KR100986150B1 - 합성된 스펙트럼 성분을 적용하기 위하여 디코딩된 신호의 특성을 사용하는 오디오 코딩 시스템 - Google Patents

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마이클 미드 트루만
매튜 콘라드 펠레스
마크 스튜어트 빈톤
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돌비 레버러토리즈 라이쎈싱 코오포레이션
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Abstract

오디오 코딩 시스템 내의 수신기는 오디오 신호를 표시하는 신호 전달 주파수 서브대역 신호를 수신한다. 이 서브대역 신호는 검사되어, 오디오 신호의 하나 이상의 특성을 평가한다. 스펙트럼 성분은 합성되어, 평가된 특성을 갖는다. 이 합성된 스펙트럼 성분은 서브대역 신호와 통합되어 합성 필터뱅크를 통과하여 출력 신호를 발생시킨다. 한 가지 구현방식에서, 평가된 특성은 일시적 정형(temporal shape)이고, 잡음-형 스펙트럼 성분은 합성되어 오디오 신호의 일시적 정형(temporal shape)을 갖는다.
역포맷화기, 디코더, 분석기, 합성 필터뱅크, 성분 합성기, 분석기

Description

합성된 스펙트럼 성분을 적용하기 위하여 디코딩된 신호의 특성을 사용하는 오디오 코딩 시스템{AUDIO CODING SYSTEM USING CHARACTERISTICS OF A DECODED SIGNAL TO ADAPT SYNTHESIZED SPECTRAL COMPONENTS}
본 발명은 일반적으로 오디오 코딩 시스템에 관한 것이며, 특히, 오디오 코딩 시스템으로부터 얻어지는 오디오 신호의 인식 품질을 개선시키는 것에 관한 것이다.
오디오 코딩 시스템은 전송 또는 저장하는데 적합한 엔코딩된 신호로 오디오 신호를 엔코딩하고 나서, 이 엔코딩된 신호를 수신 또는 검색하고 이 신호를 디코딩하여 재생을 위한 원래의 오디오 신호 버젼을 얻는데 사용된다. 인식 오디오 코딩 시스템은 오디오 신호를 원래의 오디오 신호 보다 낮은 정보 용량 요구조건을 지닌 엔코딩된 신호로 엔코딩하고 나서, 이 엔코딩된 신호를 디코딩하여 원래의 오디오 신호와 인식할 정도로 구별할 수 없는 출력을 제공하고자 하는 것이다. 인식 오디오 코딩 시스템의 일 예는 Dolby Digital이라 칭하는 2001년 8월에 공개된 제목이 "Revision A to Digital Audio Compression(AC-3) Standard"인 Advanced Television Systems Committee(ATSC) A/52A document(1994)에 기재되어 있다. 또 다른 예는 Bosi 등이 발표한 Advanced Audio Coding(AAC)이라 칭하는 "ISO/IEC MPEG2 Advanced Audio Coding." J.AES, vol.45, no.10, October 1997, pp.789-814에 기재되어 있다. 이들 2가지 코딩 시스템 뿐만 아니라 많은 다른 인식 코딩 시스템에서, 대역 분할 송신기(split-band transmitter)는 분석 필터뱅크를 오디오 신호에 적용하여 주파수 대역 또는 그룹으로 배열된 스펙트럼 성분을 얻고 사이코아쿠스틱 원리에 따라서 스펙트럼 성분을 엔코딩하여 엔코딩된 신호를 발생시킨다. 이 대역폭은 전형적으로 가변되고, 통상적으로 인간 청각 시스템의 소위 임계 대역폭과 동일하다. 상보적인 대역 분할 수신기(split-band receiver)는 엔코딩된 신호를 수신하여 디코딩하여 스펙트럼 성분을 복구하고 합성 필터뱅크를 디코딩된 스펙트럼 성분에 적용하여 원래 오디오 신호의 복제를 얻는다.
인식 코딩 시스템은 주관적이거나 인식된 오디오 품질 측정을 유지하면서 오디오 신호의 정보 용량 요구조건을 감소시켜, 오디오 신호의 엔코딩된 표현이 보다 작은 대역폭을 사용하여 통신 채널을 통해서 전달되거나 보다 적은 공간을 사용하여 기록 매체상에 저장되도록 하는데 사용된다. 정보 용량 요구조건은 스펙트럼 성분의 양자화에 의해 감소된다. 양자화는 양자화된 신호에 잡음을 도입시키지만, 인식 오디오 코딩 시스템은 일반적으로 양자화 잡음 진폭을 제어하고자 시도시 사이코아쿠스틱 모델(psychoacoustic models)을 사용하여, 이 잡음을 마스킹하거나 신호에서 스펙트럼 성분에 의해 가청불가능하게 한다.
통상적인 인식 코딩 기술은 고 비트레이트로 매체를 지닌 엔코딩된 신호를 전송 또는 기록하도록 하는 오디오 코딩 시스템에서 상당히 양호하게 작동하지만, 이들 기술은 엔코딩된 신호가 저 비트레이트로 제한될 때 이들 기술은 스스로 매우 양호한 오디오 품질을 제공하지 못한다. 다른 기술은 매우 낮은 비트 레이트에서 고 품질 신호를 제공하고자 할 때 인식 코딩 기술과 결합되어 사용되었다.
