KR100619893B1

KR100619893B1 - 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100619893B1
Application number: KR1020040057739A
Authority: KR
Inventors: 김찬우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-09-19
Also published as: JP2006039559A; EP1619665A1; ATE480852T1; KR20060008078A; EP1619665B1; DE602005023385D1; CN1737904A

Abstract

본 발명은 휴대단말기에서 음성신호를 청각적 효과를 반영하여 높은 압축률로 코딩하면서도 저전송률로 전송하는 것으로, 휴대단말기의 암호부에 입력되는 음성급 스피치 신호를 청각적 효과가 반영되는 피엘피 계수 처리하여 계수값과 게인값을 출력하는 피엘피 계수부; 피엘피 계수부에 입력되는 음성급 스피치 신호가 유성음 신호인지 무성음 신호인지를 판단하여 식별신호를 출력하는 유성무성식별부; 유성무성식별부의 출력신호를 입력하고 무성음 신호를 차단하여 유성음 신호만을 통과시키는 무성차단부; 무성차단부로부터 인가되는 유성음신호를 분석하여 피치주기를 검출하고 출력하는 피치검출부; 피엘피 계수부와 피치검출부와 유성무성식별부로부터 각각 인가되는 값들을 이용하여 낮은 차수의 저전송률 파라메터 코딩하는 코딩부가 포함되는 특징과, 또한, 휴대단말기의 암호부에 입력되는 음성급 스피치 신호를 저전송률로 처리하여 전송할 것인지 판단하는 과정; 저전송률 전송하는 것으로 판단하는 경우, 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고, 필터뱅크 처리하는 에프에프티 과정; 신호를 사람의 청각에 적합하게 라우드니스 처리하고 파워매칭 처리하여 출력하는 청각과정; 신호를 역패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고 청각에 적합하게 위상보정 처리하는 역에프에프티 과정; 신호를 청각에 적합하게 주파수 특성 처리하고 파라메터 코딩하여 저전송률로 송신하는 전송과정을 특징으로 한다.

Description

휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 및 방법{A METHOD AND A APPARATUS OF ADVANCED LOW BIT RATE LINEAR PREDICTION CODING WITH PLP COEFFICIENT FOR MOBILE PHONE}

도1 은 일반적인 저전송률의 선형예측코딩 음성신호 출력 모델 기능 구성도,

도2 는 종래 기술 휴대단말기의 저전송률 선형예측코딩 장치 기능 구성도,

도3 은 종래 기술에 의한 휴대단말기의 저전송률 선형예측코딩 방법 순서도,

도4 는 본 발명 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 기능구성도,

도5 는 본 발명 휴대단말기의 피엘피 계수부 상세 기능구성도,

도6 은 본 발명 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법 순서도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

500 : 암호부 510 : 피엘피 계수부 511 : 에프에프티부

512 : 필터뱅크부 513 : 라우드니스부 514 : 매칭부

515 : 역에프에프티부 516 : 위상처리부 517 : 주파수특성부

520 : 유성무성식별부 530 : 무성차단부 540 : 피치검출부

550 : 코딩부

본 발명은 휴대단말기의 음성신호 저전송률 코딩에 관한 것으로, 특히, 청각적 효과가 반영된 PLP 계수를 사용하여 음성신호를 높은 압축률로 코딩하면서도 낮은 전송률로 전송하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 및 방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템은 휴대단말기(MS: MOBILE STATION)를 이용하여 해당 기지국(RAN: RADIO ACCESS NETWORK)이 형성하는 서비스 영역(SERVICE AREA) 안을 자유롭게 이동하면서 이동교환국(MSC: MOBILE SWITCHING CENTER)의 감시와 제어와 스위칭(SWITCHING)에 의하여 설정된 통신경로를 경유하고, 언제 어디서나 원하는 상대방과 즉시 무선접속하여 통신하는 것으로, 개인이 항상 직접 휴대하면서 어디든지 이동하는 첨단 무선통신장비 이다.

상기 휴대단말기(UE)를 포함하는 이동통신 시스템은, 초기에 음성급 신호를 이용하는 통신방식으로 운용되고, 점차 통신요구 및 전송하고자 하는 데이터의 량이 많아지므로 숫자, 문자, 기호 등을 이용하는 메시지 데이터 통신 기능이 부가되었고, 현재의 3세대(3GPP) 이동통신 시스템은, 상기의 음성급 신호와 문자급 신호에 영상신호가 포함되는 멀티미디어급 통신을 제공하는 방식으로 발전하고 있다.

상기 이동통신 시스템은 한정된 무선자원을 이용하여 다수 가입자가 동시에 채널을 할당받아 점유하고, 통신신호를 전송하며, 상기 채널은 다수가 동시에 사용하도록 하기 위하여 대역폭을 제한하므로, 전송할 수 있는 데이터 전송속도(BIT RATE)가 제한된다.

상기와 같이 할당된 채널을 통하여 전송할 수 있는 데이터 속도가 제한되므로, 다수가 동시에 채널을 할당받아 통신할 수 있는 장점이 있으나, 상기 통신 이용자는 서로 상대방에게 많은 데이터를 전송하고자 한다.

