KR101381602B1 - 계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오디오 신호 또는 비디오 신호를 계층적으로 부호화하거나 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 트리 구조를 기반으로 한 이진화를 수행한 뒤 신호의 분포 특성을 고려함으로써 복호화단에서 양자화 에러를 최소화하여 원 신호를 복원할 수 있으며, 상위 계층에서 복원하는 대역폭을 감소시키지 않고 인간 청각에 지각적으로 중요한 주파수 성분을 상위 계층으로 하여 부호화하기 때문에 상대적으로 넓은 주파수 대역폭을 유지하면서도 양자화 노이즈를 감소시켜 음질을 보다 향상 시킬 수 있으며 압축 성능도 저하시키지 않을 수 있다.

Description

계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for scalable encoding and decoding}
본 발명은 오디오 신호 또는 비디오 신호를 부호화하거나 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오디오 신호 또는 비디오 신호를 계층적으로 부호화하거나 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
오디오 신호 또는 비디오 신호를 부호화함에 있어서 스케일러빌리티(scalability)를 제공함으로써 비트율을 조절하여 복수의 계층들로 부호화할 수 있다. 복수의 계층들로 오디오 신호 또는 비디오 신호를 부호화함으로써 네트워크에서 과부화가 걸릴 경우, 복호화기에서 복호화를 처리할 수 있는 성능을 지원하지 못할 경우 또는 사용자의 설정에 따라 비트율이 낮아진 경우 음질 또는 화질이 저하되지만 일부 계층에 해당하는 비트스트림의 일부만 가지고 원 신호를 복원할 수 있다.
스케일러빌리티를 제공함에 있어서 중요한 요소는 변환(transform), 양자화, 비트-플레인 코딩(bit-plane coding), 데이터 리오더링(data reordering) 등이 있다. 코딩 효율과 음질 또는 화질은 서로 트레이드 오프 관계이므로 코딩 효율을 높일 경우 음질 또는 화질이 저하되고 코딩 효율을 낮출 경우 음질 또는 화질이 향상된다. 코딩 효율을 증가시키기 위해서는 스케일러빌리티로 인한 오버헤드(overhead)가 적어야 하며 음질 또는 화질을 향상시키기 위해서는 변환, 양자화, 데이터 리오더링 등이 최적화되어야 한다. 그러므로 코딩 효율과 음질 또는 화질은 서로 상반된 특성을 가지고 있으므로 최적의 지점을 찾아 부호화하는 것이 필요하다.
비트-플레인 코딩과 리오더링을 기반으로 스케일러빌리티를 제공하는 코덱의 경우 계산량은 적어지지만 낮은 계층에서 음질이 급격하게 저하되는 문제점을 갖는다. 왜냐하면 비트-플레인 코딩을 적용하기 때문에 복호화되지 않은 심볼에 의해 양자화 노이즈가 증가하며, 낮은 계층에서 전송할 비트가 부족하기 때문에 계층이 낮아질수록 복원할 수 있는 대역폭이 줄어들며 머플드 사운드(muffled sound)를 유발하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 오디오 신호 또는 비디오 신호를 계층적으로 부호화하거나 복호화하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법은, 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성하는 단계; 양자화된 심볼에 대응하여 코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드들 가운데 상기 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 추출하는 단계; 상위 비트부터 하위 비트 순으로 상기 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 그룹핑하는 단계; 및 상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법은, 계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화하는 단계; 상기 무손실 복호화된 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원하여 심볼들을 추출하는 단계; 심볼을 추출할 수 없는 코드들의 경우 상기 정렬된 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 심볼을 복원하는 단계; 및 상기 추출되거나 복원된 심볼들을 역양자화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 기록 매체는, 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성하는 단계; 양자화된 심볼에 대응하여 코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드들 가운데 상기 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 추출하는 단계; 상위 비트부터 하위 비트 순으로 상기 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 그룹핑하는 단계; 및 상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화하는 단계를 포함한 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 기록 매체는, 계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화하는 단계; 상기 무손실 복호화된 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원하여 심볼들을 추출하는 단계; 심볼을 추출할 수 없는 코드들의 경우 상기 정렬된 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 심볼을 복원하는 단계; 및 상기 추출되거나 복원된 심볼들을 역양자화하는 단계를 포함한 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 부호화 장치는, 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성하는 양자화부; 양자화된 심볼에 대응하여 코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드들 가운데 상기 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 추출하는 코드워드 추출부; 상위 비트부터 하위 비트 순으로 상기 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 그룹핑하는 그룹핑부; 및 상기 그룹핑된 코드들을 계층적으로 무손실 부호화하는 무손실 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 복호화 장치는, 계층적으 로 부호화된 코드들을 무손실 복호화하는 무손실 복호화부; 상기 무손실 복호화된 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원하여 심볼들을 추출하는 심볼 추출부; 심볼을 추출할 수 없는 코드들의 경우 상기 정렬된 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 심볼을 복원하는 심볼 복원부; 및 상기 추출되거나 복원된 심볼들을 역양자화하는 역양자화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법은, 기 설정된 기준으로 선택된 주파수 성분들이 각 계층별로 부호화된 주파수 성분들을 계층적으로 복호화하는 단계; 및 상기 복호화된 주파수 성분들을 이용하여 신호를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 기록 매체는, 입력 신호에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 주파수 성분들을 각 계층별로 선택하여 계층적으로 부호화하는 단계를 포함하는 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 기록 매체는, 기 설정된 기준으로 선택된 주파수 성분들이 각 계층별로 부호화된 주파수 성분들을 계층적으로 복호화하는 단계; 및 상기 복호화된 주파수 성분들을 이용하여 신호를 복원하는 단계를 포함하는 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 부호화 장치, 입력 신호에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택하는 주파수성분 선택부; 및 상 기 선택된 주파수 성분들을 각 계층별로 선택하여 계층적으로 부호화하는 계층 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 계층적 복호화 장치는, 기 설정된 기준으로 선택된 주파수 성분들이 각 계층별로 부호화된 주파수 성분들을 계층적으로 복호화하는 주파수성분 복호화부; 및 상기 복호화된 주파수 성분을 이용하여 신호를 복원하는 신호 복원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치에 의하면, 오디오 신호 또는 비디오 신호를 계층적으로 부호화하거나 복호화하는 방법 및 장치를 제공한다.
이에 따라 코딩 환경 또는 통신 환경에 적응적으로 데이터량을 조절할 수 있도록 부호화할 수 있다. 또한, 이론적인 R/D(Rate/Distortion curve)에 근접하게 부호화할 수 있어 보다 효율적으로 부호화할 수 있으므로 적은 비트만으로도 고음질과 고화질로 부호화하고 복호화할 수 할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 비트-플레인 코딩이 아닌 트리 구조를 기반으로 한 이진화를 수행한 뒤 신호의 분포 특성을 고려함으로써 복호화단에서 양자화 에러를 최소화하여 원 신호를 복원할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 낮은 계층에서 복원하는 대역폭을 감소시키지 않고 인간 청각에 지각적으로 중요한 정보만 먼저 보내기 때문에 상대적으로 넓은 주파수 대역폭을 유지하면서도 양자화 노이즈를 감소시켜 음질을 보다 향상 시킬 수 있으며 압축 성능도 저하되지 않는 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법에 대한 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
먼저, 입력 신호를 양자화하여 심볼(symbol)들을 생성한다(제100단계).
양자화된 심볼에 대응하여 가변적인 길이로 기 저장된 코드워드들 가운데 제100단계에서 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드(codeword)를 추출한다(제110단계). 여기서, 코드워드는 순서를 갖도록 나열된 코드(code)들의 집합을 말한다. 코드의 예로 이진수인 '0'과 '1'이 있다.
가변적인 길이로 코드워드들을 마련하여 기 저장함에 있어서, 심볼이 발생하는 통계적인 확률을 기준으로 코드워드의 길이를 결정하여 마련한다. 통계적으로 양자화될 확률이 높은 심볼에 대응하는 코드워드는 짧게 길이를 마련하고, 통계적으로 양자화될 확률이 적은 심볼에 대응하는 코드워드는 길게 길이를 마련한다. 다시 말하면, 통계적으로 자주 양자화되는 심볼에 대응하는 코드워드는 적은 비트만으로도 나타낼 수 있도록 하지만 통계적으로 가끔 양자화되는 심볼에 대응하는 코드워드는 많은 비트로 나타내도록 한다.
또한, 코드워드들은 각 코드가 마련될 확률값이 각 노드(node)에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되어 기 저장된다. 코드워드의 각 코드가 추출될 확률값은 트리구조에서 각 노드에 할당된 코드가 추출될 확률값을 이용하여 다음 기재된 수학식 1 및 2에 의해 계산된다.
[수학식 1]
Figure 112007067235756-pat00001
여기서,
Figure 112007067235756-pat00002
는 i번째 노드에서 x가 추출될 확률값이다.
[수학식 2]
Figure 112007067235756-pat00003
여기서,
Figure 112007067235756-pat00004
는 i번째 노드에서 x가 추출될 확률값이다.
이러한 트리 구조의 예로 도 2에 도시된 개념도가 있으며, 도 2에서는 각 노드에 코드 '0'이 추출될 확률값이 상위 방향에 할당되어 있고, 코드 '1'이 추출될 확률값이 하위 방향에 할당되어 있다. 도 2에 도시된 트리 구조를 예를 들어 설명하면, 제100단계에서 양자화되어 생성된 심볼이 (0, 2, 5)일 경우, 제110단계에서는 심볼 '0'에 대응하여 코드워드 '000'이 추출되고 심볼 '2'에 대응하여 코드워드 '01'이 추출되며 심볼 '5'에 대응하여 코드워드 '1100'이 추출됨으로써 심볼 (0, 2, 5)에 대응하는 코드워드 (000, 01, 1100)가 추출된다.
