KR100451622B1 - 통신용 보코더 및 이를 이용한 통신 방법 - Google Patents

통신용 보코더 및 이를 이용한 통신 방법 Download PDF

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Abstract

통신용 보코더에서, 제1 포맷의 부호화부 및 복호화부와 제1 포맷과는 다른 포맷인 제2 포맷의 복호화부가 형성되어 있다. 제1 포맷의 부호화부는 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하고, 제1 포맷의 복호화부는 제1 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화한다. 이 통신용 보코더에 제2 포맷으로 부호화된 음성 패킷이 입력되는 경우에는, 제2 포맷의 복호화부가 제2 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화한다. 이러한 제1 및 제2 포맷의 복호화부는 통신용 보코더에서 서브루틴의 형태로 형성되어 있다. 이와 같이 하면, 종래의 탠덤 방식에서 사용했던 2차 부호화/복호화 모듈과 같은 추가적인 하드웨어 또는 소프트웨어가 필요 없어진다.

Description

통신용 보코더 및 이를 이용한 통신 방법 {VOICE CODER AND COMMUNICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 통신용 보코더에 관한 것으로, 특히 비탠덤(tandemless) 방식을 이용한 보코더에 관한 것이다.
디지털 이동 통신 시스템의 급격한 개발과 함께 각 이동 통신 시스템에 적합한 보코더가 개발되었다. 유럽 방식의 디지털 이동 통신 시스템인 GSM 이동 통신용 보코더로는 RPE-RTP(regular pulse excited long term prediction) 보코더가 개발되었다. 그러나 RPE-RTP는 열악한 음성품질로 인하여 EFR(enhancement full rate) GSM 보코더로 대체되었고, 이는 무선 전송 구간의 특성에 의하여 전송률을변화시킬 수 있는 AMR(adaptive multi rate) 보코더로 발전하였다. 특히, AMR 보코더의 경우 뛰어난 음성 품질과 성능으로 인하여 3세대 이동 통신 시스템인 유럽형(비동기식) IMT-2000에 채택되었다.
북미 방식의 디지털 이동 통신 시스템용 음성 부호화로는, CDMA 방식의 보코더인 QCELP(Qualcomm code excited linear prediction) 보코더가 개발되었다. 뒤이어 13kbps의 전송율을 가지는 13kbps QCELP가 개발되었고 EVRC(enhancement variable rate codec) 보코더가 최종적으로 개발되었다. 북미형(동기식) IMT-2000 시스템의 표준화 단체에서는 AMR 보코더에 대항하기 위한 동기식 IMT-2000 시스템용 보코더로 SMV(selectable mode vocoder)의 표준화를 완료하였다.
일반적으로 서로 다른 방식의 보코더 사이의 통신은, 한쪽 방식으로 부호화(encoding)된 음성 패킷을 음성 신호로 복호화(decoding)하고 이를 다시 다른 방식으로 부호화하여 복호화하는 방식으로 이루어진다. 이를 탠덤(tandem) 방식이라 부른다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 기술에 따른 탠덤 방식의 보코더의 개략적인 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 탠덤 방식에 의한 A형 보코더(10)에서 B형 보코더(20)로의 통신 방법은 2차 부호화/복호화 모듈(30)을 통해서 이루어진다. 즉, A형 보코더(10)의 부호화부(11)에 의하여 부호화된 음성 패킷을 A형 복호화부(31)로 펄스 부호 변조(PCM, pulse coded modulation) 포맷의 음성 신호로 복호화하고 이를 다시 B형 부호화부(32)로 부호화하여 B형 보코더(20)의 복호화부(21)로 전달한다. B형 보코더(20)에서 A형 보코더(10)로의 통신은 B형 복호화부(34) 및 A형부호화부(33)를 통하여 이루어진다. 이러한 탠덤 방식의 통신 방법은 두 번의 부/복호화 과정으로 인하여 통화 품질의 저하가 일어나고 지연 시간이 증가하며, 또한 통신망 중간 지역에 2차 부호화/복호화 모듈(31, 32, 33, 34)이 존재한다는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 개선하기 위한 방법으로 도 2에 나타낸 방식이 제안되었다. 도 2에는 방식에서는 A형 보코더(10)와 B형 보코더(20) 사이에 패킷 변환기(41, 42)가 존재한다. 패킷 변환기(41)는 A형 보코더(10)의 부호화부(11)에서 부호화된 패킷의 비트열을 수학적으로 분석하여 B형 보코더(20)를 위한 비트열로 직접 변환하고 이를 B형 보코더(20)의 복호화부(21)로 전달한다. 마찬가지로 패킷 변환기(42)는 B형 보코더(20)의 부호화부(22)에서 부호화된 패킷의 비트열을 A형 보코더(10)를 위한 비트열로 직접 변환한다. 그런데, 이 방식에서 수학적인 분석이 아무리 정확하게 이루어진다고 해도 자체의 부호화/복호화 과정으로 생성된 음성보다 음성 품질이 떨어진다. 그리고 분석을 위한 추가적인 장치가 설치되어야 하며, 이로 인해 지연 시간이 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 탠덤 방식의 보코더에서 발생하는 지연 시간 증가 및 추가적인 하드웨어를 줄이는 것이다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 기술에 따른 탠덤 방식의 보코더의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보코더의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보코더를 사용하는 VoIP 네트워크를 나타내는 도면이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 보코더 간에 비탠덤 방식으로 통신을 하도록 한다.
