KR100783298B1 - 디지털 오디오 방송 및 다른 응용들을 위한 결합 다중프로그램 코딩 방법 및 장치 - Google Patents

디지털 오디오 방송 및 다른 응용들을 위한 결합 다중프로그램 코딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서의 전송을 위해, 예를 들어, 오디오, 비디오 또는 이미지 정보와 같은 정보를 처리하기 위한 방법과 장치를 제공한다. 예시적인 실시예에서, 결합 다중 프로그램 코더는 지정된 간격 예를 들어, 오디오 프레임 기간에서, 예를 들어, 중요도 플래그와 같은 단일 비트 또는 다중 비트 중요도 척도의 값을, 시스템에 전송되어야 할 다중 프로그램들의 세트의 프로그램들 각각에 대해 결정한다. 결합 다중 프로그램 코더는 지정된 시간 간격에서 높은 값의 중요도 척도를 갖는 프로그램에, 낮은 값의 중요도 척도를 갖는 다른 한 프로그램보다 상기 간격에 대해 높은 퍼센트의 이용가능한 비트들이 할당되도록, 중요도 척도의 결정된 값들에 적어도 부분적으로 기초하여 프로그램들에 이용가능한 비트의 풀(pool)을 할당한다. 결합 다중 프로그램 코더는 예를 들어, 프레임들과 같은 다수의 시간 간격들 각각에 대해 결정 및 할당 동작들을 반복하여, 비트 할당이 간격에서부터 간격까지 변화할 수 있도록 한다.
비트스트림, 컨벌루셔널 코드, 격자, 엔코더, CRC 코드

Description

디지털 오디오 방송 및 다른 응용들을 위한 결합 다중 프로그램 코딩 방법 및 장치{Joint multiple program coding for digital audio broadcasting and other applications}
도 1은 본 발명에 따른 결합 다중 프로그램 오디오 코더의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 결합 다중 프로그램 오디오 코더의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 결합 다중 프로그램 오디오 코딩을 제공하는 전송기의 일부를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 전송기에서 사용되기 위한 예시적인 프레임 포맷을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명*
10:다중 프로그램 코더 30:전송기
32:버퍼 34:CRC 장치
36:컨벌루셔널 코더 뱅크 37:프레임 포맷기
본 출원은 "디지털 오디오 방송 및 다른 응용들을 위한 다중 프로그램 디코딩(Multiple Program Decoding for Digital Audio Broadcasting and Other Applications)"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제09/238,137호, 및 "디지털 오디오 방송 및 다른 응용들을 위한 결합 다중 프로그램 에러 소거(Joint Multiple Program Error Concealment for Digital Audio Broadcasting and Other Applications)"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제09/238,138호에 관한 것이며, 둘 모두는 발명자 Deepen Sinha 및 Carl-Erik W. Sundberg의 이름으로 본 발명과 동시에 출원되었다.
본 발명은 일반적으로 디지털 오디오 방송(DAB) 및 정보를 전송하기 위한 다른 기술들에 관한 것이고, 특히, DAB 및 다른 응용들에 대한 비트스트림 포맷팅 및 결합 다중 프로그램 코딩을 제공하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 명세서에 참고 문헌으로 포함된 1998년, Digital Audio의 섹션 42, 42-1 내지 42-18 페이지들에 있는 CRC Press에서 D. Sinha, J.D. Johnston, S.Dorward 및 S.R. Quackenbush의 "인식 오디오 코더(The Perceptual Audio Coder)"에 의해 설명되는 인식 오디오 코더(perceptual audio coder)(PAC)와 같은, 인식 오디오 코딩 장치들은 각각의 오디오 프레임에 대해 비트 요구가 사이코어커스틱(psychoacoustic) 모델에 기초하여 계산되는 잡음 할당 전략을 이용한 오디오 코딩을 실행한다. 유사한 압축 기술들을 통합하는 PAC들 및 다른 오디오 코딩 장치들은 원래부터 패킷-지향으로 즉, 시간의 고정 간격(프레임)에 대한 오디오 정보는 가변 비트 길이 패킷에 의해 나타난다. 각각의 패킷은 오디오 프레임의 양자화된 스펙트럼/서브 밴드 설명(quantized spectral/subband description)에 앞서는 특정 제어 정보를 포함한다. 스테레오 신호들에 대해, 패킷은 중앙 채널과 측면 채널들로서(예를 들어, 좌측 채널과 우측 채널) 분리적으로 또는 차별적으로 둘 이상의 오디오 채널들의 스펙트럼 설명을 포함할 수 있다.
상기-인용된 참조에서 설명되는 바와 같은 PAC 엔코딩은 인식-구동 적응 필터 뱅크 또는 변환 코딩 알고리즘으로 간주될 수 있다. 이것은 높은 레벨의 신호 압축을 달성하기 위해 진보된 신호 처리 및 사이코어커스틱 모델링 기술들을 통합한다. 간단하게, PAC 엔코딩은 오디오 신호의 콤팩트한 설명을 얻기 위해 수정된 이산 코사인 변환(MDCT)과 웨이블릿 변환(wavelet transform) 사이를 전환하는 신호 적응 교환된 필터 뱅크를 사용한다. 필터 뱅크 출력은 비-균등 벡터 양자화들을 이용하여 양자화된다. 양자화를 위해, 필터 뱅크 출력들은 소위 "코드밴드들(codebands)"로 그룹화되어, 예를 들어, 양자화 스텝 크기들과 같은 양자화 파라미터들은 각각의 코드밴드에 대해 독립적으로 선택된다. 이러한 스텝 크기들은 사이코어커스틱 모델에 따라 생성된다. 양자화된 계수들은 적응 허프만 코딩 기술(adaptive Huffman coding technique)을 이용하여 더 압축된다. PAC는 전체 15개의 상이한 코드북들을 사용하고, 각각의 코드밴드에 대해, 최고의 코드북은 독립적으로 선택될 수 있다. 스테레오 및 다중 채널 오디오 구성요소에 대해, 다중 채널 조합들의 합계/차이 또는 다른 유형이 엔코딩될 수 있다.
