KR100427053B1

KR100427053B1 - 주파수공간 에너지를 이용한 유효구간 검출방법 및 이를이용한 반복재생 방법

Info

Publication number: KR100427053B1
Application number: KR1020030005742A
Authority: KR
Inventors: 고재덕; 이용권
Original assignee: 주식회사 텔레칩스
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-04-13

Abstract

본 발명은 변환부호화로 코딩된 재생소스로부터 유효구간을 검출하는 방법 및 이를 이용하여 반복재생을 수행하는 방법에 관한 것으로서, 특히 변환부호화로 코딩된 재생소스에 대해서 주파수 공간상의 에너지 개념을 정의 및 평가함으로써 재생소스로부터 유효구간을 검출하는 방법 및 이를 이용하여 반복재생을 수행하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 변환부호화로 코딩된 압축데이터 소스로부터 유효구간을 검출하기 위한 유효구간 검출방법에 있어서, 상기 압축데이터 소스를 재생하기 위해 디코딩하는 제1 단계; 상기 디코딩 과정에서 발생하는 주파수 공간의 중간 데이터로부터 소정의 에너지 함수에 따라 에너지를 계산하는 제2 단계; 및 상기 에너지와 소정의 임계 레벨을 비교함으로써 상기 디코딩된 결과물의 유효구간을 검출하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유효구간 검출방법이 제시되고, 또한 이를 이용한 반복재생 방법이 제시된다.

본 발명의 유효구간 검출방법 및 반복재생 방법에 따르면 아날로그 방식의 신호를 사용하지 않고 주파수 공간에서 판단을 수행하기 때문에 잡음 등과 같은 외부요인에 따른 오동작의 위험성이 없고, 더욱이 재생소스 파일에 특별한 구간정보가 포함될 것을 요구하지 않기 때문에 일반적인 재생소스 파일에 대해서 적용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

주파수공간 에너지를 이용한 유효구간 검출방법 및 이를 이용한 반복재생 방법{Effective section detecting method using the freqency domain energy, and the iterative playing method using the same}

본 발명은 변환부호화(transform coding)로 코딩된 재생소스로부터 유효구간을 검출하는 방법 및 이를 이용하여 반복재생을 수행하는 방법에 관한 것으로서, 특히 변환부호화로 코딩된 재생소스에 대해서 주파수 공간상의 에너지 개념을 정의 및 평가함으로써 재생소스로부터 유효구간을 검출하는 방법 및 이를 이용하여 반복재생을 수행하는 방법에 관한 것이다.

종래로 어학학습기 등에 사용하기 위해서 재생 오디오에 대해서 사용자의 요구에 따라 단어 또는 문장과 같은 특정의 구간을 검출하여 반복재생하는 방법이 제안 및 사용되었는데, 일반적으로 사용자가 반복재생 구간을 수작업으로 선택하여야 하는 불편함이 있었다. 이에, 종래로 사용자의 편이를 제고하기 위해서 반복재생구간을 자동검출하는 여러가지 방식이 제안되었다.

예를 들면, 1997년 06월 10일자로 대한민국 특허청에 특허출원된 출원번호 제10-1997-0023898호의 "디지탈 어학 학습기 및 그 제어방법"에서는 디지탈 오디오를 재생하여 그 음성출력을 모니터링함으로써 문장을 검출하고 이에 따라 반복재생 기능을 제공하는 방식을 제시하였다. 또한, 1999년 11월 11일자로 대한민국 특허청에 특허출원된 출원번호 제10-1999-0049924호의 "디지털 오디오 플레이어에서의 반복재생구간 설정제어방법 및 이를 이용한 파일재생장치 및 그 저장매체"에서는 디지털 오디오 파일을 생성함에 있어서 미리 디지털 오디오 파일에 반복가능한 구간정보를 삽입함으로써 재생시에 이들 반복구간을 자동적으로 검출하고 반복재생 기능을 제공하는 방식을 제시하였다.

이러한 종래기술의 유효구간 자동검출 및 반복재생 방식에서는, 아날로그 신호를 직접 사용하여 판단을 수행하기 때문에 잡음 등이 외부요인에 의해 오동작을 일으킬 위험이 있거나, 혹은 재생소스 파일에 반복재생을 위한 특별한 구간정보가 포함되어야 하기 때문에 일반적인 재생소스 파일에는 적용하지 못한다는 문제점이 존재한다.

