KR100209475B1 - 신호 부호화 장치 - Google Patents

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KR100209475B1 KR1019900010850A KR900010850A KR100209475B1 KR 100209475 B1 KR100209475 B1 KR 100209475B1 KR 1019900010850 A KR1019900010850 A KR 1019900010850A KR 900010850 A KR900010850 A KR 900010850A KR 100209475 B1 KR100209475 B1 KR 100209475B1
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마꼬또 아꾸네
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요시히또 후지와라
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이데이 노부유끼
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Abstract

본 발명은 입력 신호의 성질이 변동해도 시간 축 방향에서 파형 절단 블록 길이를 입력 신호에 따라서 가변하여 고품질의 부호화 신호를 얻는 것이다
부호기(10)의 입력단자(1)에는 공급된 입력 신호의 신호 파형은 순차 버퍼 메모리(11,12)에 축적되며 이들 버퍼 메모리(11,12)로부터 소정 시간마다 블록화된 데이타가 절환 스위치(16)을 거쳐 직교 변환 회로(17)로 전송되며 여기서 상기 버퍼 메모리(11,12)의 데이타는 블록 길이 정보에 의해 블록 길이 L로 직교 변환된다. 상기 블록 길이 L내에서 신호의 변동이 커졌을 경우에, 절환 스위치(16)가 오프 상태로 되어 상기 버퍼 메모리(12)로부터의 신호만이 직교 변환 회로(17)에 공급되게 되며, 동일 블록 중에 성질이 크게 변동한 신호가 존재하는 일은 없어진다. 그것에 의해, 입력 신호의 성질에 대해 최적의 블록 길이가 선택되어 입력 신호의 성질이 크게 변동하는 때에도 복호시 고품질의 복호화 신호를 항상 얻을 수 있다.

Description

신호 부호화 장치
제1도는 본 발명의 일실시예 장치의 개략 구성을 도시하는 블록 회로도.
제2도는 음성 신호의 최적 블록 길이를 설명하기 위한 파형도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예 장치의 개략 구성을 도시하는 블록 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 40 : 부호기 13, 14 : 에너지 값 산출 회로
15, 43 : 블록 길이 결정 회로 16 : 절환 스위치
17, 47 : 직교 변환 회로 18. 48 : 양자화기
30 : 복호기 31 : 역양자화기
32 : 역직교 변환 회로 33 : 파형 연결 회로
42 : 파형 절단 회로
[산업상의 이용 분야]
본 발명은 예컨대 음성 신호등의 입력 신호를 압축 부호화하는 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 입력신호를 소위 직교 변환하여 부호화하는 신호부호화 장치에 관한 것이다.
[발명의 개요]
본 발명은 입력 신호 파형을 소정 시간마다 블록화하여 절단한 신호를 상호 독립인 변환축으로 변환하여 부호화하는 신호 부호화 장치에 있어서, 시간 축 방향의 파형의 블록 길이를 입력 신호에 따라서 변화시켜 입력신호의 성질을 변동하여도 항상 고품질의 복호화 신고가 얻어지도록 한 신호 부호화 장치를 제공하는 것이다.
[종래의 기술]
신호 압축 부호화의 1가지인 변환 부호화에 사용되는 직교 변환에는, 이산적 푸리에 변환(DFT), 아다말(Hadamard) 변환, 칼넨레이브(Karhunen Leve) 변환(KLT), 이산적 여현 변환(DCT), 르잔들(Legendre) 변환 등이 있다. 이들 직교 변환은 샘플값을 상호 직교하는 축으로 변환하는 것에 의해서, 샘플값 간의 상관을 제거하는(또는 감소시키는), 또는 신호의 에너지를 일부의 계수에 집중시키는 등의 성질이 있으며, 예컨대 음향이나 화상 등의 데이타의 압축 기법의 하나이다.