본 발명에 따른 통신용 보코더는 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하는 부호화부, 그리고 제1 및 제2 복호화부를 포함한다. 제1 복호화부는 제1 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하며, 제2 복호화부는 제2 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화한다.
이때, 본 발명에 따른 통신용 보코더는 제1 및 제2 포맷과는 다른 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하는 제3 복호화부를 더 포함할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 복호화부는 서브 루틴의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 제1 포맷의 보코더를 포함하는 제1 단말기가 제2 포맷의 보코더를 포함하는 제2 단말기와 음성 통신을 하는 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 먼저 제1 단말기가 제2 단말기로부터 제2 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 수신한다. 다음, 제1 단말기는 제2 포맷의 음성 패킷을 내장된 제2 포맷의 복호화부를 사용하여 음성 신호로 복호화한다.
이때, 제1 포맷의 보코더는 제1 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하는 제1 포맷의 복호화부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 제1 보코더는 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하여 출력할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단말기와 패킷 네트워크 사이에 연결되어 인터넷 전화가 가능하도록 하는 미디어 게이트웨이가 제공된다. 미디어 게이트웨이는, 단말기로부터의 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하여 패킷 네트워크로 전달하는 부호화부, 그리고 제1 및 제2 복호화부를 포함한다. 제1 복호화부는 패킷 네트워크로부터의 제1 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하여 단말기로 전달하며,제2 복호화부는 패킷 네트워크로부터의 제2 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하여 단말기로 전달한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 통신용 보코더 및 이를 이용한 통신 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보코더의 개략적인 구조도이다. 그리고 도 3에는 EVRC 보코더(100)와 AMR 보코더(200) 사이의 음성 신호 전달이 도시되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 EVRC 보코더(100)는 EVRC 부호화부(encoder)(110), EVRC 복호화부(decoder)(120) 및 AMR 복호화부(130)를 포함하며, AMR 보코더(200)는 AMR 부호화부(210), AMR 복호화부(220) 및 EVRC 복호화부(230)를 포함한다. EVRC 및 AMR 복호화부(120, 130)는 EVRC 보코더(100)에 서브 루틴의 형태로 형성되어 있으며, 마찬가지로 AMR 및 EVRC 복호화부(220, 230)는 AMR 보코더(200)에 서브루틴의 형태로 형성되어 있다.
EVRC 부호화부(110)는 PCM(pulse coded modulation) 포맷의 음성 신호를 EVRC 포맷의 음성 패킷으로 부호화하며, AMR 부호화부(210)는 PCM 포맷의 음성 신호를 AMR 포맷의 음성 패킷으로 부호화한다. EVRC 복호화부(120)는 EVRC 포맷으로부호화된 음성 패킷을 PCM 포맷의 음성 신호로 복호화하고, AMR 복호화부(220)는 AMR 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 PCM 포맷의 음성 신호로 복호화한다. 그리고 AMR 복호화부(130)는 EVRC 보코더(100)의 내부에 형성되어 EVRC 보코더(100)에 AMR 포맷으로 부호화된 음성 패킷이 입력되는 경우에 이를 PCM 포맷의 음성 신호로 복호화한다. 마찬가지로, EVRC 복호화부(230)는 AMR 보코더(200)의 내부에 형성되어 AMR 보코더(200)에 EVRC 포맷으로 부호화된 음성 패킷이 입력되는 경우에 이를 PCM 포맷의 음성 신호로 복호화한다.
자세하게 설명하면, EVRC 보코더(100)에 음성 신호가 입력되는 경우에 EVRC 보코더(100)의 EVRC 부호화부(110)는 음성 신호를 EVRC 포맷으로 부호화한 후 AMR 보코더(200)로 전송한다. AMR 보코더(200)는 내부의 EVRC 복호화부(230)를 이용하여 EVRC 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 복호하여 원래의 음성 신호를 출력한다. 마찬가지로, AMR 보코더(200)에 음성 신호가 입력되는 경우에 AMR 보코더(200)의 AMR 부호화부(210)는 음성 신호를 AMR 포맷으로 부호화한 후 EVRC 보코더(100)로 전송한다. EVRC 보코더(100)는 내부의 AMR 복호화부(130)를 이용하여 AMR 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 복호화하여 원래의 음성 신호를 출력한다.
