KR100205472B1 - 양자화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양자화 시스템에 관한 것으로서, 서브밴드의 데이터를 임계밴드의 대표값으로 감산한 후 그 값을 주기적으로 선택 전송하여 전송데이터의 비트 수를 절감하도록 하는 것이다.

이와 같은 본 발명은 입력 디지털 신호를 분할하여 각 직교변환 계수를 출력하는 직교변환부와, 상기 변환계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 출력하는 임계밴드 분할부와, 상기 변환계수를 임계밴드보다 더 세밀하고 가능한 등간격으로 분할하는 서브밴드 분할부와, 상기 각 서브밴드와 임계밴드의 대표값과의 차를 구하는 감산기와, 상기 감산기의 차신호에서 전송데이타를 추출하는 전송데이터 추출부와, 상기 임계밴드 분할부의 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 전송하는 제1양자화부와, 상기 전송데이터 추출부로부터 추출된 데이터를 양자화하여 전송하는 제2양자화부로 구성함으로써 달성되는 것이다.

Description

양자화 시스템.

제1도는 종래 양자화 시스템 구성도.

제2도는 본 발명 양자화 시스템 구성도.

제3도는 제2도의 각부 전송데이타를 보인 설명도로서,

제3a도는 직교변환부의 출력 직교변환 계수를 보인 것이고,

제3b도는 임계밴드부로 변환계수를 분할한 대표값을 보인 것이며,

제3c도는 임계밴드부의 대표값과 서브밴드분할부의 서브밴드값의 차를 보인 것이고, 제3d도는 양자화부의 전송데이터를 보인 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 직교변환부 2 : 보조정보처리부

3 : 임계밴드 분할부 4 : 서브밴드 분할부

5 : 감산기 6 : 전송데이타 추출부

7 : 제 1 양자화부 8 : 제 2 양자화부

본 발명은 양자화에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 양자화를 행할시 직교변환계수를 청감 특성상의 밴드(Band)인 임계밴드와 서브 밴드로 분할하여 서브밴드의 데이터를 임계밴드의 대표값으로 감산한 후 그 값을 주기적으로 선택 전송하여 전송데이타의 비트 수를 절감하도록 양자화 시스템에 관한 것이다.

종래의 양자화 시스템은 첨부된 도면 제1도에 도시된 바와 같이, 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부(100)와, 상기 아날로그/디지탈 변환부(100)로부터 출력된 디지털신호를 필터링하고 윈도우를 행하는 필터 및 윈도우부(101)와, 상기 필터 및 윈도우부(101)로부터 출력된 디지털신호를 분할하여 각 직교변환(이산 푸리에 변환, DCT, DST 등등)을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 계수값들을 출력하는 직교변환부(102)와,상기 필터 및 윈도우부(101)로부터 출력된 디지털신호의 스케일 팩톨(Scale Factor) 및 할당된 비트 수에 대한 정보를 전송하는 보조정보처리부(103)와 상기 보조정보처리부(103)로부터 출력된 정보에 따라 직교변환부(102)의 계수값들을 양자화하여 기록매체 또는 전송선로(105)에 전송하는 양자화부(104)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 양자화시스템은 먼저 입력된 아날로그신호(x(t))는 아날로그/디지탈 변환부(100)를 통해 디지털신호로 변환되고, 그 변환된 디지털 데이터 필터 및 윈도우부(101)을 통해 필터링되고 윈도윙되어 직교변환부(102)에 입력된다.

상기 직교변환부(102)는 입력된 디지털 데이터를 분할하여 각 직교변환(이산 푸리에 변환, DCT, DST 등등)을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 계수값들을 출력하게 되고, 양자화부(104)는 입력된 계수값들을 양자화하여 출력하게 되는데, 이 때 상기 직교변환을행할 때 입력되는 신호는 주기성을 갖기 못함으로 역직교변환을 행하면 원래의 신호가 완전하게 복원되지 못한다.

따라서 이 오차값을 줄이기 위하여 직교변환전에 필터 및 윈도우부(101)를 통해 윈도우(Window)를 씌우고, 디코딩에서도 이 윈도우의 영향을 없애기 위해 역 윈도우를 씌우게 될 뿐아니라 직교변환시나 역직교변환시 입력데이타를 100% 오버랩(50%는 n-1번째 직교변환시, 나머지 50%는 n+1번째 직교변환시 각각 오버랩 된다.)하여 행하므로 오차값이 줄어들게 된다.

이와 같이 하여 얻어진 직교변환 계수들(x1,X2,-----xn)은 분산이 일정하게 스켈링된 후 기록매체 또는 전송송로(105)로 스켈링값과 할당된 보조정보처리부(103)의 비트수와 함께 전송된다.

