KR0178731B1 - Error correcting method of digital audio signal and subband decoding apparatus using the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압축된 디지털 오디오신호의 비트스트림상에 에러 발생시 음질의 열화를 최소화할 수 있도록 에러 보정하는 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법 및 이를 이용한 서브밴드복호화장치에 관한 것이다. 본 발명의 에러보정은 에러가 발생한 현재 프레임의 데이트를 대체할 만한 데이타를 다수의 이전 프레임의 데이타중에서 선택하고, 이 선택한 데이타를 에러프레임의 데이타로 대체하는 데 있어서, 에러 발생 프레임의 바로 이전 프레임의 대응 서브밴드의 마지막 소정개의 샘플들의 패턴과 매칭되는 유형의 패턴을 갖는 서브밴드샘플들을 바로 이전 프레임의 이전 프레임의 속한 서브밴드샘플들중에서 결정한다. 그리고, 결정된 서브밴드샘플들을 뒤따르는 한 프레임의 서브밴드샘플들을 에러 발생 프레임의 해당 서브밴드의 샘플들로 사용하여 인근 프레임간의 불연속을 줄일 수 있도록 하므로써 종래의 에러 보정에 비하여 보다 나은 음질을 구현할 수 있는 효과를 제공한다.The present invention relates to an error correction method of a digital audio signal for error correction to minimize degradation of sound quality when an error occurs on a bitstream of a compressed digital audio signal, and a subband decoding apparatus using the same. The error correction of the present invention selects data from among a plurality of previous frames to replace data of the current frame in which an error occurs, and replaces the selected data with data of an error frame, so that the frame immediately preceding the error generating frame is used. Subband samples having a pattern of a type matching the pattern of the last predetermined samples of the corresponding subband of are determined from among the belonging subband samples of the previous frame of the immediately preceding frame. In addition, by using the subband samples of one frame following the determined subband samples as samples of the corresponding subband of the error generating frame, the discontinuity between neighboring frames can be reduced, thereby achieving better sound quality than the conventional error correction. Provide the effect.
Description
제1도는 MPEG Layer-2에 근거하여 압축한 디지탈 오디오신호의 비트스트림 구조를 나타내는 도면.1 is a diagram showing a bitstream structure of a digital audio signal compressed based on MPEG Layer-2.
제2도는 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법이 적용된 서브밴드복호화장치를 나타내는 구성도.2 is a block diagram showing a subband decoding apparatus to which an error correction method of a digital audio signal according to the present invention is applied.
제3도는 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining an error correction method of a digital audio signal according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 에러체크부 20 : 메모리10: error check unit 20: memory
30 : 서브밴드 데이타매칭부 40 : 크기조정부30: subband data matching section 40: size adjusting section
50 : 서브밴드 합성부50: subband synthesis section
본 발명은 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법 및 이를 이용한 서브밴드복호화장치에 관한 것으로서, 특히 서브밴드부호화되어 프레임단위로 전송되는 디지탈 오디오신호의 비트스트림(Bitstream)상에 발생한 에러에 의해 복호화되지 않는 경우에 음질의 열화를 최소화하도록 에러 보정하여 사용자가 원래의 음과 비슷한 음을 들을 수 있도록 하는 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법 및 이를 이용한 서브밴드복호화방치에 관한 것이다.The present invention relates to an error correction method for a digital audio signal and a subband decoding apparatus using the same. In particular, the present invention relates to a case in which a digital audio signal is not decoded due to an error occurring in a bitstream of a digital audio signal that is subband encoded and transmitted in units of frames. The present invention relates to an error correction method of a digital audio signal and a subband decoding method using the same, in which error correction is performed so that a user can hear a sound similar to the original sound.