상기와 같이 할당된 채널의 제한된 데이터 전송속도를 이용하여 많은 데이터를 전송하는 기술이 압축 코딩기술이며, 상기 압축 코딩기술은 압축률이 높을 수록, 적은 크기의 데이터로 많은 정보를 전송한다.

상기 휴대단말기에서의 음성신호 압축에는 다수 코딩방식이 있으며, 데이터 전송속도로 구분되는 압축 코딩방식에는 넓은 대역폭 또는 높은 전송속도의 채널을 필요로 하는 것으로, 약 16 KBPS 보다 높은 전송률의 고전송률(HIGH BIT RATE) 코딩(CODING) 방식과, 보통의 대역폭 또는 전송속도의 채널을 필요로 하는 것으로, 2.4 KBPS 내지 16 KBPS 범위의 전송률에 의한 중전송률(MEDIUM BIT RATE) 코딩 방식과 낮은 대역폭 또는 전송률의 채널을 필요로 하는 것으로, 75 BPS 내지 2.4 KBPS 범위의 전송률에 의한 저전송률(LOW BIT RATE) 코딩 방식이 있다.

상기 음성신호의 코딩에서 샘플링 레이트는 일반적으로 8 KBPS를 사용하고, 고전송율(HIGH BIT RATE) 코딩 방식은 일반적인 오디오 코딩을 이용하는 스피치 코딩(SPEECH CODING) 방식, PCM(PULSE CODE MODULATION) 코딩 방식, ADPCM(ADAPTIVE DELTA PULSE CODE MODULATION) 코딩 방식 등이 있고, 중전송률(MEDIUM BIT RATE) 코딩 방식은 CELP와 해당 VARIATION에 의한 것으로, LD-CELP 코딩 방식, CS-ACELP 코딩 방식, VSELP 코딩 방식, MELP 코딩 방식과, 필요에 따라, 높은 주파수 성분(8 KHz 내지 16 KHz)을 다른 방식으로 코딩한 광대역 스피치 코딩(WIDE BAND SPEECH CODING) 방식 등이 있다.

또한, 상기 저전송률(LOW BIT RATE) 코딩 방식은 LPC(LINEAR PREDICTIVE CODING) 코딩 방식, RELP(RANDOM EXCITED LINEAR PREDICTIVE CODING) 코딩 방식, FORMANTS VOCODER 코딩 방식, CEPSTRAL VOCODER 코딩 방식 등이 있다.

상기 고전송률 코딩은 많은 데이터를 전송하므로, 송수신되는 음질이 가장 좋으며, 음질을 중요시하는데 적용되고, 상기 중전송률 코딩은 음질이 보통이며, 상기 저전송률 코딩은 음질이 중요하지 않고, 내용을 확인하는데 충분한 응용분야에 적용된다.

상기 휴대단말기에 할당된 채널은 데이터 전송속도(BIT RATE)가 고정 제한되어 있고, 전송하고자 하는 정보의 량은 음성신호를 포함하여, 문자 등의 데이터 신호와, 영상 또는 이미지 신호가 포함되어 많으므로, 압축 코딩 기술을 사용하는 동시에, 음성급 신호는 적은 대역폭을 점유하는 저전송률 코딩 방식을 채택한다.

따라서, 상기와 같이 저전송률(LOW BIT RATE) 코딩 방식으로 음성을 압축하여 전송하는 경우, 음질이 나쁜 문제가 있으므로, 저전송률 코딩 방식에서 음질을 제고하는 동시에 압축 효율을 높이는 기술 개발의 필요가 있다.

이하, 종래 기술에 의한 휴대단말기의 저전송률 음성코딩 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

종래 기술을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도1 은 일반적인 저전송률의 선형예측코딩 음성신호 출력 모델 기능 구성도 이고, 도2 는 종래 기술에 의한 휴 대단말기의 저전송률 선형예측코딩 장치 기능 구성도 이며, 도3 은 종래 기술에 의한 휴대단말기의 저전송률 선형예측코딩 방법 순서도 이다.

상기 도1을 참조하여, 일반적인 저전송률의 선형예측코딩 음성신호 출력모델을 설명하면, 유성음부(10)는 피치주기(PITCH PERIOD) 신호를 인가받고, 상기 입력된 피치주기 신호의 주기에 의하여 임펄스 열(IMPULSE TRAIN)에 의한 유성음(VOICE SOUND) 신호(음성신호)를 생성(GENERATION)하여 출력하며, 상기 유성음부(10)로부터 출력되는 유성음 신호는 글로탈(GLOTTAL) 필터부(20)에 인가되어 음성신호 성분으로 형성(SHAPING)되어 출력된다.

상기 글로탈 필터부(20)에서 출력되는 신호는, 멀티플라이어부(30)에 인가되어 음성게인(VOICE GAIN)(Av) 값이 곱하여지므로, 적정한 레벨로 조절되어 스위치부(60)에 인가된다.

