KR100723753B1 - 스펙트럼 대역 복사에 의한 오디오 디코딩 장치 및 오디오디코딩 방법 - Google Patents

스펙트럼 대역 복사에 의한 오디오 디코딩 장치 및 오디오디코딩 방법 Download PDF

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Abstract

낮은 비트 전송속도에서 적은 연산량으로써 광대역, 고품질의 오디오 신호가 디코딩된다. 실수 연산을 하도록 구성된 합성 서브밴드 필터에 의한 정현파 신호 주입에 수반되는 원하지 않는 스펙트럼 성분을, 정현파가 주입되는 서브밴드에 인접하는 서브밴드에 억제 신호를 삽입함으로써, 억제할 수 있다. 이로 인하여, 적은 연산량으로써 원하는 정현파를 주입할 수 있게 된다.

Description

스펙트럼 대역 복사에 의한 오디오 디코딩 장치 및 오디오 디코딩 방법{AUDIO DECODING APPARATUS AND AUDIO DECODING METHOD BASED ON SPECTRAL BAND REPLICATION}
본 발명은 적은 정보를 포함하는 부가 정보를 부가함으로써 협대역 오디오 신호로부터 광대역 오디오 신호를 생성하는 오디오 대역폭 확장 시스템의 디코딩 장치 및 디코딩 방법에 관한 것이고, 또한 이 시스템이 적은 연산량으로써 고음질의 재생을 실현할 수 있게 하는 기술에 관한 것이다.
오디오 신호를 작은 데이터 크기로 인코딩하고, 그 코딩된 비트스트림으로부터 오디오 신호를 재생하는 많은 오디오 인코딩 기술이 공지되어 있다. 특히, 국제 표준 규격인 ISO/IEC 13818-7(MPEG-2 AAC)은 작은 코드 크기로써 고음질의 재생을 가능하게 하는 우수한 방법으로 알려져 있다. 이 AAC 코딩 방법은 또한 더욱 최근의 ISO/IEC 14496-3(MPEG-4 Audio) 시트템에도 사용되고 있다.
AAC 등의 오디오 코딩 방법은, 시간 영역의 신호를 소정의 시간 간격으로 샘플링함으로써 시간 영역의 이산(離散) 오디오 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하고, 변환된 주파수 정보를 복수의 주파수 대역으로 분할하여, 각각의 주파수 대역을 적절한 데이터 배분에 따라서 양자화(量子化)함으로써 신호를 인코딩한다. 디코 딩의 경우, 코드 스트림으로부터 주파수 정보를 복원하고, 주파수 정보를 시간 영역 신호로 변환함으로써 재생음을 취득한다. 인코딩을 위하여 공급되는 정보량이 적으면( 낮은 비트 전송속도의 인코딩 등), 코딩 과정에서 각각의 분할된 주파수 대역에 할당되는 데이터 크기가 감소하여, 결과적으로 어떤 주파수 대역은 아무런 정보도 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 디코딩 과정에서는, 아무런 정보도 포함하지 않는 주파수 대역의 주파수 성분에 음(音)이 없는 재생음으로 된다. 일반적으로, 인간의 청각을 기본으로 하는 처리에 의해서 정보를 배분하는 오디오 코딩 방법을 실행하면, 대략 10 ㎑ 이상의 주파수의 음에 대한 감도가 그 보다 낮은 주파수의 음의 감도보다 낮으므로, 고주파 성분 데이터가 대체로 감소하여 협대역 오디오 재생이 실행된다.
대략 96 kbps의 비트 전송속도로 데이터를 공급하면, AAC 방법에서도 44.1 ㎑의 스테레오 신호를 대략 16 ㎑의 대역으로 코딩할 수 있지만, 이 속도의 반, 즉, 48 kbps로 데이터를 공급하여 인코딩하면, 음질을 유지하면서 양자화하여 코딩할 수 있는 대역폭은 최대 10 ㎑ 정도까지 감소한다. 낮은 48 kbps의 비트 전송 속도로 코딩된 재생음은, 협대역으로 되는 것 이외에 음이 분명하지 않다.
협대역 오디오 재생의 코드 스트림에 소량의 부가 정보를 부가함으로써 광대역 재생을 가능하게 하는 방법은, 예로서, 유럽 전기통신 표준 협회(ETSI; European Telecommunication Standards Institute)에서 발표한 "Digital Radio Mondiale(DRM) System Specification(ETSI TS 101 980)"에 기재되어 있다. 또한, SBR(spectral band replication)이라고 알려진 유사한 기술이, 예로서, "음향 기술 협회(AES; Audio Engineering Society) convention paper 5553, 5559, 5560(112th Convention, 2002 May 10-13, Munich, Germany)에 기재되어 있다.
도 2는 SBR을 이용하여 대역 확장을 하는 디코더의 일례의 개략 블록도이다. 입력 비트스트림(206)은, 비트스트림 디멀티플렉서(201)에 의해서 저주파 성분 정보(207), 고주파 성분 정보(208), 및 정현파 부가 정보(209)로 분리된다. 저주파 성분 정보(207)는, 예로서, MPEG-4 AAC 또는 기타 코딩 방법을 사용하여 인코딩된 정보이고, 저역 디코더(202)에 의해서 디코딩되어서 저주파 성분을 나타내는 시간 신호가 생성된다. 저주파 성분을 나타내는 이 시간 신호는 분석 필터 뱅크(203)에 의해서 복수(M)의 서브밴드로 분할되어서 고주파 신호 발생기(204)에 입력된다.