이들 직교 변환기 중에서, 예컨대 상기 이산적 푸리에 변환은, 변환 후의 신호가, 시간 축 상에 표현된 원 시호의 주파수 축 상의 표현으로 되는 변환이므로, 이 변환된 신호를 양자화 할 때 주파수 축 상에서의 S/N비 제어가 용이하다는 성질을 갖고 있다. 이 때문에, 예컨대 음성 신호에서의 응용에서는, 인간의 청감의 주파수 축 상에서의 특성을 이용한 부호화가 가능하며, 이것에 의해 청감 상의 S/N비를 향상시킬 수 있다는 이점을 갖고 있다. 또한, 영상 신호에서의 응용에 있어서도, 인간의 시각 특성은, 주파수 성분과 고주파 성분에서 상이하므로, 입력 영상 신호를 이들의 성분으로 변환한 후, 각각에 적합한 부호화를 행해서 효율적인 압축을 행하게 할 수 있다.
이와 같은 직교 변환 방식에서는, 입력 신호를 시간 축 또는 주파수 축 상세서 소정의 길이로 절단 1블록 마다의 변환을 행하고 있으며, 이 블록 길이는 일정 길이로 되어 있다. 이 블록 길이의 결정은 입력 신호의 통계적 성질 즉 전형적인 입력 신호의 성질을 고려해서 행하고 있다. 예컨대 음성 신호의 경우는 상술한 인간의 청각 특성 등에 의거해서 구해지는 블록 길이로 되고, 또한 영상 신호의 경우에도 인간의 시각 특성 등에 의거하여 블록 길이가 정해져 있다.
[발명이 해결하려는 과제]
그러나, 실제로는 음성 신호 또는 영상 신호등의 현실의 입력 신호는 그 성질(레벨 등)이 시간과 함께 크게 변동하기 때문에, 미리 설정되어 있는 블록 길이가 어떤 시간에서는 최적이 아닌 경우가 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 이와 같은 입력 신호를 길이가 정해진 블록으로 직교 변환하고, 이 변환된 신호를 복호하면 S/N비가 악화될 우려가 존재한다.
그래서, 본 발명은, 상술한 실정을 감안하여 제안된 것이며, 입력 신호의 성질이 변동하여도, 항상 고품질의(S/N비가 높은) 복호 신호를 얻을 수 있도록 된 신호 부호화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은 상술의 목적을 달성하기 위해 제안된 것이며, 입력 신호 파형을 소정시간 마다 블록화하여 절단하고, 이 블록 내의 신호를 상호 독립인(직교하는)변환축으로 변환하여 부호화하는 신호 부호화 장치에 있어서, 시간 축 방향의 상기 파형의 블록 길이를 입력 신호에 따라서, 특히 그 성질에 따라서 변화시키는 것이다.
[작용]
본 발명에 의하면 직교 변환의 블록 길이가 입력 신호의 성질에 따라서 적응적으로 변환된다. 즉, 입력 신호의 성질에 따른 최적의 블록 길이가 선택되기 때문에 S/N비가 향상한다.
[실시예]
이하, 본 발명을 적용한 실시예에 대해서는 도면을 참조로 설명한다.
제1도에 본 발명의 일실시예 장치의 개략 구성을 도시하고, 우선 본 실시예 장치에 있어서의 신호 처리의 기본적인 흐름을 간단하게 설명한다.
즉, 이 제1도에 있어서, 부호기(1)의 입력단자(1)에는, 입력 신호가 공급되고 있다. 이 입력 신호의 신호 파형은, 순차 버퍼 메모리(11,12)에 축적되며, 이들 버퍼 메모리(11,12)로부터 소정시간마다 블록화된 데이타로서 직교 변환 회로(17)로 공급된다. 이 때의 데이타는, 시간 축 방향에서 절단된 블록 길이가 입력 신호에 따라서 변화되도록 되어 있다. 상기 직교 교환 회로(17)에 있어서는 상기 블록마다의 신호 파형을 시간 축에 수직하는 주파수 축 상의 신호로 변환하고 있다.
