KR101410229B1 - 오디오 신호의 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 방법및 장치와 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

오디오 신호의 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 방법및 장치와 디코딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오디오 신호의 인코딩 방법 및 디코딩 방법에 관한 것으로서, 입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 단계와 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹(sinusoid tracking)을 수행하여, 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속(continuation) 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계와 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 단계를 포함하여, 보다 적은 비트 레이트를 가지고 효율적인 인코딩을 가능하게 한다.

Description

오디오 신호의 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 방법 및 장치와 디코딩 방법 및 장치{Method and apparatus for encoding continuation sinusoid signal information of audio signal, and decoding method and apparatus thereof}
본 발명은 오디오 신호의 인코딩 및 디코딩에 관한 것으로서, 특히 연속 정현파 신호가 존재하는 프레임의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 방식으로 인코딩하는 오디오 신호 인코딩 방법 및 장치와 오디오 신호 디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에서 언급하는 오디오 인코딩 방법은 파라메트릭 코딩 방식에서 적용된다. 파라메트릭 코딩(parametric coding)은 특정한 파라미터로 오디오 신호를 표현하는 코딩 방식이다. 파라메트릭 코딩은 MPEG-4(Moving Picture Experts Group 4) 표준에서 이용되고 있다.
도 1은 파라메트릭 코딩 방식을 설명하기 위한 도면이다. 파라메트릭 코딩 방식에서는 입력 신호를 분석하여 파라미터화한다. 먼저 입력된 오디오 신호에 대하여 적절한 필터링을 수행한다(Audio reading and filtering, 110). 입력된 오디오 신호에 대하여 트랜지언트(transient) 분석(120), 정현파(sinusoidal) 분 석(130) 및 노이즈(noise) 분석(140)의 세 가지 분석을 수행하여 각각의 영역에서의 오디오 성분들에 대한 파라미터들을 추출한다.
트랜지언트 분석은 매우 역동적인(dynamic) 오디오의 변화에 대응하며, 정현파 분석은 결정적인(deterministic) 오디오의 변화에 대응한다. 노이즈 분석은 스토캐스틱(stochastic) 또는 비결정적인(non-deterministic) 오디오의 변화에 대응한다.
마지막으로 추출된 파라미터들은 비트 스트림으로 포맷팅된다(bit-stream formatting, 150).
이렇게 정현파 분석에 의하여 추출된 정현파 신호(sinusoid)를 파셜(partial)이라고 부르기도 한다.
본 발명은 상기와 같은 파라메트릭 코딩 방식을 이용한 오디오 신호의 인코딩 방법에 있어서, 보다 효율적인 인코딩 방법을 제공하는 것을 목표로 한다. 여기서 효율적인 인코딩 방법이란, 코딩에 있어서 필요한 비트 수(bitrate)를 낮추기 위한 인코딩 방법을 의미한다.
특히 정현파 분석을 수행한 후에 추출된 정현파 신호(partial) 중, 이후 프레임에서 이전 프레임의 정현파 신호와 연속(continuation)되는 연속 정현파 신호가 몇 개의 프레임까지 존재하는지를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 각 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 방식으로 인코딩하는 오디오 신호의 인코딩 방법 및 장치와 상기와 같은 방법으로 인코딩된 비트 스트림의 오디오 신호를 디코딩하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따라, 오디오 신호를 인코딩하는 방법에 있어서, 입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 단계와; 상기 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹(sinusoid tracking)을 수행하여, 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속(continuation) 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계와; 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하 는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법에 의해 해결된다.
상기 연속 정현파 신호 정보는, 상기 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 연속 정현파 신호가 존재하는 이후 프레임의 수를 나타내는 것이 바람직하다.
상기 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계는, 상기 현재 프레임을 포함하는 상위 프레임(super frame)에서 상기 현재 프레임이 갖는 상기 인덱스 정보에 따라 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 단계는, 상기 상위 프레임의 다음 상위 프레임에서 랜덤 액세스를 위해 연속 정현파 신호 정보를 포함하여 인코딩되는 프레임의 인덱스 정보를 고려하여, 상기 현재 프레임에서 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 단계는, 연속 정현파 신호 정보의 범위에 따라 구성된 복수의 허프만 테이블 중에서, 상기 결정된 현재 프레임의 연속 정현파 신호 정보의 범위에 해당하는 허프만 테이블을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 허프만 테이블은, 상기 상위 프레임에 구비된 프레임의 수에 대응되는 개수의 허프만 테이블인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면 상기 기술적 과제는 오디오 신호를 인코딩하는 장치에 있어서, 입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현 재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 정현파 신호 분석부와; 상기 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹을 수행하여, 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 연속 정현파 신호 정보 결정부와; 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 인코딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치에 의해서도 해결된다.