고주파 신호 발생기(204)는, 저주파 성분을 나타내는 저주파 서브밴드 신호를 고주파 서브밴드에 복사함으로써 대역 제한에 의해서 상실된 고주파 성분을 보상한다. 고주파 신호 발생기(204)에 입력되는 고주파 성분 정보(208)는 보상되는 고주파 서브밴드에 대한 게인(gain) 정보를 포함하고 있고, 각각의 생성된 고주파 서브밴드에 대하여 게인이 조정된다.
부가 신호 발생기(211)는, 각각의 고주파 서브밴드에 게인이 제어된 정현파가 부가되도록 주입 신호(212)를 생성한다. 이어서, 고주파 신호 발생기(204)에 의해서 생성된 고주파 서브밴드 신호는 저주파 서브밴드 신호와 함께 합성 필터 뱅크(205)에 입력되어서 대역 합성되고, 출력 신호(210)가 생성된다. 합성 필터 뱅크측의 서브밴드의 수는 분석 필터 뱅크측의 서브밴드의 수와 동일할 필요는 없다. 예로서, 도 2에서, N=2M이면, 출력 신호의 샘플링 주파수는, 분석 필터 뱅크에 입 력되는 시간 신호의 샘플링 주파수의 2배로 된다.
이러한 구성에 있어서, 고주파 성분 정보(208) 또는 정현파 부가 정보(209)에 포함된 정보는 게인 제어에 관한 것 뿐이므로, 필요로 하는 정보량은, 스펙트럼 정보도 포함하는 저주파 성분 정보(207)에 비하여 매우 적다. 따라서, 이 방법은 낮은 비트 전송속도에서의 광대역 신호의 인코딩에 적합하다.
도 2의 합성 필터 뱅크(205)는 각각의 서브밴드에 대하여 실수(實數) 입력과 허수(虛數) 입력 모두를 취하는 필터로 구성되어 있고, 복소(複素) 연산을 실행한 다.
상기와 같이 구성된 대역 확장 디코더는, 복소 연산을 실행하는, 분석 필터 뱅크와 합성 필터 뱅크의, 2개의 필터를 구비하여, 디코딩에 있어서 많은 연산을 필요로 한다. 예로서, LSI 소자로써 디코더를 구성하는 경우의 문제는, 전력 소비가 증가하고 또한 소정의 전원 용량으로써 가능한 재생 시간이 감소하는 것이다. 합성 필터 뱅크로부터의 출력에서 우리가 청취하는 신호는 실수 신호이므로, 연산량을 감소시키기 위해서는, 합성 필터 뱅크를 실수 필터 뱅크로써 구성할 수도 있다. 그러나, 이렇게 하면 연산 회수는 감소되지만, 합성 필터 뱅크가 복소 연산을 실행하는 경우와 동일한 방법을 사용하여 정현파를 부가하면, 순수한 정현파가 실제로 부가되지 않고, 재생되는 오디오에 목적으로 하는 결과가 실현되지 않는다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 하며, 실수 연산 필터 뱅크를 사용하여 적은 연산량으로써 동작함에 따라서 복소 연산 필터 뱅크에 인가하도록 한 부가적인 정현파 생성 신호에, 약간의 변경을 가 함으로써 목적으로 하는 오디오 재생이 실현되는 대역 확장 시스템에 대한 디코딩 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은, 비트스트림으로부터 오디오 신호를 디코딩하는 오디오 디코딩 장치를 제공하는 것으로서,
상기 비트스트림은, 협대역 신호를 광대역 신호로 확장하기 위한, 협대역 오디오 신호와 부가 정보에 관한 인코딩된 정보를 포함하고,
상기 부가 정보는, 인코딩된 정보의 대역 보다 높은 주파수 대역의 특징을 나타내는 고주파 성분 정보, 및 소정의 주파수 대역에 부가되는 정현파 신호를 나타내는 정현파 부가 정보를 포함하며,
상기 오디오 디코딩 장치는,
상기 비트스트림으로부터 상기 인코딩된 정보 및 부가 정보를 디멀티플렉싱하는 비트스트림 디멀티플렉서와,
상기 디멀티플렉싱된 인코딩 정보로부터 협대역 오디오 신호를 디코딩하는 디코딩 수단과,
상기 협대역 오디오 신호를 복수의 제1서브밴드 신호로 분할하는 분석 서브밴드 필터와,
최소한 하나의 제1서브밴드 신호와, 디멀티플렉싱된 부가 정보로부터의 고주파 성분 정보로부터, 인코딩된 정보의 대역 보다 높은 주파수 대역의 복수의 제2서브밴드 신호를 생성하는 고주파 신호 발생기와,
디멀티플렉싱된 부가 정보의 정현파 부가 정보에 따라서, 복수의 제2서브밴드 중 소정의 서브밴드 신호에 정현파 신호를 부가하는 정현파 신호 부가 수단과,
정현파 신호의 위상 특성과 진폭 특성에 따라서, 정현파 신호를 부가한 결과로서 소정의 서브밴드 근방의 서브밴드에 생성된 에일리어싱(aliasing; 오류) 성분 신호를 억제하는 보상 신호를 생성하는 보상 신호 발생기와,
제1서브밴드 신호와 제2서브밴드 신호를 합성하여 광대역 오디오 신호를 취득하는 실수 연산 합성 서브밴드 필터로 구성되어 있다.
