KR101453733B1 - 오디오 신호 처리장치 - Google Patents

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KR101453733B1
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Abstract

본 발명은 잔차 신호의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 잔차 신호를 부호화하는 방법에 있어서, 잔차 신호의 변화에 기초하여 잔차 신호를 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할하고, 분할된 구간에 관한 정보를 나타내는 구간 분할 정보 및 분할된 각각의 구간에서의 잔차 신호의 특성을 나타내는 구간별 잔차 신호 정보를 획득한 후, 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보에 기초하여 잔차 신호를 부호화함으로써, 잔차 신호의 트랜지언트 성분을 정교하게 복원하여 음질을 향상시킨다.

Description

오디오 신호 처리장치 {Apparatus for processing audio signal}
본 발명은 오디오 신호의 부호화 방법 및 장치와 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로 특히 잔차 신호의 부호화 방법 및 장치와 복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
오늘날 디지털 기술이 발달함에 따라 아날로그 오디오 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 기술이 기존 전화망을 포함하는 유선 통신망 및 이동 통신망 등에서 널리 이용되고 있다. 아날로그 오디오 신호는 샘플링을 거쳐 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호로 변환된 오디오 신호는 소정의 부호화 과정을 거친 후 전송되게 되는데 적절한 부호화 방법을 이용하면 전송 효율을 현저하게 증가시킬 수 있다.
일반적으로 오디오 신호를 부호화 한 후 다시 복호화 하게 되면 최초의 오디오 신호와 차이가 발생하게 된다. 이와 같이 부호화 되기 전의 오디오 신호와 부호화 후 복호화 된 오디오 신호간의 차이를 나타내는 신호를 잔차 신호(residual signal)라고 한다. 일 예로, 선형 예측 부호화(Linear Predictive Coding, 이하 LPC라 함)모델을 살펴보자.
LPC 모델에서는 오디오 신호를 프레임이라 불리는 구간으로 분할한다. 하나의 프레임내에서 N번의 샘플링이 수행되었다면, 프레임마다 N개의 샘플 값이 존재하게 된다.
LPC 모델에서는, 적절한 계수를 이용하여 현재 샘플 값을 이전 샘플 값들의 합으로 나타내는데, 이 때, 프레임내에서는 동일한 계수값이 사용된다. 프레임내의 N번째 샘플 값을 S(N)이라 하면, S(N)=a1*s(1)+a2*s(2)+....+an -1s(N-1)+e(N)로 표현할 수 있게 되는데 이 때 e(N)이 잔차 신호에 해당하게 된다.
LPC 모델을 사용하는 경우, 잔차 신호를 함께 부호화하여 전달하여야 하는데 일반적으로 잔차 신호의 부호화에는 많은 비트를 할당하지 않는다. 특히, 잔차 신호를 신호의 변화와 관계없이 동일한 크기의 프레임으로 분할한 후, 부호화 하므로 프레임내에서의 잔차 신호의 변화가 작은 경우에는 큰 무리가 없으나 프레임내에서의 잔차 신호의 변화가 큰 경우에는 음질이 크게 떨어지게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 잔차 신호를 부호화 및 복호화 하는 일 예를 도시한 그림이다.
도 1a는 부호화가 되기 전의 잔차 신호를 나타낸다. 잔차 신호를 부호화하기 위하여 동일한 크기의 프레임으로 분할한다. 도 1a에서 알 수 있듯이, 트랜지언트 구간(110)내에서는 잔차 신호의 변화가 크다.
도 1b는 각각의 프레임에서의 잔차 신호의 평균 에너지를 나타낸다. 샘플링 된 신호의 평균 에너지는
Figure 112014033212145-pat00001
의 수식에 의하여 계산되고, 평균에너지를 부호화하여 프레임의 대표 값으로 사용한다.
도 1c는 부호화 후 복호화 된 잔차 신호를 나타낸다. 복호화 부는 프레임별 잔차 신호의 평균 에너지 값을 이용하여 잔차 신호를 복원한다. 도 1c를 참고하면, 잔차 신호의 변화가 크지 않은 프레임에서는 원래의 잔차 신호가 유사하게 복원되지만, 잔차 신호의 변화가 큰 트랜지언트 구간(110)에서는 원래의 잔차 신호가 복원되지 않음을 알 수 있다. 프레임내의 잔차 신호의 변화가 작은 경우에는 하나의 대표 값을 이용하여 원 신호를 적절하게 표현할 수 있지만, 트랜지언트 구간(110)과 같이 프레임내의 잔차 신호의 변화가 큰 경우에는 하나의 대표 값만으로는 원 신호를 정교하게 표현할 수 없기 때문이다.
