KR100202308B1 - Desibel converter and reverse converter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MPEG-2 오디오 부호화기의 프로세서(processor) 코아(core)에 적용되는 데시벨 변환과 데시벨의 역변환 방법에 관한 것이며, 특히 MPEG-2 오디오 부호화기의 실시간 구현을 위해 적은 수의 테이블을 가지고 효율적으로 계산할 수 있는 데시벨 변환 및 역변환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a decibel conversion method and an inverse conversion method of a decibel applied to a processor core of an MPEG-2 audio encoder. In particular, the present invention relates to a method for efficiently implementing a MPEG-2 audio encoder with a small number of tables. The present invention relates to a decibel and inverse transform method that can be calculated.
본 발명은 FFT된 32비트인 전력값을 정규화하여 가수와 지수를 연상하는 단계와, 상기 32비트의 가수 중 소정의 상위 비트를 추출하는 단계와, 추출된 상기 소정의 상위 비트값과 정규화되어 연산된 지수값을 가수 테이블과 지수 테이블로부터 구하는 단계와, 상기 가수 테이블로부터 구한 값과 지수 테이블로부터 구한 값을 더하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데시벨 변환 방법, 및 16비트 8.8포맷의 출력값에의 근사치인 21771값을 곱하여 32비트값을 만드는 단계와, 상기 곱셈기에 의해 연산된 연산값에서 28번째 비트부터 소정의 비트를 정수부분 i2로 추출하는 단계와, 상기 정수부분의 다음 비트부터 상기 소정의 비트를 소수점부분(fractional part)으로 추출하는 단계와, 상기 소수점부분에 해당하는 값을 소수점 테이블로 부터 구하는 단계와, 상기 소수점부분 테이블로부터 구한 값을 오른쪽으로 31-i2비트만큼 쉬프트하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 데시벨 역변환방법을 제공한다.The present invention relates to a step of normalizing a power value having an FFT of 32 bits and associating an mantissa and an exponent, extracting a predetermined upper bit among the 32 bits of mantissa, and normalizing and calculating the extracted upper bit value. Obtaining a calculated exponent value from the mantissa table and the exponent table, adding a value obtained from the mantissa table and a value obtained from the exponent table, and an output value of a 16-bit 8.8 format. Multiplying a value of 21771, which is an approximation, to create a 32-bit value, extracting a predetermined bit from the 28th bit into an integer part i 2 from the operation value calculated by the multiplier, and starting from the next bit of the integer part Extracting a predetermined bit into a fractional part, obtaining a value corresponding to the decimal part from a decimal table, and shifting a value obtained from the decimal part table by 31-i 2 bits to the right It provides a decibel inverse transform method comprising the step.
Description
본 발명은 MPEG-2 오디오 부호화기의 프로세서(processor) 코아(core)에 적용되는 데시벨 변환과 데시벨의 역변환 방법에 관한 것이며, 특히 MPEG-2 오디오 부호화기의 실시간 구현을 위해 적은 수의 테이블을 가지고 효율적으로 계산할 수 있는 데시벨 변환 및 역변환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a decibel conversion method and an inverse conversion method of a decibel applied to a processor core of an MPEG-2 audio encoder. In particular, the present invention relates to a method for efficiently implementing a MPEG-2 audio encoder with a small number of tables. The present invention relates to a decibel and inverse transform method that can be calculated.
MPEG-2 오디오 부호화 과정에서는 비트 할당을 위한 심리음향 모델을 구하는데 많은 계산을 필요로 한다. 특히, 심리음향 모델의 계산과정에서는 데시벨() 및 데시벨의 역변환()연산을 많이 수행하기 때문에, 빠른 데시벨 연산기 및 데시벨의 역변환 연산기가 필요하다. 그러나, 일반적으로 로그(log)나 지수와 같은 초월함수는 DSP(Digital Signal Processor)등을 사용하여 한 번 계산하는데 많은 회수의 사이클(cycle)을 필요로 하며, 예컨데 높은 정밀도를 요구하는 계산에서 이러한 초월함수는 약 10클럭정도 이후에 값이 계산되어진다.In the MPEG-2 audio coding process, many calculations are required to obtain a psychoacoustic model for bit allocation. In particular, the decibels ) And the inverse transformation of decibels ( Because we do a lot of computation, we need a fast decibel operator and an inverted decibel operator. However, in general, transcendental functions such as logs or exponents require a large number of cycles to calculate once, using a digital signal processor (DSP), for example, in calculations requiring high precision. The transcendental function is calculated after about 10 clocks.