제110단계에서 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 최상위 비트부터 순차적으로 분할된 코드들을 추출하고, 추출된 코드들을 그룹핑한다(제 120단계). 예를 들어, 제110단계에서 코드워드 (000, 01, 1100)이 추출되고 기 설정된 길이가 1비트라고 가정한다. 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이 각 코드워드에서 최상위 비트의 코드에 해당하는 코드 '0', 코드 '0', 코드 '1'을 분할함으로써 [0, 0, 1]을 추출하여 제1 그룹(300)으로 그룹핑하고, 최상위 비트에서 두번째 비트의 코드에 해당하는 코드 '0', 코드 '1', 코드 '1'을 분할함으로써 [0, 1, 1]을 추출하여 제2 그룹(310)으로 그룹핑하며, 최상위 비트에서 세번째 비트의 코드에 해당하는 코드워드 '000'의 코드 '0'와 코드워드 '1100'의 코드 '0'을 분할함으로써 [0, X, 0]을 추출하여 제3 그룹(320)으로 그룹핑하고, 최상위 비트에서 네번째 비트의 코드에 해당하는 코드워드 '1100'의 코드 '0'을 분할함으로써 [X, X, 0]을 추출하여 제4 그룹(330)으로 그룹핑한다(여기서, "X"는 추출할 코드가 없음을 나타낸다.). 그러나 전술한 예와 같이 기 설정된 비트를 '1'로 반드시 고정하여 실시하여야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제120단계에서 제1 그룹(400)을 2비트로 그룹핑하여 후술할 제130단계에서 기본 계층으로 부호화하고, 제120단계에서 제2 그룹(410)을 2비트로 그룹핑하여 후술할 제130단계에서 제1 향상 계층으로 부호화하며 제120단계에서 제3 그룹(420)을 3비트로 그룹핑하여 후술할 제130단계에서 제2 향상 계층으로 부호화할 수 있다.
제120단계에서 그룹핑된 코드들의 그룹을 계층적으로 무손실 부호화한다(제130단계). 제130단계에서는 최상위 비트에 해당하는 코드들로 그룹핑된 그룹을 최상위 계층으로 하여 무손실 부호화하고, 하위 비트에 해당하는 코드들로 그룹핑된 그룹들을 순차적으로 하위 계층으로 하여 무손실 부호화한다. 도 3을 예로 들면, 제 1 그룹(300)을 기본 계층(base layer)으로 부호화하고, 제2 그룹(310)을 제1 향상 계층(enhancement layer)으로 부호화하며, 제3 그룹(320)을 제2 향상 계층으로 부호화하고, 제4 그룹(330)을 제3 향상 계층으로 부호화한다. 이에 따라 제130단계에서는 오디오 신호가 복수의 계층으로 부호화한 비트스트림을 생성한다.
제130단계에서는 무손실 부호화함에 있어서 산술 부호화하는 것이 바람직하다. 본 발명인 계층적 부호화 방법에서 산술 부호화하는 실시 예를 도 2 및 3을 이용하여 제100단계에서 입력 신호가 양자화되어 생성된 심볼이 (0, 2, 5)라고 가정하고 설명하기로 한다. 제110단계에서는 제100단계에서 생성된 심볼 (0, 2, 5)에 대응하는 코드워드 (000, 01, 1110)를 추출한다.
여기서, 먼저 심볼 '0'에 대응하는 코드워드 '000'의 각 코드가 추출될 확률값
Figure 112007067235756-pat00005
을 도 2에 도시된 트리 구조를 이용하여 다음에 기재된 바와 같이 계산한다. 첫번째 코드 '0'이 추출될 확률
Figure 112007067235756-pat00006
은 도 2에 도시된 트리 구조에 의하여 '0.6'이 검출된다. 첫번째 코드 '0' 이후에 마련된 두번째 코드 '0'이 추출될 확률
Figure 112007067235756-pat00007
은 다음에 기재된 수학식 3에 의하여 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112007067235756-pat00008
다음으로 첫번째 코드와 두번째 코드인 '00'이후에 마련된 세번째 코드 '0' 이 추출될 확률
Figure 112007067235756-pat00009
은 다음 기재된 수학식 4에 의하여 계산된다.
[수학식 4]
Figure 112007067235756-pat00010
그러므로 코드워드 '000'의 각 코드가 검출될 확률인
Figure 112007067235756-pat00011
는 {0.6, 0.5, 1/3}로 계산된다. 전술한 바와 동일한 방식으로 심볼 2에 대응하는 코드워드 '01'의 각 코드가 검출될 확률인
Figure 112007067235756-pat00012
는 {0.6, 0.5}이 된다. 또한, 심볼 5에 대응하는 코드워드 1110의 각 코드가 검출될 확률인
Figure 112007067235756-pat00013
는 {0.4, 0.5, 0.5, 0.5}가 된다. 제120단계에서는 제110단계에서 추출된 코드워드 (000, 01, 1100)의 코드들에 대하여 각 코드워드의 최상위 비트들인 [0, 0, 1]을 제1 그룹(300)으로 그룹핑하고 각 코드워드의 두번째 비트들인 [0, 1, 1]을 제2 그룹(310)으로 그룹핑하며 각 코드워드의 세번째 비트들인 [0, X, 0]을 제3 그룹(320)으로 그룹핑하고 각 코드워드의 네번째 비트들인 [X, X, 0]을 제4 그룹(330)으로 그룹핑한다.
제130단계에서는 제1 그룹에 그룹핑된 코드들에 대응하는 확률값인
Figure 112007067235756-pat00014
(=[0.6, 0.6, 0.4])을 이용하여 산술 부호화함으로써 기본 계층을 부호화하며, 제2 그룹에 그룹핑된 코드들에 대응하는 확률값인
Figure 112007067235756-pat00015
(=[0.5, 0.5, 0.5])을 이용하여 산술 부호화함으로써 제1 향 상 계층을 부호화하고, 제3 그룹에 그룹핑된 코드들에 대응하는 확률값인
Figure 112007067235756-pat00016
(=[1/3, X, 0.5])을 이용하여 산술 부호화함으로써 제2 향상 계층을 부호화하며,
Figure 112007067235756-pat00017
(=[X, X, 0.5])을 이용하여 산술 부호화함으로써 제3 향상 계층을 부호화한다.
도 5는 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법에 대한 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
먼저, 부호화기에서 계층적으로 부호화된 비트스트림에 포함된 코드들을 무손실 복호화한다(제500단계).
제500단계에서 코드들을 무손실 복호화함에 있어서 산술 복호화하는 것이 바람직하다. 이 경우 제500단계에서는 각 코드가 마련된 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 이용하여 소수로 부호화된 값들을 이진 코드들로 산술 복호화한다. 이러한 트리 구조의 예로 도 2에 도시된 개념도가 있으며, 도 2에서는 각 노드에 코드 '0'이 추출될 확률값이 상위 방향에 할당되어 있고, 코드 '1'이 추출될 확률값이 하위 방향에 할당되어 있다.
제500단계에서 무손실 복호화된 각 계층의 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원한다(제510단계). 부호화기에서는 복수의 코드워드들에 마련된 코드들을 최상위 비트를 기준으로 하여 상위 비트부터 하위 비트 순으로 기 설정된 비트를 단위로 분할하여 그룹핑함으로써 복수의 계층으로 부호화한다. 그러므로 제510단계에서는 상위 계층에서는 상위 비트에 해당하는 코드(들)을 추출하고 하위 계층에서는 하위 비트에 해당하는 코드(들)을 추출하여 상위 비트부터 하위 비트 순으로 정렬함으로써 원 코드워드로 복원한다.
제510단계에서 복원된 코드워드들 가운데 완전히 복원되지 않은 코드워드(들)을 검출한다(제520단계). 여기서, 완전히 복원되지 않는 코드워드(들)는 소정 계층(들)에 해당하는 비트스트림(들)을 복호화단에서 전송받지 못하여 하위 비트에 해당하는 코드(들)이 누락됨으로써 역양자화할 수 없는 코드(들)의 집합을 말한다. 예를 들어, 부호화기에서 양자화된 심볼이 '8'일 경우 코드워드 '1111110'이 최상위 비트인 코드 '1'만 기본 계층에 포함시켜 부호화하고 두번째 비트와 세번째 비트인 코드 '11'을 제1 향상 계층에 포함시켜 부호화하며 네번째 내지 일곱번째 비트들인 코드 '1110'을 제2 향상 계층에 포함시켜 부호화되었으나 복호화단에서 기본 계층과 제1 향상 계층만 전송받고 제2 향상 계층은 전송받지 못한 경우 코드워드 '1111110' 가운데 상위 비트인 코드 '111'만 복호화될 뿐 나머지 하위 비트인 코드 '1110'은 복호화되지 않아 코드워드가 완전히 복원되지 않는다.
제520단계에서 완전히 복원된 코드워드로 판단된 코드들의 경우 제510단계에서 완전히 복원된 각 코드워드에 대응하는 심볼을 추출한다(제530단계). 제530단계에서 코드워드에 대응하는 심볼을 추출하는 실시예로 도 2에 도시된 트리 구조를 기반으로 마련하여 기 저장된 테이블에서 검색하여 추출할 수 있다.
제520단계에서 완전히 복원되지 않은 코드워드로 검출된 코드들의 경우 제520단계에서 완전히 복원되지 않는 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 완전히 복원되지 않는 코드워드에 대응하는 심볼을 계산한다(제540단계). 제540단계에서는 완전히 복원되지 않는 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)에 의해 복원될 수 있는 모든 심볼의 평균값을 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 계산한다.
