KR100299848B1 - 시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우크기 동적 변환 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

일반적인 시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치의 윈도우 크기 변환 방법에서 고정된 크기의 윈도우 함수를 통해 주파수 영역으로 변환함으로써 시간 영역에서 격변하는 신호일 경우 오차가 커져 시간 영역 데이터를 주파수 영역 데이터로 정확하게 변환하지 못하는 문제를 해결하고자 하는 것이다.

3. 발명의 해결방법의 요지

시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치에서 윈도우 크기를 동적으로 변환하는 방법에 있어서, 윈도윙(Windowing)될 입력 펄스코드변환 데이터를 다수개의 부분으로 나누고 나누어진 다수개의 부분중 첫번째 부분과 마지막 부분의 최대값을 각각 산출하는 제1 단계(ST10-ST11)와; 상기 산출된 최대값을 서로 비교하여, 그 결과 일측의 최대값이 상대측의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크면 격변되고 있는 신호라고 판단하여 윈도우 크기를 동적으로 변경하는 제2 단계(ST12-ST14)와; 상기 비교 결과 일측 부분의 최대값이 상대측 부분의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크지 않으면 윈도우를 설정된 크기로 고정시키는 제3 단계(ST15)로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

4. 발명의 중요한 용도

시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템에서 윈도우 크기의 동적 변환에 적용되는 것이다.

Description

시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우 크기 동적변환 방법

일반적으로 음성이나 오디오 신호를 디지탈 신호로 변환하여 처리할 경우 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 신호를 처리하게 된다. 즉, 음성이나 오디어 신호등 아날로그 신호를 시간 영역에서 표본화(Sampling)한 후 주파수 영역으로 바꾸어 처리하게 된다. 여기서 시간영역에서 표본화된 데이터는 한정된 시간동안만 존재하는 것이 아니라 긴 시간동안 존재한다. 그리하여 시간영역에서 긴 시간동안 존재하는 표본화 데이터를 한정된 시간만큼 잘라서 주파수 영역의 데이터로 변환해야 한다. 즉, 한정된 구간만큼 표본화 데이터를 잘라내는 윈도윙(Windowing) 과정을 통해 시간영역에서의 디지탈 데이터를 주파수 영역의 데이터로 변환해야 한다.

이러한 윈도윙을 하는 윈도우의 크기는 음성이나 오디오 신호가 얼마나 정확하게 디지탈 신호로 변환되는지에 영향을 주므로 윈도우의 크기는 상당히 중요하다. 이리하여 아날로그 신호가 음성 신호일 경우, 유성음일 때 음성 신호가 비교적 주기적이므로 그 한 주기 정도를 윈도우의 크기로 결정하게 된다.

그러나 오디오 신호일 경우에는 변화가 급격하면 윈도우의 크기를 급격하게 변하는 정도에 따라 결정하게 된다. 즉, 시간 영역에서 빠르게 변화하는 신호는 윈도우의 크기를 작게 하여 시간 영역에서 세밀하게 처리해야 한다. 그러면 주파수 영역에서는 급겨하게 변화하는 신호를 넓은 대역으로 처리하게 되어 보다 정확하게 디지탈 신호로 변환하게 되는 것이다. 또한 시간 영역에서 느리게 변화하는 오디오신호는 윈도우의 크기를 크게 하여 시간영역에서 큰 구간으로 처리한다. 그러면 주파수 영역에서는 완만하게 변화하는 신호를 좁은 대역으로 처리하게 되어 대역 낭비를 줄일 수 있게 되는 것이다.

따라서 아날로그 신호를 디지탈 신호로 정확하게 변환시키면서 대역 낭비를 하지 않도록 윈도우의 크기가 결정되어야 한다.

첨부한 도면 도1은 일반적인 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환장치의 블록 구성도이다.