이상과 같이 구성하여, 적은 연산량으로써 낮은 비트 전송속도에서 고품질의 오디오 재생을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 오디오 디코딩 장치의 일례를 나타내는 개략 블록도.
도 2는 종래 기술의 오디오 디코딩 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 부가 신호 발생기의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 부가 신호 발생기의 일례를 나타내는 도면.
도 5A 및 5B는, 각각, 주입되는 복소 신호의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 도 3에 나타낸 부가 신호 발생기에 의해서 생성된 주입 신호의 예를 나타내는 도면.
도 7은 도 3에 나타낸 부가 신호 발생기에 의해서 생성된 주입 신호의 실수 부만을 나타내는 도면.
도 8은 도 4에 나타낸 부가 신호 발생기와 보상 신호 발생기에 의해서 생성된 주입 신호와 보상 신호의 예를 나타내는 도면.
도 9는 실수부만의 정현파가 실수 합성 필터에 주입된 경우의 스펙트럼 도면.
도 10은 실수부만의 정현파와 보상 신호가 실수 합성 필터에 주입된 경우의 스펙트럼 도면.
도 11은 도 8에 예로서 나타낸 주입 신호와 보상 신호의 또 다른 예를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 부가 신호 발생기의 일례를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 원리를 나타내는 블록도.
도 13은 본 발명의 원리를 나타내는 블록도이다. 음악 및 기타 오디오 신호는 저주파 대역 성분과 고주파 대역 성분을 포함하고 있다. 인코딩된 오디오 신호 정보는 저주파 대역 성분에 포함되고 톤(tone) 정보(정현파 정보)와 게인 정보는 고주파 대역 성분에 포함되어 있다. 수신기는, 저주파 대역 성분으로부터 오디어 신호를 디코딩하지만, 고주파 대역 성분에 대해서는, 톤 정보와 게인 정보를 이용하여 저주파 대역 성분을 복사 처리하여 의사(擬似)-오디오 신호를 합성한다. 이 의사-오디오 신호를 합성하기 위해서는 위상 정보와 진폭 정보가 필요하므로, 합성 에는 복소 연산을 필요로 한다. 복소 연산은 실수 및 허수 모두에 대하여 연산을 필요로 하므로, 연산 과정이 복잡하고 시간이 걸린다. 이 연산 과정을 간단하게 하기 위하여, 본 발명에서는 실수부만을 사용하여 연산한다. 그러나, 특정 서브밴드에 대하여 실수부만을 사용하여 연산을 실행하면, 인접하는 더 높은 주파수의 서브밴드 및 더 낮은 주파수의 서브밴드에 노이즈 신호가 나타난다. 이러한 노이즈 신호를 제거하기 위한 보상 신호를, 위상 정보, 진폭 정보, 및 톤 정보에 포함된 타이밍 정보를 이용하여 생성한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 오디오 디코딩 장치 및 방법에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 의한, 스펙트럼 대역 복사(SBR; spectral band replication)에 의해서 대역폭 확장을 실행하는 디코딩 장치를 나타내는 개략도이다.
입력 비트스트림(106)은, 비트스트림 디멀티플렉서(101)에 의해서 저주파 성분 정보(107), 고주파 성분 정보(108), 및 정현파 신호 부가 정보(109)로 디멀티플렉싱된다. 저주파 성분 정보(107)는, 예로서, MPEG-4 AAC 코딩 방법을 사용하여 인코딩된 정보이고, 저주파 디코더(102)에 의해서 디코딩되어서 저주파 성분을 나타내는 시간 신호가 생성된다. 이어서, 저주파 성분을 나타내는 이 생성된 시간 신호는 분석 필터 뱅크(103)에 의해서 복수(M개)의 서브밴드로 분할되어서 대역폭 확장 수단(고주파 신호 발생기)(104)에 입력된다. 고주파 신호 발생기(104)는, 저주파 성분을 나타내는 저주파 서브밴드 신호를 고주파 서브밴드에 복사하여 대역 제한에 의해서 상실된 고주파 성분을 보상한다. 고주파 신호 발생기(104)에 입력되는 고주파 성분 정보(108)는 생성되는 고주파 서브밴드에 대한 게인 정보를 포함하고 있고, 각각의 생성된 고주파 서브밴드에 대하여 게인이 조정된다.
부가 신호 발생기(111)는, 정현파 신호 부가 정보(또한 톤 정보라고도 함)(109)에 따라서, 각각의 고주파 서브밴드에 게인이 제어된 정현파가 부가되도록 주입 신호(112)를 생성한다. 이어서, 고주파 신호 발생기(104)에 의해서 생성된 고주파 서브밴드 신호는 저주파 서브밴드 신호와 함께 합성 필터 뱅크(105)에 입력되어서 대역 합성되고, 출력 신호(110)가 생성된다. 합성 필터 뱅크측의 서브밴드의 수는 분석 필터 뱅크측의 서브밴드의 수와 일치할 필요는 없다. 예로서, 도 1에서, N=2M이면, 출력 신호의 샘플링 주파수는, 분석 필터 뱅크에 입력되는 시간 신호의 샘플링 주파수의 2배로 된다.
