KR100592926B1 - 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법 - Google Patents

이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음성 압축을 행하기 전에 저역 성분의 제거 및 볼륨 제어를 수행함으로써 이동통신 단말기에서 사용되는 보코더를 통해서 디지털 오디오 파일을 복원할 때 발생하는 음질 저하를 방지할 수 있도록 한 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 관한 것이다.
본 발명은 디지털 오디오신호를 이동통신 단말기용 인코더에 의해 압축하기 전에 소정의 전처리를 수행하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 있어서, (a) 압축에 사용될 디지털 오디오 데이터를 입력받는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 입력받은 디지털 오디오 데이터에서 소정 주파수 이하의 저주파 대역 성분을 제거하는 단계; (c) 상기 저주파 대역 성분이 제거된 디지털 오디오 데이터에 대해 미리 정해진 시간 간격으로 음성 에너지를 계산하는 단계 및 (d) 상기 계산된 음성 에너지가 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는 미리 정해진 증감률에 의해 볼륨을 감소시키고, 작은 경우에는 상기 증감률에 의해 볼륨을 증가시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이동통신, 단말기, 오디오, 보코더, 전처리, 주파수, 볼륨

Description

이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법{digital audio signal preprocessing method for mobile telecommunication terminal}
도 1은 본 발명의 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는 도 1에서 사용되는 저주파노치필터의 응답특성 곡선도이다.
본 발명은 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 단말기에서 사용되는 보코더를 통해서 디지털 오디오 파일을 복원할 때 발생하는 음질 저하를 방지하기 위하여 음성 압축을 행하기 전에 소정의 전처리를 수행하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 관한 것이다.
이동통신 시스템의 음성 채널 대역폭은 유선통신 시스템의 64kbps에 비해서 매우 작기 때문에 음성 신호는 압축하여 전송된다. 현재 이동통신 시스템에서 사용되는 음성압축기법으로는 IS-95의 QCELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction)나 EVRC(Enhanced Variable Rate Coding) 등이 대표적인데, 모두 LPC(Linear Prediction Coding; 선형 예측 부호화) 분석 방법을 기반으로 하는 공통점을 가지고 있다. 이러한 LPC 계역의 음성 압축 기법은 사람의 발성 구조에 최적화된 모델을 사용하고 있어서 사람의 음성을 중전송률이나 저전송률로 압축하는데 매우 효율적이다. 또한 스펙트럼의 효율을 높이고 시스템의 소비전력을 줄이기 위해서 사람이 말을 할 때만 신호를 압축하여 전달하고 사람이 말을 하지 않을 때는 신호를 전달하지 않는 방법을 사용하고 있다.
한편 근래 들어서는 이동통신 단말기의 대중화와 함께 이동통신 단말기를 이용한 멀티미디어의 사용도 일상화되어가고 있다. 그러나 현재의 이동통신 단말기 기술로는 대량의 정보 전송 및 고속의 데이터 처리에 한계가 있어서 고용량, 고품질의 멀티미디어 데이터를 다루는 데는 한계가 있다. 디지털 오디오 데이터 또한 멀티미디어 데이터의 일종으로 현재 유선 상에서 일상화된 wav 포맷은 고용량을 필요로 하며, mp3 포맷 또한 비교적 고용량과 높은 데이터 처리속도를 요구하고 있다. 따라서 저용량 및 낮은 데이터 처리속도의 장점을 갖는 이동통신 단말기 내장 보코더(Vocoder)를 이용해 오디오 데이터를 재생하는 방법이 이용되고 있다.
