KR101761820B1 - Apparatus and method for determining weighting function for lpc coefficients quantization - Google Patents

Apparatus and method for determining weighting function for lpc coefficients quantization Download PDF

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Abstract

LPC 계수 양자화를 위한 가중치 함수 결정 장치 및 방법이 개시된다. 가중치 함수 결정 장치는 입력 신호의 LPC 계수를 ISF 계수 또는 LSF 계수 중 어느 하나로 변환하고, 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 이용하여 ISF 계수 또는 LSF 계수의 중요도와 관련된 가중치 함수를 결정할 수 있다. An apparatus and method for determining a weight function for LPC coefficient quantization are disclosed. The weight function determining apparatus may convert the LPC coefficient of the input signal into either the ISF coefficient or the LSF coefficient and use the transformed ISF coefficient or the LSF coefficient to determine a weight function related to the importance of the ISF coefficient or the LSF coefficient.

Description

ＬＰＣ 계수 양자화를 위한 가중치 함수 결정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING WEIGHTING FUNCTION FOR LPC COEFFICIENTS QUANTIZATION}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING WEIGHTING FUNCTION FOR LPC COEFFICIENTS QUANTIZATION [0002]

본 발명은 LPC 계수를 양자화하기 위한 가중치 함수를 결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for determining a weight function for quantizing LPC coefficients.

종래에, 음성 신호 및 오디오 신호를 부호화하기 위해 선형예측 부호화가 적용되었다. 선형 예측 부호화를 위해 CELP 부호화 기술이 사용되었는데, CELP 부호화 기술은 입력 신호에 대한 LPC 계수와 여기 신호를 필요로 한다. 입력 신호를 부호화할 때, LPC 계수는 양자화될 수 있다. 그러나, LPC 계수를 그 자체로 양자화하는 것은 다이내믹 레인지가 좁고 안정도 확인이 어려운 문제점이 있다.Conventionally, linear predictive coding has been applied to encode a speech signal and an audio signal. CELP coding techniques are used for linear predictive coding, and CELP coding techniques require LPC coefficients and excitation signals for the input signal. When coding the input signal, the LPC coefficients can be quantized. However, quantizing the LPC coefficient by itself has a problem that the dynamic range is narrow and stability is difficult to confirm.

또한, 복호화 단계에서 입력 신호를 복원하기 위한 코드북 인덱스를 선택해야 하는 데 모든 LPC 계수를 동일한 중요도로 하여 양자화하는 경우 최종 합성된 입력 신호의 품질의 열화가 발생할 수 있다. 즉, 모든 LPC 계수는 중요도가 다르므로, 중요한 LPC 계수의 에러가 작아야 최종 합성된 입력 신호의 품질이 향상될 수 있으나, 이러한 중요도가 다른 점을 고려하지 않고 동일한 중요도를 적용하여 양자화하면 입력 신호의 품질은 떨어질 수 밖에 없다.In addition, in the decoding step, a codebook index for restoring an input signal must be selected. If all LPC coefficients are quantized with the same importance, the quality of the final synthesized input signal may deteriorate. That is, since all the LPC coefficients have different significance, the quality of the final synthesized input signal can be improved only if the error of the important LPC coefficients is small. However, without considering the difference of importance, Quality is inevitable.

따라서, LPC 계수를 효율적으로 양자화하고, 복호화기를 통해 입력 신호를 복원할 때 합성 신호의 품질을 향상시키는 방법이 요구된다.Therefore, there is a need for a method for improving the quality of the composite signal when efficiently quantizing the LPC coefficients and restoring the input signal through the decoder.

해결하고자 하는 과제는 LPC 계수를 양자화하기 위한 가중치 함수를 결정하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for determining a weight function for quantizing an LPC coefficient.

본 발명의 일실시예에 따른 장치는 입력 신호의 선형 예측 부호화(Linear Prediction Coding: LPC) 계수를 선 스펙트럼 주파수(Line Spectral Frequency: LSF) 계수 또는 이미턴스 스펙트럼 주파수(Immitance Spectral Frequency: ISF) 계수 중 어느 하나로 변환하는 계수 변환부 및 상기 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 이용하여 상기 LPC 계수의 중요도와관련된 가중치 함수를 결정하는 가중치 함수 결정부를 포함할 수 있다.An apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a linear predictive coding (LPC) coefficient of an input signal in a linear spectral frequency (LSF) coefficient or an imitative spectral frequency (ISF) And a weight function determining unit that determines a weight function related to the importance of the LPC coefficient using the transformed ISF coefficient or the LSF coefficient.

본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수 결정부는 입력 신호의 스펙트럼 크기(magnitude)를 이용하여 상기 입력 신호의 스펙트럼 포락선(envelop)과 관련된 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다.The weight function determining unit according to an embodiment of the present invention may determine a weight function according to a magnitude related to a spectrum envelope of the input signal using a magnitude of an input signal.

본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수 결정부는 상기 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 정보를 이용하여 주파수별 가중치 함수를 결정하고, 상기 크기별 가중치 함수에 상기 주파수별 가중치 함수를 조합할 수 있다.The weight function determining unit according to an embodiment of the present invention may determine the weight function by frequency using the frequency information of the ISF coefficient or the LSF coefficient, and may combine the weight function with the frequency.

본 발명의 일실시예에 따른 장치는 상기 결정된 가중치 함수를 이용하여 상기 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 양자화하고, 상기 양자화된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 양자화된 LPC 계수로 변환하는 양자화부를 더 포함할 수 있다.The apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a quantization unit that quantizes the transformed ISF coefficient or the LSF coefficient using the determined weight function and transforms the quantized ISF coefficient or the LSF coefficient into a quantized LPC coefficient .

본 발명의 일실시예에 따른 방법은 입력 신호의 선형 예측 부호화 계수를 선 스펙트럼 주파수 계수 또는 이미턴스 스펙트럼 주파수 계수 중 어느 하나로 변환하는 단계 및 상기 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 이용하여 상기 LPC 계수의 중요도와관련된 가중치 함수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.A method according to an embodiment of the present invention includes the steps of transforming a linear predictive coding coefficient of an input signal into a linear spectral frequency coefficient or an emittance spectrum frequency coefficient and using the transformed ISF coefficient or LSF coefficient, And determining a weight function associated with the significance.

본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수를 결정하는 단계는 입력 신호의 스펙트럼 크기(magnitude)를 이용하여 상기 입력 신호의 스펙트럼 포락선(envelop)과 관련된 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다.The determining of the weight function according to an exemplary embodiment of the present invention may determine a weight function according to a size related to a spectral envelope of the input signal using a spectrum magnitude of the input signal.