[수학식 5]
Figure 112007067235756-pat00018
여기서,
Figure 112007067235756-pat00019
는 계산된 심볼이며, 'nodes'는 완전히 복원되지 않는 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 노드 번호(들)의 집합이고, 'i'는 'nodes'에 포함된 노드 번호(들) 가운데 특정 노드 번호이며,
Figure 112007067235756-pat00020
는 i 노드의 심볼이고,
Figure 112007067235756-pat00021
는 i 노드의 확률이다.
예를 들어, 만일 제510단계에서 복원된 코드(들)이 '1110'일 경우 하위 비트를 조합하여 코드워드로 완성 가능한 노드들은 도 5의 식별번호 530에 마련된 심볼 5, 6, 7, 8, 9에 해당하는 노드들이다. 제540단계에서는 수학식 5에 대입하여 다음 기재된 수학식 6에 의해 심볼을 계산할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112007067235756-pat00022
이와 같이 복호화할 수 없는 하위 비트에 대해 조합 가능한 모든 코드워드에 대한 기대값을 계산하여 심볼을 복원함으로써 양자화 노이즈를 최소화하여 최적의 SNR(Signal to Noise Ratio)를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
제530단계에서 추출된 심볼(들)과 제540단계에서 계산된 심볼들을 역양자화하여 원 신호를 복원한다(제550단계).
도 6은 본 발명에 의한 계층적 부호화 장치에 대한 일 실시예를 블록도로 도시한 것으로서, 계층적 부호화 장치는 양자화부(600), 저장부(605), 코드워드 추출부(610), 그룹핑부(620) 및 무손실 부호화부(630)를 포함하여 이루어진다.
양자화부(600)는 입력단자 IN을 통해 입력받은 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성한다.
저장부(605)는 심볼에 대응하여 가변적인 길이로 기 마련된 코드워드들을 저장한다. 여기서, 코드워드는 순서를 갖도록 나열된 코드들의 집합을 말한다. 코드의 예로 이진수인 '0'과 '1'이 있다.
저장부(605)에서 가변적인 길이로 코드워드들을 마련하여 기 저장함에 있어서, 심볼이 발생하는 통계적인 확률을 기준으로 코드워드의 길이를 결정하여 마련한다. 통계적으로 양자화될 확률이 높은 심볼에 대응하는 코드워드는 짧게 길이를 마련하고, 통계적으로 양자화될 확률이 적은 심볼에 대응하는 코드워드는 길게 길이를 마련한다. 다시 말하면, 통계적으로 자주 양자화되는 심볼에 대응하는 코드워드는 적은 비트만으로도 나타낼 수 있도록 하지만 통계적으로 가끔 양자화되는 심볼에 대응하는 코드워드는 많은 비트로 나타내도록 한다.
또한, 코드워드들은 각 코드가 마련될 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되어 저장부(605)에 기 저장된다. 코드워드의 각 코드가 추출될 확률값은 트리구조에서 각 노드에 할당된 코드가 추출될 확률값을 이용하여 다음 기재된 수학식 7 및 8에 의해 계산된다.
[수학식 7]
Figure 112007067235756-pat00023
여기서,
Figure 112007067235756-pat00024
는 i번째 노드에서 x가 추출될 확률값이다.
[수학식 8]
Figure 112007067235756-pat00025
여기서,
Figure 112007067235756-pat00026
는 i번째 노드에서 x가 추출될 확률값이다.
이러한 트리 구조의 예로 도 2에 도시된 개념도가 있으며, 도 2에서는 각 노드에 코드 '0'이 추출될 확률값이 상위 방향에 할당되어 있고, 코드 '1'이 추출될 확률값이 하위 방향에 할당되어 있다.
코드워드 추출부(610)는 양자화부(600)에서 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 저장부(605)에서 추출한다.
도 2에 도시된 트리 구조를 예를 들어 설명하면, 양자화부(600)에서 양자화되어 생성된 심볼이 (0, 2, 5)일 경우, 코드워드 추출부(610)는 심볼 '0'에 대응하는 코드워드 '000'을 추출하고 심볼 '2'에 대응하는 코드워드 '01'을 추출하며 심볼 '5'에 대응하는 코드워드 '1100'을 추출함으로써 심볼 (0, 2, 5)에 대응하는 코드워드 (000, 01, 1100)를 추출한다.
그룹핑부(620)는 코드워드 추출부(610)에서 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이 단위로 분할하여 최상위 비트부터 순차적으로 분할된 코드들을 추출하고, 추출된 코드들을 그룹핑한다. 예를 들어, 코드워드 추출부(610)에서 코드워드 (000, 01, 1100)이 추출되고 기 설정된 길이가 1비트라고 가정한다. 이 경우 그룹핑(620)는 도 4에 도시된 바와 같이 각 코드워드에서 최상위 비트의 코드에 해당하는 코드 '0', 코드 '0', 코드 '1'을 분할함으로써 [0, 0, 1]을 추출하여 제1 그룹(300)으로 그룹핑하고, 최상위 비트에서 두번째 비트의 코드에 해당하는 코드 '0', 코드 '1', 코드 '1'을 분할함으로써 [0, 1, 1]을 추출하여 제2 그룹(310)으로 그룹핑하며, 최상위 비트에서 세번째 비트의 코드에 해당하는 코드워드 '000'의 코드 '0'와 코드워드 '1100'의 코드 '0'을 분할함으로써 [0, X, 0]을 추출하여 제3 그룹(320)으로 그룹핑하고, 최상위 비트에서 네번째 비트의 코드에 해당하는 코드워드 '1100'의 코드 '0'을 분할함으로써 [X, X, 0]을 추출하여 제4 그룹(330)으로 그룹핑한다(여기서, "X"는 추출할 코드가 없음을 나타낸다.). 그러나 전술한 예와 같이 기 설정된 비트를 '1'로 반드시 고정하여 실시하여야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 그룹핑부(620)에서 제1 그룹(400)을 2비트로 그룹핑하여 후술할 무손실 부호화부(630)는 기본 계층으로 부호화하고, 그룹핑부(620)에서 제2 그룹(410)을 2비트로 그룹핑하여 후술할 무손실 부호화부(630)에서 제1 향상 계층으로 부호화하며 그룹핑부(620)에서 제3 그룹(420)을 3비트로 그 룹핑하여 후술할 무손실 부호화부(630)에서 제2 향상 계층으로 부호화할 수 있다.
무손실 부호화부(630)는 그룹핑부(620)에서 그룹핑된 코드들의 그룹을 계층적으로 무손실 부호화한다. 무손실 부호화부(630)에서는 최상위 비트에 해당하는 코드들로 그룹핑된 그룹을 최상위 계층으로 하여 무손실 부호화하고, 하위 비트에 해당하는 코드들로 그룹핑된 그룹들을 순차적으로 하위 계층으로 하여 무손실 부호화한다. 도 3을 예로 들면, 제1 그룹(300)을 기본 계층(base layer)으로 부호화하고, 제2 그룹(310)을 제1 향상 계층(enhancement layer)으로 부호화하며, 제3 그룹(320)을 제2 향상 계층으로 부호화하고, 제4 그룹(330)을 제3 향상 계층으로 부호화한다. 이에 따라 무손실 부호화부(630)는 오디오 신호가 복수의 계층으로 부호화한 비트스트림을 생성하여 출력단자 OUT을 통해 출력한다.
무손실 부호화부(630)에서는 무손실 부호화함에 있어서 산술 부호화하는 것이 바람직하다. 본 발명인 계층적 부호화 장치에서 산술 부호화하는 실시 예를 도 2 및 3을 이용하여 양자화부(600)에서 입력 신호가 양자화되어 생성된 심볼이 (0, 2, 5)라고 가정하고 설명하기로 한다. 코드워드 추출부(610)에서는 양자화부(600)에서 생성된 심볼 (0, 2, 5)에 대응하는 코드워드 (000, 01, 1110)를 저장부(605)에서 추출한다.
여기서, 먼저 심볼 '0'에 대응하는 코드워드 '000'의 각 코드가 추출될 확률값
Figure 112007067235756-pat00027
을 도 2에 도시된 트리 구조를 이용하여 다음에 기재된 바와 같이 계산한다. 첫번째 코드 '0'이 추출될 확률
Figure 112007067235756-pat00028
은 도 2에 도시된 트리 구 조에 의하여 '0.6'이 검출된다. 첫번째 코드 '0' 이후에 마련된 두번째 코드 '0'이 추출될 확률
Figure 112007067235756-pat00029
은 다음에 기재된 수학식 9에 의하여 계산된다.
[수학식 9]
Figure 112007067235756-pat00030
다음으로 첫번째 코드와 두번째 코드인 '00'이후에 마련된 세번째 코드 '0'이 추출될 확률
Figure 112007067235756-pat00031
은 다음 기재된 수학식 10에 의하여 계산된다.
[수학식 10]
Figure 112007067235756-pat00032
그러므로 코드워드 '000'의 각 코드가 검출될 확률인
Figure 112007067235756-pat00033
는 {0.6, 0.5, 1/3}로 계산된다. 전술한 바와 동일한 방식으로 심볼 2에 대응하는 코드워드 '01'의 각 코드가 검출될 확률인
Figure 112007067235756-pat00034
는 {0.6, 0.5}이 된다. 또한, 심볼 5에 대응하는 코드워드 1110의 각 코드가 검출될 확률인
Figure 112007067235756-pat00035
는 {0.4, 0.5, 0.5, 0.5}가 된다. 그룹핑부(620)에서는 코드워드 추출부(610)에서 추출된 코드워드 (000, 01, 1100)의 코드들에 대하여 각 코드워드의 최상위 비트들인 [0, 0, 1]을 제1 그룹(300)으로 그룹핑하고 각 코드워드의 두번째 비트들인 [0, 1, 1]을 제2 그룹(310)으로 그룹핑하며 각 코드워드 의 세번째 비트들인 [0, X, 0]을 제3 그룹(320)으로 그룹핑하고 각 코드워드의 네번째 비트들인 [X, X, 0]을 제4 그룹(330)으로 그룹핑한다.