PAC 엔코딩은 압축된 오디오 정보를 블록 샘플링 알고리즘을 이용하여 패킷화된 비트스트림으로 포맷한다. 44.1 KHz 샘플링 속도에서, 1024입력에 대응하는 각각의 패킷은 채널들의 수에 관계없이 각각의 채널로부터 샘플화한다. 하나의 1024 샘플 블록에 대한 허프만 엔코딩된 필터 뱅크 출력들, 코드북 섹션, 양자화 및 채널 조합 정보는 단일 패킷에서 배열된다. 각각의 1024 입력 오디오 샘플 블록에 대응하는 패킷의 크기가 가변함에도 불구하고, 장-기간 불변 평균 패킷 길이는 아래에 설명될 바와 같이 유지될 수 있다.
응용에 따라서, 다양한 부가 정보가 제 1 프레임 또는 모든 프레임에 부가될 수 있다. 그러한 DAB 응용들에서와 같은 신뢰할 수 없는 전송 채널들에 대해, 헤더는 각각의 프레임에 부가된다. 이 헤더는 에러 복구를 위해 중요한 PAC 패킷 동기 정보를 포함하고, 또한, 샘플 속도, 전송 비트 속도, 오디오 코딩 모드들 등과 같은 다른 유용한 정보를 포함한다. 중요한 제어 정보는 두 연속하는 패킷들을 되풀이하여 더 보호된다.
상술한 설명으로부터 PAC 비트 요구가 사이코어커스틱 모델에 따라 결정되는 바와 같이 양자화 스텝 크기들에 의해 주로 유도된다. 그러나, 하프만 코딩의 사용에 기인하여, 일반적으로, 즉, 양자화 및 하프만 코딩 스텝들 이전에 미리 정확한 비트 요구를 예측하는 것이 불가능하고, 비트 요구는 프레임으로부터 프레임으로 변한다. 따라서, 종래 PAC 엔코더들은 장-기간 비트 속도 강제를 만족시키기 위해 속도 루프와 버퍼링 메커니즘을 이용할 수 있다. 버퍼링 메커니즘에서 버퍼의 크기는 허용가능한 시스템 지연에 의해 결정된다.
종래 단일 프로그램 PAC 비트 할당에서, 엔코더는 특정 오디오 프레임에 대한 일정한 수의 비트들을 버퍼 제어 메커니즘에 할당하기 위한 요구를 만든다. 버퍼의 상태와 평균 비트 속도에 따라, 그후, 버퍼 제어 메커니즘은 현재 프레임에 실제적으로 할당될 수 있는 비트의 최대수를 복귀한다. 이것은 이 비트 할당이 초기 비트 할당 요구보다 상당히 낮을 수 있다는 것을 유의한다. 이것은 즉, 초기 사이코어커스틱 모델 스텝 크기들에 의해 암시되는 바와 같이, 인식 트랜스페런트(transparent) 코딩에 대한 정확성 레벨에서 현재 프레임을 엔코딩하는 것이 가능하지 않음을 나타낸다. 이것은 수정된 스텝 크기들을 갖는 비트 요구가 낮고, 실제 비트 할당에 가깝도록 스텝 크기를 조정하는 속도 루프의 기능이다. 속도 루프는 과도한 잡음의 인식을 최소화하기 위해 사이코어커스틱 원리에 기초하여 동작한다. 그러나, 즉, 사이코어커스틱 모델에 의해 제안되는 것보다 높은 잡음 할당의 실질적인 언더코딩의 양은 속도 제약들을 만족시키기 위해 필요할 수 있다. 언더코딩은 디코딩된 오디오 출력에서 가청 결과물들로 인도될 수 있고, 일정한 유형의 신호들에 대해서 그리고, 저 비트 속도에서 특히 현저하다.
PAC 엔코딩과 같은 인식 오디오 코딩 기술들은 특히 인-밴드 디지털 오디오 방송(DAB) 시스템들과 같은 FM 밴드 및 AM 밴드 전송 응용들에 대해 매력적이고, 또한, 이것은 하이브리드 인-밴드 온-채널(hybrid in-band on-channel)(HIBOC), 모든-디지털 IBOC 및 인-밴드 이웃 채널(IBAC)/인-밴드 예비 채널(IBRC)DAB 시스템들로서 알려져 있다. 또한, 인식 오디오 코딩 기술들은 위성 DAB 시스템들 및 인터넷 DAB 시스템들과 같은 다른 응용들에서 사용하기 위해 적합하다. PAC 및 다른 종래 오디오 코딩 기술들이 단일 프로그램 DAB 전송 응용들에서 적합한 성능을 제공할지라도, 개선들은 예를 들어, 다중-프로그램 DAB, 위성 DAB, 인터넷 DAB 및 다른 유형의 다중 프로그램 전송과 같은 다중 프로그램 전송 응용들을 위해 필요하다.
