KR101350599B1 - 음성패킷 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력된 음성 신호를 부호화하여 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 생성하고, 상기 생성된 음성 패킷을 상기 입력된 음성 신호와 비교하여 부호화시 발생된 상기 입력된 음성 신호의 왜곡 정도를 판단하고, 상기 판단된 왜곡 정도에 따른 왜곡 보상값을 계산하고, 상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 상기 잡음성 파라미터 대신 상기 생성된 음성 패킷에 포함시켜 송신한다.

음성신호, 비음성신호, 잡음, 코드북 벡터, 음성패킷, 파라미터

Description

음성패킷 송수신 방법 및 장치{Method and apparatus for Transmitting and Receiving Voice Packet}

도 1은 종래기술에 따른 음성패킷 송수신측 모뎀의 블록도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성패킷의 구조도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성패킷 송수신측 모뎀의 블록도

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성패킷 송수신의 흐름도

본 발명은 음성 부호화기의 성능향상을 위한 보조정보의 송신과 수신에 관한 방법 및 장치에 관한 것이다.

휴대폰 장치에서 음성 부호화 동작을 하는 수단은 대표적으로 QCELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction), EVRC(Enhanced Variable Rate Codec), AMR(Adaptive Multirate)등이 있으며 모두 음성을 위주로 부호화하는 수단들이다. 즉, 사람의 음성을 부호화하는 데 있어서는 최적의 성능을 나타내지만 상기 음성 이외의 소리들인 음악을 부호화하는데 있어서는 성능열화가 생긴다.

다른예로 음성신호의 송신및 수신은 대역폭이 제한되어 이루어지는데 약 20Hz ~ 20KHz의 주파수 범위를 가지는 인간의 음성은 디지털 전화기 또는 휴대폰이 사용하는 통신망에서 통상 300Hz ~ 3.4KHz로 대역폭으로 제한되어 송신 및 수신된다. 음성대역에서 하위대역(20Hz - 300Hz)및 상위대역(3.4KHz - 20KHz)의 손실은 음성품질의 열화를 가져오므로 이 문제를 해결하기 위하여 인공적인 대역폭 확장(Artificial Bandwidth Expansion)이라 불리는 기술을 사용한다. 상기 인공적인 대역폭 확장은 수신측에서 협대역 신호의 정보만으로 손실된 하위대역 혹은 상위대역 신호를 추정하여 상기 협대역 음성신호와 합성하는 것으로, 상기 수신된 협대역 음성신호만으로 손실된 하위대역 혹은 상위대역 신호를 정확히 추정하기란 한계가 있다.

따라서 상기 음악 신호를 음성 부호화하거나 인공적인 대역폭 확장을 함에 있어 음질저하를 막기 위해서는 소량의 정보일지라도 별도로 상대방 휴대폰에 전송하여 주는 것이 필요하다.

도 1은 종래기술에 따른 음성패킷 송수신측 모뎀의 블록도이다.

송신측 모뎀(100)의 음성 부호화기(110)와 적응형 등화기(Adaptive Equalizer)(120)는 디지털 음성 혹은 오디오 입력신호를 받는다. 상기 음성 부호화기(110)는 부호화를 진행하여 음성패킷을 생성하고 안테나(ANT)를 이용하여 음성채널을 통해 수신측 모뎀(130)으로 송신하며, 상기 부호화된 음성패킷을 복호한 신호를 상기 적응형 등화기(120)로 전달한다. 상기 적응형 등화기(120)는 상기 입력신호를 받고, 상기 음성 부호화기(110)로부터 부호화된 후 복호된 신호와 비교하여 상기 부호화되어 복호된 신호가 상기 입력신호로부터 얼마나 왜곡이 되었는지를 나 타낸 필터계수를 계산한다.

상기 적응형 등화기(120)는 상기 계산된 필터계수를 상기 음성채널과는 다른, 상기 안테나(ANT)를 이용하여 별도의 채널을 통해 상기 수신측 모뎀(130)으로 전송한다.

상기 수신측 모뎀(130)의 음성 부호화기(140)는 안테나(ANT)를 이용하여 상기 음성패킷을 수신받아 복호하고 적응형 등화기(150)로 전달하며, 상기 적응형 등화기(150)는 상기 별도의 채널을 통해 상기 수신측 모뎀(100)으로부터 상기 필터계수를 수신한다. 상기 적응형 등화기(150)는 상기 필터계수를 받아, 상기 복호된 신호에 상기 필터계수의 수치를 적용하여, 상기 원신호의 주변신호를 복원할 만큼 상기 복호신호를 보정하여 출력한다.