이에, 변환부호화로 코딩된 재생소스로부터 유효구간을 검출하는 방법 및 이를 이용하여 반복재생을 수행하는 방법에 관한 것으로서, 특히 변환부호화로 코딩된 재생소스에 대해서 주파수 공간상의 에너지 개념을 정의 및 평가함으로써 재생소스로부터 유효구간을 검출하는 방법 및 이를 이용하여 반복재생을 수행하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도1은 종래기술에 따른 변환부호화 알고리즘을 사용하여 오디오 압축/압축해제를 수행하는 과정을 도시하는 도면.

도2는 본 발명을 채용하는 반복재생 장치의 일 실시예를 도시하는 도면.

도3은 본 발명을 채용하는 반복재생 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.

도4는 본 발명에 따른 유효구간 검출방법의 실시예를 도시하는 도면.

도5는 본 발명에서 재생소스의 에너지 파형에 기초하여 유효구간을 판단하는 일 실시예를 도시하는 도면.

도6은 본 발명에서 재생소스의 에너지 파형에 기초하여 유효구간을 판단하는 다른 실시예를 도시하는 도면.

도7은 본 발명의 유효구간 검출방법을 사용하여 엠피3 오디오의 반복재생을 수행하는 실시예를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

210 : 오디오 파일

220 : 디코딩부

230 : 오디오 출력부

240 : 에너지 계산부

250 : 유효구간 검출부

260 : 유효구간 정보

270 : 디스플레이

전술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 변환부호화로 코딩된 압축데이터 소스로부터 유효구간을 검출하기 위한 유효구간 검출방법에 있어서, 상기 압축데이터 소스를 재생하기 위해 디코딩하는 제1 단계; 상기 디코딩 과정에서 발생하는 주파수 공간의 중간 데이터로부터 소정의 에너지 함수에 따라 에너지를 계산하는 제2 단계; 및 상기 에너지와 소정의 임계 레벨을 비교함으로써 상기 디코딩된 결과물의 유효구간을 검출하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유효구간 검출방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

종래로 데이터 압축 인코딩 방법으로서 소위 변환부호화 알고리즘(transform coding algorithm)이 사용되어 왔는데, 변환부호화 알고리즘은 입력 데이터를 주파수 공간으로 변환한 후 그 주파수 성분을 압축하는 방법으로서, 특히 높은 부호화 효율을 얻고자 할 때 사용한다. 이러한 변환부호화 알고리즘으로는 DCT (Discrete Cosine Transform), Hadamard, QMF (Quadrature Mirror Filter), 웨이블렛 변환부호화, 프렉탈 부호화 등이 존재한다.

도1은 종래기술에 따른 변환부호화 알고리즘을 사용하여 오디오 압축/압축해제를 수행하는 과정을 도시하는 도면이다. 도1a는 변환부호화 알고리즘에 따라 오디오 소스를 압축하여 압축 데이터를 획득하는 과정을 나타내는 도면이고, 도1b는 반대로 변환부호화 알고리즘에 따라 압축 데이터를 압축해제하여 오디오 파형을 획득하는 과정을 나타내는 도면이다. 다만, 도1의 압축/압축해제 과정은 오디오 신호에만 적용되는 것은 아니며, 오디오/비디오를 포함하는 일반적인 멀티미디어 데이터에 적용되는 것으로 이해되어야 한다.

도1a에 도시된 압축과정을 기술하면, 단계(110)에서 먼저 주어진 오디오 소스에 대해서 소정의 주파수 대역, 예컨대 2 ~ 20,000 Hz의 대역에 대해서 필터링을 수행한 후, 샘플링을 통해 이산데이터(discrete data)를 획득하고, 이에 대해 예컨대 DFT (Discrete Fourier Transform)나 FFT (Fast Fourier Transform)를 적용하여 주파수 변환을 수행한다. 그리고 나서, 단계(120)에서 양자화(quantization) 과정을 수행하는데, 이를 통해 FFT 출력에서 얻어진 계수 블록의 엔트로피(entropy)를 감소시킨다. 양자화를 수행하기 위한 알고리즘은 공지기술에 여러가지가 제안되어 있는데, 본 발명에서는 구체적인 양자화 기술에 대한 것이 아니므로, 양자화에 대한 구체적인 기술은 생략하고자 한다. 이어서, 단계(130)에서 심볼 포맷팅(symbol formating) 과정을 수행하는데, 이 과정에서는 VLC (Variable Length Coding) 등의 기법을 통해 압축 심볼을 얻는다.

