KR100490638B1 - 디지털오디오신호의무손실부호화를위한부호화및복호화시스템 - Google Patents
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Abstract
오디오부호화장치는 각 오디오샘플의 표현에 이용되는 전체 비트들중에서 최대유효바이트 또는 최대유효바이트들에 근거하여 발생된 허프만부호를 이용하여 디지털 오디오데이터를 부호화시킨다. 바이트분리기는 디지털 오디오데이터를 최소유효비트들의 제 1데이터 및 나머지 비트들의 제 2데이터로 분리한다. 가변장부호발생기는 제 2데이터의 발생확률들에 근거한 가변장부호(variable-length code)를 수신된 제 2데이터의 기설정된 데이터단위마다 발생한다. 부호화기는 가변장부호발생기에서 발생된 가변장부호에 근거하여 대응하는 제 2데이터를 부호화한다. 오디오부호화장치에서 발생된 제 1데이터, 가변장부호들 및 부호화된 제 2데이터를 수신하는 오디오복호화장치는 부호화된 제 2데이터를 대응하는 가변장부호에 근거하여 복호화하며, 제 1데이터 및 대응하는 제 2데이터를 조합하여 부호화되기 이전의 원래의 데이터로 복원시킨다. 따라서, 본 발명은, 허프만부호의 발생에 전체 디지털 오디오데이터를 이용하는 경우에 비해, 간단한 구조를 가지면서도 정확한 가변장복호화가 가능한 가변장부호를 이용할 수 있다. 그 결과로서, 간단한 구조의 부호발생기를 이용하면서도 원하는 가변장부호를 발생할 수 있다.
Description
본 발명은 디지털 오디오신호의 무손실(lossless)부호화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전송되는 데이터 량을 줄일 수 있도록 디지털 오디오신호를 무손실 압축부호화하는 오디오부호화장치 및 이 오디오부호화장치에 의해 부호화된 오디오신호를 복호화하는 오디오복호화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 오디오는 많은 저장공간을 요구한다. 예를 들면, 60초 분량의 곡을 제공하기 위한 아날로그 오디오신호를 CD에서 제공하는 오디오품질을 갖는 2채널의 디지털 오디오데이터로 변환하는 경우, 아날로그 오디오신호는 44.1KHz의 샘플링주파수 및 16비트의 양자화비트수로 표현되는 디지털 데이터로 변환된다. 그러므로, 60초 분량의 곡은 10.584Mbyte(= 44.1KHz * 16bits * 2 * 60sec)의 데이터 량을 요구한다. 그 결과로서, 디지털 오디오신호를 전송로를 통해 전송하기 위해서는 높은 전송비트율이 요구된다.
따라서, 디지털 오디오신호는 무손실부호화방법 등을 통해 압축된 다음 전송하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 전체 데이터 량을 줄일 수 있는 엔트로피부호화(entropy encoding)와 같은 무손실 압축부호화를 사용하여 디지털 오디오신호를 부호화는 오디오부호화장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술의 오디오부호화장치에 의해 부호화된 데이터로부터 디지털 오디오신호를 복원하는 오디오복호화장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 오디오부호화장치는, 디지털 오디오데이터를 수신하며, 수신된 오디오데이터를 최소유효비트들의 제 1데이터 및 나머지 비트들의 제 2데이터로 분리하는 분리기; 상기 분리기로부터 제 2데이터를 수신하며, 수신된 제 2데이터의 발생확률들에 근거한 가변장부호(variable-length code)를 수신된 제 2데이터의 기설정된 데이터단위마다 발생하는 가변장부호발생기; 상기 가변장부호발생기에서 발생된 가변장부호에 근거하여 상기 분리기로부터 출력되는 제 2데이터를 부호화하는 부호화기; 및 상기 분리기로부터 출력되는 제 1데이터, 상기 가변장부호발생기에서 발생된 가변장부호 및 상기 부호화기로부터 출력되는 부호화된 제 2데이터를 서로 대응하는 형태로 외부로 출력하는 전송부을 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 오디오복호화장치는, 디지털 오디오데이터의 부호화에 의해 얻어진 가변장부호들, 제 1데이터 및 부호화된 제 2데이터를 수신하는 수신부; 상기 수신부로로부터 가변장부호들 및 부호화된 제 2데이터를 수신하며, 수신된 부호화된 제 2데이터를 대응하는 가변장부호에 근거하여 복호화하는 복호화기; 및 상기 수신부로부터 공급되는 제 1데이터와 상기 복호화기로부터 공급되며 상기 제 1데이터에 대응하는 제 2데이터를 조합하여 부호화되기 이전의 원래의 디지털 오디오데이터를 출력하는 데이터조합기를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구현한 실시예를 상세히 설명한다.
