B1 KR 1019900007389 A KR1019900007389 A KR 1019900007389A KR 900007389 A KR900007389 A KR 900007389A KR 0167769 B1 KR0167769 B1 KR 0167769B1
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겐조 아까기리
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오가 노리오
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Abstract

내용 없음.

Description

디지털 신호 처리장치
제1도는 본원 발명에 의한 디지털 신호 처리장치의 일실시예를 나타내는 블록도.
제2도 및 제3도는 그 동작의 설명을 위한 신호 파형도.
제4도는 종래의 디지털 신호 처리장치를 나타내는 블록도.
제5도는 문제점의 설명을 위한 특성 곡선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,30 : 디지털 신호 처리장치 3,10 : 예측화 필터
9 : 노이즈 필터 12 : 재양자화기
32 : LPC 분석회로 33 : 노이즈 필터 제어회로
본원 발명은 디지털 신호 처리장치에 관한 것이며, 예를 들면 오디오 신호 등을 고품질로 기록, 재생, 전송하도록 이루어진 디지털 신호 처리장치에 적용함에 적합한 것이다.
본원 발명은 디지털 신호 처리장치에 있어서, 입력신호를 소정기간 마다 구획하여, 각 기간마다 예측화 필터를 전환하는 동시에 스펙트럼 분석하여 노이즈 필터를 전환함으로써, 간이한 처리 작업으로 종래에 비하여 신호 대 양자화(信號對量子化) 잡음비를 개선할 수 있다.
종래, 이 종류의 디지털 신호 처리장치에 있어서는 적응 예측 부호화법(adaptive predictive coding: APC)의 방법을 사용하여 오디오 신호를 부호화하여 정보 압축함으로써 S/N비, 명료도 등의 열화를 미연에 방지하여 오디오 신호를 높은 전송 효율로 전송하도록 된 것이 있다(일본국 특개소 59-223022호 공보, 동 60-223034호 공보, 동 61-158217호 공보, 동 61-158218호 공보).
이와 같은 디지털 신호 처리장치에 있어서는 노이즈 세이핑의 방법을 사용하여 재양자화(再量子化) 잡음의 스펙트럼 형상을 전환함으로써, 청감상(聽感上)의 신호 대 양자화 잡음비(SNR)를 개선하도록 되어 있다(IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL. ASSP-27, NO. 3 1997년 6월, 전자정보통신학회지 4/'87 VOL. 70, NO. 4, 페이지 392-400, 일본국 특개소 59-223032호 공보, 동 60-103746호 공보, 동 61-158220호 공보).
즉, 제4도에 있어서, (1)은 종래의 디지털 신호 처리장치를 나타내며, 입력 디지털 신호 SI를 예측화 필터(3)에 송출한다.
예측화 필터(3)는 2차의 필터회로로 구성되며, 그 출력신호를 가산회로(7)에 출력함으로써, 당해 출력신호 및 입력 디지털 신호 SI의 차신호로 이루어지는 잔차(殘差)신호 SZ1를 형(線型) 예측분석기(8)에 송출하도록 되어 있다.
또한, 예측화 필터(3)는 선형 예측분석기(8)로부터 출력되는 파라미터 신호 SP에 의거하여 주파수 특성을 전환하도록 이루어지며, 이로 인해 입력 디지털 신호 SI에 대한 잔차신호 SZ1의 주파수 특성 H(Z)을 다음의 식
Figure kpo00002
로 표현되게 보정하도록 되어 있다.
선형예측분석기(8)는 잔차신호 SZ1에 의거하여 파라미턴 신호 SP를 소정기간마다 예측화 필터(3)에 출력하고, 이것에 의해 각 기간동안 출력되는 잔차신호 SZ1의 신호 레벨이 작아지도록 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 전환한다.
이로써, 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼이 높은 주파수 대역에 분포하고 있는 경우에는 (1)식의 주파수 특성이 선택되는데 대해, 이 보다 평탄한 스펙트럼 형상에 가까워지면 순차(2),(3),(4)식의 주파수 특성이 선택되며, 이리하여 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼 형상에 따라 잔차신호 SZ1가 작아지도록 예측화 필터(3)가 전환된다.
또한, 선형예측분석기(8)는 당해 파라미터 신호 SP를 노이즈 필터(9) 및 전송 대상의 예측화 필터(10)에 출력하는 동시에, 잔차신호 SZ1의 최대치에 의거하여 플로팅계수신호 SF를 승산기(11)에 출력하며, 이것에 의해 소정의 다이나믹 레인지로 보정한 잔차신호 SZ1를 재양자화기(12)에 입력한다.