그러나, 이러한 조건하에서 심리음향 모델을 구현할 경우, MPEG-2 오디오 부호화기의 실시간 구현은 불가능하다. 따라서, MPEG-2 오디오 부호화기의 실시간 구현 과정에서 심리음향 모델을 빨리 계산하는 것은 중요하며, 로그(log)와 지수의 연산에 사용되는 시간은 MPEG-2 오디오 부호화기의 실시간 구현에 중요한 관건이 된다.However, if the psychoacoustic model is implemented under such conditions, real-time implementation of the MPEG-2 audio encoder is impossible. Therefore, it is important to quickly calculate the psychoacoustic model in the real-time implementation of the MPEG-2 audio encoder, and the time used for calculating the log and the exponent is an important factor for the real-time implementation of the MPEG-2 audio encoder.
그러나, 심리음향 모델을 구하는 과정은 실제로 전송되는 신호를 만들어 내는 것이 아니기 때문에 그다지 높은 정밀도를 필요로 하지 않으며, 또한 초월함수는 테이블을 이용하여 값을 구할 수 있어 적은 사이클로도 그 결과를 얻을 수 있다.However, the process of obtaining a psychoacoustic model does not require a very high precision because it does not actually produce a transmitted signal, and the transcendental function can obtain a value using a table, so that the result can be obtained in fewer cycles. .
제1도는 본 발명의 데시벨 연산방법의 구현을 위한 구성도.1 is a block diagram for the implementation of the decibel calculation method of the present invention.
제2도는 본 발명의 데시벨 역변환기방법의 구현을 위한 구성도이다.Figure 2 is a block diagram for the implementation of the decibel inverse transformer method of the present invention.
MPEG에서 테이블을 이용한 데시벨의 연산은 32비트의 부호있는 FFT(Fast Fourier Transform)된 전력(signal power(=x)) 값을 입력으로 하여 16비트의 출력를 만들어낸다. 입력 x는 32 비트 부호없는(unsigned) 수이고, 출력 y는 16 비트 8.8 포맷(format)의 부호있는(signed) 수를 취한다. 이러한 테이블을 이용한 보편적인 연산 과정은 다음과 같다.Decibel calculation using a table in MPEG outputs a 16-bit output by inputting a 32-bit signed fast fourier transform (FFT) signal power (= x) value. Create The input x is a 32 bit unsigned number and the output y takes a signed number in 16 bit 8.8 format. The general operation procedure using such a table is as follows.
FFT된 전력 값인 32 비트 입력 x를 정규화하여 가수(mantissa)와 지수(exponent)를 찾아낸다. 이때, 가수는 최상위 비트가 1이 나오도록 x를 왼쪽으로 쉬프트(shift)한 값이고, 지수는 쉬프트한 회수이다. 즉,The mantissa and exponent are found by normalizing the 32-bit input x, the FFT power value. In this case, the mantissa is a value shifted x to the left so that the most significant bit is 1, and the exponent is the number of shifts. In other words,
이고, ego,
x의 데시벨 값인 y는The decibel value of x, y
이다. 따라서, 가수테이블로부터을 찾고, 지수테이블로부터을 찾아서 이 둘을 합함으로써 y를 구한다. 이와 같은 과정으로 데시벨을 구할 경우에는 가수 (mantissa)가 최대 32비트이고, 최상위 비트는 항상 1이기 때문에 231개의 테이블이 필요하고, 지수(exponent)는 32개의 값을 갖기 때문에 32개의 테이블이 필요하다. 이렇게 구현할 경우에는 최고의 정밀도를 얻을 수 있으나, 테이블의 개수가 너무 크기 때문에 하드웨어로 구현하기 힘들다. 또한, 심리음향 모델을 구하는 과정은 실제로 전송되는 신호를 만들어내는게 아니기 때문에 이와 같은 높은 정밀도를 필요로 하지 않는다.to be. Therefore, from the mantissa table From the index table Find and sum y to find y. In this case the same procedure get a decibel is a singer (mantissa) is up to 32 bits, the most significant bit is because it is always 1 and requires 2 to 31 table, index (exponent) is required to 32 table owing to the 32 value Do. In this case, the highest precision can be obtained, but it is difficult to implement in hardware because the number of tables is too large. In addition, the process of obtaining a psychoacoustic model does not require such high precision since it does not actually produce a transmitted signal.