이와 같이 종래의 부호화 방법에서는 잔차 신호를 동일한 프레임으로 분할하여 처리하면서, 잔차 신호에 많은 비트를 할당하지 않음으로 인하여 잔차 신호의 변화가 심한 프레임에서는 잔차 신호를 제대로 복원하지 못하게 되므로 부호화의 성능이 급격히 저하된다는 문제점이 있었다. 특히, 잔차 신호의 변화가 큰 트랜지언트 구간에서는 음질이 부호화 전의 신호에 비하여 매우 떨어지게 된다는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적은 비트를 이용하여 변화가 큰 잔차 신호를 효과적으로 부호화하는 방법 및 장치와 복호화 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 오디오 신호에 관한 잔차 신호를 부호화하는 방법에 있어서, 상기 잔차 신호의 변화에 기초하여, 상기 잔차 신호를 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할하는 단계; 상기 분할된 구간에 관한 정보를 나타내는 구간 분할 정보 및 상기 분할된 각각의 구간에서의 상기 잔차 신호의 특성을 나타내는 구간별 잔차 신호 정보를 획득하는 단계; 및 상기 구간 분할 정보 및 상기 구간별 잔차 신호 정보에 기초하여 상기 잔차 신호를 부호화하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 분할하는 단계는, 상기 잔차 신호를 동일한 크기를 갖는 복수 개의 구간들로 분할하는 단계; 상기 분할된 각각의 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산하는 단계; 및 제 1 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과 상기 제 1 구간 이전의 구간인 제 2 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이가 소정의 임계치 이하인 경우에는 상기 제 1 구간과 상기 제 2 구간을 하나의 구간으로 통합하고, 상기 차이가 상기 임계치 이상인 경우에는 상기 제 1 구간과 상기 제 2 구간이 별도의 구간으로 유지되도록 구간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분할하는 단계는, 상기 복수 개의 구간들 중 트랜지언트 성분이 존재하는 구간인 트랜지언트 구간을 검출하는 단계; 및 상기 트랜지언트 구간을 복수 개의 서브 구간으로 분할하는 단계를 더 포함하고, 상기 트랜지언트 성분은, 변화 속도가 임계 속도 이상인 상기 잔차 신호의 성분일 수 있다.
상기 트랜지언트 구간을 검출하는 단계는, 상기 트래인지언트 구간의 위치 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구간별 잔차 신호 정보는, 상기 잔차 신호의 구간별 평균 에너지 값을 포함하고, 상기 부호화하는 단계는, 부호화 하고자 하는 구간인 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과 상기 현재 구간 이전에 존재하는 구간인 이전 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이 값을 계산하는 단계; 및 상기 차이 값에 기초하여 상기 현재 구간에서의 상기 잔차 신호를 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 계산하는 단계는, 상기 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과, 상기 현재 구간 바로 이전에 존재하는 구간인 직전 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이를 나타내는 제 1 차이 값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 현재 구간은, 제 1 트랜지언트 구간내의 최초 서브 구간이며, 상기 계산하는 단계는, 상기 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과,상기 제 1 트랜지언트 구간 이전에 존재하는 제 2 트랜지언트 구간내의 최초 서브 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이를 나타내는 제 2 차이 값을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 부호화 하는 단계는, 상기 제 1 차이 값과 상기 제 2 차이 값 중 작은 값에 기초하여 상기 현재 구간을 부호화할 수 있다.
상기 잔차 신호는, 부호화 전의 오디오 신호 및 선형 예측 부호화(Linear Predictive Coding)모델에 의하여 부호화 된 후 복호화 된 오디오 신호 간의 차이를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 부호화 된 잔차 신호를 복호화하는 방법에 있어서, 상기 부호화 된 잔차 신호를 포함하는 비트 스트림으로부터 분할된 구간에 관한 정보를 나타내는 구간 분할 정보 및 상기 분할된 구간 각각에서의 상기 잔차 신호의 특성을 나타내는 구간별 잔차 신호 정보를 획득하는 단계; 및 상기 구간 분할 정보 및 상기 구간별 잔차 신호 정보를 이용하여 상기 잔차 신호를 복원하는 단계를 포함하고, 상기 잔차 신호는 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할되어 부호화된 것이다.
상기 복수 개의 구간들은, 상기 잔차 신호의 변화에 기초하여 분할될 수 있다.
상기 복수 개의 구간들 중 적어도 하나는, 상기 잔차 신호의 변화 속도가 임계 속도 이상인 트랜지언트 성분을 포함하는 트랜지언트 구간이며, 상기 트랜지언트 구간은 복수 개의 서브 구간들을 포함할 수 있다.
상기 구간별 잔차 신호 정보는, 복호화 하고자 하는 구간인 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과 상기 현재 구간 이전에 존재하는 이전 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이 값을 포함하고, 상기 복원하는 단계는, 상기 차이 값을 이용하여 상기 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산하는 단계; 및 상기 구간 분할 정보 및 상기 평균 에너지 값에 기초하여, 상기 평균 에너지 값에 비례하는 세기의 무작위 잡음 신호(Random Noise Signal)를 상기 현재 구간에 대응하여 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이전 구간은, 상기 현재 구간의 바로 이전에 존재하는 직전 구간이며, 상기 구간별 잔차 신호 정보는, 상기 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과 상기 직전 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이를 나타내는 제 1 차이 값을 포함할 수 있다.