도시된 바와 같이, 아날로그 데이터인 오디오 신호를 표본화하여 펄스코드변환 데이터로 발생시키는 데이터 표본화부(10)와, 윈도우 크기를 결정하도록 상기 데이터 표본화부(10)에서 출력된 펄스코드변환 데이터의 변화 정도를 검출하는 신호검출부(20)와, 윈도우 크기가 고정된 윈도우 함수와 상기 데이터 표본화부(10)에서 출력된 펄스코드변환 데이터의 연산 결과치를 저장하는 롬(30)과, 상기 신호검출부(20)에서 검출한 결과에 따라 윈도우의 크기를 변경하는 윈도우 크기 변경부 (40)와, 상기 윈도우 크기 변경부(40)에서 변경된 윈도우 크기로 윈도윙 (Windowing)된 펄스코드변환 데이터를 주파수 영역의 신호로 변환시키는 주파수 변환부(50)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치에서 일반적으로 이루어지는 윈도우 크기 변환 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 아날로그 데이터인 오디오 신호가 입력되면 데이터 표본화부(10)는 이입력신호를 표본화하여 펄스코드 변환 데이터로 변환한다. 그러면 신호 검출부(20)는 윈도우 크기를 결정하도록 펄스코드 변환 데이터가 급격하게 변화되고 있는 신호인지 검출하게 된다. 여기서, 일반적으로 시간영역 데이터를 주파수 영역의 데이터로 변환시, 시간 영역의 펄스코드 변환 데이터를 일정 구간만큼 잘라내는 윈도윙 (Windowing) 과정을 거쳐 주파수 영역의 데이터로 변환하게 된다. 이때 윈도윙을 하는 윈도우 함수는 고정된 크기로 사용될 경우 도3에 도시된 바와 같이, 50%를 서로 중첩시켜 사용하게 된다. 따라서 신호검출부(20)는 512 포인트의 펄스코드 변환 데이터중 256 포인트의 펄스코드 변환 데이터에 대해서만 급격하게 변화되고 있는 신호인지를 검출하게 된다. 즉, 256 포인트의 펄스코드변환 데이터에 대해 최대값을 구하며 구한 최대값을 침묵 한계값(Silence Threshold)인 100/32768 값과 비교하여 작으면 윈도우 크기 변경부(40)로 고정된 크기의 윈도우로 윈도윙을 하도록 제어신호를 전달한다. 그러면 윈도우 크기 변경부(40)는 고정된 512 포인트의 윈도우와 펄스코드 변환 데이터를 곱하게 된다(ST1-ST2).

이후 신호 검출부(20)에 512 포인트중 후반의 256 포인트의 펄스코드변환 데이터가 입력되면, 신호 검출부(20)는 이 256포인트의 펄스코드변환 데이터에서 다시 최대값을 구하게 되며, 구한 최대값이 상기 처음 입력된 256 포인트의 펄스코드 변환 데이터에서 구한 최대값보다 10배 이상이 크면 급격하게 변화되고 있는 펄스 코드 변환 데이터라고 판단하게 된다(ST3). 그리하여 윈도우 크기 변경부(40)는 롬 (30)에 저장되어 있는 고정된 크기의 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터의 곱에서 짝수번째 곱값과 홀수번째 곱값을 추출하여 2부분으로 나누게 된다(ST4). 그러면 주파수 변환부(50)는 2부분으로 분할된 각 부분에 대해 고속 푸리에 변환(FFT) 또는 이산 코사인 변환(DCT) 처리를 하여 주파수 영역의 데이터로 변환하게 된다 (ST5).

한편 신호 검출부(20)는 상기 두번째 256 포인트의 펄스코드변환 데이터에서 구한 최대값이 첫번째 256 포인트의 펄스코드변환 데이터에서 구한 최대값보다 10 배 이상 크지 않으면 두번째 256 포인트의 펄스코드변환 데이터를 다시 128 포인트 의 2부분으로 나눈다. 이리하여 128 포인트의 2부분에 대해 각각 최대값을 구한 후 서로 비교하게 된다. 비교 결과 앞부분의 128 포인트에서의 최대값이 뒷부분의 128 포인트에서의 최대값보다 1000/75 값 이상 크면 급격하게 변화되고 있는 신호라고 판단한다(ST3). 그리하여 윈도우 크기 변경부(40)는 고정된 크기의 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터를 곱한 512개의 값에서 짝수번째 곱값과 홀수번째 곱값을 추출하여 2부분으로 나누게 된다(ST4). 이리하여 주파수 변환부(50)는 각 부분에 대해 FFT 또는 DCT 처리를 하여 주파수 영역의 데이터로 변환하게 된다(ST5).

