KR101336245B1 - 스케일러블 산술 복호화 방법 - Google Patents

스케일러블 산술 복호화 방법 Download PDF

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KR101336245B1 KR1020100056186A KR20100056186A KR101336245B1 KR 101336245 B1 KR101336245 B1 KR 101336245B1 KR 1020100056186 A KR1020100056186 A KR 1020100056186A KR 20100056186 A KR20100056186 A KR 20100056186A KR 101336245 B1 KR101336245 B1 KR 101336245B1
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Abstract

스케일러블 오디오 비트스트림 절단 방법이 개시된다. 그 스케일러블 오디오 비트스트림 절단 방법은, 헤더로부터 오디오 비트스트림 길이를 해석하는 단계, 오디오 비트스트림을 읽어 타겟 비트율에 해당하는 바이트를 계산하는 단계, 상기 계산된 타겟 바이트와 실제 비트수 중 작은 값으로 비트스트림 길이를 수정하는 단계, 및 타겟 길이 만큼 오디오 비트스트림을 저장 및 전송하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, MPEG-4 스케일러블 로슬리스 오디오 코딩(Scalable lossless audio coding)에서 적용된 산술 코딩(arithmetic coding)에 있어서 스케일러빌리티(scalablility)를 적용하였을 때의 효율적으로 복호화할 수 있다. 비트스트림이 절단(truncation)되었을 경우에도 복호화 종료 시점을 알 수 있게 하며, 잘려나간 부분에 대해서도 부가적인 복호화가 가능하다.

Description

스케일러블 산술 복호화 방법 {Scalable arithmatic decoding method and method for truncating data bitstream}
본 발명은 스케일러블 오디오 데이터 복호화에 관한 것으로서, 특히 스케일러블 오디오 산술 복호화 방법 및 장치와 스케일러블 오디오 비트스트림 절단 방법에 관한 것이다.
오디오 무손실 부호화 방식에 대한 기술은 오디오 방송이나 아카이빙(archiving) 용도로 많은 수요가 있다. 무손실 오디오 부호화를 함에 있어서 주요 기술은 시간/주파수 변환 혹은 선형예측을 이용하여 엔트로피(entropy) 부호화기를 적용하는 것이 핵심기술이다.
비트스트림 리파싱(re-parsing)을 통한 확장성(scalability)을 적용할 경우에는 하나의 프레임(frame)에 해당하는 비트스트림(bitstream)을 서버(server) 단에서 임의의 위치에서 절단(truncate)하여 복호화단에 전송한다.
도 1은 일반적인 산술 복호화 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 먼저, 초기화를 한 후(100단계), 복호화할 심볼을 찾는다.(110단계) 문맥(context)을 이용하여 심볼의 확률을 계산하여(120단계) 산술복호화를 수행한다.(130단계) 비트스트림의 끝(end) 인지 체크하여(140단계), 끝이 아니면 다시 복호화할 심볼을 찾아 위의 과정을 반복하고 끝이면 복호화를 종료한다. 그런데 보통 산술 복호화 과정을 거칠 때는 복호화할 전체 심볼을 알거나 특정 종결코드(termination code)를 삽입하여 복호화기에게 복호화가 언제 종료되어야 하는지 알려준다. 그러나 도 2와 같이 비트스트림이 절단(truncation)되었을 경우에는 이러한 정보가 잘려나간 상태이기 때문에 복호화기는 언제 복호화를 종료해야 할지 알 수 없다. 정확한 종료시점을 알지 못하므로 복호화 할 때 원하지 않는 데이터가 복호화 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위해 복호화 에러 없이 복호화를 효율적으로 종료하는, 스케일러블 오디오 데이터 산술 복호화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스케일러블 오디오 데이터 비트스트림 절단 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터 산술 복호화 방법은, 스케일러블 산술 부호화된 심볼을 복호화하는 방법에 있어서, (a) 복호화하고자 하는 심볼과 그 심볼이 발생할 확률을 이용하여 산술복호화하는 단계; 및 (b) 심볼의 복호화완료여부를 나타내는 앰비규어티(ambiguity)를 체크하여 복호화계속여부를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 (b) 단계는 스케일러블 복호화를 위해 절단된(truncated) 후 남은 유효한 비트스트림을 복호화한 후, 스케일러빌리티(scalablility)를 위해 잘려나간 비트스트림을 복호화하기 위한 가상의 데이터(dummy bit)를 이용하여 복호화할 경우, 상기 가상의 데이터(dummy bit)에 무관하게 심볼이 복호화되는 경우에는 복호화를 계속 진행하고, 상기 가상의 데이터에 의존되어 복호화 될 심볼이 복호화되는 경우에는 앰비규어티가 발생했다고 판단하여 복호화를 완료하는 단계를 포함한다.