그러나 휴대폰 내장 보코더를 이용하면 저용량 및 낮은 처리속도의 장점이 있는 것은 사실이나 음성 위주의 신호 압축 및 복원의 특성상 오디오 신호를 다루는 데에는 다소 부적합하기 때문에 보코더에 오디오 데이터를 통과시킨 결과는 상당 수준 왜곡되고 품질이 떨어지는 결과를 보이는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 음성 압축을 행하기 전에 저역 성분의 제거 및 볼륨 제어를 수행함으로써 이동통신 단말기에서 사용되는 보코더를 통해서 디지털 오디오 파일을 복원할 때 발생하는 음질 저하를 방지할 수 있도록 한 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디지털 오디오신호를 이동통신 단말기용 인코더에 의해 압축하기 전에 소정의 전처리를 수행하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 있어서, (a) 압축에 사용될 디지털 오디오 데 이터를 입력받는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 입력받은 디지털 오디오 데이터에서 소정 주파수 이하의 저주파 대역 성분을 제거하는 단계; (c) 상기 저주파 대역 성분이 제거된 디지털 오디오 데이터에 대해 미리 정해진 시간 간격으로 음성 에너지를 계산하는 단계 및 (d) 상기 계산된 음성 에너지가 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는 미리 정해진 증감률에 의해 볼륨을 감소시키고, 작은 경우에는 상기 증감률에 의해 볼륨을 증가시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이동통신 단말기에서 사용될 수 있는 디지털 오디오신호를 생성하기 위해 단계 S10에서는 QCELP나 EVRC와 같은 음성압축 인코더의 입력 포맷으로 적당한 wav 또는 raw 디지털 오디오 데이터를 소스로 지정한다.
한편 현재 이동통신 단말기에서 사용되는 보코더의 특징이 목소리에 적합한 압축 알고리즘을 통한 데이터량의 감소에 있는바, 목소리의 특성에 맞지 않는 신호에 대해서 보코더는 추가적인 부가 정보 데이터를 필요로 하며, 일정한 데이터 량을 유지해야 하는 제약조건에 따라 목소리 이외의 부가정보 데이터는 경우에 따라 버리게 된다. 따라서 오디오 신호에 대해서 보코더는 효율적인 데이터 압축을 하지 못하게 된다. 또한 보코더의 특성상 소정 주파수 이하의 대역, 예를 들어 100Hz 이하의 매우 낮은 저주파 대역에 대해서는 압축 효율이 높지 않아서 추가적인 압축 정보를 필요로 하는 반면에 일상적인 이동통신 단말기의 재생 환경에서 중,고주파 대력의 오디오 신호가 청각적으로 듣기 좋기 때문에 이를 감안하여 단계 S12에서는 저주파노치필터를 사용하여 소정 주파수, 예를 들어 200Hz 이하의 주파수 대역 성분에 대해 점진적으로 감쇠시켜 제거한다. 도 2는 도 1에서 사용되는 저주파노치필터의 응답특성 곡선도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 저주파노치필터에 의해 입력되는 디지털 오디오 데이터 중에서 200Hz 이하의 주파수 성분은 그 이득이 점진적으로 감소되어 제거됨을 알 수가 있다.
한편 QCELP나 EVRC와 같은 압축 알고리즘은 인간의 목소리에 적합하도록 구현되어 있기 때문에 너무 크거나 작은 레벨을 갖는 오디오신호를 코딩하기에는 적합하지 않다. 특히 이러한 오디오신호가 음악일 경우에는 그 효율이 더욱 크게 떨어지게 된다. 이를 감안하여 입력되는 오디오 데이터의 상태에 따라 유동적으로 볼륨을 증가시키거나 감소시키는 알고리즘을 적용하여 음성 압축의 음질 효율을 최대로 만들어주는데, 이 때 볼륨의 증가와 감소는 미리 정해진 시간 간격(T), 예를 들어 50msec의 시간 간격으로 일정하게 이루어지며, 나아가 직전의 오디오 데이터의 크기에 의해 증가 또는 감소를 결정한다.
이를 상세하게 설명하면, 먼저 단계 S14에서는 현재의 시간 간격(t-T, T)까지의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00001
)를 계산하고, 다시 단계 S16에서는 이렇게 계산된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00002
)를 이상적인 음성 에너지로 미리 정해진 소정의 기준치(
Figure 112004057816645-pat00003
)와 비교한다.
단계 S16에서의 비교 결과, 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00004
)가 상기 기준치(
Figure 112004057816645-pat00005
)보다 큰 경우에는 단계 S18로 진행하여 아래의 수학식 1과 같이 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00006
)의 크기를 1로 하고 여기에 미리 정해진 증감률(
Figure 112004057816645-pat00007
)를 감한 값을 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00008
)에 곱하여 이 시간 간격에 대한 음성 에너지로 잠정 결정한다.