디지털 오디오신호는 최소유효비트들(least significant bits)에 비해 최대유효비트들이 오디오정보의 표현에 사용되는 확률이 낮다는 특성을 갖는다. 본 발명은 디지털 오디오신호의 이러한 특성에 근거하여 디지털 오디오신호를 무손실 압축 부호화하는 부호화장치 및 이 부호화장치에 대응하는 복호화장치를 개시한다. 본 발명에 따른 무손실 압축부호화는 디지털 오디오신호의 개별 샘플데이터를 표현하는 전체 바이트들 중에서 최소유효바이트(least significant byte)를 제외한 나머지 바이트들에 대해서만 행해진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오디오부호화장치를 보여주는 도 1을 참조하면, 바이트분리기(11)는 입력되는 디지털 오디오데이터를 최소유효바이트데이터와 나머지 바이트(들)의 데이터로 분리한다. 설명의 명료함을 위해, DVD에서 사용되는 디지털 오디오신호와 같이 각 오디오샘플이 24비트의 데이터로 표현되는 예를 설명한다. 그러나, 이러한 예가 본 발명을 한정하는 것은 아니므로, 본 발명은 각 오디오샘플을 16비트의 데이터로 표현하는 CD 등을 포함하여 각 오디오샘플이 다른 바이트수로 표현되는 경우에도 적용할 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 바이트분리기(11)는 수신된 24비트 오디오데이터를 최소유효바이트 즉, 8비트의 최소유효비트들 및 나머지 바이트들 즉, 16비트의 최대유효비트들로 분리한다.
도 2는 바이트분리기(11)에 의해 수행되는 데이터분리동작을 보여준다. 도 2에서, 첫 번째 바이트 및 두 번째 바이트는 전술한 나머지 바이트들이며, 마지막 바이트는 최소유효바이트이다. 그러므로, 첫 번째 바이트 및 두 번째 바이트 즉, 16비트의 최대유효비트들로 표현되는 2바이트 데이터는 허프만부호발생기(15)로 입력된다. 그리고, 마지막 바이트 즉, 최소유효바이트로 표현되는 1바이트 데이터는 전송부(13)로 입력된다.
바이트분리기(11)로부터 2바이트 데이터를 수신하는 허프만부호발생기(15)는, 수신되는 2바이트 데이터의 기설정된 데이터단위마다 데이터의 발생빈도들에 근거하여, 허프만부호를 발생한다. 보다 상세하게는, 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대하여, 허프만부호발생기(15)는 제 2데이터의 최대유효바이트데이터에 대한 발생확률들에 근거한 제 1허프만부호 및 제 2데이터 전체에 대한 발생확률들에 근거한 제 2허프만부호를 발생한다. 그런 다음, 제 1허프만부호를 이용하여 제 2데이터의 최대유효바이트데이터를 그리고 제 2허프만부호를 이용하여 제 2데이터를 각각 부호화한다. 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대한 부호화가 완료되면, 허프만부호발생기(15)는 제 1허프만부호에 근거하여 부호화된 최대유효바이트데이터 및 부호화되지 않은 최소유효바이트데이터 둘 다에 대응하는 제 1부호화효율, 및 제 2허프만부호에 근거하여 부호화된 제 2데이터에 대응하는 제 2부호화효율을 산출한다. 참고로, 부호화효율은 허프만부호화되기 이전의 데이터량과 부호화된 이후의 데이터량의 비교를 통해 알 수 있다. 허프만부호발생기(15)는 산출된 제 1부호화효율 및 제 2부호화효율중에서 상대적으로 좋은 부호화효율에 대응하는 허프만부호를 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대응하는 허프만부호로 출력한다. 참고로, 허프만부호는 입력 심볼들과 출력 부호어들의 배정관계를 표현하는 것으로, 엔트로피부호화(entropy encoding)의 일종인 가변장부호화(variable length encoding)를 위해 사용되는 대표적인 부호이다. 이러한 허프만부호를 포함한 가변장부호에서는, 보다 빈번하게 발생하는 심볼들은 짧은 부호어들에 할당되며 덜 빈번하게 발생하는 심볼들은 긴 부호어들(codewords)에 할당된다. 허프만부호발생기(15)에 의한 허프만부호의 발생은 허프만부호화를 잘 알고 있는 당업자에게는 명백한 것이므로 그 구체적인 설명은 생략한다. 허프만부호발생기(15)는 발생된 허프만부호들을 담고있는 허프만부호책을 전송부(13) 및 허프만부호기(17)로 출력한다.
