KR101471978B1 - Method for inserting data for enhancing quality of audio signal and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 방법에 관한 것으로, 오디오 신호를 정규화(nomalization)하여 제1 신호를 생성하고, 제1 신호에 대하여 다운 샘플링 및 양자화를 수행하여 제2 신호를 생성하며, 양자화된 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제3 신호를 생성한 후,제1 신호로부터 제3 신호를 차분하여 오차를 계산하고, 계산된 오차를 인코딩하여 제2 신호에 삽입함으로써, 오디오 신호에 발생하는 잡음을 최소화하면서 오디오 신호의 음질을 효과적으로 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a method of inserting data for improving the quality of an audio signal. The method includes generating a first signal by normalizing an audio signal, downsampling and quantizing the first signal to generate a second signal, Sampling the quantized signal to generate a third signal by performing up-sampling and bit-shifting, calculating an error by differentiating the third signal from the first signal, encoding the calculated error, and inserting the error into the second signal, It is possible to effectively improve the sound quality of the audio signal while minimizing the noise generated in the audio signal.
비트롭, 음질, 향상, 보강, 삽입 Beat, sound quality, enhance, reinforce, insert
Description
도 1은 종래의 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 장치의 일실시예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a data inserting apparatus for improving sound quality of a conventional audio signal.
도 2는 본 발명에 따른 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.2 is a block diagram of an apparatus for inserting data for enhancing sound quality of an audio signal according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 오차 데이터의 일실시예를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating an embodiment of error data according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 오디오 신호에 삽입될 오차 데이터 패킷의 일실시예를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an embodiment of an error data packet to be inserted into an audio signal according to the present invention.
도 5(a)(b)는 본 발명에 따라 오차 데이터의 삽입을 위하여 이용되는 비트 수의 패턴을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 5A and 5B are diagrams for explaining a pattern of the number of bits used for insertion of error data according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다. FIG. 6 is a flowchart illustrating a data insertion method for enhancing sound quality of an audio signal according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an apparatus for enhancing audio quality of an audio signal using embedded data according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다. FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of improving sound quality of an audio signal using embedded data according to the present invention.
본 발명은 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 방법 및 그 장치, 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 방법 및 그 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a data insertion method and apparatus for improving the sound quality of an audio signal, a method for improving the sound quality of an audio signal using the inserted data, and an apparatus therefor.
PCM (pulse code modulation) 방식은 아날로그 데이터를 소정의 주기로 표본화하고, 양자화하여 8, 16, 32, 또는 64 비트로 이진 부호화하는 방식이다.The PCM (Pulse Code Modulation) method is a method of sampling analog data at a predetermined cycle, quantizing the data, and performing binary coding on 8, 16, 32, or 64 bits.
비트 롭(bit robbing) 방식이란 PCM 부호화된 샘플 신호, 즉 원래 PCM 샘플이 갖고 있는 정보와 상관 없는 정보를 PCM 샘플에 삽입하기 위해 PCM 샘플의 소정 비트를 사용하는 방법이다. 예를 들어, 소정의 내용을 운반하기 위하여, PCM 데이터에 독립적인 데이터 채널을 형성하기 위해, PCM 샘플링된 데이터 중 소정의 비트를 규칙적으로 사용하는 것이다. The bit robbing method is a method of using a predetermined bit of a PCM sample to insert a PCM encoded sample signal, that is, information irrelevant to the information possessed by the original PCM sample, into the PCM sample. For example, to carry a given content, it uses regular bits of the PCM sampled data regularly to form a data channel independent of the PCM data.
이러한 비트 롭 방식은 공중 회선 망(public switched telephone network: PSTN) 및 사설 네트워크에서 음성 및 데이터를 전송하기 위해 폭넓게 사용되고 있는 T-캐리어(T-carrier) 시스템에 사용되고 있다. 이러한, 시스템에서는 PCM 샘플 중 어떤 비트들이 사용될 지에 대한 정보는 미리 알려져 있어야 한다. 이러한 방식은 미국 특허 제5,864,600호에 개시되어 있다.Such a bit-rob scheme is used in a public switched telephone network (PSTN) and in a T-carrier system widely used for voice and data transmission in a private network. In such a system, information about which bits of the PCM samples will be used should be known in advance. Such a method is disclosed in U.S. Patent No. 5,864,600.
도 1은 종래의 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 장치의 일실시예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a data inserting apparatus for improving sound quality of a conventional audio signal.