소위 "High-Frequency Regeneration"(HFR)이라 하는 한 가지 기술은 Truman 등이 2002년 3월 28일 출원한 발명의 명칭이 "Broadband Frequency Translation for High Frequency Regeneration"인 미국 특허 출원 10/113,858호에 기재되어 있고, 이 특허 출원이 전반적으로 본원에 참조되어 있다. HFR을 사용하는 오디오 코딩 시스템에서, 송신기는 엔코딩된 신호로부터 고주파수 성분을 배제하고, 수신기는 손실된 고주파수 성분을 위하여 잡음-형 대체 성분을 재생 또는 합성한다. 일반적으로 수신기의 출력에 제공되는 이 결과의 신호는 송신기의 입력에 제공된 원래 신호와 인식할정도로 동일하지 않지만, 복잡한 재생 기술은 저 비트레이트에서 가능한 훨씬 높은 인식 품질을 지닌 원래의 입력 신호와 상당히 양호하게 근사화되는 출력 신호를 제공할 수 있다. 이 내용에서, 고품질은 통상적으로 광 대역폭 및 저레벨의 인식 잡음을 의미한다.
소위 "Spectral Hole Filling"(SHF)라 칭하는 또 다른 분석 기술은 Truman 등이 2002년 6월 17일에 출원한 발명의 명칭이 "Improved Audio Coding System Using Spectral Hole Filling"인 미국 특허 출원 10/174,493호에 서술되어 있고, 이 특허 출원이 전반적으로 본원에 참조되어 있다. 이 기술에 따르면, 송신기는 스펙트럼 성분의 대역이 엔코딩된 신호로부터 생략되도록 하는 방식으로 입력 신호의 스펙트럼 성분을 양자화하여 엔코딩한다. 손실된 스펙트럼 성분의 대역을 스펙트럼 홀(spectral holes)이라 칭한다. 수신기는 스펙트럼 성분을 합성하여 스펙트럼 홀 을 채운다. SHF 기술은 일반적으로 원래 입력 신호와 인식할정도로 동일한 출력 신호를 제공하지 못하지만, 저 비트레이트 엔코딩된 신호로 동작하도록 제한되는 시스템에서 출력 신호의 인식 품질을 개선시킬 수 있다.
HFR 및 SHF와 같은 기술은 많은 상황에서 이점을 제공할 수 있지만, 이들 기술은 모든 상황에서 양호하게 작동하지 못한다. 특히 문제가 되는 한가지 상황은, 급격하게 변화하는 진폭을 지닌 오디오 신호가 분석 및 합성 필터뱅크를 수행하기 위하여 블록 변환을 사용하는 시스템에 의해 엔코딩될 때 야기된다. 이 상황에서, 가청가능한 잡음-형 성분은 변환 블록에 대응하는 시간 주기에 걸쳐서 손상될 수 있다.
시간-손상된 잡음의 가청 효과를 감소시키는데 사용될 수 있는 한 가지 기술은 매우 비고정적인 입력 신호의 구간 동안 분석 및 합성 변환의 블록 길이를 감소시키는 것이다. 이 기술은 고 비트레이트로 매체를 지닌 엔코딩된 신호를 전송 또는 기록하도록 하는 오디오 코딩 시스템에서 양호하게 작동하지만, 보다 짧은 블록의 사용이 이 변환에 의해 성취되는 코딩 이득을 감소시키기 때문에 보다 낮은 비트 레이트 시스템에선 또한 양호하게 작동하지 않는다.
또 다른 기술에서, 송신기는 입력 신호를 변경하여, 진폭의 급격한 변화가 분석 변환의 적용전 제거되거나 감소되도록 한다. 이 수신기는 합성 변환의 적용후 변경 효과를 반전시킨다. 불행하게도, 이 기술은 입력 신호의 실제 스펙트럼 특성을 모호하게 함으로써 효율적인 인식 코딩을 위하여 필요로 되는 정보를 왜곡시키고, 이 때문에 송신기는 전송된 신호의 일부를 사용하여 수신기가 변경 효과를 반 전시키는데 필요로 되는 파라미터를 전달하여야만 한다.
일시적 잡음 정형화로서 공지된 세번째 기술에서, 송신기는 예측 필터를 분석 필터뱅크로부터 얻어진 스펙트럼 성분에 적용하며, 전송된 신호에서 예측 에러 및 예측 필터 계수를 전달하고, 수신기는 역 에측 필터를 예측 에러에 적용하여 스펙트럼 성분을 복구한다. 이 기술은 예측 필터 계수를 전달하는데 필요로 되는 신호 오버헤드로 인해 저 비트레이트 시스템에서 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 저 비트레이트 코딩 시스템에 의해 발생되는 오디오 신호의 인식 품질을 개선시키기 위하여 이와 같은 저 비트레이트 코딩 시스템에서 사용될 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명을 따르면, 엔코딩된 오디오 정보는 엔코딩된 오디오 정보를 수신하고 일부이지만 전부는 아닌 오디오 신호의 스펙트럼 내용을 표시하는 서브대역 신호를 얻으며, 상기 오디오 신호의 특성을 얻기 위하여 상기 서브대역 신호를 검사하며, 상기 오디오 신호의 특성을 지닌 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키며, 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키기 위하여 상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브대역 신호와 통합하고, 합성 필터뱅크를 상기 변경된 서브대역 신호의 세트에 적용함으로써 상기 오디오 정보를 발생시킴으로써 처리된다.
