KR100776432B1 - 오디오 기록 재생 장치 및 그 장치에서 실행 가능한 압축률개선을 위한 오디오 코딩 방법 - Google Patents

오디오 기록 재생 장치 및 그 장치에서 실행 가능한 압축률개선을 위한 오디오 코딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오디오 코딩 기술에 관한 것으로, 특히 압축률을 향상시킬 수 있는 코딩 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 오디오 기록 재생 장치는 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 데이터로 변환한 후 압축을 하기 전에, 불필요한 오디오 프레임을 삭제 처리한 후에 압축을 한다. 이 같이 본 발명에 따른 오디오 기록 재생 장치는 사람의 청각이 민감하지 않은 범위 안에서 불필요한 오디오 프레임을 삭제 처리할 수 있으므로, 압축률을 개선하여 메모리 효율을 높일 수 있음은 물론 전체 오디오 스트림의 음질을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
오디오, 코딩, 압축률.

Description

오디오 기록 재생 장치 및 그 장치에서 실행 가능한 압축률 개선을 위한 오디오 코딩 방법{Apparatus for writing and playing audio and audio coding method in the apparatus}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 기록 재생 장치 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축률 개선을 위한 오디오 인코딩 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 디코딩 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 메모리 200 : 인코딩부
210 : 샘플링/양자화부 220 : 구간 판별부
223 : 에너지 산출부 225 : 구간 판단부
230 : 구간 삭제부 240 : 압축 저장부
250 : 정보 기록부 300 : 디코딩부
310 : 데이터 변환부 320 : 백색잡음 추가부
330 : 압축 해제부
본 발명은 오디오 코딩 기술에 관한 것으로, 특히 압축률을 향상시킬 수 있는 코딩 기술에 관한 것이다.
종래 오디오 디코딩 기술은 입력되는 아날로그 오디오 신호를 8KHz 샘플링(sampling)한 후 16bit 양자화(quantization) 처리를 한다. 샘플링 및 양자화에 의해 디지털 방식의 오디오 데이터인 128Kbps의 PCM 데이터가 만들어진다. PCM은 음성이나 오디오의 특성을 고려하여 데이터를 압축하는 것이 아니라 단지 데이터를 8KHz 샘플링하여 16bit 선형 양자화 정도만 거치므로, 비음성 오디오 신호나 음성 신호 모두 가능하다. 이는 통신 채널상에 전송되는 목적보다는 메모리 상에 저장하여 활용하는 방식이 적당하며, 계산량이 작은 반면에 압축률은 현저히 떨어진다. 따라서 PCM 포맷은 오디오 데이터 변화량만을 압축하는 ADPCM(Adaptive Differential Pulse Coded Modulation)에 의해 압축된다. 종래는 이 같은 ADPCM에 의해 1/4 정도의 압축률을 얻을 수 있다.
본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 음질의 보존을 유지하면서도 압축률을 좀 더 개선하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 오디오 기록 재생 장치는 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 데이터로 변환한 후 압축을 하기 전에, 불필요한 오디오 프레임을 삭제 처리한 후에 압축을 한다.
본 발명의 이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 오디오 기록 재생 장치는 사람의 청각이 민감하지 않은 범위 안에서 불필요한 오디오 프레임을 삭제 처리할 수 있으므로, 압축률을 개선하여 메모리 효율을 높일 수 있음은 물론 전체 오디오 스트림의 음질을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 기록 재생 장치 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이 오디오 기록 재생 장치()는 메모리(100)와, 인코딩부(200)와, 디코딩부(300)를 포함한다. 메모리(100)는 바람직하게 비휘발성 메모리인 플래쉬 메모리일 수 있다. 인코딩부(200)는 종래와 같이 아날로그 오디오 신호의 PCM 데이터화 및 압축을 하여 메모리(100)에 저장 처리하는 구성이다. 그리고 디코딩부(300)는 인코딩부(200)에 의해 인코딩된 오디오 데이터를 그 역을 변환 처리를 통해 아날로그 오디오 신호로 복원하여 출력하는 구성이다. 이 같은 구성 및 이하 특징적인 하위 구성을 갖는 오디오 기록 재생 장치()는 휴대폰과 같은 오디오 기록 및 재생이 가능한 이동통신 단말기에 탑재되어 구현될 수도 있다.