근래에, 고품질의 비데오 및 오디오를 위하여, 비데오신호 및 오디오신호를 디지탈적으로 처리하는 새로운 기술들이 제시되었다. 오디오신호의 경우, 한정된 전송대력을 효율적으로 사용하기 위하여 디지탈 오디오신호를 프레임단위로 나누어 서브밴드(subband) 부호화하는 방법을 주로 사용한다. MPEG(Motion Picture Experts Group)-Ⅱ에 의해 제시된 오디오 서브밴드보호하기의 경우, 그 내부의 분석필터뱅크(analysis filterbank)는 광대역 펄스보호변조(PVM)된 오디오신호를 32개의 서브밴드들로 분할된 서브밴드 샘플들(Subband Samples)로 변환한다. 이 서브밴드샘플들은 양자화기에 의해 양자화된 후, 프레임단위로 패킷화된 다음 비트스트림형태로 전송된다. 서브밴드부보화되어 전송되는 디지탈 오디오신호의 비트스트림 구조를 제1도에 개략적으로 도시하였다.Recently, new techniques for digitally processing video and audio signals have been proposed for high quality video and audio. In the case of an audio signal, in order to efficiently use a limited transmission bandwidth, a method of subband encoding the digital audio signal by frame unit is mainly used. In the case of audio subband protection proposed by Motion Picture Experts Group (MPEG) -II, the analysis filterbank therein divides a wideband pulse-protected (PVM) audio signal into 32 subbands. Convert to Subband Samples. These subband samples are quantized by the quantizer and then packetized in frame units and then transmitted in the form of bitstreams. FIG. 1 schematically illustrates a bitstream structure of a digital audio signal which is transmitted by being subband-coded.
제1도는 MPEG Layer-2에 근거하여 압축한 디지탈 오디오신호의 비트스트림 구조를 나타내는 도면으로, MPEG방식에서는 한 프레임 각 계층(Layer)에 따라서 채널당 384샘플(Layer-1)이거나 1152샘플(later-2)로 구성되어 있다. Layer-2는 스테레오 부호화를 2개의 128 또는 96kb/s 비트 레이트에 의하여 실현하기 위해, 비트할당정보나 스케일펙터를 적용하여 샘플수 및 부호화 샘플수를 세어서 정보량을 압축한다. 디지탈 오디오신호의 비트스트림은 연속하는 오디오 프레임들로 이루어지고, 각 프레임은 제1도에 나타낸 바와 같이, 오디오 프레임들을 서로 구분하기 위하여 각 프레임의 시작부분에 삽입된 헤더(Header)와 비트할당(Bit Allocation;BAL)정보 그리고 부가정보들 및 서브밴드샘플들로 표현되는 오디오데이타를 가지고 비트스트림을 형성한다. 또한, 헤더정보와 비트할당정보를 보호하게 위해 에러정정코드(CRC)를 부가하여 부호화시 헤더정보와 비트할당정보의 에러발생여부를 체크할 수 있도록 한다.FIG. 1 is a diagram illustrating a bitstream structure of a digital audio signal compressed based on MPEG Layer-2. In the MPEG method, 384 samples (Layer-1) or 1152 samples (later-) per channel according to each layer of one frame. It consists of 2). Layer-2 compresses the amount of information by counting the number of samples and the number of encoded samples by applying bit allocation information or scale factor in order to realize stereo encoding by two 128 or 96 kb / s bit rates. The bitstream of the digital audio signal is composed of successive audio frames, and each frame includes a header and a bit allocation (inserted at the beginning of each frame) to distinguish the audio frames from each other, as shown in FIG. A bitstream is formed with Bit Allocation (BAL) information and audio data represented by side information and subband samples. In addition, an error correction code (CRC) is added to protect the header information and the bit allocation information so as to check whether an error occurs in the header information and the bit allocation information during encoding.
한편, 서브밴드복호화기는 전송되어진 비트스트림을 정해진 규격에 따라 프레임단위로 복호화하여 원래의 오디오신호를 만든다. 그런데, 전송경로 또는 채널상에서 비트스트림내에 발생한 에러에 의해 전송되어진 비트스트림의 규격이 미리 정해진 비트스트림의 규격과 서로 다른 프레임이 있게 되는 경우, 복화화기는 그러한 프레임의 오디오데이타를 복호화할 수 없다. 그래서, 사용자는 본래의 음에 비해 열화된 음을 듣게 된다. 이때, 재현되는 오디오신호의 음질은 비트스트림상에서 에러가 발생한 위치에 따라 달라진다.On the other hand, the subband decoder decodes the transmitted bitstream in units of frames according to a predetermined standard to produce an original audio signal. However, if the specification of the bitstream transmitted by an error occurring in the bitstream on the transmission path or channel has a different frame from the specification of the predetermined bitstream, the demodulator cannot decode the audio data of such frame. Thus, the user hears a deteriorated sound compared to the original sound. At this time, the sound quality of the reproduced audio signal depends on the position where an error occurs in the bitstream.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래의 복호화기는 복호화할 수 없는 에러 프레임에 대하여 에러 보정방법을 사용하였다. 종래에 사용된 에러 보정방법으로는, 에러가 발생한 프레임의 데이타를 묵음화(Mute)하여 출력을 시키지 않는 방법과, 에러가 생기지 않은 전프레임의 데이타를 반복 사용(Repetition)하여 에러가 생긴 프레임을 대체하는 방법이 있었다. 그 이외에도 복잡하지만 보간(Interpolation)하는 방법도 있다.In order to solve this problem, a conventional decoder uses an error correction method for an error frame that cannot be decoded. Conventionally used error correction methods include a method in which data of an error frame is not muted and outputted, and a frame in which an error occurs by repetition of data of all the frames in which no error occurs. There was a way to replace it. There are other complex but interpolated methods.