본 실시예 장치에서는, 상기 버퍼 메모리(11,12)에 축적된 신호의 에너지 값을 에너지 값 산출 회로(13, 14)에서 산출되며, 산출된 에너지 값은 블록 길이 결정회로(15)에 전달되고, 해당 블록 길이 결정회로(15)에서는, 상기 에너지 값에 의거한 블록 길이를 나타내는 정보가 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 블록 길이 정보는 상기 직교 변환 회로(17)에 전달되며, 해당 직교 변환 회로(17)에서는, 입력 신호(버퍼 메모리의 출력)을 예컨대 이산적 푸리에 변환(DFT) 처리하여 상기 블록 길이 정보에 의거한 블록 길이를 갖는 주파수 축 상의 신호로 변환하고 있다. 상기 직교 변환 회로(17)로부터는 DFT계수가 생성되며, 이 DFT계수는 양자화기(18)에 전달되어 양자화 처리되며 출력 단자(2)를 통해 전송로를 거쳐서 복호기(30)의 단자(4)에 공급되고 있다. 또한, 상술한 바와 같은 블록 길이 정부에 의거하여 입력 신호 파형을 절단하기 위한 윈도우 처리시, 블록내 데이타보다 외측의 데이타가 필요로 되는 경우에는, 상기 버퍼 메모리(11.12)로부터의 신호는, 본래의 블록이 되는 범위를 초과하는 데이타도 전송될 수 있도록 하여도 좋다.
다음에 상기 복호기(30)에서는, 상술한 양자화 및 직교 변환의 역 처리가 역양자화기(31)와 역직교 변환 회로(32)에서 실시된다. 즉, 상기 역양자화기(31)에서는, 상기 양자화기(18)에서 양자화된 DFT계수를 역양자화하고, 상기 역직교 변환 회로(32)에서는, 이 역양자화된 DFT계수로부터 신호를 복원하고 있다. 단, 이 때의 역직교 변환회로(32)에는 상기 부호기(10)의 블록길이 결정 회로(15)에서 구해진 상기 블록 길이 정보가 단자(3), 전송로, 및 단자(5)를 거쳐서 공급되고 있으며, 따라서 해당 역직교 변환 회로(32)에서 행해지는 신호의 복원에 있어서는, 상기 블록 길이 정보에 의거한 블록 마다의 DFT계수를 직교 변환에 의해 시간 축상의 신호 파형으로 복원하고 있다. 그 후, 이 시간 축 상의 신호 파형은 파형 연결회로(33)로 전달되며 여기서 상기 신호 파형이 순차적으로 연결되어 출력 단자(6)로부터 복호 신호로서 출력되고 있다.
그런데, 일반적으로 직교 변환은, 전술한 바와 같이 샘플값 간의 상관을 제거하는, (또는 감소시키는) 또는 신호의 에너지를 일부의 계수에 집중시키는 등의 성질이 있다. 또한, 예컨대 이산적 푸리에 변환에 있어서는, 전술한 바와 같이 변환 후의 신호를 양자화 할 때 주파수 축 상에서의 S/N비의 제어가 용이하다는 하는 성질을 가지고 있다. 그러므로, 본 실시예의 장치에서는, 예컨대 음성 신호의 경우, 인간의 청감 특성을 이용한 부호화가 가능하며, 청감상의 S/N비를 향상시킬 수 있다.
그러나, 음성 신호나 영상 신호에는 상술한 바와 같이 레벨 등의 성질이 시간과 함께 크게 변동하는 일이 있으므로, 이와 같은 성질 변동시의 신호를 직교 변환할 때는 샘플값간의 상관을 제거하는(감소시키는) 것이 어렵게 되며, 또한 주파수 축상에서의 S/N비의 제어도 곤란하다. 예컨대, 제2도에 도시하는 음성 신호와 같이, 시간 축 상의 소정 길이의 블록 길이 L내에서, 신호 파형의 레벨이나 주파수 스펙트럼의 변화가 매우 큰 신호의 경우, 즉, 예컨대 신호 레벨이 크고 주파수 스펙트럼의 고조파 성분이 많이 포함되어 있는 전반의 L/2간의 시간대와, 신호 레벨이 작고 주파수 스펙트럼의 고조파 성분이 적은 후반의 L/2간의 시간대가 동일 블록 길이 L내에 있는 경우, 이와 같은 블록 길이 L로 직교변환을 행하면, 이 신호를 복호화 함으로써, 후자의 시간대에 전자의 시간대의 스펙트럼 성분이 분산되고 만다.