상기 입력 비트스트림(106)은 오디오 신호에 대한 협대역 인코딩 정보(즉, 저주파 성분 정보(107)), 및 이 협대역 신호를 광대역 신호로 확장하기 위한 부가 정보(즉, 고주파 성분 정보(108)와 정현파 신호 부가 정보(109))를 포함한다.
도 1에 나타낸 디코딩 장치의 합성 필터 뱅크(105)는 실수 연산 필터로 구성되어 있다. 이것은 또한 실수 연산을 실행할 수 있는 복소 연산 필터를 사용할 수도 있는 것은 명백하다.
또한, 도 1에 나타낸 상기 디코딩 장치는 정현파 신호 부가로 인하여 발생하는 차이를 보상하기 위한 보상 신호(113)를 생성하는 보상 신호 발생기(114)를 구 비하고 있다.
입력 비트스트림(106)은, 비트스트림 디멀티플렉서(101)에 의해서 저주파 성분 정보(107), 고주파 성분 정보(108), 및 정현파 신호 부가 정보(109)로 디멀티플렉싱된다.
저주파 성분 정보(107)는, 예로서, MPEG-4 AAC, MPEG-1 오디오, 또는 MPEG-2 오디오 방식에 의해서 인코딩된 정보이고, 호환성 있는 디코딩 기능을 갖는 저주파 디코더(102)에 의해서 디코딩되어서 저주파 성분을 나타내는 시간 신호가 생성된다. 이어서, 저주파 성분을 나타내는 이 생성된 시간 신호는 분석 필터 뱅크(103)에 의해서 복수(M개)의 제1서브밴드(S1)로 분할되어서 고주파 신호 발생기(104)에 입력된다. 이하에 설명하는 분석 필터 뱅크(103)와 합성 필터 뱅크(105)는 다상(多相; polyphase) 필터 뱅크 또는 MDCT(modified descrete cosine transform; 변형 이산 코사인 변환) 컨버터로 구성된다. 대역 분할 필터 뱅크는 당업계에서는 통상적인 기술로 공지되어 있다.
저주파 신호 성분에 대응하는 분석 필터 뱅크(103)로부터의 제1서브밴드 신호(S1)는, 고주파 신호 발생기(104)에 의해서 직접 출력되어서 합성부에 전송된다. 고주파 신호 발생기(104)의 고주파 신호 생성부는 제1서브밴드 신호(S1)를 수신하고, 또한 고주파 성분 정보(108)와, 주입 신호(112)와 보상 신호(113)를 이용하여 복수의 제2서브밴드 신호(S2)를 생성한다. 제2서브밴드 신호(S2)의 주파수 대역은 제1서브밴드 신호(S1)보다 더 높은 대역이다. 고주파 성분 정보(108)는, 제1서브밴드 신호(S1)의 어느 것을 복사할 것인가, 및 제2서브밴드 신호(S2)의 어느 것을 생 성할 것인가를 나타내는 정보와, 복사한 제1서브밴드 신호(S1)를 어느 정도로 증폭할 것인가를 나타내는 게인 제어 정보를 포함한다.
정현파 신호 부가 정보(109)가 없는 경우, 또는 상기 정현파 신호 부가 정보(109)를 이용하여 실제로 생성된 신호가 없는 경우에는, N개(N은 M보다 크거나 동일)의 서브밴드 합성 필터를 구비한 합성 필터 뱅크(105)는, 고주파 신호 발생기(104)로부터의 대역폭 확장된 서브밴드 신호 출력과, 분석 필터 뱅크(103)로부터의 저주파 신호 성분을 합성하여, 광대역 출력 신호(110)를 생성한다.
본 발명의 제1실시형태에서는, 합성 필터 뱅크(105)는 실수 연산 필터 뱅크이다. 즉, 합성 필터 뱅크(105)는, 허수 입력을 사용하지 않고, 실수 입력부만을 구비하고 있으며, 실수 연산을 실행하는 필터를 사용한다. 따라서, 이러한 합성 필터 뱅크(105)는 복소 연산을 하는 필터보다 더욱 간단하고, 또한 더욱 신속하게 연산한다.
정현파 신호 부가 정보(109)가 있는 경우에는, 정현파 신호 부가 정보(109)가 부가 신호 발생기(111)에 입력됨에 따라서 주입 신호(112)가 생성되어서, 고주파 신호 발생기(104)로부터의 출력 신호에 가산된다. 또한, 정현파 신호 부가 정보(109)는 보상 신호 발생기(114)에 입력됨에 따라서 보상 신호(113)가 생성되어서, 마찬가지로 고주파 신호 발생기(104)의 출력 신호에 가산된다.
고주파 신호 발생기(104)로부터의 출력 신호는 합성 필터 뱅크(105)에 입력된다. 합성 필터 뱅크(105)는 정현파 신호 부가 정보(109)에 의한 가산 신호의 유무에 관계없이 출력 신호(110)를 출력한다.