또한 신호 검출부(20)는 상기 앞부분의 128 포인트에서 구한 최대값이 뒷부분의 128 포인트에서 구한 최대값보다 1000/75 값 이상 크지 않으면 두번째 256 포인트의 펄스코드 변환 데이터를 64 포인트의 4부분으로 나눈다. 이리하여 4부분에서 최대값을 각각 구하여 바로 인접하는 부분끼리 비교하게 된다. 비교 결과 인접한 앞부분의 63 포인트에서의 최대값이 바로 뒷부분의 64 포인트에서의 최대값보다 20배 이상 크면 급격히 변화되고 있는 신호라고 판단하게 된다(ST3). 이에 윈도우 크기 변경부(40)는 고정된 크기의 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터를 곱한 512 개의 값에서 짝수번째와 홀수번째를 추출하여 2부분으로 나누게 된다(ST4). 이리하여 주파수 변환부(50)는 각 부분에 대해 FFT 또는 DCT 처리를 하여 주파수 영역의 데이터로 변환하게 된다(ST5).

한편 상기 검출 결과 급격히 변화되고 있지 않은 신호라고 판단되면 고정된 크기의 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터를 곱한 512 포인트의 값에 대해 FFT 또는 DCT 처리를 하게 되는 것이다(ST5).

이와 같이 일반적인 윈도우 크기의 변환 방법은 고정된 크기의 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터를 곱한 후 윈도우 내 펄스코드변환 데이터가 급격히 변화되고 있는 신호인지 판단하여 급격히 변화되는 신호이면 512 포인트의 곱에서 홀수번째와 짝수번째를 추출하게 된다. 이리하여 2부분으로 나누어진 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터의 곱을 FFT 또는 DCT 처리를 하게 되는 것이다.

따라서 이러한 일반적인 윈도우 크기의 변환 방법은 급격히 변화되는 신호에 따라 윈도우 크기를 변환시켜 처리하는 것이 아니고 윈도우 크기는 고정시키고 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터를 연산한 후 연산된 포인트 수를 급격히 변화되는 신호에 따라 변경하여 주파수 영역으로 변환시키므로 오차가 커져서 시간영역에서의 펄스코드변환 데이터가 주파수 영역으로 정확하게 변환되지 못하는 문제가 있었다.

더불어 주파수 영역에서의 디지탈 데이터를 다시 시간영역의 디지탈 데이터로 변환하고 변환된 디지탈 데이터를 시간영역에서 아날로그 데이터로 변환할 경우오차가 커져 본래의 아날로그 신호로 정확히 복구될 수 없다는 문제가 있었다.

또한 윈도우 내의 펄스코드변환 데이터가 급격히 변화되고 있는 신호인지 판단하기 위해서 128 포인트씩 나누어 검출한 후 다시 64 포인트씩 나누어 검출하는 등 여러 번의 과정을 거쳐서 하므로 신호가 급격히 변화되고 있는지의 여부를 판단하는데 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 윈도우 내의 펄스코드변환 데이터에 급격한 변화가 있으면 펄스코드변환 데이터와 연산될 윈도우의 크기를 동적으로 변환시킴으로써 아날로그 신호와 디지탈 신호간의 오차가 최소로 되도록 한 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우 크기 동적 변환 방법을 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법은, 입력된 윈도우내 펄스코드변환 데이터를 다수개의 부분으로 나누고 나누어진 다수개의 부분중 첫번째 부분과 마지막 부분의 최대값을 각각 산출하는 제1 단계와; 상기 산출된 최대값을 서로 비교하여 그 결과 일측의 최대값이 상대측의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크면 격변되고 있는 신호라고 판단하여 윈도우 크기를 동적으로 변경하는 제2 단계와; 상기 비교 결과 일측 부분의 최대값이 상대측 부분의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크지 않으면 윈도우를 설정된 크기로 고정시키는 제3 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 일반적인 시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치의 블록 구성도.

제2도는 종래 시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치의 윈도우 크기 변환 방법을 보인 흐름도.

제3도는 일반적으로 크기를 고정시킨 윈도우의 파형도.

제4도는 본 발명에 의한 시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치의 윈도우 크기 동적 변환 방법을 보인 흐름도.