도 1을 참조하면, 종래의 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 장 치는 AD 컨버터(110), 정규화부(120), 다운 샘플링부(130), 양자화부(140) 및 데이터 삽입부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a data insertion unit for improving the sound quality of a conventional audio signal includes an
AD 컨버터(110)는 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 신호로 변환하고, 정규화부(120)는 이와 같은 오디오 신호를 정규화(normalization) 한다. 정규화는 디지털 마스터링(digital mastering)이라고 불리기도 하며 오디오 시디 등에 저장되는 오디오 신호들의 볼륨을 일정하게 맞추는 것을 말한다. The
다운 샘플링부(130)는 정규화된 오디오 신호의 샘플링 레이트를 낮춘다. The
양자화부(140)는 샘플링 레이트가 낮춰진 오디오 신호의 비트수를 낮춰서 재양자화한다. The
일반적으로 아날로그 신호는 샘플링 레이트 및 비트 수가 매우 높기 때문에, CD 등에 기록하기 위해서는 샘플링 레이트 및 비트수를 낮추어야 하는데, 다운 샘플링부(130) 및 양자화부(140)에서 이와 같이 샘플링 레이트 및 비트수를 낮추는 기능을 수행하는 것이다. 일반적으로 오디오 CD에는 44.1KHz의 샘플링 레이트와 16비트로 오디오 신호가 기록된다. Since the sampling rate and the number of bits of an analog signal are very high, it is necessary to lower the sampling rate and the number of bits in order to record on a CD or the like. In the
데이터 삽입부(150)는 오디오 신호의 음질을 향상시킬 수 있는 데이터를 오디오 신호에 삽입하게 된다. 이때, 오디오 신호의 음질을 향상시킬 수 있는 데이터로는 이득(gain), 피크 제한(peak limiting) 및 데시메이션 필터(decimation filter) 선택을 위한 정보가 있다. 여기서 데시메이션은 표본화 데이터 양을 줄이기 위해 사용하는 기술로서 데시메이션 필터 선택을 위한 정보는 이와 같은 필터를 선택하기 위한 정보를 말한다. The
이와 같은 데이터를 삽입함으로써, 예컨대 16 비트/44.1KHz 샘플링 레이트를 가지는 오디오 신호를 20 비트/192KHz 샘플링 레이트를 가지는 오디오 신호로 변환할 수 있다. By inserting such data, an audio signal having a sampling rate of, for example, 16 bits / 44.1 KHz can be converted into an audio signal having a sampling rate of 20 bits / 192 KHz.
다만, 종래의 오디오 신호의 음질 향상 방법은 음질을 효과적으로 향상시키지 못하였고, 또한 이와 같은 데이터를 삽입함에 따라 오디오 신호의 음질의 저하를 발생시키는 문제점이 있었다. However, the conventional method of improving the sound quality of an audio signal does not effectively improve the sound quality, and further, there is a problem that the sound quality of the audio signal is lowered as the data is inserted.
본 발명의 목적은 오디오 신호에 발생하는 잡음을 최소화하면서 오디오 신호의 음질을 효과적으로 향상시키기 위한 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 방법 및 그 장치, 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a data inserting method and apparatus for enhancing sound quality of an audio signal for effectively improving the sound quality of an audio signal while minimizing noise generated in the audio signal, Device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 방법은, 상기 오디오 신호를 정규화(nomalization)하여 제1 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 신호에 대하여 다운 샘플링 및 양자화를 수행하여 제2 신호를 생성하는 단계; 상기 양자화된 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제3 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 신호로부터 제3 신호를 차분하여 오차 데이터를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 오차 데이터를 인코딩하여 상기 제2 신호에 삽입하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of inserting data for enhancing audio quality of an audio signal, the method comprising: generating a first signal by normalizing the audio signal; Performing downsampling and quantization on the first signal to generate a second signal; Performing upsampling and bit shifting on the quantized signal to generate a third signal; Calculating error data by differentiating the third signal from the first signal; And encoding and encoding the calculated error data into the second signal.