무성음부(40)는, 랜덤노이즈(RANDOM NOISE)에 의한 무성음(UNVOICE SOUND) 신호(비음성 신호)를 생성하여 해당 멀티플라이어부(50)에 출력하고, 상기 멀티플라이어부(50)는 잡음게인(NOISE GAIN)에 의한 An값을 곱하므로, 적정한 레벨로 조절되어 스위치부(60)에 인가된다.

상기 스위치부(60)는, 유성음 신호(혹은 음성 신호)와 무성음 신호(혹은 비음성 신호)를 스위칭하여 선택 출력하므로, 여기된 신호(EXCITATION SIGNAL)Ug[n]를 출력하며, 상기 여기된 신호(Ug[N])는 보칼필터부(70)에 인가되어 보칼트랙(VOCAL TRACT) 처리한 신호(Hvocal(z))로 출력한다.

상기 Hvocal(z)은 보칼필터부(70)를 DISCRETE-TIME MODELING 한 것이며, 이 것을 기반으로 선형예측코딩(LPC: LINEAR PREDICTION CODING)을 한다.

즉, 무성음 신호(UNVOICED SIGNAL)는 RANDOM NOISE로 여기(EXCITATION)되어 발생되지 않으나, LPC 보코더(VOCODER)는 RANDOM NOISE로 여기 해주고, 유성음부(10)의 주기는 피치(PITCH)가 되며, PITCH EXTRACTION ALGORITHM으로 추출한다.

상기 보칼필터부(70)의 신호(Hvocal(z))는 래디에이션 필터부(80)에 인가되어 래디에이션(RADIATION) 처리(Hrad(z))하므로 최종적인 스피치 신호(S[n])로 출력한다.

상기와 같은 구성에 의한 것으로, 일반적인 저전송률의 선형예측코딩 음성신호 출력 모델은, L. R. RABINER 와 R. W. SCHAFER에 의하여 1978년 발표된 문헌 "DIGITAL PROCESSING OF SPEECH SIGNAL" ENGLEWOOD CLIFFS, NJ: PRENTICE HALL 에 자세히 설명되어 있다.

상기와 같은 모델에서 피치주기(PITCH PERIOD)는 약간씩 차이가 있으나, 음성급 스피치 신호가 출력되는 기능을 회로적인 기능으로 설명할 수 있다.

이하, 상기 첨부된 도2를 참조하여, 종래 기술에 의한 휴대단말기의 저전송률 선형예측코딩 장치를 설명한다.

휴대단말기의 암호부(100)에 스피치 신호(S[n])가 입력되면, 오토코리레이션부(110)에서 입력하여 오토코리레이션(AUTOCORRELATION) 함수(FUNCTION)를 연산(COMPUTATION)한 신호(rx[n])를 출력하며, 상기 신호(rx[n])는 LP 계수부(130)에 인가되어 계수(an)와 게인(G)이 연산되어 코딩부(160)에 출력된다.

또한, 상기 암호부(100)에 입력된 스피치 신호(S[n])는, 유성/무성식별부 (120)에 인가되고 분석되므로, 유성음 신호인지 무성음 신호인지를 구별하는 해당 식별신호를 생성하여 상기 코딩부(160)에 인가하는 동시에, 상기 입력되는 스피치 신호(S[n])를 무성차단부(140)에 출력하여 무성음 신호를 차단하고, 유성음 신호만을 통과시켜 피치검출부(150)에 인가한다.

상기 피치검출부(150)는 입력되는 유성음 신호로부터 피치주기(PITCH PERIOD) 신호(P)를 검출하여 상기 코딩부(160)에 출력한다.

상기 코딩부(160)는 입력되는 계수(an)와, 게인(G)과, 피치주기(P)와, 유성/무성 식별신호를 파라메터 코딩(CODING) 또는 저전송률로 인코딩(ENCODING)하여 제어부(300)에 출력하고, 상기 제어부(300)의 해당 처리에 의하여 무선부(400)에 인가되므로, 지정된 상대방에 송신한다.

상기 무선부(400)를 통하여 상대방으로부터 수신된 저전송률 음성급 신호는 제어부(300)의 해당 분석 및 제어에 의하여 복호부(200)에 인가되고, 상기 복호부(200)는 디코딩부(210)에서 입력하여, 해당 파라메터(PARAMETER)를 분리검출하고, 상기 검출된 파라메터를 각각 출력한다.

상기 디코딩부(210)로부터 출력되는 파라메터 중에서, 피치주기(P) 파라메터는 유성음발생부(220)에 인가되어 유성음 신호를 해당 피치주기에 의하여 생성하도록 하며, 상기 생성된 유성음은 스위치부(240)에 출력한다.

상기 스위치부(240)는 무성음발생부(230)로부터 인가되는 무성음신호도 함께 입력하고, 상기 디코딩부(210)로부터 출력되는 파라메터 중에서 유성/무성 식별신호 파라메터를 입력하며, 상기 유성음발생부(220)로부터 인가되는 유성음신호와 상 기 무성음발생부(230)로부터 인가되는 무성음신호를 선택적으로 멀티플라이어부(250)에 출력한다.