상기 (b) 단계는 (b1) 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단하는 단계;
[수학식1]
Figure 112010038131449-pat00001
[수학식 2]
Figure 112010038131449-pat00002
(여기서, v1은 스케일러빌리티를 위해 비트스트림을 절단할 경우, 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.) (b2) 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화하는 단계; (b3)상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단하는 단계를 포함한다.
상기 스케일러블 데이터 산술 복호화 방법은 상기 (a)단계 전에 복호화할 심볼을 찾는 단계; 및 상기 심볼의 확률을 계산하는 단계를 더 구비함이 바람직하다.
상기 심볼의 확률을 계산하는 단계는 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드를 찾아내는 단계; 및 상기 디코딩 모드가 문맥기반 산술부호화 모드(cbac)인 경우, 복호화할 심볼의 문맥을 참조하여 심볼의 확률을 얻는 단계를 포함함이 바람직하다.
상기 (a)단계는 비트플레인 상의 값 중 처음으로 0 이 아닌 샘플이 복호화되면, 그에 해당하는 부호(sign)비트를 산술 복호화하며, 상기 (b3)단계는 상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단하고, 바로 이전에 복호화된 샘플을 0 으로 세팅하여 복호화를 종료함이 바람직하다.
상기 심볼의 확률을 계산하는 단계는 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드를 찾아내는 단계; 및 상기 디코딩 모드가 비트플레인 골룸부호화 모드(bpgc)인 경우, 복호화할 데이터가 라플라시안 분포를 하고 있다고 가정하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는 단계를 포함함이 바람직하다. 상기 (a)단계는 비트플레인 상의 값 중 처음으로 0 이 아닌 샘플이 복호화되면, 그에 해당하는 부호(sign)비트를 산술 복호화하며, 상기 (b3)단계는 상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단하고, 바로 이전에 복호화된 샘플을 0 으로 세팅하여 복호화를 종료함이 바람직하다. 상기 심볼의 확률을 계산하는 단계는 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드를 찾아내는 단계; 및 상기 디코딩 모드가 저에너지(low energy) 모드인 경우, 비트스트림 헤더의 확률모델 정보를 이용하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는 단계를 포함함이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 산술 부호화된 심볼을 복호화하는 장치는 복호화할 심볼과 그 확률을 이용하여 심볼을 산술복호화하는 심볼복호화부; 및 앰비규어티를 체크하여 복호화계속여부를 판단하는 ambiguity 체크부를 포함함을 특징으로 하고, 상기 ambiguity 체크부는 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단하는 복호화계속여부판단부;
[수학식1]
Figure 112010038131449-pat00003
[수학식 2]
Figure 112010038131449-pat00004
(여기서, v1은 절단된 후 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.) 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화하는 추가복호화부; 및 상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면, 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단하는 복호화중단부를 포함한다.