본 발명의 특징적인 양상에 따른 인코딩부(200)는 입력되는 아날로그 오디오 신호를 샘플링 및 양자화하는 샘플링/양자화부(210)와, 샘플링 및 양자화된 오디오 데이터의 오디오 구간과 묵음 구간을 판별하는 구간 판별부(220)와, 구간 판별부(220)에 의해 판별된 묵음 구간의 적어도 일부를 삭제하는 구간 삭제부(230)와, 일부 구간이 삭제된 오디오 데이터를 압축하여 메모리(100)에 저장하는 압축 저장부(240)를 포함한다.
샘플링/양자화부(210)는 주지된 바와 같이 마이크 같은 입력 수단으로부터 입력되어 아날로그 신호 처리된 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 데이터로 변환 처리한다. 구체적으로 샘플링/양자화부(210)는 아날로그 오디오 신호를 바람직하게 8KHz 샘플링(sampling)한 후에, 16bit의 양자화(quantization) 처리를 한다. 이 같은 샘플링/양자화부(210)의 아날로그 오디오 신호 처리에 의해 128Kbps의 PCM 데이터가 만들어진다.
구간 판별부(220)는 샘플링/양자화부(210)로부터 출력되는 128Kbps의 PCM 데이터의 오디오 구간과 묵음 구간을 판별한다. 본 실시예에 있어서, 구간 판별부(220)는 샘플링 및 양자화된 오디오 데이터의 프레임별 에너지 값을 산출하는 에너지 산출부(223)와, 에너지 산출부(223)에 의해 산출된 프레임별 에너지 값 레벨에 따라 오디오 구간인지 묵음 구간인지를 판단하는 구간 판단부(225)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 에너지 산출부(223)는 PCM 데이터의 1 프레임(20msec)별로 에너지 값을 산출한다. 여기서 프레임은 구간의 최소 단위가 된다. 또한 오디오 에너지는 오디오 크기에 비례하는 것으로, 소리의 크기에 대한 에너지라 할 수 있다. 일 예에 따라 오디오 에너지 산출은 PCM 데이터의 크기값을 제곱함에 의해 산출될 수 있다. 구간 판단부(225)는 에너지 산출부(223)에 의해 산출된 프레임별 오디오 에너지 값으로부터 그 프레임이 오디오 구간인지 아니면 묵음 구간인지를 판단한다. 바람직한 일 예에 따라 구간 판단부(225)는 사전에 정의된 경계값(boundary)을 기준으로 경계값보다 높으면 오디오 구간으로 판단하고, 경계값보다 낮으면 묵음 구간으로 판단한다.
구간 삭제부(230)는 구간 판단부(225)에 의해 묵음 구간으로 판단된 구간 중 적어도 일부를 삭제 처리한다. 일 예에 따라 구간 삭제부(230)는 구간 판단부(225)에 의해 판단된 묵음 구간 전체를 삭제 처리할 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 구간 삭제부(230)는 구간 판단부(225)에 의해 판단된 묵음 구간 중 일부만을 삭제 처리한다. 예를 들어 구간 삭제부(230)는 묵음 구간에 포함되는 프레임들 중 상대적으로 에너지 레벨이 높은 특정 프레임은 삭제하지 않는 것이다.
추가적으로 구간 삭제부(230)는 음성 구간으로 판별되더라도 에너지 레벨에 따라 일부 프레임은 삭제 처리한다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 구간 삭제부(230)는 전자 프레임 대하여 그 뒤에 따라오는 일정 개수의 후자 프레임들간의 에너지를 비교하고, 상대적으로 에너지 레벨 차이가 많이 나는 후자 프레임들을 삭제 처리한다. 바람직한 일 예에 따라 구간 삭제부(230)는 에너지 레벨 차이에 대해 사전에 정의된 경계값(boundary)을 기준으로 후자 프레임들의 삭제를 처리한다.