즉, 재양자화기(12)는 가산기(13) 및 승산기(11)를 통해서 잔차신호 SZ1를 받아, 이 잔차신호 SZ1를 재양자화하여 전송 대상에 송출한다.
이에 대해, 전송 대상측에 있어서는 전송로 L1에 송출된 전송신호 SL1를 승산기(11)의 역특성으로 이루어진 승산기(18) 및 가산기(20)를 통해서 예측화 필터(10)에 받아서, 이 예측화 필터(10)의 출력신호를 가산기(20)에 귀환하도록 되어 있다.
이리하여 파라미터 신호 SP에 의거하여 예측화 필터(3)와 마찬가지로 예측화 필터(10)의 주파수 특성을 전환함으로써, 전송신호 SL1를 복호할 수 있고, 이로써 입력디지탈 신호 SI대신에 잔차신호 SZ1를 전송한 양만큼 입력 디지털 신호 SI를 높은 전송 효율로 전송할 수 있도록 되어 있다.
이때 재양자화기(12)는 가산기(21)를 통해서 입출력신호의 차신호 SZ2를 얻고, 승산기(11)의 역특성으로 이루어진 승산기(22) 및 노이즈 필터(9)를 통해서 가산기(13)에 귀환하도록 되어 있다.
노이즈 필터(9)는 파라미터 신호 SP에 따라 주파수 특성을 전환하도록 되어 있다.
즉, 예측화 필터(3)가 (1)식의 주파수 특성으로 전환되면, 높은 주파수 대역의 귀환량이 감소하도록 전환된다.
따라서, 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼이 높은 주파수 대여에 분포되어 있는 경우에는 재양자화시에 발생하는 양자화 잡음(이하 재양자화 잡음이라 함)이 복조했을 대에 높은 주파수 대역에서 강조되도록 되며, 이로써 재양자화 잡음의 스펙트럼 형상을 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼 형상에 근사시켜, 청감상의 마스킹 효과를 이용하여 신호 대 양자화 잡음비를 개선하도록 되어 있다.
이에 대해, (2),(3),(4)식의 주파수 특성이 선정된 경우에는 예측화 필터(3)와 같은 필터 특성으로 전환되고, 이로 인해 복조했을 때에 재양자화 잡음의 스펙트럼 형상이 평탄하고, 이 재양자화 잡음의 에너지가 작아지도록 되어 있다.
그런데, 제5도에 도시한 바와 같이, 스펙트럼 형상이 복잡한 입력 디지털 신호 SI에 대하여 노이즈 세이핑의 방법을 적용하는 경우, 재양자화 잡음의 스펙트럼 형상을 당해 입력 디지탈 신호 SI의 스펙트럼 형상에 근사시키도록 하면, 가장 효과적으로 청감상의 신호 대 양자화 잡음비를 개선할 수 있다(이하 최적 노이즈 세이핑이라 함).
그런데, 제4도의 구성과 같이, 예측화 필터(3)를 4개 주파수 특성으로 전환하고, 이에 응동해서 노이즈 필터(9)를 전환하는 경우에 있어서는 여러 가지 스펙트럼 형상을 구비한 입력 디지털 신호 SI에 대하여 최적 노이즈 세이핑을 적용할 수 없고, 신호 대 양자화 잡음비의 개선 효과가 아직 불출분한 문제가 있었다.
본원 발명은 상기의 점을 고려하여 이루어진 것이며, 종래에 비해 신호 대 양자화 잡음비를 개선한 디지털 신호 처리장치를 제안하려고 하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본원 발명에 있어서는, 제어할 수 있는 필터특성을 가지며, 여파된 출력을 발생하기 위하여 입력신호 SI가 인가되는 예측화 필터수단과, 상기 입력신호 SI및 상기 여파된 출력신호의 차신호로서 예측오차를 검출하는 예측오차 검출수단과, 상기 예측오차 신호에 응답하여, 입력신호 SI를 소정 주기로 구분하고 복수의 소정 주기 각각에 대하여 상기 예측화 필터수단이 제어할 수 있는 주파수 특성을 전환 즉 스위칭하기 위한 예측화 필터 제어수단과, 상기 소정이 주기동안 상기 입력신호 SI의 주파수 스펙트럼을 검출하여 대응하는 출력신호를 제공하는 주파수 스펙트럼 검출수단과, 상기 예측오차 신호를 재양자화하기 위한 재양자화수단과, 상기 재양자화수단의 입력 및 출력 신호의 차이를 재양자화 오차신호로서 출력하기 위하여, 상기 재양자화수단의 입력 및 출력에 접속된 재양자화오차 검출수단과, 상기 재양자화 오차신호를 수신하는, 가변 주파수 특성을 가지는 노이즈 필터수단과, 상기 노이즈 필터수단의 출력신호를 상기 재양자화수단의 입력에 궤환하는 수단과, 상기 주파수 스펙트럼 검출수단의 출력신호에 응답하여 상기 노이즈 필터수단의 가변 주파수 특성을 제어하는 노이즈필터 제어수단을 구비한다.
