KR0181587B1 - 엠펙-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치 및 방법 - Google Patents

엠펙-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엠펙(MPEG)-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치 및 방법을 공개한다. 부호화기에 의해 부호화된 일련의 비트들로 구성된 오디오 데이타에서 역양자화된 부밴드 표본을 원래의 오디오 PCM데이타로 복원하는 그 장치는, 제 1 소정수(N)의 부밴드 표본과 역이산 코사인 변환에 사용되는 계수(Nik)를 승산하여 출력하는 제 1 승산수단과, 2N개의 제 1 승산수단의 출력으로부터 Nik의 대칭성을 이용하여 N개만을 역이산 코사인 변환하여 2N개의 역 이산 코사인 벡터(Vi)를 만들어 출력하는 역이산 코사인 변환수단과, 역이산 코사인 벡터들 중에서 N개의 벡터들만을 입력하여 순차적으로 저장하는 각각이 N개의 Vi로 구성된 N/2개의 블럭들로 이루어진 제 1 레지스터와, 제 1 레지스터와 동일한 블럭수 및 블럭 구성 Vi수를 가지며, 제 1 레지스터의 대응 블럭에 저장된 벡터를 해당 블럭으로 직렬 입력하여 저장하는 제 2 레지스터와, 제 2 레지스터에 저장된 각 벡터를 해당하는 윈도윙 벡터와 각각 승산하고, 승산된 값을 출력하는 제 2 승산수단 및 제 2 승산수단의 출력을 블럭단위로 가산하여 N개의 오디오 PCM데이타로서 출력하는 가산수단을 구비하고, Nik의 대칭성을 이용하여 Vi는 Vi ＝ － Vi(N-i), i ＝ 0, 1, 2, ..., (N-2)/2 및 Vi ＝ － Vi(3N-i), i ＝ N+1, N+2, ..., (3N-2)/2을 따르는 것을 특징으로 한다.

Description

엠펙(MPEG)-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치 및 방법
본 발명은 MPEG(MOVING PICTURE EXPERTS GROUP)-1 오디오 복호기에 관한 것으로, 특히 오디오 복호기에서 부밴드 샘플들을 입력하여 PCM샘플들을 출력하는 엠펙(MPEG)-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
동화상 전문가 단체(MPEG:Moving Picture ExpertS Group 이하, MPEG이라고 약칭한다.)는 디지탈 기록/재생 매체(DSM:Digital Storage Media)를 주 대상으로 하는 동화상 및 음성정보의 부호화에 대한 국제 표준안을 제안하는 활동을 주 업무로 하는 그룹이다. 이 MPEG의 산하에 세개의 부그룹이 있는데 그 중의 하나가 음성의 부호화를 위한 요구사항을 규정하고 그 규격을 만들어내는 오디오 부그룹이다.
MPEG-1 오디오 복호기는 디멀티 플렉서 및 에러 검출부, 역양자화부, 부가 정보 복호부 및 합성필터부로 구성되어 있다. 여기서, 합성 필터부는 부호화기에 의해 부호화된 일련의 비트들로 구성된 오디오데이타에서 에러가 검출된 후, 역양자화된 부밴드 표본(sample)을 원래의 오디오 PCM데이타로 복원하는 기능을 수행한다. 합성 필터에서 수행되는 종래의 합성 필터링 방법으로서, 오버랩-애드(Overlap- Add) 방법과, MPEG-1 DIS(Draft International Standard)에서 채택한 방법이 있다.