이와 같은 관점에서, 본 실시예의 장치에서는, 블록 길이 L에 대해서 예컨대 블록 길이 L/2에 대응하는 메모리 용량을 가진 버퍼 메모리(11,12)를 구비하고 있다.
즉, 본 실시예의 입력단자(1)에는 예컨대, 음성 신호가 공급되고, 우선, 버퍼 메모리(11)에서 이 음성 신호가 블록 길이 L/2에 대응하는 용량분 만큼 축적된다. 다음에, 이 버퍼 메모리(11)에 축적된 데이타가 상기 블록 길이 결정 회로(15)로부터의 블록 길이 정보에 의거하여 개폐 제어되는 절환 스위치(16)로 보내짐과 함께 메모리 용량이 블록 길이 L/2에 대응하는 용량의 버퍼 메모리(12)로 옮겨져 축적되며, 동시에, 상기 버퍼 메모리(11)에 후속 데이타가 축적된다. 이때, 상기버퍼 메모리(11 및 12)에 축적된 신호의 에너지 값이 에너지 값 산출 회로(13, 14)에서 계산되며, 이들 에너지 값 정보가 블록 길이 결정 회로(15)에 전달된다. 해당 블록 길이 결정 회로(15)에서는, 이 2개의 에너지 값이 비교되며, 2개의 에너지 값의 차가 소정값 이상일 때, 즉 예컨대 한쪽의 에너지 값이 다른 쪽의 에너지 값보다 소정값 이상의 차만큼 클 때와, 상기 2개의 에너지 값의 차가 소정값 이내일 때에는, 각각에 대응한 블록 길이 정보를 출력한다. 즉, 상기 블록 길이 결정 회로(15)로부터는, 상기 2개의 에너지 값의 차이가 클 때는 상기 절환 스위치(16)를 오프 제어하는 정보가 출력되며, 2개의 에너지 값의 차이가 작을 때에는 사익 절환 스위치(16)를 온으로 전환하여 데이타가 전달되도록 제어하는 정보가 출력된다. 또한, 상기 블록 길이 정보는 상술한 바와 같이, 직교 변환 회로(17)에도 공급되며, 이 블록 길이 정보에 기준해서 직교 변환이 행해지고 있다.
이상과 같은 구성에 의해, 통상시에는 절환 스위치(16)가 온 상태에서 블록 길이 L의 샘플에 대해서 직교 변환이 행해지도록 된다. 즉, 상기 2개의 에너지 값의 차가 작을때에는, 상기 절환 스위치(16)가 온으로 되기 때문에, 상기 버퍼 메모리(11,12)로부터의 데이타가 동시에 직교 변환 회로(17)에 공급되는 것으로 되고, 이 직교 변환 회로(17)에서, 상기 블록 길이 정보에 의거하여, 상기 버퍼 메모리(11, 12)의 데이타를 블록 길이 L로 직교 변환하도록 하고 있다. 이 경우, 동일의 블록 중에 성질이 크게 변동한 신호가 없기 때문에, 직교 변환시에 샘플값간의 상관을 제거(감소)할 수 있고, S/N비를 향상시킬 수 있다. 이것에 대해서, 상기 블록 길이 L 내에서 신호의 변동이 커졌을 경우에는 절환 스위치(16)가 오프 상태에서 블록 길이 L/2의 샘플에 대해서 직교 변환이 행해진다. 즉, 상기 2개의 에너지 값의 차가 클 때는 상기 절환 스위치(16)가 오프로 되기 때문에, 상기 직표 변환회로(17)에는 상기 버퍼 메모리(12)로부터의 데이타만이 공급되게 되며, 동일 블록 중에 성질이 크게 변동한 신호가 존재하는 일은 없어진다. 이 경우도, 직교 변환될 때에 셈플값간의 상관을 제거(감소)할 수 있으며, S/N비를 향상시킬 수 있다. 또한 상기 분할 블록 L/2 마다의 에너지 값 외에 주파수 스펙트럼을 각각 검출해서 비교하여도 좋다. 또한, 상술의 실시예 장치에 있어서 예컨대 버퍼 메모리를 2개 보다 많게 해서 블록 길이의 변화 스텝 수를 증대시키는 것으로, 보다 세세하게 입력 신호의 성질의 변동에 대응할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예 장치에 있어서는, 레벨이나 주파수 스펙트럼 등의 성질이 시간과 함께 크게 변동할 우려가 있는 음성 신호와 영상 신호라도, 복호화한 신호의 S/N비를 악화시키지 않고, S/N비를 향상시킬 수 있으며, 고품질의 복호 신호를 얻을 수 있다.