무손실 부호화부(630)에서는 제1 그룹에 그룹핑된 코드들에 대응하는 확률값인
Figure 112007067235756-pat00036
(=[0.6, 0.6, 0.4])을 이용하여 산술 부호화함으로써 기본 계층을 부호화하며, 제2 그룹에 그룹핑된 코드들에 대응하는 확률값인
Figure 112007067235756-pat00037
(=[0.5, 0.5, 0.5])을 이용하여 산술 부호화함으로써 제1 향상 계층을 부호화하고, 제3 그룹에 그룹핑된 코드들에 대응하는 확률값인
Figure 112007067235756-pat00038
(=[1/3, X, 0.5])을 이용하여 산술 부호화함으로써 제2 향상 계층을 부호화하며,
Figure 112007067235756-pat00039
(=[X, X, 0.5])을 이용하여 산술 부호화함으로써 제3 향상 계층을 부호화한다.
도 7은 본 발명에 의한 계층적 복호화 장치에 대한 일 실시예를 블록도로 도시한 것으로서, 계층적 복호화 장치는 저장부(700), 무손실 복호화부(705), 코드워드 복원부(710), 코드워드 검출부(720), 심볼 추출부(730), 심볼 복원부(740) 및 역양자화부(750)를 포함하여 이루어진다.
저장부(700)는 가변적인 길이로 기 마련된 코드워드들에 대응하여 마련된 심볼들을 저장한다. 가변적인 길이로 코드워드들을 마련하여 기 저장함에 있어서, 심볼이 발생하는 통계적인 확률을 기준으로 코드워드의 길이를 결정하여 마련한다. 통계적으로 양자화될 확률이 높은 심볼에 대응하는 코드워드는 짧게 길이를 마련하고, 통계적으로 양자화될 확률이 적은 심볼에 대응하는 코드워드는 길게 길이를 마 련한다. 다시 말하면, 통계적으로 자주 양자화되는 심볼에 대응하는 코드워드는 적은 비트만으로도 나타낼 수 있도록 하지만 통계적으로 가끔 양자화되는 심볼에 대응하는 코드워드는 많은 비트로 나타내도록 한다.
또한, 코드워드들은 각 코드가 마련될 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되어 저장부(700)에 기 저장된다. 이러한 트리 구조의 예로 도 2에 도시된 개념도가 있으며, 도 2에서는 각 노드에 코드 '0'이 추출될 확률값이 상위 방향에 할당되어 있고, 코드 '1'이 추출될 확률값이 하위 방향에 할당되어 있다.
무손실 복호화부(705)는 부호화단에서 계층적으로 부호화된 비트스트림을 입력단자 IN을 통해 입력받아 비트스트림에 포함된 각 계층의 코드들을 무손실 복호화한다.
무손실 복호화부(705)에서 코드들을 무손실 복호화함에 있어서 산술 복호화하는 것이 바람직하다. 무손실 복호화부(705)는 산술 복호화할 경우 저장부(700)에 저장된 각 코드가 마련된 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 이용하여 소수로 부호화된 값들을 이진 코드들로 산술 복호화할 수 있다.
코드워드 복원부(710)는 무손실 복호화부(705)에서 무손실 복호화된 각 계층의 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원한다. 부호화기에서는 복수의 코드워드들에 마련된 코드들을 최상위 비트를 기준으로 하여 상위 비트부터 하위 비트 순으로 기 설정된 비트를 단위로 분할하여 그룹핑함으로써 복수의 계층으로 부호화한다. 그러므로 코드워드 복원부(710)에서는 상위 계층에서는 상위 비트에 해당하는 코드(들)을 추출하고 하위 계층에서는 하위 비트에 해당하는 코드(들)을 추출하여 상위 비트부터 하위 비트 순으로 정렬함으로써 원 코드워드로 복원한다.
코드워드 검출부(720)는 코드워드 복원부(710)에서 복원된 코드워드들 가운데 완전히 복원되지 않은 코드워드(들)을 검출한다. 여기서, 완전히 복원되지 않는 코드워드(들)은 소정 계층(들)에 해당하는 비트스트림(들)을 복호화단에서 전송받지 못하여 하위 비트에 해당하는 코드(들)이 누락됨으로써 역양자화할 수 없는 코드(들)의 집합을 말한다. 예를 들어, 부호화기에서 양자화된 심볼이 '8'일 경우 코드워드 '1111110'이 최상위 비트인 코드 '1'만 기본 계층에 포함시켜 부호화하고 두번째 비트와 세번째 비트인 코드 '11'을 제1 향상 계층에 포함시켜 부호화하며 네번째 내지 일곱번째 비트들인 코드 '1110'을 제2 향상 계층에 포함시켜 부호화되었으나 복호화단에서 기본 계층과 제1 향상 계층만 전송받고 제2 향상 계층은 전송받지 못한 경우 코드워드 '1111110' 가운데 상위 비트인 코드 '111'만 복호화될 뿐 나머지 하위 비트인 코드 '1110'은 복호화되지 않아 코드워드가 완전히 복원되지 않는다.
코드워드 검출부(720)에서 완전히 복원된 코드들인지 여부를 판단하는 실시예로 코드워드 복원부(710)에서 코드들로 복원된 코드워드가 저장부(700)에 저장된 코드워드들 가운데 일치하는 코드워드가 존재하는지 여부를 기준으로 판단할 수 있다.
심볼 추출부(730)는 코드워드 검출부(720)에서 완전히 복원된 코드워드로 판단된 각 코드워드에 대응하는 심볼을 저장부(700)에서 추출한다.
심볼 복원부(740)는 코드워드 검출부(720)에서 완전히 복원되지 않는 코드 들로 검출된 코드들의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 완전히 복원되지 않는 코드워드에 대응하는 심볼을 계산한다. 심볼 복원부(740)에서는 완전히 복원되지 않는 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)에 의해 복원될 수 있는 모든 심볼의 평균값을 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 계산한다.
[수학식 11]
Figure 112007067235756-pat00040
여기서,
Figure 112007067235756-pat00041
는 계산된 심볼이며, 'nodes'는 완전히 복원되지 않는 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 노드 번호(들)의 집합이고, 'i'는 'nodes'에 포함된 노드 번호(들) 가운데 특정 노드 번호이며,
Figure 112007067235756-pat00042
는 i 노드의 심볼이고,
Figure 112007067235756-pat00043
는 i 노드의 확률이다.
예를 들어, 만일 코드워드 복원부(710)에서 복원된 코드(들)이 '1110'일 경우 하위 비트를 조합하여 코드워드로 완성 가능한 노드들은 도 5의 식별번호 530에 마련된 심볼 5, 6, 7, 8, 9에 해당하는 노드들이다. 심볼 복원부(740)에서는 수학식 12에 대입하여 다음 기재된 수학식 13에 의해 심볼을 계산할 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112007067235756-pat00044
이와 같이 복호화할 수 없는 하위 비트에 대해 조합 가능한 모든 코드워드에 대한 기대값을 계산하여 심볼을 복원함으로써 양자화 노이즈를 최소화하여 최적의 SNR(Signal to Noise Ratio)를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
역양자화부(750)는 심볼 추출부(730)에서 추출된 심볼(들)과 심볼 복원부(740)에서 계산된 심볼들을 역양자화하여 원 신호를 복원하고, 복원된 원 신호를 출력단자 OUT을 통해 출력한다.
도 8은 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법에 대한 다른 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
먼저, 입력 신호를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여 스펙트럼을생성한다(제800단계).
제800단계에서 생성된 스펙트럼에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택한다(제810단계). 여기서, 기 설정된 기준은 인간의 지각에 있어서 중요한 요소를 실험자의 경험 또는 실험에 의해 미리 설정된 기준을 말한다. 기 설정된 기준의 실시예로 다음과 같은 기준들이 있다. 첫째, SMR(Signal-to-Mask Ratio) 값을 계산하여 마스킹 역치 보다 큰 신호에 해당하는 주파수 성분을 선택한다. 둘째, 소정의 가중치를 고려하여 스펙트럼 피크를 추출하여 주파수 성분을 선택한다. 셋째, 각 밴드 별로 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 값을 계산하여 SNR 값이 낮은 서 브 밴드 중에서 소정 크기 이상의 피크 값을 갖는 주파수 성분을 선택한다. 전술된 세 가지 실시예를 각각 실시할 수 있지만, 적어도 하나 이상 실시예를 조합함으로써 실시할 수도 있다.
제810단계에서 선택된 주파수 성분들 가운데 제i 계층의 상위 계층(들)에서 부호화하지 않은 주파수 성분들 중 제i 계층에 포함될 주파수 성분(들)을 제i 계층에 할당된 비트레이트(bitrate)에 해당하는 만큼 선택한다(제820단계).
여기서, 'i'는 '1'로 초기값이 설정되고, 우선 제820단계에서는 제1 계층에 해당하는 기본 계층(base layer)에 포함될 지각적으로 가장 중요한 주파수 성분들을 선택한다. 그리고 제830단계 내지 제860단계를 수행한 후 'i'에 2가 할당되면, 제820단계에서는 제2 계층인 제1 향상 계층(enhancement layer)에 포함될 주파수 성분들을 제810단계에서 선택된 주파수 성분들 가운데 기본 계층에서 선택되지 않은 주파수 성분들 중 선택한다. 도 10을 예를 들어 설명하면, 제810단계에서는 식별번호 1000에 도시된 위치에 주파수 성분 SC0, SC1, SC2, SC3가 선택된다(여기서, '0'은 제810단계에서 선택되지 않은 주파수 성분들의 위치를 나타낸다.).