하지만, 이와 같은 종래의 에러 보정방법들중 묵음화처리를 하는 방법의 경우에는 재생신호의 끊어짐이 발생하게 되고, 프레임 대체방법의 경우에도 에러가 발생한 프레임을 재구성한 프레임이 인근 프레임과는 다른 특성을 가지게 되어 이전 프레임과의 음의 불연속성으로 인한 음질의 열화가 발생하는 문제점이 있었다.However, in the conventional error correction method, the mute processing causes the playback signal to be interrupted. In the case of the frame replacement method, the frame in which the error is reconstructed is different from the neighboring frame. There was a problem that the deterioration of sound quality due to the sound discontinuity with the previous frame.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 인접 프레임들간에 존재하는 상관성과 주기성에 근거하여 잘 복호화된 이전 프레임들의 서브밴드샘플들에 대한 데이타로 에러에 의해 복호화되지 않는 현재 프레임의 서브밴드샘플들에 대한 데이타를 대체하므로써, 프레임간의 불연속을 줄여 음질의 열화를 개선시킬 수 있는 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법을 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problem, to solve the above problem, subframes of a current frame which are not decoded by an error with data on subband samples of previous frames that are well decoded based on correlation and periodicity existing between adjacent frames. By substituting the data for the band samples, it is possible to provide an error correction method of a digital audio signal that can reduce the discontinuity between frames and improve the sound quality.
본 발명의 다른 목적은 전술한 디지탈 오디오신호의 에러보정방법이 보정된 서브밴드복호화장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a subband decoding apparatus in which the aforementioned error correction method of a digital audio signal is corrected.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법은, 서브밴드 부호화되어 오디오 비트스트림으로 전송되어진 서브밴드샘플들을 사용하여 연속하는 프레임들에 대한 펄스부호변조된 오디오신호를 서브밴드 복호화시, 에러에 의해 복호화되지 않는 프레임의 에러를 보정하기 위한 방법에 있어서, 현재 프레임보다 앞선 적어도 두개의 이전 프레임들의 서브밴드샘플들을 저장하는 단계와, 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 인가받아, 현재 프레임의 서브밴드샘플들로부터 에러발생여부를 체크하여 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 서브밴드 복호화할 수 있는 지를 판단하는 단계와, 상기 판단결과 에러가 발생하여 서브밴드 복호화할 수 없으면, 에러가 발생한 현재 프레임의 바로 이전 프레임의 마지막 서브밴드샘플 패턴과 매칭되는 유형의 패턴을 갖는 서브밴드샘플들을 상기 저장된 서브밴드샘플들로부터 찾아 그를 뒤따르는 서브밴드에 해당하는는 갯수의 샘플들을 에러 프레임의 서브밴드샘플로 대체하여 에러 프레임을 보정하는 서브밴드 데이타매칭단계와, 상기 대체된 한 프레임의 서브밴드샘플들에 이전 프레임의 서브밴드샘플들의 크기의 변화율을 반영하여 크기 조정하는 크기조정단계, 및 상기 크기 조정된 한 프레임의 서브밴드샘플들을 서브밴드 합성을 하여 현재 프레임의 펄스부호변조된 오디오신호를 출력하는 서브밴드합성단계를 포함한다.The error correction method of the digital audio signal of the present invention for achieving the above objects, subbands a pulse-coded modulated audio signal for successive frames using subband samples that are subband coded and transmitted to the audio bitstream A method for correcting an error of a frame that is not decoded by an error during decoding, the method comprising: storing subband samples of at least two previous frames before the current frame, receiving subband samples of the current frame, Determining whether the subband samples of the current frame can be subband decoded by checking whether an error has occurred from the subband samples of the frame; and if the error occurs and the subband decoding is not possible, the current occurrence of the error Last subband sample pad of the immediately preceding frame of the frame Subband data that corrects the error frame by finding subband samples with a pattern of the type that matches the turn and substituting the number of samples corresponding to the subband following the subband sample of the error frame. A matching step, a scaling step of scaling the subband samples of the replaced one frame by reflecting the rate of change of the size of the subband samples of the previous frame, and subband synthesis of the scaled subband samples The subband synthesis step of outputting the pulse code-modulated audio signal of the current frame.