본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수를 결정하는 단계는 상기 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 정보를 이용하여 주파수별 가중치 함수를 결정하고, 상기 크기별 가중치 함수에 상기 주파수별 가중치 함수를 조합할 수 있다.The step of determining a weight function according to an exemplary embodiment of the present invention may determine a weight function for each frequency using the frequency information of the ISF coefficient or the LSF coefficient and combine the weight function for each frequency with the weight function for each frequency .

본 발명의 일실시예에 따른 방법은 상기 결정된 가중치 함수를 이용하여 상기 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 양자화하는 단계; 및 상기 양자화된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 양자화된 LPC 계수로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method according to an embodiment of the present invention includes quantizing the transformed ISF coefficient or LSF coefficient using the determined weight function; And converting the quantized ISF coefficient or the LSF coefficient into a quantized LPC coefficient.

본 발명의 일실시예에 따르면, LPC 계수를 ISF 계수 또는 LSF 계수로 변환하여 양자화함으로써 LPC 계수의 양자화 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, quantization efficiency of LPC coefficients can be improved by converting LPC coefficients into ISF coefficients or LSF coefficients and quantizing them.

본 발명의 일실시예에 따르면, LPC 계수의 중요도와 관련된 가중치 함수를 결정함으로써 LPC 계수의 중요도에 따른 합성 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, quality of a synthesized signal according to importance of LPC coefficients can be improved by determining a weight function related to importance of LPC coefficients.

본 발명의 일실시예에 따르면, ISF 또는 LSF가 실제로 입력 신호의 스펙트럼 포락선에 영향을 미치는 것을 나타내는 크기별 가중치 함수뿐만 아니라, 주파수 도메인에서의 지각적인 특성과 포만트의 분포를 고려한 주파수별 가중치 함수를 조합함으로써, LPC 계수의 양자화 효율을 향상시킬 수 있고 LPC 계수에 대한 가중치 값이 정확하게 도출될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, not only a size weight function indicating that the ISF or the LSF actually affects the spectral envelope of the input signal, but also a frequency weight function considering the perceptual characteristics and the distribution of the formants in the frequency domain The quantization efficiency of the LPC coefficient can be improved and the weight value for the LPC coefficient can be accurately derived.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 신호 부호화 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LPC 계수 양자화부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LPC 계수를 양자화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수를 결정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부호화 모드, 입력 신호의 대역폭 정보를 이용하여 가중치 함수를 결정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 LPC 계수를 변환한 ISF를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 부호화 모드에 따른 가중치 함수를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an audio signal encoding apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an LPC coefficient quantization unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process of quantizing an LPC coefficient according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates a process of determining a weight function according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
5 is a diagram illustrating a process of determining a weight function using an encoding mode and an input signal bandwidth information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an ISF obtained by transforming an LPC coefficient according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
7 is a diagram illustrating a weight function according to an encoding mode according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 신호 부호화 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an audio signal encoding apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 신호 부호화 장치(100)는 전처리부(101), 스펙트럼 분석부(102), LPC 계수 추출부(103), 부호화모드 선택부(104), LPC 계수 양자화부(105), 부호화부(106), 에러 복원부(107) 및 비트스트림 생성부(108)를 포함할 수 있다. 이 때, 오디오 신호 부호화 장치(100)는 스피치(speech) 신호에도 적용될 수 있다.1, an apparatus 100 for encoding an audio signal according to an exemplary embodiment of the present invention includes a preprocessor 101, a spectrum analyzer 102, an LPC coefficient extractor 103, an encoding mode selector 104, An LPC coefficient quantization unit 105, an encoding unit 106, an error reconstruction unit 107, and a bitstream generation unit 108. [ At this time, the audio signal encoding apparatus 100 may be applied to a speech signal.

전처리부(101)는 입력 신호를 전처리(pre-prcoessing)할 수 있다. 이를 통해, 입력 신호는 부호화를 위한 준비가 완료된다. 구체적으로, 전처리부(101)는 하이패스 필터(high pass filtering), 프리엠퍼시스(pre-amphasis) 및 샘플링(sampling) 변환 과정을 통해 입력 신호를 전처리할 수 있다.The preprocessing unit 101 may pre-prcess an input signal. Thus, the input signal is ready for encoding. Specifically, the preprocessor 101 may pre-process an input signal through a high pass filtering, a pre-amphasis, and a sampling conversion process.

스펙트럼 분석부(102)는 시간-주파수 맵핑(Time-to-Frequency) 과정을 통해 입력 신호에 대한 주파수 도메인의 특성을 분석할 수 있다. 그리고, 스펙트럼 분석부(102)는 음성 활동도 탐색(Voice Activity Detection) 과정을 통해 입력 신호가 활성 신호(active signal)인지 또는 묵음인지 결정할 수 있다. 또한, 스펙트럼 분석부(102)는 입력 신호에서 배경 잡음을 제거할 수 있다.The spectrum analyzer 102 may analyze a frequency domain characteristic of an input signal through a time-to-frequency mapping process. The spectrum analyzer 102 can determine whether the input signal is an active signal or silence through a voice activity detection process. Also, the spectrum analyzer 102 can remove background noise from the input signal.

LPC 계수 추출부(103)는 입력 신호의 선형 예측(Linear Prediction) 분석을 통해 선형 예측 부호화(LPC) 계수를 추출할 수 있다. 그리고, LPC 계수 추출부(103)는 오픈 루프(open-loop)을 통하여 입력 신호의 피치(pitch)를 분석할 수 있다. 이 때, 분석된 피치 정보는 적응적인 코드북(adaptive codebook) 탐색에 사용된다.The LPC coefficient extracting unit 103 may extract a LPC coefficient by analyzing a linear prediction of an input signal. The LPC coefficient extracting unit 103 can analyze the pitch of the input signal through an open-loop. At this time, the analyzed pitch information is used for searching an adaptive codebook.

부호화모드 선택부(104)는 피치 정보, 주파수 도메인의 분석정보 등을 이용하여 입력 신호의 부호화 모드(coding mode)를 선택할 수 있다. 일례로, 입력 신호는 generic mode, voiced mode, unvoiced mode, 또는 transition mode로 분류된 부호화 모드에 따라 부호화 될 수 있다.The encoding mode selection unit 104 can select a coding mode of an input signal using pitch information, analysis information of the frequency domain, and the like. For example, the input signal may be encoded according to a coding mode classified into a generic mode, a voiced mode, an unvoiced mode, or a transition mode.