또한, EVRC 보코더(100) 및 AMR 보코더(200)는 G.729, G.723.1 등의 다른 포맷의 보코더에서 부호화된 음성 패킷을 복호화하기 위한 복호화부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이 EVRC 및 AMR 보코더(100, 200)는 G.729 복호화부(140, 240), G.723.1 복호화부(150, 250)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 하면, EVRC 및 AMR 보코더(100, 200)는 G.729, G.723.1 등의 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 복호화하여 처리할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 EVRC 보코더와 AMR 보코더를 예를 들어 설명하였지만, 이들 보코더에 한정되지 않고 다른 유형의 보코더에도 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다.
EVRC, AMR, G.729, G.723.1 보코더 등의 이동 통신용 보코더는 CELP(code excited linear prediction) 방식을 사용하므로 기본적인 구조는 거의 동일하다. 따라서 서로 다른 유형의 보코더라도 기본적으로 매우 유사한 기본 함수를 사용한다. 예를 들어, EVRC 보코더를 실시간으로 구현할 때 주요한 작업 중 하나는 기본 함수를 이용하여 EVRC 프로그램을 구성하는 것인데, EVRC 보코더의 기본 함수는 동일한 CELP 구조를 가지는 AMR 보코더의 기본 함수와 매우 유사하다. 특히, 이동 통신용 보코더 표준화 작업을 수행중인 ITU-T(international telecommunication union) SG16(study group 16)에서는 STL 2000(standard telecommunication library 2000)을 통하여 이러한 기본 함수를 제공한다. 즉, 보코더를 개발하는데 동일한 라이브러리인 STL 2000을 사용하므로 서로 다른 보코더라 할지라도 동일한 기본 함수를 사용할 수 있다.
그리고 CELP 구조의 보코더에서, 부호화부는 입력 신호를 이용한 LPC(linear prediction coefficient) 분석, LPC의 LSP(line spectrum pair) 변환, LSP의 벡터 양자화, 분석/합성(analysis by synthesis)을 이용한 피치(adaptive codebook) 및 코드북(fixed codebook)값 검색, 여기 신호(exciter)의 이득값 검색, 각 디지털 필터값 재갱신 등의 수많은 함수들로 이루어진다. 그러나 복호화부는 전송 파라미터의 역양자화와 몇 가지 디지털 필터로 이루어지므로 그 구조나 복잡도는 부호화부와 비교하여 매우 단순하다. 실례로 일반적 CELP 구조의 보코더의 구현에서 복호화부는 부호화부의 약 10 내지 20% 프로그램 용량을 차지하고 있으며 복잡도는 10% 미만이다. 따라서 본 발명의 실시예에서와 같이 보코더 내부에 다른 포맷의 복호화부가 서브루틴의 형태로 구현되어도 보코더의 전체적인 용량이나 복잡도에 큰 영향이 없다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 종래의 탠던 방식에서 사용했던 2차 부호화/복호화 모듈과 같은 추가적인 하드웨어 또는 소프트웨어가 필요없으며, 부호화와 복호화가 한번만 이루어지므로 통화 음성 품질이 종래 방식에 비해 뛰어나다.
이러한 본 발명의 실시예는 인터넷 전화(voice over internet protocol, VoIP)를 사용하는 단말기에도 적용할 수 있으며, 아래에서는 도 4를 참조하여 이러한 실시예에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보코더를 사용하는 VoIP 네트워크를 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 단말기(310, 320)는 가입자 미디어 게이트웨이(410, 420)를 거쳐 패킷 네트워크(500)에 연결되어 있다. 이러한 가입자 미디어 게이트웨이(410, 420)에는 각각 본 발명의 실시예에서 설명한 보코더(100, 200)가 형성되어 있다. 단말기(310, 320)로는 컴퓨터, VoIP를 사용하는 이동 통신 단말기, IP 전화 등이 될 수 있다.
단말기(310)에서 송신된 음성 신호는 가입자 미디어 게이트웨이(410)에서EVRC 포맷의 음성 패킷으로 부호화되어 패킷 네트워크(500)로 전달된다. 패킷 네트워크(500)에서 호처리를 거친 후 이 음성 패킷은 가입자 미디어 게이트웨이(420)를 거쳐 단말기(320)로 전달된다. 이때, 가입자 미디어 게이트웨이(420)는 EVRC 포맷의 음성 패킷을 복호화하여 단말기(320)로 전달할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 의하면, 가입자 미디어 게이트웨이(410, 420)에 한 포맷의 부호화부와 여러 가지 포맷의 복호화부가 들어있는 보코더를 형성할 수 있다. 이와 같이 하면, 가입자 미디어 게이트웨이(410, 420)에는 모든 포맷의 보코더가 형성될 필요가 없이, 본 발명의 실시예에서 설명한 보코더만 하나 형성되어 있으면 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 탠덤 방식에서 사용했던 2차 부호화/복호화 모듈과 같은 추가적인 하드웨어 또는 소프트웨어가 필요 없으며, 부호화와 복호화가 한번만 이루어지므로 통화 음성 품질이 종래 방식에 비해 뛰어나다.