상기 스케일러블 산술 부호화된 심볼을 복호화하는 장치는 복호화할 심볼을 찾아 상기 심볼의 확률을 계산하는 심볼결정/확률예측부를 더 구비함이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 데이터의 비트스트림 절단 방법은, 헤더로부터 비트스트림 길이를 해석하는 단계; 비트스트림을 읽어 타겟 비트율에 해당하는 바이트를 계산하는 단계; 상기 계산된 타겟 바이트와 실제 비트수 중 작은 값으로 비트스트림 길이를 수정하는 단계; 및 타겟 길이 만큼 비트스트림을 저장 및 전송하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 산술 복호화방법은, 스케일러블 오디오 산술 부호화된 심볼을 복호화하는 방법에 있어서, (a) 복호화하고자 하는 심볼과 그 심볼이 발생할 확률을 이용하여 산술복호화하는 단계; 및 (b) 심볼의 복호화완료여부를 나타내는 앰비규어티를 체크하여 복호화계속여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 (b1) 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단하는 단계;
[수학식1]
Figure 112010038131449-pat00005
[수학식 2]
Figure 112010038131449-pat00006
(여기서, v1은 scalability를 위해 비트스트림을 절단할 경우, 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.) (b2) 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화하는 단계; (b3)상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 완료하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 산술 복호화방법은, (a) 복호화하고자 하는 심볼과 그 심볼이 발생할 확률을 이용하여 산술복호화하되, 상기 심볼의 확률계산은 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드를 찾아내어, 상기 디코딩 모드가 문맥기반 산술부호화 모드(cbac)인 경우, 복호화할 심볼의 문맥을 참조하여 심볼의 확률을 얻는 단계; 및 (b) 심볼의 복호화완료여부를 나타내는 앰비규어티를 체크하여 복호화계속여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 (b1) 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단하는 단계;
[수학식1]
Figure 112010038131449-pat00007
[수학식 2]
Figure 112010038131449-pat00008
(여기서, v1은 스케일러빌리티를 위해 비트스트림을 절단할 경우, 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.) (b2) 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화하는 단계; (b3)상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 완료하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는 비트플레인 상의 값 중 처음으로 0 이 아닌 샘플이 복호화되면, 그에 해당하는 부호(sign)비트를 산술 복호화하며, 상기 (b3)단계는 상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단하고, 바로 이전에 복호화된 샘플을 0 으로 세팅하여 복호화를 종료함이 바람직하다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 산술 복호화방법은, (a) 복호화하고자 하는 심볼과 그 심볼이 발생할 확률을 이용하여 산술복호화하되, 상기 심볼의 확률계산은 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드를 찾아내어, 상기 디코딩 모드가 비트플레인 골룸부호화 모드(bpgc)인 경우, 복호화할 데이터가 라플라시안 분포를 하고 있다고 가정하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는 단계; 및 (b) 심볼의 복호화완료여부를 나타내는 앰비규어티를 체크하여 복호화계속여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 (b1) 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단하는 단계;
[수학식1]
Figure 112010038131449-pat00009
[수학식 2]
Figure 112010038131449-pat00010
(여기서, v1은 스케일러빌리티를 위해 비트스트림을 절단할 경우, 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.) (b2) 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화하는 단계; (b3)상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 완료하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는 비트플레인 상의 값 중 처음으로 0 이 아닌 샘플이 복호화되면, 그에 해당하는 부호(sign)비트를 산술 복호화하며, 상기 (b3)단계는 상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단하고, 바로 이전에 복호화된 샘플을 0 으로 세팅하여 복호화를 종료함을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 산술 복호화방법은, (a) 복호화하고자 하는 심볼과 그 심볼이 발생할 확률을 이용하여 산술복호화하되, 상기 심볼의 확률계산은 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드를 찾아내어, 상기 디코딩 모드가 저에너지(low energy) 모드인 경우, 비트스트림 헤더의 확률모델 정보를 이용하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는 단계; 및 (b) 심볼의 복호화완료여부를 나타내는 앰비규어티를 체크하여 복호화계속여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 (b1) 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단하는 단계;
[수학식1]
Figure 112010038131449-pat00011
[수학식 2]
Figure 112010038131449-pat00012
(여기서, v1은 스케일러빌리티를 위해 비트스트림을 절단할 경우, 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.) (b2) 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화하는 단계; (b3)상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 완료하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 비트스트림 절단 방법은, 헤더로부터 비트스트림 길이를 해석하는 단계; 비트스트림을 읽어 타겟 비트율에 해당하는 바이트를 계산하는 단계; 상기 계산된 타겟 바이트와 실제 비트수 중 작은 값으로 비트스트림 길이를 수정하는 단계; 및 타겟 길이 만큼 비트스트림을 저장 및 전송하는 단계를 포함하고, 상기 타겟 바이트는
[수학식3]
target_bits = target_bitrate/2 * 1024 * osf/sampling_rate+0.5)-16
[수학식4]
target_bytes = (target_bits + 7)/8
(수학식 3, 4에서, target_bitrate 는 목표하고자 하는 전송비트율(bit/sec), sampling_rate는 입력신호의 샘플링주파수(Hz), osf는 oversampling factor(1,2,4 중 하나의 값을 가짐)을 나타낸다.) 상기 수학식3, 4에 의해 구해짐을 특징으로 한다.
그리고 상기 기재된 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터 산술 복호화 방법 및 장치에 의하면, MPEG-4 스케일러블 로슬리스 오디오 코딩(Scalable lossless audio coding)에서 적용된 산술 코딩(arithmetic coding)에 있어서 스케일러빌리티(scalablility)를 적용하였을 때의 효율적으로 복호화할 수 있다.