도1b에 도시된 압축해제 과정을 기술하면, 단계(140)에서 압축 데이터에 대한 포맷 디코딩 과정을 수행함으로써 주파수 공간 상에서 중간단계의 데이터를 얻고, 이어서 단계(150)에서 역양자화(re-quantization) 과정을 수행함으로써 주파수공간 상에서의 오디오 데이터를 얻는다. 즉, 종래기술에서 양자화 과정(120)에서는 일반적으로 FFT 결과에 대해서 소정의 양자화 테이블(quantizaiton table)을 나눗셈 연산함으로써 주파수 대역별로 가중치를 두는데, 역양자화 과정(150)에서는 포맷 디코딩 결과에 대해서 이 양자화 테이블을 곱셈 연산함으로써 전술한 주파수 대역별 가중치가 제거된 주파수 공간상의 오디오 데이터를 얻을 수 있다. 그리고 나서, 단계(160)에서 IFFT (Inverse FFT)와 필터링을 통해 시간 공간상의 아날로그 신호를 얻는다.

본 발명에서는 도1b의 압축해제 과정에서 중간 단계, 즉 포맷 디코딩(140) 결과 또는 역양자화(150) 결과에서 발생하는 주파수 공간상의 데이터로부터 소정의 에너지 함수를 적용하여 에너지 레벨을 판단함으로써 오디오 출력에 유효한 정보가 인가되는 소위 유효구간을 검출하고자 한다.

도2는 본 발명을 채용하여 오디오 데이터를 반복재생하는 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도2의 장치는 오디오 파일(210)로부터 디지털 형식의 오디오 데이터를 획득한 후, 이 오디오 데이터에 대해서 디코딩부(220)와 오디오 출력부(230)를 통해 도1b에 도시된 바와 같은 압축해제 과정을 거쳐 오디오 출력을 얻는다. 도2에서, 에너지 계산부(240)는 디코딩부(220)에서 얻어지는 중간 단계의 데이터에 대해서 소정의 에너지 함수를 적용함으로써 오디오 음원의 에너지를 획득하고, 구간검출부(250)에서는 이렇게 획득된 에너지를 평가함으로써 오디오 출력에서 유효한 정보, 예컨대 단어나 문장이 존재하는 유효구간을 검출한다.

이렇게 검출된 유효구간에 대한 정보, 예컨대 단어/문장의 시작시점과 종료시점에 대한 정보는 사용자 디스플레이(270)를 통해 표시될 수도 있고, 데이터 파일(260)로서 오디오 파일(210)에 첨부되거나 오디오 파일(210)에 소정의 태그(tag)로서 추가될 수도 있는데, 기본적으로는 오디오 데이터를 반복재생하는 기능을 구현하는 데에 사용된다. 즉, 도시되어 있지는 않으나, 구간 검출부(250)에서 획득된 구간정보를 이용하여 사용자 요구에 대응하여 단어/문장의 반복재생 기능을 수행할 수 있도록 디코딩부(220)가 제어된다.

도3은 본 발명을 채용하여 오디오 데이터를 반복재생하는 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면으로서, 도2에 도시된 실시예와 비교하면 오디오 출력부(350)의 위치가 상이하다. 즉, 오디오 데이터는 에너지 계산부(330)와 구간 검출부(340)를 통과한 후 오디오 출력부(350)에서 아날로그 신호로 형성된다. 다만, 회로적 구성은 도2와 도3이 상이하나, 데이터 흐름이라는 측면에서는 도2와 도3은 실질적으로 동일한 것으로 해석된다. 도2를 참조하여 전술한 바와 같이, 구간 검출부(340)에서 획득된 구간정보를 이용하여 반복재생 기능이 제공될 수 있도록 디코딩부(220)가 제어된다.

도4는 본 발명에 따라 유효구간을 검출하는 방법의 실시예를 도시하는 도면으로서, 도4a는 압축 데이터에 포맷 디코딩(410) 단계와 역양자화(420) 단계를 수행하여 획득한 중간 데이터에 에너지 계산(430) 단계를 적용하여 에너지를 획득하는 실시예이고, 도4b는 압축 데이터에 포맷 디코딩(450) 단계를 수행하여 획득한 중간 데이터에 에너지 계산(460) 단계를 적용하여 에너지를 획득하는 실시예이다. 도4의 구간판단(440, 470) 단계는 도2와 도3에서 구간 검출부(250, 340)이 수행하는 작업으로서, 계산된 에너지 값에 기초하여 유효구간의 시작점과 종료점을 판단하는 과정이다.