본 발명은 다중 프로그램 DAB와 같은, 다중 프로그램 전송 응용들에서 결합 코딩을 구현하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 결합 다중 프로그램 코더는 예를 들어, 중요도 플래그 값과 같은 중요도 척도값을 예를 들어, 오디오 프로그램들과 같은 N 프로그램들의 세트 각각으로부터 비트스트림의 부분에 대한 지정된 시간 간격에서 결정한다. 결합 다중 프로그램 코더는, 지정된 시간 간격에서 높은 값의 중요도 척도를 갖는 프로그램에 낮은 값의 중요도 척도를 갖는 다른 한 프로그램보다 상기 간격에 대해 높은 퍼센트의 이용가능한 비트들이 할당되도록, 중요도 척도의 결정된 값들에 적어도 부분적으로 기초하여 프로그램들에 이용가능한 비트들의 풀(pool)을 할당한다. 그러므로 본 발명은 주어진 시간 간격에서 높은 값의 중요도 척도를 갖는 프로그램들이 가장 높은 퍼센트의 이용가능한 비트들을 할당받음을 보장한다. 처리는 예를 들어, 오디오 프레임들과 다수의 간격들 각각에 대해 반복되어, 할당이 간격부터 간격까지 변화할 수 있도록 한다. 결합 다중 프로그램 코더는 엔코딩된 비트스트림들의 세트를 발생하기 위해 결과 비트 할당에 따라 주어진 간격 동안 각각의 프로그램들의 부분을 엔코딩하고, 그후, 엔코딩된 비트스트림은 예를 들어, CRC 코드, RS 코드, BCH 코드 또는 다른 선형 블록 코드와 같은 외부 코드를, 예를 들어, 컨벌루셔널 코드, 터보 코드 또는 격자 코드화된 변조와 같은 내부 코드를 이용하여 더 엔코딩된다.
본 발명은 동시 다중 프로그램 청취 및/또는 기록, 오디오 및 데이터의 동시 전달 등과 같은 복수의 응용들에서 구현될 수 있다. 부가하여, 본 발명은 예를 들어, 데이터, 비디오 및 이미지 정보를 포함하는, 다른 유형의 디지털 정보에 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 다른 유형의 외부 코드들, 다른 유형의 내부 코드들, 예를 들어, 블록 인터리빙, 컨벌루셔널 인터리빙 또는 랜덤 인터리빙과 TDM, FDM, 또는 CDM 프레임 포맷들을 포함하는 광범위한 상이한 프레임 포맷과 같은 다른 유형의 인터리빙들뿐만 아니라, 이러한 및 다른 포맷들의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명은 인식 코더들에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 비트 속도들의 넓은 범위를 통해 동작하는 다른 압축 기술들을 사용하여 다른 유형의 소스 엔코더들에 적용할 수 있고, 무선 방송 채널들과 다른 전송 채널들을 사용할 수 있다.
본 발명은 예를 들어, 1998년, Digital Audio의 섹션 42, 42-1 내지 42-18 페이지들에 있는 CRC Press에서 D.Sinha, J.D.Johnston, S. Dorward 및 S.R. Quackenbush의 "The Perceptual Audio Coder"에 의해 설명되는 인식 오디오 코더(perceptual audio coder)(PAC)와 같은 오디오 코더에 의해 생성되는 오디오 비트들과 같이, 오디오 정보 비트들의 전송에서 사용되는, 예시적 결합 다중 프로그램 코딩 기술들과 함께 아래에 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 결합 다중 프로그램 코딩 기술들은, 예를 들어, 비디오 또는 이미지 정보와 같은 많은 다른 유형의 정보 및 다른 유형의 코딩 장치들에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가하여, 본 발명은 인터넷을 통한 통신과, 다른 컴퓨터 네트워크들과, 셀룰러 멀티미디어, 위성, 무선 케이블, 무선 로컬 루프, 고-속 무선 액세스와 다른 유형의 통신 시스템들을 통한 통신을 포함하여, 광범위하고 다양하며 상이한 유형의 통신 응용들에 이용될 수 있다. 본 발명은 예를 들어, 주파수 채널들, 시간 슬롯들, 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 슬롯들, 및 비동기 전이 모드(ATM)에서의 가상 접속 또는 다른 패킷에 기초한 전송 시스템들과 같은, 임의의 원하는 유형의 통신 채널 또는 채널들에서 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "채널(channel)"은 예를 들어, 메모리 또는 다른 저장 장치 또는, 그러한 장치의 지정된 부분과 같은 저장 채널들(storage channels)을 포함하도록 의도된다. 본 발명은 또한 정보 저장 응용들, 예를 들어 노이지(noisy) 저장 채널들을 이용하는 다중 프로그램의 저장에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "프로그램(program)"은 예를 들어, 주어진 채널 또는 다른 그룹의 오디오, 비디오, 데이터 또는 다른 정보뿐만 아니라, 그러한 채널 또는 그룹의 부분 또는 조합과 같이 임의의 유형의 정보 신호를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "중요도 척도(criticality measure)"는 일반적으로 코드화될 주어진 신호, 또는 그의 부분과 연관된 임의의 비트 요구 지시자를 나타낸다. 따라서, 시간 상의 주어진 포인트에서 중요도 척도(cirticality measure)의 값은 대응하는 신호 또는 신호 부분을 코딩하는 것과 관련된 비트 요구들을 나타낸다. 중요도 플래그는 중요도 척도의 하나의 특정 유형의 예이다.