정현파 신호 부가 정보(109)에 따라서 주입 신호(112) 및 보상 신호(113)를 생성하는 것에 대하여 도 3 및 도 4를 이용하여 이하에 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 기본 원리를 설명하는 오디오 디코딩 방법에 사용된 부가 신호 발생기(111)를 나타내고, 도 4는 본 발명의 제1실시형태에서의 부가 신호 발생기(111)와 보상 신호 발생기(114)를 나타낸다.
우선, 도 3을 참조하여 부가 신호 발생기(111)를 설명한다. 정현파 신호 부가 정보(109)에 포함되는 정보는, 어느 합성 필터 뱅크에 정현파를 주입할 것인가를 나타내는 주입 서브밴드 번호 정보와, 주입 정현파 신호가 시작하는 위상을 나타내는 위상 정보와, 주입 정현파 신호가 시작하는 시각을 나타내는 타이밍 정보와, 주입 정현파 신호의 진폭을 나타내는 진폭 정보이다.
주입 서브밴드 정보 추출 수단(406)은 주입 서브밴드 번호를 추출한다. 위상 정보 추출 수단(402)은, 위상 정보가 정현파 신호 부가 정보(109)에 포함되어 있는 경우 위상 정보에 따라서, 주입 정현파 신호가 시작하는 위상을 결정한다. 위상 정보가 정현파 신호 부가 정보(109)에 포함되어 있지 않은 경우, 위상 정보 추출 수단(402)은, 이전의 시간 프레임의 위상에 대한 연속성을 고려하여 주입 정현파 신호가 시작하는 위상을 결정한다.
진폭 추출 수단(403)은 진폭 정보를 추출한다. 타이밍 추출 수단(404)은, 합성 필터 뱅크에 정현파를 주입할 때, 어느 시각에 정현파 주입을 개시하고, 어느 시간에 주입을 종료할 것인가를 나타내는 타이밍 정보를 추출한다.
위상 정보 추출 수단(402), 진폭 추출 수단(403) 및 타이밍 추출 수단(404) 으로부터의 정보에 따라서, 정현파 생성 수단(405)은 주입할 정현파(톤 신호)를 생성한다. 생성되는 정현파의 주파수는, 예로서, 서브밴드의 중심 주파수 또는 중심 주파수로부터 미리 결정된 오프셋(offset)에 의한 편이 주파수에 바람직하게 설정할 수 있는 것을 유념해야 한다. 또한 주입 서브밴드의 서브밴드 번호에 따라서 주파수를 미리 설정할 수 있다. 예로서, 서브밴드의 번호가 기수(奇數)인가 우수(偶數)인가에 따라서 서브밴드의 상한 주파수 또는 하한 주파수의 정현파를 생성할 수 있다. 이하에서는, 서브밴드의 중심 주파수의 정현파를 생성하는, 즉, 4주기의 서브밴드 샘플링 주기를 갖는 주기 신호를 생성하는 것으로 한다.
정현파 주입 수단(407)은, 주입 서브밴드 정보 추출 수단(406)에 의해서 취득된 번호에 일치하는 합성 필터의 서브밴드에 정현파 생성 수단에 의한 정현파 출력을 주입한다. 정현파 주입 수단(407)으로부터의 출력 신호는 주입 신호(112)이다.
도 6의 표에 나타내는 바와 같이, 서브밴드 K에 대하여 주입되는, 진폭이 S이고 4주기를 갖는 복소 신호를 고려한다. 표에서, (a, b)로 나타낸 값은 복소 신호 a+jb를 의미하고, 여기서 j는 허수이다. 도 5A를 참조하면, 도 6의 서브밴드 K에 주입된 신호는, 실수부와 허수부와의 사이의 관계로 인하여 도 5A의 501, 502, 503, 504를 변화시킨 주기 신호이다.
본 발명과 상이하게, 합성 필터 뱅크가 복소 입력을 취하여 복소 연산을 실행하는 필터인 경우, 이 주입 신호에 의해서 취득된, 디코딩 시스템의 출력 신호는 단일 주파수 스펙트럼을 가지며, 소위 순수한 정현파가 주입된다. 그러나, 본 발명 에서와 같이, 합성 필터 뱅크가 실수 입력만을 취하여 실수 연산만을 실행하는 필터인 경우, 도 6에 나타낸 허수부를 포함하지 않는 실수 신호가, 도 7에 나타내는 바와 같이 서브밴드 K에 주입된다. 이러한 주입 신호에 대하여, 실수만을 취하는 합성 필터를 사용하는 디코딩 시스템은, 도 9에 나타내는 바와 같은 단일 주파수 스펙트럼(주입된 정현파의 스펙트럼(902))과, 정현파 스펙트럼의 상하의 대역의 원하지 않는 스펙트럼(원하지 않는 스펙트럼(903))을 출력한다. 이것은, 실수 연산의 합성 필터가 필터 특성에 의한 인접 서브밴드로의 스펙트럼 리크(leak)를 완전히 제거할 수 없고, 또한 이러한 스펙트럼 리크가 에일리어싱 성분으로서 나타나기 때문이다.
실수 입력만의 실수 연산을 이용하는 합성 필터 뱅크에 있어서, 도 3에 나타낸 부가 신호 발생기(111)에 추가하여 도 4에 나타내는 바와 같이 보상 신호 발생기(114)를 설치함으로써, 도 9에 나타낸 원하지 않는 스펙트럼 성분을 제거할 수 있다.