비트스트림이 절단(truncation)되었을 경우에도 복호화 종료 시점을 알 수 있게 하며, 잘려나간 부분에 대해서도 부가적인 복호화가 가능하다.
도 1은 일반적인 산술 복호화 방법을 흐름도로 도시한 것이다.
도 2는 일반적인 확장성(scalability)을 위한 비트스트림 절단(bitstream truncation)의 경우를 도시한 것이다.
도 3은 일반적인 이진 산술 복호화를 하기 위한 수도 코드(pseudo code)를 나타낸 것이다.
도 4는 비트스트림이 절단(truncation) 되었을 경우의 절단점(truncation point) 부근에서의 버퍼에 입력된 값을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 산술복호화 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 6은 ambiguity 체크부(540)의 보다 세부적인 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 산술복호화 방법을 흐름도로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 스케일러블 비트스트림의 복원계속여부 판단방법을 적용하여 추가적으로 더 복호화한 예를 보여준다.
도 9는 부호(sign) 비트에서 앰비규어티(ambiguity)가 발생할 경우 이를 처리하는 예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 비트스트림 절단 방법을 흐름도로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스케일러블 오디오 데이터 산술 복호화 방법 및 장치와 그 비트스트림 절단 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 일반적인 이진 산술 복호화를 하기 위한 수도 코드(pseudo code)를 나타낸 것이다. 이는 MPEG-4 스케일러블 로슬리스 오디오 코딩(Scalable lossless audio coding)의 엔트로피 부호화기(entropy coder)에 사용되는 산술 복호화 알고리즘이다.
도 3에 기재된 수도 코드에 따르면 우선 현재의 frequency/low/high/value값에 의해 복호화된 심볼이 결정되며 이후에 low/high/value 값의 리스케일링(rescaling)과 업데이트(update)가 이루어진다.
도 4는 비트스트림이 절단(truncation) 되었을 경우의 절단점(truncation point) 부근에서의 버퍼에 입력된 값을 나타낸 것이다. 절단된 버퍼 인덱스(truncated buffer index) 이후의 비트스트림에는 더 이상 의미있는 정보가 없으므로 의미가 없는 값이며 여기서는 이 값을 v2라 하고 나머지 버퍼에 있는 값을 v1이라고 한다. 본 예에서는 v1비트(dummy bit)가 3bit이므로 v2의 범위는 0~7의 값을 가지게 된다.
도 5는 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 산술복호화 장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 심볼복호화부(520) 및 ambiguity 체크부(540)를 포함하여 이루어진다. 상기 산술복호화 장치는 심볼결정/확률예측부(500)를 더 구비함일 바람직하다.
상기 심볼결정/확률예측부(500)는 비트스트림에서 복호화할 심볼을 결정하여 상기 심볼의 확률을 예측한다.
상기 심볼의 확률예측은 다음과 같이 수행된다. 먼저, 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드(decoding mode)를 찾아낸다. 만일 상기 디코딩 모드가 문맥기반 산술부호화 모드(cbac)인 경우, 복호화할 심볼의 문맥을 참조하여 심볼의 확률을 얻는다. 그리고 상기 디코딩 모드가 비트플레인 골룸부호화 모드(bpgc)인 경우, 복호화할 데이터가 라플라시안(Laplacian) 분포를 하고 있다고 가정하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는다. 또한 상기 디코딩 모드가 저에너지(low energy) 모드인 경우, 비트스트림 헤더의 확률모델 정보를 이용하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는다.
상기 심볼복호화부(520)는 상기 예측된 확률을 이용하여 심볼을 산술복호화하여 심볼을 생성한다. 여기서, 비트플레인 상의 부호비트 복호화는 다음과 같이 이루어진다. MPEG-4 스케일러블 로슬리스 비트스트림(Scalable Lossless bitstream)의 복호화에서는 비트플레인(bitplane) 상의 값 중 처음으로 0이 아닌 샘플이 복호화된 후 그에 해당하는 부호(sign)를 복호화 한다. 그런데 만일 부호값에서 앰비규어티 에러가 발생하였다고 바로 복호화를 종료하면 바로 이전에 복호화된 0이 아닌 샘플의 부호를 알 수 없다. 이러한 이유로 부호 값에서 복호화가 종료된 경우 바로 이전에 복호화된 샘플을 0으로 세팅하여 종료한다.