Claims (8)

  1. 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하는 부호화부,
    제1 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하는 제1 복호화부, 그리고
    제2 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하는 제2 복호화부
    를 포함하는 통신용 보코더
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포맷과는 다른 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하는 제3 복호화부를 더 포함하는 통신용 보코더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 복호화부는 서브루틴의 형태로 형성되어 있는 통신용 보코더.
  4. 제1 포맷의 보코더를 포함하는 제1 단말기가 제2 포맷의 보코더를 포함하는 제2 단말기와 음성 통신을 하는 방법에 있어서,
    상기 제2 단말기로부터 상기 제2 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 수신하는 제1 단계, 그리고
    상기 제2 포맷의 음성 패킷을 내장된 제2 포맷의 복호화부를 사용하여 음성신호로 복호화하는 제2 단계
    를 포함하는 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 포맷의 보코더는 제1 포맷으로 부호화된 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하는 제1 포맷의 복호화부를 더 포함하는 통신 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 보코더가 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하여 출력하는 단계를 더 포함하는 통신 방법.
  7. 단말기와 패킷 네트워크 사이에 연결되어 인터넷 전화가 가능하도록 하는 미디어 게이트웨이에 있어서,
    상기 단말기로부터의 음성 신호를 제1 포맷의 음성 패킷으로 부호화하여 상기 패킷 네트워크로 전달하는 부호화부,
    상기 패킷 네트워크로부터의 상기 제1 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하여 상기 단말기로 전달하는 제1 복호화부, 그리고
    상기 패킷 네트워크로부터의 제2 포맷의 음성 패킷을 음성 신호로 복호화하여 상기 단말기로 전달하는 제2 복호화부
    를 포함하는 미디어 게이트웨이.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 복호화부는 서브루틴의 형태로 형성되어 있는 미디어 게이트웨이.
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