제5도는 본 발명이 적용되어 동적 변환된 윈도우 파형도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 데이터 표본화부 20 : 신호검출부

30 : 롬 40 : 윈도우 크기 변경부

50 : 주파수 변환부

도4는 본 발명에 의한 윈도우 크기의 동적 변환 방법을 보인 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 입력된 윈도우내 펄스코드변환 데이터를 다수개의 부분으로 나누고 나누어진 다수개의 부분중 첫번째 부분과 마지막 부분의 최대값을 각각 산출하는 제1 단계(ST10-ST11)와; 상기 산출된 최대값을 서로 비교하며 비교 결과 일측 부분의 최대값이 상대측 부분의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크면 격변되고 있는 신호라고 판단하여 윈도우 크기를 동적으로 변경하는 제2 단계(ST12-ST14)와; 상기 비교 결과 일측 부분의 최대값이 상대측 부분의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크지 않으면 윈도우를 설정된 크기로 고정시키는 제3 단계(ST15)와; 상기에서 크기가 설정된 윈도우 함수와 펄스코드변환 데이터를 연산하여 에프에프티(FFT) 또는 디시티(DCT) 처리를 하는 제4 단계(ST16-ST17)로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 의한 윈도우 크기의 동적 변환 방법을 도1에 도시된 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 장치를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고정된 크기로 사용되는 윈도우 함수의 값을 미리 계산하여 롬(30)에 저장한다.

이후 데이터 표본화부(10)는 아날로그 데이터인 오디오 신호를 표본화하여 신호 검출부(20)에 펄스코드변환 데이터로 출력한다. 그러면 신호 검출부(20)는 입력된 펄스코드변환 데이터에 대해 급격히 변화되고 있는 신호인지 검출한다. 여기서, 일반적으로 고정된 크기로 윈도우를 사용할 경우 도3에 도시된 바와 같이 50% 중첩시켜 사용하므로 512 포인트의 펄스코드 변환 데이터중 256 포인트의 펄스코드 변환 데이터에 대해서 급격히 변화되고 있는 신호인지를 검출하게 된다. 그리하여 신호 검출부(20)는 256 포인트의 펄스코드변환 데이터를 64포인트씩 4부분으로 나누고 나누어진 부분중 첫번째 부분과 마지막 부분의 최대값을 각각 산출하게 된다 (ST10-ST11).

그후 신호 검출부(20)는 산출된 첫번째 64 포인트의 최대값과 네번째 64 포인트의 최대값을 비교하며 비교 결과 일측 64 포인트의 최대값이 다른 64 포인트의 최대값보다 13배 이상 큰지를 검사하게 된다(ST12-ST13). 여기서 512 포인트의 윈도우 크기로 신호를 처리할 경우 매우 급격히 변화되고 있는 신호라 하더라도 첫번째 64 포인트 부분과 네번째 64포인트 부분만큼의 시간차이를 필요로 하므로 첫번째 부분과 네번째 부분만을 비교하게 되는 것이다.

상기 검사 결과 일측 64 포인트의 최대값이 다른 64 포인트의 최대값보다 13 배 이상 크다면 입력된 펄스코드변환 데이터가 급격히 변화되고 있는 신호라고 판단하게 된다. 그러면 윈도우 크기 변경부(40)는 이 512 포인트의 펄스코드변환 데이터에 대해 3개의 윈도우로 변경하여 처리하게 된다(ST14).

이에 3개의 윈도우로 나누는 방법을 설명하면 도5에 도시된 바와 같이, 첫번째 윈도우는 롬(30)에 미리 저장되어 있는 512 포인트의 윈도우 함수 값중 홀수번째 값을 인출하여 구성한다. 그리고 두번째 윈도우는 첫번째 윈도우에 구성된 값과 동일한 값으로 구성하는데 시간축상에서 256번째의 포인트가 최대값을 가지도록 128번째의 포인트에서 시작한다. 또한 세번째 윈도우는 롬(30)에 저장된 512 포인트의 윈도우 함수 값중 짝수번째의 값을 인출하여 구성하게 된다. 그리하여 윈도우 크기 변경부(40)는 3개로 나누어져 세밀하게 된 윈도우로 급격히 변화되고 있는 펄스코드변환 데이터를 윈도윙(Windowing)하게 된다(ST16).

그러면 주파수 변환부(50)는 3개 부분에 대해 각각 에프에프티(FFT) 또는 디시티(DCT) 처리를 하여 시간영역에서의 펄스코드변환 데이터를 오차를 최소로 하여 주파수 영역의 데이터로 변환하게 되는 것이다(ST17). 이리하여 급격히 변화되고 있는 신호는 세밀한 윈도우로 윈도윙을 함으로써 오차를 최소로 하여 정확하게 주파수 영역으로 변환될 수 있는 것이다.