상기 ambiguity 체크부(540)는 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단한다.
Figure 112010038131449-pat00013
Figure 112010038131449-pat00014
여기서, v1은 절단된 후 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다. (Study on 14496-3:2001/PDAM 5, Scalable Lossless Coding (SLS), ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11 N6792](여기서, v1은 절단된 후 남아있는 유효한 비트스트림의 값, v2는 절단된 후 잘려나간 비트스트림 값, dummy는 v2의 비트수, freq는 심볼의 확률값, high, low는 심볼의 확률값이 존재하는 범위의 상한과 하한을 나타낸다.)
수학식 1과 수학식 2를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3에 도시된 수도 코드의 복호화(decoding) 수식을 v1과 v2로 나누어 전개한다.
만일 (v1 + v2 - low + 1)· 214 < (high - low +1)· freq 이면, 심볼(sym)은 1로 생성된다. 이를 v2를 중심으로 정리하면, 수학식 1과 같이 된다.
또한 만일 (v1 + v2 - low + 1)· 214 ≥ (high - low +1)· freq 이면, 심볼(sym)은 0 으로 생성된다. 이를 v2를 중심으로 정리하면, 수학식 2와 같이 된다.
수학식 1의 경우에는 만일 우변의 수식 값이 7보다 큰 경우에는 v2에 관계없이 1로 복호화되며, 수학식 2의 경우에는 우변의 수식값이 0보다 작은 경우에는 v2에 관계없이 0으로 복호화된다. 그 이외의 경우에는 복호화 앰비규어티가 발생하여 복호화를 종료한다.
*도 6은 상기 ambiguity 체크부(540)의 보다 세부적인 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 복호화계속여부판단부(600), 추가복호화부(620) 및 복호화중단부(640)를 구비한다.
상기 복호화계속여부판단부(600)는 수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 상기 K를 계산하여 K에 따라 심볼의 복호화 계속 여부를 판단한다. 상기 추가복호화부(620)는 상기 K가 2dummy-1 이상이면 심볼을 1로 복호화하고, 상기 K가 0 이하이면 심볼을 0 으로 복호화한다. 상기 복호화중단부(640)는 상기 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면, 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 복호화를 중단한다.
도 7은 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 산술복호화 방법을 흐름도로 도시한 것으로서, 이를 참조하여 본 발명에 의한 스케일러블 비트스트림의 복원계속여부 판단방법을 설명하기로 한다.
먼저, 산술부호화된 스케일러블 비트스트림(truncated bitstream)에서 복호화할 심볼을 결정하고(700단계), 상기 결정된 심볼의 확률을 예측한다.(710단계)
상기 심볼의 확률예측은 다음과 같이 수행된다. 먼저, 복호화할 비트스트림의 헤더 정보로부터 디코딩 모드(decoding mode)를 찾아낸다. 만일 상기 디코딩 모드가 문맥기반 산술부호화 모드(cbac)인 경우, 복호화할 심볼의 문맥을 참조하여 심볼의 확률을 얻는다. 그리고 상기 디코딩 모드가 비트플레인 골룸부호화 모드(bpgc)인 경우, 복호화할 데이터가 라플라시안 분포를 하고 있다고 가정하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는다. 또한 상기 디코딩 모드가 저에너지(low energy) 모드인 경우, 비트스트림 헤더의 확률모델 정보를 이용하여 복호화할 심볼의 확률을 얻는다.
상기 예측된 확률을 이용하여 심볼을 산술복호화하여 심볼을 생성한다.(720단계)
수학식 1 및 수학식 2의 우변 값을 K라 할 때, 만일 상기 K를 계산하여 K가 0 과 2dummy-1 사이에 있으면(730단계), 앰비규어티가 발생했다고 결정하여 산술 복호화를 중단한다.(740단계)
만일 상기 K가 0 이하이면(750단계), 심볼은 0 으로 복호화하고(760단계), K가 2dummy-1 이상이면 심볼은 1로 복호화한다.(770단계)
도 8은 본 발명에 의한 스케일러블 비트스트림의 복원계속여부 판단방법을 적용하여 추가적으로 더 복호화한 예를 보여준다. 도 8에서는 5개의 샘플이 추가적으로 복호화 됨을 볼 수 있다.