도1을 참조하여 전술한 바와 같이, 소정의 변환부호화 알고리즘으로 생성된 압축 데이터를 포맷 디코딩(410, 450)하면 그 결과 데이터에는 주파수 대역별 가중치가 존재하고 여기에 역양자화(420)를 수행하면 이러한 주파수 대역별 가중치가 제거되는데, 본 발명에서 유효구간 판단을 위해 사용하는 에너지는 그 실시예에 따라서 주파수 대역별 가중치가 존재하는 상태에서 계산할 수도 있고, 아니면 주파수 대역별 가중치를 제거한 이후에 계산하는 것도 가능하다. 도4a와 도4b에서 에너지를 계산하기 위한 중간 데이터를 s[n]이라고 하면 유효구간 판단을 위한 에너지 E는 일 실시예로서 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.

수학식 1은 본 발명에서 유효구간을 검출하기 위한 에너지 함수의 일 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명의 관련 기술분야에 관해 충분한 지식을 갖는 자는 본발명의 취지와 권리범위 내에서 다양한 형태의 에너지 함수를 정의하여 사용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 일시적인 변동에 강건하도록 수학식 1에서와 마찬가지로 일종의 적분 형식으로 정의하는 것이 바람직하다.

도4의 구간판단(440, 470) 과정에서는 압축 데이터를 재생하였을 때의 유효구간을 예컨대 수학식 1과 같이 정의된 소정의 에너지 함수에 따라서 계산된 에너지에 기초하여 판단한다. 수학식 1의 에너지 함수를 살펴보면, n에 대한 주파수 공간상의 샘플링 s[n]이 클수록 에너지 E(n)의 값도 크도록 되어있으므로, 에너지 E(n)이 소정의 임계 레벨 이하일 때 무효구간에 해당하는 것으로 판단하는 것이 일반적이다.

도5는 본 발명에서 재생소스의 에너지 파형(510)에 기초하여 유효구간(530)을 판단하는 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도시된 에너지 파형(510)은 재생소스의 중간 데이터 s[n]에 대해서 예컨대 수학식 1과 같이 정의된 에너지 함수를 사용하여 획득한 파형이다. 도5에서와 같이, 본 발명에 있어서 유효구간(530)을 검출하기 위해 사용하는 임계 레벨은 무효구간에서 유효구간으로 천이하는 시점을 검출하는 데에 사용하는 Level_1과 유효구간에서 무효구간으로 천이하는 시점을 검출하는 데에 사용하는 Level_2로 분리되는 것이 바람직한데, 편이상 하나의 임계 레벨로 통합하여 사용하는 것도 가능하다.

도5에 도시된 바와 같이, 에너지 파형(510)의 값이 임계 레벨 Level_1을 상승교차하는 시점을 재생소스에서 유효구간(530)이 시작하는 시점으로 판단하고, 반대로 에너지 파형(510)의 값이 임계 레벨 Level_2를 하강교차하는 시점을 재생소스에서 유효구간(530)이 종료하는 시점으로 판단한다. 임계 레벨 Level_1과 Level_2 간의 간격인 갭(520)의 값을 크게 설정하면 유효구간(530)의 검출이 안정화되는 장점이 있는 반면, 작은 유효구간을 검출하지 못하고 시간지연이 증가하는 단점이 있다. 이에, 갭(520)의 값은 바람직하게는 실험을 통해서 적절히 선택된다.

도6은 본 발명에서 재생소스의 에너지 파형(610)에 기초하여 유효구간(630)을 판단하는 다른 실시예를 도시하는 도면으로서, 유효구간(630)의 시작 시점과 종료 시점을 판단함에 있어서 소정의 홀드타임(620, 630)을 감안하도록 하였다. 즉, 유효구간(630)의 시작 시점에 있어서 에너지 파형(610)이 임계 레벨 Level_1을 상승교차한 후 그 상태를 소정의 홀드시간(620) 동안 유지한 이후에야 유효구간(630)이 시작된 것으로 판단하며, 또한 유효구간(630)의 종료 시점에 있어서도 에너지 파형(610)이 임계 레벨 Level_2를 하강교차한 후 그 상태를 소정의 홀드시간(630) 동안 유지한 이후에야 유효구간(630)이 종료된 것으로 판단한다. 도시된 바와 같이, 유효구간(630)의 시작 시점과 종료 시점에 대한 홀드타임(620, 630)은 동일하지 않게 설정될 수 있다.