바람직하게는 상기 삽입하는 단계는 상기 오디오 신호의 에너지 레벨에 기초 하여, 상기 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 상기 오차 데이터를 삽입하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the inserting step inserts the error data into a predetermined bit of the audio signal sample based on the energy level of the audio signal.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 방법은, 상기 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 삽입된 오차 데이터를 추출하는 단계; 상기 추출한 오차 데이터를 디코딩하여 제1 신호를 생성하는 단계;상기 오차가 삽입된 소정의 비트 외의 비트의 오디오 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제2 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 신호와 제2 신호를 결합하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for enhancing audio quality of an audio signal using embedded data, comprising: extracting error data inserted in a predetermined bit of the audio signal sample; Generating a first signal by decoding the extracted error data, generating a second signal by performing up-sampling and bit-shifting on an audio signal of a bit other than a predetermined number of bits into which the error is inserted; And combining the first signal and the second signal.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 장치는 상기 오디오 신호를 정규화(nomalization)하여 제1 신호를 생성하는 제1신호생성부; 상기 제1 신호에 대하여 다운 샘플링 및 양자화를 수행하여 제2 신호를 생성하는 제2신호생성부; 상기 양자화된 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제3 신호를 생성하는 제3신호생성부; 상기 제1 신호로부터 제3 신호를 차분하여 오차 데이터를 계산하는 오차산출부; 및 상기 계산된 오차 데이터를 인코딩하여 상기 제2 신호에 삽입하는 오차삽입부를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a data insertion apparatus for enhancing audio quality of an audio signal, comprising: a first signal generator for generating a first signal by normalizing the audio signal; A second signal generator for generating a second signal by performing downsampling and quantization on the first signal; A third signal generator for performing up-sampling and bit-shifting on the quantized signal to generate a third signal; An error calculator for calculating error data by differentiating the third signal from the first signal; And an error insertion unit for encoding the error data and inserting the encoded error data into the second signal.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 장치는 상기 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 삽입된 오차 데이터를 추출하는 오차추출부; 상기 추출한 오차 데이터를 디코딩하여 제1 신호를 생성하는 제1신호생성부; 상기 오차 데이터가 삽입된 소정의 비트 외의 비 트의 오디오 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제2 신호를 생성하는 제2신호생성부; 및 상기 제1 신호와 제2 신호를 결합하는 신호결합부를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for enhancing audio quality of an audio signal using embedded data, comprising: an error extracting unit for extracting error data inserted in a predetermined bit of the audio signal sample; A first signal generator for decoding the extracted error data to generate a first signal; A second signal generator for generating a second signal by performing up-sampling and bit-shifting on an audio signal of a bit other than a predetermined bit into which the error data is inserted; And a signal combining unit for combining the first signal and the second signal.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.2 is a block diagram of an apparatus for inserting data for enhancing sound quality of an audio signal according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 삽입 장치는 제1 신호 생성부(210), 제2신호생성부(220), 제3신호생성부(230), 오차산출부(240) 및 오차삽입부(250)를 포함한다.2, the apparatus for inserting data according to the present invention includes a
제1 신호 생성부(210)는 오디오 신호를 정규화한다. The
이하에서는 이와 같이 오디오 신호를 정규화한 신호를 제1 신호라고 명명한다. Hereinafter, a signal obtained by normalizing the audio signal in this way is referred to as a first signal.
제2신호생성부(220)는 다운샘플링부(222) 및 양자화부(224)를 포함한다. The second
다운샘플링부(222)는 제1 신호의 샘플링 레이트를 낮춘다.The
양자화부(224)는 다운 샘플링된 제1 신호의 비트수를 낮춘다. The
이하에서는 제1 신호의 샘플링 레이트 및 비트수를 낮춘 신호를 제2 신호라고 명명한다. Hereinafter, a signal obtained by lowering the sampling rate and the bit number of the first signal is called a second signal.
이와 같이 제2신호생성부(220)에 의한 처리를 거치는 이유는, 제1신호생성부(210)에 입력된 오디오 신호는 샘플링 레이트 및 비트 수가 매우 높은데, 이를 CD 등에 기록될 수 있는 샘플링 레이트 및 비트수로 낮추기 위함이다. The reason why the
제3신호생성부(230)는 업샘플링부(232) 및 비트쉬프팅부(234)를 포함한다. The third
업샘플링부(232)는 제2 신호의 샘플링 레이트를 높인다.The
비트쉬프팅부(234)는 샘플링 레이트가 높아진 제2 신호의 비트 수를 높인다.The
이와 같이 제3신호생성부(230)에 의한 처리를 거치는 이유는, 후술할 오차 산출부(240)에서 제1 신호에서 제3신호를 차분하게 되는데, 이때, 제1 신호와 제3신호의 샘플링 레이트와 비트 수가 동일해야지만 차분이 가능하기 때문이다. The reason why the signal is processed by the
즉, 제3신호생성부(230)에서는 제2 신호의 샘플링 레이트 및 비트 수를 높여, 제1 신호와 샘플링 레이트 및 비트 수가 동일하도록 맞춰진 신호를 생성하게 된다. That is, the
오차산출부(240)는 제1 신호로부터 제3 신호를 차분하여 오차 데이터를 계산한다. The
이를 상세히 설명하면, 오차 산출부(240)는 입력된 오디오 신호를 정규화한 신호(제1 신호)로부터, 그 신호에 대하여 다운 샘플링 및 양자화, 그리고 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행한 신호를 차분하여 오차 데이터를 계산하는 것이다. In detail, the
도 3은 본 발명에 따른 오차 데이터의 일실시예를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating an embodiment of error data according to the present invention.