본 발명의 각종 특징들 및 바람직한 실시예는 이하의 설명 및 첨부한 도면을 통해서 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 이하의 설명 내용 및 전체 도면은 단지 예로서 설명된 것이지, 본 발명의 영역을 제한하고자 하는 것으로 이해되어서는 안된 다.
도1은 오디오 코딩 시스템내의 송신기의 개요적인 블록도.
도2는 오디오 코딩 시스템 내의 수신기의 개요적인 블록도.
도3은 본 발명의 각종 양상을 구현하기 위하여 사용될 수 있는 장치의 개요적인 블록도.
A. 개요
본 발명의 각종 양상은 다양한 신호 처리 방법 및 도1 및 도2에 도시된 장치들과 유사한 장치들을 포함하는 장치와 관련될 수 있다. 어떤 양상들은 단지 수신기에서만 수행되는 공정에 의해 실행될 수 있다. 다른 양상들은 수신기 및 송신기 둘 다에서 수행되는 협동적인 공정을 필요로 한다. 본 발명의 이들 각종 양상들을 실행하는데 사용될 수 있는 공정에 대한 설명은 이들 공정을 수행하는데 사용될 수 있는 통상적인 장치를 개략적으로 설명한 다음에 설명된다.
도1은 분석 필터뱅크(12)가 경로(11)로부터 오디오 신호를 표시하는 오디오 정보를 수신하고, 이에 응답하여, 이 오디오 신호의 스펙트럼 내용을 표시하는 주파수 서브대역 신호를 제공하는 대역 분할 오디오 송신기(split-band audio transmitter)의 한 가지 구현방식을 도시한 것이다. 각 서브대역 신호는 엔코더(14)로 통과되는데, 상기 엔코더는 상기 서브대역 신호의 엔코딩된 표현을 발생시키고 이 엔코딩된 표현을 포맷화기(16)로 통과시킨다. 포맷화기(16)는 엔코딩된 표 현을 전송 또는 저장하는데 적합한 출력 신호로 어셈블링하고 이 출력 신호를 경로(17)를 따라서 통과시킨다.
도2는 역포맷화기(22)가 오디오 신호의 스펙트럼 내용을 표시하는 주파수 서브대역 신호의 엔코딩된 표현을 전달하는 입력 신호를 경로(21)로부터 수신하는 대역 분할 오디오 수신기의 한가지 구현방식을 도시한 것이다. 역포맷화기(22)는 입력 신호로부터 엔코딩된 표현을 얻어 이를 디코더(24)로 통과시킨다. 디코더(24)는 엔코딩된 표현을 주파수 서브대역 신호로 디코딩한다. 분석기(25)는 서브대역 신호를 검사하여, 서브대역 신호가 나타내는 오디오 신호의 하나 이상의 특성을 얻는다. 특성 표시는 성분 합성기(26)로 통과되는데, 이 성분 합성기는 이 특성에 응답하여 적응되는 공정을 사용하여 합성된 스펙트럼 성분을 발생시킨다. 통합기(integrator)(27)는 성분 합성기(26)에 의해 발생된 합성된 스펙트럼 성분과 디코더(24)에 의해 제공된 서브대역 신호를 통합함으로써 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시킨다. 이 변경된 서브대역 신호 세트에 응답하여, 합성 필터뱅크(28)는 오디오 신호를 표시하는 오디오 정보를 경로(29)를 따라서 발생시킨다. 도면에 도시된 특정 구현방식에서, 분석기(25)도 성분 합성기(26)도 역포맷화기(22)에 의한 입력 신호로부터 얻어진 어떠한 제어 정보에 응답하는 공정에 적응되지 않는다. 다른 구현방식에서, 분석기(25) 및/또는 성분 합성기(26)는 입력 신호로부터 얻어진 제어 정보에 응답할 수 있다.
도1 및 도2에 도시된 장치는 3개의 주파수 서브대역을 위한 필터뱅크를 도시한 것이다. 보다 많은 서브대역이 전형적인 구현방식에 사용될 수 있지만, 예시를 간결하게 하기 위하여 단지 3개만이 도시되어 잇다. 특정한 수가 본 발명에 중요한 것은 아니다.
분석 및 합성 필터뱅크는 본질적으로 이산 퓨리에 변환 또는 이산 코사인 변환(DCT)을 포함한 임의의 블록 변환에 의해 수행될 수 있다. 상술된 바와 같은 송신기 및 수신기를 갖는 하나의 오디오 코딩 시스템에서, 분석 필터뱅크(12) 및 합성 필터뱅크(28)는 Princen 등이 "Subband/Transform Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation"이라는 제목으로 발표한 ICASSP 1987 Conf. Proc., May 1987, pp. 2161-64에 기재되어 있는 시간-도메인 에일리어싱 소거(TDAC) 변환으로 공지된 변경된 DCT에 의해 수행된다.