오디오 프로그램에서, 트랜지언트들(transients) 또는 온세트들(onsets)은 일반적으로 코딩 시비러티(coding severity)와 비트 요구에 관한 가장 중요한 정보를 나타낸다. 온세트들에 대해, 비트 요구는 실질적으로 보통보다 클 수 있고, 특히, 서브 밴드 코딩 계획들에 대해 클 수 있고, 또한, 이러한 것들은 코딩 결과물들에 가장 수용하기 쉽다. 64kbps 스테레오에서 PAC 엔코딩을 갖는 경험은 온세트들의 왜곡들이 코딩 처리의 가장 가청이 좋은 결과물을 나타낸다는 것을 가리킨다. PAC 엔코딩에서, 오디오 프레임에서의 온세트들의 존재는 중요도 플래그를 이용하여 나타낸다. 그것의 가장 단순한 유형에서, 중요도 플래그는 온세트들의 존재 또는 부재를 나타내는 단일-비트 이진수 플래그이다. 연속하는 또는 다중-비트 값이 사용될 수도 있고, 이것은 예를 들어, 0.0과 1.0 사이와 같은 중요도 플래그의 중간 값들이 비-온세트 오디오 세그먼트의 상대적인 풍부함을 나타내는 경우이다. 예를 들어, 세그먼트에 트랜지언트들 또는 다른 보다 높은 하모닉 컨텐츠가 있다면, 중요도 플래그의 중간 값들은 높을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 결합 다중 프로그램 오디오 코더(10)를 도시한다. 코더(10)는 N PAC 오디오 코더들(ENC-1, ENC-2, ..., ENC-N)을 포함하는 PAC 엔코더 뱅크(12)와 2차원(two-dimensional) 결합 비트 할당기(14)를 포함한다. 오디오 1, 오디오 2, ... 오디오 N으로 지정된 오디오 프로그램들을 포함하는 입력 오디오 신호들(16)의 세트는 PAC 엔코더 뱅크(12)에서 각각 PAC 엔코더들(ENC-1, ENC-2, ... ENC-N)에 제공된다. 또한, N 오디오 프로그램들의 세트는 여기서 프로그램들의 "클러스터(cluster)"를 나타낸다. N 오디오 프로그램들의 클러스터는 예를 들어, 1≤N≤NT와 같이 주어진 시스템에서 전송되는 프로그램들의 전체 수(NT)의 서브세트일 수 있다. 임의의 경우에, 잔존 NT-N 프로그램들은 있다면, 예를 들어, 결합 오디오 코딩 동작에서 포함되지 않는 데이터 프로그램들을 포함할 수 있다. 결합 비트 할당기(14)는 아래에 보다 구체적으로 설명될 기술들을 이용하여, N 오디오 프로그램들 사이에 주어진 시간 간격에 대한 이용가능한 비트들의 공통 풀(pool)을 할당한다. 이것은 실질적으로 순간에 기초하여, 보다 큰 퍼센트의 이용가능한 비트들이 더 많은 요구 오디오 프로그램들에 할당될 수 있도록 한다.
비트 할당 요구들은 엔코더들(ENC-1, ENC-2, ... ENC-N)에 의해 결합 비트 할당기(14)로 보내지고, 결합 비트 할당기(14)는 실제 비트 할당들과 응답한다. 소자(18)는 비트 할당 요구들과 실제 할당들을 나타낸다. 통상적인 구현에서, 다른 값들은 물론 사용될 수 있을지라도, N 값은 20 내지 25의 순서일 수 있다. 이전에 설명된 것처럼, N-프로그램 클러스터는 예를 들어, 통신 시스템에서 전송되는 주어진 세트의 NT 프로그램들로 모든 오디오 프로그램들을 나타낼 수 있거나 또는, 주어진 세트의 NT 프로그램들의 지정된 서브세트를 나타낼 수 있다. 나중 경우에, 서브세트의 특정 프로그램은 예를 들어, 시간의 함수로서 변할 수 있다.
결합 비트 할당기(14)의 기본 동작은 다음과 같다:
1. 고정된 시간 간격들에서, 예컨대, Tf가 프레임 지속기간인 모든 Tf msecs, 일반적으로 PAC 엔코딩에서 22 msec로, 비트 할당 요구는 결합 비트 할당기(14)에 대해 PAC 엔코더 뱅크(12)에 참여하는 프로그램 엔코더(ENC-1, ENC-2, ... ENC-N) 각각에 의해 만들어진다. N 프로그램들 중 주어진 하나, 즉, i=1, 2, ... N인 i번째 프로그램으로부터의 비트 할당 요청은, (ⅰ)Tf 시간 간격으로 i번째 프로그램의 오디오 정보의 인지 코딩에 대한 실제 비트 요구; 및 (ⅱ)Tf 시간 간격으로 i번째 프로그램의 오디오 정보의 중요도를 나타내는, 예를 들어, 단일-비트 또는 복수-비트 중요도 플래그의 중요도 척도 Cf(i)의 두 성분들로 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 오디오 프로그램들의 경우에서, 중요도는, 온세트들, 트랜지언트들, 또는 하모닉들과 같은 오디오에서의 임의의 중요한 특징들, 또는 오디오의 "풍부함(richness)"의 공헌과 같은 일반적인 특징 또는 다른 품질의 존재를 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 중요도 척도 Cf(i)은 대응하는 프로그램의 지정된 품질을 특징 지우는 번호를 제공하는 선형 중요도 플래그일 수 있다. 일반적으로, 이러한 선형 중요도 플래그는 오디오 프로그램의 일부에 대한 중요도의 척도 범위를 제공하기 위해 다중 비트들을 이용할 수 있다.
2. 결합 비트 할당기(14)는 개별 프로그램 엔코더들로부터 비트 할당 요구들을 공동으로(jointly) 처리하는 몇몇의 요소들을 고려한다. 이러한 요소들은 프로그램 엔코더들로부터의 현재 및 과거 비트 할당 요구들, 특정 프로그램에 대한 평균 속도와, 예컨대, 소스 코딩 및 디코딩에 기인한 허용가능한 시스템 지연을 포함한다. 할당기 처리의 결과는 현재 시간 간격에 대한 N 프로그램들 각각에 대한 비트 속도 할당이다. 그 후, 이러한 할당들은 개별 프로그램 엔코더들(ENC-1, ENC-2, ... ENC-N)로 피드백된다.