상기 현재 구간은, 제 1 트랜지언트 구간내의 최초 서브 구간이고, 상기 이전 구간은, 상기 제 1 트랜지언트 구간 이전에 존재하는 제 2 트랜지언트 구간내의 최초 서브 구간이며, 상기 구간별 잔차 신호 정보는, 상기 현재 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값과 제 2 트랜지언트 구간내의 최초 서브 구간에서의 상기 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이를 나타내는 제 2 차이 값을 포함할 수 있다.
상기 잔차 신호는, 부호화 전의 오디오 신호 및 선형 예측 부호화(Linear Predictive Coding)모델에 의하여 부호화 된 후 복호화 된 오디오 신호 간의 차이를 나타내는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 오디오 신호에 관한 잔차 신호를 부호화하는 장치에 있어서, 상기 잔차 신호의 변화에 기초하여, 상기 잔차 신호를 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할하는 구간 분할부; 상기 분할된 구간에 관한 정보를 나타내는 구간 분할 정보 및 상기 분할된 각각의 구간에서의 상기 잔차 신호의 특성을 나타내는 구간별 잔차 신호 정보를 획득하는 정보 획득부; 및 상기 구간 분할 정보 및 상기 구간별 잔차 신호 정보에 기초하여 상기 잔차 신호를 부호화하는 부호화 부를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 특징은, 부호화 된 잔차 신호를 복호화하는 장치에 있어서, 상기 부호화된 잔차 신호를 포함하는 비트 스트림으로부터, 분할된 구간에 관한 정보를 나타내는 구간 분할 정보 및 상기 분할된 구간 각각에서의 상기 잔차 신호의 특성을 나타내는 구간별 잔차 신호 정보를 획득하는 정보 획득부; 및 상기 구간 분할 정보 및 상기 구간별 잔차 신호 정보를 이용하여 상기 잔차 신호를 복원하는 신호 복원부를 포함하고, 상기 잔차 신호는 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할되어 부호화된 것이다.
본 발명은 트랜지언트 구간을 복수 개의 서브 구간으로 분할하여 부호화함으로써 잔차 신호의 트랜지언트 성분을 정교하게 복원하여 음질을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 평균 에너지가 유사한 구간은 하나의 구간으로 통합하여 부호화함으로써 부호화에 사용되는 비트수를 절약하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 잔차 신호를 부호화 및 복호화 하는 일 예를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 부호화 장치(200)에 관한 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 잔차 신호의 부호화 및 복호화에 관한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차이 값 계산부(232)의 동작에 관한 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호의 부호화 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 복호화 장치(600)에 관한 블록도를 도시한다.
도 7은 도 6에서 도시된 정보 획득부(610)의 구체적인 구성의 일 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 부호화 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 복호화 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 부호화 장치(200)에 관한 블록도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 부호화 장치(200)는 오디오 신호에 관한 잔차 신호를 부호화하며, 구간 분할부(210), 정보 획득부(220) 및 부호화부(230)를 포함한다. 본 명세서에서 잔차 신호는 부호화 전의 오디오 신호와 부호화 후 복호화 된 오디오 신호간의 차이를 나타내는 신호이며, 오디오 신호는 선형 예측 부호화(Linear Predictive Coding, 이하 LPC라 함)모델에 의하여 부호화 될 수 있다.
구간 분할부(210)는 잔차 신호의 변화에 기초하여, 잔차 신호를 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할한다. 일 예로, 잔차 신호의 변화가 크면 크기가 작은 구간으로 분할하고, 잔차 신호의 변화가 작으면 크기가 큰 구간으로 분할한다.
구간 분할부(210)는 제 1 분할부(212), 에너지 값 계산부(214), 트랜지언트 구간 검출부(216) 및 제 2 분할부(218)를 포함할 수 있다.
제 1 분할부(212)는 잔차 신호를 동일한 크기를 갖는 복수 개의 구간들로 분할한다. 분할된 구간의 크기는 부호화 모델의 종류에 따라 사전에 규정된 프레임의 크기와 동일할 수도 있으나, 바람직하게는 프레임이 다시 분할된 서브 프레임의 크기일 수 있다.
에너지 값 계산부(214)는 분할된 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산한다. 구간별 평균 에너지 값은 해당 구간에 포함된 샘플 값들을 통하여 구할 수 있다. 하나의 구간에서 N번의 샘플링이 수행된 경우 N개의 샘플 값(s(1), s(2)......s(N))이 존재한다. 제 1 구간의 평균 에너지를 E1이라 하면,
Figure 112014033212145-pat00002
이다.