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 디지탈 오디오신호의 서브밴드복호화장치는, 서브밴드 부호화되어 오디오 비트스트림으로 전송되어진 서브밴드샘플들을 사용하여 연속하는 프레임들에 대한 펄스부호변조된 오디오신호를 복원하는 서브밴드복호화장치에 있어서, 외부로부터 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 인가받아, 현재 프레임의 서브밴드샘플들로부터 에러발생여부를 체크하여 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 서브밴드 복호화할 수 있는 지를 판단하는 에러체크여부와, 현재 프레임보다 앞선 적어도 두개의 이전 프레임들에 서브밴드샘플들을 저장하는 메모리와, 상기 에러체크부의 체크 결과 에러가 발생하여 서브밴드 복호화할 수 없는 경우로 판단되면, 그 에러 발생 프레임의 바로 이전 프레임의 마지막 일정개의 서브밴드샘플 패턴과 매칭되는 유형의 패턴을 갖는 서브밴드샘플들을 상기 메모리에 저장된 서브밴드샘플들로부터 찾고, 찾아진 서브밴드샘플들을 뒤따르는 한 프레임의 서브밴드에 속한 샘플들을 에러 발생 프레임의 해당하는 서브밴드의 서브밴드샘플들로 대체하여 에러 프레임을 보정하는 서브밴드 데이타매칭부와, 상기 서브밴드 데이타매칭부에서 대체한 서브밴드샘플들에 이전 프레임의 서브밴드샘플들의 크기의 변화율을 반영하여 크기 조정하는 크기조정부, 및 상기 메모리로부터 읽어들인 현재 프레임의 서브밴드샘플들과 상기 크기 조정부에서 크기 조정된 서브밴드샘플들중 하나를 서브밴드 합성을 하여 현재 프레임에 대한 펄스부호변조된 오디오신호로 출력하는 서브밴드 합성부를 포함한다.A subband decoding apparatus of a digital audio signal for achieving another object of the present invention is to recover a pulse coded modulated audio signal for consecutive frames using subband samples that are subband encoded and transmitted in an audio bitstream. In the subband decoding apparatus, an error that receives subband samples of a current frame from outside and checks whether an error has occurred from the subband samples of the current frame determines whether subband samples of the current frame can be subband decoded. If it is determined whether or not to check and the subband samples are stored in at least two previous frames before the current frame, and the error check unit determines that an error occurs and the subband decoding is not possible, Last constant subband sample pattern of previous frame Subband samples having a pattern of the type matching with the subband samples stored in the memory are searched, and the samples belonging to the subband of one frame following the found subband samples are subbands of the corresponding subband of the error generating frame. A subband data matching unit for correcting an error frame by substituting band samples, and a resizing unit for adjusting the subband samples replaced by the subband data matching unit to reflect the change rate of the subband samples of the previous frame And subband synthesis of one of the subband samples of the current frame read from the memory and the subband samples scaled by the size adjusting unit to output a pulse-coded audio signal for the current frame by performing subband synthesis. Contains wealth.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
서브밴드부호화는 전체 오디오 주파수대역의 펄스부호변조된 디지탈 오디오신호를 샘플링하여 샘플들을 발생하고, 샘플들을 복수개의 서브밴드로 분할하여 각 서브밴드에 속한 샘플들을 부호화한다. MPEG-Ⅱ의 경우, 대략 1125개의 샘플들을 32개의 서브밴드로 분할하므로, 서브밴드부호화된 한 프레임은 36개의 서브밴드샘플들로 이루어진다. 분석필터뱅크를 사용한 서브밴드부호화에 의한 각 서브밴드의 샘플들은 연속하는 프레임들 사이에서 유사한 패턴을 가지며 또한 한정된 시간내에서는 주기성을 갖는다. 본 발명은 서브밴드부호화에 의해 얻어진 서브밴드샘플들이 갖는 이러한 특성들을 이용하여 에러가 발생한 현재 프레임의 여러 서브밴드의 샘플들을 이전 프레임들에 들어있는 대응 서브밴드의 샘플들로 대체한다. 대체할 서브밴드샘플들을 결정하기 위하여, 본 발명은 에러 발생 프레임의 바로 이전 프레임의 대응 서브밴드의 마지막 소정개의 샘플들의 패턴을 판단한다. 그리고, 판단된 패턴에 근거하여, 상술한 마지막 서브밴드샘플들의 패턴과 가장 유사한 패턴의 서브밴드샘플들을 바로 이전 프레임과 그 이전 프레임 즉, 에러가 발생한 현재프레임에 선행한 적당한 수의 프레임에서 찾아서 결정한다. 그리고, 결정된 서브밴드샘플들을 뒤따르는 한 프레임의 서브밴드샘플들을 에러 발생 프레임의 해당 서브밴드의 샘플들로 사용한다. 이러한 본 발명의 특징들을 구현한 일 실시예의 구조가 제2도에서 보여졌다.Subband encoding generates samples by sampling a pulse-coded digital audio signal of an entire audio frequency band, splits the sample into a plurality of subbands, and encodes samples belonging to each subband. In the case of MPEG-II, since approximately 1125 samples are divided into 32 subbands, one subband-coded frame consists of 36 subband samples. Samples of each subband by subband encoding using an analysis filter bank have a similar pattern between successive frames and have a periodicity within a limited time. The present invention uses these characteristics of the subband samples obtained by subband encoding to replace the samples of the various subbands of the current frame in which the error occurred with the samples of the corresponding subbands in the previous frames. In order to determine subband samples to replace, the present invention determines the pattern of the last predetermined samples of the corresponding subband of the frame immediately preceding the error occurring frame. Then, based on the determined pattern, the subband samples of the pattern most similar to the pattern of the last subband samples described above are found and determined in the immediately preceding frame and the previous frame, that is, the appropriate number of frames preceding the current frame in which the error occurs. do. The subband samples of one frame following the determined subband samples are used as samples of the corresponding subband of the error generating frame. The structure of one embodiment implementing these features of the present invention is shown in FIG.