상기 멀티플라이어부(250)는, 상기 디코딩부(210)로부터 인가되는 게인(G) 파라메터에 의하여, 상기 스위치부(240)로부터 입력되는 유성음신호와 무성음신호를 소정 레벨로 조정하여 신서사이저부(260)에 출력하며, 상기 신서사이저부(260)는 상기 디코딩부(210)로부터 인가되는 계수(an)에 의하여 상기 멀티플라이어부(250)로부터 입력되는 신호를 처리하므로 스피치 신호(S[n])로 복조하여 출력한다.

상기와 같은 구성의 종래 기술에 의한 저전송률 선형예측코딩 장치는 구성이 복잡하고 부피가 커지며 제조시간과 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.

이하, 상기 첨부된 도3을 참조하여, 종래 기술에 의한 것으로, 휴대단말기의 저전송률 선형예측코딩 방법을 설명한다.

휴대단말기(MS)로 음성신호의 저전송률(LOW BIT RATE) 코딩(CODING)하고 전송하는 경우(S10), 입력되는 음성신호 또는 스피치 신호를 오토코리레이션(AUTOCORRELATION) 연산(COMPUTATION)하고(S20), LP 계수(COEFFICIENT) 연산한다(S30).

상기 연산에서 구하여진 계수값(an)과 게인값(G)과 피치주기값(P)과 유성/무성 식별신호를 이용하여 파라메터 코딩하고 저전송률(LOW BIT RATE) 방식으로 지정된 상대방에게 전송한다(S40).

상기 휴대단말기(MS)는, 상대방으로부터 음성신호를 수신하고, 디코딩(DECODING)하는 경우(S50), 저전송률 수신한 신호를 해당 디코딩 처리하여 복조된 음성급 신호 또는 스피치 신호로 출력한다(S60).

상기와 같은 구성의 종래 기술은, 음성신호를 코딩 또는 인코딩하는 과정에서 오토코리레이션 연산과 엘피 계수 연산하므로 과정이 복잡한 동시에 사람의 청각적 효과를 반영하지 못하여 엠에스이(MSE: MEAN SQUARED ERROR) 측면에서 오차가 크게 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 휴대단말기의 음성급 신호를 코딩하고 저전송률로 송신하는데 있어서, 피엘피(PLP) 계수 처리하므로, 사람의 청각적 효과를 반영하고 엠에스이(MSE) 개념으로 오차를 적게하여 음질을 높이며, 비트레이트를 줄이어 압축효율을 제고하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 및 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 휴대단말기의 암호부에 입력되는 음성급 스피치 신호를 청각적 효과가 반영되는 피엘피 계수 처리하여 계수값과 게인값을 출력하는 피엘피 계수부와; 상기 피엘피 계수부에 입력되는 음성급 스피치 신호가 유성음 신호(음성 신호)인지 무성음 신호(비음성 신호)인지를 판단하여 식별신호를 출력하는 유성무성식별부와; 상기 유성무성식별부의 출력신호를 입력하고 무성음 신호를 차단하여 유성음 신호만을 통과시키는 무성차단부와; 상기 무성차단부로부터 인가되는 유성음신호를 분석하여 피치주기를 검출하고 출력하는 피치검출부와; 상기 피엘피 계수부와 피치검출부와 유성무성식별부로부터 각각 인가되는 값들을 이용하여 낮은 차수의 저전송률 파라메터 코딩하는 코딩부가 포함되어 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 휴대단말기의 암호부에 입력되는 음성급 스피치 신호를 저전송률로 처리하여 전송할 것인지 판단하는 과정과; 상기 과정에서 저전송률 전송하는 것으로 판단하는 경우, 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고, 필터뱅크 처리하는 에프에프티 과정과; 상기 과정의 신호를 사람의 청각에 적합하게 라우드니스 처리하고 파워매칭 처리하여 출력하는 청각과정과; 상기 과정의 신호를 역패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고 청각에 적합하게 위상보정 처리하는 역에프에프티 과정과; 상기 과정의 신호를 청각에 적합하게 주파수 특성 처리하고 파라메터 코딩하여 저전송률로 송신하는 전송과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 것으로, 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도4 는 본 발명에 의한 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치 기능구성도 이며, 도5 는 본 발명에 의한 휴대단말기의 피엘피 계수부 상세 기능구성도 이고, 도6 는 본 발명에 의한 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법 순서도 이다.