블록 변환에 의해 수행되는 분석 필터뱅크는 입력 신호의 구간 또는 블록을 신호 구간의 스펙트럼 내용을 표시하는 변환 계수의 세트로 변환시킨다. 하나 이상의 인접 변환 계수의 그룹은 이 그룹내의 계수들의 수와 동일한 대역폭을 갖는 특정 주파수 서브대역 내에서 스펙트럼 내용을 표시한다. 용어 "서브대역 신호"는 하나 이상의 인접 변환 계수의 그룹과 관계하고, 용어 "스펙트럼 성분"은 변환 계수와 관계한다.
이 설명에서 사용되는 용어 "엔코더" 및 "엔코딩"은 오디오 신호 자신 보다 적은 정보 용량 요구조건을 갖는 엔코딩된 정보로 오디오 신호를 표시하는데 사용될 수 있는 정보 처리 장치 및 방법에 관계한다. 용어 "디코더" 및 "디코딩"은 엔코딩된 표현으로부터 오디오 신호를 복구하는데 사용될 수 있는 정보 처리 장치 및 방법과 관계한다. 감소된 정보 용량 요구조건에 속하는 2가지 예들은 상술된 Dolby Digital 및 AAC 코딩 표준과 호환가능한 비트 스트림을 처리하는데 필요로 되는 코딩이다. 특정 유형의 엔코딩 또는 디코딩이 본 발명에 중요한 것은 아니다.
B. 수신기
본 발명의 각종 양상은 송신기로부터 어떤 특수한 처리 또는 정보를 필요로 하지 않는 수신기에서 실행될 수 있다. 이들 양상이 우선 설명된다.
1. 신호 특성 분석
본 발명은 매우 낮은 비트레이트로 오디오 신호를 표시하는 코딩 시스템에 사용될 수 있다. 매우 낮은 비트레이트 시스템에서 엔코딩된 정보는 통상적으로, 오디오 신호의 스펙트럼 성분의 일부분만을 표시하는 서브대역 신호를 전달한다. 분석기(25)는 이들 서브대역 신호를 검사하여, 서브대역 신호로 표시되는 오디오 신호의 부분의 하나 이상의 특성을 얻는다. 하나 이상의 특성의 표현은 성분 합성기(26)로 통과되고 합성된 스펙트럼 성분의 발생을 적응시키는데 사용된다. 사용될 수 있는 특성의 여러 예들이 후술된다.
a) 진폭
많은 코딩 시스템에 의해 발생되는 엔코딩된 정보는 어떤 소망의 비트 길이 또는 양자화 해상도(quantizing resolution)로 양자화되는 스펙트럼 성분을 표시한다. 양자화된 성분의 최하위 유효 비트(LSB)로 표시되는 레벨 보다 작은 스펙트럼 성분은 엔코딩된 정보로부터 생략되거나, 대안적으로, 양자화 값이 제로 또는 제로로 간주되는 것을 표시하는 어떤 형태로 표시될 수 있다. 엔코딩된 정보에 의해 전달되는 양자화된 스펙트럼 성분의 LSB에 대응하는 레벨은 엔코딩된 정보로부터 생 략되는 작은 스펙트럼 성분의 크기에 대한 상한으로 간주된다.
성분 합성기(26)는 이 레벨을 사용하여 손실된 스펙트럼 성분을 대체하도록 합성되는 임의의 성분의 진폭을 제한한다.
b) 스펙트럼 정형
엔코딩된 정보에 의해 전달되는 서브대역 신호의 스펙트럼 정형은 서브대역 신호 자신들로부터 즉각 이용가능하게 된다. 그러나, 스펙트럼 정형에 대한 다른 정보는 주파수 도메인에서 서브대역 신호에 필터를 적용함으로써 도출될 수 있다. 이 필터는 예측 필터, 저역 통과 필터, 또는 본질적으로, 바람직한 이외 다른 모든 유형의 필터일 수 있다.
스펙트럼 정형 또는 필터 출력의 표시는 적절하게 성분 합성기(26)로 통과된다. 필요한 경우, 어느 필터가 사용되는지에 대한 표시가 또한 통과되어야 한다.
c) 마스킹
인식 모델은 서브대역 신호내의 스펙트럼 성분의 사이코아쿠스틱 마스킹 효과를 추정하기 위하여 적용될 수 있다. 이들 마스킹 효과가 주파수에 의해 가변되기 때문에, 한 주파수에서 제1 스펙트럼 성분에 의해 제공되는 마스킹은 제1 및 제 2 스펙트럼 성분이 동일한 진폭을 가질지라도, 또 다른 주파수에서 제2 스펙트럼 성분에 의해 제공되는 레벨과 동일한 마스킹 레벨을 반드시 제공할 필요가 없다.
추정된 마스킹 효과의 표시는 성분 합성기(26)로 통과되는데, 이 성분 합성기는 스펙트럼 성분의 합성을 제어하여 합성된 성분의 추정된 마스킹 효과가 서브대역 신호 내의 스펙트럼 성분의 추정된 마스킹 효과와 바람직한 관계를 갖도록 한 다.
d) 음조
서브대역 신호의 음조(tonality)는 스펙트럼 평활성 측정값의 계산을 포함한 다양한 방식으로 평가될 수 있는데, 이 측정값은 서브대역 신호 샘플의 기하학적 평균으로 나뉘어진 서브대역 신호 샘플의 산술 평균의 정규화 지수이다. 음조는 또한, 서브대역 신호 내의 스펙트럼 성분의 배열 또는 분포를 분석함으로써 평가될 수 있다. 예를 들어, 서브대역 신호는 소수의 큰 스펙트럼 성분이 훨씬 작은 성분의 긴 구간에 의해 분리되면 잡음과 유사한 것이 아니라 오히려 음조에 유사한 것으로 간주될 수 있다. 또 다른 방식은 예측 필터를 서브대역 신호에 적용하여 예측 이득을 결정한다. 큰 예측 이득은 신호가 음조와 매우 유사하다라는 것을 표시하는 경향이 있다.