도 3은 44.1kHz의 샘플링 레이트를 가지는 오디오 신호에서의 오차를 도시한 도면이다. 먼저, 22.05KHz 이하에는 양자화 오차가 도시되어 있는데, 이는 제2신호 생성부(220)에서 오디오 신호를 오디오 CD 등에 기록하기 위하여 16비트와 같이 낮은 비트 수로 낮춰서 양자화하는 과정에서 발생하는 오차들을 나타낸다. 3 is a diagram showing an error in an audio signal having a sampling rate of 44.1 kHz. First, a quantization error is shown at 22.05 KHz or less. This is an error occurring in the process of quantizing by lowering the audio signal to a low number of bits such as 16 bits for recording an audio signal in an audio CD or the like in the
또한, 22.05KHz 이상에는 입력되는 오디오 신호의 그래프 파형이 그대로 오 차로서 도시되어 있다. 이는, 오디오 신호가 손상 없이 재생되기 위해서는 샘플링을 할 때 그 오디오 신호가 가지고 있는 최대 주파수의 2배 이상이 되는 주파수로 샘플링을 해야 한다는 제약점 때문에 발생하는 오차이다. In addition, the graph waveform of the input audio signal is shown as an error at 22.05 KHz or more. In order to reproduce the audio signal without damaging it, it is an error that occurs due to the restriction that sampling is performed at a frequency which is twice or more the maximum frequency of the audio signal when sampling.
즉, 오디오 신호를 44.1KHz의 샘플링 레이트를 가지도록 샘플링을 하려면 상기의 제약점 때문에 22.05KHz 이상의 신호는 강제로 제거하게 된다. 따라서 제2 신호에서는 22.05KHz 이상의 오디오 신호는 존재하지 않게 된다. 따라서, 제1 신호에서 제2신호의 샘플링 레이트 및 비트 레이트를 높인 신호인 제3 신호를 빼주게 되면, 22.05KHz 이상에서는 제1 신호에서의 22.05KHz의 오디오 신호가 오차로서 얻어지는 것이다. That is, if the audio signal is sampled at a sampling rate of 44.1 KHz, a signal of 22.05 KHz or more is forcibly removed due to the above limitation. Therefore, the audio signal of 22.05 KHz or higher is not present in the second signal. Therefore, if the third signal which is a signal that increases the sampling rate and the bit rate of the second signal in the first signal is subtracted, the audio signal of 22.05 KHz in the first signal is obtained as an error at 22.05 KHz or more.
오차삽입부(250)는 오차 산출부(240)에서 계산된 오차 데이터를 인코딩하여 제2 신호에 삽입한다. 이때, 오차삽입부(250)는 오디오 신호의 에너지 레벨에 기초하여, 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 계산된 오차 데이터를 삽입한다. The
이때, 인코딩은 MP3, MPEG, SBR(Spectral Band Replication)과 같은 방법을 이용할 수 있다. At this time, the encoding method can be MP3, MPEG, SBR (Spectral Band Replication).
이와 같이 에너지 레벨이 기초하여 소정의 비트에 계산된 오차 데이터를 삽입하는 이유는, 이와 같은 오차 데이터를 삽입하면서도 오디오 신호에 잡음이 발생하지 않게 하기 위함이다. The reason for inserting the error data calculated on a predetermined bit based on the energy level is to prevent noise from being generated in the audio signal while inserting such error data.
즉, 입력되는 오디오 신호의 에너지 레벨이 소정의 크기 이상인 경우에는 오디오 샘플의 복수개의 최하위 비트(least significant bit:LSB)에 데이터를 삽입하더라도, 이로 인한 잡음은 원래의 오디오 신호에 의하여 들리지 않게 되는데, 이와 같은 특성을 이용하는 것이다. That is, when the energy level of the input audio signal is equal to or greater than the predetermined level, even if data is inserted into a plurality of least significant bits (LSBs) of the audio sample, the resulting noise is not heard by the original audio signal. It is to use this characteristic.