허프만부호기(17)는 바이트분리기(11)로부터 출력하는 2바이트 데이터를 허프만부호발생기(15)로부터 공급되는 허프만부호책에 근거하여 부호화시킨다. 이를 위하여, 허프만부호기(17)는 바이트분리기(11)로부터 공급되며 개별 샘플로부터 얻어진 2바이트 데이터를 심볼로 사용하며, 허프만부호책내의 대응하는 허프만부호를 이용하여 심볼에 대응하는 부호어를 결정한다. 그런 다음, 결정된 부호어를 부호화된 2바이트 데이터로서 출력한다.
전송부(13)는 바이트분리기(11)로부터 공급되는 1바이트 데이터, 허프만부호발생기(15)로부터의 허프만부호책 및 허프만부호기(17)로부터의 부호화된 2바이트 데이터를 수신한다. 전송부(13)는 수신된 데이터를 나중에 설명한 오디오복호화장치가 원래의 24비트 오디오데이터를 복원할 수 있는 형태로 출력한다. 전송부(13)로부터 출력되는 데이터는 저장매체(미도시)에 저장되거나 전송채널(미도시)을 통해 도 3에 도시된 오디오복호화장치로 공급된다.
전술한 허프만부호발생기(15)는 기설정된 데이터단위에 들어있는 제 2데이터에 대한 발생확률들에 근거하여 제 1허프만부호 및 제 2허프만부호를 발생하도록 변형할 수 있다. 이 경우, 허프만부호발생기(15)는 제 2데이터의 모든 비트들에 대한 부호화가 가능한 허프만부호를 발생하며, 허프만부호기(17)는 이 허프만부호에 근거하여 제 2데이터를 부호화시킨다.
도 3에 보여진 오디오복호화장치에서, 수신부(31)는 도 1의 장치에 의해 생성된 데이터를 수신한다. 수신된 데이터는 전술한 1바이트 데이터, 부호화된 2바이트 데이터, 및 허프만부호들로 이루어진 허프만부호책을 담고 있다. 수신부(31)는 1바이트 데이터를 바이트조합기(33)로 공급하며, 허프만부호책 및 부호화된 2바이트 데이터를 허프만복호기(35)로 공급한다. 허프만복호기(35)는 수신부(31)로부터 공급되는 부호화된 2바이트 데이터를 대응하는 허프만부호에 근거하여 복호화시킨다. 그 결과, 전술한 허프만부호기(17)로 입력되는 것과 동일한 2바이트 데이터가 허프만복호기(35)로부터 출력된다. 바이트조합기(byte combiner)는 허프만복호기(35)로부터 공급되는 2바이트 데이터와 수신부(31)로부터 공급되는 1바이트 데이터를 조합한다. 그 결과, 전술한 바이트분리기(11)로 입력되는 것과 동일한 24비트 오디오데이터가 얻어진다.