음조의 표시는 성분 합성기(26)로 통과되는데, 이 성분 합성기는 합성된 스펙트럼 성분이 적절한 음조 레벨을 갖도록 합성을 제어한다. 이는 음-형 및 잡음-형 합성된 성분의 가중된 조합을 형성함으로써 행해져 소망의 음조 레벨을 성취하도록 한다.
e) 일시적 정형
서브대역 신호로 표시되는 신호의 일시적 정형은 서브대역 신호로부터 직접 추정될 수 있다. 일시적-성형 추정기의 한 가지 구현방식을 위한 기술적인 근거는 식 1로 표시되는 선형 시스템과 관련하여 설명될 수 있다.
y(t) = h(t)ㆍx(t) (1)
여기서 y(t)=추정될 일시적 정형을 갖는 신호;
h(t)=신호 y(t)의 일시적 정형;
도트 심볼(ㆍ)은 승산을 표시하며;
x(t)=신호 y(t)의 일시적으로-플랫한 버젼
이 식은 다음과 같이 재기록될 수 있다.
Y[k]=H[k]*X[k] (2)
여기서 Y[k]=신호 y(t)의 주파수-도메인 표현;
H[k]=h(t)의 주파수-도메인 표현;
스타 심볼(*)은 컨볼루션을 표시하며;
X[k]=신호 x(t)의 주파수-도메인 표현
주파수-도메인 표현 Y[k]는 디코더(24)에 의해 얻어진 하나 이상의 서브대역 신호에 대응한다. 분석기(25)는 Y[k] 및 X[k]의 자동회귀 이동 평균(ARMA) 모델로부터 도출된 수학식의 세트를 풀음으로써 일시적 정형 h(t)의 주파수-도메인 표현 H[k]의 추정치를 구할 수 있다. ARMA 모델의 사용에 관한 부가적인 정보는 Proakis 및 Manolakis의 "Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications," MacMillan Publishing Co., New York, 1988.로부터 얻을 수 있다. 특히 pp.818-821을 참조하라.
주파수-도메인 표현 Y[k]은 변환 계수의 블록으로 배열된다. 변환 계수의 각 블록은 신호 y(t)의 단시간 스펙트럼을 표현한다. 주파수-도메인 표현 X[k]은 또한, 블록으로 배열된다. 주파수-도메인 표현 X[k]에서 각 계수 블록은 와이드 센스 스테이션어리(wide sense statioary)로 가정되는 일시적으로-플랫한 신호 x(t)를 위한 샘플 블록을 표시한다. 또한, X[k] 표현의 각 블록 내의 계수가 독립적으로 분포되었다라고 가정하자. 이들 가정이 제공되면, 이 신호는 다음과 같은 ARMA로 표현될 수 있다.
Figure 112004059658102-pct00001
(3)
여기서 L=ARMA 모델의 자동회귀 부분의 길이;
Q=ARAM 모델의 이동 평균 부분의 길이,
수학식 3은 Y[k]의 자동상관에 대해 풀음으로써 al 및 bq에 대해 풀을 수 있다:
Figure 112004059658102-pct00002
(4)
여기서 E{}는 예측값 함수를 표시한다.
수학식 4는 다음과 같이 재기록될 수 있다.
Figure 112004059658102-pct00003
(5)
여기서 RYY[n]은 Y[n]의 자동상관을 표시하고;
RXY[k]는 Y[k] 및 X[k]의 교차상관을 표시한다.
H[k]로 표시되는 선형 시스템이 단지 자동회귀라고 가정하면, 수학식 5의 우측상의 제2 항은 무시될 수 있다. 이로 인해 수학식 5는 다음과 같이 재기록될 수 있다.
Figure 112004059658102-pct00004
(6)
이는 L 계수(ai)를 획득하기 위하여 풀어질 수 있는 L 선형 수학식 세트를 표시한다.
이 설명으로 인해, 지금부터, 주파수-도메인 기술을 사용하는 일시적-정형 추정기의 한가지 구현방식을 설명할 수 있다. 이 구현방식에서, 일시적-정형 추정기는 하나 이상의 서브대역 신호 y(t)의 주파수-도메인 표현 Y[k]를 수신하고 -L≤m≤L에 대한 자동상관 시퀀스 RYY[m]을 계산한다. 이들 값은 풀어질 선형 수학식의 세트를 설정하여 계수 ai를 구하는데 사용되는데, 이 계수는 아래의 수학식 7에서 보여지는 모든 선형-극 필터(FR)의 극을 표시한다.
Figure 112004059658102-pct00005
(7)
이 필터는 잡음-형 신호와 같은 임의의 일시적으로-플랫한 신호의 주파수-도메인 표현에 적용되어 신호 y(t)의 일시적 정형과 실질적으로 동일한 일시적 정형을 갖는 일시적으로-플랫한 신호의 버젼의 주파수-도메인 표현을 구한다.