3. 각각의 프로그램 엔코더는 실제 비트 할당으로 또는 이하로 비트 속도 요구를 유지하기 위해 그것의 속도 루프 메커니즘을 동작한다. 비트 요구를 통한 부정확한 제어(imprecise control) 때문에(허프만 코딩에 기인하여), 주어진 프로그램 엔코더는 일부의 사용되지 않는 비트 용량을 여전히 가질 수 있다(거의 항상 50비트보다 작고, 통상 10 내지 25비트). 이것은 예를 들어, 프로그램 관련 데이터와 같이 보조 데이터용으로 사용될 수 있고, 500 내지 1500bps 정도일 수 있다. 이론적으로, 또한, 이것은 미래의 사용을 위해 결합 비트 할당기로 사용되지 않는 용량을 복귀하는 것이 가능하다. 그러나, 일반적으로, 이것은 중요한 부가 결합 코딩 이득들(gains)이 없는 부가된 복잡성을 초래한다.
도 1에 예시된 2차원 결합 코딩에 대한 대안으로, 상술한 종래 단일 프로그램 PAC 비트 할당은 N 오디오 프로그램들로 확장된다는 것을 나타낸다. 도 2는 본 발명에 따른 대안적인 결합 다중 프로그램 엔코더(20)를 도시한다. 엔코더(20)는 이전에 설명된 바와 같이 N 오디오 프로그램 입력들(16)의 세트에 의해 구동되는 PAC 엔코더 뱅크(12), 및 종래 단일 프로그램 PAC 비트 할당기(22)를 포함한다. 비트 할당기(22)는 예를 들어, 시간 차원만을 통해 동작하는 1차원이다. PAC 엔코더들(ENC-1, ENC-2, ... ENC-N)로부터 N 비트 할당 요구들(24)의 세트는 스위치(26)에 의해 샘플화되고, 단일 프로그램 할당기(22)로 연속적으로 전달된다. 단일 프로그램 비트 할당기(22)로부터 비트 할당은 적절한 엔코더들에 스위치(28)를 통해 연속적으로 전달된다. 결합 엔코더는 본질적으로 N 오디오 프로그램들 사이의 단일 프로그램 비트 할당기(22)를 시간 다중화한다. 상기 대안적인 결합 다중 프로그램 엔코더는 도 1의 2차원 결합 다중 프로그램 엔코더(10)에 유사한 성능을 제공하기 위해, 예를 들어, 단일 프로그램 엔코더와 관련된 N 회 시스템 지연과 같은 상당히 긴 시스템 지연을 필요로 한다. 따라서, 이것은 긴 지연들에 민감한 응용들에서 사용되기에 부적합할 수 있다.
도 1의 결합 다중 프로그램 코더에서 사용되기에 적합한 결합 다중 프로그램 오디오 코딩 알고리즘은 C-같은 의사 코드(pseudocode)를 이용하여 아래에 주어진다. 상기 예시적인 결합 다중 프로그램 오디오 코딩 알고리즘의 목적에 대해, 이것은 3-값의 중요도 플래그 CF가 사용되는 것이 가정된다: Cf(i)=1은 고정된 저-복잡성 오디오를 나타내고, Cf(i)=0.5는 고정된 높은-복잡성 오디오를 나타내고, Cf(i)=0은 온세트 또는 트랜지언트 세그먼트를 나타낸다. 물론, 본 발명은 다른 많은 형식의 중요도 척도를 사용할 수 있다. 이 코딩 알고리즘은 도 1의 결합 비트 할당기(14)에 의해 구현될 수 있다.
/*
다중-프로그램 비트 할당용 처리 알고리즘
각각의 클러스터는 N 프로그램 엔코더들을 포함한다.
i=1, ..., N에 대해, 다음의 표기가 정의된다.
(Bd[i], Cf[i])는 현재 비트 할당 요구이고, 여기서 Bd[i]는 i번째 프로그램 엔코더로부터 현재 비트 요구이고, Cf[i]는 i번째 엔코더로부터 제3 중요도 플래그이다.
Cf[i]=1 가장 중요한, Cf[i]=0.5 중간정도 중요한, Cf[i]=0 중요하지 않음
BR[i]는 지시된 비트 속도(i번째 프로그램에 대한 Tf msec마다 비트)
Ba[i]는 엔코더에 의해 복귀되는 실제 비트 할당
ND는 최대 허용 가능한 시스템 지연[Tf msec 오디오 프레임들의 유닛에서(예 를 들어 8)]
BRM = 클러스터 내의 최대 평균 비트 전송 속도(예를 들어, 64kbps)
CRCBLKLEN = 외부 코드에 대한 블록 길이
Figure 112000001577824-pat00011
Figure 112000001577824-pat00002
Figure 112000001577824-pat00003
Figure 112000001577824-pat00004
Figure 112000001577824-pat00005
Figure 112000001577824-pat00006
도 3은 도 1의 결합 다중 프로그램 오디오 코더(10)를 결합하는 전송기(30)를 도시한다. 다중 프로그램 코더(10)의 출력은 N 출력 비트스트림들(B1, B2,... BN.)의 세트이다. 주어진 출력 비트스트림(Bi)은 예를 들면, i번째 오디오 프로그램에서 발생된 오디오 패킷들의 순서인 엔코딩된 오디오 신호를 나타낸다. 출력 비트스트림들(Bi)은 버퍼(32)에 분배되고, 주기적 과잉 코드들(CRCs)은 CRC 장치(34)의 각 스트림들에 대해 계산된다. CRC는 전송기(40)에서 사용될 수 있는 "외부 코드"의 한 형식의 실례이다. 다른 가능한 외부 코드들은 예를 들어, Reed-Solomon(RS) 코드들, Bose-Chadhuri-Hocquenghem(BCH) 코드들 및 다른 선형 블록 코드들을 포함한다.