이와 같이, 홀드시간(620, 630)의 개념을 사용함으로써 얻는 효과에 대해서 이하 상세히 기술한다. 먼저, 유효구간(630)의 시작 시점을 검출하는 데에 홀드시간(620)의 개념을 사용하는 경우에는 극히 짧은 시간동안 발생하는 잡음이 유효구간에서 제외되는 효과가 있다. 또한, 유효구간(630)의 종료 시점을 검출하는 데에홀드시간(630)의 개념을 사용하는 경우에는 역시 짧은 시간동안 발생하는 무효구간이 무시되는 효과가 있고, 이로써 예컨대 영어학습 오디오의 경우 유효구간(630)으로서 하나의 단어가 아닌 문장이나 구절을 채용할 수 있는 효과가 있다. 즉, 도6에 도시된 짧은 구간(640)에 의해서는 유효구간(630)이 중단되지 않음을 확인할 수 있다. 한편, 본 발명의 방법을 적용하는 분야의 요구에 따라서는 시작 시점과 종료 시점의 홀드타임(620, 630) 중에서 하나만을 선택적으로 채용할 수도 있는데, 특히 시작시점의 시간지연이 문제가 될 경우에는 시작 시점의 홀드타임(620)이 채용에서 제외된다.

도7은 본 발명의 유효구간 검출방법을 사용하여 엠피3 오디오의 반복재생 기능을 수행하는 실시예를 도시하는 도면이다. 전술한 바와 같이, 엠피3 오디오 압축방식은 전형적으로 변환부호화 알고리즘에 따른 데이터 압축방식이다. 본 실시예에서는, 먼저 엠피3 데이터의 포맷을 디코딩(ST710)하고, 주파수 공간의 데이터를 복원(ST715)한다. 그리고 나서, 현재 반복재생 모드로 설정되어 있는지 여부를 검사하여, 반복재생 모드가 아닌 경우에는 주파수 공간의 데이터를 시간 공간으로 변환(ST735)하고 PCM 데이터를 생성하는 과정으로 진행하고, 반대로 반복재생 모드로 설정되어 있는 경우에는 전술한 바와 같이 주파수 공간에서 소정의 정의에 따라 에너지를 계산(ST725)하고 이로부터 유효구간을 검출(ST730)하도록 진행한다. 그리고 나서, 주파수 공간의 데이터를 시간 공간으로 변환(ST735)하고 이어서 PCM 데이터를 생성한다.

도7의 유효구간 검출단계(ST730)에서 유효구간의 시작시점이 검출되면 그 시작시점 정보를 보관하고, 이어서 유효구간의 종료시점이 검출되면 시작시점으로 다시 되돌아가서 재생을 수행하고, 이로써 반복수행 기능을 구현한다.

본 발명의 유효구간 검출방법 및 반복재생 방법에 따르면 아날로그 방식의 신호를 사용하지 않고 주파수 공간에서 판단을 수행하기 때문에 잡음 등과 같은 외부요인에 따른 오동작의 위험성이 없다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 유효구간 검출방법 및 반복재생 방법에 따르면 재생소스 파일에 특별한 구간정보가 포함될 것을 요구하지 않기 때문에 일반적인 재생소스 파일에 대해서 적용할 수 있다는 장점이 있다.

본 명세서에서 "변환부호화로 코딩된 재생소스"라 함은 엠피3나 WMA 등과 같이 공지기술의 변화부호화 알고리즘(transform coding algorithm)로 인코딩된 재생가능한 소스를 지칭하는 것으로서, 오디오나 비디오를 포함하여 널리 멀티미디어 데이터를 나타내는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

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변환부호화로 코딩된 압축데이터 소스로부터 상기 압축데이터 소스의 디코딩 결과에 대한 유효구간을 검출하기 위한 방법에 있어서, 상기 압축데이터 소스를 포맷 디코딩하는 제1 단계; 상기 포맷 디코딩된 데이터를 역양자화하여 주파수 공간 상의 중간 데이터 s[n]을 생성하는 제2 단계; 상기 중간 데이터 s[n]에 소정의 에너지 함수 E(n)를 적용하여 주파수공간 에너지를 계산하는 제3 단계; 및 상기 주파수공간 에너지와 소정의 임계 레벨을 비교함으로써 상기 디코딩 결과에 대한 유효구간을 검출하는 제4 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유효구간 검출방법.
제4항에 있어서, 상기 중간 데이터 s[n]에 대한 상기 에너지 함수 E(n)은

인 것을 특징으로 하는 유효구간 검출방법.
제4항에 있어서, 상기 임계레벨은 제1 임계레벨과 제2 임계레벨을 포함하여 구성-- 제1 임계레벨 ≥ 제2 임계레벨--되고, 상기 제4 단계에서 상기 유효구간의 시작시점은 상기 주파수공간 에너지와 상기 제1 임계레벨을 대비하여 판단되고 상기 유효구간의 종료시점은 상기 주파수공간 에너지와 상기 제2 임계레벨을 대비하여 판단되는 것을 특징으로 하는 유효구간 검출방법.
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