또한, 바람직하게는 오차삽입부(250)는 오차 데이터를 랜덤화하여 삽입할 수도 있다. In addition, the
도 3은 본 발명에 따른 에너지 레벨에 따른 데이터 삽입 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a method of inserting data according to an energy level according to the present invention.
도 3은 마스킹하는 음에 의해 마스킹이 이루어지는 동시-마스킹(simultaneous-masking), 마스킹하는 음의 전 후의 후방성 마스킹(pre-masking) 및 전향성 마스킹(post masking)을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 마스킹하는 음의 전 후에도 마스킹 효과, 즉 후방성 및 전향성 마스킹 효과가 나타나는데 이를 순시 마스킹 효과(temporal masking effect)라고 한다. FIG. 3 illustrates simultaneous-masking, in which masking is performed by masking notes, pre-masking before and after masking, and forward masking. As shown in FIG. 3, a masking effect, that is, a backwardness and an omnidirectional masking effect, appears before and after a masking sound, which is called a temporal masking effect.
여기에서, 동시-마스킹의 경우, 마스킹하는 음의 음압에 비례해서 마스킹 효과는 크게 나타난다. 또한, 순시 마스킹 효과는 마스킹하는 음과의 시간차가 짧을수록 크게 나타난다. 이하에서는 청취자가 음질 저하를 지각하지 못하는 범위내에서 오차 데이터를 오디오 신호에 삽입하기 위해 이와 같은 마스킹 효과를 이용한다.Here, in the case of simultaneous-masking, the masking effect appears in proportion to the negative pressure of the masking sound. In addition, the instantaneous masking effect becomes larger as the time difference from the masking sound becomes shorter. Hereinafter, such a masking effect is used to insert the error data into the audio signal within a range where the listener can not perceive degradation in sound quality.
본 발명에서는 에너지 레벨 계산을 위하여 오디오 신호를 소정의 블록으로 구분하며, 각각의 구분된 블록을 오디오 블록이라고 명명한다. 본 발명에서 상기와 같은 마스킹 효과를 이용하는 결과, 후술하는 바와 같이 현재 오디오 블록의 에너지가 낮은 레벨인 경우에도, 이전 오디오 블록 또는 이후 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 또는 높은 레벨인 경우에 오차 데이터를 삽입할 수 있게 된다. In the present invention, an audio signal is divided into predetermined blocks for energy level calculation, and each divided block is called an audio block. As a result of using the masking effect as described above in the present invention, even when the energy level of the current audio block is low as described later, when the energy level of the previous audio block or the audio block thereafter is intermediate or high, .
도 4는 본 발명에 따른 오디오 신호에 삽입될 오차 데이터 패킷의 일실시예를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an embodiment of an error data packet to be inserted into an audio signal according to the present invention.
본 발명에서 오차 데이터는 오차 데이터 패킷의 형태로 삽입되는데, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 오차 데이터 패킷은 동기 워드(sync word), 기간 정보(duration information), 비트 롭 패턴 정보(bit robbing pattern information) 및 오차 데이터를 포함한다. 4, an error data packet according to the present invention includes a sync word, duration information, bit robbing information, and the like. pattern information and error data.
시작 동기 워드(start synchronization word)는 오차 데이터 패킷의 시작을 나타낸다. 본 실시예에서 시작 동기 워드는 16 비트를 사용한다. 16 비트는 시작 코드(start code)로서 충분한 길이이며, 오검출(false detection)의 확률은 매우 낮다. 본 실시예에서는 동기 워드는 에너지 레벨을 고려하지 않고, PCM 샘플의 최하위 비트를 사용하여 삽입된다.The start synchronization word indicates the start of the error data packet. In this embodiment, the start sync word uses 16 bits. The 16 bits are of sufficient length as a start code and the probability of false detection is very low. In the present embodiment, the synchronization word is inserted using the least significant bit of the PCM sample without regard to the energy level.
