KR100205473B1 - 양자화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양자화 시스템에 관한 것으로서, 이는 마스킹레벨과 직교변환계수와의 차이로 양자화를 행하여 양자화 잡음을 감소시키도록 하는 것이다.

이와 같은 본 발명은 직교변환 후 변환 계수 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 출력하는 임계밴드 분할부와, 상기 임계밴드 분할부의 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 전송하는 제1양자화부와, 상기 임계밴드의 대표값에 따른 청감상의 마스킹레벨을 출력하는 롬과, 상기 롬으로부터 출력된 마스킹레벨값과 임계밴드 분할부의 대표값을 승산하는 승산기와, 상기 승산기로부터 출력된 임계밴드 전체의 마스킹레벨을 지연시키는 지연부와, 상기 지연부로부터 지연된 마스킹레벨과 직교변환부의 직교변환계수와의 차이를 계산하는 감산기와, 상기 감산기의 차신호를 양자화하여 전송하는 제2양자화부로 구성함으로써 달성되는 것이다.

Description

양자화 시스템

제1도는 종래 양자화 시스템 구성도.

제2도는 제1도의 직교변환부의 직교변환계수를 보인 설명도.

제3도는 본 발명 양자화 시스템 구성도.

제4도는 제3도의 프로그램롬의 마스킹레벨을 보인 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 직교변환부 2 : 보조정보처리부

3 : 임계밴드 분할부 4 : 제1양자화부

5 : 롬 6 : 승산기

8 : 감산기 9 : 제2양자화부

본 발명은 양자화에 관한 것으로 좀더, 상세하게는 직교변환계수를 청감 특성상의 밴드(Band)인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 구한 후 그 대표값에 의하여 마스킹(masking)레벨을 구하여 이 마스킹레벨과 직교변환계수와의 차이로 양자화를 행하여 양자화 잡음을 감소시키도록 하는 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 비트수에 대한 정보를 전송하는 보조정보처리부(103)와, 상기 보조정보처리부(103)로부터 출력된 정보에 따라 직교변환부(102)의 계수값들을 양자화하여 기록매체 또는 전송선로(105)로 전송하는 양자화부(104)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 양자화 시스템은 먼저 입력되는 아날로그신호(x(t))는 아날로그/디지털 변환부(100)를 통해 디지털신호로 변환되고, 그 변환된 디지털 데이터 필터 및 윈도우부(101)를 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, 이때 상기 직교변환을 행할 때 입력되는 신호는 주기성을 갖지 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 뿐 아니라 직교변환시나 역직교변환시 데이터를 100% 오버랩(Overlap)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 시간축상의 한 주기동안에 주파수성분에 대응하는 계수들은 시간축상의 한 주기동안의 데이터수와 같은 갯수의 계수들을 얻으며, 또한 샘플링 주파수가 fs라 할 때 계수들의 주파수 분해는 (fs * 계수의 갯수)이 된다.

따라서 직교 변환하여 얻어진 계수가 제2도와 같다고 하면 이들 계수의 양자화 비트수는 다음과 같이 결정된다.

상기에서 Ri : i 번째 계수의 비트수, R : 직교변환계수의 평균비트수,σi²: i번째 계수의 분산이다.