상기에서 직교변환부(102)의 직교변환 후 시간축 상의 한 주기동안에 주파수성분에 대응하는 계수들은 시간축 상의 한 주기동안의 데이터 수와 같은 개수의 계수들을 얻으며, 또한 샘플링 주파수가 fs라 할 때 계수들의 주파수 분해는 (fs*계수의 개수)가 된다.

따라서 직교변환하여 얻어진 계수가 제2도와 같다고 하면 이들 계수의 양자화 비트 수는 다음과 같이 결정된다.

상기에서 Ri : I 번째 계수의 비트수, R : 직교변환계수의 평균 비트수, σi2 : I 번째 계수의 분산이다.

따라서 직교변환계수 n개에 대한 비트 수를 상기와 같이 구하여 계수크기를 양자화를 행하여 기록매체나 전송선로(105)에 전송하게 된다.

그러나 이와 같은 종래 양자화 시스템은 시간축 상의 한 주기를 길게 하거나 주파수 해상을 높이고자 할 때 변환계수들의 개수가 증가하게 된다.

따라서 양자화를 행하여야 할 데이터 수도 많아지고 전송할 데이터 수도 증가하게 되며, 또한 직교변환계수의 평균비트수를 조정하고 데이터를 압축하여 전송시 전체계수에 할당된 비트수는 일정함으로 양자화 잡음을 줄일 수 없고, 하드웨어로 구현하거나 소프트웨어로 구현시 n개의 계수들에 대하여 양자화를 함으로 하드웨어의 사이즈가 커지고 소프트웨어의 프로그램이 복잡하여 지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 입력신호를 직교변환하여 얻어진 주파수성분에 대응하는 직교변환계수를 청감 특성상의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 구하고 직교변환계수를 가능한 등간격으로 분할하여 임계밴드의 대표값으로 감산한 후 그 차이값을 주기적으로 선택 양자화하여 기록매체나 전송선로의 보다 낮은 전송비로 데이터를 전송하도록 양자화 시스템을 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 입력 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 직교변환 계수값들을 출력하는 직교변환부와, 상기 직교변환 계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값(피크치, 평균치, 또는 에너지총합)을 출력하는 임계밴드 분할부와, 상기 직교변환부의 변환계수를 임계밴드보다 더 세밀하고 가능한 등간격으로 분할하는 서브밴드 분할부와, 상기 서브밴드 분할부의 각 서브밴드와 임계밴드의 대표값과의 차를 구하는 감산기와, 상기 감산기로부터 출력된 차신호에서 전송데이타를 추출하는 전송데이타 추출부와, 상기 임계밴드 분할부의 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 전송하는 제1양자화부와, 상기 전송데이터 추출부로부터 추출된 데이터를 양자화하여 전송하는 제2양자화부와, 상기 임계밴드의 대표값을 제1양자화부에서 양자화할시 양자화 범위를 초과하지 않도록 스켈링값을 추출하기 위해 입력디지탈신호의 분산값을 계산하는 보조정보처리부로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명 양자화시스템 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 입력단자(IN)로부터 입력된 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 직교변환 계수값들을 출력하는 직교변환부(1)와, 상기 직교변환부(1)의 직교변환 계수를 청감 특성의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값(피크치, 평균치, 또는 에너지종합)을 출력하는 임계밴드 분할부(3)와, 상기 직교변환부(1)의 변환계수를 임계밴드보다 더 세밀하고 가능한 등간격으로 분할하는 서브밴드 분할부(4)와, 상기 서브밴드 분할부(4)의 각 서브밴드와 임계밴드 분할부(3)로부터 출력된 임계밴드의 대표값과의 차를 구하는 감산기(5)와, 상기 감산기(5)로부터 출력된 임계밴드의 대표값을 기준으로 하여 각 서브밴드의 대표값을 추출하는 전송데이터 추출부(6)와, 상기 임계밴드 분할부(3)의 각 임계밴드 대표값을 양자화하여 기록매체 또는 전송선로(9)로 전송하는 제1양자화부(7)와, 상기 전송데이타 추출부(6)로부터 추출된 데이터를 양자화하여 기록매체 또는 전송선로(9)에 전송하는 제2양자화부(8)와, 상기 임계밴드 분할부(3)로부터 출력된 임계밴드의 대표값을 제1양자화부(7)에서 양자화할 시 양자화 범위를 초과하지 않도록 스켈링값을 추출하기 위해 입력 디지털신호의 분산값을 계산하는 보조정보처리부(2)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효가를 제3도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 입력단자(IN)로부터 디지털신호가 입력되면 직교변환부(1)는 입력된 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수 성분에 대응하는 직교변환 계수를 임계밴드 분할부(3) 및 서브밴드 분할부(4)에 입력하게 되고, 상기 임계밴드 분할부(3)는 입력된 직교 변환 계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드수로 분할한다.