전송기(30)에서, 버퍼(32)는 본 명세서에서 "F 프레임" 더하기 계수 오버헤드를 한 값으로 인용되는 지정된 고정 길이 프레임의 용량까지 CRC 프레임들로 채워진다. 그러면, 각각의 프로그램 비트스트림은 개별적 컨벌루셔널 엔코더들(36A)의 세트 및 테일 발생기(36B)(tail generator)를 포함하는 컨벌루셔널 코더 뱅크(36)를 사용하여, 개별적으로 컨벌루셔널하게 코딩되고 F 프레임 내에서 테일로 종결된다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 이 분리된 채널 코딩은 각각의 프로그램이 단일하고 비교적 낮은 속도 비터비 디코더(Viterbi decoder)로, 그것의 동작 비트 속도의 알려진 상한으로 디코딩되어, 순간 튜닝이 모든 프로그램들에 대해 가능하다. 비록, 대안적 실시예들이 결합 채널 코딩 모두를 또는 N 프로그램의 서브세트를 사용할 수 있었지만, 이것은 일반적으로 고속 비터비 디코더들과 더욱 복잡한 디인터리빙(deinterleaving)을 요구했을 것이다. 코더 뱅크(36)에서의 컨벌루셔널 코딩은 전송기(30)에서 사용된 "내부 코드" 형식의 실례이다. 내부 코드의 다른 형식은 블록 또는 컨벌루셔널 코드들(소위 "터보" 코드들)을 포함하고, 격자 코드된 변조(trellis coded modulation)와 결합하여 코딩하면서 사용될 수 있다.
또한, 전송기(30)는 컨벌루셔널 코더 뱅크(36)의 출력으로부터 위에 기술한 F 프레임들을 형성하는 프레임 포맷기(37)를 포함한다. 인터리빙은 하나 이상의 고정된 길이 F 프레임의 세트에 대해 인터리버(38)에서 이루어진다. 도 4는 시간 분할 멀티플렉스된(TDM) 포맷에서 프레임 포맷기(37)에 의해 발생될 수 있는 F 프레임(40)의 실례를 도시한다. F 프레임(40)은 제어 정보(42), N 오디오 채널들을 위해 엔코딩된 오디오 데이터 비트들(44-1, 44-2, ... 44-N) 및 반복된 제어 정보(42R)를 포함한다. 이 실시예에서, 각각의 엔코딩된 오디오 비트들(44-i, i=1, 2, ... N)의 세트는 CRC 프레임(47)의 정수 및 종결 테일(48)을 포함한다. 프레임 포맷팅 과정의 일부로서, 다중 프로그램 제어 정보는 예를 들어, 반복된 제어 정보(42R) 및 그것 자체의 종결된 컨벌루셔널 내부 코드와 그것 자체의 CRC 외부 코드로 방지된 에러로서 반복될 수 있으므로, 제어 정보는 비-제어 정보보다 높은 레벨의 에러 방지를 제공받는다. 제어 정보는 대안적으로 비-제어 정보로서 동일한 외부 및/또는 내부 코드들을 사용할 수 있다.
F 프레임(40)의 제어 정보는 예를 들어, 각각의 프로그램에 대한 CRC 프레임들의 번호를 지시, 프레임 동기 워드와 같은 프레임 동기 정보, 인터리버 동기 정보, 가입자 확인/제어 정보, 예를 들어, 유료 무선 서비스를 위해, 속도(rate)와 같은 프로그램 내용 정보, 형식(오디오/데이터/음성) 등, 그리고, 오디오 코딩 형식과 같은 전송 파라미터들, 외부 및 내부 채널 코딩 형식, 결합 다중 프로그램 오디오 코딩 모두 또는 프로그램들의 주어진 세트의 일부의 사용, 다중 설명 코딩, 및 불균등 에러 방지(UEP)를 포함할 수 있다. 이 제어 정보의 부분들은 시스템 구성 갱신 및 프로그램 채널 개편으로 매우 느리게 변화할 수 있어서, 완전한 정보의 세트는 하나의 프레임 헤드에 포함될 필요가 없지만, 대신에 F 프레임들의 번호로 확산될 수 있다.
도 3의 전송기(30)는 일반적으로 도 3에는 도면의 간결성을 위해 도시되지 않은 변조기들, 멀티플렉서들, 업컨버터 등의 부가 처리 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 전송기는 이러한 요소 외의 요소들을 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 결합 다중 프로그램 오디오 코더(10)와 같은 전송기(30)의 요소들은 응용-명세 집적 회로, 마이크로 프로세서 또는 다른 형식의 디지털 데이터 프로세서, 뿐만 아니라 이것들과 다른 알려진 장치들의 조합들 또는 부분들을 사용하여 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 또한, 전송기(30)의 요소들은 컴퓨터 또는 다른 디지털 데이터 프로세서에서의 중앙 처리 장치(CPU) 등에 의해 실행되는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들의 형식으로 구현될 수 있다.
일반적으로, 상기한 결합 다중 프로그램 오디오 코딩과 관련하여 비교적 적은 오버헤드가 있다는 것을 주의해야 한다. 각각의 F 프레임은 많아야 최대 인터리버 간격으로 인터리브된 N 오디오 프로그램들의 한 세트의 모든 비트들을 포함한다. 각각의 오디오 프로그램은 예를 들어, 그것의 할당된 비트 전송 속도의 4배의 피크 평균 비트 전송 속도 예를 들어, 4 곱하기 64kbps가 허용될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 주어진 F 프레임의 제어 정보(42, 42R)는 F 프레임의 각각의 오디오 프로그램에 대한 CRC 프레임들의 수를 포함한다. 이것은 일반적으로 프로그램당 최대 16 비트를 요구할 것이며, 이것은 본 실시예에서 N=20 프로그램들, 4초의 F 프레임 존속 기간 및 64kbps의 할당된 비트 전송 속도의 가정하에 0.025%의 오버헤드로 해석된다. 본 실시예에서, 각각의 프로그램에 대한 컨벌루셔널 코드는 각각의 F 프레임 내부에서 종결되고, 테일 비트들에 대한 오버헤드는 겨우 약 0.003%이다. 만약 UEP가 제공된다면, 제어 비트들은 두 배가 될 것이지만 테일 비트에 부가는 예를 들어, 속도-호환 구멍 컨벌루셔널(RCPC) 코드들의 사용으로 피할 수 있다. 또한 오버헤드는 예를 들어, 상기 F 프레임의 1/4 크기 F 프레임이 일반적으로 상기 주어진 값의 최대 4배인 제어/테일 오버헤드를 갖는 것과 같이 더 작은 F 프레임들에 대해 최소일 수 있다.