여기에서, 상술한 제1도의 실시예에 있어서는, 블록 길이 가변 동작을 명확화하기 위해서, 상기 버퍼 메모리 (11,12)로부터 평행하게 각각 1/2의 샘플 데이타가 직교 변환 회로(17)에 전송되도록 한 구성을 사용하여 설명하고 있지만, 직교 변환 회로에서 순차적인 입력 데이타를 블록화하여 직교 변환 처리하는 것에도 본 발명을 적용 할 수 있으며, 그 일예를 제3도에 도시하고 있다. 즉, 제3도에 있어서, 먼저 부호기(40)의 입력단자(1)를 거친 입력 신호는 버퍼 메모리(41)에 순차적으로 축적된다. 여기에서, 블록 길이 결정회로(43)에서는, 상기 버퍼 메모리(41)내의 신호를 분석하는 것에 의해, 직교 변환 회로(47)에서 행해지는 이산적 푸리에 변환의 블록 길이를 결정하고, 해당 블록 길이 정보를 출력하도록 되어 있다. 그 블록 길이 정보가 파형 절단 회로(42)로 보내지며, 그 파형 절단 회로(42)에서는 이 블록 길이 정보에 의거하여 상기 버퍼 메모리 (41)로부터 필요한 데이타를 과거의 것으로부터 순차로 꺼내어 윈도를 처리를 행하고 있다. 이 경우의 파형 절단된 블록 길이로서는, 상술한 바와 마찬가지로 L과 L/2로 절환 가능으로 하면 좋고, 또한 L/2보다 작게 파형의 블록 길이를 절단하여 블록 길이의 변화 스텝수를 증대시켜도 좋다. 이와같이 하여 절단된 데이타가 상기 블록 길이 정보에 의거하여 예컨대 이산적 푸리에 변환 처리를 행하는 직교 변환 회로(47)에 전달되어 그 회로(47)로부터 DFT계수가 얻어지고, 양자화기(48)에서 양자화 처리가 실시된다. 이 제3도에 있어서 이후의 동작 및 구성은 상술한 제1도와 마찬가지이므로, 대응하는 개소에 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 상술한 바와 같이, 순차적인 신호를 부호화하는 구성에 있어서도, 블록 길이 정보에 의거하여 상기 직교 변환 회로(47)내에서 직교 변환 처리를 행하여 블록 길이를 변환시키는 것에 의해, 상술한 제1도와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 직교 변환은, 이산적 푸리에 변환에 한하지 않고, 상술한 바와 같은 아다말 변환, 칼넨레이브 변환(KLT), 이산적 여현 변환(DCT), 르잔들 변환 등을 사용할 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 신호 부호화 장치에 있어서는, 시간 축 방향의 파형을 블록 길이로 절단할 때, 상기 블록 길이를 입력 신호에 따라서 적응적으로 변화시키고 있기 때문에, 입력신호의 성질에 최적인 블록 길이가 선택되며, 이에 의해 입력 신호의 성질이 변하여도 복호시 항상 고품질(S/N비가 높다)의 복호 신호를 얻을 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 입력 신호의 보다 효율적인 전송을 위해 상기 입력 신호를 소정 시간 간격에서 신호 블록으로 블록화하고 각 신호 블록의 신호를 상호 독립인 변환축으로 변환하여 부호화 처리를 행하는 신호 부호화 장치에 있어서, 상기 입력 신호의 소정의 성질값을 산출하는 산출 수단; 상기 입력 신호의 블록 시간 길이를 상기 계산 수단에서 계산된 값의 함수로서 가변하는 수단; 상기 가변 수단에 응답하여 적어도 2개의 다른 시간 길이의 신호 블록의 입력 신호를 축적하는 축적수단; 적어도 2개의 다른 시간 길이의 상기 신호 블록 형태의 입력 신호를 상호 독립적인 변환에 의거하여 변환하는 변환 수단을 구비하는 신호 부호화 장치.