필터(FR)의 극의 디스크립션은 성분 합성기로 통과될 수 있는데, 이 성분 합성기는 필터를 사용하여 소망의 일시적 정형을 갖는 신호를 표시하는 합성된 스펙트럼 성분을 발생시킨다.
2. 합성된 성분의 생성
성분 합성기(26)는 다양한 방식으로 합성된 스펙트럼 성분을 발생시킬 수 있다. 2가지 방식이 후술된다. 다수의 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 여러가지 방식이 서브대역 신호로부터 도출되는 특성에 응답하여 또는 주파수 함수에 따라서 선택될 수 있다.
첫번째 방식은 잡음-형 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 본질적으로, 임의의 광범위한 각종 시간-도메인 및 주파수-도메인 기술이 잡음-형 신호를 발생시키는데 사용될 수 있다.
두번째 방식은 하나 이상의 주파수 서브대역으로부터 스펙트럼 성분을 복제하는 스펙트럼 복제 또는 스펙트럼 해석이라 칭하는 주파수-도메인 기술을 사용한다. 보다 낮은 주파수 스펙트럼 성분은 통상적으로 보다 높은 주파수로 복제되는데, 그 이유는 어떤 방식에선 보다 높은 주파수 성분이 보다 낮은 주파수 성분과 관계되기 때문이다. 그러나, 원리적으로, 스펙트럼 성분은 보다 높거나 보다 낮은 주파수로 복제될 수 있다. 원하는 경우, 잡음은 부가되거나 변환된 성분과 혼합될 수 있고, 진폭은 원하는 경우 변경될 수 있다. 합성된 성분의 위상에서 불연속성을 제거 또는 적어도 감소시키기 위하여 필요에 따라서 조정이 행해질 수 있다.
스펙트럼 성분의 합성은 분석기(25)로부터 수신되는 정보에 의해 제어되어, 합성된 성분이 서브대역 신호로부터 얻어진 하나 이상의 특성을 갖도록 한다.
3. 신호 성분의 통합
합성된 스펙트럼 성분은 다양한 방식으로 서브대역 신호 스펙트럼 성분과 통합될 수 있다. 한 가지 방식은 상응하는 주파수를 표시하는 각 합성된 서브대역 성 분을 결합시킴으로써 디터(dither) 형태로서 합성된 성분을 사용하는 것이다. 또 다른 방식은 서브대역 신호에 존재하는 선택된 스펙트럼 성분을 하나 이상의 합성된 성분으로 대체하는 것이다. 또한 다른 방식은 합성된 성분을 서브대역 신호의 성분과 병합하여, 서브대역 신호에 존재하지 않는 스펙트럼 성분을 표시하는 것이다. 다양하게 조합된 이들 및 그외 다른 방식이 사용될 수 있다.
C. 송신기
상술된 본 발명의 양상은 본 발명의 특징 없이도 서브대역 신호를 수신하여 디코딩하는 수신기에 의해 필요로 되는 것을 넘어 임의의 제어 정보를 제공하는 송신기를 요구하지 않고도 수신기에서 실행될 수 있다. 본 발명의 이들 양상은 부가적인 제어 정보가 제공되면 향상될 수 있다. 한 가지 예가 후술된다.
어느 일시적 정형이 합성된 성분에 적용되는 정도는 엔코딩된 정보에 제공된제어 정보에 의해 적응될 수 있다. 이를 행하는 한 가지 방식은 이하의 수학식에서 보여주는 바와 같은 파라미터(β)를 사용하는 것이다.
Figure 112004059658102-pct00006
(8)
필터는 β=0일 때 일시적 정형을 제공하지 않는다. β=1일 때, 필터는 합성된 성분의 일시적 정형 및 서브대역 신호의 일시적 정형간의 상관이 최대가 되도록 일시적 정형 정도를 제공한다. β에 대한 다른 값은 중간 레벨의 일시적 정형을 제공한다.
한 가지 구현방식에서, 송신기는 수신기가 8개의 값들중 한 값으로 β를 설 정하도록 하는 제어 정보를 제공한다.
송신기는 수신기가 바람직할 수 있는 어떤 방식으로 성분 합성 공정을 적응시키도록 사용할 수 있는 다른 제어 정보를 제공한다.
D. 구현 방식
본 발명의 각종 양상은 범용 컴퓨터 시스템, 또는 범용 컴퓨터 시스템에서 발견되는 구성요소들과 유사한 구성요소들에 결합되는 디지털 신호 처리기(DSP) 회로와 같은 보다 특수한 구성요소를 포함하는 일부 다른 장치내의 소프트웨어를 포함한 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도3은 송신기 또는 수신기에서 본 발명의 각종 양상을 구현하는데 사용될 수 있는 장치(70)의 블록도이다. DSP(72)는 계산 자원을 제공한다. RAM(73)은 신호 처리를 위하여 DSP(72)에 의해 사용되는 시스템 랜덤 액세스 메모리(RAM)이다. ROM(74)은 장치(70)를 동작시켜 본 발명의 각종 양상을 실행하는데 필요로 되는 프로그램을 저장하기 위하여 판독 전용 메모리(ROM)와 같은 어떤 형태의 영구 저장장치를 표시한다. I/O 제어장치(75)는 통신 채널(76, 77)에 의해 신호를 수신하여 전송하는 인터페이스 회로를 표시한다. 아날로그-디지털 변환기 및 디지털-아날로그 변환기는 원하는 경우 I/O 제어 장치(75)에 포함되어 아날로그 오디오 신호를 수신 및/또는 전송한다. 도시된 실시예에서, 모든 주요한 시스템 구성요소들은 버스(71)에 접속되는데, 이 버스는 하나 이상의 물리적인 버스를 표시할 수 있지만, 버스 구조는 본 발명을 구현하는데 필요로 되지 않는다.