본 발명은 "인식 오디오 코더들을 위한 차등 에러 보호(Unequal Error Protection For Perceptual Audio Coders)"라는 명칭으로 발명자 Deepen Sinha 및 Carl-Erik W. Sundberg로 1998년 2월 11일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 09/022,114와 "채널 분류를 이용한 디지털 방송을 위한 차등 에러 보호(Unequal Error Protection For Digital Broadcasting Using Channel Classification)"이라는 명칭으로 발명자 Deepen Sinha 및 Carl-Erik W. Sundberg로 1998년 9월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 09/163,656과 같은 UEP 기술과 사용될 수 있다.
본 발명의 대안적 실시예들은 예를 들어 RS, BCH 또는 다른 선형 블록 코드들 같은 외부 코드들의 다른 형식, 컨벌루셔널 코드의 다양한 형식, 터보 코드 또는 격자 코드된 변조와 관련된 코딩과 같은 다른 형식의 내부 코드들, 및 예를 들어 블록 인터리빙, 컨벌루셔널 인터리빙 또는 랜덤 인터리빙과 같은 다양한 다른 형식의 인터리빙을 사용할 수 있다. 또한 대안적 실시예들은 단지 외부 코드가 아닌 내부 코드만을 사용할 수 있으며, 역으로도 성립할 수 있다. 물론 RS, BCH 또는 에러 수정 외부 코드의 다른 유사한 형식을 사용하는 실시예들은 에러 정정뿐만 아니라 에러 플래그를 발생하기 위해서도 위의 코드를 사용할 수 있다.
또한, 도 4에서 보여주는 TDM 프레임 포맷은 실시예이지만, TDM 프레임 포맷의 임의의 구체적인 유형 또는 일반적으로 TDM 프레임 포맷들로 사용되도록 본 발명을 한정하는 것으로 구성되지 않아야 한다. 본 발명은 주파수 분할 멀티플렉스드(FDM) 및 코드 분할 멀티플렉스드(CDM) 포맷뿐만 아니라 TDM, FDM, CDM 조합 및 다른 유형의 프레임 포맷들을 포함하여, 광범위하게 다른 프레임 포맷들을 디코딩하는데 적용될 수 있다. 또한, 여기에 구체적으로 설명되지는 않았지만, 복수의 상이한 유형의 변조 기술들은 예를 들어, 모든 채널에서 단일-캐리어 변조 또는 다중-캐리어 변조, 모든 채널에서 직각 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 포함하여, 본 발명에 연결하여 사용될 수 있다. 주어진 캐리어는 예를 들어, m-QAM, m-PSK 또는 격자(trellis) 코드화된 변조와 같은 기술을 포함하여 임의의 원하는 유형의 변조 기술을 이용하여 변조될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 데이터, 비디오, 이미지들과 다른 유형의 정보와 같이, 오디오와 다른 디지털 정보의 전송에 적용될 수 있다. 예시적인 실시예가 PAC 엔코더에 의해 생성되는 것들과 같이, 오디오 패킷들을 이용함에도 불구하고, 일반적으로, 본 발명은 임의의 형식으로 디지털 정보에 더 많이 적용할 수 있고, 임의의 유형의 압축 기술에 의해 생성될 수 있다. 본 발명은 동시 다중 프로그램 청취 및/또는 기록, 오디오 및 데이터의 동시 전달 등과 같은 복수의 응용들에서 구현될 수 있다. 다음의 청구범위의 범위 내에서 이러한 및 복수의 다른 대안적 실시예들 및 구현들은 당업자들에게 명백할 것이다.