LPC 계수 양자화부(105)는 LPC 계수 추출부(103)에서 추출된 LPC 계수를 양자화할 수 있다. LPC 계수 양자화부(105)에 대해서는 도 2 내지 도 5를 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
The LPC coefficient quantization unit 105 can quantize the LPC coefficient extracted by the LPC coefficient extraction unit 103. [ The LPC coefficient quantization unit 105 will be described in detail with reference to FIG. 2 through FIG.

*부호화부(106)는 선택된 부호화 모드에 따라 LPC 계수의 여기(excitation) 신호를 부호화 한다. LPC 계수의 Excitation 신호를 부호화하기 위한 대표적인 파라미터는 adaptive codebook index, adaptive codebook gain, fixed codebook index, fixed codebook gain 등이 있다. 이 때, 부호화부(106)는 LPC 계수의 여기 신호를 서브 프레임의 단위로 부호화할 수 있다.The encoding unit 106 encodes an excitation signal of the LPC coefficient according to the selected encoding mode. Representative parameters for encoding the excitation signal of the LPC coefficients include an adaptive codebook index, an adaptive codebook gain, a fixed codebook index, and a fixed codebook gain. At this time, the encoding unit 106 can encode the excitation signal of the LPC coefficient in units of subframes.

에러 복원부(107)는 입력 신호의 프레임에서 에러가 발생했을 때, 프레임을 복원하거나 은닉하여 전체적인 음질 향상을 위한 부가 정보(side information)를 추출할 수 있다.When an error occurs in a frame of an input signal, the error restoring unit 107 may recover or hide the frame and extract side information for improving overall sound quality.

비트스트림 생성부(108)는 부호화된 신호를 비트스트림으로 생성할 수 있다. 이 때, 비트스트림은 저장이나 전송의 목적으로 사용될 수 있다.The bitstream generator 108 may generate the encoded signal as a bitstream. At this time, the bitstream can be used for storage or transmission purposes.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LPC 계수 양자화부의 세부 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an LPC coefficient quantization unit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, LPC 계수 양자화부(105)는 계수 변환부(201), 가중치 함수 결정부(202) 및 양자화부(203)를 포함할 수 있다.2, the LPC coefficient quantization unit 105 may include a coefficient conversion unit 201, a weight function determination unit 202, and a quantization unit 203. [

계수 변환부(201)는 입력 신호의 선형 예측 분석을 통해 추출된 선형 예측 부호화(LPC) 계수를 변환할 수 있다. 일례로, 계수 변환부(201)는 LPC 계수를 선 스펙트럼 주파수(Line Spectral Frequency: LSF) 계수 또는 이미턴스 스펙트럼 주파수(Immitance Spectral Frequency: ISF) 계수 중 어느 하나의 포맷으로 변환할 수 있다. 이 때, ISF 계수나 LSF 계수는 LPC 계수를 보다 용이하게 양자화할 수 있는 포맷을 나타낸다.The coefficient conversion unit 201 may convert the LPC coefficients extracted through the linear prediction analysis of the input signal. For example, the coefficient conversion unit 201 may convert the LPC coefficient into a linear spectral frequency (LSF) coefficient or an Immitance Spectral Frequency (ISF) coefficient. At this time, the ISF coefficient or the LSF coefficient indicates a format in which the LPC coefficient can be quantized more easily.

가중치 함수 결정부(202)는 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 이용하여 상기 LPC 계수의 중요도와 관련된 가중치 함수를 결정할 수 있다. 일례로, 가중치 함수 결정부(202)는 크기별 가중치 함수와 주파수별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 그리고, 가중치 함수 결정부(202)는 주파수 대역, 부호화 모드 및 스펙트럼 분석 정보를 고려하여 가중치 함수를 결정할 수 있다. The weight function determining unit 202 may determine a weight function related to the importance of the LPC coefficient using the transformed ISF coefficient or the LSF coefficient. For example, the weight function determining unit 202 may determine a weight function for each size and a frequency function for each frequency. The weight function determining unit 202 may determine the weight function considering the frequency band, the encoding mode, and the spectrum analysis information.

일례로, 가중치 함수 결정부(202)는 부호화 모드 별로 최적의 가중치 함수를 도출할 수 있다. 그리고, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 주파수 대역에 따라 최적의 가중치 함수를 도출할 수 있다. 또한, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 주파수 분석 정보에 따라 최적의 가중치 함수를 도출할 수 있다. 이 때, 주파수 분석 정보는 스펙트럼 틸트 정보를 포함할 수 있다.For example, the weight function determining unit 202 may derive an optimum weight function for each encoding mode. The weight function determining unit 202 can derive an optimal weight function according to the frequency band of the input signal. In addition, the weight function determining unit 202 may derive an optimal weight function according to the frequency analysis information of the input signal. At this time, the frequency analysis information may include spectral tilt information.

가중치 함수 결정부(202)의 동작은 도 4 및 도 5에서 보다 구체적으로 설명된다.The operation of the weight function determining unit 202 will be described in more detail in FIGS. 4 and 5. FIG.

양자화부(203)는 결정된 가중치 함수를 이용하여 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 양자화할 수 있다. 그리고, 양자화부(203)는 양자화된 ISF 계수(QISF) 또는 양자화된 LSF 계수(QLSF)를 양자화된 LPC 계수(QLPC)로 변환할 수 있다. 양자화부(203)를 통해 도출된 양자화된 LPC 계수는 단순한 스펙트럼 정보를 나타내는 것이 아니라, 반영 계수(reflection coefficient)를 나타내므로 고정된 가중치 값이 사용될 수 있다. The quantization unit 203 may quantize the transformed ISF coefficient or the LSF coefficient using the determined weight function. Then, the quantization unit 203 can convert the quantized ISF coefficient (QISF) or the quantized LSF coefficient (QLSF) into the quantized LPC coefficient (QLPC). Since the quantized LPC coefficients derived through the quantization unit 203 do not represent simple spectral information but represent reflection coefficients, a fixed weight value can be used.

이하에서는, LPC 계수와 가중치 함수와의 관계를 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the relationship between the LPC coefficient and the weight function will be described in detail.

음성(speech) 및 오디오 신호를 시간 도메인에서 부호화할 때 사용가능한 기술 중 하나로 선형 예측 부호화(LPC)가 있다. 선형 예측 기술은 단구간 예측(short-term prediction)을 의미한다. 이 때, 선형 예측의 결과는 시간 도메인에서는 인접한 샘플 간의 상관도(correlation)로 나타내고, 주파수 도메인에서는 스펙트럼 포락선으로 나타낸다.One technique that can be used when coding speech and audio signals in the time domain is linear predictive coding (LPC). The linear prediction technique refers to short-term prediction. In this case, the result of the linear prediction is represented by a correlation between adjacent samples in the time domain, and is represented by a spectrum envelope in the frequency domain.