이어서, 추가 신호 발생기(111)와, 본 발명에 의한 보상 신호 발생기(114)에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에 있어서, 정현파 신호 부가 정보(109), 위상 정보 추출 수단(402), 진폭 추출 수단(403), 타이밍 추출 수단(404), 정현파 생성 수단(405), 주입 서브밴드 정보 추출 수단(406), 정현파 주입 수단(407), 및 주입 신호(408)는 도 3을 참조로 하여 설명한 것과 동일하다. 도 3과 상이한 것은 보상 서브밴드 정보 결정 수단(409)과 보상 신호 발생기(410)가 추가된 것이다.
보상 서브밴드 정보 결정 수단(409)은, 주입 서브밴드 정보 추출 수단(406) 에 의해서 취득된, 정현파를 주입해야 하는 합성 필터 뱅크의 번호를 나타내는 정보에 따라서, 보상해야 하는 서브밴드를 결정한다. 보상해야 하는 서브밴드는 정현파가 주입되는 서브밴드 근방의 서브밴드로서, 고주파 서브밴드일 수도 있고, 또는 저주파 서브밴드일 수도 있다. 보상해야 하는 고주파 서브밴드 및 저주파 서브밴드는 합성 필터 뱅크(105)의 특성에 따라서 상이하지만, 여기서는 주입 정현파의 서브밴드에 인접하는 서브밴드인 것으로 한다. 예로서, 서브밴드 K에 정현파를 주입하는 경우에는, 서브밴드 K+1 및 서브밴드 K-1이, 각각 보상해야 하는 고주파 서브밴드 및 저주파 서브밴드이다.
보상 신호 발생기(410)는, 위상 정보 추출 수단(402), 진폭 추출 수단(403), 및 타이밍 추출 수단(404)의 출력에 따라서, 보상 서브밴드의 에일리어싱 스펙트럼을 상쇄하는 신호를 생성하여, 이 신호를 보상 신호(113)로서 출력한다. 이 보상 신호(113)는 주입 신호(112)와 동일한 방법으로, 합성 필터 뱅크(105)에의 입력 신호에 가산된다. 서브밴드 K-1 및 서브밴드 K+1에 대하여 보상 신호(113)의 진폭 S와 위상은, 도 8의 표에 나타내는 바와 같이, 조정된다.
도 8에서, Alpha와 Beta는 특정의 합성 필터 뱅크의 특성에 따라서 결정되는 값이고, 더욱 상세하게는, 필터 뱅크의 인접 서브밴드에의 스펙트럼 리크의 양을 고려하여 결정된다.
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 정현파 신호를 서브밴드 K에 가산하면, 사이클 주기 T인 정현파 신호의 진폭은, 시각 0에서 진폭이 S이고, 시각 1T/4에서 진폭이 0이고, 시각 2T/4에서 진폭이 -S이며, 시각 3T/4에서 진폭이 0이다. 보상 신호는 서브밴드 K-1 및 서브밴드 K+1에 인가된다. 도면에서의 시각 0, 1, 2 및 3은, 각각, 시각 0, 1T/4, 2T/4 및 3T/4에 해당한다.
서브밴드 K-1에 인가되는 보상 신호는, 시각 0에서 진폭이 0이고, 시각 1T/4에서 진폭이 Alpha*S이고, 시각 2T/4에서 진폭이 0이며, 시각 3T/4에서 진폭이 Beta*S이다.
서브밴드 K+1에 인가되는 보상 신호는, 시각 0에서 진폭이 0이고, 시각 1T/4에서 진폭이 Beta*S이고, 시각 2T/4에서 진폭이 0이며, 시각 3T/4에서 진폭이 Alpha*S이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의해서 주입된 정현파의 스펙트럼 그래프이다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 9에서 관측된 원하지 않는 스펙트럼 성분(903)이 억제되어 있다.
이러한 보상 신호를 도입함으로써, 정현파가 실수 필터 뱅크에 주입되어도 원하지 않는 스펙트럼 성분이 생성되지 않으며, 또한 정현파를 최소의 연산으로써 필요로 하는 서브밴드에 주입할 수 있다.
본 발명을, 도 5A에 나타내는 바와 같이, 초기 위상이 0이고, 또한 실수부와 허수부의 어느 하나가 0이 되는 서브밴드 K에 주입되는 정현파 신호를 참조로 하여 설명하였다. 그러나, 도 5B에 나타내는 바와 같이, 위상이 도 5A에 나타낸 상태로부터 δ만큼 편이된 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에, 주입 신호와 보상 신호와의 관계를 도 11의 표와 같이 나타낼 수 있고, 예로서, 여기서 S, P 및 Q는, 필터 뱅크의 특성에 따라서 필터 뱅크에 의한 인접 서브밴드에의 스펙트럼 리 크의 양을 고려하여 결정되는 값이다.
또한, 정현파를 주입하는 서브밴드 K의 경우, 인접하는 서브밴드 K-1 및 서브밴드 K+1에 보상 신호를 주입하지만, 합성 필터의 특성에 따라서 서브밴드 K-1 및 서브밴드 K+1 이외의 인접하는 서브밴드에 대하여 보정할 필요가 있을 수도 있다. 이 경우에, 보정을 필요로 하는 서브밴드에 보상 신호를 단순히 주입한다.