이러한 방법들은 후술되며, 먼저, MPEG-1 DIS에서 채택한 방법을 수행하기 위해서는 오버랩-애드 방법보다 두배의 용량을 가진 레지스터가 필요한 문제점이 있으나, 오버랩-애드 방법은 윈도윙 후에, 쉬프트 레지스터가 갱신되어야 하기 때문에 512샘플들 각각에 대해 4단계의 계산이 이루어져야 하므로, 2048 사이클이 소요되는 문제점이 있다. 그러나, MPEG-1 DIS에서 채택한 방법은 576사이클이 소요되지만 역시 용량의 큰 쉬프트 레지스터를 사용해야 하기 때문에, 문제점을 안고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 적은 IMDCT에 사용되는 코사인 계수의 대칭성을 이용하여 적은 용량의 레지스터로 구현이 가능하며, 적은 사이클이 소요되는 엠펙(MPEG)-1 오디오 복호기의 합성 필터링 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치에서 수행되는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 부호화기에 의해 부호화된 일련의 비트들로 구성된 오디오 데이타에서 역양자화된 부밴드 표본을 원래의 오디오 PCM데이타로 복원하는 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치는, 제 1 소정수(N)의 부밴드 표본과 역이산 코사인 변환에 사용되는 계수(Nik:여기서 i와 k는 상기 역이산 코사인 변환 계수가 저장된 주소를 지정하기 위한 인자임)를 승산하여 출력하는 제 1 승산수단과, 2N개의 상기 제 1 승산수단의 출력으로부터 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 N개만을 역 이산 코사인 변환하여 2N개의 역 이산 코사인 벡터(Vi)를 만들어 출력하는 역이산 코사인 변환수단과, 상기 역이산 코사인 벡터들중에서 N개의 벡터들만을 입력하여 순차적으로 저장하는 각각이 상기 N개의 Vi로 구성된 M(=N/2)개의 블럭들로 이루어진 제 1 레지스터와, 상기 제 1 레지스터와 동일한 블럭수 및 블럭 구성 Vi수를 가지며, 상기 제 1 레지스터의 대응 블럭에 저장된 벡터를 해당 블럭으로 직렬 입력하여 저장하는 제 2 레지스터와, 상기 제 2 레지스터에 저장된 각 벡터를 해당하는 윈도윙 벡터와 각각 승산하고, 승산된 값을 출력하는 제 2 승산수단 및 상기 제 2 승산수단의 출력을 상기 블럭단위로 가산하여 상기 N개의 오디오 PCM 데이타로서 출력하는 가산수단으로 구성되고, 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 상기 Vi는 다음 관계 식
Vi ＝ － Vi(N-i), i ＝ 0, 1, 2, ..., (N-2)/2 및
Vi ＝ － Vi(3N-i), i ＝ N+1, N+2, ..., (3N-2)/2 를 따르는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 부호화기에 의해 부호화된 일련의 비트들로 구성된 오디오 데이타에서 역양자화된 부밴드 표본을 원래의 오디오 PCM데이타로 복원하는 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 방법은, 제 1 소정수(N)의 부밴드 표본과 역이산 코사인 변환에 사용되는 계수(Nik:여기서 i와 k는 상기 역이산 코사인 변환 계수가 저장된 주소를 지정하기 위한 인자임)를 승산하는 단계와, 2N개의 승산된 값으로부터 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 N개만을 역이산 코사인 변환하여 2N개의 역 이산 코사인 벡터(Vi)를 만드는 단계와, 상기 역 이산 코사인 벡터들중에서 N개의 벡터들만을 입력하여 순차적으로 블럭단위로 M(=N/2)개 블럭에 저장하는 단계와, 나머지 N개의 상기 벡터들이 저장되도록 상기 M개의 블럭들을 다른 M개의 해당 블럭에 각각 저장하는 단계와, 먼저 상기 N개의 벡터들 각각을 해당하는 윈도우드 벡터와 각각 승산하는 단계 및 상기 승산된 윈도윙 벡터들을 상기 블럭단위로 가산하여 상기 N개의 오디오 PCM 데이타를 만드는 단계로 이루어져 있고, 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 상기 Vi는 다음 관계 식
Vi ＝ － Vi(N-i), i ＝ 0, 1, 2, ..., (N-2)/2 및
Vi ＝ － Vi(3N-i), i ＝ N+1, N+2, ..., (3N-2)/2 를 따르는 것이 바람직하다.