범용 컴퓨터 시스템에서 구현되는 실시예에서, 부가적인 구성요소들은 키보 드 또는 마우스 및 디스플레이와 같이 장치에 인터페이스하고 자기 테이프 또는 디스크와 같은 저장 매체 또는 광학 매체를 갖는 저장 장치를 제어하기 위하여 포함될 수 있다. 이 저장 매체는 응용, 유틸리티, 및 시스템을 운영하기 위한 명령의 프로그램을 기록하는데 사용될 수 있고, 본 발명의 각종 양상을 구현하는 프로그램의 실시예를 포함할 수 있다.
본 발명의 각종 양상을 실시하는데 필요로 되는 기능은 이산 논리 구성요소, 하나 이상의 ASICs 및/또는 프로그램-제어된 프로세서를 포함한 광범위한 다양한 방식으로 구현되는 구성요소들에 의해 수행될 수 있다. 이들 구성요소를 구현하는 방식은 본 발명에 중요하지 않다.
본 발명의 소프트웨어 구현방식은 초음파로부터 자외선 주파수까지의 스펙트럼에 걸쳐서 기저대 또는 변조된 통신 경로와 같은 다양한 기계 판독가능한 매체 또는 자기 테이프, 자기 디스크 및 광 디스크를 포함한 본질적으로 모든 자기 또는 광 기록 기술을 사용하여 정보를 전달하는 매체를 포함한 저장 매체에 의해 이루어질 수 있다. 각종 형태의 ROM 또는 RAM 및 이외 다른 기술에서 구현되는 프로그램에 의해 제어되는 마이크로프로세서, 범용 집적회로, ASIC와 같은 처리 회로에 의해 컴퓨터 시스템(70)의 각종 구성요소로 각종 양상들이 또한 구현될 수 있다.

Claims (30)

  1. 엔코딩된 오디오 정보를 처리하는 방법으로서,
    엔코딩된 오디오 정보를 수신하고, 오디오 신호의 모든 스펙트럼 내용(spectral content)이 아닌 일부 스펙트럼 내용을 표시하는 서브밴드 신호를 상기 수신된 오디오 정보로부터 얻는 단계;
    상기 서브밴드 신호를 검사하여 상기 오디오 신호의 특성을 얻는 단계로서, 상기 특성은 사이코아쿠스틱 마스킹 효과(psychoacoustic masking effects), 음조(tonality) 및 일시적 정형(temporal shape) 중 하나 이상인 단계;
    상기 오디오 신호의 상기 특성을 가진 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 단계;
    상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브밴드 신호와 통합하여 한 세트의 변경된 서브대역 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 한 세트의 변경된 서브대역 신호에 합성 필터뱅크(synthesis filterbank)를 적용함으로써 상기 오디오 정보를 발생시키는 단계;
    를 포함하는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특성은 일시적 정형이고, 상기 방법은 스펙트럼 성분을 발생시키고 상기 일시적 정형의 주파수-도메인 표현으로 상기 발생된 스펙트럼 성분을 컨볼빙함으로써 상기 일시적 정형을 갖도록 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 서브대역 신호의 적어도 일부 성분의 자동상관 함수를 계산함으로써 상기 일시적 정형을 얻는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 특성은 일시적 정형이고, 상기 방법은 스펙트럼 성분을 발생시키고 상기 발생된 스펙트럼 성분의 적어도 일부에 필터를 적용함으로써 상기 일시적 정형을 갖도록 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 엔코딩된 정보로부터 제어 정보를 얻고 상기 제어 정보에 응답하여 상기 필터를 적응시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브대역 신호의 성분과 병합함으로써 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성된 스펙트럼 성분을 각각의 서브대역 신호의 성분과 결합함으로써 상기 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브대역 신호의 각각의 성분을 상기 합성된 스펙트럼 성분으로 대체함으로써 상기 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    스펙트럼의 제1 부분에서 하나 이상의 서브대역 신호의 성분을 검사함으로써 상기 오디오 신호의 특성을 얻는 단계; 및,
    합성된 서브대역 신호를 형성하기 위하여 상기 스펙트럼의 제1 부분 내의 상기 서브대역 신호의 하나 이상의 성분을 스펙트럼의 제2 부분으로 복제하고 상기 합성된 서브대역 신호가 상기 오디오 신호의 특성을 갖도록 상기 복제된 성분을 변경함으로써 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 단계를 포함하는 엔코딩된 오디오 정보 처리 방법.