입력신호 SI를 소정기간마다 구획하여 각 기간마다 입력신호 SI의 스펙트럼 형상을 검출하는 동시에, 예측화 필터(3) 및 노이즈 필터(9)의 주파수 특성을 전환하도록 하면, 간이하게 최적의 노이즈 세이핑을 실시할 수 있다.
이하, 도면에 따라 본원 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
제4도와 대응부분에 동일부호를 붙여서 표시한 제1도에 있어서, (30)은 전체로서 디지털 신호 처리장치를 표시하며, 16비트의 입력 디지털 신호 SI를 재양자화하여 출력한다.
즉, 디지털 신호 처리장치(30)에 있어서는 28샘플의 입력 디지털 신호 SI를 버퍼회로(31)에 송출하고, 입력 디지털 신호 SI의 처리가 완료되면 계속되는 28샘플의 입력 디지털 신호 SI를 버퍼회로(31)에 보내도록 되어 있다.
이에 응동해서 버퍼회로(31)는 입력 디지털 신호 SI를 순차 28샘플분 축적하여 출력하도록 되어 있다.
이로써, 이 디지털 신호 처리장치(30)에 있어서 입력 디지털 신호 S를 28샘플(이하, 이28샘플 단위의 입력 디지털 신호 SI를 1블록의 입력 디지털 신호 SI라 함)마다 처리하도록 이루어지고, 예측화 필터(3) 및 노이즈 필터(9)의 주파수 특성도 당해 블록마다 전환할 수 있도록 되어 있다.
이에 대해, LPC 분석회로(32)는 버퍼회로(31)로부터 출력되는 입력 디지털 신호 SI를 받아서, 각 블록마다 선형예측분석(linear predictive coding: LPC)의 방법을 적용하여 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼 형상을 검출한다.
또한, LPC 분석회로(32)는 검출 결과를 노이즈 필터 제어회로(33)에 출력하도록 이루어지며, 이 경우 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럭 형상X(z)를 다음의 식
Figure kpo00003
로 표현한 바와 같이, z 변환했을 때의 계수 a1, a2의 데이터를 노이즈 필터 제어회로(33)에 출력한다.
이에 대해, 노이즈 필터 제어회로(33)는 파라미터 신호 SP및 계수 a1, a2의 데이터에 의거해서 각 블록마다 노이즈 필터(9)의 주파수 특성을 선정한다.
즉, (1)식으로 표현되는 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼 형상 X(z)에 대하여, 재양자화 잡음의 스펙트럼 형상을 근사시키기 위해서는 다음의 식
Figure kpo00004
으로 표현되는 N(z)와 같이 재양자화 잡음을 정형(整形)하면 된다.
따라서, 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 (1)-(4)식으로 대응하여 다음의 식
Figure kpo00005
로 놓으면, 전차신호 Sz1의 주파수 특성 H(z)을 다음의 식
Figure kpo00006
로 간이하게 표현한 경우, 노이즈 필터(9)를 다음의 식
Figure kpo00007
의 주파수 특성 R(z)으로 선정하면 된다는 것을 알 수 있다.
이리하여 (9)식은 (8)식 및 (6)식을 대입해서 다음의 식
β3=a2α2…………(10)
과 같이 표현할 수 있다.
노이즈 필터 제어회로(33)는 (10)식으로 표현되는 계수 β1, β2, β3의 데이터를 각 블록마다 노이즈 필터(9)에 출력하고, 이로써 노이즈 필터(9)의 주파수 특성을 전환한다.
따라서, 블록마다 선형예측분석의 방법을 적용하여 입력 디지털 SI의 스펙트럼 형상을 검출하고, 당해 검출 결과에 의거하여 노이즈 필터(9)의 주파수 특성을 전환하므로, 각 블록마다 최적의 노이즈 세이핑을 실시할 수 있으며, 이로 인해 청감상의 마스킹 효과를 유효하게 이용하여 종래에 비해 신호 대 양자화 잡음비를 개선할 수 있다.