트랜지언트 구간 검출부(216)는 트랜지언트 성분이 존재하는 구간인 트랜지언트 구간을 검출한다. 본 명세서에서 트랜지언트 성분은, 신호의 변화 속도가 빠르고 지속 기간이 짧은 잔차 신호내의 성분을 의미한다. 트랜지언트 성분을 검출하는 방법은 다양하며, 간단한 예로는 잔차 신호의 변화 속도가 제 1 임계 속도 이상이면 트랜지언트 성분으로 판단할 수 있다. 그러나, 신호를 정현파 신호, 트랜지언트 신호 및 잡음 신호로 구분하여 부호화하는 파라매트릭(Pameteric) 부호화 모델에서와 같이 이전 모듈에서 트랜지언트 구간에 관한 위치가 검출되는 경우에는 이전 모듈에서 검출된 트랜지언트 구간의 위치를 그대로 이용한다. 이 경우, 트랜지언트 구간 검출부(216)는 수신부(미도시)를 포함하고, 수신부(미도시)는 트랜지언트 구간에 관한 위치 정보를 수신함으로써 트랜지언트 구간을 검출한다.
제 2 분할부(218)는 구간별 평균 에너지 값과 트랜지언트 구간에 관한 위치 정보에 기초하여 잔차 신호를 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 재 분할한다.
다음은 균등하게 분할된 구간을 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 재 분할하는 일 예를 설명한다. 제 1 구간과 제 2 구간은 균등한 크기를 가지며, 제 2 구간은 제 1 구간의 바로 다음에 존재하는 구간이다.
만일, 제 1 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 제 2 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이가 소정 임계치 이하인 경우에는 제 1 구간과 제 2 구간을 하나의 구간으로 통합한다. 제 1 구간과 제 2 구간의 평균 에너지 값이 유사한 경우에는 하나의 구간으로 통합함으로써 부호화에 사용되는 비트수를 줄인다.
반면, 제 1 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 제 2 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이가 소정 임계치 이상인 경우에는 제 1 구간과 제 2 구간을 별도의 구간으로 유지한다.
이와 같은 방법에 의하여 구간을 재 분할함과 동시에 검출된 트랜지언트 구간을 복수 개의 서브 구간으로 분할한다. 트랜지언트 구간은 잔차 신호의 변화가 매우 크기 때문에 구간을 세분화 하여 부호화 함으로써 잔차 신호를 정교하게 복원할 수 있다.
정보 획득부(220)는 제 2 분할부(218)에 의하여 차등적인 크기로 분할된 구간에 관한 정보를 나타내는 구간 분할 정보를 획득한다. 즉, 구간 분할 정보는 잔차 신호가 어떻게 분할되었는지에 관한 정보이며, 각각의 구간들의 위치 정보 또는각 구간의 크기 정보를 포함할 수 있다.
또한, 정보 획득부(220)는 분할된 각각의 구간에서의 잔차 신호의 특성을 나타내는 구간별 잔차 신호 정보를 획득한다. 구간별 잔차 신호 정보는 잔차 신호의 특성을 나타내는 정보이면 어느 것도 무방하며, 잔차 신호의 부호화에 많은 비트를 할당할 수 없는 경우에는 각 구간별로 하나의 대표 값을 결정하여 구간별 잔차 신호 정보로써 활용할 수 있다. 일 예로, 구간별 잔차 신호의 평균 에너지 값을 구간별 잔차 신호 정보로써 사용할 수 있다.
부호화부(230)는 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보에 기초하여 잔차 신호를 부호화한다. 부호화부(230)는 각각의 구간별로 잔차 신호를 부호화하며, 차이 값 계산부(232) 및 구간 부호화부(234)를 포함할 수 있다.
차이 값 계산부(232)는 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 이전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이 값을 계산한다. 본 명세서에서 현재 구간은 현재 시점에서 잔차 신호를 부호화 하고자 하는 구간이며, 이전 구간은 이전 시점에 부호화 된 구간이다. 차이 값 계산부(232)은 현재 구간의 바로 이전에 존재하는 직전 구간 및 현재 구간의 이전에 존재하는 트랜지언트 구간내의 최초 서브 구간 중 적어도 하나와 현재 구간을 비교한다. 트랜지언트 구간은 복수 개의 서브 구간을 포함하는데, 최초 서브 구간은 복수 개의 서브 구간들 중 처음에 존재하는 서브 구간을 의미한다.
구간 부호화부(234)는 차이 값과 구간 분할 정보에 기초하여 현재 구간에서의 잔차 신호를 부호화한다.
현재 구간이 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간이 아니라면, 차이 값 계산부(232)는 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이를 나타내는 제 1 차이 값만을 계산한다. 따라서 구간 부호화부(234)는 제 1 차이 값 및 구간 분할 정보에 기초하여 현재 구간에서의 잔차 신호를 부호화한다.
그러나, 현재 구간이 제 1 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간인 경우에는, 제 1 차이 값에 기초하여 현재 구간을 코딩하는 것이 불합리할 수도 있다. 트랜지언트 구간은 잔차 신호가 급격하게 변하는 구간이므로 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지는 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지와 큰 차이를 보이기 때문이다.