선형 예측 기술을 응용한 부호화 기술로 CELP(Code Excited linear Prediction) 기술이 있다. CELP 기술을 사용하는 음성 부호화 기술은 G.729, AMR, AMR-WB, EVRC 등이 있다. CELP 기술을 이용하여 음성 및 오디오 신호를 부호화하기 위해 LPC 계수와 여기 신호(Excitation Signal)이 필요하다. There is CELP (Code Excited Linear Prediction) technology as a coding technique applying linear prediction technology. Speech coding techniques using CELP technology include G.729, AMR, AMR-WB, and EVRC. LPC coefficients and excitation signals are required to encode speech and audio signals using CELP technology.

LPC 계수는 인접한 샘플 간의 상관도를 나타내며 스펙트럼 피크로 표현된다. 만약, LPC 계수의 차수가 16차인 경우, 최대 16개의 샘플 간의 상관도가 도출된다. LPC 계수의 차수는 입력 신호의 대역폭에 따라 결정되며, 보통 음성 신호의 특성에 따라 결정된다. 이 때, 음성 신호의 주요한 발성은 포먼트(formant)의 크기 및 위치에 따라 결정된다. 입력 신호의 포먼트를 표현하기 위해 협대역(NarrowBand: NB)인 300~3400Hz 구간의 입력 신호에 대해서는 10차의 LPC 계수가 사용될 수 있다. 그리고, 광대역(WideBand: WB)인 50~7000Hz 구간의 입력 신호에 대해서는 16~20차의 LPC 계수가 사용될 수 있다.The LPC coefficients represent the correlation between adjacent samples and are expressed as spectral peaks. If the order of the LPC coefficients is 16th order, a correlation between a maximum of 16 samples is derived. The order of the LPC coefficients is determined by the bandwidth of the input signal and is usually determined by the characteristics of the speech signal. At this time, the main speech of the speech signal is determined by the size and position of the formant. In order to express the formants of the input signal, a 10th order LPC coefficient can be used for an input signal of a narrowband (NB) range of 300 to 3400 Hz. For an input signal in a wideband (WB) range of 50 to 7000 Hz, 16 to 20th order LPC coefficients can be used.

도 6은 입력 신호를 FFT를 통해 주파수 도메인으로 변환했을 때의 스펙트럼 결과, 그리고 스펙트럼에서 도출된 LPC 계수 및 LPC 계수를 변환한 ISF를 도시하고 있다. 입력 신호에 FFT를 적용한 결과가 256개의 샘플인 경우, 16차 선형 예측을 수행하면 16개의 LPC 계수가 도출되고, 16개의 LPC 계수는 16개의 ISF 계수로 변환될 수 있다.FIG. 6 shows a spectrum result obtained by converting an input signal into a frequency domain by FFT, and an ISF obtained by converting an LPC coefficient and an LPC coefficient derived from the spectrum. When the result of applying the FFT to the input signal is 256 samples, 16 LPC coefficients can be derived and 16 LPC coefficients can be converted into 16 ISF coefficients by performing the 16th-order linear prediction.

하기 수학식 1은 합성 필터(H(z))를 나타내는 것으로, aj는 LPC 계수를 의미하고, p는 LPC 계수의 차수를 의미한다.Equation (1) represents a synthesis filter (H (z)), a j denotes an LPC coefficient, and p denotes a degree of an LPC coefficient.

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하기 수학식 2는 복호화기에서 합성된 합성 신호를 의미한다.Equation (2) denotes a synthesized signal synthesized by a decoder.

Figure 112016091555433-pat00002
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이 때,

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는 합성 신호를 의미하고,
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는 여기 신호를 의미한다. 그리고, N은 동일한 계수를 이용하는 부호화 프레임의 크기를 의미한다. 이 때, 여기 신호는 adaptive codebook과 fixed codebook의 합으로 결정될 수 있다. 복호화 장치에서는 복호화된 여기신호와 양자화된 LPC 계수를 이용하여 합성신호를 만든다.At this time,
Figure 112016091555433-pat00003
Quot; means a synthesized signal,
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Means an excitation signal. And N denotes the size of an encoded frame using the same coefficient. At this time, the excitation signal can be determined by the sum of the adaptive codebook and the fixed codebook. The decoding apparatus generates a synthesized signal using the decoded excitation signal and the quantized LPC coefficient.

LPC 계수는 스펙트럼 피크(spectrum peak)로 나타나는 스펙트럼의 포먼트 정보를 표현하여 전체 스펙트럼의 포락선(envelope)을 부호화하는 데 사용될 수 있다. 이 때, 부호화 장치는 LPC 계수의 양자화 효율을 높이기 위해 LPC 계수를 ISF 또는 LSF로 변환할 수 있다. The LPC coefficients can be used to encode the envelope of the entire spectrum by expressing the formant information of the spectrum appearing as a spectrum peak. At this time, the encoding apparatus can convert the LPC coefficient to ISF or LSF in order to increase the quantization efficiency of the LPC coefficient.

ISF는 간단한 안정도 확인을 통해 양자화에 의한 발산을 방지할 수 있다. 만약, 안정도에 문제가 발생하는 경우, 양자화된 ISF의 간격을 조절함으로써 안정도의 문제가 해결될 수 있다. 그리고, LSF는 ISF와 달리 마지막 계수가 반영 계수(reflection coeffiecient)인 점에서 차이가 있을 뿐 나머지 특성은 동일하다. 여기서, ISF 또는 LSF는 LPC 계수로부터 변환된 계수이므로, LPC 계수의 스펙트럼의 포만트 정보를 동일하게 유지하고 있다. ISF can prevent divergence by quantization through simple stability check. If there is a problem with stability, the problem of stability can be solved by adjusting the spacing of the quantized ISFs. And, unlike ISF, LSF differs from ISF in that the last coefficient is reflection coeffiecient, and the remaining characteristics are the same. Here, since ISF or LSF is a coefficient transformed from the LPC coefficient, the formant information of the spectrum of the LPC coefficient is kept the same.