일예로써, 오디오신호 24Khz 까지를 임계밴드로 나누면 25밴드가 된다.

이 후 각 임계밴드에서 각 변환계수에 대한 대표값(피크치, 평균치, 또는 에너지 총합)을 산출하게 된다.

이를 제3도를 참조하여 설명하면 먼저 시간축 상의 어느 한 주기동안의 입력데이타를 직교변환부(1)를 통해 직교변환하여 얻은 직교변환계수가 제3도의 (a)와 같다면 임계밴드 분할부(3)는 입력된 직교변환계수를 분할하여 제3도의 (b)와 같은 임계밴드의 대표값을 감산기(5) 및 제1양자화부(7)에 입력하게 된다.

따라서 상기 제1양자화부(4)는 임계밴드 분할부(3)로부터 입력된 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 기록매체 또는 전송선로(9)로 전송하게 되고, 또한 상기 서브밴드 분할부(4)는 제3도의 (a)와 같이 직교변환부(1)로부터 입력된 직교변환계수를 가능한 등간격으로 분할하여 감산기(5)로 입력하게 되는데, 여기서 서브밴드 분할부(4)로 직교변환계수를 분할하는 이유는 임계밴드는 청감상의 즉, 사람의 귀로 들을 수 있는 값이므로 임계밴드에서의 값만으로는 원래의 변환계수의 값 모두를 완전히 복원할 수는 없기 때문이고 임계밴드는 최소한 서브밴드 하나 이상을 포함하여야 한다.

이렇게 분할된 서브밴드값이 감산기(5)에 입력되면 상기한 감산기(5)는 입력된 서브밴드값을 임계밴드의 대표값으로 제3도의 (c)와 같이 감산하여(여기서 한 임계밴드내에는 항상 정수개의 서브밴드가 존재하여야 한다) 출력하게 되는데, 이 때 제3도의 (c)에서 보는 바와 같이, 임계밴드의 대표값과 서브밴드값과의 차이가 선형적인 것은 입력되는 오디오신호는 시간적으로 매우 급하게 변화하지 못하기 때문이고, 다시 말하면 주파수적으로 매우 급하게 움직이지 못하기 때문이다.

따라서 전송데이터 추출부(6)는 상기 감산기(5)로부터 출력되는 차신호 즉, 제3도의 (c)와 같은 선형적인 곡선에서 주기적으로 몇 개의 데이터만을 선택하여 제3도의 (d)와 같은 전송데이타를 제2양자화부(8)에 입력하게 되면 제2양자화부(8)는 입력된 데이터를 양자화하여 기록매체에 기록하거나 또는 전송선로(9)에 전송한 후 복원하였을 때 원래의 곡선으로 복원 가능하다.(물론 주기적으로 너무 적은 데이터를 선택하면 복원시 충분히 원래의 곡선을 복원시키지 못한다.)

또한 임계밴드에서 대표값도 보조정보처리부(2)에서 제1양자화부(7)의 범위를 넘지 않도록 스켈링 후 제1양자화부(7)에 의해 기록매체 또는 전송선로(9)로 전송된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 입력신호를 직교변환하여 얻어진 주파수성분에 대응하는 직교변환계수를 청감특성상의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 구하고 직교변한계수를 가능한 등간격으로 분할하여 임계밴드의 대표값으로 감산한 후 그 차이값을 주기적으로 선택하여 양자화함으로써 전송 데이터의 비트율이 절감되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 입력 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 직교변환 계수값들을 출력하는 직교변환부(1)와, 상기 직교변환 계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 출력하는 임계밴드 분할부(3)와, 상기 직교변환부(1)의 변환계수를 임계밴드보다 더 세밀하고 가능한 등간격으로 분할하는 서브밴드 분할부(4)와, 상기 서브밴드 분할부(4)의 각 서브밴드와 임계밴드의 대표값과의 차를 구하는 감산기(5)와, 상기 감산기(5)로부터 출력된 차신호에서 주기적으로 전송데이타를 추출하는 전송데이타 추룰부(6)와, 상기 임계밴드 분할부(3)의 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 전송하는 제1양자화부(7)와, 상긱전송데이타 추출부(6)로부터 추출된 데이터를 양자화하여 전송하는 제2양자화부(8)와, 상기 임계밴드의 대표값을 제1양자화부(7)에서 양자화할시 양자화 범위를 초과하지않도록 스켈링값을 추출하기 위해 입력 디지털신호의 분산값을 계산하는 보조정보 처리부(2)를 포함하여 된 양자화 시스템.