우선, 제820단계에서는 제1 계층인 기본 계층에 포함될 가장 중요한 주파수 성분으로 주파수 성분 SC0을 식별번호 1010에 도시된 바와 같이 선택한다. 다음으로 제2 계층에 해당하는 제1 향상 계층에 포함될 주파수 성분으로 제810단계에서 선택된 주파수 성분 SC0, SC1, SC2, SC3 가운데 주파수 성분 SC0을 제외한 나머지 주파수 성분들에서 가장 중요한 주파수 성분인 주파수 성분 SC1을 식별번호 1020에 도시된 바와 같이 선택한다. 그리고 제3 계층에 해당하는 제2 향상 계층에 포함될 주파수 성분으로 제810단계에서 선택된 주파수 성분 SC0, SC1, SC2, SC3 가운데 주파수 성분 SC0 및 SC1을 제외한 나머지 주파수 성분 SC2와 SC3에서 가장 중요한 주파수 성분인 주파수 성분 SC2를 식별번호 1030에 도시된 바와 같이 선택한다. 마지막으로 남은 제4 계층인 제3 향상 계층에서 주파수 성분 SC3이 선택되어 제1 내지 제4 계층에 의해 도 10의 식별번호 1040에서 도시된 바와 같이 제810단계에서 선택된 모든 주파수 성분들이 선택된다.
제820단계에서 제i 계층에 포함될 주파수 성분(들)을 선택함에 있어서 상위 계층에는 인간 청각에 있어서 지각적으로 중요한 주파수 성분들이 선택되어 포함되도록 하고 하위 계층에는 인간 청각에 있어서 지각적으로 중요하지 않은 주파수 성분들이 선택되어 포함되도록 한다. 제820단계에서는 제810단계의 기 설정된 기준을 유사하게 적용할 수 있다. 다만, 각 계층에 대하여 기준에 해당하는 임계값을 조절할 뿐이다. 예를 들어, 상위 계층에는 기 설정된 기준의 임계값을 높게 설정하고 하위 계층에는 기 설정된 기준의 임계값을 낮게 설정한다. 그러나 제820단계에서는 제810단계에서 기술한 실시예에 한정하여 실시해야 하는 것이 아니라 각 계층 별로 인각 청각의 지각적 중요도에 따라 기준을 달리하여 기 설정할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에 제820단계에서 지각적 중요도에 따라 상위 계층부터 하위 계층 순으로 선택하는 예가 도시되어 있다. 우선, 제1 계층인 기본 계층에 포함될 가장 중요한 주파수 성분으로 식별번호 1100, 1105, 1110 및 1115의 위치에 마련된 주파수 성분들을 도 11a에 도시된 바와 같이 선택한다. 다음으로 제2 계층인 제1 향상 계층에 포함될 주파수 성분으로 기본 계층에 포함된 주파수 성분들을 제외한 나머지 주파수 성분들에서 가장 중요한 주파수 성분으로 식별번호 1120, 1125, 1130, 1135의 위치에 마련된 주파수 성분들을 선택함으로써 기본 계층 및 제1 향상 계층에 의해 도 11b에 도시된 주파수 성분들이 부호화된다. 마지막 계층인 제3 계층에 해당하는 제2 향상 계층이 부호화될 경우 식별번호 1140, 1145, 1150, 1155의 위치에 제820단계에서 선택된 주파수 성분들 모두가 도 11c에 도시된 바와 같이 부호화된다.
또한, 제820단계에서는 주파수를 기준으로 제810단계에서 선택된 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순으로 각 계층별로 선택할 수도 있다. 예를 들어, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 실시할 수 있다. 제1 계층인 기본 계층에는 인간 청각에 중요한 대역인 저주파수 대역에 마련된 주파수 성분들인 식별번호 1200의 위치에 마련된 주파수 성분들이 선택된다. 제2 계층인 제1 향상 계층에는 저주파수 대역 다음에 위치한 대역에 마련된 주파수 성분들인 식별번호 1210의 위치에 마련된 주파수 성분들이 선택된다. 제3 계층인 제2 향상 계층에는 고주파수 대역에 마련된 주파수 성분들인 식별번호 1220의 위치에 마련된 주파수 성분들이 선택된다.
제820단계 후에, 제i 계층의 상위 계층(들)에서 부호화된 주파수 성분들과 제820단계에서 선택된 제i 계층의 주파수 성분(들)을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들의 파라미터(parameter)를 계산한다(제830단계). 여기서, 파라미터의 예로 각 서브 밴드에 포함된 잔여 주파수 성분들의 에너지값, 각 서브 밴드의 노이즈 레벨 및 포락선을 나타내는 파라미터 등이 있다. 예를 들어, 제830단계에서는 제i 계층의 상위 계층(들)에서 부호화된 주파수 성분들과 제i 계층의 주파수 성분(들)을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들의 각 서브 밴드 별 에너지 값을 계산한다.
제820단계에서 선택된 제i 계층의 주파수 성분(들)과 그 주파수 성분(들)의 위치 정보를 제i 계층으로 부호화하고, 제830단계에서 계산된 파라미터도 제i 계층으로 파라메트릭(parametric) 부호화한다(제840단계).
제840단계 후에, 제i 계층이 부호화할 마지막 계층인지 여부를 판단한다(제850단계).
제850단계에서 제i 계층이 마지막 계층이 아니라고 판단되면, 'i'에 '1'을 가산하고(제860단계), 제(i+1) 계층에 대하여 제820단계 내지 제850단계를 반복적으로 수행한다.
제850단계에서 더 이상 부호화할 계층이 없다고 판단되면, 제840단계에서 부호화된 기본 계층부터 마지막 계층까지 모두 포함하여 계층적으로 다중화함으로써 비트스트림을 생성한다(제870단계).
도 9는 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법에 대한 다른 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
먼저, 부호화기에서 계층적으로 부호화된 비트스트림을 역다중화한다(제900단계).
제900단계에서 역다중화된 제i 계층에 포함된 주파수 성분(들)을 복호화한다(제910단계). 여기서, 'i'는 '1'로 초기값이 설정되고, 우선 제910단계에서는 제1 계층인 기본 계층(base layer)에 포함된 지각적으로 가장 중요한 주파수 성분 들을 복호화한다. 만일, 제2 계층인 제1 향상 계층(enhancement layer)을 복호화단에서 전송받은 경우 기본 계층에 포함된 주파수 성분(들) 다음으로 중요한 제1 향상 계층에 포함된 주파수 성분들을 복호화한다.
도 10을 예를 들어 설명하면, 제910단계에서 제1 계층인 기본 계층만 복호화된 경우 식별번호 1010에 도시된 위치에 마련된 주파수 성분 SC0만 복호화된다(여기서, '0'은 복호화기에서 복호화되지 않은 주파수 성분들의 위치를 나타낸다.). 다음으로 제910단계에서 제2 계층인 제1 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1020에 도시된 위치에 마련된 주파수 성분 SC0와 SC1가 복호화된다. 그리고 제910단계에서 제3 계층인 제2 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1030에 도시된 위치에 마련된 주파수 성분 SC0, SC1 및 SC2가 복호화된다. 마지막으로 제910단계에서 제4계층인 마지막 계층까지 모두 복호화된 경우 식별번호 1040에 도시된 위치와 같이 부호화기에서 선택되어 부호화된 모든 주파수 성분들이 복호화된다.
만일 부호화기에서 주파수 성분들이 지각적 중요도에 따라 상위 계층부터 하위 계층 순으로 계층별로 선택되어 부호화되면, 제910단계에서는 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이 복호화한다. 제910단계에서 제1 계층인 기본 계층만 복호화된 경우 도 11a에 도시된 바와 같이 식별번호 1100, 1105, 1110 및 1115의 위치에 마련된 주파수 성분들이 복호화된다. 다음으로 제910단계에서 제2 계층인 제1 향상 계층까지 복호화된 경우 도 11b에 도시된 바와 같이 식별번호 1100, 1105, 1110, 1115, 1120, 1125, 1130 및 1135의 위치에 마련된 주파수 성분들이 복호화된다. 마지막으로 제910단계에서 제3 계층인 제2 향상 계층까지 복호화된 경우 식별 번호 1100, 1105, 1110, 1115, 1120, 1125, 1130, 1135, 1140, 1145, 1150 및 1155의 위치에 부호화기에서 부호화된 주파수 성분들 모두가 도 11c에 도시된 바와 같이 복호화된다.
만일 부호화기에서 주파수 성분들이 주파수를 기준으로 저주파수에서 고주파수 순으로 계층별로 선택되어 부호화되면, 제910단계에서는 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 복호화한다. 제910단계에서 제1 계층인 기본 계층만 복호화된 경우 도 12a에 도시된 바와 같이 식별번호 1200의 위치에 마련된 저주파수 대역의 주파수 성분들이 복호화된다. 다음으로 제910단계에서 제2 계층인 제1 향상 계층까지 복호화된 경우 도 12b에 도시된 바와 같이 식별번호 1200 및 1210의 위치에 마련된 저주파수 대역 다음 마련된 주파수 성분들이 복호화된다. 마지막으로 제910단계에서 제3 계층인 제2 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1200, 1210 및 1220의 위치에 부호화기에서 부호화된 주파수 성분들인 고주파수 대역까지 모두 포함하는 주파수 성분들이 도 12c에 도시된 바와 같이 복호화된다.
제910단계에서 복호화된 제i 계층이 제900단계에서 역다중화된 마지막 계층인지 여부를 판단한다(제920단계).
제920단계에서 제i 계층이 마지막 계층이 아니라고 판단되면, 'i'에 '1'을 가산하고(제930단계), 제(i+1) 계층에 대하여 제910단계 내지 제920단계를 반복적으로 수행한다.