압축 저장부(240)는 구간 삭제부(230)에서 적어도 일부 묵음 구간이 삭제된 PCM 데이터를 알려진 바와 같은 ADPCM(Adaptive Differential Pulse Coded Modulation) 포맷으로 압축하여 메모리(100)에 저장 처리한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 묵음 구간 및 오디오 구간의 일부 프레임을 삭제하는 것은, 인간 청각 능력의 분해능을 고려하여 높은 에너지를 갖는 특정 프레임 이후에 발생하는 임계치 이하의 낮은 에너지들의 프레임은 복원하지 않아도 인간이 구별하지 못한다는 타임 마스킹(Time Masking) 효과를 응용한 것이다. 이 같이 본 발명에 따른 오디오 기록 재생 장치는 사람의 청각이 민감하지 않은 범위 안에서 불필요한 오디오 프레임을 삭제 처리할 수 있으므로, 압축률을 개선하여 메모리 효율을 높일 수 있음은 물론 전체 오디오 스트림의 음질을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 추가적인 양상에 따라 인코딩부(200)는 삭제된 프레임 정보를 메모리(100)에 기록하는 정보 기록부(250)를 더 포함하며, 디코딩부(300)는 메모리(100)에 저장된 오디오 데이터를 압축 해제하는 압축 해제부(330)와, 메모리(100)에 기록된 프레임 정보를 참조하여 압축 해제부(330)에 의해 압축 해제된 오디오 데이터의 삭제 프레임 위치에 백색 잡음(white noise)를 추가하는 백색잡음 추가부(320)와, 백색잡음 추가부(320)에 의해 백색 잡음이 추가된 오디오 데이터를 아날로그 오디오 신호로 변환하여 출력하는 데이터 변환부(310)를 포함한다.
정보 기록부(250)는 구간 삭제부(230)에서 삭제 처리되는 프레임에 대한 정보를 메모리(100)에 기록한다. 일 실시예에 있어서, 정보 기록부(250)가 메모리(100)에 기록하는 프레임 정보는 전체 오디오 데이터 구간에서 삭제된 프레임의 위치에 대한 정보가 될 수 있다. 또다른 실시예에 있어서, 정보 기록부(250)가 메모 리(100)에 기록하는 프레임 정보는 전체 오디오 데이터 구간에서 삭제된 프레임의 위치에 대한 정보뿐만 아니라 그 삭제된 프레임의 에너지 레벨 정보를 더 포함할 수 있다. 이 같은 삭제된 프레임 정보는 이하 설명하는 디코딩부(300)에서 메모리(100)에 저장된 오디오 데이터를 디코딩할 때 이용되게 된다.
압축 해제부(330)는 메모리(100)에 저장된 오디오 데이터를 압축 해제한다. 바람직한 일 실시예에 따라 압축 해제부(330)는 인코딩부(200)에서 사용된 압축 방식에 따라 오디오 데이터를 압축 해제한다. 압축 해제부(330)에 의해 오디오 데이터가 압축 해제되면, PCM 데이터 포맷을 갖게 된다.
백색잡음 추가부(320)는 현재 디코딩 처리중인 오디오 데이터에 해당하는 프레임 정보를 메모리(100)로부터 읽어들인다. 일 실시예에 있어서, 백색잡음 추가부(320)는 프레임 정보인 오디오 데이터의 전체 구간에서 삭제된 프레임의 원래 위치에 대한 정보를 통해, 그 구간에 디폴트(default) 크기를 갖는 백색 잡음(white noise)을 추가한다. 백색 잡음을 추가하는 이유는 전체 오디오 스트림의 동기를 맞추어 주기 위함이다. 또다른 실시예에 있어서, 백색잡음 추가부(320)는 프레임 정보인 오디오 데이터의 전체 구간에서 삭제된 프레임의 원래 위치 및 에너지 레벨 정보를 통해, 그 구간에 원래 에너지 레벨을 갖는 백색 잡음(white noise)을 추가한다.