상기 연속 정현파 신호 정보는, 상기 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 연속 정현파 신호가 존재하는 이후 프레임의 수를 나타내는 것이 바람직하다.
상기 연속 정현파 신호 정보 결정부는, 상기 현재 프레임을 포함하는 상위 프레임에서 상기 현재 프레임이 갖는 상기 인덱스 정보에 따라 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 연산하는 연속 정현파 신호 정보 연산부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연속 정현파 신호 정보 연산부는, 상기 상위 프레임의 다음 상위 프레임에서 랜덤 액세스를 위해 연속 정현파 신호 정보를 포함하여 인코딩되는 프레임의 인덱스 정보를 고려하여, 상기 현재 프레임에서 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 연산하는 것이 바람직하다.
상기 인코딩부는, 연속 정현파 신호 정보의 범위에 따라 구성된 복수의 허프만 테이블 중에서, 상기 연산된 현재 프레임의 연속 정현파 신호 정보의 범위에 해당하는 허프만 테이블을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 허프만 테이블은, 상기 상위 프레임에 구비된 프레임의 수에 대응되는 개수의 허프만 테이블인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면 상기 기술적 과제는 비트 스트림으로 입력된 오디오 신호를 디코딩하는 방법에 있어서, 상기 입력된 비트 스트림이 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 포함하는지를 판단하는 단계와; 상기 비트 스트림이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는 경우에, 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 연속 정현파 신호 정보를 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 디코딩 방법에 의해서도 해결된다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면 상기 기술적 과제는 비트 스트림으로 입력된 오디오 신호를 디코딩하는 장치에 있어서, 상기 입력된 비트 스트림이 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 포함하는지를 결정하는 연속 정현파 신호 정보 판단부와; 상기 비트 스트림이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는 경우에, 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 연속 정현파 신호 정보를 디코딩하는 디코딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 디코딩 장치에 의해서도 달성된다..
나아가, 본 발명은 상기 오디오 신호의 인코딩 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 포함한다.
본 발명에 의한 오디오 신호의 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 방법과 그 장치에 따르면, 보다 적은 비트 레이트를 가지고 효율적인 인코딩이 가능하며, 몇 개의 서브 프레임으로 하나의 프레임을 구성하여, 프레임 단위로 비트 스트림 코딩을 하는데에 이용될 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 정현파 신호 코딩(SSC)된 비트 스트림의 데이터 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 정현파 신호 코딩(SSC: Sinusoid Signal Coding)에서 사용되는 비트 스트림의 데이터 구조는 그림과 같이 중첩 구조(nested data structure)를 지닌다.
먼저 첫 번째 데이터 포맷(210)을 보면, 복수의 오디오 프레임(ssc_audio_frame, 220)이 포함되어 있다. 이러한 오디오 프레임(220)은 다시 오디오 프레임 헤더(ssc_audio_frame_header)와 오디오 프레임 데이터(ssc_audio_frame_data, 230)로 구분되어진다. 또한 상기 오디오 프레임 데이 터(230)를 상위 프레임(super frame)으로 볼 때, 오디오 프레임 데이터(230)은 복수개의 하위 서브 프레임(sub frame, 240)을 포함한다. 상위 프레임과 서브 프레임의 관계는 고정적이지 않고, 서로 대응하는 상대적인 개념이다. 각각의 서브 프레임(240)은 트랜지언트(tranients), 정현파(sinusoids, 250), 노이즈(noise) 필드를 포함하고 있다. 트랜지언트 필드, 정현파 필드, 노이즈 필드 중에서 가장 중요한 정보를 가지고 있고, 인코딩에 가장 많은 비트가 필요한 부분은 정현파 성분을 담고 있는 정현파 필드(250) 부분이다.
본 발명에서 다루고자 하는 연속 정현파 신호 정보 즉, 이후 서브 프레임에서 이전 서브 프레임의 정현파 신호와 연속되는 연속 정현파 신호가 몇 개의 프레임까지 존재하는지를 나타내는 데이터는 상기 정현파 필드(250)에 포함되며, 정현파 코딩(SSC)에서 일반적으로 s_cont 라는 변수를 사용하여 나타낸다.