제910단계에서 복호화되지 않은 주파수 성분인 나머지 잔여 주파수 성분들을 파라메트릭(parametric) 복호화한다(제940단계). 제940단계에서 복호화하는 파라 미터의 예로 각 서브 밴드에 포함된 잔여 주파수 성분들의 에너지값, 각 서브 밴드의 노이즈 레벨 및 포락선을 나타내는 파라미터 등이 있다. 보다 상세한 예로 제940단계에서는 제1 계층 내지 제i 계층에 대하여 제910단계에서 복호화된 주파수 성분(들)을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들의 각 서브 밴드별 에너지 값을 복호화한다.
제1 계층 내지 제i 계층에 대하여 제910단계에서 복호화된 주파수 성분들과 제940단계에서 파라메트릭 복호화하여 복호화된 잔여 주파수 성분들을 합성한다(제950단계).
제950단계에서 합성된 주파수 성분들에 의한 스펙트럼을 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 역변환함으로써 원 신호를 복원한다(제960단계).
도 13은 본 발명에 의한 계층적 부호화 장치에 대한 일 실시예를 블록도로 도시한 것으로서, 계층적 부호화 장치는 변환부(1300), 주파수성분 선택부(1310), 계층 선택부(1320), 파라미터 계산부(1330), 계층 부호화부(1340) 및 다중화부(1360)를 포함하여 이루어진다.
변환부(1300)는 입력단자 IN을 통해 입력 신호를 입력받아 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여 스펙트럼을 생성한다.
주파수성분 선택부(1310)는 변환부(1300)에서 생성된 스펙트럼에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택한다. 여기서, 기 설정된 기준은 인간의 지각에 있어서 중요한 요소를 실험자의 경험 또는 실험에 의해 미리 설정된 기준을 말한다. 기 설정된 기준의 실시예로 다음과 같은 기준들이 있다. 첫째, SMR(Signal-to-Mask Ratio) 값을 계산하여 마스킹 역치 보다 큰 신호에 해당하는 주파수 성분을 선택한다. 둘째, 소정의 가중치를 고려하여 스펙트럼 피크를 추출하여 주파수 성분을 선택한다. 셋째, 각 밴드 별로 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 값을 계산하여 SNR 값이 낮은 서브 밴드 중에서 소정 크기 이상의 피크 값을 갖는 주파수 성분을 선택한다. 전술된 세 가지 실시예를 각각 실시할 수 있지만, 적어도 하나 이상 실시예를 조합함으로써 실시할 수도 있다.
계층 선택부(1320)는 주파수성분 선택부(1310)에서 선택된 주파수 성분들 가운데 제i 계층의 상위 계층(들)에서 부호화하지 않은 주파수 성분들 중 제i 계층에 포함될 주파수 성분(들)을 제i 계층에 할당된 비트레이트(bitrate)에 해당하는 만큼 선택한다.
여기서, 'i'는 '1'로 초기값이 설정되고, 우선 계층 선택부(1320)에서는 제1 계층인 기본 계층(base layer)에 포함될 지각적으로 가장 중요한 주파수 성분들을 선택한다. 그리고 'i'에 2가 할당되면, 계층 선택부(1320)에서는 제2 계층인 제1 향상 계층(enhancement layer)에 포함될 주파수 성분들을 주파수성분 선택부(1310)에서 선택된 주파수 성분들 가운데 기본 계층에서 선택되지 않은 주파수 성분들 중 선택한다. 도 10을 예를 들어 설명하면, 주파수성분 선택부(1310)에서는 식별번호 1000에 도시된 위치에 주파수 성분 SC0, SC1, SC2, SC3가 선택된다(여기서, '0'은 주파수성분 선택부(1310)에서 선택되지 않은 주파수 성분들의 위치를 나타낸다.).
우선, 계층 선택부(1320)에서는 제1 계층인 기본 계층에 포함될 가장 중요한 주파수 성분으로 주파수 성분 SC0을 식별번호 1010에 도시된 바와 같이 선택한다. 다음으로 제2 계층인 제1 향상 계층에 포함될 주파수 성분으로 주파수성분 선택부(1310)에서 선택된 주파수 성분 SC0, SC1, SC2, SC3 가운데 주파수 성분 SC0을 제외한 나머지 주파수 성분들에서 가장 중요한 주파수 성분인 주파수 성분 SC1을 식별번호 1020에 도시된 바와 같이 선택한다. 그리고 제3 계층에 해당하는 제2 향상 계층에 포함될 주파수 성분으로 주파수성분 선택부(1310)에서 선택된 주파수 성분 SC0, SC1, SC2, SC3 가운데 주파수 성분 SC0 및 SC1을 제외한 나머지 주파수 성분 SC2와 SC3에서 가장 중요한 주파수 성분인 주파수 성분 SC2를 식별번호 1030에 도시된 바와 같이 선택한다. 마지막으로 남은 제4 계층인 제3 향상 계층에서 주파수 성분 SC3이 선택되어 제1 내지 제4 계층에 의해 식별번호 1040에서 도시된 바와 같이 주파수성분 선택부(1310)에서 선택된 모든 주파수 성분들이 선택된다.
계층 선택부(1320)에서 제i 계층에 포함될 주파수 성분(들)을 선택함에 있어서 상위 계층에는 인간 청각에 있어서 지각적으로 중요한 주파수 성분들이 선택되어 포함되도록 하고 하위 계층에는 인간 청각에 있어서 지각적으로 중요하지 않은 주파수 성분들이 선택되어 포함되도록 한다. 여기서, 계층 선택부(1320)는 주파수성분 선택부(1310)의 기 설정된 기준을 유사하게 적용할 수 있다. 다만, 각 계층에 대하여 기준에 해당하는 임계값을 조절할 뿐이다. 예를 들어, 상위 계층에는 기 설정된 기준의 임계값을 높게 설정하고 하위 계층에는 기 설정된 기준의 임계값을 낮게 설정한다. 그러나 계층 선택부(1320)에서는 주파수성분 선택부(1310)에서 기술한 실시예에 한정하여 실시해야 하는 것이 아니라 각 계층 별로 인각 청각의 지각적 중요도에 따라 기준을 달리 하여 기 설정할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에 계층 선택부(1320)에서 지각적 중요도에 따라 상위 계층부터 하위 계층 순으로 선택하는 예가 도시되어 있다. 우선, 제1 계층인 기본 계층에 포함될 가장 중요한 주파수 성분으로 식별번호 1100, 1105, 1110 및 1115의 위치에 마련된 주파수 성분들을 도 11a에 도시된 바와 같이 선택한다. 다음으로 제2 계층인 제1 향상 계층에 포함될 주파수 성분으로 기본 계층에 포함된 주파수 성분들을 제외한 나머지 주파수 성분들에서 가장 중요한 주파수 성분으로 식별번호 1120, 1125, 1130, 1135의 위치에 마련된 주파수 성분들을 선택함으로써 기본 계층 및 제1 향상 계층에 의해 도 11b에 도시된 주파수 성분들이 부호화된다. 마지막 계층인 제3 계층에 해당하는 제2 향상 계층이 부호화될 경우 식별번호 1140, 1145, 1150, 1155의 위치에 계층 선택부(1320)에서 선택된 주파수 성분들 모두가 도 11c에 도시된 바와 같이 부호화된다.
또한, 계층 선택부(1320)에서는 주파수를 기준으로 주파수성분 선택부(1310)에서 선택된 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순으로 각 계층별로 선택할 수도 있다. 예를 들어, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 실시할 수 있다. 제1 계층인 기본 계층에는 인간 청각에 중요한 대역인 저주파수 대역에 마련된 주파수 성분들인 식별번호 1200의 위치에 마련된 주파수 성분들이 선택된다. 제2 계층인 제1 향상 계층에는 저주파수 대역 다음에 위치한 대역에 마련된 주파수 성분들인 식별번호 1210의 위치에 마련된 주파수 성분들이 선택된다. 제3 계층인 제2 향상 계층에는 고주파수 대역에 마련된 주파수 성분들인 식별번호 1220의 위치에 마련된 주파수 성분들이 선택된다.
파라미터 계산부(1330)는 제i 계층의 상위 계층(들)에서 부호화된 주파수 성분(들)과 계층 선택부(1320)에서 선택된 제i 계층의 주파수 성분(들)을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들의 파라미터(parameter)를 계산한다. 여기서, 파라미터의 예로 각 서브 밴드에 포함된 잔여 주파수 성분들의 에너지값, 각 서브 밴드의 노이즈 레벨 및 포락선을 나타내는 파라미터 등이 있다. 예를 들어, 파라미터 계산부(1330)에서는 제i 계층의 상위 계층(들)에서 부호화된 주파수 성분들과 제i 계층의 주파수 성분(들)을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들의 각 서브 밴드별 에너지 값을 계산한다.
계층 부호화부(1340)는 계층 선택부(1320)에서 선택된 제i 계층의 주파수 성분(들)과 그 주파수 성분(들)의 위치 정보를 제i 계층으로 부호화하고, 파라미터 계산부(1330)에서 계산된 파라미터도 제i 계층으로 파라메트릭(parametric) 부호화한다.
계층 선택부(1320), 파라미터 계산부(1330) 및 계층 부호화부(1340)는 기 설정된 마지막 계층까지 모두 부호화될 때까지 반복적으로 수행한다.
다중화부(1360)는 계층 부호화부(1340)에서 부호화된 기본 계층부터 마지막 계층까지 모두 포함하여 계층적으로 다중화함으로써 비트스트림을 생성하고, 비트스트림을 출력단자 OUT을 통해 출력한다.
도 14는 본 발명에 의한 계층적 복호화 장치에 대한 일 실시예를 블록도로 도시한 것으로서, 계층적 복호화 장치는 역다중화부(1400), 주파수성분 복호화 부(1410), 잔여성분 복호화부(1440), 합성부(1450) 및 역변환부(1460)를 포함하여 이루어진다.
역다중화부(1400)는 부호화기에서 계층적으로 부호화된 비트스트림을 입력단자 IN을 통해 입력받아 역다중화한다.