제2도는 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 서브밴드복호화장치를 나타내는 구성도이다.2 is a block diagram showing an apparatus for subband decoding of a digital audio signal according to the present invention.
제2도에서, 서브밴드부호화되어 비트스트림형태로 전송된 서브밴드샘플들을 에러체크부(10)와 메모리(20)로 인가된다. 에러체크부(10)는 인가되는 각 프레임의 서브밴드샘플들의 에러발생여부를 체크하여 각 프레임의 서브밴드샘플들을 서브밴드복호화할 수 있는 지를 판단한다. 즉, 에러체크부(10)는 입력하는 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 사용하여 현재 프레임이 전송되어진 비트스트림상의 에러에 의해 서브밴드복호하가 불가능한 프레임인지를 체크라고, 그 결과에 따른 신호를 발생한다. 이 체크결과신호는 서브밴드 데이타매칭부(30)로 공급된다. 메모리(20)는 서브밴드샘플들을 인가받아 복수개의 프레임들에 대한 서브밴드샘플들을 저장한다. 서브밴드 데이타매칭부(30)는 에러체크부(10)로부터 인가되는 체크결과신호가 현재 프레임이 서브밴드복호화가 불가능한 에러 프레임임을 나타내면, 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 대체할 서브밴드샘플들을 메모리(20)에 저장된 현재 프레임의 바로 이전 프레임의 서브밴드샘플들을 및 바로 이전 프레임의 이전 프레임의 서브밴드샘플들을 사용하여 결정한다. 즉, 서브밴드 데이타매칭부(30)는 현재 프레임이 에러 프레임으로 판단된 경우에는 메모리(20)에 저장된 현재 프레임의 바로 이전·프레임 및 바로 이전 프레임의 이전 프레임중에서 에러가 발생한 현재 프레임의 서브밴드 데이타를 대체할 만한 서브밴드 데이타를 선택하고, 이 선택한 데이타를 에러 프레임의 데이타로 대치한다. 서브밴드 데이타매칭부(30)는 에러 프레임을 대체할 보다 정확한 서브밴드 데이타를 구하기 위해서 에러 프레임과 이전 프레임들과의 상관성(Correlation)의 정도를 나타낼 수 있는 값인 비용함수(Cost Function)를 사용한다. 여기서, 비용함수는 에러발생프레임을 대체할 서브밴드 데이타를 이전 프레임들에서 선택하기 위한 척도로서 전체 오디오신호중에서 현재 프레임의 데이타가 이전 프레임들에서 발생하였다는 가정하에 구한다. 본 실시예에서 사용한 비용함수는 다음의 식 (1)과 같다.In FIG. 2, subband samples that are subband coded and transmitted in the form of a bitstream are applied to the error check unit 10 and the memory 20. FIG. The error check unit 10 checks whether or not an error occurs in the subband samples of each frame to determine whether the subband samples of each frame can be subband decoded. That is, the error checking unit 10 checks whether the subband decoding is impossible due to an error on the bitstream to which the current frame is transmitted, using the subband samples of the current frame to input, and generates a signal according to the result. do. This check result signal is supplied to the subband data matching section 30. The memory 20 receives subband samples and stores subband samples for a plurality of frames. When the check result signal applied from the error checking unit 10 indicates that the current frame is an error frame in which subband decoding is not possible, the subband data matching unit 30 stores subband samples to replace subband samples of the current frame. The subband samples of the immediately preceding frame of the current frame stored in 20) and the subband samples of the previous frame of the immediately preceding frame are determined. That is, when it is determined that the current frame is an error frame, the subband data matching unit 30 subband of the current frame in which an error occurs among the immediately preceding frame and the previous frame of the immediately preceding frame stored in the memory 20. Subband data that can replace the data is selected, and the selected data is replaced with data of an error frame. The subband data matching unit 30 uses a cost function, which is a value representing the degree of correlation between the error frame and previous frames, to obtain more accurate subband data to replace the error frame. . Here, the cost function is a measure for selecting subband data in previous frames to replace the error-producing frame under the assumption that data of the current frame is generated in previous frames among all audio signals. The cost function used in this embodiment is shown in the following equation (1).