만일, 현재 구간이 제 1 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간이라면, 차이 값 계산부(232)는 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과, 제 2 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이를 나타내는 제 2 차이 값을 더 계산한다. 제 2 트랜지언트 구간은 제 1 트랜지언트 구간 이전에 존재하는 트랜지언트 구간을 의미한다. 구간 부호화부(234)는 제 1 차이 값과 제 2 차이 값을 비교하고, 크기가 작은 차이 값, 구간 분할 정보 및 부가 정보들을 이용하여 현재 구간에서의 잔차 신호를 부호화한다. 부가 정보는 현재 구간이 제 1 차이 값 및 제 2 차이 값 중 어느 것에 기초하여 부호화되었는지와 같이 잔차 신호의 부호화와 관련된 어떠한 정보도 포함할 수 있다.
구간 부호화부(234)는 양자화 부(미도시) 및 패킹부(미도시)를 포함할 수 있다. 양자화 부(미도시)는 현재 구간에서의 잔차 신호의 부호화에 사용되는 차이 값을 양자화한다. 패킹부(미도시)는 양자화 된 값, 구간 분할 정보 및 부가 정보를 패킹하여 비트 스트림을 생성한다. 생성된 비트 스트림은 복호화부로 전송될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 잔차 신호의 부호화 및 복호화에 관한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3a는 제 1 분할부(212)에 의하여 잔차 신호를 동일한 크기의 구간으로 분할한 도면이다.
제 1 구간(310)에서의 잔차 신호의 평균 에너지와 제 2 구간(320)에서의 잔차 신호의 평균 에너지는 크기가 유사하며, 제 2 구간(320)에서의 잔차 신호의 평균 에너지와 제 3 구간(330)에서의 잔차 신호의 평균 에너지는 크기가 상이하다. 또한, 제 4 구간(340)에서는 잔차 신호가 급격하게 변하며, 지속 주기가 짧은 트랜지언트 성분이 포함되어 있다. 따라서 제 4 구간(340)은 트랜지언트 구간이다.
도 3b는 제 2 분할부(216)에 의하여 잔차 신호를 차등적인 크기의 구간으로 분할한 도면이다.
트랜지언트 구간 내에서는 잔차 신호가 급격하게 변하므로 제 2 분할부(216)는 제 4 구간(340)을 복수 개의 서브 구간으로 분할한다. 또한, 제 1 구간(310) 및 제 2 구간(330)에서의 평균 에너지 값이 유사하므로, 제 1 구간(310) 및 제 2 구간(320)을 하나의 구간으로 통합한다. 반면, 제 2 구간(320) 및 제 3 구간(330)에서의 평균 에너지 값은 차이가 크기 때문에, 제 2 구간(320) 및 제 3 구간(330)은 별도의 구간으로 유지한다.
도 3c는 정보 획득부(220)가 획득한 구간별 잔차 신호 정보를 나타내는 도면이다. 도 3c에서 구간별 잔차 신호 정보는 구간별 잔차 신호의 평균 에너지이다. 본 발명에 따른 잔차 신호 부호화 장치(200)에서는 트랜지언트 구간이 복수 개의 서브 구간으로 분할되므로, 구간별 잔차 신호의 변화를 정교하게 표현할 수 있다.
도 3d는 본 발명에 따른 잔차 신호 부호화 장치(200)에 의하여 부호화 된 후 복호화 된 잔차 신호를 나타내는 도면이다.
후술할 본 발명에 따른 잔차 신호 복호화 장치(600)는 구간별 평균 에너지 값에 기초하여 잔차 신호를 복원한다. 잔차 신호 복호화 장치(600)는 평균 에너지 값에 비례하는 세기의 무작위 잡음 신호를 구간에 대응하여 발생시킴으로써 잔차 신호를 복원한다. 일 예로, 평균 에너지가 '20'인 구간을 복원하는 경우에 비하여 평균 에너지가 '40'인 구간을 복원하는 경우에는 세기가 두 배인 무작위 잡음 신호를 발생시킨다. 잔차 신호 복호화 장치(600)에 관한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다.
본 발명에 따른 복호화 된 잔차 신호는 트랜지언트 구간에서의 잔차 신호의 변화를 정교하게 복원하였다. 또한, 평균 에너지가 유사한 구간을 하나의 구간으로통합함으로써 부호화에 사용되는 비트수를 줄일 수 있다. 종래 기술에 따른 부호화 과정을 거친 후 복호화 된 도 1c에서의 잔차 신호와 비교하면 그 차이가 확연함을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차이 값 계산부(232)의 동작에 관한 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 4에서는, 잔차 신호를 차등적인 크기의 구간으로 분할하고, 각 구간별 잔차 신호의 평균 에너지 값을 점으로써 나타내었다. 제 1 구간(410) 및 제 4 구간(440)은 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간이며, 제 2 구간(420) 및 제 3 구간(430)은 트랜지언트 구간이 아닌 일반적인 구간이다. 이하에서는 제 3 구간(430) 및 제 4 구간(440)에서의 잔차 신호의 부호화를 설명한다.