기간 정보는 오차 데이터를 삽입하기 위해 사용되는 PCM 샘플의 수를 나타낸다. 이때, 기간 정보는 동기 워드 다음의 16 비트를 사용하며, PCM 샘플의 최하위 비트를 사용하여 삽입된다. 기간 정보에 오차 데이터가 삽입되는 PCM 샘플의 수에 대한 정보를 포함하는 것은 에너지 레벨이 중간 레벨 또는 높은 레벨인 경우에도, 삽입하고자 하는 오차 데이터가 이미 삽입된 경우, 그 이후의 PCM 샘플들에 대해서는 비트-롭을 수행하지 않았다는 것을 나타내기 위해서이다. The duration information indicates the number of PCM samples used to insert the error data. At this time, the period information uses 16 bits following the sync word and is inserted using the least significant bit of the PCM sample. The information including the information on the number of PCM samples into which the error data is inserted in the period information is such that even if the energy level is at an intermediate level or a high level, if the error data to be inserted is already inserted, To indicate that the bit-rob was not performed.
오차 데이터는 현재 오디오 블록, 이전 오디오 블록 및 이후 오디오 블록의 에너지 레벨에 기초하여 PCM 샘플들에 적응적으로 삽입된다.The error data is adaptively inserted into the PCM samples based on the energy levels of the current audio block, the previous audio block, and the subsequent audio block.
예를 들어, i) 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 레벨인 경우, 오차 데이터는 매 PCM 샘플의 하나의 최하위 비트를 사용하여 삽입된다. For example: i) if the energy level of the current audio block is at an intermediate level, the error data is inserted using one least significant bit of every PCM sample.
ii) 또한, 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 높은 레벨인 경우, 오차 데이터는 매 PCM 샘플의 복수개의 최하위 비트(multiple bit)를 사용하여 삽입된다. ii) Also, if the energy level of the current audio block is at a high level, the error data is inserted using a plurality of least significant bits of every PCM sample.
iii) 또한, 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 낮은 레벨이고, 이전 오디오 블록 또는 이후 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 또는 높은 레벨인 경우, 오차 데이터는 소정의 PCM 샘플의 간격으로 PCM 샘플의 최하위 비트를 사용하여 삽입된다. 예컨대, 5개의 PCM 샘플 간격으로 PCM 샘플의 최하위 비트를 사용하여 오차 데이터가 삽입될 수 있다. iii) Furthermore, if the energy level of the current audio block is at a low level and the energy level of the previous or subsequent audio block is medium or high level, then the error data uses the least significant bits of the PCM samples at intervals of predetermined PCM samples . For example, error data can be inserted using the least significant bits of the PCM samples at five PCM sample intervals.
본 실시예에서, 현재 오디오 블록, 이전 오디오 블록, 및 이후 오디오 블록의 에너지 레벨에 따라 비트-롭 되는 비트의 수는 하나 또는 복수개의 비트로 구분되지만, 에너지 레벨에 따라 비트-롭 되는 비트의 수는 다른 패턴으로 결정될 수 있다.In this embodiment, the number of bits that are bit-worn according to the energy level of the current audio block, the previous audio block, and the following audio block is divided into one or a plurality of bits, but the number of bits that are bit- It can be determined in a different pattern.
도 5(a)(b)는 본 발명에 따라 오차 데이터의 삽입을 위하여 이용되는 비트 수의 패턴을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 5A and 5B are diagrams for explaining a pattern of the number of bits used for insertion of error data according to the present invention.
도 5(a)는 매 PCM 샘플 마다 하나 이상의 비트를 사용하여 오차 데이터를 삽입하는 것을 나타내며 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 레벨 또는 높은 레벨인 경우에는 이와 같은 패턴으로 오차 데이터가 삽입된다. FIG. 5A shows insertion of error data using one or more bits for every PCM sample. When the energy level of the current audio block is at a medium level or a high level, error data is inserted in such a pattern.
도 5(b)는 소정 수의 PCM 샘플 마다 하나의 최하위 비트를 사용하여 삽입하는 것을 나타내며 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 낮은 레벨이고, 이전 오디오 블록 또는 이후 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 또는 높은 레벨인 경우에 이와 같은 패턴으로 오차 데이터가 삽입된다. FIG. 5 (b) shows an insertion using a least significant bit for every predetermined number of PCM samples. When the energy level of the current audio block is low and the energy level of the previous audio block or the subsequent audio block is medium or high level Error data is inserted in this pattern.