위의 식 (1)에서, W[n]은 서브밴드들 각각에 속한 전체샘플중에서 N개의 샘플만을 선택하는 기능을 하는 윈도우함수이며, 이 윈도우함수는 에러가 발생한 현재 프레임의 바로 이전 프레임의 서브밴드샘플들과 곱해져서 에러 발생 이전 프레임의 마지막 N개의 서브밴드샘플들을 비교데이타(S'k[n])로 선택한다. 이 비교데이타는 서브밴드 매칭블럭을 찾는 데 이용된다. 이때 비교데이타는 한 프레임을 형성하는 k(=0~K-1)개의 서브밴드들 각각에 대해서 구한다. 비교데이타를 각각의 서브밴드마다 구하면 에러발생프레임의 서브밴드의 샘플들을 각각의 서브밴드마다 구하면 에러발생프레임의 서브밴드의 샘플들을 각각의 서브밴드 오디오신호의 특성에 맞추어서 가장 적당한 데이타로 대체할 수 있다. 비용함수 Ck[p]는 앞서 구한 비교데이타(S'k[n])와 에러가 발생한 현재 프레임의 두번째 이전 프레임의 서브밴드샘플들중에서 연속적인 N개의 샘플들의 값(Sk[n-p]) 사이의 차이를 절대합으로 구하여, 비교데이타에 해당하는 서브밴드샘플들과 가장 근접한 서브밴드샘플들이 있는 위치를 찾는다. 여기서, 절대치를 취하는 이유는 크기의 상쇄를 막기 위해서이다. 이때 윈도우함수를 시프트(Shift)시키면서 비용함수를 구한다. 이렇게 구한 비용함수중에서 가장 최소값, 즉 과거 프레임 데이타중에서 현재 데이타와 가장 근접한 값을 가지는 시프트팩터(Shift Factor;p)를 찾게 된다. 시프트팩터(p)는 이전 프레임의 값을 선택할 때 이동한 시간(t)을 나타낸다. 이렇게 구한 시프트팩터(p)에 의하여 서브밴드 데이타 열에서 비교데이타와 가장 가까운 값을 가진 서브밴드 데이타부분에 뒤따르는 하나의 프레임에 해당하는 서브밴드 데이타를 에러 프레임의 서브밴드 데이타로 대체한다.In Equation (1) above, W [n] is a window function that selects only N samples from all samples belonging to each of the subbands, and this window function is a subfunction of the frame immediately preceding the current frame in which an error occurs. Multiply by the band samples to select the last N subband samples of the frame before the error occurs as the comparison data (S'k [n]). This comparison data is used to find the subband matching block. In this case, the comparison data is obtained for each of k (= 0 to K-1) subbands forming one frame. When the comparison data is obtained for each subband, the samples of the subbands of the error generating frame are obtained for each subband, and the samples of the subbands of the error generating frame can be replaced with the most appropriate data according to the characteristics of the respective subband audio signals. have. The cost function Ck [p] is the difference between the comparison data (S'k [n]) obtained earlier and the value of consecutive N samples (Sk [np]) among the subband samples of the second previous frame of the current frame in which the error occurred. The difference is found as an absolute sum, and the position where the subband samples closest to the subband samples corresponding to the comparison data are found is found. Here, the reason for taking the absolute value is to prevent the cancellation of size. At this time, the cost function is obtained by shifting the window function. The shift factor (p) having the smallest value among the cost functions thus obtained, that is, the value closest to the current data among the past frame data is found. The shift factor p represents the time t traveled when selecting the value of the previous frame. The shift factor p thus replaces subband data corresponding to one frame following the subband data portion having the value closest to the comparison data in the subband data sequence with subband data of the error frame.