상기 도4를 참조하여, 본 발명에 의한 것으로, 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치를 설명하면, 이동통신용 휴대단말기(MS)의 암호부(500)에 입력되는 음성급 스피치 신호(S[n])를 청각적 효과가 반영되고 낮은 차수가 적용되는 피엘피(PLP: PERCEPTUAL LINEAR PREDICTION) 계수 처리하여 계수값(an)과 게인값(G)을 출력하는 것으로, 휴대단말기(MS)의 암호부(500)에 입력되는 음성급 스피치 신호를 패스트 퓨리어 트랜스폼(FFT: FAST FOURIER TRANSFORM) 처리하여 출력하는 에프에프티부(511); 상기 에프에프티부(511)의 신호를 입력하여 소정 주파수 밴드별로 구분 여파하고 샘플링하여 출력하는 필터뱅크(CRITICAL BAND INTEGRATION AND RESAMPLING)부(512); 상기 필터뱅크부(512)의 신호를 입력하여 사람의 청각에 적합하도록 이퀄라이져 처리와 라우드니스 처리하여 출력하는 라우드니스(EQUAL-LOUDNESS CURVE)부(513); 상기 라우드니스부(513)의 신호를 입력하고 사람의 청각에 적합하게 전력레벨을 조정하는 매칭(POWER LAW OF HEARING)부(514); 상기 매칭부(514)의 신호를 입력하고 역(INVERSE) 패스트 퓨리어 트랜스폼(FFT) 처리 출력하는 역에프에프티부(515); 상기 역에프에프티부(515)의 신호를 입력하고 사람의 청각에 적합하게 위상보상하여 출력하는 위상처리(SOLVING SET OF LINEAR EQUATIONS)부(516); 상기 위상처리부(516)의 신호를 입력하고 사람의 청각에 적합하게 주파수 특성을 보상하여 출력하는 주파수특성(CEPSTRAL RECURSION)부(517)로 이루어지고, 암호부(500)에 입력되는 음성급 스피치 신호를 분석하여 사람의 청각적 효과가 낮은 차수로 반영되는 계수값과 이득값의 파라메터를 각각 검출하여 코딩부(550)에 출력하는 피엘피 계수부(510)와,

상기 피엘피 계수부(510)에 입력되는 음성급 스피치 신호가 유성음 신호인지 무성음 신호인지를 판단하여 해당 식별신호를 출력하는 것으로, 암호부(500)에 입력되는 음성급 스피치 신호를 분석하여, 유성음(VOICE SOUND) 신호이면 유성음 식 별신호를 코딩부(550)에 파라메터로 출력하고, 무성음(UNVOICE SOUND) 신호이면 무성음 식별신호를 코딩부(550)에 파라메터로 출력하는 유성무성식별부(520)와,

상기 유성무성식별부(520)의 출력신호를 입력하고 무성음 신호를 차단하여 유성음 신호만을 통과시키는 무성차단부(530)와,

상기 무성차단부(530)로부터 인가되는 유성음신호를 분석하여 피치주기를 검출하고 출력하는 것으로, 유성음(VOICE SOUND) 신호의 피치주기 값(P)을 검출하고 파라메터 값으로 코딩부에 출력하는 피치검출부(540)와,

상기 피엘피 계수부(510)와 피치검출부(540)와 유성무성식별부(520)로부터 각각 인가되는 값들을 이용하여 낮은 차수의 저전송률(LOW BIT RATE) 파라메터 코딩하는 것으로, 상기 피엘피 계수부(510)로부터 파라메터로 인가되는 계수값(an)과 이득값(G)을 입력하고, 상기 피치검출부(540)로부터 인가되는 피치주기값(P)을 파라메터로 입력하며, 상기 유성무성식별부(520)로부터 인가되는 유성무성식별신호를 파라메터로 입력하여, 파라메터 코딩(PARAMETER CODING) 처리하고 저전송률(LOW BIT RATE)로 출력하는 코딩부(550)가 포함되어 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 것으로, 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 휴대단말기에서 음성급 스피치 신호를 높은 압축률과 낮은 전송률로 상대방에게 전송하는데 있어서, 선형예측코딩(LPC: LINEAR PREDICTIVE CODING) 방식을 이용하는 것보다 더욱 낮은 계수의 차수를 이용하는 피엘피(PLP: PERCEPTUAL LINEAR PREDICTION) 계수부(510)를 이용하여, 종래의 LPC(LINEAR PREDICTION COEFFICIENT)를 사용하는 경우보다, 압축률을 높이는 동시에, 더욱 낮은 전송률로 전송하는 것이다.

상기 종래 기술에서 적용되는 LPC와 본 발명에서 적용되는 PLP의 큰 차이는 다음과 같다.

상기 LPC는 기본적으로 다음의 수식 1에 의하여 엠에스이(MSE: MEAN SQUARED ERROR)가 최소의 값이 되도록 a_k 값을 구하는 것이다.

(수식 1)

상기 (수식1)에서, e[n]은 예측 에러(Prediction Error)를 의미하고,

는 n번째 시그널이고,

은 n번째 시그널(

)의 선형 예측값이고, N_pred은 예측 N값을 의미하고, a_k는 선형예측 계수(LP계수를 의미하는 변수)이고, k는 차수를 의미하는 변수이다.

상기 수식 1에 의하여 구해진 계수의 차수는 8 KHz 샘플링 레이트(SAMPLING RATE)를 가지는 경우, 약 10차(8차 내지 12차)를 이용하며, 상기와 같이 구하여진 LP 계수(LPC)가 선형예측을 이용하는 LPC, CELP, MELP, RELP 등의 각종 코딩에 적용되며, 이러한 내용은, W. B. KLEIJIN 과 K. K. PALIWAL에 의한 것으로, SPEECH CODING AND SYNTHESIS, AMSTERDAM, THE NETHERLANDS, ELSEVIER, 1955에 보다 상세히 설명되어 있다.