도1 은 합성 필터부의 필터링방법 중 오버랩애드방법을 설명하기 위한 플로우차트.
도2 는 합성 필터부의 필터링방법 중 MPEG1 DIS에서 채택한 방법을 설명하기 위한 플로우차트.
도3 은 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치의 블럭도.
도4 는 도 3 에 도시된 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 방법을 설명하기 위한 플로우차트.
도5 는 도 2 에 도시된 제 48 단계에서 수행되는 과정을 설명하기 위한 하드웨어적인 도면.
도6 은 도 5 에 도시된 곱셈 및 연산동작을 위한 본 발명에 의한 회로도.
도7 은 본 발명에 의한 윈도윙 과정을 설명하기 위한 회로도.
이하, 본 발명을 설명하기 전에 종래의 합성 필터링 방법들을 다음과 같이 설명한다.
도1 은 합성 필터부의 필터링방법 중 오버랩애드방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 오버랩애드 방법을 살펴보면, 합성 필터부는 32개의 부밴드표본(Sk)을 입력하여(제 10 단계), 다음 식(1)과 같이 역이산 코사인변환 즉, IMDCT(Inverse Modified Discrete Cosine Transform)를 수행하여 역이산 코사인 벡터 Vi(i는 벡터인자)를 만든다(제 12 단계).
위 식(1)에서 i와 k는 인자들이다.
식(1)에서 64개의 Vi를 만든 다음, 이것을 주기적으로 확장하여 512개의 인수의 매개벡터 Ui를 만든다(제14단계). 제 14 단계 후에 다음 식(2)와 같이 Ui에 윈도윙 벡터 Fi를 곱하여 윈도우드(windowed) 벡터 Wi를 계산한다(제 16 단계).
이렇게 해서 구해진 윈도우드 벡터들, Wi(i=0 - 511), 은 PCM출력버퍼에 저장된다(제18단계). 윈도우드 벡터 W0-W31까지가 PCM출력버퍼로 출력된 제 18 단계 후에 W32-W511까지는 W0-W479의 왼쪽으로 이동되고, W480-W511까지는 '0'으로 초기화되며, 이와 같은 초기화는 윈도우드 벡터가 PCM출력버퍼에 모두 저장될 때까지 계속한다(제20단계).
제 20 단계 후에 PCM출력버퍼에 저장된 윈도우드 벡터들은 PCM샘플로 출력된다(제22단계).
다음으로, MPEG1-DIS에서 채택한 합성 필터부의 필터링방법을 도 2 를 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다.
도2는 합성 필터부의 필터링방법 중 MPEG1 DIS에서 채택한 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
오버랩애드방법과 같이 합성 필터부는 역양자화된 32개의 새로운 부밴드 표본을 입력하여(제 40 단계), IMDCT를 수행한다(제42단계). 제 42 단계 후에 역이산코사인벡터 V0부터 V959를 V64부터 V1023으로 64개 만큼 이동하고, 비워진 역이산코사인벡터 V0부터 V63에 새로 들어온 32개의 부밴드표본(Sk)을 식(1)로 매트릭싱을 한다(제 44 단계). 제 44 단계 후에, 1024개의 역이산코사인벡터 Vi의 중간중간에서 64개씩의 원소들을 취하여 512개의 원소를 갖는 매개벡터 Ui를 구성한다(제 46 단계). 제 46 단계 후에 매개벡터 Ui에 윈도윙 벡터 Di를 곱하여 윈도우드벡터 Wi를 구성한다(제 48 단계). 제 48 단계 후에 31개의 윈도우드 벡터Wi간격으로 건너뛰어 벡터를 추출한뒤 더해서 32개 출력표본을 다음 식(3)과 같이 구하고, 32개의 출력표본(Tj)을 PCM샘플로 출력한다(제 50 단계).