MPEG-4 스케일러블 로슬리스 복호화(Scalable Lossless decoding)에서는 비트플레인(bitplane) 상의 값 중 처음으로 0이 아닌 샘플이 복호화된 후 그에 해당하는 부호(sign)를 복호화 한다. 그런데 만일 부호값에서 앰비규어티가 발생하였다고 결정되어 복호화를 종료하면 바로 이전에 복호화된 0이 아닌 샘플의 부호를 알 수 없다. 이러한 이유로 부호 값에서 복호화가 종료된 경우 바로 이전에 복호화된 샘플을 0으로 세팅하여 종료한다.
도 9는 부호(sign) 비트에서 앰비규어티가 발생할 경우 이를 처리하는 예를 도시한 것이다.
한편, 본 발명에 의한 BPGC, CBAC 및 loww energy 모드에 대한 각 산술복호화의 수도 코드는 다음과 같다. ambiguity_check(f)는 산술복호화에 있어서의 ambiguity 검출 함수이다. argument f는 1이 나올 확률을 나타낸다. terminate_decoding( )는 앰비규어티가 발생했을 경우의 LLE 데이터의 복호화를 종료하는 함수이다. smart_decoding_cbac_bpgc( )는 cbac/bpgc 모드에서 입력도는 비트가 없을 경우 부가적인 심볼들을 복호화하는 함수이다. 상기 본 발명에 의한 복호화는 앰비규어티가 존재하지 않는 점까지 계속된다. 이는 ambiguity _ check (f) 함수와 terminate _ decoding () 함수를 포함한다. smart_decoding_low_energy( )는 low energy 모드에서 입력도는 비트가 없을 경우 부가적인 심볼들을 복호화하는 함수이다. 이것도 ambiguity _ check (f) 함수와 terminate _ decoding () 함수를 포함한다.
while ((max_bp[g][sfb] cur_bp[g][sfb]<LAZY_BP) && (cur_bp[g][sfb] >= 0)){
for (g=0;g<num_windows_group;g++){
for (sfb = 0;sfb<num_sfb;sfb++){
if ((cur_bp[g][sfb]>=0) && (lazy_bp[g][sfb] > 0)){
width = swb_offset[g][sfb+1] swb_offset[g][sfb];
for (win=0;win<window_group_len[g];win++){
for (bin=0;bin<width;bin++){
if (!is_lle_ics_eof ()){
if (interval[g][win][sfb][bin] > res[g][win][sfb][bin] + (1<<cur_bp[g][sfb])
{
freq = determine_frequency();
res[g][win][sfb][bin] += decode(freq ) << cur_bp[g][sfb];
/* decode bit-plane cur_bp*/
if ((!is_sig[g][win][sfb][bin]) && (res[g][win][sfb][bin] )) {
/* decode sign bit of res if necessary */
res[g][win][sfb][bin] *= (decode(freq_sign))? 1:-1;
is_sig[g][win][sfb][bin] = 1;
}
}
}
else {
smart_decoding_cbac_bpgc();
}
cur_bp[g][sfb]--; /* progress to next bit-plane */ removed??
}
}
cur_bp[g][sfb]--; /* progress to next bit-plane */
}
}
}
}
/* low energy mode decoding */
for (g = 0;g < num_windows_group; g++){
for (sfb = 0; sfb <num_sfb+num_osf_sfb;sfb++){
if ((cur_bp[g][sfb] >= 0) && (lazy_bp[g][sfb] <= 0))
{
width = swb_offset[g][sfb+1] swb_offset[g][sfb];
for (win=0;win<window_group_len[g];win++){
res[g][sfb][win][bin] = 0;
pos = 0;
* for (bin=0;bin<width;bin++){
if (!is_lle_ics_eof ()){
/* decoding of binary string and reconstructing res */
while (decode(freq_silence[pos])==1) {
res[g][sfb][win][bin] ++;
pos++;
if (pos>2) pos = 2;
if (res[g][sfb][win][bin]==(1<<(max_bp[g][sfb]+1))-1) break;
}
/* decoding of sign of res */
if (!is_sig[g][win][sfb][bin]) && res[g][sfb][win][bin]){
res[g][sfb][win][bin] *= (decode(freq_sign))? -1:1;
is_sig[g][win][sfb][bin] = 1;
}
}
else smart_decoding_low_energy();
}
}
}
}
}
본 발명에 의한 절단된 SLS 비트스트림의 산술복호화는 주어진 타겟 비트율에 대응하는 인터미디에이트(intermediate) 계층를 복호화하는 효율적인 방법을 제공한다. 이는 복호화 버퍼에 들어가는 비트가 없다고 하더라도 복호화 버퍼 안에는 여전히 의미있는 정보를 포함하고 있다는 사실에 기초한 것이다. 복호화 과정은 심볼에 앰비규어티가 존재하지 않는 점까지 계속된다. 다음의 수도 코드(pseudo code)는 산술 복호화 모듈에서 앰비규어티를 검출하는 알고리즘을 나타낸다. 변수 num_dummy_bits 는 절단으로 인해 value 버퍼에 들어가 있지 않는 비트수를 나타낸다.