데이터 변환부(310)는 백색잡음 추가부(320)에 의해 삭제된 프레임 구간에 백색 잡음이 삽입된 오디오 데이터를 전술한 샘플링/양자화의 역의 처리를 통해 아날로그 오디오 신호로 변환하여 출력한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축률 개선을 위한 오디오 코딩 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 예를 들어 음성 녹음 모드 상태에서 마이크로부터 아날로그 오디오 신호가 입력되면, 샘플링/양자화부(210)는 입력된 신호를 8KHz 샘플링(sampling)하고 16bit 양자화(quantization)하여 PCM 데이터로 변환한다(단계 S210)(단계 S220). 구간 판별부(220)는 변환된 PCM 데이터의 오디오 구간과 묵음 구간을 판별한다. 일 실시예에 있어서, 구간 판별부(220)는 PCM 데이터의 1 프레임(20msec)별로 에너지 값을 산출한다(단계 S230). 그리고 산출된 프레임별 에너지 레벨에 따라 오디오 구간과 묵음 구간으로 구분하고, 바람직하게 선택적으로 프레임 구간을 삭제한다(단계 S240). 구간 삭제에 대한 실시예에 대해서는 이미 자세히 언급하였으므로, 불필요한 중복 설명은 생략한다. 압축 저장부(240)는 선택적으로 프레임 구간 삭제된 PCM 데이터를 바람직하게 ADPCM 포맷으로 압축하여 메모리(100)에 저장 처리한다(단계 S250)(단계 S260). 그리고 도시하지는 않았지만, 인코딩부(200)의 정보 기록부(250)는 PCM 데이터 중 삭제된 프레임 구간에 대한 위치 정보, 나아가 에너지 값에 대한 정보를 메모리(100)에 기록한다. 메모리(100)에 기록된 정보는 이하 도 3을 참조로 하여 설명하는 오디오 데이터의 디코딩 시에 이용된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 디코딩 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 예를 들어 사용자가 메모리(100)에 저장된 오디오 데이터들 중 하나를 선택하여 재생 명령을 하면, 압축 해제부(330)는 ADPCM 포맷으로 압축되어 있는 선택된 오디오 데이터를 압축 해제한다(단계 S310). 백색잡음 추가부(320)는 메모 리(100)에 기록된 프레임 정보들 중 선택된 오디오 데이터에 해당하는 프레임 정보를 참조하여 압축 해제된 PCM 데이터의 삭제 프레임 구간에 백색 잡음(white noise)을 추가한다(단계 S320). 일 실시예에 따라 백색잡음 추가부(320)는 삭제 프레임 구간에 동일한 디폴트(default) 크기를 갖는 백색 잡음을 추가할 수 있으며, 또다른 실시예에 따라 원래 에너지 레벨을 갖는 백색 잡음을 추가할 수도 있다. 데이터 변환부(310)는 백색 잡음이 추가된 PCM 데이터를 샘플링/양자화의 역 처리를 통해 아날로그 오디오 신호로 변환하여 스피커로 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 오디오 기록 재생 장치는 사람의 청각이 민감하지 않은 범위 안에서 불필요한 오디오 프레임을 삭제 처리할 수 있으므로, 압축률을 개선하여 메모리 효율을 높일 수 있음은 물론, 음성 구간이라도 선별적인 프레임 삭제와 묵음 구간에서도 선별적으로 프레임 삭제를 하지 않음으로써 전체 오디오 스트림 상의 음질을 효과적으로 유지할 수 있게 한다.