상기 별도의 필터계수를 상대방 휴대폰에 전송하기 위해서는 음성채널 이외의 별도채널이 필요하지만 현실적인 대안이 되지는 못한다.

따라서 본 발명의 목적은 음성신호 이외의 음악신호를 부호화하거나 음성신호의 인공적인 대역폭 확장을 위한 보조정보 비트를 송수신하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시 예에서 제안하는 방법은; 음성 패킷 송신 방법에 있어서, 입력된 음성 신호를 부호화하여 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 생성하는 과정과, 상기 생성된 음성 패킷을 상기 입력된 음성 신호와 비교하여 부호화시 발생된 상기 입력된 음성 신호의 왜곡 정도를 판단하는 과정과, 상기 판단된 왜곡 정도에 따른 왜곡 보상값을 계산하는 과정과, 상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 상기 잡음성 파라미터 대신 상기 생성된 음성 패킷에 포함시켜 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 제안하는 다른 방법은; 음성 패킷 수신방법에 있어서, 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 수신하는 과정과, 상기 잡음성 파라미터로부터 부호화시 발생된 음성 신호의 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상값을 검출하는 과정과, 상기 수신된 음성 패킷을 상기 음성 신호로 복호화하는 과정과, 상기 검출된 왜곡 보상값을 사용하여 상기 복호화된 음성 신호를 왜곡 보상하여 출력하는 과정을 포함한다.

본 발명의 실시 예에서 제안하는 장치는; 음성 패킷 송신 장치에 있어서, 입력된 음성 신호를 부호화하여 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 생성하는 음성 부호화기와, 상기 생성된 음성 패킷을 상기 입력된 음성 신호와 비교하여 부호화시 발생된 상기 입력된 음성 신호의 왜곡 정도를 판단하고, 상기 판단된 왜곡 정도에 따른 왜곡 보상값을 계산하는 적응형 등화기와, 상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 상기 잡음성 파라미터 대신 상기 생성된 음성 패킷에 포함시켜 송신하는 정보 비트 삽입기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 제안하는 다른 장치는; 음성 패킷 수신 장치에 있어서, 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 수신하고, 상기 잡음성 파라미터로부터 부호화시 발생된 음성 신호의 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상값을 검출하는 정보 비트 추출기와, 상기 수신된 음성 패킷을 상기 음성 신호로 복호화하는 음성 복호화기와, 상기 검출된 왜곡 보상값을 사용하여 상기 복호화된 음성 신호를 왜곡 보상하여 출력하는 적응형 등화기를 포함한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서는 음성채널로 전송되는 음성패킷 내의 파라미터에 보조정보 비트를 삽입하여 송수신하는 방법 및 장치를 제공한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성패킷의 구조도이다.

이동 통신망에서 사용하는 음성 부호화기는 인간의 음성생성 모델에 기초하여 입력된 음성의 정보만을 취하여 부호화하고 전송하는데 상기 도 2에 상기 음성생성 모델에 기초한 LPC 필터(210), 피치필터 이득(220), 피치(230), 코드북 이득(240), 코드북 벡터(250)의 파라미터로 이루어진 음성패킷(200)을 도시하고 있다.

상기 LPC(Linear Predictive Coding) 필터(210)는 인간의 성도(Vocal Tract) 특성을 나타내는 파라미터이고, 상기 피치필터 이득(220) 및 상기 피치(230) 파라미터는 성대(Vocal Cords)의 진동특성을 나타내며, 상기 코드북 이득(240)은 폐에서 뿜어져 나오는 공기압의 세기를 나타내는 파라미터로서 전체적인 음의 세기를 결정짓는다. 상기 파라미터들은 모두 음성을 구성하는 중요한 구성요소들로, 만일 왜곡이 발생하면 부호화기에 의해 재생되는 음성패킷 자체의 음질에 큰 영향을 미친다. 상기 파라미터들은 비잡음성을 모델링한 파라미터라 칭한다.