구체적으로, LPC 계수의 양자화는 LPC 계수를 다이내믹 레인지(dynamic range)가 좁으며, 안정도(stability) 확인이 쉽고 보간(interpolation)에 유리한 ISP나 LSP로 변환한 후 수행될 수 있다. immittance spectral pair (ISP)나 line spectral pair (LSP)는 ISF나 LSF로 표현될 수 있다. 하기 수학식 3은 ISF와 ISP와의 관계 또는 LSF와 LSP와의 관계를 의미한다.Specifically, the quantization of the LPC coefficients can be performed after converting the LPC coefficients into ISPs or LSPs having a narrow dynamic range, easy stability confirmation, and advantageous for interpolation. Immittance spectral pair (ISP) or line spectral pair (LSP) can be expressed as ISF or LSF. Equation (3) represents the relationship between the ISF and the ISP or the relationship between the LSF and the LSP.

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여기서 qi는 LSP 또는 ISP이며, ωi는 LSF 또는 ISF를 의미한다. LSF는 양자화 효율을 위해 벡터 양자화될 수 있다. 효육을 향상하기 위해, LSF는 예측 벡터 양자화될 수 있다. 벡터 양자화를 수행하는 경우, dimension이 높아지면 비트 효율이 향상되나, 코드북 크기가 커져 처리 속도가 줄어들 수 있다. 이를 위해, 멀티 스테이지 벡터 양자화(multi-stage Vector Quantization)를 하거나 스플릿 벡터 양자화(split Vector Quantizaton)를 통해 코드북의 크기가 감소할 수 있다. Where q i is the LSP or ISP and ω i is the LSF or ISF. LSF can be vector quantized for quantization efficiency. In order to improve the yield, the LSF can be predicted vector quantized. When vector quantization is performed, the higher the dimension, the better the bit efficiency, but the larger the codebook size, the lower the processing speed. For this purpose, the size of the codebook may be reduced through multi-stage vector quantization or split vector quantization.

벡터 양자화는 벡터 내의 엔트리(entry)들 모두 동일한 중요도라고 간주하여 squared error distance measure를 이용하여 가장 적은 에러를 갖는 코드북 인덱스를 선택하는 과정을 의미한다. 그러나, LPC 계수에 있어, 모든 계수의 중요도가 다르므로 중요한 계수의 에러를 감소시켜 최종 합성된 신호의 지각적인 품질(perceptual quality)이 향상될 수 있다. 따라서, LSF 계수를 양자화 할 때 복호화 장치는 각 LPC 계수의 중요도를 표현하는 가중치 함수(weighting function)를 squared error distance measure에 적용하여 최적의 코드북 인덱스를 선택함으로써, 합성 신호의 성능을 향상시킬 수 있다.The vector quantization means that all the entries in the vector are considered to have the same importance, and the codebook index having the least error is selected using the squared error distance measure. However, since the importance of all the coefficients is different in the LPC coefficients, the error of important coefficients can be reduced and the perceptual quality of the final synthesized signal can be improved. Therefore, when quantizing the LSF coefficient, the decoding apparatus can improve the performance of the synthesized signal by selecting an optimum codebook index by applying a weighting function representing the importance of each LPC coefficient to the squared error distance measure .

본 발명의 일실시예에 따르면, ISF나 LSF의 주파수 정보와 실제 스펙트럼 크기를 이용하여 각 ISF 또는 LSF가 실제로 스펙트럼 포락선에 어떠한 영향을 주는지에 대한 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 주파수 도메인의 지각적인 특성 및 포만트의 분포를 고려한 주파수별 가중치 함수를 크기별 가중치 함수와 조합하여 추가적인 양자화 효율을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 주파수 도메인의 크기를 사용하므로, 전체 주파수의 포락선 정보가 잘 반영되고, 각 ISF 또는 LSF 계수의 가중치 값을 정확하게 도출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the weighting function of each ISF or LSF actually affects the spectrum envelope using the frequency information and the actual spectrum size of the ISF or the LSF can be determined. According to an embodiment of the present invention, additional quantization efficiency can be obtained by combining frequency-specific weight functions that take into account perceptual characteristics of the frequency domain and distribution of formants with a weight function of each size. Also, according to the embodiment of the present invention, since the actual frequency domain size is used, the envelope information of the entire frequency is well reflected, and the weight value of each ISF or LSF coefficient can be derived accurately.

결국, 본 발명의 일실시예에 따르면, LPC 계수를 변환한 ISF 또는 LSF를 벡터 양자화할 때 각 계수의 중요도가 다른 경우 벡터 내에서 어떠한 엔트리가 상대적으로 더 중요한지 여부를 나타내는 가중치 함수를 결정할 수 있다. 그리고, 부호화하려는 프레임의 스펙트럼을 분석하여 에너지가 큰 부분에 더 많은 가중치를 줄 수 있는 가중치 함수를 결정함으로써 부호화의 정확도를 향상시킬 수있다. 스펙트럼의 에너지가 크다는 것은 시간 도메인에서 상관도가 높다는 것을 의미한다.As a result, according to an embodiment of the present invention, when vector quantizing the ISF or LSF transforming the LPC coefficients, it is possible to determine a weight function indicating whether any entries in the vector are relatively more important when the importance of each coefficient is different . By analyzing the spectrum of a frame to be encoded and determining a weighting function capable of giving more weight to a portion having a large energy, the accuracy of encoding can be improved. The large energy of the spectrum means that the correlation is high in the time domain.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LPC 계수를 양자화하는 과정을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a process of quantizing an LPC coefficient according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 2가지 형태의 LPC 계수를 양자화하는 과정이 도시된다. 도 3의 <A>는 입력 신호의 변동성이 큰 경우에 적용되고, 도 3의 <B>는 입력 신호의 변동성이 작은 경우에 적용될 수 있다. 입력 신호의 특성에 따라 도 3의 <A>와 <B>는 스위칭되어 적용될 수 있다.Referring to FIG. 3, a process of quantizing two types of LPC coefficients is shown. &Lt; A > in Fig. 3 is applied when the variability of the input signal is large, and < B > in Fig. 3 can be applied when the variability of the input signal is small. The < A > and < B > in Fig. 3 can be switched and applied depending on the characteristics of the input signal.

LPC 계수 양자화부(301)는 SQ (Scalar Quantization), VQ(Vector Quantization), SVQ(Split-Vector Quantization), MSVQ(Multi-stage Vector Quantization)를 통해 ISF를 양자화할 수 있다. LSF도 동일하게 적용될 수 있다.The LPC coefficient quantization unit 301 can quantize the ISF through Scalar Quantization (SQ), Vector Quantization (VQ), Split-Vector Quantization (SVQ), and Multi-Stage Vector Quantization (MSVQ). The same applies to LSF.

예측부(302)는 AR(Auto Regressive) 예측이나 MA(Moving Average) 예측을 수행할 수 있다. 이 때, 예측 차수는 1이상의 정수를 의미한다.The predicting unit 302 may perform AR (Auto Regressive) prediction or MA (Moving Average) prediction. In this case, the prediction order means an integer of 1 or more.