본 발명에 적용되는 PLP 방식은, 1990년 HERMANSKY의 논문에서 소개된 것으로, 기존의 MFCC(MEL-FREQUENCY CEPSTRAL COEFFICIENT)와 마찬가지로 HUMAN AUDITORY 특성을 이용하지만, DCT(DISCREET-TIME COSINE TRANSFORM)이 수행되는 것인 반면, 선형예측(LINEAR PREDICTION)을 하는 것처럼, LEVINSON-DURBIN RECURSION을 하는 것이 다른 점이며, B. GOLD AND MORGAN의, SPEECH AND AUDIO PROCESSING, NEW YORK, JOHN WILEY & SONS, INC, 2000 문헌 및 H. HERMANSKY의, PERCEPTUAL LINEAR PREDICTIVE(PLP) ANALYSIS OF SPEECH, J. ACOUST. SOC. AM. VOL. 87, PP.1738-1752, 1990 문헌에 보다 상세히 설명되어 있다.

즉, 본 발명은, 저전송률을 위하여 선형예측코딩(LPC)에서 LPC(LINEAR PREDICTION COEFFICIENT) 계수를 적용하는 대신에 PLP(PERCEPTUAL LINEAR PREDICTION) 계수를 적용하는 것이 중요한 차이점이다.

일반적인 LPC 계수를 적용하여 신서시스 필터(SYNTHESIS FILTER)를 구성하며, 상기 LPC 계수가 a_i 로 주어지면 신서시스 필터 즉, 오류 예측 필터(ERROR PREDICTION FILTER)는 아래 수식 2와 같이 표현된다.
(수식 2)

상기 수식 2를 이용하여 추출된 피치(PITCH) 정보와 유성음/무성음 정보를 적용하고, LPC 계수와 피치 정보, 그리고 유성무성 식별신호를 전송한다.

그러나, 본 발명에서는 PLP 계수를 적용하여 스펙트럼(SPECTRUM)을 구하는 것이다.

상기 PLP 계수에는 사람의 청각적 효과가 반영되므로, 상기 PLP 계수를 적용하여 연산된 스펙트럼의 엠에스이(MSE) 값은 LPC 계수를 적용한 값보다 오차(ERROR)가 크지만, 청각적 효과를 고려하였을 경우는 오차가 더 작게된다.

상기 PLP 계수로 SHORT-DELAY PREDICTION을 하면, SAMPLING RATE를 8 KHz로 하는 경우, 7차 계수를 적용하여 전송률(BIT RATE)을 낮추며, 유성무성식별신호와 피치주기 신호에 의한 파라메터 정보가 전송되어야 하므로, 더 이상의 낮은 차수를 적용하지 못한다.

그러므로, 종래의 10 차 계수를 적용하는 경우보다 7 차 계수를 적용하므로, 약 30 %의 전송률을 낮추는 장점이 있다.

복호부에 구성되는 것으로, 음성급 스피치 신호를 생성하여 출력하는 신서사이저는 LPC 계수를 사용하는 경우와 동일하거나 유사한 방법으로 신서시스 필터를 하며, 아래 수식 3과 같이 표현된다.

(수식 3)

본 발명의 구성을 좀더 상세히 설명하면, 암호부(500)에 음성급 스피치 신호(S[n])가 입력되면, 피엘피 계수부(510)에서 입력하는 동시에 동일한 신호를 유성무성식별부(520)로 입력한다.

상기 피엘피 계수부(510)는 입력되는 스피치 신호(S[n])를 에프에프티부(511)에서 패스트 퓨리어 트랜스폼(FAST FOURIER TRANSFORM) 처리하고, 필터뱅크부(512)에서, 일 실시 예로, 약 26개 정도로 이루어지는 필터뱅크부(512) 구성에 의하여 각각의 해당 필터에 의한 주파수 단위로 잡음(NOISE) 성분을 제거하며, 라우드니스부(513)에 인가되어 사람에게 적합한 신호가 되도록 이퀄라이저(EQUALIZER) 처리와 라우드니스(LOUDNESS) 처리된다.

상기와 같이 처리된 음성급 스피치 신호는, 상기 매칭부(514)에 인가되어 사람이 듣기에 적당한 전력(POWER)으로 매칭(MATCHING) 처리되고, 역에프에프티부(515)에 인가되어 역(INVERSE) 패스트 퓨리어 트랜스폼(FFT) 처리되며, 상기 위상처리부(516)에 인가되어 사람이 청각적으로 듣기 적당한 위상(PHASE)이 되도록 위상보정 처리되고, 상기 주파수특성부(517)에 인가되어 사람이 청각적 특성이 반영되도록 주파수 특성 보상처리되어 출력된다.

상기와 같이 피엘피 계수부(510)는 입력되는 음성급 스피치 신호를 사람의 청각적 특성을 반영한 낮은 차수의 계수값(an)과 이득값(G)을 파라메터값으로 코딩부(550)에 출력한다.