도 3은 트랙킹(tracking)된 정현파 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
정현파 코딩에 있어서, 도 1에서 살펴본 정현파 분석을 수행한 후에 정현파 신호(sinusoid)에 대하여 ADPCM(adaptive differential pulse code modulation)이나 DPCM(differential pulse code modulation) 코딩을 하기 위해 정현파 신호에 대한 트랙킹(tracking)을 수행한다.
트랙킹(tracking)이란, 전후의 프레임들에 포함된 정현파 신호들간에 서로 연속되는 정현파 신호를 찾아내고 대응 관계를 설정하는 과정을 뜻한다. 도 3에서 각각의 표시(ⓧ)된 점들은 x축의 각 인덱스를 갖는 프레임에서 y축의 주파수 상에 존재하는 정현파 성분을 뜻하고, 이들 사이를 잇는 선들은 각 프레임의 정현파 신 호들이 트랙킹된 결과를 나타낸다.
이전 프레임의 정현파 신호들로부터 트랙킹이 가능하지 않은 현재 프레임의 정현파 신호를 신생(birth) 정현파 신호 또는 신생 파셜이라고 한다. 신생이라는 명칭은, 정현파 신호가 이전 프레임의 정현파 신호로부터 연속되지 않고 현재 프레임에서 새로이 생겨난다는 의미이다. 도 3에서 신생 정현파 신호는 350, 360, 370 이다. 310 내지 340은 이전 프레임과의 관계로부터 신생 정현파 신호인지의 여부가 결정될 것이다. 신생 정현파 신호에 대하여는 이전 프레임의 정현파 신호를 이용한 차이값 코딩(difference coding)을 수행할 수 없고 절대 코딩(absolute coding)을 수행하여야 한다. 따라서, 코딩을 위하여 많은 비트 수가 필요하게 된다.
반면, 이전 프레임의 정현파 신호로부터 트랙킹이 가능한 현재 프레임의 정현파 성분을 연속(continuation) 정현파 신호 또는 연속 파셜(partial)이라고 한다. 예를 들면, 351, 352, 353은 350으로부터 연결된 연속 정현파 신호이다. 연속 정현파 신호에 대하여는 대응하는 이전 프레임의 정현파 신호를 이용하여 차이값 코딩(difference coding)을 수행할 수 있으므로 효율적인 코딩이 가능하다. 차이값 코딩을 하는 이유는 정현파 성분의 파라미터들(주파수, 진폭, 위상) 사이에 상관 관계가 있는 경우에 이를 이용하면 절대 코딩(absolute coding)을 하는 경우보다 비트 수를 줄일 수 있기 때문이다.
정현파 성분이 연속될 수 있다는 것은, 서로 간에 연관성을 가진다는 의미이다. 이 경우에 연관성을 가지는 정보를 공유하므로, 하나의 정현파 성분에 대한 정보를 이용하여 다른 정현파 성분을 예측하는 것이 가능해진다. 따라서, 데이터의 효율적인 코딩이 가능하다.
정현파 성분이 연속될 수 있는지 여부는, 연속될 수 있는지 여부를 판단하고자 하는 정현파 성분들 간의 주파수의 차이를 이용하거나, 연속될 수 있는지 여부를 판단하고자 하는 정현파 성분들 간의 주파수의 차이 및 진폭의 비를 이용할 수 있다. (i)주파수의 차이를 이용하는 경우는, 연속 여부를 판단하고자 하는 두 정현파 성분의 주파수의 차이가 소정 값 이하인지를 판단하여, 소정 값 이하인 경우 서로 연관성을 가지는 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 주파수의 차이가 0.4 ERB(Equivalent Rectangular Bandwidth rate) 이하인 경우 연속될 수 있는 것으로 판단할 수 있을 것이다. 한편 (ii)주파수의 차이 및 진폭의 비를 이용하는 경우는, 연속 여부를 판단하고자 하는 두 정현파 성분의 주파수의 차이가 소정 값이 이하이고, 두 정현파 성분의 진폭의 비가 소정 값 이하인 경우, 서로 연속될 수 있는 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 주파수의 차이가 0.4 ERB 이하이고 현재의 정현파 성분의 진폭 값이 이전의 정현파 성분의 진폭 값의 1/3배 이상 3배 이하이면 서로 연속될 수 있는 것으로 판단할 수 있을 것이다.