제3도는 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법을 설명하기 위한 도면으로, 제3도(a)에서 알 수 있는 바와 같이 에러발생프레임의 2번째 이전 프레임의 각 서브밴드의 서브밴드샘플들중 일부가 에러발생프레임의 바로 이전 프레임의 각각의 서브밴드샘들에 속한 샘플들중 마지막 N개의 샘플들의 패턴과 매칭되는 유형의 패턴을 갖는다. 제3도(b)에서 알 수 있는 바와 같이 매칭되는 유형의 패턴을 갖는 서브밴드샘플들중 그차가 최소가 되는 지점인 p를 찾고, 이 지점을 시작으로 연속하는 서브밴드의 서브밴드샘플들을 에러발생프레임의 서브밴드샘플들로 대체할 데이타로 결정한다. 서브밴드 데이타매칭부(30)는 결정된 서브밴드샘플들을 크기 조정부(40)로 출력한다.FIG. 3 is a diagram for explaining an error correction method of a digital audio signal according to the present invention. As shown in FIG. 3 (a), subband samples of each subband of a second previous frame of an error generation frame are illustrated in FIG. Some have a pattern of a type that matches the pattern of the last N samples of samples belonging to each subband sample of the frame immediately preceding the error-occurring frame. As can be seen in FIG. 3 (b), the subband samples having a matching type pattern are found to be p, which is the point where the difference becomes the minimum, and the subband samples of consecutive subbands starting from this point are errored. Determine the data to be replaced by subband samples of the generation frame. The subband data matching unit 30 outputs the determined subband samples to the size adjusting unit 40.
이 외에도, 전송되어진 비트스트림상에 존재하는 스케일팩터(Scale Factor)를 이용하여 전체 서브밴드중가장 서브밴드샘플값이 큰 서브밴드에 대해서만 대체될 서브밴드샘플들을 구하므로써 소요시간을 줄인다. 일반적으로 가장 작은 스케일팩터를 가지고 있는 서브밴드샘플들이 가장 큰값을 가지는 서브밴드가 된다. 그래서, 각 프레임의 스케일팩터의 변화를 모니터하여 가장 작은 스케일팩터를 가지는 서브밴드를 사용하여 서브밴드 데이타 매칭작업을 한다. 하지만, 보다 정확한 데이타 매칭을 위해서 서브밴드 데이타는 스케일팩터가 곱해지지 않은 값들을 사용한다. 이것은 최대값이 1.0으로 정규화된 값을 사용하여 서브밴드 매칭작업을 한다는 것을 의미한다.In addition, the required time is reduced by obtaining subband samples to be replaced only for subbands having the largest subband sample value among all subbands using a scale factor existing on the transmitted bitstream. In general, subband samples having the smallest scale factor become subbands having the largest value. Thus, subband data matching is performed by using the subband having the smallest scale factor by monitoring the change in the scale factor of each frame. However, for more accurate data matching, subband data uses values that are not multiplied by the scale factor. This means that subband matching is done using a value normalized to 1.0.
한편, 인간의 음향심리에서 오디오신호의 크기왜곡 또한 음질에 상당히 많은 영향을 미친다. 그래서, 서브밴드 데이타매칭부(30)에서 구한 대체 데이타를 사용하여 서브밴드 데이타를 합성하였을 경우에는 오디오신호의 크기변화가 있을 때 이를 반영하지 못하게 된다. 따라서 에러 프레임의 전후 프레임간 크기변화가 급격히 일어날 수 있고 이로 인한 음질의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 에러 프레임을 보정한 데이타의 신호 크기 조절이 필요하다. 이를 위해서 크기조정부(40)는 프레임의 크기변화를 선형적으로 반영하는 방법을 사용하여 신호 크기 조절을 한다. 즉, 에러 발생 이전 프레임에서의 신호 크기가 적당한 비율로 증감한다고 간주하여 이 비율을 에러 프레임의 신호 크기에 동일하게 적용시킨다. 다음 식(2)에 이를 나타낸다.On the other hand, the size distortion of an audio signal also affects sound quality in human psychology. Thus, when the subband data is synthesized using the replacement data obtained by the subband data matching unit 30, the subband data may not be reflected when the size of the audio signal changes. Therefore, a change in size between frames before and after the error frame may occur rapidly, and thus, a decrease in sound quality may occur. Therefore, it is necessary to adjust the signal size of the data correcting the error frame. To this end, the size adjuster 40 adjusts the signal size using a method of linearly reflecting the size change of the frame. That is, it is assumed that the signal size in the frame before the error occurs is increased or decreased at an appropriate rate, and the ratio is equally applied to the signal size of the error frame. This is shown in the following formula (2).