그런데, 이와 같이 최적의 노이즈 세이핑을 실시하는 경우, 선형예측분석하는 샘플수를 적게 하여 노이즈 피터(9)를 빈번히 전환하도록 하면, 그만큼 양자화 잡음의 스펙트럼 형상을 입력 디지탈 신호 SI의 스펙트럼 형상에 근사시킬 수 있으므로, 신호 대 양자화 잡음비를 개선할 수 있다.
그러나, 선형예측분석하는 샘플수를 적게 하면, 그만큼 선형예측분석의 빈도가 많아진다.
따라서, 스펙트럼 형상의 검출에 필요한 연산 처리가 증대하여 그만큼 입력 디지털 신호 SI의 처리 속도가 저하된다.
이에 대해, 선형예측분석하는 샘플수를 증가시키면, 그만큼 선형예측분석의 빈도는 저하된다.
그러나, 제2도에 도시한 바와 같이 선형예측분석하는 샘플수를 증가시켜도 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 순차 P(z)i, P(z)i+1, P(z)i+2,...로 전환하는 타이밍에 대하여 선형예측분석하는 구간(즉 스펙트럼분석의 구간으로 이루어짐)이 어긋나면, 어긋난 구간에서 각각 노이즈 필터(9)의 계수 β1,β2,β3를 산출하지 않으면 안되며, 이 경우에도 계수 산출을 위한 연산 처리가 증대한다.
이 때문에, 이 실시예에 있어서는 버퍼회로(31)를 배설하여 28샘플로 이루어지는 1블록마다 선형예측분석하는 동시에, 각 블록마다 예측화 필터(3) 및 노이즈 필터(9)를 전환하도록 되며, 이로 인해 선형예측분석, 예측화 필터(3)의 전환, 노이즈 필터(9)의 전환을 동기화하도록 되어 있다.
즉, 제3도에 도시한 바와 같이, 입력 디지털 신호 SI에 대해 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 순차 P(z)i, P(z)i+1, P(z)i+2,...로 전환하는 경우, 이것에 동기하여 선형예측분석하고, 이것에 의해 얻어지는 스펙트럼 분석결과 및 예측화 필터(3)의 주파수 특성 P(z)i, P(z)i+1, P(z)i+2,...에 의거하여, 노이즈 필터(9)의 주파수 특성을 순차 R(z)i, R(z)i+1, R(z)i+2,...로 전환한다.
이로써, 실용상 충분한 범위로 선형예측분석 및 노이즈 필터(9)의 주파수 특성의 선정에 필요한 연산 처리량 작업을 저감하여, 효율적으로 입력 디지털 신호 SI를 재양자화 할 수 있다.
따라서, 그만큼 이 디지털 신호 처리장치(30)의 구성을 간략화할 수 있다.
이리하여, 이 실시예에 있어서는 버퍼회로(31) 및 LPC 분석회로(32)는 입력신호로 이루어진 입력 디지털 신호 SI를 소정기간마다 구획하여, 각 기간의 입력 디지털 신호 SI의 스펙트럼 검출수단을 구성하는데 대해, 예측화 필터(3)는 입력 디지털 신호 SI에 따라 기간마다 주파수 특성을 전환하는 예측화 필터를 구성한다.
또한, 가산회로(7)는 입력 디지털 신호 SI및 예측화 필터(3)의 출력신호와의 차신호 SZI를 출력하는 예측 오차 검출수단을 구성하고, 승산기(11) 및 재양자화기(12)는 차신호 SZI를 재양자화하여 출력하는 재양자화수단을 구성한다.
또한, 노이즈 필터(9)는 스펙트럼 검출수단의 검출수단의 검출결과에 따라 기간마다 주파수 특성을 전환하고, 재양자화시에 발생하는 재양자화 오차신호 SZ2를 재양자화수단에 귀환시키는 노이즈 필터를 구성한다.
이상의 구성에 있어서, 입력 디지털 신호 SI는 28샘플씩 버퍼회로(31)에 입력되고, 이로 인해 28샘플씩 당해 디지털 신호 처리장치(30)에서 처리된다.
이에 대하여, 버퍼회로(31)에 축적된 입력 디지털 신호 SI는 LPC 분석회로(32)에서 선형예측분석되고, 이로 인해 스펙트럼 형상이 검출된다.
또한, 버퍼회로(31)에 축적된 입력 디지털 신호 SI는 예측화 필터(3) 및 가산회로 (7)에 출력되고, 이것에 의해 잔차신호 SZ1가 선형예측분석기(8)에 출력되며, 잔차신호 SZI의 신호 레벨이 작아지도록 예측화 필터(3)의 주파수 특성이 (1)-(4)식의 사이에서 전환된다.