그러나 상기 파라미터들 중 상기 코드북 벡터(250)는 주로 폐에서 뿜어져 나오는 공기압의 음색을 나타내는 파라미터이지만, 상기 공기압의 신호적 특징이 모든 주파수 대역의 출력을 가지는 백색잡음과 유사한 성질이므로, 상기 코드북 벡터로 모델링 한 음성신호는 상기 백색잡음과 유사한 신호적 특징을 갖는다. 따라서 상기 코드북 벡터의 경우 다른 파라미터에 비해 음성을 구성하는데 있어서 덜 중요한 파라미터이며, 부호화 혹은 송신 및 수신에서 어느 정도의 왜곡이 생기더라도 복호화기에 의해 복호되어 재생되는 상기 음성의 음질에는 큰 영향을 미치지 않는다. 상기 파라미터는 잡음성을 모델링한 파라미터라 칭한다.

즉, 상기 코드북 벡터(250)의 파라미터는 음질에 관해서는 덜 중요하므로 상기 음질을 향상시키는 보조정보 비트를 생성하여, 상기 보조정보 비트가 상기 코드북 벡터의 정보를 전송하는데 필요한 비트를 넘지 않는다면, 상기 코드북 벡터내 정보비트의 일부를 음질향상을 위한 상기 보조정보 비트를 송신하는데 활용하는 것이 전체적인 음성의 질을 향상시키는데 있어서 효율적인 선택이라 할 수 있다.

상기 음성패킷(200)은 일예를 든 것으로, 상기 파라미터들의 순서와 위치는 이동통신망의 설계에 따라 달라진다.

보조정보 비트(270)를 음성패킷에 삽입하는 일예로서, 코드북 벡터 (260)내에서 상기 코드북 벡터의 정보비트를 상기 보조정보 비트(270)만큼 빼내고, 최하위 비트(Least Significant Bit; LSB)부터 최상위 비트(Most Significant Bit; MSB)까지 차례로 채워나가는 것이 상기 최상위 비트부터 상기 최하위 비트까지 차례로 채워나가는 것에 비해 상기 보조정보 비트를 상기 코드북 벡터에 삽입하는 데 따른 상기 코드북 벡터 자체비트의 오차를 줄일 수 있다. 또 다른 예로 코드북 벡터(280)내에 일정한 간격 또는 임의적인 간격으로 코드북 벡터(280)에서 상기 코드북 벡터의 정보비트를 빼내고 상기 보조정보 비트(270)를 삽입하는데, 상기 코드북 벡터(280)에서 상기 일정한 간격 또는 상기 임의적인 간격을 저장하여 상기 코드북 벡터의 정보비트를 복호할 때 오류가 나지 않도록 한다.

상기 보조정보 비트가 삽입되는 음성패킷내의 잡음성을 모델링한 파리미터는 송신측과 수신측 사이에 서로 약속이 되어 있으므로 상기 보조정보 비트의 위치 또한 상기 송신측과 상기 수신측이 인식하고 있다. 보조정보 비트의 수는 코드북 벡터의 정보비트에 비해 아주 작으므로 코드북 벡터정보 자체의 왜곡에 크게 기여하지 않는다.

예를들어, 보통 10 비트 미만의 보조정보로도 좋은 성능을 기대할 수 있는데 비해EVRC(Enhanced Variable Rate Codec), QCELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction), AMR(Adaptive Multi Rate) 등의 코드북 벡터정보 비트 수(최대 전송율의 경우)는 각각 프레임 당 105 비트, 188 비트, 140 비트 이다. 따라서 상대적으로 상기 보조정보 비트보다 큰 비트를 가지는 상기 각각의 코드북 벡터정보의 하위비트 일부만을 상기 보조정보 비트에 할당하여도 충분히 전송할 수 있으며, 이로 인해 생기는 코드북 벡터정보의 왜곡은 크지 않다. 더욱이 각 보조정보 비트의 값이 '0' 아니면 '1'인 이진수라는 점을 고려할 때, 확률적으로 원래의 코드북 벡터 정보 비트의 값을 변화시킬 가능성은 50% 이므로 보조 정보 비트에 의해 생길 수 있는 코드북 벡터 정보의 왜곡 가능성은 그만큼 더 줄어들게 된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성패킷 송수신측 모뎀의 블록도이다.