비트 롭 패턴 정보는 PCM 샘플 중 오차 데이터 삽입을 위해 사용되는 비트의 수에 대한 정보를 포함한다. 선택적으로, 비트 롭 패턴 정보는 오차 데이터 삽입을 위해 사용되는 비트의 위치 정보, 예를 들어 오차 데이터가 5 개의 PCM 샘플 간격으로 삽입되는 것을 나타내기 위해 사용될 수 있다.The bit pattern information includes information on the number of bits used for error data insertion in the PCM samples. Optionally, the bit-rob pattern information may be used to indicate that the position information of the bits used for error data insertion, e. G. Error data, is inserted at five PCM sample intervals.
종료 동기 워드는 오차 데이터 패킷이 모두 삽입되었음을 나타낸다. 본 실시예에서는 종료 동기 워드의 길이는 16비트를 사용한다. The end sync word indicates that all error data packets have been inserted. In this embodiment, the length of the termination sync word is 16 bits.
도 6은 본 발명에 따른 오디오 신호의 음질 향상을 위한 데이터 삽입 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다. FIG. 6 is a flowchart illustrating a data insertion method for enhancing sound quality of an audio signal according to the present invention.
610 단계에서는, 오디오 신호를 정규화(nomalization)하여 제1 신호를 생성한다. In
620 단계에서는, 제1 신호에 대하여 다운 샘플링 및 양자화를 수행하여 제2 신호를 생성한다. In
630 단계에서는, 양자화된 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제3 신호를 생성한다. In
640 단계에서는, 제1 신호로부터 제3 신호를 차분하여 오차 데이터를 계산한다. In
650 단계에서는, 계산된 오차 데이터를 인코딩하여 제2 신호에 삽입한다.In
전술한 바와 같이, 이때 오차삽입부(250)는 오디오 신호의 에너지 레벨에 기초하여, 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 계산된 오차 데이터를 삽입하여 오디오 신호에 발생하는 잡음을 최소화하면서 오차 데이터를 삽입할 수 있다. As described above, at this time, the
도 7은 본 발명에 따른 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an apparatus for enhancing audio quality of an audio signal using embedded data according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 음질 향상 장치는 오차추출부(710), 제1신호생성부(720), 제2신호생성부(730) 및 신호결합부(740)를 포함한다.7, the sound quality enhancing apparatus according to the present invention includes an
오차추출부(710)는 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 삽입된 오차 데이터를 추출한다. The
오차추출부(710)의 동작을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 오차 추출부(710)는 오차 데이터가 랜덤화되어 삽입되어 있는 경우에는, 랜덤화되어 삽입된 데이터에 대하여 디스크램블링(descrambling)을 수행한 후에 시작 동기 워드를 추출한다. 다만, 오차 데이터가 랜덤화되어 삽입된 경우가 아니면 디스크램블링 과정은 생략될 수 있다. The operation of the
시작 동기 워드가 유효한 경우에는 오차 추출부(710)는 도 4에서 도시한 기간 정보, 비트 롭 패턴 정보를 추출한 후에, 그 추출된 기간 정보, 비트 롭 패턴 정보 및 오디오 신호의 에너지 레벨에 기초하여 오차 데이터를 추출한다. When the start synchronizing word is valid, the
예를 들어, i) 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 레벨인 경우, 오차 데이터는 매 PCM 샘플의 하나의 최하위 비트로부터 추출된다. For example: i) if the energy level of the current audio block is at an intermediate level, the error data is extracted from one least significant bit of every PCM sample.
ii) 또한, 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 높은 레벨인 경우, 오차 데이터는 매 PCM 샘플의 복수개의 최하위 비트(multiple bit)로부터 추출된다. ii) Also, if the energy level of the current audio block is at a high level, the error data is extracted from a plurality of multiple bits of every PCM sample.
iii) 마지막으로, 현재 오디오 블록의 에너지 레벨이 낮은 레벨이고, 이전 오디오 블록 또는 이후 오디오 블록의 에너지 레벨이 중간 또는 높은 레벨인 경우, 오차 데이터는 소정의 PCM 샘플의 간격으로 PCM 샘플의 최하위 비트로부터 추출된다. 예컨대, 5개의 PCM 샘플 간격으로 PCM 샘플의 최하위 비트로부터 오차 데이터가 추출될 수 있다. Finally, if the energy level of the current audio block is at a low level and the energy level of the previous or later audio block is at a medium or high level, then the error data is calculated from the least significant bits of the PCM samples at intervals of predetermined PCM samples And extracted. For example, error data can be extracted from the least significant bits of the PCM samples at five PCM sample intervals.