특히 연속 정현파 신호 중에서 다음 프레임의 정현파 신호와 연결되지 않고 사라지는 정현파 신호를 종지(death) 정현파 신호 또는 종지 파셜이라고 한다. 도 3에서 예를 들면 353, 314 등이 종지 정현파 신호이다.
앞서 언급한 s_cont를 도 3에서 설명하면 다음과 같다. s_cont는 이후의 프레임들의 정현파 신호들 중에서 현재 정현파 신호에 연속되는 정현파 신호의 개수 를 나타낸다. 즉, 연속 정현파 신호가 이후 몇 개의 프레임까지 연결되어 있는지를 나타내는 값이다. 도 3에서 프레임 인덱스(frame index)가 3인 프레임에 포함된 정현파 신호 350에 대하여 살펴보면, 이후의 프레임들(프레임 4, 5, 6)의 정현파 신호들 중에서 현재 프레임(frame 3)의 정현파 신호 350에 연속되는 정현파 신호는 351, 352, 353이 있다. 따라서, 정현파 신호 350에 대한 s_cont의 값은 3이 된다.
또한 프레임 0에 포함된 정현파 신호 310에 대하여 살펴보면, 이후의 프레임들의 정현파 신호들 중에서 현재 프레임(frame 0)의 정현파 신호 310에 연속되는 정현파 신호는 311, 312, 313, 314이다. 따라서, 정현파 신호 310에 대한 s_cont의 값은 4가 된다.
이러한 s_cont는 다음 프레임에서 랜덤 액세스를 위해, 프레임의 첫 번째 서브 프레임마다 전송되고, 또한 신생 정현파 신호가 생길 때마다 전송된다. 도 3을 참조하면, 인덱스값이 0인 첫 번째 프레임 0에서 s_cont가 전송되고, 신생 정현파 신호가 발생한 프레임 3에서 s_cont가 전송된다.
따라서, 결국 매 프레임마다 첫 번째 서브 프레임에서 s_cont가 전송되므로 s_cont는 무한정 큰 값을 가질 필요가 없다. 즉, 뒤따르는 서브 프레임에서 연속 정현파 신호가 존재하는 서브 프레임이 20개라고 해도, 다음 프레임의 첫 번째 서브 프레임에서 s_cont가 전송될 것이므로 20 이라는 큰 값을 전송할 필요가 없는 것이다. 결과적으로 이러한 s_cont 값은 0에서 9의 값 중에서 하나를 취하게 되는데, 그 이유는 정현파 코딩(SSC)에서 사용하는 프레임이 8개의 서브 프레임(sub frame)으로 이루어져 있고, 현재 정현파 신호의 주파수 또는 위상 값과 이전 프레임의 정현파 신호의 주파수 또는 위상 값과의 차이를 나타내는 s_delta_cont_freq_pha를 위해 두 개의 서브 프레임만큼을 먼저 보내야 하기 때문이다. 즉, 프레임의 서브 프레임의 수는 8이고, 2개의 서브 프레임을 먼저 보내야 하기 때문에 s_cont는 0에서 9까지 총 10개의 값을 가진다.
나아가, 프레임 안에 있는 서브 프레임에서 표현해야하는 s_cont의 값의 범위는 달라질 수 있다. 구체적으로, 8개의 서브 프레임 각각에서 s_cont를 전송하는 경우에, 각각의 서브 프레임에서는 그 위치에 따라 즉, 서브 프레임의 해당 인덱스 값(0~7)에 따라 s_cont값으로 취할 수 있는 범위는 [0,2] 에서 [0,9]로 다양하게 나타난다. 본 발명에서는 이러한 원리에 착안하여 보다 적은 비트로 s_cont를 인코딩하는 방법을 제안한다.
도 4는 종래의 연속 정현파 신호 정보를 코딩하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 4를 참조하면, 오디오 신호가 입력이 되면 정현파 분석(sinusoid analysis)을 수행하여 현재 프레임의 정현파 성분(sinusoid)을 추출한다(410). 다음으로 추출된 정현파 성분에 대하여, 현재 프레임의 정현파 성분 중에서 이전 프레임의 정현파 성분과 유사한 정현파 성분을 찾아서 연결하는 트랙킹을 수행한다(420). 앞에서 설명한 바와 같이, 이전의 정현파 성분과 연속되는 정현파 성분을 연속(continuation) 정현파 성분이라고 한다.