상기 유성무성식별부(520)는 입력되는 음성급 스피치 신호가 유성음(VOICE SOUND) 신호 인지 무성음(UNVOICED SOUND) 신호 인지의 판단 및 식별 신호를 상기 코딩부(550)에 출력하는 동시에, 스피치 신호를 무성차단부(530)에 인가하므로 무성음 신호가 통과되지 못하도록 차단하며, 유성음 신호만이 통과되도록 한다.

상기 무성차단부(530)에 의하여 유성음 신호만을 입력하는 피치검출부(540)는, 상기 입력되는 유성음 신호를 분석하여 피치 주기(P)를 검출하고, 상기 검출된 피치 주기(P)를 코딩부(550)에 파라메터값으로 출력한다.

상기 코딩부(550)는 피엘피 계수부(510)로부터 인가되는 것으로, 청각적 특성이 반영된 계수값(an), 게인값(G) 파라메터를 입력하고, 상기 유성무성식별부(520)로부터 유성무성식별신호를 파라메터로 입력하며, 상기 피치검출부(540)로부 터 피치주기(P)를 파라메터로 입력한다.

상기 코딩부(550)는, 상기와 같이 각각 입력되는 파라메터값 만을 이용하여 음성급 스피치 신호를 코딩 처리하므로, 계수의 차수가 낮은 전송률로 압축하여 출력 송신한다.

따라서, 상기와 같은 구성의 본 발명은, PLP 계수를 이용하여 차수를 낮추므로, 압축률을 높이는 장점과 더욱 낮은 전송률로 음성급 신호를 전송하는 장점이 있다.

이하, 상기 첨부된 도6을 참조하여 본 발명에 의한 것으로, 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법을 설명한다.

이동통신용 휴대단말기(MS)의 암호부(500)에 입력되는 음성급 스피치 신호를 저전송률(LOW BIT RATE)로 처리하여 전송할 것인지 판단하는 과정(S100)과,

상기 과정(S100)에서 저전송률 전송하는 것으로 판단하는 경우, 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고, 필터뱅크 처리하는 것으로, 휴대단말기(MS)의 암호부(500)에 입력되는 음성급 스피치 신호를 패스트 퓨리어 트랜스폼(FFT) 처리하는 과정(S110); 상기 과정(S110)의 음성급 스피치 신호를 필터뱅크 처리하여 사람의 청각적 특성에 적합하게 잡음 성분을 제거하는 과정(S120)으로 이루어지는 에프에프티 과정과,

상기 에프에프티 과정의 신호를 사람의 청각에 적합하게 라우드니스 처리하고 파워매칭 처리하여 출력하는 것으로, 상기 에프에프티 과정의 음성급 스피치 신호를 사람의 청각에 적합한 크기의 소리 성분으로 라우드니스 처리하여 통과시키는 과정(S130); 상기 과정(S130)의 신호를 사람이 청각적으로 듣기 적합하도록 출력전력을 매칭하는 과정(S140)으로 이루어지는 청각과정과,

상기 청각과정의 신호를 역패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고 청각에 적합하게 위상보정 처리하는 것으로, 상기 청각과정의 음성급 스피치 신호를 역패스트 퓨리어 트랜스폼(IFFT) 처리하는 과정(S150); 상기 과정(S150)의 음성급 스피치 신호를 사람의 청각에 적합하게 하는 SOLVING SET OF LINEAR EQUATION의 더빈(DURBIN) 처리에 의하여 위상보상 하는 과정(S160)으로 이루어지는 역에프에프티 과정과,

상기 역에프에프티과정의 신호를 청각에 적합하게 주파수 특성 처리하고 파라메터 코딩하여 저전송률로 송신하는 것으로, 상기 역패스트 퓨리어 트랜스폼 과정의 음성급 스피치 신호를 사람의 청각에 적합하게 캡스트럴 리커젼(CEPSTRAL RECURSION) 처리에 의하여 주파수 특성을 보상하는 과정(S170); 상기 과정(S170)의 음성급 스피치 신호를 각각의 해당 파라메터로 코딩(CODING) 처리하여 저전송률(LOW BIT RATE)로 송신하는 과정(S180)으로 이루어지는 전송과정으로 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 것으로, 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이동통신용 휴대단말기의 암호부(500)는 입력되는 음성급 신호를 저전송률(LOW BIT RATE)로 상대방에 전송하고자 하는지 판단하고(S100), 상기 판단(S100)에서 음성급 신호를 저전송률로 전송하는 경우, 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하며(S110), 필터뱅크 처리하여 잡음성 신호를 제거한다(S120).

상기와 같이 처리된 음성급 신호를 라우드니스 처리하여, 사람의 청각적 특 성에 적합한 성분을 출력하고(S130), 상기 신호를 청각적 특성에 의하여 듣기 적당하도록 출력레벨을 조정하는 파워 매칭 처리하며(S140), 역(INVERSE) 패스트 퓨리어 트랜스폼(FFT) 처리한다(S150).

상기와 같이 처리된 신호를 사람의 청각에 의하여 듣기 적당하도록 위상보정 처리하고(S160), 또한, 청각적 특성에 적합하도록 주파수 특성 보상처리한다(S170).