  10. 엔코딩된 오디오 정보를 처리하는 방법을 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 실행되는 명령들의 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 방법은,
    엔코딩된 오디오 정보를 수신하고, 오디오 신호의 모든 스펙트럼 내용이 아닌 일부 스펙트럼 내용을 표시하는 서브밴드 신호를 상기 수신된 오디오 정보로부터 얻는 단계;
    상기 서브밴드 신호를 검사하여 상기 오디오 신호의 특성을 얻는 단계로서, 상기 특성은 사이코아쿠스틱 마스킹 효과, 음조 및 일시적 정형 중 하나 이상인 단계;
    상기 오디오 신호의 상기 특성을 가진 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 단계;
    상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브밴드 신호와 통합하여 한 세트의 변경된 서브대역 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 한 세트의 변경된 서브대역 신호에 합성 필터뱅크를 적용함으로써 상기 오디오 정보를 발생시키는 단계;
    를 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 특성은 일시적인 정형이고, 상기 방법은 스펙트럼 성분을 발생시키고 상기 일시적 정형의 주파수 도메인으로 상기 발생된 스펙트럼 성분을 컨볼빙함으로써 상기 일시적 정형을 갖도록 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 서브대역 신호의 적어도 일부 성분의 자동상관 함수를 계산함으로써 일시적 정형을 얻는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  13. 제10항에 있어서, 상기 특성은 일시적 정형이고, 상기 방법은 스펙트럼 성분을 발생시키고 상기 발생된 스펙트럼 성분의 적어도 일부에 필터를 적용함으로써 상기 일시적 정형을 갖도록 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 방법은 상기 엔코딩된 정보로부터 제어 정보를 얻고 상기 제어 정보에 응답하여 상기 필터를 적응시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브대역 신호의 성분과 병합함으로써 상기 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  16. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 서브대역 신호의 각 성분과 상기 합성된 스펙트럼 성분을 결합함으로써 상기 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  17. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 서브대역 신호의 각 성분을 상기 합성된 스펙트럼 성분으로 치환함으로써 상기 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  18. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
    스펙트럼의 제1 부분 내의 하나 이상의 서브대역 신호의 성분을 검사함으로써 상기 오디오 신호의 특성을 얻는 단계; 및
    합성된 서브대역 신호를 형성하기 위하여 상기 스펙트럼의 제1 부분 내의 하나 이상의 서브대역 신호의 성분을 스펙트럼의 제2 부분으로 복제하고 상기 합성된 서브대역 신호가 상기 오디오 신호의 특성을 갖도록 상기 복제된 성분을 변경함으로써 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  19. 엔코딩된 오디오 정보를 처리하는 장치로서,
    상기 장치는, 엔코딩된 오디오 정보를 수신하는 입력 단말기; 메모리; 및 상기 입력 단말기와 상기 메모리에 연결되는 처리 회로;를 포함하고,
    상기 처리 회로는,
    상기 엔코딩된 오디오 정보를 수신하고, 오디오 신호의 모든 스펙트럼 내용이 아닌 일부 스펙트럼 내용을 표시하는 서브밴드 신호를 상기 수신된 오디오 정보로부터 얻고;
    상기 서브밴드 신호를 검사하여 상기 오디오 신호의 특성을 얻는데, 상기 특성은 사이코아쿠스틱 마스킹 효과, 음조 및 일시적 정형 중 하나 이상이고;
    상기 오디오 신호의 상기 특성을 가진 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키고;
    상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브밴드 신호와 통합하여 한 세트의 변경된 서브대역 신호를 발생시키고; 및
    상기 한 세트의 변경된 서브대역 신호에 합성 필터뱅크를 적용함으로써 상기 오디오 정보를 발생시킴;
    을 특징으로 하는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 특성은 일시적 정형이고, 상기 처리 회로는 스펙트럼 성분을 발생시키고 상기 일시적 정형의 주파수-도메인 표현으로 상기 발생된 스펙트럼 성분을 컨볼빙함으로써 상기 일시적 정형을 갖도록 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 서브대역 신호의 적어도 일부 성분의 자동상관 함수를 계산함으로써 상기 일시적 정형을 얻도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 특성은 일시적 정형이고, 상기 처리 회로는 스펙트럼 성분을 발생시키고 필터를 상기 발생된 스펙트럼 성분의 적어도 일부에 적용함으로써 상기 일시적 정형을 갖도록 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 엔코딩된 정보로부터 제어 정보를 얻고 상기 제어 정보에 응답하여 상기 필터를 적응시키도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브대역 신호의 성분과 병합함으로써 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  25. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 합성된 스펙트럼 성분을 상기 서브대역 신호의 각 성분과 결합함으로써 상기 변경된 서브대역 신호의 세트를 발생시키도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  26. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 서브대역 신호의 각 성분을 상기 합성된 스펙트럼 성분으로 대체함으로써 상기 변경된 서브대역 신호 세트를 발생시키도록 적응되는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
  27. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는:
    스펙트럼의 제1 부분 내의 하나 이상의 서브대역 신호의 성분을 검사함으로써 상기 오디오 신호의 특성을 얻으며; 및,
    합성된 서브대역 신호를 형성하기 위하여 상기 스펙트럼의 제1 부분 내의 하나 이상의 서브대역 신호의 성분을 스펙트럼의 제2 부분으로 복제하고 상기 합성된 서브대역 신호가 상기 오디오 신호의 특성을 갖도록 상기 복제된 성분을 변경함으로써 상기 합성된 스펙트럼 성분을 발생시키는 엔코딩된 오디오 정보 처리 장치.
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  29. 삭제
  30. 삭제
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