제 3 구간(430)에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값은 '180'이고, 제 2 구간(420)에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값은 '200'이므로 D1(401)은 '-20'이다. 구간 부호화부(234)는 D1(401)을 이용하여 제 3 구간(430)에서의 잔차 신호를 부호화한다.
유사하게 제 4 구간(430)에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값은 '2000'이므로, D2(402)는 '+1800'이다. 또한, 제 1 구간(410)에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값은 '1800'이므로 D3(403)는 '+200'이다.
제 4 구간(440)은 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간으로, 제 4 구간(440)에서의 평균 에너지 값은 제 3 구간(430)에서의 평균 에너지 값보다 훨씬 크다. D2(402)를 이용하여 잔차 신호를 부호화하는 경우에는 많은 수의 비트를 사용하여야 하므로, 구간 부호화부(234)는 D3(403)을 이용하여 제 4 구간(440)에서의 잔차 신호를 부호화한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호의 부호화 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
단계 s510에서는, 트랜지언트 성분의 위치를 검출한다. 만일, 파라매트릭(Parametric) 부호화 모델과 같이 이전 모듈에서 트랜지언트 성분의 위치를 검출하는 경우에는, 단계 s510을 생략할 수 있다.
단계 s520에서, 잔차 신호를 동일한 크기의 구간으로 분할한다. 오디오 신호는 프레임으로 불리는 구간 단위로 부호화된다. 단계 s520에서는 프레임 단위로 잔차 신호를 분할할 수도 있으나, 잔차 신호의 변화를 정교하게 반영하기 위하여 프레임보다 작은 크기의 서브 프레임 단위로 잔차 신호를 분할한다. 잔차 신호가 분할되면, 각각의 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지를 계산한다.
단계 s530에서는, 단계 s510 및 s520의 수행 결과에 기초하여 잔차 신호를 차등적인 크기의 구간으로 재분할한다. 단계 s530은 단계 s532 및 단계 s534에 의하여 수행될 수 있다.
단계 s532에서는, 단계 s520을 수행하여 획득한 구간별 잔차 신호의 평균 에너지에 기초하여 인접 구간간의 평균 에너지를 비교한다. 인접한 제 1 구간 및 제 2 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 차이가 임계치보다 작은 경우에는 제 1 구간과 제 2 구간을 하나의 구간으로 통합한다. 반면, 잔차 신호의 평균 에너지의 차이가 임계치보다 큰 경우에는 제 1 구간 및 제 2 구간을 별도의 구간으로 유지한다.
단계 s534에서는, 단계 s510에서 획득한 트랜지언트 성분의 위치 정보를 이용하여 트랜지언트 구간을 복수 개의 서브 구간으로 분할한다. 단계 s532 및 단계 s534는 실시 태양에 따라 실행 순서를 변경하여도 무방하다.
단계 s540에서는, 단계 s530에서의 구간 분할 결과에 따라 구간별 잔차 신호의 평균 에너지를 계산한다.
단계 s550에서는, 부호화 하고자 하는 구간인 현재 구간이 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간인지를 판단한다. 현재 구간이 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간이 아닌 경우에는 단계 s560을 수행하고, 현재 구간이 최초 서브 구간이면 단계 s572 내지 단계 s576을 수행한다.
단계 s560에서는, 현재 구간에서의 평균 에너지 값과 직전 구간에서의 평균 에너지 값 간의 차이인 제 1 차이 값을 계산한다.
단계 s572에서는, 단계 s560과 마찬가지로 제 1 차이 값을 계산한다.
단계 s574에서는, 현재 구간에서의 평균 에너지 값과 이전 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간에서의 평균 에너지 값 간의 차이인 제 2 차이 값을 계산한다.
단계 s576에서는 제 1 차이 값 및 제 2 차이 값의 크기를 비교하여 작은 값을 선택한다.
단계 s580에서는, 단계 s570을 수행하여 획득한 제 1 차이 값 또는 단계 s576에서 선택된 제 1 차이 값 및 제 2 차이 값 중 하나를 양자화 한다.
단계 s590에서는, 트랜지언트 구간의 위치, 구간 분할 정보 및 양자화 값을 패킹한다. 다만, 트랜지언트 구간의 위치를 이전 모듈에서 복호화 장치(600)로 전송하면 트랜지언트 구간의 위치는 패킹하지 않을 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 복호화 장치(600)에 관한 블록도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 복호화 장치(600)는 정보 획득부(610) 및 신호 복원부(620)를 포함한다.
정보 획득부(610)는 차등적인 크기의 복수 개의 구간으로 분할되어 부호화 된 오디오 신호에 관한 잔차 신호로부터 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보를 획득한다. 구간 분할 정보는 분할된 각각의 구간에 관한 정보를 나타내며, 구간별 잔차 신호 정보는 분할된 각각의 구간에서의 잔차 신호의 특성을 나타낸다.