Figure 112004057816645-pat00009
다음으로 단계 S20에서는 이렇게 잠정 결정된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00010
)가 음성 에너지의 최대 허용치(
Figure 112004057816645-pat00011
)보다 큰 지를 판단하는데, 큰 경우에는 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00012
)를 최대 허용치(
Figure 112004057816645-pat00013
) 이내로 제한하기 위하여 단계 S22로 진행하여 아래의 수학식 2에서와 같이 최대 허용치(
Figure 112004057816645-pat00014
)를 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00015
)로 결정하게 된다.
Figure 112004057816645-pat00016
한편 단계 S20에서의 판단 결과, 잠정 결정된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00017
)가 최대 허용치(
Figure 112004057816645-pat00018
)보다 작은 경우에는 단계 S24로 진행하여 잠정 결정된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00019
)를 최종적인 음성 에너지로 결정하게 된다.
한편 단계 S16에서의 비교 결과, 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00020
)가 상기 기준치(
Figure 112004057816645-pat00021
)보다 작은 경우에는 단계 S26으로 진행하여 아래의 수학식 3과 같이 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00022
)의 크기를 1로 하고 여기에 미리 정해진 증감률(
Figure 112004057816645-pat00023
)를 더한 값을 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00024
)에 곱하여 이 시간 간격에 대한 음성 에너지로 잠정 결정한다.
Figure 112004057816645-pat00025
다음으로 단계 S28에서는 이렇게 잠정 결정된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00026
)가 음성 에너지의 최소 허용치(
Figure 112004057816645-pat00027
)보다 작은 지를 판단하는데, 작은 경우에는 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00028
)를 최소 허용치(
Figure 112004057816645-pat00029
) 이내로 제한하기 위하여 단계 S30으로 진행하여 아래의 수학식 4에서와 같이 최대 허용치(
Figure 112004057816645-pat00030
)를 현재의 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00031
)로 결정하게 된다.
Figure 112004057816645-pat00032
한편 단계 S28에서의 판단 결과, 잠정 결정된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00033
)가 최소 허용치(
Figure 112004057816645-pat00034
)보다 큰 경우에는 단계 S24로 진행하여 잠정 결정된 음성 에너지(
Figure 112004057816645-pat00035
)를 최종적인 음성 에너지로 결정하게 된다.
이와 같이 하여 최종적인 음성 에너지가 결정되게 되면, 이러한 음성 에너지를 갖도록 오디오 데이터의 볼륨을 증가 또는 감소시키고, 이어서 QCELP나 EVRC와 같은 인코더를 통과시켜 압축을 수행한 후에 자체 저장하거나 유/무선 전송 장치를 통하여 외부로 전송하게 된다. 그리고 이렇게 압축된 데이터는 이동통신 단말기에 기구비된 보코더를 통해 복원된 후에 재생 장치를 통해 음파로 출력되는데, 이에 따라 음질의 저하나 왜곡이 감소된 소리가 음향이 재생되게 된다.
본 발명의 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 이동통신 단말기의 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 따르면, 디지털 오디오신호를 압축할 때 이동통신 단말기에 구비된 보코더의 특성을 감안하여 적절한 전처리를 수행함으로써 이렇게 압축된 오디오신호가 이동통신 단말기에서 복원 및 재생될 때 음질의 저하나 왜곡이 감소된 오디오 신호를 감상할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 디지털 오디오신호를 이동통신 단말기용 인코더에 의해 압축하기 전에 소정의 전처리를 수행하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법에 있어서,
    (a) 압축에 사용될 디지털 오디오 데이터를 입력받는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 입력받은 디지털 오디오 데이터에서 소정 주파수 이하의 저주파 대역 성분을 제거하는 단계;
    (c) 상기 저주파 대역 성분이 제거된 디지털 오디오 데이터에 대해 미리 정해진 시간 간격으로 음성 에너지를 계산하는 단계 및
    (d) 상기 계산된 음성 에너지가 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는 미리 정해진 증감률에 의해 볼륨을 감소시키고, 작은 경우에는 상기 증감률에 의해 볼륨을 증가시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 상기 소정 주파수는 200Hz인 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서 상기 증감률에 의해 결정된 볼륨이 상기 음성 에너지의 최대 허용치보다 큰 경우에는 상기 최대 허용치로 결정하고, 상기 최소 허용치보다 작은 경우에는 상기 최소 허용치로 결정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 디지털 오디오신호의 전처리 방법.
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