전술의 실시예의 경우, 허프만부호발생기(15)가 발생된 허프만부호들을 허프만부호책의 형태로 출력하는 것으로 설명되었다. 그러나, 허프만부호발생기(15)가 허프만부호를 부호트리(code tree)형태로 출력하는 것 역시 당업자에 명백하다. 허프만부호트리가 전송되는 경우, 허프만복호기(35)는 부호화된 2바이트 데이터를 대응하는 허프만부호트리에 근거하여 복호화한다. 참고로, 허프만트리는 허프만부호를 트리형태로 표현하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오디오부호화장치는 각 오디오샘플의 표현에 이용되는 전체 비트들중에서 최대유효바이트 또는 최대유효바이트들을 이용하여 허프만부호와 같은 가변장부호를 발생하며, 발생된 가변장부호에 근거하여 디지털 오디오데이터에 대한 부호화를 수행한다. 따라서, 본 발명은, 허프만부호를 발생하기 위하여 각 오디오샘플을 표현하는 전체 비트들을 이용하는 경우에 비해, 간단한 구조를 가지면서도 정확한 가변장복호화가 가능한 가변장부호를 이용할 수 있다. 그 결과로서, 간단한 구조의 부호발생기를 이용하면서도 원하는 가변장부호를 발생할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오디오부호화장치를 나타낸 블록도,
도 2는 도 1의 장치에서의 바이트분리기에 의한 바이트분리를 설명하기 위한 개념도,
도 3은 도 1의 장치에 의해 얻어진 데이터를 이용하여 디지털 오디오신호를 복원하는 오디오복호화장치를 나타낸 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 바이트분리기 13 : 전송부
15 : 허프만부호발생기 17 : 허프만부호기
31 : 수신부 33 : 바이트조합기
Claims (21)
- 오디오부호화장치에 있어서,디지털 오디오데이터를 수신하며, 수신된 오디오데이터를 최소유효비트들의 제 1데이터 및 나머지 비트들의 제 2데이터로 분리하는 분리기;상기 분리기로부터 제 2데이터를 수신하며, 수신된 제 2데이터의 발생확률들에 근거한 가변장부호(variable-length code)를 수신된 제 2데이터의 기설정된 데이터단위마다 발생하는 가변장부호발생기;상기 가변장부호발생기에서 발생된 가변장부호에 근거하여 상기 분리기로부터 출력되는 제 2데이터를 부호화하는 부호화기; 및상기 분리기로부터 출력되는 제 1데이터, 상기 가변장부호발생기에서 발생된 가변장부호 및 상기 부호화기로부터 출력되는 부호화된 제 2데이터를 서로 대응하는 형태로 외부로 출력하는 전송부를 포함하는 오디오부호화장치.
- 제 1항에 있어서, 수신된 오디오데이터는 바이트의 정수배인 비트들로 표현되는 오디오데이터이며, 제 1데이터는 수신된 오디오데이터의 최소유효바이트데이터를 담고있는 오디오부호화장치.
- 제 2항에 있어서, 수신된 오디오데이터는 16비트 데이터인 오디오부호화장치.
- 제 2항에 있어서, 수신된 오디오데이터는 24비트 데이터인 오디오부호화장치.
- 제 4항에 있어서, 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대하여, 상기 가변장부호발생기는,상기 제 2데이터의 최대유효바이트데이터에 대한 발생확률들에 근거한 제 1가변장부호 및 상기 제 2데이터 전체에 대한 발생확률들에 근거한 제 2가변장부호를 발생하고,상기 제 1가변장부호를 이용하여 상기 제 2데이터의 최대유효바이트데이터를 그리고 상기 제 2가변장부호를 이용하여 상기 제 2데이터를 각각 부호화하고,제 1가변장부호에 근거하여 부호화된 최대유효바이트데이터 및 부호화되지 않은 최소유효바이트데이터 둘 다에 대응하는 제 1부호화효율 및 제 2가변장부호에 근거하여 부호화된 제 2데이터에 대응하는 제 2부호화효율을 산출하며,제 1부호화효율 및 제 2부호화효율중에서 상대적으로 좋은 부호화효율에 대응하는 가변장부호를 상기 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대응하는 가변장부호로 출력하는 오디오부호화장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 부호화기는 상기 가변장부호발생기에서 출력되는 가변장부호가 최대유효바이트데이터를 위한 가변장부호인 경우, 상기 분리기로부터 출력되는 제 2데이터의 최대유효바이트데이터를 상기 가변장부호발생기에서 출력된 가변장부호를 이용하여 부호화하며, 상기 제 2데이터의 최소유효바이트데이터는 그대로 출력하는 오디오부호화장치.