하기 수학식 4는 도 3의 <A>를 통해 양자화된 ISF를 통해 코드북 인덱스를 탐색하기 위한 에러 함수를 의미한다. 그리고, 하기 수학식 5는 도 3의 <B>를 통해 양자화된 ISF를 통해 코드북 인덱스를 탐색하기 위한 에러 함수를 의미한다. 코드북 인덱스는 에러 함수를 최소화하는 값을 의미한다.Equation (4) represents an error function for searching a codebook index through quantized ISF through < A > in FIG. Equation (5) represents an error function for searching a codebook index through the quantized ISF through < B > in FIG. The codebook index means a value minimizing the error function.

Figure 112016091555433-pat00006
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Figure 112016091555433-pat00007
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여기서, w(n)는 가중치 함수를 의미하고, z(n)은 도 3에서 ISF(n)에서 mean 값을 제거한 벡터이다. c(n)은 코드북을 나타낸다. p는 ISF 계수의 차수를 의미하며 NB(NarrowBand)에서는 보통 10, WB(WideBand)에서는 보통 16~20을 사용한다. Here, w (n) denotes a weight function, and z (n) is a vector obtained by removing the mean value from ISF (n) in FIG. c (n) denotes a codebook. p is the order of the ISF coefficients, and is usually 10 for NB (NarrowBand) and 16 ~ 20 for WB (WideBand).

본 발명의 일실시예에 따르면, 부호화 장치는 LPC 계수로부터 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수에 해당하는 스펙트럼 크기(Spectrum magnitude)를 이용한 크기별 가중치 함수와 입력 신호의 지각적인 특성 및 포먼트 분포를 고려한 주파수별 가중치 함수를 조합하여 최적의 가중치 함수를 결정할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the encoding apparatus calculates a weight function by size using a spectrum magnitude corresponding to the frequency of an ISF coefficient or an LSF coefficient transformed from an LPC coefficient, a perceptual characteristic and a formant distribution of an input signal The optimum weight function can be determined by combining the frequency-dependent weighting functions considered.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수를 결정하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 4 illustrates a process of determining a weight function according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 4를 참고하면, 스펙트럼 분석부(102)의 세부 구성이 도시된다. 스펙트럼 분석부(102)는 윈도우 처리부(401), 주파수 맵핑부(402) 및 크기 계산부(403)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the detailed configuration of the spectrum analyzer 102 is shown. The spectrum analyzing unit 102 may include a window processing unit 401, a frequency mapping unit 402, and a size calculating unit 403.

윈도우 처리부(401)는 입력 신호에 윈도우를 적용할 수 있다. 윈도우는 rectangular window, hamming window, sine window 등이 사용될 수 있다.The window processing unit 401 can apply a window to the input signal. The window can be a rectangular window, a hamming window, or a sine window.

주파수 맵핑부(402)는 시간 도메인의 입력 신호를 주파수 도메인의 입력 신호로 매핑시킬 수 있다. 일례로, 주파수 맵핑부(40)는 FFT(Fast Fourier Transform), MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)를 통해 입력 신호를 주파수 변환할 수 있다.The frequency mapping unit 402 may map an input signal of the time domain to an input signal of the frequency domain. For example, the frequency mapping unit 40 may frequency-convert an input signal through a Fast Fourier Transform (FFT) or a Modified Discrete Cosine Transform (MDCT).

크기 계산부(403)는 주파수 변환된 입력 신호에 대해 주파수 스펙트럼 빈의 크기(magnitude)를 계산할 수 있다. 주파수 스펙트럼 빈의 개수는 가중치 함수 결정부(202)가 ISF 또는 LSF를 정규화기 위한 개수와 동일하다.The size calculator 403 may calculate the magnitude of the frequency spectrum bin for the frequency-converted input signal. The number of frequency spectrum bins is equal to the number of weight function determining unit 202 for the ISF or LSF normalizer.

스펙트럼 분석부(102)의 수행 결과로 스펙트럼 분석 정보가 가중치 함수 결정부(202)에 입력될 수 있다. 이 때, 스펙트럼 분석 정보는 스펙트럼 틸트를 포함할 수 있다.Spectrum analysis information may be input to the weight function determination unit 202 as a result of performing the spectrum analysis unit 102. [ At this time, the spectrum analysis information may include a spectral tilt.

이 후, 가중치 함수 결정부(202)는 LPC 계수가 변환된 ISF 또는 LSF를 정규화할 수 있다. 본 과정에서 ISF 계수의 마지막 계수는 반영 계수(reflection coefficient)이므로 동일한 weight가 적용될 수 있다. LSF는 이러한 방식이 적용되지 않는다. p차수의 ISF 중에서 실제로 본 과정이 적용되는 범위는 0~(p-2)까지 이다. 보통 0~(p-2)까지의 ISF는 0~π에 존재한다. 가중치 함수 결정부(202)는 스펙트럼 분석 정보를 이용하기 위해서 주파수 맵핑부(402)를 통해 도출된 주파수 스펙트럼 빈의 개수와 동일한 개수(K)로 정규화를 수행할 수 있다.Thereafter, the weight function determining unit 202 may normalize the ISF or LSF in which the LPC coefficients are transformed. In this process, the last coefficient of the ISF coefficient is the reflection coefficient, so that the same weight can be applied. LSF does not apply this method. The range of the p-order ISF actually applied is 0 to (p-2). Usually ISFs from 0 to (p-2) are in the range of 0 to π. The weighting function determining unit 202 may perform normalization to the number K equal to the number of frequency spectrum bins derived through the frequency mapping unit 402 in order to use the spectrum analysis information.

그런 후, 가중치 함수 결정부(202)는 스펙트럼 분석 정보를 이용하여 ISF 계수또는 LSF 계수가 스펙트럼 포락선에 영향을 미치는 크기별 가중치 함수(W1(n))를 결정할 수 있다. 일례로, 가중치 함수 결정부(202)는 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 정보와 입력 신호의 실제 스펙트럼 크기를 이용하여 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 이 때, 크기별 가중치 함수는 LPC 계수로부터 변환된 ISF 계수 또는 LSF 계수를 위해 결정될 수 있다.Then, the weight function determining unit 202 can determine the size weight function W 1 (n) by which the ISF coefficient or the LSF coefficient affects the spectral envelope using the spectrum analysis information. For example, the weight function determining unit 202 may determine the weight function by size using the frequency information of the ISF coefficient or the LSF coefficient and the actual spectrum size of the input signal. At this time, the weighting function of size can be determined for the ISF coefficient or the LSF coefficient transformed from the LPC coefficient.