트랙킹을 수행한 결과, 연속 정현파 성분이 이후 몇 개의 프레임에서 연결되 어 있는지를 알 수 있으므로 이러한 연속 정현파 성분이 존재하는 이후 프레임의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보 즉, s_cont를 계산한다(430). 마지막으로 허프만 테이블을 이용하여 s_cont와 함께 정현파 신호의 파라미터들을 비트 스트림으로 코딩한다(440).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 인코딩 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명은 입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 단계(510)와 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹(sinusoid tracking)을 수행하여(520), 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속(continuation) 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계(530)와 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 단계(540)를 포함한다.
연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계는, 현재 프레임을 포함하는 상위 프레임(super frame)에서 현재 프레임이 갖는 인덱스 정보에 따라 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석(sinusoid analysis)을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호(sinusoid)를 추출한다(510).
그런 다음 추출된 정현파 신호에 대하여 트랙킹을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호 중에서 이전 프레임에서 서로 유사한 정현파 신호를 분석하여 연결한 다(520).
다음으로 연결된 연속 정현파 신호의 수를 결정한다(530). 이는 곧 연속 정현파 신호가 있는 이후 프레임의 수를 판단하는 것과 같다. 그러나, 연속 정현파 신호의 수, 즉 s_cont는 그 값으로 취할 수 있는 범위가 정해져 있으므로 결과적으로 이러한 s_cont 값은 0에서 9의 값 중에서 하나를 취하게 된다. 그 이유는 앞서 설명한 바와 같이, 정현파 코딩(SSC)에서 프레임의 서브 프레임의 수는 8이고, 2개의 서브 프레임을 먼저 보내야 하기 때문에 s_cont는 0에서 9까지의 값을 가진다. 아울러 현재 프레임의 인덱스(0~7)에 따라 각 서브 프레임에서 s_cont의 값은 [0,9], [0,8] , ... [0,3], [0,2]의 8개의 범위내에서 결정된다.
마지막으로 정현파 신호의 다른 파라미터들을 코딩함과 아울러 s_cont 값도 코딩하는데, 이때 현재 프레임이 갖는 인덱스 값에 따라서 상기 8개의 경우에 따라 각각 최적화된 허프만 테이블을 이용할 수 있다. 즉, 프레임의 인덱스 값에 따라서 서로 다른 VLC(variable length coding) 테이블을 사용하는 것이다. 이러한 허프만 테이블은 이하 도 6에서 살펴본다.
즉, s_cont가 [0,9]의 범위를 갖는다는 전제하에 만들어진 하나의 테이블만을 이용하지 않고, s_cont가 [0,9], [0,8], ... [0,3], [0,2]의 다양한 범위에서 경우마다 취할 수 있는 값이 다르다는 전제하에, 각 경우에 맞게 만들어진 8가지의 허프만 테이블을 이용하여 코딩된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 프레임 인덱스에 따른 서로 다른 허프만 테이블을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 서브 프레임(Sub Frame)의 인덱스(0~7)에 따라, 상위 프레임에 포함된 서브 프레임의 수에 대응되는 개수만큼인 8개의 허프만 테이블(sf=0, sf=1, ... , sf=7)이 나타나 있다.
sf=0 인 경우는, 서브 프레임의 인덱스 값이 0이므로 첫 번째 서브 프레임에서 s_cont가 전송되는 경우이다. 이때, s_cont가 취할 수 있는 값의 범위는 [0,9]이다. 따라서, 그림과 같은 허프만 테이블을 이용하여 각 s_cont 값을 테이블에서 해당하는 비트(bit)열로 코딩할 수 있다.
sf=7 인 경우는, 서브 프레임의 인덱스 값이 7이므로 마지막 서브 프레임에서 s_cont가 전송되는 경우이다. 이때, s_cont가 취할 수 있는 값의 범위는 [0,2]이다. 따라서, sf=0인 경우에 비해 상대적으로 훨씬 적은 비트로 s_cont를 코딩할 수 있다.
따라서, 도 6과 같은 복수의 허프만 테이블 중에서 서브 프레임의 인덱스 값에 따라 s_cont가 취할 수 있는 범위에 해당하는 테이블을 이용하여 보다 효율적인 코딩이 가능해진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 인코딩 방식을 적용하는 경우에 종래 기술과 비교한 비트 수의 이득(gain)을 나타내는 테이블이다.