한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 오디오 코딩 방법에 있어서, 상기 방법이 :
    a) 아날로그 오디오 신호를 샘플링 및 양자화하는 단계와;
    b) 샘플링 및 양자화된 오디오 데이터의 프레임별 에너지 값을 산출하고, 산출된 프레임별 에너지 레벨에 따라 오디오 구간인지 묵음 구간인지를 판단하는 단계와;
    c) 묵음 구간의 적어도 일부를 삭제하는 단계와;
    d) 상대적으로 에너지 레벨이 큰 오디오 프레임에 뒤따르는 하나 이상의 후자 프레임을 삭제하는 단계;
    e) 적어도 일부 구간이 삭제된 오디오 데이터를 압축하여 저장하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축률 개선을 위한 오디오 코딩 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 단계 c)가 :
    묵음 구간의 적어도 일부를 삭제하되, 상대적으로 에너지 레벨이 높은 프레임은 제외하는 것을 특징으로 하는 압축률 개선을 위한 오디오 코딩 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 방법이 :
    f) 삭제된 프레임 정보를 기록하는 단계와;
    p) 상기 단계 d)에 의해 저장된 오디오 데이터를 압축 해제하는 단계와;
    q) 상기 단계 f)에 의해 기록된 프레임 정보를 참조하여 압축 해제된 오디오 데이터의 삭제 프레임 위치에 백색 잡음(white noise)를 추가하는 단계와;
    r) 백색 잡음이 추가된 오디오 데이터를 아날로그 오디오 신호로 변환하여 출력하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 압축률 개선을 위한 오디오 코딩 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 q)가 :
    상기 단계 f)에 의해 기록된 프레임 정보를 참조하여 삭제 프레임의 에너지 레벨을 갖는 백색 잡음을 추가하는 것을 특징으로 하는 압축률 개선을 위한 오디오 코딩 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 메모리와, 인코딩부와, 디코딩부를 포함하는 오디오 기록 재생 장치에 있어서, 상기 인코딩부가 :
    입력되는 아날로그 오디오 신호를 샘플링 및 양자화하는 샘플링/양자화부와;
    샘플링 및 양자화된 오디오 데이터의 프레임별 에너지 값을 산출하는 에너지 산출부와, 상기 에너지 산출부에 의해 산출된 프레임별 에너지 레벨에 따라 오디오 구간인지 묵음 구간인지를 판단하는 구간 판단부를 포함하는 구간 판별부와;
    상기 구간 판별부에 의해 판별된 묵음 구간의 적어도 일부를 삭제하며, 상대적으로 에너지 레벨이 큰 오디오 프레임에 뒤따르는 하나 이상의 후자 프레임을 삭제하는 구간 삭제부와;
    상기 구간 삭제부에 의해 일부 구간이 삭제된 오디오 데이터를 압축하여 상기 메모리에 저장하는 압축 저장부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 기록 재생 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 구간 삭제부가 :
    묵음 구간의 적어도 일부를 삭제하되, 상대적으로 에너지 레벨이 높은 프레임은 제외하는 것을 특징으로 하는 오디오 기록 재생 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 인코딩부가 :
    삭제된 프레임 정보를 상기 메모리에 기록하는 정보 기록부;를 더 포함하며,
    상기 디코딩부가 :
    상기 메모리에 저장된 오디오 데이터를 압축 해제하는 압축 해제부와;
    상기 메모리에 기록된 프레임 정보를 참조하여 상기 압축 해제부에 의해 압축 해제된 오디오 데이터의 삭제 프레임 위치에 백색 잡음(white noise)를 추가하는 백색잡음 추가부와;
    상기 백색잡음 추가부에 의해 백색 잡음이 추가된 오디오 데이터를 아날로그 오디오 신호로 변환하여 출력하는 데이터 변환부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 기록 재생 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 백색잡음 추가부가 :
    상기 메모리에 기록된 프레임 정보를 참조하여 삭제 프레임의 에너지 레벨을 갖는 백색 잡음을 추가하는 것을 특징으로 하는 오디오 기록 재생 장치.
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