상기와 같이 피엘피 계수부에 의하여, 입력된 음성급 스피치 신호를 사람의 청각적 특성이 반영되도록 처리하여, 차수가 낮아진 계수값(an)과 이득값(G)을 파라메터 값으로 코딩부(550)에 출력하며, 상기 코딩부(550)는 피치주기(P) 파라메터와 유성무성식별신호를 각각 입력하여 파라메터 코딩하므로, 낮은 차수에 의하여 높은 압축률로 압축하는 동시에 저전송률로 코딩하여 지정된 상대방에 송신한다(S180).

따라서, 상기 본 발명은, LPC 계수를 사용하는 종래 기술대비 PLP 계수를 사용하므로, 높은 압축률로 개선하고, 또한, 음성급 신호를 보다 낮은 전송률로 개선 송신하는 장점이 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 음성급 신호를 전송하는데 있어서, PLP 계수를 사용하므로, 청각적 특성을 반영하고, 계수의 차수를 낮추어 압축률을 높이는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 음성급 신호를 개선된 저전송률로 전송하므로, 채널을 효율적으로 운 용하는 사용상 편리한 효과가 있다.

Claims

휴대단말기의 암호부에 입력되는 신호를 청각적 효과가 반영되는 피엘피 계수 처리하여 계수값과 게인값을 출력하는 피엘피 계수부와;

상기 입력 신호가 음성신호인지 비음성 신호인지를 판단하여 식별신호를 출력하는 식별부와;

상기 식별부의 출력신호를 입력하고 비음성 신호를 차단하여 음성신호만을 통과시키는 차단부와;

상기 차단부로부터 인가되는 음성신호를 분석하여 피치주기를 검출하고 출력하는 피치검출부와;

상기 피엘피 계수부와 피치검출부와 식별부로부터 각각 인가되는 값들을 이용하여 낮은 차수의 저전송률 파라메터 코딩하는 코딩부가 포함되어 이루어지는 구성을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치.
제1 항에 있어서, 상기 피엘피 계수부는

상기 입력신호를 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하는 에프에프티부와;

상기 에프에프티부의 출력신호를 소정 주파수 밴드별로 구분 여파하고 샘플링하는 필터뱅크부와;

상기 필터뱅크부의 출력신호를 이퀄라이저 처리와 라우드니스 처리하는 라우드니스부와;

상기 라우드니스부의 출력신호의 전력레벨을 사람이 청취 가능한 영역으로 조정하는 매칭부와;

상기 매칭부의 출력신호를 역패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하는 역에프에프티부와;

상기 역에프에프티부의 출력신호의 위상을 보상하는 위상처리부와;

상기 위상처리부의 출력신호의 주파수 특성을 보상하는 주파수 특성부로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치.
제1 항에 있어서, 상기 피엘피 계수부는

상기 입력신호를 분석하여 사람의 청각적 효과가 반영되는 계수값과 이득값의 파라메터를 각각 검출하여 코딩부에 출력하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치.
제1 항에 있어서, 상기 식별부는

상기 입력 신호를 분석하여, 음성 신호이면 음성 식별신호를 코딩부에 파라메터로 출력하고, 비음성 신호이면 비음성 식별신호를 코딩부에 파라메터로 출력하고,

상기 피치검출부는, 상기 차단부로부터 입력되는 음성 신호의 피치주기 값을 검출하고 파라메터 값으로 코딩부에 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치.
제1 항에 있어서, 상기 코딩부는,

상기 피엘피 계수부로부터 파라메터로 인가되는 계수값과 이득값을 입력하고, 상기 피치검출부로부터 인가되는 피치주기값을 파라메터로 입력하며, 상기 식별부로부터 인가되는 식별신호를 파라메터로 입력하여, 파라메터 코딩 처리하고 저전송률로 출력하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 장치.
휴대단말기의 암호부에 입력되는 신호를 저전송률로 처리하여 전송할 것인지 판단하는 과정과;

상기 과정에서 저전송률 전송하는 것으로 판단하는 경우, 상기 입력신호를 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하고, 필터뱅크 처리하는 에프에프티 과정과;

상기 에프에프티 과정의 처리된 신호를 라우드니스 처리하고 파워매칭 처리하여 출력하는 청각과정과;

상기 청각과정의 처리된 신호를 역패스트 퓨리어 트랜스폼 처리한 후, 위상을 보상하는 역에프에프티 과정과;

상기 역에프에프티 과정에서 처리된 신호의 주파수 특성을 보상하고 파라메터 코딩하여 저전송률로 송신하는 전송과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법.
제6 항에 있어서, 상기 에프에프티 과정은

상기 입력 신호를 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리하는 과정과,

상기 패스트 퓨리어 트랜스폼 처리된 신호를 필터뱅크 처리하여 잡음 성분을 제거하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법.
삭제
삭제
제6 항에 있어서, 상기 전송과정은

상기 역에프에프티 과정에서 처리된 신호를 캡스트럴 리커젼 처리하여 주파수 특성을 보상하는 과정과;

상기 보상된 신호를 각각의 해당 파라메터로 코딩 처리하여 저전송률로 송신하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대단말기의 개선된 저전송률 선형예측코딩 방법.