제1신호생성부(720)는 오차 추출부(710)로부터 추출된 오차 데이터를 디코딩한다. 이하에서는 추출된 오차 데이터를 디코딩한 신호를 제1 신호라고 명명한다. 이때, 제1 신호 생성부(720)는 오차 데이터가 인코딩된 방식에 대응되는 방식으로 디코딩을 수행하게 된다. 즉, 인코딩이 MP3, MPEG, SBR(Spectral Band Replication)과 같은 방법으로 이루어진 경우에는, 그에 대응되는 방식으로 디코딩을 수행하게 된다. The
제2신호생성부(730)는 오디오 신호에서 오차가 삽입된 비트 외의 비트에 기록되어 있는 오디오 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행한다. The
이와 같이 업샘플링 및 비트 쉬프팅이 수행된 오디오 신호에 대하여 이하에서는 제2 신호로 명명한다. The audio signal on which the upsampling and bit shifting are performed is hereinafter referred to as a second signal.
업샘플링부(732)는 오디오 신호에서 오차가 삽입된 비트 외의 비트에 기록되어 있는 오디오 신호의 샘플링 레이트를 높인다. The
비트 쉬프팅(734)는 샘플링 레이트가 높아진 오디오 신호의 비트 수를 높여준다. The bit shifting 734 increases the number of bits of the audio signal with a high sampling rate.
이와 같이, 샘플링 레이트와 비트 수를 높이는 이유는, 후술할 신호 결합부(740)에서 제1 신호와 제2 신호를 결합하게 되는데, 이때 결합을 위해서는 제1 신호와 제2 신호의 샘플링 레이트와 비트 수가 동일해야 하기 때문이다. The reason for increasing the sampling rate and the number of bits is that the first signal and the second signal are combined in the
예컨대, 제1 신호의 샘플링 레이트 및 비트 수가 각각 192KHz와 20비트이고, 제2 신호의 샘플링 레이트 및 비트 수가 44.1KHz와 16비트라면, 제2 신호의 샘플링 레이트 및 비트 수가 192KHz와 20비트가 되도록 맞춰주는 것이다.For example, if the sampling rate and the number of bits of the first signal are 192 KHz and 20 bits, respectively, and the sampling rate and the number of bits of the second signal are 44.1 KHz and 16 bits, Give.
신호 결합부(740)는 제1 신호와 제2 신호를 결합한다. The
보다 구체적으로는 신호 결합부(740)는 오디오 신호로부터 오차 데이터를 추출하여 디코딩한 신호(제1 신호)와 오차 데이터 이외의 오디오 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행한 신호(제2 신호)를 결합함으로써, 오디오 신호의 음질을 향상하게 된다. More specifically, the
도 8은 본 발명에 따른 삽입된 데이터를 이용한 오디오 신호의 음질 향상 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다. FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of improving sound quality of an audio signal using embedded data according to the present invention.
810 단계에서는, 오디오 신호 샘플의 소정의 비트에 삽입된 오차 데이터를 추출한다. In
820 단계에서는, 추출한 오차 데이터를 디코딩하여 제1 신호를 생성한다.In
830 단계에서는, 오차 데이터가 삽입된 소정의 비트 외의 비트의 오디오 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제2 신호를 생성한다. In
840 단계에서는, 제1 신호와 제2 신호를 결합한다. In
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. The above-described embodiments of the present invention can be embodied in a general-purpose digital computer that can be embodied as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium.
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. The computer readable recording medium may be a magnetic storage medium such as a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc., an optical reading medium such as a CD-ROM or a DVD and a carrier wave such as the Internet Lt; / RTI > transmission).
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. The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
본 발명은 오디오 신호를 정규화(nomalization)하여 제1 신호를 생성하고, 제1 신호에 대하여 다운 샘플링 및 양자화를 수행하여 제2 신호를 생성하며, 양자화된 신호에 대하여 업 샘플링 및 비트 쉬프팅을 수행하여 제3 신호를 생성한 후,제1 신호로부터 제3 신호를 차분하여 오차를 계산하고, 계산된 오차를 인코딩하여 제2 신호에 삽입함으로써, 오디오 신호에 발생하는 잡음을 최소화하면서 오디오 신호의 음질을 효과적으로 향상시키는 효과가 있다. The present invention includes a method for generating a first signal by normalizing an audio signal, downsampling and quantizing the first signal to generate a second signal, performing up-sampling and bit-shifting on the quantized signal After generating the third signal, the error is calculated by calculating the error by subtracting the third signal from the first signal, and the calculated error is encoded and inserted into the second signal to minimize the noise generated in the audio signal, There is an effect of improving effectively.
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