그리고, 가중치 함수 결정부(202)는 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 각각에 대응하는 스펙트럼 빈의 크기를 이용하여 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다. Then, the weight function determining unit 202 can determine the weight function for each size using the size of the spectrum bin corresponding to each frequency of the ISF coefficient or the LSF coefficient.

또는, 가중치 함수 결정부(202)는 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 각각에 대응하는 스펙트럼 빈 및 스펙트럼 빈의 주변에 위치한 적어도 하나의 주변 스펙트럼 빈의 크기를 이용하여 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 이 때, 가중치 함수 결정부(202)는 스펙트럼 빈 및 적어도 하나의 주변 스펙트럼 빈의 대표값을 추출하여 스펙트럼 포락선과 관련된 크기별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 이 때, 대표값의 예는 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 각각에 대응하는 스펙트럼 빈 및 상기 스펙트럼 빈에 대한 적어도 하나의 주변 스펙트럼 빈들의 최대값, 평균값 또는 중간값일 수 있다.Alternatively, the weight function determining unit 202 may determine the size weight function by using a size of at least one surrounding spectrum bean located around the spectrum bin and the spectrum bin corresponding to the frequency of the ISF coefficient or the LSF coefficient, respectively. At this time, the weight function determining unit 202 may extract a representative value of the spectral bin and the at least one neighboring spectral bin to determine a weight function according to the size related to the spectral envelope. Here, an example of the representative value may be a maximum value, an average value, or a middle value of a spectrum bin corresponding to each frequency of the ISF coefficient or LSF coefficient and at least one surrounding spectrum bins for the spectrum bin.

일례로, 가중치 함수 결정부(202)는 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 정보를 이용하여 주파수별 가중치 함수(W2(n))를 결정할 수 있다. 구체적으로, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 지각적인 특성 및 포먼트 분포를 이용하여 주파수별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 이 때, 가중치 함수 결정부(202)는 바크 스케일(bark scale)에 따라 입력 신호의 지각적인 특성을 추출할 수 있다. 그리고, 가중치 함수 결정부(202)는 포먼트의 분포 중 첫번째 포먼트에 기초하여 주파수별 가중치 함수를 결정할 수 있다.For example, the weight function determining unit 202 may determine the frequency weight function W 2 (n) using the frequency information of the ISF coefficient or the LSF coefficient. Specifically, the weight function determining unit 202 may determine the weight function by frequency using the perceptual characteristics of the input signal and the formant distribution. At this time, the weight function determining unit 202 can extract the perceptual characteristics of the input signal according to the bark scale. Then, the weight function determining unit 202 can determine a frequency-specific weight function based on the first formant of the distribution of the formants.

일례로, 주파수별 가중치 함수의 경우, 초저주파 및 고주파에서 상대적으로 낮은 가중치를 나타내고, 저주파에서 일정 주파수 구간 내(first formant에 해당하는 구간)에서 동일한 크기의 가중치를 나타낼 수 있다.For example, a frequency weighting function may represent a relatively low weight at a very low frequency and a high frequency, and may represent a weight at a low frequency at a certain frequency interval (a section corresponding to a first formant).

그런 후, 가중치 함수 결정부(202)는 크기별 가중치 함수와 주파수별 가중치 함수를 조합하여 최종적인 가중치 함수를 결정할 수 있다. 이 때, 가중치 함수 결정부(202)는 크기별 가중치 함수와 주파수별 가중치 함수를 곱하거나 또는 더하여 최종적인 가중치 함수를 결정할 수 있다.Then, the weight function determining unit 202 can determine the final weight function by combining the weight function of each size and the frequency function of each frequency. At this time, the weight function determining unit 202 may multiply the weight function by frequency and the weight function by frequency, or may add the result to determine a final weight function.

또 다른 일례로, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 부호화 모드 및 주파수 대역 정보를 고려하여 크기별 가중치 함수와 주파수별 가중치 함수를 결정할 수 있다. 이에 대해서는 도 5에서 구체적으로 설명하기로 한다.As another example, the weight function determining unit 202 may determine a weight function according to size and a weight function according to frequency in consideration of an encoding mode and frequency band information of an input signal. This will be described in detail with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부호화 모드, 입력 신호의 대역폭 정보를 이용하여 가중치 함수를 결정하는 과정을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a process of determining a weight function using an encoding mode and an input signal bandwidth information according to an embodiment of the present invention.

가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 대역폭를 확인할 수 있다(S501). 그런 다음, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 대역폭이 광대역(WideBand: WB)인지 여부를 판단할 수 있다(S502). 이 때, 입력 신호의 대역폭이 광대역이 아닌 경우, 가중치 함수를 결정하는 과정이 수행되지 않는다. The weighting function determining unit 202 can check the bandwidth of the input signal (S501). Then, the weight function determining unit 202 can determine whether the bandwidth of the input signal is a wide band (WB) (S502). At this time, when the bandwidth of the input signal is not wide, the process of determining the weight function is not performed.

그리고, 입력 신호의 대역폭이 광대역인 경우, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 부호화 모드를 확인할 수 있다(S503). 그런 다음, 가중치 함수 결정부(202)는 입력 신호의 부호화 모드가 무성음 모드(Unvoiced)인지 여부를 판단할 수 있다(S504). 입력 신호의 부호화 모드가 무성음 모드인 경우, 가중치 함수 결정부(202)는 무성음 모드에 대해 크기별 가중치 함수를 결정하고(S505), 무성음 모드에 대해 주파수별 가중치 함수를 결정하여(S506), 크기별 가중치 함수와 주파수별 가중치 함수를 조합할 수 있다(S507).When the bandwidth of the input signal is wide, the weight function determining unit 202 can check the encoding mode of the input signal (S503). Then, the weight function determining unit 202 can determine whether the encoding mode of the input signal is unvoiced (S504). When the encoding mode of the input signal is the unvoiced sound mode, the weight function determining unit 202 determines a weighting function for each unvoiced sound mode (S505), determines a weighting function for each unvoiced sound mode (S506) Function and a frequency-specific weighting function can be combined (S507).