따라서, 이러한 두가지 측면에서 볼 때, 좀더 적은 수의 테이블을 가지고 데시벨의 연산을 구하는 것이 필요하다. 이와 같은 점을 고려하여 본 발명은 제1도에 도시한 바와 같이 MPEG-2 오디오 부호화기에 사용되는 데시벨 연산기를 32(25)개의 가수 테이블 값과 32개의 지수 테이블 값을 가지고 구현하다. 가수 테이블은 가수의 최상위 비트를 제외한 상위 5비트를 가지고 만들고, 지수 테이블은 지수를 가지고 만든다. 이러한 테이블의 생성과정은 다음과 같다.Thus, in these two aspects, it is necessary to calculate the decibels with fewer tables. In view of the above, the present invention implements the decibel operator used in the MPEG-2 audio coder as shown in FIG. 1 with 32 (2 5 ) mantissa table values and 32 index table values. The mantissa table is made with the top 5 bits except the most significant bit of the mantissa, and the exponent table is made with the exponent. The process of creating such a table is as follows.
전력 x의 데시벨 값인 y는The decibel value of power x, y
여기서, mantissa_table[mantissa]은 가수(mantissa)에 해당하는 테이블값을, exponent_table[exponent]는 지수(exponent)에 해당하는 테이블 값을 나타낸다.Here, mantissa_table [mantissa] represents a table value corresponding to mantissa, and exponent_table [exponent] represents a table value corresponding to exponent.
즉, 가수 테이블 값은In other words, the mantissa table value is
mantissa_table[mantissa]10 log10(mantissa2-26)28로 만들고,mantissa_table [mantissa] 10 log 10 (mantissa 2 -26 ) 2 8 ,
exponent 테이블 값은exponent table value is
exponent_table[exponent](26-exponent)10 log10228 exponent_table [exponent] (26-exponent) 10 log 10 2 2 8
로 생성한다.To create.
mantissa2-26은 mantissa[31:0]2-26이므로, mantissa[31:26]으로 표현이 가능하다. 여기서, [a:b]의 표현은 최상위 a 비트로부터 최하위 b 비트까지를 의미한다. 그리고, 이중 최상위 비트를 제외한 5 비트를 manti라고 하면,mantissa 2 -26 is mantissa [31: 0] 2 -26 , which can be expressed as mantissa [31:26]. Here, the expression of [a: b] means the most significant a bit to the least significant b bit. And if 5 bits except double most significant bit is manti,
mantissa[31:26] = 25+mantissa[30:26]mantissa [31:26] = 2 5 + mantissa [30:26]
= 25+manti= 2 5 + manti
이므로,Because of,
mantissa_table[manti]=10 log10(25+manti)28 mantissa_table [manti] = 10 log 10 (2 5 + manti) 2 8
exponent_table[exponent]=(26-exponent)10 log10228 exponent_table [exponent] = (26-exponent) 10 log 10 2 2 8
로 표현할 수 있다. 이와 같은 과정으로 만들어진 테이블을 표 1, 표 2에 나타내면 다음과 같다.Can be expressed as Table 1 and Table 2 produced by such a process is as follows.