  2. 소정 시간 간격으로 입력 신호를 신호 블록으로서 블록화하고 각 블록의 신호를 상호 독립인 변환축으로 변환하여 부호화 처리를 행하는 것에 의해 상기 입력 신호의 보다 효율적인 전송을 행하는 신호 전송 장치에 있어서, 상기 입력 신호의 일시적인 축적을 위한 축적 수단; 상기 축적 수단에 축적된 입력 신호의 상대적 에너지를 산출하는 수단; 상기 산출 수단의 산출 결과에 따라 상기 입력 신호의 블록 시간 길이를 결정하는 것으로, 상기 신호 블록이 상기 결정된 블록 시간 길이에 의존하는 길이를 갖는 블록 길이 결정 수단; 상기 입력 신호의 블록 시간 길이에 따라 블록화된 신호를 상호 독립인 변환축으로 변환하는 수단, 및 상기 변환되어 부호화된 입력 신호와 상기 블록 길이 결정 수단에서 구해진 블록 길이 데이타를 전송하는 수단을 구비하는 신호 전송 장치.
  3. 블록 시간 길이 결정에 의거하여 시간-도메인 블록으로 블록화한 오디오 신호샘플에 응하여 변환 회로에 의해 발생된 주파수-도메인 변환 계수를 포함하고, 부호화간에 행해지는 상기 블록 시간 길이 결정을 표현하는 블록 시간 길이 정보를 또한 포함하는 부호화 신호로부터 정보를 재생하는 복호화 장치에 있어서, 상기 주파수-도메인 에너지 계수를 부호화간에 사용된 블록 시간 길이 정보에 응하여 결정된 길이를 갖는 변환 블록으로 블록화 하는 수단, 및 상기 주파수-도메인 변환 블록의 각각에 역 이산 변환 함수를 적용하고 상기 주파수-도메인 변환 계수에 응하여 시간-도메인 신호 샘플 블록을 발생하는 수단을 포함하는 역 변환 수단을 갖는 복호화 장치.
  4. 블록 시간 길이 결정에 의거하여 시간-도메인 블록으로 블록화된 오디오 신호 샘플에 응하여 변환 회로에 의해 발생된 주파수-도메인 변환 계수를 포함하고, 부호화간에 실행된 블록 시간 길이 결정을 표현하는 블록 시간 길이 정보를 포함하는 부호화 신호로부터 정보를 복호화하는 방법에 있어서, 상기 주파수-도메인 변환 계수를 상기 블록 시간 길이 정부에 의거하여 변환 블록으로 블록화하는 단계; 상기 주파수-도메인 변환 블록의 각각에 역 이산 변환 함수를 적용하는 단계, 및 상기 주파수-도메인 변환 블록에 응하여 시간-도메인 신호 샘플 블록을 발생하는 단계를 포함하는 복호화 방법.
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