반대로, 입력 신호의 부호화 모드가 무성음 모드가 아닌 경우, 가중치 함수 결정부(202)는 유성음 모드에 대해 크기별 가중치 함수를 결정하고(S508), 유성음 모드에 대해 주파수별 가중치 함수를 결정하여(S509), 크기별 가중치 함수와 주파수별 가중치 함수를 조합할 수 있다(S510). 만약, 입력 신호의 부호화 모드가 Generic Mode 또는 Transition Mode인 경우, 가중치 함수 결정부(202)는 유성음 모드와 동일한 과정을 통해 가중치 함수를 결정할 수 있다.On the contrary, when the coding mode of the input signal is not the unvoiced sound mode, the weighting function determining unit 202 determines a weighting function for each voiced sound mode (S508), determines a weighting function for each voiced sound mode (S509) , A weighting function for each size and a weighting function for each frequency can be combined (S510). If the encoding mode of the input signal is Generic Mode or Transition Mode, the weight function determining unit 202 can determine the weight function through the same process as the voiced sound mode.

일례로, 입력 신호를 FFT 방식에 따라 주파수 변환하였을 때, FFT 계수의 스펙트럼 크기를 이용한 크기별 가중치 함수는 수학식 6에 따라 결정될 수 있다.For example, when the input signal is frequency-converted according to the FFT method, the weight function according to the size using the spectrum size of the FFT coefficient may be determined according to Equation (6).

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Figure 112016091555433-pat00008

부호화 모드에 따라 결정된 주파수별 가중치 함수는 도 7에 도시되어 있다. 그래프(701)는 유성음 모드에서의 주파수별 가중치 함수를 나타낸다. 그리고, 그래프(702)는 무성음 모드에서의 주파수별 가중치 함수를 나타낸다.The frequency-specific weight function determined according to the encoding mode is shown in Fig. The graph 701 shows the frequency-specific weight function in the voiced mode. And, the graph 702 shows a frequency-specific weight function in the unvoiced mode.

일례로, 그래프(701)는 하기 수학식 7에 따라 결정되고, 그래프(702)는 하기 수학식 8에 따라 결정될 수 있다. 수학식 7 및 수학식 8에서의 상수는 입력 신호의 특성에 따라 변경될 수 있다.For example, the graph 701 may be determined according to the following equation (7), and the graph 702 may be determined according to the following equation (8). The constants in Equations (7) and (8) can be changed according to the characteristics of the input signal.

Figure 112016091555433-pat00009
Figure 112016091555433-pat00009

Figure 112016091555433-pat00010
Figure 112016091555433-pat00010

최종적으로 도출되는 가중치 함수는 하기 수학식 9에 따라 결정될 수 있다.The finally derived weight function can be determined according to the following equation (9).

Figure 112016091555433-pat00011
Figure 112016091555433-pat00011

또한 본 발명의 일실시예에 따른 가중치 함수 결정 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method of determining a weight function according to an exemplary embodiment of the present invention includes a computer readable medium including program instructions for performing various computer-implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The media may be program instructions that are specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상과 같이 본 발명의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. Various modifications and variations are possible in light of the above teachings. Accordingly, it is to be understood that one embodiment of the present invention should be understood only by the appended claims, and all equivalent or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

100: 오디오 신호 부호화 장치 101: 전처리부
102: 스펙트럼 분석부 103: LPC 계수 추출부
104: 부호화 모드 선택부 105: LPC 계수 양자화부
106: 부호화부 107: 에러 복원부
108: 비트스트림 생성부100: audio signal encoding apparatus 101: preprocessing unit
102: spectrum analyzing unit 103: LPC coefficient extracting unit
104: coding mode selection unit 105: LPC coefficient quantization unit
106: encoding unit 107: error recovery unit
108:

Claims (8)

적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는
입력 신호의 선형 예측 부호화(Linear Prediction Coding: LPC) 계수로부터 선 스펙트럼 주파수(Line Spectral Frequency: LSF) 계수 또는 이미턴스 스펙트럼 주파수(Immitance Spectral Frequency: ISF)를 얻고,
상기 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수에 대응하는 스펙트럼 빈(bin)의 크기(magnitude)에 근거하여 크기 가중치 함수를 결정하고,
상기 ISF 계수 또는 LSF 계수의 주파수 정보에 근거하여 주파수 가중치 함수를 결정하고,
상기 크기 가중치 함수와 상기 주파수 가중치 함수로부터 가중치 함수를 결정하고,
상기 결정된 가중치 함수에 근거하여 상기 ISF 계수 또는 LSF 계수를 양자화하고,
상기 스펙트럼 빈의 크기는 상기 입력 신호에 대한 푸리에 변환을 통하여 획득되는 양자화장치.Comprising at least one processor,
The at least one processor
A Line Spectral Frequency (LSF) coefficient or an Immitance Spectral Frequency (ISF) is obtained from a linear predictive coding (LPC) coefficient of an input signal,
Determining a magnitude weight function based on a magnitude of a spectrum bin corresponding to the frequency of the ISF coefficient or the LSF coefficient,
Determining a frequency weight function based on the frequency information of the ISF coefficient or the LSF coefficient,
Determining a weight function from the magnitude weight function and the frequency weight function,
Quantizes the ISF coefficient or LSF coefficient based on the determined weight function,
Wherein the size of the spectral bins is obtained through Fourier transform on the input signal. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 입력 신호의 스펙트럼 포락선에 기초하여 상기 크기 가중치 함수를 결정하는 양자화장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the at least one processor determines the magnitude weight function based on a spectral envelope of the input signal. 제1 항에 있어서, 상기 주파수 가중치 함수는 상기 입력 신호의 지각적인 모델에 근거하여 결정되는 양자화장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the frequency weighting function is determined based on a perceptual model of the input signal. 제3 항에 있어서, 상기 지각적인 모델은 바크 스케일에 근거하여 얻어지는 양자화장치.4. The quantization apparatus according to claim 3, wherein the perceptual model is obtained based on a Bark scale. 제1 항에 있어서, 상기 주파수 가중치 함수는 포먼트의 분포 중 첫번째 포먼트에 기초하여 결정되는 양자화장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the frequency weighting function is determined based on a first formant of a distribution of formants. 제1 항에 있어서, 상기 주파수 가중치 함수는 상기 입력 신호의 주파수 대역에 근거하여 얻어지는 양자화장치.2. The quantization apparatus according to claim 1, wherein the frequency weight function is obtained based on a frequency band of the input signal. 제1 항에 있어서, 상기 주파수 가중치 함수는 상기 입력 신호에 따른 부호화 모드에 기초하여 결정되는 양자화장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the frequency weighting function is determined based on an encoding mode according to the input signal. 제1 항에 있어서, 상기 크기 가중치 함수는 상기 스펙트럼 빈의 크기와 적어도 하나의 인접 스펙트럼 빈의 크기 중 최대값에 근거하여 결정되는 양자화장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the magnitude weight function is determined based on a magnitude of the spectral bin and a magnitude of at least one size of an adjacent spectral bin.
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