송신측 모뎀(300)의 음성 부호화기(310)와 적응형 등화기(Adaptive Equalizer)(320)는 디지털 음성 혹은 오디오 입력신호를 받는다. 상기 음성 부호화 기(310)는 음성신호에 대해 부호화를 진행하여 음성패킷을 생성하고 보조정보 비트 삽입기(320)로 전달하며, 상기 부호화된 음성패킷을 복호한 신호를 상기 적응형 등화기(330)로 전달한다. 상기 적응형 등화기(330)는 상기 입력신호를 받고, 상기 음성 부호화기(310)로부터 부호화된 후 복호된 신호와 비교하여 상기 부호화어 복호된 신호가 상기 입력신호로부터 얼마나 왜곡이 되었는지를 나타낸 필터계수를 계산한다.

즉, 원신호 인 입력신호와 부호화되어 복호된 신호와 비교하여, 부호화 과정에서 생긴 왜곡을 보정해주는 보상값인 필터계수를 계산한다.

상기 적응형 등화기(330)는 상기 계산된 필터계수를 보조정보 비트로 변환하여 상기 보조정보 비트 삽입기(320)로 전달한다.

상기 보조정보 비트 삽입기(320)는 상기 음성패킷의 특정 파라미터에 상기 보조정보 비트를 삽입하여 음성채널로 안테나(ANT)를 이용하여 수신측 모뎀(340)으로 송신한다.

상기 수신측 모뎀(340)의 보조정보 비트 추출기(350)는 안테나(ANT)를 이용하여 상기 보조정보 비트가 삽입된 음성패킷을 수신받아 보조정보 비트를 추출하여 적응형 등화기(370)로 전달하고 상기 보조정보 비트를 추출한 음성패킷을 음성 복호화기(360)로 전달한다.

상기 적응형 등화기(370)는 상기 보조정보 비트로부터 부호화 왜곡을 보정하는데 필요한 필터계수를 계산하여 음성 복호화기(360)에 의해 복호화된 신호를 상기 필터계수를 이용하여 필터처리하여 부호화 왜곡이 보정된 신호를 출력한다.

상기 송신측 모뎀(300)부터 안테나(ANT)까지의 부분은 이동통신 휴대폰에서 공지된 것이기 때문에 생략한다. 또한 안테나(ANT)부터 상기 수신측 모뎀(340)까지의 부분은 상기 마찬가지로 공지된 것이기 때문에 생략한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성패킷 송수신의 흐름도이다.

400단계에서 송신측 모뎀(300)의 적응형 등화기(300)는 입력신호와, 음성 부호화기(310)에서 부호화되어 복호된 신호를 받아 얼마나 왜곡이 되었는지를 비교하여 상기 부호화되어 복호된 신호가 상기 입력신호로부터 왜곡된 정도를 보정해주는 필터계수를 계산하여 보조정보 비트를 생성한다.

410단계에서 보조정보 비트 삽입기(320)는 상기 음성부호화기(310)에서 상기 부호화된 음성패킷을 받아 특정 파라미터의 위치를 검색하고 상기 특정 파라미터에 상기 적응형 등화기(330)에서 받은 보조정보 비트를 삽입한다.

420단계에서 상기 보조정보 비트 삽입기(330)는 상기 보조정보 비트가 삽입된 음성패킷을 안테나(ANT)를 이용하여 음성채널을 통해 수신측 모뎀(340)으로 송신한다.

430단계에서 수신측 모뎀(340)의 보조정보 비트 추출기(350)는 수신된 상기 보조정보 비트가 삽입된 음성패킷에서 보조정보 비트를 추출하여 적응형 등화기(370)로 전달하고 상기 보조정보 비트를 추출한 음성패킷을 음성 복호화기(360)로 전달한다.

440단계에서 상기 음성 복호화기(360)는 상기 보조정보 비트를 추출한 음성패킷을 복호화하여 상기 복호화된 신호를 상기 적응형 등화기(370)로 전달한다.

450단계에서 상기 적응형 등화기(370)는 상기 보조정보 비트로부터 필터계수를 계산하고 상기 음성 복호화기(360)로부터 전달받은 복호화된 신호에 상기 필터계수를 적용하여 상기 부호화 과정에서 왜곡된 신호를 보정하여 출력한다.