이상에서 살펴본 종래의 디지탈 오디오 합성 필터링 방법들은 전술한 문제점들을 지닌다.
이하, 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치의 구성 및 동작과, 그 필터링 방법을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도3은 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치의 블럭도로서, 제 1 승산부(60), IMDCT(62), 제 1 레지스터(64), 제 2 레지스터(66), 제 2 승산부(68) 및 가산부(70)로 구성된다.
도4는 도 3 에 도시된 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도3에 도시된 제 1 승산부(60)는 입력단자 IN을 통해 입력한 32개의 부밴드 샘플에 역이산 코사인 변환에 사용되는 계수를 승산하여 IMDCT(62)로 출력한다(제 80 단계). 여기에서, Nik는 다음 식(4)와 같이 표현된다.
제 80 단계 후에, IMDCT(62)는 제 1 승산부(60)의 출력을 입력하여, 다음 식(5)와 같이 역 이산 코사인 변환 벡터(Vi)를 구한다
여기에서, i=0, 1, ..., 15 인 경우, Nik의 대칭성에 의해 다음 식(6)이 성립한다.
또한, i=33, 34, ..., 47 인 경우, 다음 식(7)이 성립한다.
식(6) 및 식(7)로부터 알 수 있듯이, 본 발명에서는 64개의 IMDCT 출력을 얻기 위해서는 32개의 역이산 코사인 벡터만을 필요로함을 알 수 있다. 즉, IMDCT(62)는 32개만을 역이산 코사인 변환하고, 변환된 역이산 코사인 벡터로부터 나머지 32개의 역이산 코사인 벡터를 구할 수 있다(제 82 단계). 그러므로, 종래에는 제 1 레지스터의 크기가 1024 였으나, 본 발명에서는 512로 줄어들었다.
제 82 단계 후에, 제 1 레지스터(64)에 저장되어 있던 샘플들은 윈도윙을 위해 제 2 레지스터(66)로 입력된다.
도5 는 도 2 에 도시된 제48단계에서 수행되는 과정을 설명하기 위한 하드웨어적인 도면으로서, 곱셈기(90), 레지스터(100) 및 가산기(102)로 구성되어 있다.
도5 에 도시된 레지스터는 누산동작(accumulation) 동안 포인터가 조정되야 하기 때문에 불편하다. 이 포인터 조정을 피하기 위해, 1사이클 명령을 이용하는데, 일반적으로 많은 디지탈 신호 처리기(DSP:Digital Signal Processor)들은 1사이클동안 하나의 덧셈 및 곱셈 연산 동작을 마칠 수 있다.
도6 은 도 5 에 도시된 곱셈 및 연산동작을 위한 본 발명에 의한 회로도로서, 레지스터(110), 곱셈기(112) 및 가산기(114)로 구성되어 있다.
도6 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 새로운 역 이산 코사인 벡터가 쉬프트 레지스터로 쉬프팅되는 것이 아니라 16샘플 주기마다 삽입된다. 또한, 윈도윙을 위해 윈도윙 벡터, Fi의 변화된 값(Fi')이 곱해져서 윈도우드 벡터, Wi가 만들어진다.
도7 은 본 발명에 의한 윈도윙 과정을 설명하기 위한 회로도로서, 140은 레지스터를 나타낸다.