부호화 된 잔차 신호는 여러 개의 정보가 패킹된 비트 스트림일 수 있다. 정보 획득부(610)는 비트스트림을 언 패킹하여 정보를 구분함으로써, 구간 분할 정보와 구간별 잔차 신호 정보를 획득한다.
구간 분할 정보는 잔차 신호가 어떻게 분할되었는지에 관한 정보를 포함하며, 각 구간의 위치와 크기 등의 위치 정보를 포함할 수 있다. 잔차 신호는 부호화 과정에서 잔차 신호의 변화에 기초하여 분할되며, 분할된 구간들 중 적어도 하나는 트랜지언트 구간일 수 있다. 트랜지언트 구간은 트랜지언트 성분을 포함하는 구간으로써, 구간 내에서 잔차 신호가 급격하게 변화한다.
구간별 잔차 신호 정보는 각각의 구간에서 잔차 신호가 어떠한 특성을 가지고 있는지를 나타낸다. 구간별 잔차 신호 정보는 각 구간에서의 잔차 신호를 복원할 수 있는 정보이면 형태는 무관하다. 일 예로, 구간별 잔차 신호 정보는 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값일 수도 있으며, 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이인 제 1 차이 값일 수 있다. 또한, 현재 구간에서의 평균 에너지 값과 현재 구간 이전에 존재하며 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간에서의 평균 에너지 값 간의 차이인 제 2 차이 값일 수도 있다. 제 2 차이 값은 현재 구간이 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간인 경우처럼 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이가 큰 경우에 사용될 수 있다.
신호 복원부(620)는 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보에 기초하여 잔차 신호를 복원한다. 신호 복원부(620)는 랜덤 신호 발생부(624)를 포함할 수 있다. 신호 복원부(620)는 에너지 값 계산부(622) 및 랜덤 신호 발생부(624)를 포함할 수 있다. 랜덤 신호 발생부(624)는 구간 분할 정보 및 평균 에너지 값에 기초하여 평균 에너지 값에 비례하는 세기의 무작위 잡음 신호(Random Noise Signal)를 각각의 구간에 대응하여 발생시킴으로써 잔차 신호를 복원한다.
신호 복원부(620)는 구간별 잔차 신호 정보로부터 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산하는 에너지 값 계산부(622)를 더 포함한다. 구간별 잔차 신호 정보는 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 현재 구간 이전에 존재하는 이전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이 값일 수 있다. 이 경우, 에너지 값 계산부(622)는 이전 구간에서의 평균 에너지 값에 차이 값을 더함으로써 현재 구간에서의 평균 에너지 값을 구한다.
구체적으로, 구간별 잔차 신호 정보가 제 1 차이 값인 경우에는 에너지 값 계산부(622)는 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값에 제 1 차이 값을 더하여 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산한다. 직전 구간은 이미 복호화 된 상태이므로, 직전 구간에서의 평균 에너지 값은 계산되어 있다. 구간별 잔차 신호 정보가 제 2 차이 값인 경우에는 현재 구간에서의 평균 에너지 값은 현재 구간 이전에 존재하며 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간에서의 평균 에너지 값에 제 2 차이 값을 더함으로써 구해진다. 이 때, 현재 구간 이전에 존재하며 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간의 위치는 구간 분할 정보를 통하여 얻을 수 있다.
도 7은 도 6에서 도시된 정보 획득부(610)의 구체적인 구성의 일 예를 도시한다.
정보 획득부(610)는 파라미터 언 패킹부(710), 역 양자화부(720) 및 평균 에너지 계산부(730)를 포함한다.
파라미터 언 패킹부(710)는 부호화 된 오디오 신호를 수신한다. 부호화 된 오디오 신호는 핵심 신호를 복원하기 위한 핵심 파라미터 및 잔차 신호를 복원하기 위한 파라미터가 포함된 비트 스트림 형태로 수신된다. 파라미터 언 패킹부(710)는 수신된 비트 스트림을 이용하여 핵신 신호를 복원하기 위한 파라미터와 잔차 신호를 복원하기 위한 잔차 파라미터를 추출한다. 잔차 파라미터는 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이인 제 1 차이 값이라고 가정한다.
역 양장화부(720)는 제 1 차이 값을 역 양자화한다.
평균 에너지 계산부(730)는 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값에 역 양자화된 제 1 차이 값을 더함으로써 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산한다.
현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값은 랜덤 신호 생성부(620)에 전달되며, 랜덤 신호 생성부(620)는 전달받은 평균 에너지 값에 비례하는 세기의 무작위 잡음 신호를 현재 구간에 대응하여 발생시킨다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 부호화 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
단계 s810에서는, 잔차 신호의 변화에 기초하여 잔차 신호를 차등적인 크기를 갖는 복수 개의 구간으로 분할한다. 우선, 잔차 신호를 동일한 크기를 갖는 복수 개의 구간들로 분할한 후, 분할된 각각의 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값을 계산한다. 제 1 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 제 1 구간 이전의 구간인 제 2 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이가 소정의 임계치 이하인 경우에는 제 1 구간과 제 2 구간을 하나의 구간으로 통합하고, 차이가 임계치 이상인 경우에는 제 1 구간과 제 2 구간을 별도의 구간으로 유지함으로써 구간을 재 분할한다.