(실시형태 2)
도 12는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 부가 신호 발생기를 나타내는 개략도이다. 이 부가 신호 발생기는, 정현파 생성 수단(405)에 의해서 연산된 보간(補間) 정보(1201)를 보상 신호 발생기(410)에 입력하여 상기 보간 정보(1201)에 따라서 보상 신호(113)를 연산하는 점이 도 4에 나타낸 부가 신호 발생기(111)와 상이하다.
상기 제1실시형태의 정현파 생성 수단(405)은 진폭 추출 수단(403)에 의해서 추출된 현재의 프레임의 진폭 정보만을 따라서, 생성되는 정현파의 진폭을 조정한다. 그러나, 본 제2실시형태의 정현파 생성 수단(405)은, 인접하는 프레임으로부터의 진폭을 이용하여 진폭 정보를 보간하여, 이 보간 진폭 정보에 따라서 생성하는 정현파의 진폭을 조정한다.
이러한 처리 결과로서, 생성되는 정현파의 진폭이 원활하게 변화하므로, 출력 신호의 관측되는 음질을 향상시킬 수 있다.
이 구성에 있어서는, 생성되는 정현파의 진폭이 보간에 의해서 변화하므로, 대응하는 보상 신호의 진폭도 또한 조정해야 한다. 따라서, 정현파 생성 수단(405) 에 의해서 출력된 보간 정보를 보상 신호 발생기(410)에 또한 입력하여, 보간에 의하여 변화하는 정현파의 진폭에 동기시켜서 보상 신호(113)의 진폭을 조정한다.
이러한 본 발명의 구성으로써, 생성되는 정현파의 진폭이 보간되는 경우에도 보상 신호를 올바르게 연산할 수 있고, 또한 원하지 않는 스펙트럼 성분을 억제할 수 있다.
도 1에 나타낸 오디오 디코딩 장치의 프로세스를 또한 프로그래밍 언어를 사용하여 소프트웨어로 기재할 수 있는 것은 명백하다. 또한 이러한 소프트웨어를 데이터 기록매체에 기록하여 배포할 수도 있다.
실수 연산만을 이용하여 연산 회수를 감소시키는 합성 필터 뱅크를 사용하는 경우, 정현파 부가에 수반되는 원하지 않는 스펙트럼 성분을 억제할 수 있고, 또한 정현파가 부가되는 서브밴드의 고주파 또는 저주파 서브밴드에 보상 신호를 주입함으로써 필요로 하는 정현파만을 주입할 수 있다.

Claims (14)

  1. 비트스트림으로부터 오디오 신호를 디코딩하는 오디오 디코딩 장치에 있어서,
    상기 비트스트림은, 협대역 오디오 신호에 대한 인코딩된 정보와, 상기 협대역 오디오 신호를 광대역 오디오 신호로 확장하기 위한 부가 정보를 포함하고,
    상기 부가 정보는, 상기 인코딩된 정보의 대역보다 높은 주파수 대역의 특징을 나타내는 고주파 성분 정보와, 소정의 주파수 대역에 부가되는 정현파 신호를 나타내는 정현파 부가 정보를 포함하며,
    상기 오디오 디코딩 장치는
    상기 비트스트림으로부터 상기 인코딩된 정보와 상기 부가 정보를 디멀티플렉싱하도록 동작할 수 있는 비트스트림 디멀티플렉서와,
    상기 디멀티플렉싱된 인코딩 정보로부터 상기 협대역 오디오 신호를 디코딩하도록 동작할 수 있는 디코더와,
    상기 협대역 오디오 신호를 복수의 서브밴드 신호로 구성된 제1서브밴드 신호로 분할하는 분석 서브밴드 필터와,
    상기 디멀티플렉싱된 부가 정보의 정현파 부가 정보에 따라, 상기 인코딩된 정보의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역에서 소정 서브밴드에 부가되는 정현파 신호를 생성하도록 동작할 수 있는 정현파 신호 발생기와,
    상기 정현파 신호의 위상 특성 및 진폭 특성에 따라, 소정 서브밴드에 근접한 서브밴드에서 발생하는 에일리어싱(aliasing) 성분 신호를 억제하기 위해, 상기 소정 서브밴드에 근접한 서브밴드들에 부가되는 보정 신호를 생성하도록 동작할 수 있는 보정 신호 발생기와,
    상기 제1서브밴드 신호와 상기 디멀티플렉싱된 부가 정보의 고주파 성분 정보로부터, 상기 인코딩된 정보의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역에서의 복수의 서브밴드 신호들로 구성된 제2서브밴드 신호를 생성하고, 상기 정현파 신호와 상기 보정 신호를 상기 제2서브밴드 신호에 부가하도록 동작할 수 있는 고주파 신호 발생기와,
    상기 제1서브밴드 신호와 상기 제2서브밴드 신호를 합성하여 상기 광대역 오디오 신호를 구하도록 동작할 수 있는 실수 연산 서브밴드 합성 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에일리어싱 성분 신호는, 복소 연산을 실행하는 서브밴드 합성 필터에 의한 합성 후에 억제된 성분을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브밴드 신호는 저주파 서브밴드 신호이고, 상기 제2서브밴드 신호는 고주파 서브밴드 신호인 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정 신호 발생기에 의해서 생성된 상기 보정 신호는, 상기 정현파 신호가 부가되는 서브밴드에 인접한 서브밴드에 생성된 에일리어싱 성분 신호를 억제하는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보정 신호 발생기에 의해서 생성된 상기 보정 신호의 진폭은, 상기 정현파 신호의 진폭에 동기되어서 조정되는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 정현파 신호를 서브밴드 K에 가산하면, 주기 T의 정현파 신호는 시각 0에서 진폭이 S이고, 시각 1T/4에서 진폭이 0이고, 시각 2T/4에서 진폭이 -S이며, 시각 3T/4에서 진폭이 0이고, 상기 보정 신호는 서브밴드 K-1 및 서브밴드 K+1에 인가되고,
    서브밴드 K-1에 인가되는 상기 보정 신호는, 시각 0에서 진폭이 0이고, 시각 1T/4에서 진폭이 Alpha*S이고, 시각 2T/4에서 진폭이 0이며, 시각 3T/4에서 진폭이 Beta*S이고, 또한
    서브밴드 K+1에 인가되는 상기 보정 신호는, 시각 0에서 진폭이 0이고, 시각 1T/4에서 진폭이 Beta*S이고, 시각 2T/4에서 진폭이 0이며, 시각 3T/4에서 진폭이 Alpha*S인 것(여기서, Alpha와 Beta는 상수임)을 특징으로 하는 오디오 디코딩 장치.