이득(gain)이란 코딩 후의 비트 수가 줄어든 비율을 나타낸다. 예를 들어, 14.52 퍼센트의 이익이란 비트 수가 14.52 퍼센트 줄어든다는 것을 의미한다.
이와 같은 결과를 얻기 위하여, 먼저 고정적인 하나의 허프만 테이블만을 이용하는 종래의 방식을 적용하여 s_cont를 인코딩할 때의 비트 레이트(bit rate)를 측정한다. 이를 bit_rate_1 이라 하자. 이때 사용되는 허프만 테이블은 도 6에서 sf=0인 경우에 사용되는 허프만 테이블과 같다.
다음으로 도 6에서 나타난 복수의 허프만 테이블을 사용하여 s_cont를 인코딩하는 본 발명을 적용할 때의 비트 레이트를 측정한다. 이를 bit_rate_2 라 하자.
도 7의 테이블에 도시한 이득(gain)은 아래 [수학식 1]에 의하여 구해진다.
Gain(%) = (bit_rate_1 - bit_rate_2)/(bit_rate_1) * 100 (%)
도 7을 참조하면, 20개의 테스트 오디오 파일을 이용하여 상기 비교 실험을 수행하였다.
테이블의 첫 번째 항목인 "s_cont에서 Gain"이란, s_cont 값만을 인코딩할 때의 비트 수의 감소 비율을 의미한다. 도 7을 참조하면, 종래 방식을 적용할 때에 비하여 평균 11.75 퍼센트의 비트 레이트의 감소가 있음을 알 수 있다.
테이블의 두 번째 항목인 "전체 bit rate에서 Gain"이란, s_cont 뿐만 아니라 s_cont을 포함하는 정현파 신호 전체를 인코딩할 때의 비트 수의 감소 비율을 의미한다. 도 7을 참조하면, 종래 방식을 적용할 때에 비하여 0.78 퍼센트의 비트 레이트의 감소가 있음을 알 수 있다. 이는 인코딩되는 정현파 신호에서 s_cont가 차지하는 비트의 비율이 작기 때문에 비트 레이트의 감소 정도가 작게 나타난 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 인코딩 장치를 나타내는 기능 블록도이다.
도 8을 참조하면, 인코딩 장치(800)는 입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 정현파 신호 분석부(810)와 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹을 수행하여, 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 연속 정현파 신호 정보 결정부(820)와 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블(840 내지 860)을 이용하여 상기 연속 정현파 신호 정보 결정부(820)에서 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 인코딩부(830)를 포함한다.
연속 정현파 신호 정보 결정부(820)는 서브 프레임을 포함하는 상위 프레임에서 현재 프레임이 갖는 인덱스 정보에 따라, 연속 정현파 신호 정보의 범위를 계산하는 연속 정현파 신호 정보 연산부(831)를 더 포함할 수 있다.
인코딩부(830)의 예로는 AAC(Advanced Audio Coding), MP3(MPEG-1 Audio Layer-3), WMA(Windows Media Audio), BSAC(Bit Sliced Arithmetic Coding) 등이 있을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 디코딩 장치를 나타내는 기능 블록도이다.
도 9를 참조하면, 비트 스트림으로 입력된 오디오 신호를 디코딩하는 장치(800)는, 입력된 비트 스트림이 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프 레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 포함하는지를 결정하는 연속 정현파 신호 정보 판단부(910)와 비트 스트림이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는 경우에, 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블(930 내지 950)을 이용하여 연속 정현파 신호 정보를 디코딩하는 디코딩부(920)를 포함한다.
즉, 비트 스트림으로 코딩된 오디오 신호가 입력되면 현재 프레임이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는지를 판단하고, 비트 스트림이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는 경우에는 현재 프레임의 인덱스 값에 따라 서로 다른 허프만 테이블 중 하나를 선택하여 연속 정현파 신호 정보를 디코딩한다.
한편, 상술한 본 발명의 오디오 신호의 인코딩 방법 및 디코딩 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
또한, 상술한바와 같이 본 발명에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 파라메트릭 코딩 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 정현파 신호 코딩(SSC)된 비트 스트림의 데이터 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 트랙킹(tracking)된 정현파 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 연속 정현파 신호 정보를 코딩하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 인코딩 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 프레임 인덱스에 따른 서로 다른 허프만 테이블을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 인코딩 방식을 적용하는 경우에 종래 기술과 비교한 비트 수의 이득(gain)을 나타내는 테이블이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 인코딩 장치를 나타내는 기능 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호의 디코딩 장치를 나타내는 기능 블록도이다.