한편 신호 검출부(20)는 상기 첫번째 64 포인트의 최대값과 네번째 64 포인트의 최대값을 비교한 결과 일측 64 포인트 부분의 최대값이 다른 측의 최대값보다 13배 이상 크지 않으면 완만하게 변화되고 있는 신호라고 판단한다. 그리하여 윈도우 크기 변경부(40)는 윈도우 크기를 변경시키지 않고 512 포인트로 고정시키게 되며, 이에 롬에 저장된 윈도우 함수 값을 그대로 인출하여 펄스코드 변환 데이터와 곱하게 된다(ST15-ST16). 그러면 주파수 변환부(50)는 512 포인트의 윈도우 함수로 윈도윙(Windowing)된 펄스코드 변환 데이터를 에프에프티(FFT) 또는 디시티(DCT) 처리를 하여 시간영역의 펄스코드 변환 데이터를 주파수 영역의 신호로 오차를 최소로 하여 바꾸게 되는 것이다(ST17).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 512 포인트의 펄스코드변환 데이터를 64 포인트씩 4부분으로 나눈 후 첫번째 부분과 네번째 부분만의 최대값을 비교하여 급격히 변화되고 있는 신호인지를 판단함으로써 신속 정확하게 신호의 급격한 변화여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.

또한 고정된 윈도우 크기의 윈도우 함수 값을 미리 계산하여 롬에 저장하며 윈도우 크기를 변경해야 할 경우 그 저장된 윈도우 함수 값을 윈도우 크기에 따라 선택적으로 인출하여 사용함으로써 윈도우 크기를 쉽게 변경할 수 있는 효과가 있다.

더불어 신호가 급격히 변화되고 있다고 판단되면 윈도우 크기를 동적으로 변경할 수 있는 효과도 있다.

또한 윈도우 크기를 동적으로 변경하여 신호를 처리함으로써 오차를 최소로 하여 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환이 정확하게 되는 효과가 있다. 그리고 주파수 영역의 디자탈 데이터를 시간 영역의 디지탈 데이터로 변환한 후 이디지탈 데이터를 아날로그 데이터로 변환할 경우 오차를 최소로 하여 정확하게 아날로그 데이터로 변환할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 윈도우 내의 펄스코드변환(PCM) 데이터에 급격한 변화가 있으면 펄스코드변환 데이터와 연산될 윈도우의 크기를 동적으로 변환시킴으로써 시간 영역 데이터와 주파수 영역 데이터간의 오차가 최소화되도록 한 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우 크기 동적 변환 방법을 제공하고자 하는 것이다.

Claims (3)

1. 시간영역의 데이터와 주파수 영역의 데이터간 변환 시스템에서 윈도우 크기를 동적으로 변환하는 방법에 있어서, 윈도윙(Windowing)될 입력 펄스코드변환 데이터를 다수개의 부분으로 나누고 나누어진 다수개의 부분중 첫번째 부분과 마지막 부분의 최대값을 각각 산출하는 제1 단계(ST10-ST11)와; 상기 산출된 최대값을 서로 비교하여 그 결과 일측의 최대값이 상대측의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크면 격변되고 있는 신호라고 판단하여 윈도우 크기를 동적으로 변경하는 제2 단계(ST12-ST14)와; 상기 비교 결과 일측 부분의 최대값이 상대측 부분의 최대값보다 신호의 격변 여부 판단을 위해 설정된 값이상 크지 않으면 윈도우를 설정된 크기로 고정시키는 제3 단계(ST15)로 이루어짐을 특징으로 하는 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우 크기 동적 변환 방법.
2. 청구항1에 있어서, 상기 제2 단계(ST14)에 있어서, 고정된 윈도우 크기의 윈도우 함수 값을 미리 계산한 후 롬에 저장하고 윈도우 크기를 변경해야 할 경우 그 저장된 윈도우 함수 값을 윈도우 크기에 따라 선택적으로 인출하여 윈도우 크기를 동적으로 변환하는 것을 특징으로 하는 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우 크기 동적 변환 방법.
3. 청구항1에 있어서, 상기 제2 단계(ST14)는, 크기가 고정된 하나의 윈도우를 3개의 윈도우로 나눌 경우 첫번째 윈도우 및 두번째 윈도우는 상기 롬에 저장된 홀수번째의 윈도우 함수 값을 인출하여 구성하고, 세번째 윈도우는 상기 롬에 저장된 짝수번째의 윈도우 함수 값을 인출하여 구성하는 것을 특징으로 하는 시간영역 데이터와 주파수 영역 데이터간 변환 시스템의 윈도우 크기 동적 변환 방법.

Images