주파수성분 복호화부(1410)는 역다중화부(1400)에서 역다중화된 제i 계층에 포함된 주파수 성분(들)을 복호화한다. 여기서, 'i'는 '1'로 초기값이 설정되고, 우선 주파수성분 복호화부(1410)에서는 제1 계층인 기본 계층(base layer)에 포함된 지각적으로 가장 중요한 주파수 성분들을 복호화한다. 만일, 제2 계층인 제1 향상 계층(enhancement layer)을 복호화단에서 전송받은 경우 기본 계층에 포함된 주파수 성분(들) 다음으로 중요한 제1 향상 계층에 포함된 주파수 성분들을 복호화한다.
도 10을 예를 들어 설명하면, 주파수성분 복호화부(1410)에서 제1 계층인 기본 계층만 복호화된 경우 식별번호 1010에 도시된 위치에 마련된 주파수 성분 SC0만 복호화된다(여기서, '0'은 복호화기에서 복호화되지 않은 주파수 성분들의 위치를 나타낸다.). 다음으로 주파수성분 복호화부(1410)에서 제2 계층인 제1 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1020에 도시된 위치에 마련된 주파수 성분 SC0와 SC1가 복호화된다. 그리고 주파수성분 복호화부(1410)에서 제3 계층인 제2 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1030에 도시된 위치에 마련된 주파수 성분 SC0, SC1 및 SC2가 복호화된다. 마지막으로 주파수성분 복호화부(1410)에서 제4 계층인 마지막 계층까지 모두 복호화된 경우 식별번호 1040에 도시된 위치와 같이 부호화 기에서 선택되어 부호화된 모든 주파수 성분들이 복호화된다.
만일 부호화기에서 주파수 성분들이 지각적 중요도에 따라 상위 계층부터 하위 계층 순으로 계층별로 선택되어 부호화되면, 주파수성분 복호화부(1410)는 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이 복호화한다. 주파수성분 복호화부(1410)에서 제1 계층인 기본 계층만 복호화된 경우 도 11a에 도시된 바와 같이 식별번호 1100, 1105, 1110 및 1115의 위치에 마련된 주파수 성분들이 복호화된다. 다음으로 주파수성분 복호화부(1410)에서 제2 계층인 제1 향상 계층까지 복호화된 경우 도 11b에 도시된 바와 같이 식별번호 1100, 1105, 1110, 1115, 1120, 1125, 1130 및 1135의 위치에 마련된 주파수 성분들이 복호화된다. 마지막으로 주파수성분 복호화부(1410)에서 제3 계층인 제2 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1100, 1105, 1110, 1115, 1120, 1125, 1130, 1135, 1140, 1145, 1150 및 1155의 위치에 부호화기에서 부호화된 주파수 성분들 모두가 도 11c에 도시된 바와 같이 복호화된다.
만일 부호화기에서 주파수 성분들이 주파수를 기준으로 저주파수에서 고주파수 순으로 계층별로 선택되어 부호화되면, 주파수성분 복호화부(1410)는 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 복호화한다. 주파수성분 복호화부(1410)에서 제1 계층인 기본 계층만 복호화된 경우 도 12a에 도시된 바와 같이 식별번호 1200의 위치에 마련된 저주파수 대역의 주파수 성분들이 복호화된다. 다음으로 주파수성분 복호화부(1410)에서 제2 계층인 제1 향상 계층까지 복호화된 경우 도 12b에 도시된 바와 같이 식별번호 1200 및 1210의 위치에 마련된 저주파수 대역 다음 마련된 주파수 성분들이 복호화된다. 마지막으로 주파수성분 복호화부(1410)에서 제3 계층 인 제2 향상 계층까지 복호화된 경우 식별번호 1200, 1210 및 1220의 위치에 부호화기에서 부호화된 주파수 성분들인 고주파수 대역까지 모두 포함하는 주파수 성분들이 도 12c에 도시된 바와 같이 복호화된다.
주파수성분 복호화부(1410)는 역다중화부(1400)에서 역다중화된 마지막 계층까지 모두 부호화될 때까지 반복적으로 수행한다.
잔여성분 복호화부(1440)는 주파수성분 복호화부(1410)에서 복호화되지 않은 주파수 성분인 나머지 잔여 주파수 성분들을 파라메트릭(parametric) 복호화한다. 잔여성분 복호화부(1440)에서 복호화하는 파라미터의 예로 각 서브 밴드에 포함된 잔여 주파수 성분들의 에너지값, 각 서브 밴드의 노이즈 레벨 및 포락선을 나타내는 파라미터 등이 있다. 보다 상세한 예로 잔여성분 복호화부(1440)에서는 제1 계층 내지 제i 계층에 대하여 주파수성분 복호화부(1410)에서 복호화된 주파수 성분(들)을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들의 각 서브 밴드별 에너지 값을 복호화한다.
합성부(1450)는 제1 계층 내지 제i 계층에 대하여 주파수성분 복호화부(1410)에서 복호화된 주파수 성분들과 잔여성분 복호화부(1440)에서 파라메트릭 복호화하여 복호화된 잔여 주파수 성분들을 합성한다.
역변환부(1460)는 합성부(1450)에서 합성된 주파수 성분들에 의한 스펙트럼을 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 역변환함으로써 원 신호를 복원하여 출력단자 OUT을 통해 출력한다.
이러한 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
또한, 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 저장 장치 등이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법에 대한 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치에서 실시하는 트리 구조의 일 예를 개념도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법 및 장치에서 코드워드들을 그룹핑한 일 실시예를 개념도로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 계층적 부호화 및 복호화 방법 및 장치에서 계층마다 다양한 비트로 부호화하거나 복호화하기 위한 트리 구조의 일 실시예를 개념도로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법에 대한 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 계층적 부호화 장치에 대한 일 실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 계층적 복호화 장치에 대한 일 실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법에 대한 다른 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법에 대한 다른 일 실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 의한 계층적 부호화 방법 및 장치에서 계층 별로 주파수 성분이 선택되는 위치 및 본 발명에 의한 계층적 복호화 방법 및 장치에서 계층 별로 복호화되는 주파수 성분의 위치에 대한 일 실시예를 개념도로 도시한 것이다.
도 11a 내지 도 11c는 주파수 성분들을 지각적 중요도에 따라 상위 계층부터 하위 계층 순으로 계층별로 선택하여 부호화하거나 복호화하는 일 실시예를 그래프 로 도시한 것이다.
도 12a 내지 도 12c는 주파수를 기준으로 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순으로 계층별로 선택하여 부호화하거나 복호화하는 일 실시예를 그래프로 도시한 것이다.
도 13은 본 발명에 의한 계층적 부호화 장치에 대한 다른 일 실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 14는 본 발명에 의한 계층적 복호화 장치에 대한 다른 일 실시예를 블록도로 도시한 것이다.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉
600: 양자화부 605: 저장부
610: 코드워드 추출부 620: 그룹핑부
630: 무손실 부호화부

Claims (58)

  1. 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성하는 단계;
    양자화된 심볼에 대응하여 코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드들 가운데 상기 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 추출하는 단계;
    상위 비트부터 하위 비트 순으로 상기 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 그룹핑하는 단계; 및
    상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마련된 코드워드들은
    각 코드가 마련될 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마련된 코드워드들의 길이는
    심볼이 발생하는 통계적인 확률을 기준으로 결정하여 마련되는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 기 설정된 길이는
    그룹별로 상이하게 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 그룹핑하는 단계는
    상기 추출된 코드워드들에서 최상위 비트를 기준으로 하여 상위 비트부터 하위 비트 순으로 코드들을 기 설정된 길이 단위로 순차적으로 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 코드들을 그룹핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 무손실 부호화하는 단계는
    상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화함에 있어서 산술 부호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  8. 계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화하는 단계;
    상기 무손실 복호화된 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원하여 심볼들을 추출하는 단계;
    심볼을 추출할 수 없는 코드들의 경우 상기 정렬된 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 심볼을 복원하는 단계; 및
    상기 추출되거나 복원된 심볼들을 역양자화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 추출하는 단계는
    코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드에 대응하여 마련된 심볼들에서 검색하여 상기 정렬된 코드들에 대응하는 심볼들을 추출하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 마련된 코드워드들은
    각 코드가 마련될 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 복원하는 단계는
    상기 정렬된 코드(들)로 추출이 가능한 모든 코드워드들에 대응하는 심볼들의 기대값을 심볼로 복원하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복원하는 단계는
    상기 정렬된 코드들 가운데 심볼을 추출할 수 없는 상기 정렬된 코드(들)을 검출하는 단계;
    상기 검출된 코드(들)로 추출이 가능한 코드워드들에 대응하는 심볼들을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 심볼들이 마련될 수 있는 확률값에 의해 상기 추출된 심볼들의 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 심볼로 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 무손실 복호화하는 단계는
    계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화함에 있어서 산술 복호화하는 것을 기술적 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  14. 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성하는 단계;
    양자화된 심볼에 대응하여 코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드들 가운데 상기 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 추출하는 단계;
    상위 비트부터 하위 비트 순으로 상기 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 그룹핑하는 단계; 및
    상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화하는 단계를 포함한 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  15. 계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화하는 단계;
    상기 무손실 복호화된 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원하여 심볼들을 추출하는 단계;
    심볼을 추출할 수 없는 코드들의 경우 상기 정렬된 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 심볼을 복원하는 단계; 및
    상기 추출되거나 복원된 심볼들을 역양자화하는 단계를 포함한 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  16. 입력 신호를 양자화하여 심볼들을 생성하는 양자화부;
    양자화된 심볼에 대응하여 코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드들 가운데 상기 생성된 각 심볼에 대응하는 코드워드를 추출하는 코드워드 추출부;