int ambiguity_check(int freq)
{
/* if there is no ambiguity, returns 1 */
/* otherwise, returns 0 */
upper = 1<<num_dummy_bits;
decisionVal = ((high-low)*freq>>PRE_SHT)-value+low-1;
if(decisionVal>upper || decisionVal<0) return 0;
else return 1;
}
smart_decoding_cbac_bpgc() 또는 smart_decoding_low_energy() 는 num_dummy_bits 가 0 보다 클 때 수행된다. 부호비트 에러를 방지하기 위해, 현재의 스펙트럴 라인의 스펙트럴 값은 부호비트를 복호화하는 동안 앰비규어티가 발생할 때 0으로 설정된다. 본 발명에 의한 산술복호화 과정은 모든 인덱스 변수는 이전의 산술 복호화 과정으로부터 수행된다.
smart_decoding_cbac_bpgc()
{
/* BPGC/CBAC normal decoding with ambiguity detection */
while ((max_bp[g][sfb] - cur_bp[g][sfb]<LAZY_BP) && (cur_bp[g][sfb] >= 0)){
for (;g<num_windows_group;g++){
for (;sfb<num_sfb;sfb++){
if ((cur_bp[g][sfb]>=0) && (lazy_bp[g][sfb] > 0)){
width = swb_offset[g][sfb+1] - swb_offset[g][sfb];
for (;win<window_group_len[g];win++){
for (;bin<width;bin++){
if (interval[g][win][sfb][bin] > res[g][win][sfb][bin] + (1<<cur_bp[g][sfb])
{
freq = determine_frequency();
if (ambiguity_check(freq)) {
/* no ambiguity for arithmetic decoding */
res[g][win][sfb][bin] += decode(freq ) << cur_bp[g][sfb];
/* decode bit-plane cur_bp*/
if ((!is_sig[g][win][sfb][bin]) && (res[g][win][sfb][bin] )) {
/* decode sign bit of res if necessary */
if (ambiguity_check(freq)) {
res[g][win][sfb][bin] *= (decode(freq_sign))? 1:-1;
is_sig[g][win][sfb][bin] = 1;
}
else {
/* discard the decoded symbol prior to sign symbol */
res[g][win][sfb][bin] = 0;
terminate_decoding();
}
}
}
else terminate_decoding();
}
}
}
cur_bp[g][sfb]--; /* progress to next bit-plane */
}
}
}
}
}
smart_decoding_low_energy()
{
/* low energy mode decoding */
for (;g < num_windows_group; g++){
for (; sfb <num_sfb+num_osf_sfb;sfb++){
if ((cur_bp[g][sfb] >= 0) && (lazy_bp[g][sfb] <= 0))
{
width = swb_offset[g][sfb+1] swb_offset[g][sfb];
for (;win<window_group_len[g];win++){
res[g][sfb][win][bin] = 0;
pos = 0;
for (;bin<width;bin++){
while (1) {
/* if ambiguity check is false, discard the spectrum is set to be 0 */
if(!ambiguity_check(freq)) res[g][sfb][win][bin] = 0, terminate_decoding();
tmp = decode(freq_silence[pos]);
if(tmp==0) break;
res[g][sfb][win][bin] ++;
pos++;
if (pos>2) pos = 2;
if (res[g][sfb][win][bin]==(1<<(max_bp[g][sfb]+1))-1) break;
}
/* decoding of sign of res */
if (!is_sig[g][win][sfb][bin]) && res[g][sfb][win][bin]){
/* if ambiguity check is false, the current spectrum value is set to be 0 */
if(!ambiguity_check(freq)) res[g][sfb][win][bin] = 0, terminate_decoding();
res[g][sfb][win][bin] *= (decode(freq_sign))? -1:1;
is_sig[g][win][sfb][bin] = 1;
}
}
}
}
}
}
}
한편, 리-파싱(Re-parsing)에 의한 절단된 비트스트림 생성방식은 헤더에 비트스트림의 사이즈가 전송될 경우 다음과 같은 과정으로 리-파싱하여 비트스트림 절단을 수행한다.