  7. 비트스트림으로부터 오디오 신호를 디코딩하는 오디오 디코딩 방법에 있어서,
    상기 비트스트림은, 협대역 오디오 신호에 대한 인코딩된 정보와, 상기 협대역 오디오 신호를 광대역 오디오 신호로 확장하기 위한 부가 정보를 포함하고,
    상기 부가 정보는, 상기 인코딩된 정보의 대역보다 높은 주파수 대역의 특징을 나타내는 고주파 성분 정보와, 소정의 주파수 대역에 부가되는 정현파 신호를 나타내는 정현파 부가 정보를 포함하며,
    상기 오디오 디코딩 방법은
    상기 비트스트림으로부터 상기 인코딩된 정보와 상기 부가 정보를 디멀티플렉싱하는 단계와,
    상기 디멀티플렉싱된 인코딩 정보로부터 상기 협대역 오디오 신호를 디코딩하는 단계와,
    상기 협대역 오디오 신호를 복수의 서브밴드 신호로 구성된 제1서브밴드 신호로 분할하는 단계와,
    상기 디멀티플렉싱된 부가 정보의 정현파 부가 정보에 따라, 상기 인코딩된 정보의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역에서 소정 서브밴드에 부가되는 정현파 신호를 생성하는 단계와,
    상기 정현파 신호의 위상 특성 및 진폭 특성에 따라, 소정 서브밴드에 근접한 서브밴드에서 발생하는 에일리어싱 성분 신호를 억제하기 위해, 상기 소정 서브밴드에 근접한 서브밴드들에 부가되는 보정 신호를 생성하는 단계와,
    상기 제1서브밴드 신호와 상기 디멀티플렉싱된 부가 정보의 고주파 성분 정보로부터, 상기 인코딩된 정보의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역에서의 복수의 서브밴드 신호들로 구성된 제2서브밴드 신호를 생성하고, 상기 정현파 신호와 상기 보정 신호를 상기 제2서브밴드 신호에 부가하는 단계와,
    상기 광대역 오디오 신호를 구하기 위해, 실수 연산을 사용하여 상기 제1서브밴드 신호와 상기 제2서브밴드 신호를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에일리어싱 성분 신호는, 복소 연산을 사용하여 실행되는 합성 후에 억제된 성분을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1서브밴드 신호는 저주파 서브밴드 신호이고, 상기 제2서브밴드 신호는 고주파 서브밴드 신호인 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 생성된 보정 신호는, 상기 정현파 신호가 부가되는 서브밴드에 인접하는 서브밴드에 생성된 에일리어싱 성분 신호를 억제하는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 생성된 보정 신호의 진폭은, 상기 정현파 신호의 진폭에 동기되어서 조정되는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 정현파 신호를 서브밴드 K에 가산하면, 주기 T인 정현파 신호는 시각 0에서 진폭이 S이고, 시각 1T/4에서 진폭이 0이고, 시각 2T/4에서 진폭이 -S이며, 시각 3T/4에서 진폭이 0이고, 상기 보정 신호는 서브밴드 K-1 및 서브밴드 K+1에 인가되고,
    서브밴드 K-1에 인가되는 보정 신호는, 시각 0에서 진폭이 0이고, 시각 1T/4에서 진폭이 Alpha*S이고, 시각 2T/4에서 진폭이 0이며, 시각 3T/4에서 진폭이 Beta*S이고, 또한
    서브밴드 K+1에 인가되는 보정 신호는, 시각 0에서 진폭이 0이고, 시각 1T/4에서 진폭이 Beta*S이고, 시각 2T/4에서 진폭이 0이며, 시각 3T/4에서 진폭이 Alpha*S인 것(여기서, Alpha와 Beta는 상수임)을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  13. 삭제
  14. 제7항에 기재된 오디오 디코딩 방법을 컴퓨터가 실행하도록 동작할 수 있는 컴퓨터 실행가능 코드를 포함하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 데이터 기록매체.
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