전술한 바와 같이, 32개의 IMDCT 출력들이 제 1 레지스터로 삽입되기 때문에, 레지스터는 도 7 과 같이 수정되었다. 이제, 윈도윙 함수는 32부밴드 샘플마다 교대적으로 처리되는 기수-윈도윙(odd windowing) 및 우수-윈도윙(even windowing)에 의해 대체된다. 기수-윈도윙과 우수-윈도윙과의 차이점은 삽입 순서가 반대 방향이라는 것이다. 그래서, 윈도윙 절차는 대응하여 변하게 된다. 제 84 단계 후에, 윈도윙된 결과는 가산되어, 32개의 PCM 샘플들, P(i),로서 도 3 에 도시된 출력단자 OUT를 통해 출력된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치 및 방법은 계산 과정을 단순화시키고, 종래의 방법과 비교할 때, 메모리의 요구량을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 부호화기에 의해 부호화된 일련의 비트들로 구성된 오디오 데이타에서 역양자화된 부밴드 표본을 원래의 오디오 PCM데이타로 복원하는 엠펙(MPEG)-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치에 있어서, 제 1 소정수(N)의 부밴드 표본과 역이산 코사인 변환에 사용되는 계수(Nik:여기서 i와 k는 상기 역이산 코사인 변환 계수가 저장된 주소를 지정하기 위한 인자임)를 승산하여 출력하는 제 1 승산수단; 2N개의 상기 제 1 승산수단의 출력으로부터 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 N개만을 역 이산 코사인 변환하여 2N개의 역 이산 코사인 벡터(Vi)를 만들어 출력하는 역이산 코사인 변환수단; 상기 역이산 코사인 벡터들중에서 N개의 벡터들만을 입력하여 순차적으로 저장하는 각각이 상기 N개의 Vi로 구성된 M(=N/2)개의 블럭들로 이루어진 제 1 레지스터; 상기 제 1 레지스터와 동일한 블럭수 및 블럭 구성 Vi수를 가지며, 상기 제 1레지스터의 대응 블럭에 저장된 벡터를 해당 블럭으로 직렬 입력하여 저장하는 제 2 레지스터; 상기 제 2 레지스터에 저장된 각 벡터를 해당하는 윈도윙 벡터와 각각 승산하고, 승산된 값을 출력하는 제 2 승산수단; 및 상기 제 2 승산수단의 출력을 상기 블럭단위로 가산하여 상기 N개의 오디오 PCM 데이타로서 출력하는 가산수단을 구비하고, 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 상기 Vi는 다음 관계 식을 따르는 것을 특징으로 하는 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 장치.
    Vi ＝ － Vi(N-i), i ＝ 0, 1, 2, ..., (N-2)/2 및
    Vi ＝ － Vi(3N-i), i ＝ N+1, N+2, ..., (3N-2)/2
  2. 부호화기에 의해 부호화된 일련의 비트들로 구성된 오디오 데이타에서 역양자화된 부밴드 표본을 원래의 오디오 PCM데이타로 복원하는 엠펙(MPEG)-1 오디오 복호기의 합성 필터링 방법에 있어서, 제 1 소정수(N)의 부밴드 표본과 역이산 코사인 변환에 사용되는 계수(Nik:여기서 i와 k는 상기 역이산 코사인 변환 계수가 저장된 주소를 지정하기 위한 인자임)를 승산하는 단계; 2N개의 승산된 값으로부터 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 N개만을 역이산 코사인 변환하여 2N개의 역 이산 코사인 벡터(Vi)를 만드는 단계; 상기 역이산 코사인 벡터들중에서 N개의 벡터들만을 입력하여 순차적으로 블럭단위로 M(=N/2)개 블럭 저장하는 단계; 나머지 N개의 상기 벡터들이 저장되도록 상기 M개의 블럭들을 다른 M개의 해당 블럭에 각각 저장하는 단계; 및 먼저 상기 N개의 벡터들 각각을 해당하는 윈도윙 벡터와 각각 승산하는 단계; 및 상기 승산된 윈도우드 벡터들을 상기 블럭단위로 가산하여 상기 N개의 오디오 PCM 데이타를 만드는 단계를 구비하고, 상기 Nik의 대칭성을 이용하여 상기 Vi는 다음 관계 식을 따르는 것을 특징으로 하는 MPEG-1 오디오 복호기의 합성 필터링 방법.
    Vi ＝ － Vi(N-i), i ＝ 0, 1, 2, ..., (N-2)/2 및
    Vi ＝ － Vi(3N-i), i ＝ N+1, N+2, ..., (3N-2)/2
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