이상에서 설명된 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상술한 본 발명은 오디오 신호에 관련된 부가적인 신호를 송수신할 때 별도의 채널을 이용하지 않고 음성채널에 정보를 실어 송수신 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

1. 음성 패킷 송신 방법에 있어서,

   입력된 음성 신호를 부호화하여 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 생성하는 과정과,

   상기 생성된 음성 패킷을 상기 입력된 음성 신호와 비교하여 부호화시 발생된 상기 입력된 음성 신호의 왜곡 정도를 판단하는 과정과,

   상기 판단된 왜곡 정도에 따른 왜곡 보상값을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 상기 잡음성 파라미터 대신 상기 생성된 음성 패킷에 포함시켜 송신하는 과정을 포함하는 음성 패킷 송신 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 계산된 왜곡 보상값은 상기 생성된 음성 패킷과 상기 입력된 음성 신호의 적응 등화 결과에 따라 생성된 적응 등화 필터 계수값을 포함함을 특징으로 하는 음성 패킷 송신 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 상기 잡음성 파라미터 대신 상기 생성된 음성 패킷에 포함시켜 송신하는 과정은,

   상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보의 비트 수만큼 상기 잡음성 파라미터의 비트들을 제거하는 과정과,

   상기 제거된 비트들의 위치에 상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 삽입하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 음성 패킷 송신 방법.
4. 음성 패킷 송신 장치에 있어서,

   입력된 음성 신호를 부호화하여 비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 생성하는 음성 부호화기와,

   상기 생성된 음성 패킷을 상기 입력된 음성 신호와 비교하여 부호화시 발생된 상기 입력된 음성 신호의 왜곡 정도를 판단하고, 상기 판단된 왜곡 정도에 따른 왜곡 보상값을 계산하는 적응형 등화기와,

   상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 상기 잡음성 파라미터 대신 상기 생성된 음성 패킷에 포함시켜 송신하는 정보 비트 삽입기를 포함하는 음성 패킷 송신 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 계산된 왜곡 보상값은 상기 생성된 음성 패킷과 상기 입력된 음성 신호의 적응 등화 결과에 따라 생성된 적응 등화 필터 계수값을 포함함을 특징으로 하는 음성 패킷 송신 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 정보 비트 삽입기는 상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보의 비트 수만큼 상기 잡음성 파라미터의 비트들을 제거하고, 상기 제거된 비트들의 위치에 상기 계산된 왜곡 보상값에 대한 정보를 삽입함을 특징으로 하는 음성 패킷 송신 장치.
7. 음성 패킷 수신방법에 있어서,

   비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 수신하는 과정과,

   상기 잡음성 파라미터로부터 부호화시 발생된 음성 신호의 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상값을 검출하는 과정과,

   상기 수신된 음성 패킷을 상기 음성 신호로 복호화하는 과정과,

   상기 검출된 왜곡 보상값을 사용하여 상기 복호화된 음성 신호를 왜곡 보상하여 출력하는 과정을 포함하는 음성 패킷 수신 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 검출된 왜곡 보상값은 상기 수신된 음성 패킷과 상기 음성 신호의 적응 등화 결과에 따라 생성된 적응 등화 필터 계수값을 포함함을 특징으로 하는 음성 패킷 수신 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 검출된 왜곡 보상값에 대한 정보는 상기 검출된 왜곡 보상값에 대한 정보의 비트 수만큼 제거된 상기 잡음성 파라미터의 비트들의 위치에 포함됨을 특징으로 하는 음성 패킷 수신 방법.
10. 음성 패킷 수신 장치에 있어서,

    비잡음성 파라미터와 잡음성 파라미터를 포함하는 음성 패킷을 수신하고, 상기 잡음성 파라미터로부터 부호화시 발생된 음성 신호의 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상값을 검출하는 정보 비트 추출기와,

    상기 수신된 음성 패킷을 상기 음성 신호로 복호화하는 음성 복호화기와,

    상기 검출된 왜곡 보상값을 사용하여 상기 복호화된 음성 신호를 왜곡 보상하여 출력하는 적응형 등화기를 포함하는 음성 패킷 수신 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 검출된 왜곡 보상값은 상기 수신된 음성 패킷과 상기 음성 신호의 적응 등화 결과에 따라 생성된 적응 등화 필터 계수값을 포함함을 특징으로 하는 음성 패킷 수신 장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 검출된 왜곡 보상값에 대한 정보는 상기 검출된 왜곡 보상값에 대한 정보의 비트 수만큼 제거된 상기 잡음성 파라미터의 비트들의 위치에 포함됨을 특징으로 하는 음성 패킷 수신 장치.

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