상기 몇 개의 도면에 있어서 대응하는 도면 번호는 대응하는 부분을 가리킨다. 도면이 본 발명의 실시예들을 나타내고 있지만, 도면이 축척에 따라 도시된 것은 아니며 본 발명을 보다 잘 나타내고 설명하기 위해 어떤 특징부는 과장되어 있을 수 있다.

Claims (15)

  1. 오디오 신호를 인코딩하는 방법에 있어서,
    입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 단계와;
    상기 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹(sinusoid tracking)을 수행하여, 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속(continuation) 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계와;
    상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속 정현파 신호 정보는,
    상기 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 연속 정현파 신호가 존재하는 이후 프레임의 수를 나타내는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 단계는,
    상기 현재 프레임을 포함하는 상위 프레임(super frame)에서 상기 현재 프레임이 갖는 상기 인덱스 정보에 따라 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 단계는,
    상기 상위 프레임의 다음 상위 프레임에서 랜덤 액세스를 위해 연속 정현파 신호 정보를 포함하여 인코딩되는 프레임의 인덱스 정보를 고려하여, 상기 현재 프레임에서 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 단계는,
    연속 정현파 신호 정보의 범위에 따라 구성된 복수의 허프만 테이블 중에서, 상기 결정된 현재 프레임의 연속 정현파 신호 정보의 범위에 해당하는 허프만 테이블을 이용하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 허프만 테이블은,
    상기 상위 프레임에 구비된 프레임의 수에 대응되는 개수의 허프만 테이블인 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 방법.
  7. 오디오 신호를 인코딩하는 장치에 있어서,
    입력된 오디오 신호에 대하여 정현파 분석을 수행하여 현재 프레임의 정현파 신호를 추출하는 정현파 신호 분석부와;
    상기 추출된 현재 프레임의 정현파 신호에 대하여 정현파 트랙킹을 수행하여, 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 결정하는 연속 정현파 신호 정보 결정부와;
    상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 결정된 연속 정현파 신호 정보를 인코딩하는 인코딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연속 정현파 신호 정보는,
    상기 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 연속 정현파 신호가 존재하는 이후 프레임의 수를 나타내는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연속 정현파 신호 정보 결정부는,
    상기 현재 프레임을 포함하는 상위 프레임에서 상기 현재 프레임이 갖는 상기 인덱스 정보에 따라 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 연산하는 연속 정현파 신호 정보 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연속 정현파 신호 정보 연산부는,
    상기 상위 프레임의 다음 상위 프레임에서 랜덤 액세스를 위해 연속 정현파 신호 정보를 포함하여 인코딩되는 프레임의 인덱스 정보를 고려하여, 상기 현재 프레임에서 상기 연속 정현파 신호 정보의 범위를 연산하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인코딩부는,
    연속 정현파 신호 정보의 범위에 따라 구성된 복수의 허프만 테이블 중에서, 상기 연산된 현재 프레임의 연속 정현파 신호 정보의 범위에 해당하는 허프만 테이블을 이용하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 허프만 테이블은,
    상기 상위 프레임에 구비된 프레임의 수에 대응되는 개수의 허프만 테이블인 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 인코딩 장치.
  13. 비트 스트림으로 입력된 오디오 신호를 디코딩하는 방법에 있어서,
    상기 입력된 비트 스트림이 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 포함하는지를 판단하는 단계와;
    상기 비트 스트림이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는 경우에, 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 연속 정현파 신호 정보를 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 디코딩 방법.
  14. 비트 스트림으로 입력된 오디오 신호를 디코딩하는 장치에 있어서,
    상기 입력된 비트 스트림이 현재 프레임의 정현파 신호와 연결되는 다음 프레임의 정현파 신호인 연속 정현파 신호의 수를 나타내는 연속 정현파 신호 정보를 포함하는지를 결정하는 연속 정현파 신호 정보 판단부와;
    상기 비트 스트림이 연속 정현파 신호 정보를 포함하는 경우에, 상기 현재 프레임의 인덱스 정보에 따라 서로 다른 허프만 테이블을 이용하여 상기 연속 정현파 신호 정보를 디코딩하는 디코딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 의 디코딩 장치.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 인코딩 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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