제1도에 도시한 데시벨 연산기는 다음의 과정으로 데시벨 연산을 수행한다. 먼저 32 비트의 입력 x로부터 가수와 지수를 구하여 가수의 최상위 비트를 제외한 상위 5 비트를 취하여 manti를 구한다.The decibel calculator shown in FIG. 1 performs a decibel operation by the following procedure. First, mant is calculated by taking the mantissa and the exponent from the 32-bit input x and taking the upper five bits except the most significant bit of the mantissa.
그 다음으로 만약 x가 0이면 y=-25600을 출력하고, 그렇지 않으면Next, if x is 0, print y = -25600, otherwise
mantissa_table[manti] 과 exponent_table[exponent] 을 더하여 y를 구한다.Find y by adding mantissa_table [manti] and exponent_table [exponent].
한편, MPEG-2 오디오 부호화기에 사용되는 데시벨의 역변환도 데시벨변환과 마찬가지로 어느 정도의 에러가 있어도 전체 마스킹 곡선에 영향을 미치지 않기 때문에 간단한 테이블을 이용하여 계산할 수 있다.On the other hand, the inverse conversion of the decibel used in the MPEG-2 audio coder, like the decibel conversion, does not affect the entire masking curve even if there is some error, and can be calculated using a simple table.
역변환은 16 비트 8.8 포맷(format)의 데시벨 값(y)을 입력으로 하여 32 비트의 전력를 만들어내는 과정이다. 역변환의 연산 과정은 다음과 같다.Inverse transformation uses 32-bit power by inputting the decibel value (y) in 16-bit 8.8 format Is the process of creating. The operation of the inverse transform is as follows.
y1를 다음과 같이 정의하면,If y 1 is defined as
전력(power) x는Power x is
로 표현된다.It is expressed as
y1= i +f 로 가정하면, 여기서Assuming y 1 = i + f, where
i : y1의 정수 부분 (integer part)i: integer part of y 1
f : y1의 소수점 부분 (fractional part)f: fractional part of y 1
이다. 따라서,to be. therefore,
이다. 이 값은 2f을 왼쪽으로 i번 쉬프트한 값이다. 이때, 2f는 테이블을 이용한다. 이와 같은 과정을 이용하여 정수 (integer)연산으로 구현하는 과정은 다음과 같다.to be. This value is shifted 2 f left by i times. At this time, 2 f uses a table. The process of implementing integer operation using this process is as follows.
y2를 다음과 같이 정의하고,Define y 2 as
i2와 f2를 다음과 같이 정의한다.We define i 2 and f 2 as
즉, 실제의 데이터 값That is, the actual data value
이므로Because of
이다.to be.
따라서 x는So x is
이므로,을 오른쪽으로 31-i2비트 만큼 쉬프트하면 된다. 이때 사용되는 테이블은,Because of, Shift to the right by 31-i 2 bits. The table used at this time is
을 사용한다. 제2도는 이와 같은 방식을 구현하여 만든 데시벨 역변환기로 다음의 과정으로 연산을 수행한다.Use 2 is a decibel inverse transformer made by implementing such a method and performs the operation as follows.
먼저 16비트의 y에 21771을 곱하여 32비트로 출력한다. 출력된 결과로부터First, 16 bits of y are multiplied by 21771 to output 32 bits. From the output
의 값을 적용한 후, fract_table[f2]를 찾아서, 오른쪽으로 31-i2비트 만큼 쉬프트한다.After applying the value of, find fract_table [f 2 ] and shift it to the right by 31-i 2 bits.
본 발명은 전술한 바와 같이 적은 수의 가수 테이블 및 지수 테이블로부터 데시벨 연산 및 데시벨의 역변환 연산을 수행함으로써 MPEG-2 오디오 부호화기의 실시간 구현을 가능하게 한다.The present invention enables real-time implementation of an MPEG-2 audio encoder by performing decibel operations and inverse transform operations in decibels from a small number of mantissa and exponent tables as described above.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications and modifications belong to the following claims You will have to look.
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