만일, 트랜지언트 성분이 존재하는 구간인 트랜지언트 구간이 존재하면, 트랜지언트 구간을 복수 개의 서브 구간들로 분할한다. 트랜지언트 성분은 급속하게 변하는 잔차 신호의 성분으로, 변화 속도가 임계 속도 이상인지를 판단함으로써 검출할 수 있다.
단계 s820에서는, 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보를 획득한다. 구간 분할 정보는 분할된 구간에 관한 정보를 나타내며, 구간별 잔차 신호 정보는 분할된 각각의 구간에서의 잔차 신호의 특성을 나타낸다. 구간별 잔차 신호 정보는 각각의 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값을 포함할 수 있다.
단계 s830에서는, 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보에 기초하여 잔차 신호를 부호화한다.
우선, 현재 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값과 직전 구간에서의 잔차 신호의 평균 에너지 값 간의 차이인 제 1 차이 값을 계산한다. 계산된 제 1 차이 값 및 구간 분할 정보에 기초하여 현재 구간에서의 잔차 신호를 부호화한다. 일 예로, 제 1 차이 값을 양자화 한 후 양자화 된 값 및 구간 분할 정보를 포함하는 비트 스트림을 생성한다. 생성된 비트 스트림은 잔차 신호 복호화 장치(600)로 전달될 수 있다.
만일, 현재 구간이 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간인 경우에는 현재 구간에서의 평균 에너지 값과 현재 구간 이전에 존재하는 다른 트랜지언트 구간의 최초 서브 구간에서의 평균 에너지 값과의 차이를 나타내는 제 2 차이 값을 더 계산한다. 제 1 차이 값이 제 2 차이 값보다 작은 경우에는 제 1 차이 값을 포함하는 비트 스트림을 생성하고, 제 1 차이 값이 제 2 차이 값보다 큰 경우에는 제 2 차이 값을 포함하는 비트 스트림을 생성한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔차 신호 복호화 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
단계 s910에서는, 부호화 된 잔차 신호를 복호화하여 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보를 획득한다. 잔차 신호는 차등적인 크기의 복수 개의 구간으로 분할되어 부호화되며 구간 분할 정보는 분할된 구간에 관한 정보를 나타내고 구간별 잔차 신호 정보는 분할된 각각의 구간에서의 잔차 신호의 특성을 나타낸다. 구간들은 잔차 신호의 변화에 기초하여 분할된 것일 수 있으며, 트랜지언트 구간을 포함할 수 있다. 트랜지언트 구간은 트랜지언트 성분이 존재하는 구간으로 복수 개의 서브 구간들을 포함한다.
구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보가 비트 스트림에 탑재되어 수신되면, 비트 스트림을 분석하여 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보를 획득한다. 구간별 잔차 신호 정보가 제 1 차이 값을 포함하는 경우에는 이전 구간에서의 평균 에너지와 제 1 차이 값을 더함으로써 현재 구간에서의 평균 에너지 값을 획득할 수 있다. 또한, 구간별 잔차 신호 정보가 제 2 차이 값을 포함하는 경우에는 현재 구간 이전에 존재하며 트랜지언트 구간을 구성하는 최초 서브 구간에서의 평균 에너지 값와 제 2 차이 값을 더함으로써 현재 구간에서의 평균 에너지 값을 획득할 수 있다.
단계 s920에서는, 구간 분할 정보 및 구간별 잔차 신호 정보를 이용하여 잔차 신호를 복원한다. 일 예로, 구간 분할 정보 및 평균 에너지 값에 기초하여, 평균 에너지 값에 비례하는 세기(크기)의 랜덤 노이즈 신호를 각각의 구간에 대응하여 발생시킨다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 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.
610 ... 정보 획득부 620 ... 신호 복원부
622 ... 에너지값 계산부 624 ... 랜덤신호 발생부
710 ... 파라미터 언패킹부 720 ... 역양자화부
730 ... 평균 에너지 계산부

Claims (2)

  1. 오디오 신호에 있어서 복수개의 프레임들에 대한 에너지 변화를 획득하고, 상기 에너지 변화를 미리 설정된 임계치와 비교하고, 상기 비교결과에 근거하여, 상기 오디오 신호의 처리에 사용하는 서브 프레임 혹은 프레임의 개수를 조정하는 프로세서를 포함하는 오디오 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 에너지 변화가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 오디오 신호의 처리에 사용하는 서브 프레임 혹은 프레임의 개수를 증가시키는 단계를 포함하는 오디오 신호 처리 장치.
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