도 10은 본 발명에 의한 스케일러블 오디오 데이터의 비트스트림 절단 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 도 10을 참조하여 상기 스케일러블 오디오 데이터의 비트스트림 절단 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 비트스트림 헤더 정보로 부터 비트스트림 길이를 해석한다.(1000단계) 비트스트림을 읽는다.(1010단계) 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 타겟 비트율(target bitrate)에 해당하는 바이트(byte)를 계산한다.(1020단계) 상기 타겟 비트율은 서버 또는 사용자 등 외부에서 주어질 수 있다.
[수학식 3]
target_bits = (int)(target_bitrate/2.*1024.*osf/sampling_rate+0.5)-16
[수학식 4]
target_bytes = (target_bits+7)/8;
구해진 target byte로 비트스트림 길이를 수정한다. 즉 비트스트림 길이는 실제 비트수와 target_bytes 중 작은 값을 비트스트림 길이로 한다.(1030단계) 타겟 길이 만큼 비트스트림을 저장 및 전송한다.(1040단계)
*비트스트림을 리-파싱하여 비트스트림을 절단하는 방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. SLS 비트스트림은 단순한 방법으로 주어진 타겟 비트율에서 절단될 수 있다. lle_ics_length의 값에 대한 수정은 절단점 앞의 비트스트림에는 LLE 복호화 결과에 영향을 주지 않는다. lle_ics_length 는 LLE 복호화 절차로부터 독립적이다. 비트스트림 절단은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 비트스트림으로부터 lle_ics_length를 읽는다. LLE 비트스트림을 읽는다. 주어진 타겟 비트율에서 유용한 프레임 길이를 계산한다. 유용한 프레임 길이를 계산하는 가장 단순한 방법은 다음과 같다.
target_bits = (int)(target_bitrate/2.*1024.*osf/sampling_rate+0.5)-16
target_bytes = (target_bits+7)/8
여기서, 변수 target _ bitrate 는 bit/sec 단위를 갖는 타겟 비트율이다. 변수 osf 는 오버 샘플링 팩터를 나타낸다. 변수 sampling _ rate 는 입력 오디오 신호의 Hz단위의 샘플링 주파수를 나타낸다.
유용한 프레임 길이와 현재 프레임 길이 중 작은 값을 취하여 lle_ics_length를 갱신한다.
lle_ics_length = min(lle_ics_length, target_bytes)
갱신된 lle _ ics _ length 를 갖는 절단된 비트스트림을 생성한다.
본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
500 ... 심볼결정/확률 예측부 520 ... 심볼 복호화부
540 ... ambiguity 체크부 600 ... 복호화 계속여부 판단부
620 ... 추가 복호화부 640 ... 복호화 중단부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 절단된 비트스트림에 포함된 디코딩 모드에 대응하여, 복호화하고자 하는 심볼이 발생할 확률을 구하는 단계;
    상기 심볼이 발생할 확률을 이용하여 상기 심볼을 산술복호화하는 단계; 및
    상기 절단된 비트스트림에서 상기 심볼의 복호화값을 결정하기 어려운 앰비규어티(ambiguity)가 발생하였는지를 소정의 검출 함수를 이용하여 체크하고, 체크 결과에 따라서 복호화계속 여부를 결정하는 단계를 포함하는 스케일러블 데이터 산술 복호화방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 디코딩 모드는 문맥기반 산술 부호화 모드(cbac)인 것을 특징으로 하는 스케일러블 데이터 산술 복호화 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 심볼이 발생할 확률은 상기 디코딩 모드가 문맥기반 산술 부호화 모드(cbac)인 경우, 복호화할 심볼의 문맥을 참조하여 얻는 것을 특징으로 하는 스케일러블 데이터 산술 복호화 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 디코딩 모드는 비트플레인 골룸 부호화 모드(bpgc)인 것을 특징으로 하는 스케일러블 데이터 산술 복호화 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 심볼이 발생할 확률은 상기 디코딩 모드가 비트플레인 골룸 부호화(bpgc) 모드인 경우, 복호화할 데이터가 라플라시안 분포를 하고 있다고 가정하여 얻는 것을 특징으로 하는 스케일러블 데이터 산술 복호화 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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