위의 식 (2)에서, E1 에러 이전 프레임의 서브밴드샘플 크기이며, E2 에러 발생 프레임의 두번째 이전 프레임에 속하는 서브밴드샘플 크기이고, E3는 에러 보정한 현재 프레임에 속하는 서브밴드샘플 크기이다. WFk는 k개의 서브밴드들 각각에 대하여 세개의 서브밴드샘플 크기(E1,E2,E3)를 이용하여 구한 크기의 변화율이다. 이 변화율을 에러 보정한 현재 프레임의 서브밴드샘플 Sk[n]에 곱하여 이전 프레임들의 서브밴드샘플들의 크기의 변화를 반영시킨다. 여기서, α는 크기 조정율이며 이 값은 프레임의 변화에 따른 크기 변화가 급격하게 변화는 경우에 대체된 서브밴드샘플이 과도한 값을 가지는 것을 방지한다. α값은 실험에 의해 구해지며, 일반적으로 변화율이 90% 이상인 경우에는 0.5, 90~50% 사이에서는 0.7의 값을 갖는다.In Equation (2), the subband sample size of the E1 error previous frame, the subband sample size belonging to the second previous frame of the E2 error generation frame, and E3 is the subband sample size belonging to the current frame corrected for error. WF k is a rate of change of the size obtained by using three subband sample sizes E 1 , E 2 , and E 3 for each of k subbands. This rate of change is multiplied by the error-corrected subband sample Sk [n] to reflect the change in the size of the subband samples of the previous frames. Here, α is a scaling factor, and this value prevents the subband sample replaced by an excessive value when the magnitude change suddenly changes with the change of the frame. The α value is obtained by experiments. In general, when the change rate is 90% or more, it has a value of 0.7 between 0.5 and 90-50%.
서브밴드 합성부(50)는 메모리(20)로부터 읽어들인 현재 프레임의 서브밴드샘플들을 서브밴드 합성을 하여 현재 프레임의 펄스부호변조된 디지탈 오디오신호를 발생하다가 크기조정부(40)로부터 크기 조정된 현재 프레임의 서브밴드샘플들이 출력되면, 이를 서브밴드 합성을 하여 펄스부호변조(PCM)된 디지탈 오디오신호를 발생한다.The subband synthesis unit 50 subbands the subband samples of the current frame read from the memory 20 to generate a pulse code-modulated digital audio signal of the current frame, and then resizes the current from the scaler 40. When the subband samples of the frame are output, the subband synthesis is performed to generate a pulse code modulated (PCM) digital audio signal.
상술한 바와 같이, 본 발명의 디지탈 오디오신호의 에러 보정방법 및 이를 이용한 서브밴드복호화장치는, 묵음화, 이전 프레임과의 대체 방법을 사용하여 오디오신호의 에러 보정을 하던 종래에 비해서 에러발생프레임의 바로 이전 프레임의 마지막부분의 서브밴드샘플들이 갖는 패턴과 매칭되는 유형의 패턴을 갖는 이전 프레임들내의 서브밴드샘플로 시작하며 한 프레임 내의 각 서브밴드를 이루는 갯수의 서브밴드샘플들을 사용하여 에러발생프레임의 각 서브밴드를 위한 서브밴드샘플들로 대체하므로써, 재생되는 오디오신호가 에러에 의한 불연속을 느끼지 못할 정도의 원음에 가까운 음질을 구현할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the error correction method of the digital audio signal and the subband decoding apparatus using the same of the digital audio signal of the present invention are compared with the error correction frame in comparison with the conventional method of error correction of the audio signal by using a silent method and a replacement method with a previous frame. Error generating frame using the number of subband samples that make up each subband in one frame, starting with a subband sample in previous frames having a pattern of a type that matches the pattern of the subband samples of the last previous frame. By substituting the subband samples for each subband, the audio quality to be reproduced has the effect of realizing sound quality close to the original sound such that the discontinuity caused by an error is not felt.
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