    상위 비트부터 하위 비트 순으로 상기 추출된 코드워드들을 기 설정된 길이를 단위로 분할하여 그룹핑하는 그룹핑부; 및
    상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화하는 무손실 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 마련된 코드워드들은
    각 코드가 마련될 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 마련된 코드워드들의 길이는
    심볼이 발생하는 통계적인 확률을 기준으로 결정하여 마련되는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  19. 삭제
  20. 제16항에 있어서, 상기 기 설정된 길이는
    그룹별로 상이하게 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 그룹핑부는
    상기 추출된 코드워드들에서 최상위 비트를 기준으로 하여 상위 비트부터 하위 비트 순으로 코드들을 기 설정된 길이 단위로 순차적으로 추출하는 코드 추출부; 및
    상기 추출된 코드들을 그룹핑하는 그룹핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  22. 제16항에 있어서, 상기 무손실 부호화부는
    상기 그룹핑된 코드워드들을 계층적으로 무손실 부호화함에 있어서 산술 부호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  23. 계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화하는 무손실 복호화부;
    상기 무손실 복호화된 코드들을 정렬하여 코드워드들을 복원하여 심볼들을 추출하는 심볼 추출부;
    심볼을 추출할 수 없는 코드들의 경우 상기 정렬된 코드(들)의 하위 비트에 마련될 수 있는 코드(들)의 확률 분포를 이용하여 심볼을 복원하는 심볼 복원부; 및
    상기 추출되거나 복원된 심볼들을 역양자화하는 역양자화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 심볼 추출부는
    코드들의 확률 분포에 따라 가변적인 길이로 마련된 코드워드에 대응하여 마련된 심볼들에서 검색하여 상기 정렬된 코드들에 대응하는 심볼들을 추출하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 마련된 코드워드들은
    각 코드가 마련될 확률값이 각 노드에 할당된 트리 구조를 기반으로 마련되는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  26. 제23항에 있어서, 상기 심볼 복원부는
    상기 정렬된 코드(들)로 추출이 가능한 모든 코드워드들에 대응하는 심볼들의 기대값을 심볼로 복원하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 심볼 복원부는
    상기 정렬된 코드들 가운데 심볼을 추출할 수 없는 상기 정렬된 코드(들)을 검출하는 코드워드 검출부;
    상기 검출된 코드(들)로 추출이 가능한 코드워드들에 대응하는 심볼들을 추출하는 추출부; 및
    상기 추출된 심볼들이 마련될 수 있는 확률값에 의해 상기 추출된 심볼들의 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 심볼로 복원하는 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  28. 제23항에 있어서, 상기 무손실 복호화부는
    계층적으로 부호화된 코드들을 무손실 복호화함에 있어서 산술 복호화하는 것을 기술적 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  29. 입력 신호에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 주파수 성분들을 각 계층별로 선택하여 계층적으로 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 입력 신호에서 선택되지 않은 나머지 잔여 주파수 성분들을 파라메트릭(parametric) 부호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 파라메트릭 부호화하는 단계는
    기 설정된 밴드 단위로 상기 잔여 주파수 성분의 에너지값을 계산하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 기 설정된 기준은
    SMR(Signal-to-Mask Ratio) 값을 계산하여 마스킹 역치 보다 큰 주파수 성분을 선택하는 것, 소정의 가중치를 고려하여 스펙트럼 피크를 추출하여 주파수 성분을 선택하는 것 또는 각 밴드 별로 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 값을 계산하여 SNR 값이 낮은 서브 밴드 중에서 기 설정된 크기 이상의 피크 값을 갖는 주파수 성분을 선택하는 것 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  33. 제29항에 있어서, 상기 부호화하는 단계는
    각 계층별로 기 설정된 기준을 적용하여 각 계층에 할당된 비트레이트(bitrate)에 해당하는 주파수 성분(들)을 선택하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 부호화하는 단계는
    소정 계층에서 부호화할 주파수 성분들을 선택하는 단계; 및
    상기 기 설정된 기준에 의해 선택된 주파수 성분들을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들 가운데 소정 계층의 다음 계층에서 부호화할 주파수 성분들을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 다음 계층이 마지막 계층이 아니라면, 상기 다음 계층의 하위 계층에 대하여 상기 소정 계층에서 부호화할 주파수 성분들을 선택하는 단계와 상기 다음 계층에서 부호화할 주파수 성분들을 선택하는 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  35. 제29항에 있어서, 상기 부호화하는 단계는
    인간 청각의 지각적 중요도를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 각 계층별로 선택하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  36. 제29항에 있어서, 상기 부호화하는 단계는
    주파수를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순 으로 각 계층별로 선택하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 방법.
  37. 기 설정된 기준으로 선택된 주파수 성분들이 각 계층별로 부호화된 주파수 성분들을 계층적으로 복호화하는 단계; 및
    상기 복호화된 주파수 성분들을 이용하여 신호를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 복원하는 단계는
    상기 선택된 주파수 성분을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들을 파라메트릭 복호화하는 단계;
    상기 복호화된 주파수 성분과 상기 파라메트릭 복호화된 나머지 주파수 성분들을 합성하는 단계; 및
    상기 합성된 주파수 성분들을 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 역변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 파라메트릭 복호화하는 단계는
    기 설정된 밴드 단위로 상기 나머지 주파수 성분의 에너지값을 복호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 부호화된 주파수 성분들은
    각 계층별로 기 설정된 기준을 적용하여 각 계층에 할당된 비트레이트에 해당하는 주파수 성분(들)이 선택하여 계층적으로 부호화된 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  41. 제37항에 있어서, 상기 부호화된 주파수 성분들은
    인간 청각의 지각적 중요도를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 계층적으로 부호화된 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  42. 제37항에 있어서, 상기 부호화된 주파수 성분들은
    주파수를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순으로 각 계층별로 부호화된 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 방법.
  43. 입력 신호에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 주파수 성분들을 각 계층별로 선택하여 계층적으로 부호화하는 단계를 포함하는 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  44. 기 설정된 기준으로 선택된 주파수 성분들이 각 계층별로 부호화된 주파수 성분들을 계층적으로 복호화하는 단계; 및
    상기 복호화된 주파수 성분들을 이용하여 신호를 복원하는 단계를 포함하는 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  45. 입력 신호에서 기 설정된 기준에 의해 주파수 성분들을 선택하는 주파수성분 선택부; 및
    상기 선택된 주파수 성분들을 각 계층별로 선택하여 계층적으로 부호화하는 계층 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 입력 신호에서 선택되지 않은 나머지 잔여 주파수 성분들을 파라메트릭 부호화하는 파라메트릭 부호화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  47. 제46항에 있어서, 상기 파라메트릭 부호화부는
    기 설정된 밴드 단위로 상기 잔여 주파수 성분의 에너지값을 계산하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  48. 제45항에 있어서, 상기 기 설정된 기준은
    SMR 값을 계산하여 마스킹 역치 보다 큰 주파수 성분을 선택하는 것, 소정의 가중치를 고려하여 스펙트럼 피크를 추출하여 주파수 성분을 선택하는 것 또는 각 밴드 별로 SNR 값을 계산하여 SNR 값이 낮은 서브 밴드 중에서 기 설정된 크기 이상의 피크 값을 갖는 주파수 성분을 선택하는 것 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  49. 제45항에 있어서, 상기 계층 부호화부는
    각 계층별로 기 설정된 기준을 적용하여 각 계층에 할당된 비트 레이트에 해당하는 주파수 성분(들)을 선택하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 계층 부호화부는
    소정 계층에서 부호화할 주파수 성분들을 선택하는 제1 선택부; 및
    상기 기 설정된 기준에 의해 선택된 주파수 성분들을 제외한 나머지 주파수 성분들 가운데 소정 계층의 다음 계층에서 부호화할 주파수 성분들을 선택하는 제2 선택부를 포함하고,
    상기 다음 계층이 마지막 계층이 아니라면, 상기 제1 선택부와 상기 제2 선택부가 상기 다음 계층의 하위 계층에 대하여 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  51. 제45항에 있어서, 상기 계층 부호화부는
    인간 청각의 지각적 중요도를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 각 계 층별로 선택하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  52. 제45항에 있어서, 상기 계층 부호화부는
    주파수를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순으로 각 계층별로 선택하는 것을 특징으로 하는 계층적 부호화 장치.
  53. 기 설정된 기준으로 선택된 주파수 성분들이 각 계층별로 부호화된 주파수 성분들을 계층적으로 복호화하는 주파수성분 복호화부; 및
    상기 복호화된 주파수 성분을 이용하여 신호를 복원하는 신호 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 복원부는
    상기 선택된 주파수 성분을 제외한 나머지 잔여 주파수 성분들을 파라메트릭 복호화하는 잔여성분 복호화부;
    상기 복호화된 주파수 성분과 상기 파라메트릭 복호화된 나머지 주파수 성분들을 합성하는 합성부; 및
    상기 합성된 주파수 성분들을 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 역변환하는 역변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  55. 제54항에 있어서, 상기 잔여성분 복호화부는
    기 설정된 밴드 단위로 상기 나머지 주파수 성분의 에너지값을 복호화하는 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  56. 제53항에 있어서, 상기 부호화된 주파수 성분들은
    각 계층별로 기 설정된 기준을 적용하여 각 계층에 할당된 비트 레이트에 해당하는 주파수 성분(들)이 선택하여 계층적으로 부호화된 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  57. 제53항에 있어서, 상기 부호화된 주파수 성분들은
    인간 청각의 지각적 중요도를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 계층적으로 부호화된 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
  58. 제53항에 있어서, 상기 부호화된 주파수 성분들은
    주파수를 기준으로 상기 선택된 주파수 성분들을 저주파수에서 고주파수 순으로 각 계층별로 부호화된 것을 특징으로 하는 계층적 복호화 장치.
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