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

그러나 이와 같은 종래 양자화 시스템은 시간축상의 한 주기를 길게 하거나 주파수 해상을 높이고자 할 때 변환계수들의 갯수가 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 줄 일수 없고, 하드웨어로 구현하거나 소프트웨어로 구현시 n개의 계수들에 대하여 양자화를 함으로 하드웨어의 사이즈가 커지고 소프트웨어의 프로그램이 복잡하여지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 직교변환계수를 청감 특성상의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 구한 후 그 대표값에 의하여 마스킹(Masking)레벨을 구하여 이 마스킹레벨과 직교변환계수와의 차이로 양자화를 행하여 양자화 잡음을 감소시키도록 양자화 시스템을 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 입력 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 직교변환 계수값들을 출력하는 직교변환부와, 상기 디지털신호를 입력하여 스케일 팩톨 및 할당된 비트수에 대한 정보를 전송하는 보조정보처리부와, 상기 직교변환계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값(피크치, 평균치, 또는 에너지총합)을 출력하는 임계밴드 분할부와, 상기 임계밴드 분할부의 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 전송하는 제1양자화부와, 상기 임계밴드 분할부의 대표값에 따른 청감상의 마스킹레벨을 출력하는 롬과, 상기 롬으로부터 출력된 마스킹레벨값과 임계밴드 분할부의 대표값을 승산하는 승산기와, 상기 승산기로부터 출력된 임계밴드 전체의 마스킹레벨을 지연시키는 지연부와, 상기 지연부로부터 지연된 마스킹레벨과 직교변환부의 직교변환계수와의 차이를 계산하는 감산기와, 상기 감산기의 차신호를 양자화하여 전송하는 제2양자화부로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 양자화 시스템 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 입력단자(IN)로부터 입력된 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 직교변환 계수값들을 출력하는 직교변환부(1)와, 상기 디지털신호를 입력하여 스케일 팩톨 및 할당된 비트수에 대한 정보를 전송하는 보조정보처리부(2)와, 상기 직교변환부(1)로부터 출력된 직교변환계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드로 분할하여 각 밴드의 대표값을 출력하는 임계밴드 분할부(3)와, 상기 임계밴드 분할부(3)의 각 임계밴드의 대표값을 보조정보처리부(2)의 정보 비트수에 따라 양자화하여 기록매체 또는 전송선로로 전송하는 제1양자화부(4)와, 상기 임계밴드 분할부(3)로부터 분할된 각각의 대표값을 선택하는 스위칭소자(SW)와, 상기 임계밴드 분할부(3)의 대표값에 따른 청감상의 마스킹레벨을 출력하는 롬(5)과, 상기 롬(5)으로부터 출력된 마스킹레벨값과 임계밴드 분할부(3)의 대표값을 승산하는 승산기(6)와, 상기 승산기(6)로부터 출력된 임계밴드 전체의 마스킹레벨을 구하기 위하여 지연시키는 지연부(7)와, 상기 지연부(7)로부터 지연된 마스킹레벨과 직교변환부(1)의 직교변환계수를 감산하는 감산기(8)와, 상기 감산기(8)의 차신호를 양자화하여 전송하는 제2양자화부(8)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 제4도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 입력단자(IN)로부터 디지털신호가 입력되면 직교변환부(1)는 입력된 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 시행한 후 주파수성분에 대응하는 n개의 직교변환 계수값(x1,x2,x3,---,xn)들을 임계밴드 분할부(3)에 입력하게 되고, 상기 임계밴드 분할부(3)는 입력된 직교변환계수를 청감특성의 밴드인 임계밴드수로 분할하여 각 밴드의 대표값(피크치, 평균치, 또는 에너지총합)을 구한 후 이를 제1양자화부(4)에 입력함과 아울러 스위칭소자(SW)의 선택에 의해 승산기(6)에 입력하게 된다. 따라서 상기 제1양자화부(4)는 임계밴드 분할부(3)로부터 입력된 각 임계밴드의 대표값을 보조정보처리부(2)의 정보 비트수에 따라 양자화하여 기록매체 또는 전송선로로 임계밴드(C1,C2,---,C15)를 전송하게 되고, 또한 상기 승산기(6)는 스위칭소자(SW)를 통해 선택된 임계밴드 분할부(3)의 대표값에 의한 청감특성상의 마스킹레벨을 구한다. 즉 부연설명하면 제4도와 같이, 주파수 축상의 싱글톤이 발생하였을 때 이 싱글톤이 좌우의 주파수에 미치는 영향을 마스킹이라 하며 좌우 주파수성분의 크기가 이 싱글톤이 형성하는 마스킹레벨 보다 작으면 좌우의 주파수성분은 마스크되어 들리지 않게 된다. 이러한 마스킹레벨로 다음과 같이 구해진다.

상기에서 fm : 마스킹레벨이고, T_max(fm) : 상대 마스킹 임계이다. 즉, 임계밴드(C1, C2, ---,C25)의 싱글톤에 의한 마스킹레벨값들을 롬(4) 테이블에 저장한 후 임계밴드 분할부(3)로부터 입력된 각 임계밴드의 대표값과 롬(4)으로부터 입력된 마스킹레벨값을 승산기(6)에서 승산하여 지연부(7)에 입력하게 되고, 상기 지연부(7)는 승산기(6)로부터 순차적으로 입력되는 마스킹레벨을 지연시켜 피드백시킴과 아울러 감산기(8)에 입력하게 된다. 따라서 상기한 감산기(8)는 입력된 마스킹레벨값과 직교변환부(1)로부터 입력된 직교변환계수와의 차를 계산하여 임계밴드의 대표값에 의한 전주파수 대역의 마스킹레벨을 구한다. 이렇게 구한 마스킹레벨은 제4도와 같이, 마스킹레벨을 넘는 계수도 발생하고 마스킹레벨을 넘지 못하는 계수들도 발생한다, 마스킹레벨을 넘지 못하는 계수들은 주파수 특성에 아무런 영향을 주지 않으므로 즉, 임계밴드의 대표값만으로도 디코딩시 복원가능함으로 양자화를 행하지 않고, 마스킹레벨을 넘는 계수들은 임계밴드의 대표값만으로 복원가능하지 않으므로 제2양자화부(9)를 통해 스캘링한 후 양자화를 행하고 그 양자화된 신호(y1,y2,---,yn)를 기록매체 또는 전송선로로 전송하게 된다, 그리고 상기 보조정보처리부(2)는 n개의 계수의 분산을 계산하여 제1양자화부(4) 및 제2양자화부(9)의 분산이 일정하도록 스켈링값을 제공하게 되고, 제1양자화부(4), 제2양자화부(9)에서 양자화할 비트수를 결정하여 전송하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 변환계수의 수가 많아도 전송하는 임계밴드수는 일정함으로 전송할 임계밴드의 대표값의 수도 일정하고 또 전송할 각 계수의 값도 각 계수의 크기 대신에 임계밴드의 대표값과의 차이를 전송함으로 고정도의 양자화를 행할 수 있고 상대적으로 양자화 잡음도 감쇄되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 입력 디지털신호를 분할하여 각 직교변환을 실행한 후 주파수성분에 대응하는 직교변환 계수값들을 출력하는 직교변환부(1)와, 상기 직교변환계수를 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 추출부(6)와, 상기 임계밴드 분할부(3)의 각 임계밴드의 대표값을 양자화하여 전송하는 제1양자화부(7)와, 상기 전송데이타 추출부(6)로부터 추출된 데이터를 양자화하여 전송하는 제2양자화부(8)와, 상기 임계밴드의 대표값을 제1양자화부(7)에서 양자화할시 양자화 범위를 초과하지 않도록 스켈링값을 추출하기 위해 입력 디지털신호의 분산값을 계산하는 보조정보처리부(2)를 포함하여 된 양자화 시스템.