- 제 4항에 있어서, 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대하여, 상기 가변장부호발생기는,상기 제 2데이터의 최대유효바이트데이터에 대한 발생확률들에 근거한 제 1가변장부호 및 상기 제 2데이터 전체에 대한 발생확률들에 근거한 제 2가변장부호를 발생하고,상기 제 1가변장부호 및 상기 제 2가변장부호를 이용하여 제 2데이터를 각각 부호화하고,제 1가변장부호에 근거하여 부호화된 제 2데이터에 대응하는 제 1부호화효율 및 제 2가변장부호에 근거하여 부호화된 제 2데이터에 대응하는 제 2부호화효율을 산출하며,제 1부호화효율 및 제 2부호화효율중에서 상대적으로 좋은 부호화효율에 대응하는 가변장부호를 상기 기설정된 데이터단위동안의 제 2데이터에 대응하는 가변장부호로 출력하는 오디오부호화장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 가변장부호발생기가 발생하는 가변장부호는 허프만부호(Huffman code)인 오디오부호화장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 가변장부호발생기는 발생된 가변장부호를 부호책(codebook) 형태로 출력하는 오디오부호화장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 부호테이블발생기는 발생된 가변장부호를 부호트리(code tree) 형태로 출력하는 오디오부호화장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 전송부는 특정 가변장부호에 대응하는 제 1데이터 및 부호화된 제 2데이터를 다른 가변장부호들에 대응하는 제 1데이터 및 부호화된 제 2데이터로부터 구분할 수 있는 형태로 출력하는 오디오부호화장치.
- 오디오복호화장치에 있어서,디지털 오디오데이터의 부호화에 의해 얻어진 가변장부호들, 제 1데이터 및 부호화된 제 2데이터를 수신하는 수신부;상기 수신부로로부터 가변장부호들 및 부호화된 제 2데이터를 수신하며, 수신된 부호화된 제 2데이터를 대응하는 가변장부호에 근거하여 복호화하는 복호화기; 및상기 수신부로부터 공급되는 제 1데이터와 상기 복호화기로부터 공급되며 상기 제 1데이터에 대응하는 제 2데이터를 조합하여 부호화되기 이전의 원래의 디지털 오디오데이터를 출력하는 데이터조합기를 포함하는 오디오복호화장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 디지털 오디오데이터는 바이트의 정수배인 비트들로 표현되는 오디오데이터이며, 제 1데이터는 상기 디지털 오디오데이터의 최소유효바이트데이터를 담고있는 오디오복호화장치.
- 제 13항에 있어서, 상기 가변장부호들 각각은 기설정된 데이터단위의 디지털 오디오데이터중에서 최소유효바이트데이터를 제외한 나머지 바이트데이터에 대한 발생확률들에 근거하여 발생된 것인 오디오복호화장치.
- 제 14항에 있어서, 디지털 오디오데이터는 16비트 데이터인 오디오복호화장치.
- 제 14항에 있어서, 디지털 오디오데이터는 24비트 데이터인 오디오복호화장치.
- 제 16항에 있어서, 상기 복호화기는 상기 수신부로부터 공급되는 가변장부호가 최대유효바이트데이터를 위한 가변장부호인 경우, 상기 분리기로부터 출력되는 부호화된 제 2데이터의 최대유효바이트데이터를 상기 가변장부호발생기에서 출력된 가변장부호를 이용하여 부호화하며, 상기 부호화된 제 2데이터의 최소유효바이트데이터는 그대로 출력하는 오디오복호화장치.
- 제 12항에 있어서, 가변장부호는 허프만부호(Huffman Code)인 오디오복호화장치.
- 제 12항에 있어서, 가변장부호들은 부호책(codebook) 형태를 갖는 오디오복호화장치.
- 제 12항에 있어서, 가변장부호는 부호트리(code tree) 형태를 갖는 오디오복호화장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 데이터조합기는 제 1데이터가 최소유효비트들이 되며 대응하는 제 2데이터가 나머지비트들이 되도록 상기 제 1데이터 및 상기 제 2데이터를 조합하는 오디오복호화장치.
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1998
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990073634A (ko) | 1999-10-05 |
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