본 발명은 동시 다중 프로그램 청취 및/또는 기록, 오디오 및 데이터의 동시 전달 등과 같은 복수의 적용에서 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 예를 들어, 데이터, 비디오 및 이미지 정보를 포함하여, 다른 유형의 디지털 정보에 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 다른 유형의 외부 코드들, 다른 유형의 내부 코드들, 예를 들어, 블록 인터리빙, 컨벌루셔널 인터리빙 또는 랜덤 인터리빙과 TDM, FDM, 또는 CDM 프레임 포맷들을 포함하는 광범위한 상이한 프레임 포맷과 같은 다른 유형의 인터리빙들뿐만 아니라, 이러한 및 다른 포맷들의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명은 인식 코더들에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 비트 속도들의 넓은 범위를 통해 동작하는 다른 압축 기술들을 사용하여 다른 유형의 소스 엔코더들에 적용할 수 있고, 무선 방송 채널들과 다른 전송 채널들을 사용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템에서 전송을 위해 복수의 프로그램들을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 프로그램들의 적어도 하나의 서브세트 각각에 대한 중요도 척도값(value of a criticality measure)을 결정하는 단계로서, 상기 프로그램들 중 주어진 하나의 프로그램에 대한 상기 중요도 척도값은 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램의 적어도 하나의 미리 결정된 중요한 특징의 존재 또는 부재를 나타내고 그에 따라 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램을 코딩하는 비트 요구를 나타내는, 상기 중요도 척도값 결정 단계; 및
    상기 지정된 시간 간격에서 특정한 값을 가진 중요도 척도를 갖는 프로그램에, 상기 지정된 시간 간격에서 다른 값을 가진 상기 중요도 척도를 갖는 상기 프로그램들 중 다른 하나의 프로그램보다 상기 간격에 대해 다른 퍼센트의 이용가능한 비트들이 할당되도록, 상기 중요도 척도값들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 프로그램들에 상기 이용가능한 비트들을 할당하는 단계를 포함하는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 엔코더들 각각에 대한 비트 할당 요청을 처리하는 단계로서, 상기 엔코더들 각각은 상기 프로그램들 중 대응하는 하나의 프로그램을 엔코딩하는, 상기 비트 할당 요청 처리 단계; 및
    상기 복수의 엔코더들 각각에 대한 실제의 비트 할당을 발생하는 단계를 더 포함하는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 프로그램들 중 주어진 하나의 프로그램으로부터의 상기 비트 할당 요청은:
    (ⅰ) 지정된 시간 간격에서 상기 주어진 프로그램의 오디오 정보의 인지 코딩에 대한 실제적인 비트 요구; 및
    (ⅱ) 상기 지정된 시간 간격 동안 결정되는 상기 중요도 척도값을 포함하는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 결정 단계는, 상기 프로그램들 각각의 대응하는 중요도 플래그가 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램에서 상기 미리 결정된 중요한 특징의 존재를 나타내는 제 1 값을 갖거나 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 프로그램에서 상기 미리 결정된 중요한 특징의 부재를 나타내는 제 2 값을 갖는 경우 상기 프로그램들 각각에 대해 결정함으로써, 상기 프로그램들 각각에 대한 중요도 플래그의 값을 결정하는 단계를 포함하는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 중요도 플래그들 중 적어도 하나는 단일-비트 중요도 플래그이며, 상기 단일-비트 중요도 플래그의 값은 상기 대응하는 프로그램에서 온세트(onset) 및 트랜지언트(transient) 중 적어도 하나의 존재 또는 부재를 나타내는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 중요도 플래그들 중 적어도 하나는 상기 대응하는 프로그램의 지정된 품질의 특징을 나타내는 값을 갖는 선형 중요도 플래그인, 복수의 프로그램 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 선형 중요도 플래그는 적어도 세 개의 가능한 값들 중 한 개의 값을 취할 수 있으며, 상기 세 개의 값들은 정지한 낮은-복잡성 오디오를 나타내는 제 1 값, 정지한 높은-복잡성 오디오를 나타내는 제 2 값, 및 온세트 또는 트랜지언트 중 적어도 하나의 존재를 나타내는 제 3 값을 포함하는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 통신 시스템에서 전송을 위해 복수의 프로그램들을 처리하기 위해 사용되는 장치에 있어서,
    지정된 시간 간격에서 특정한 값을 가진 중요도 척도를 갖는 프로그램에, 상기 지정된 시간 간격에서 다른 값을 가진 중요도 척도를 갖는 상기 프로그램들 중 다른 하나의 프로그램보다 상기 간격에 대해 다른 퍼센트의 이용가능한 비트들이 할당되도록, 상기 프로그램들의 적어도 서브세트 각각에 대한 중요도 척도값을 결정하고 상기 중요도 척도값들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 프로그램들에 상기 이용가능한 비트들을 할당하도록 동작하는 결합 다중 프로그램 코더를 포함하며,
    상기 프로그램들 중 주어진 하나의 프로그램에 대한 상기 중요도 척도값은 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램의 적어도 하나의 미리 결정된 중요한 특징의 존재 또는 부재를 나타내고 그에 따라 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램을 코딩하는 비트 요구를 나타내는, 복수의 프로그램 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 통신 시스템에서 전송을 위해 복수의 프로그램들을 처리하는 방법에 있어서,
    지정된 시간 간격에서 특정한 중요도 척도를 갖는 프로그램에, 상기 지정된 시간 간격에서 다른 중요도 척도를 갖는 상기 프로그램들 중 다른 하나의 프로그램보다 상기 간격에 대해 다른 퍼센트의 이용가능한 비트들이 할당되도록, 대응하는 중요도 척도들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 프로그램들에 상기 이용가능한 비트들을 할당하는 단계로서, 상기 프로그램들 중 주어진 하나의 프로그램에 대한 상기 중요도 척도는 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램의 적어도 하나의 미리 결정된 중요한 특징의 존재 또는 부재를 나타내고 그에 따라 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램을 코딩하는 비트 요구를 나타내는, 상기 할당 단계를 포함하는, 복수의 프로그램 처리 방법.
  20. 통신 시스템에서 전송을 위해 복수의 프로그램들을 처리하기 위해 사용하는 장치에 있어서,
    지정된 시간 간격에서 특정한 중요도 척도를 갖는 프로그램에, 상기 지정된 시간 간격에서 다른 중요도 척도를 갖는 상기 프로그램들 중 다른 하나의 프로그램보다 상기 간격에 대해 다른 퍼센트의 이용가능한 비트들이 할당되도록, 대응하는 중요도 척도들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 프로그램들에 상기 이용가능한 비트들을 할당하도록 동작하는 결합 다중 프로그램 코더로서, 상기 프로그램들 중 주어진 하나의 프로그램에 대한 상기 중요도 척도는 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램의 적어도 하나의 미리 결정된 중요한 특징의 존재 또는 부재를 나타내고 그에 따라 상기 지정된 시간 간격에 대해 상기 주어진 프로그램을 코딩하는 비트 요구를 나타내는, 상기 결합 다중 프로그램 코더를 포함하는, 복수의 프로그램 처리 장치.
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