잔차신호 SZI는 가산기(13), 승산기(11)를 통해서 재양자화기(12)에 출력되며, 이로 인해 잔차신호 SZI가 재양자화되어서 전송 대상에 송출된다.
이때, 전송신호 SLI에 있어서는 가산회로(21)에 출력되고, 재양자화기(12)의 입력 신호와의 사이에서 재양자화 오차신호 SZ2가 얻어지며, 이로 인해 재양자화시에 발생하는 재양자화 오차신호 SZ2가 검출된다.
재양자화 오차신호 SZ2는 승산기(22) 및 노이즈 필터(9)를 통해서 가산기(13)에 귀환되고, 이때 노이즈 필터(9)의 주파수 특성이 LPC 측 분석기(32)의 분석결과 및 예측화 필터(3)의 주파수 특성에 따라 전환됨으로써, 입력 디지털 신호 SI의 스텍트럼 형상에 근사한 최적의 노이즈 세이핑이 실시된다.
이상의 구성에 의하면, 입력 디지털 신호 SSI를 소정기간마다 구획하여 스펙트럼 형상을 검출하는 동시에, 그 검출결과 및 예측화 필터(3)의 주파수 특성에 따라 노이즈 필터(9)의 주파수 특성을 전환함으로써, 최적의 노이즈 세이핑을 실시할 수 있다.
이때, 스펙트럼 형상의 검출, 예측화 필터(3)의 전환 및 노이즈 필터(9)의 전환을 동기화함으로써, 스펙트럼 형상의 검출 및 노이즈 필터(9)의 주파수 특성의 선정에 필요한 연산 처리량을 저감하여, 효율적으로 입력 디지털 신호 SI를 재양자화할 수 있고, 이리하여 간이한 구성으로 종래에 비해 신호 대 양자화 잡음비를 개선할 수 있다.
그리고, 상술한 실시예에 있어서는 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 (1)-(4)식의 사이에서 전환하는 경우에 대해 기술하였으나, 본원 발명은 이에 한하지 않으며, 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 여러 가지 주파수 특성으로 전환하는 경우에 널리 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는 LPC 분석회로(32) 및 선형예측분석기(8)의 검출결과로 각각 노이즈 필터(9) 및 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 전환하는 경우에 대해 기술하였으나, 본원 발명은 이에 한하지 않고, LPC 분석회로(32)의 검출결과로 아울러 예측화 필터(3)의 주파수 특성을 전환하도록 해도 된다.
상술한 바와 같이, 본원 발명에 의하면 입력 신호를 소정기간마다 구획하고, 각 기간마다 스펙트럼 분석하여 예측화 필터 및 노이즈 필터의 주파수 특성을 전환함으로써, 연산 처리 작업을 간략화하여 각 기간마다 최적의 노이즈 세이핑을 실시할 수 있고, 더욱이 종래에 비해 신호 대 양자화 잡음비를 개선한 디지털 신호 처리장치를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 제어할 수 있는 필터 특성을 가지며, 여파된 출력을 발생하기 위하여 상기 입력 신호가 인가되는 예측화 필터수단과, 상기 입력 신호 및 상기 여파된 출력신호의 차신호로서 예측오차를 검출하는 예측오차 검출수단과, 상기 예측오차신호에 응답하여, 복수의 소정 주기 각각에 대하여 상기 예측화 필터수단의 상기 제어할 수 있는 주파수 특성을 스위칭하기 위한 예측화 필터 제어 수단과, 상기 소정의 주기동안 상기 입력신호의 주파수 스펙트럼을 검출하여 대응하는 출력신호를 제공하는 주파수 스펙트럼 검출수단과, 상기 예측오차신호를 재양자화하기 위한 재양자화수단과, 상기 재양자화수단의 입력 및 출력신호의 차이를 재양자화 오차신호로서 출력하기 위하여, 상기 재양자화수단의 입력 및 출력에 접속된 재양자화오차 검출수단과, 상기 재양자화 오차신호를 수신하는, 가변 주파수 특성을 가지는 노이즈 필터수단과, 상기 노이즈 필터수단의 출력신호를 상기 재양자화수단의 입력에 궤환하는 수단 상기 주파수 스펙트럼 검출수단의 출력신호에 응답하여 상기 노이즈 필터수단의 가변 주파수 특성을 제어하는 노이즈 필터 제어수단과로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 신호처리장치.
KR1019900007389A 1989-05-25 1990-05-23 디지탈 신호 처리장치 KR0167769B1 (ko)

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JP1131897A JPH02309820A (ja) 1989-05-25 1989-05-25 デイジタル信号処理装置
JP89-131897 1989-05-25

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KR900019399A KR900019399A (ko) 1990-12-24
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