KR102148407B1 - 소스 필터를 이용한 주파수 스펙트럼 처리 장치 및 방법 - Google Patents

소스 필터를 이용한 주파수 스펙트럼 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

소스 필터를 이용한 주파수 스펙트럼 처리 장치 및 방법이 개시된다.
주파수 스펙트럼 처리 장치는 입력 신호에 따른 토널 여기 스펙트럼과 상기 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 이용하여 제1 여기 스펙트럼을 생성하는 제1 여기 스펙트럼 생성부; 입력 신호에 따른 비 토널 여기 스펙트럼과 상기 비 토널 여기 스펙트럼의 이득을 이용하여 제2 여기 스펙트럼을 생성하는 제2 여기 스펙트럼 생성부; 및 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼을 이용하여 출력 스펙트럼을 생성하는 출력 스펙트럼 생성부를 포함할 수 있다.

Description

소스 필터를 이용한 주파수 스펙트럼 처리 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROCESSING SPECTRUM USING SOURCE FILTER}
본 발명은 소스 필터를 이용한 주파수 스펙트럼 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선형 예측기와 토널 코드북 및 비-토널 코드북으로 이루어진 소스 필터로 MDCT 스펙트럼을 표현하여 주파수 스펙트럼을 부호화하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 음성 및 오디오 코덱에서 신호를 부호화하는 방법은 전체 신호 대역을 저대역과 고대역으로 분할하고, 저대역 신호에는 기존 파형 부호화 및 CELP 부호화를 적용하여 호환 비트스트림을 출력하며, 고대역 신호에는 변환 부호화를 채용하고 있었다.
그러나, 종래의 변환 부호화에 이용하는 MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)은 입력 신호 특성을 이용하여 MDCT 계수 자체를 직접 부호화하고 있으므로, 휴리스틱하고 복잡한 접근 방식을 사용하고 있었다.
따라서, 입력 신호 특성에 독립적이고 구조화된 주파수 스펙트럼 부호화 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 MDCT 스펙트럼을 선형 예측기와 토널 코드북 및 비-토널 코드북으로 이루어진 소스 필터 모델로 표현함으로써 스펙트럼 왜곡을 감소시키는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치는 입력 신호에 따른 토널 여기 스펙트럼과 상기 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 이용하여 제1 여기 스펙트럼을 생성하는 제1 여기 스펙트럼 생성부; 입력 신호에 따른 비 토널 여기 스펙트럼과 상기 비 토널 여기 스펙트럼의 이득을 이용하여 제2 여기 스펙트럼을 생성하는 제2 여기 스펙트럼 생성부; 및 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼을 이용하여 출력 스펙트럼을 생성하는 출력 스펙트럼 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치는 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 제1 스펙트럼으로 변환하는 제1 스펙트럼 변환부; 제1 스펙트럼을 선형 예측(LP: linear prediction) 분석하여 선형 예측 계수를 결정하는 선형 예측부; 입력 신호의 주기적 성분을 포함하는 토널 성분 및 상기 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 제2 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 토널 코드북을 검색하는 토널 코드북 검색부; 입력 신호의 비주기적 성분을 포함하는 비-토널 성분 및 상기 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 제3 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 제4 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 비-토널 코드북을 검색하는 비-토널 코드북 검색부; 및 상기 선형 예측 계수, 상기 토널 코드북, 및 상기 비-토널 코드북을 이용하여 부호화된 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 제1 스펙트럼 변환부는 입력 신호의 상위 대역을 포함하는 고대역 신호를 변환한 고대역 스펙트럼과 저대역 신호를 변환한 저대역 스펙트럼을 이용하여 생성된 제5 스펙트럼의 양자화된 이득(gain)을 출력하는 이득 출력부; 및 상기 양자화된 이득으로 상기 제5 스펙트럼을 정규화하여 제1 스펙트럼을 출력하는 정규화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치는 상기 선형 예측 계수로 상기 제1 스펙트럼을 필터링하여 선형 예측 계수에 따른 잔차(residual) 정보를 포함하는 제6 스펙트럼을 출력하는 필터링부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 토널 코드북 검색부는 토널 코드북 검색을 위한 트랙 구조에 따라 상기 제6 스펙트럼을 재배열하는 재배열부; 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분을 기초로 개루프 토널 코드북을 출력하는 개루프 토널 코드북 출력부; 상기 개루프 토널 코드북과, 선형 예측 계수 및 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 토널 코드북을 검색하는 폐루프 토널 코드북 검색부; 및 상기 폐루프 토널 코드북을 양자화하는 양자화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 개루프 토널 코드북 출력부는 트랙 구조에 따라 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분에 대응하는 절대값이 가장 큰 펄스를 검색하는 펄스 검색부; 및 검색한 펄스들로 개루프 토널 코드북을 생성하여 출력하는 코드북 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 폐루프 토널 코드북 검색부는 상기 개루프 토널 코드북을 최적 토널 코드북으로 설정하는 최적 토널 코드북 설정부; 제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼의 오류값을 최소 오류값으로 설정하는 최소 오류값 설정부; 최적 토널 코드북에서 현재 트랙에 해당하는 펄스를 동일 트랙의 현재 위치에 해당하는 펄스로 치환하여 후보 토널 코드북을 생성하는 후보 토널 코드북 생성부; 제1 스펙트럼과 후보 토널 코드북을 이용하여 생성한 제7 스펙트럼의 후보 오류값을 최소 오류값과 비교하여 최소 오류값을 업데이트하는 오류값 업데이트부; 최소 오류값이 업데이트되는 경우, 후보 토널 코드북을 이용하여 최적 토널 코드북을 업데이트하는 최적 토널 코드북 업데이트부; 및 업데이트된 최적 토널 코드북을 폐루프 토널 코드북으로 출력하는 코드북 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치는 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력하는 저대역 부호화부; 상기 저대역 신호 비트스트림을 복호화한 계층 신호를 변환하여 제3 스펙트럼을 출력하는 제3 스펙트럼 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 비-토널 코드북 검색부는 제1 스펙트럼과 제6 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거하는 기여분 제거부; 제3 스펙트럼과 상기 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 이용하여 개루프 비-토널 코드북 지연을 검색하는 개루프 지연 검색부; 제3 스펙트럼과 상기 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색하는 폐루프 지연 및 이득 검색부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 개루프 지연 검색부는 개루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 분할하는 스펙트럼 분할부; 현재 부대역에 대응하는 개루프(open loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼과 기여분을 제거한 제6 스펙트럼의 정규화된 상관도가 가장 큰 지연을 검색하는 지연 검색부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치의 상기 폐루프 지연 및 이득 검색부는 폐루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 분할하는 스펙트럼 분할부; 개루프 비-토널 코드북 지연에 따라 폐루프 검색 구간을 결정하는 검색 구간 결정부; 현재 부대역(sub-band)의 폐루프(Closed loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼을 여기 신호로 설정하고, 상기 선형 예측 계수를 이용하여 MDCT 계수를 결정하는 MDCT 계수 결정부; 상기 MDCT 계수와 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 양자화 대역 계수 간의 오류를 최소로 하는 지연을 검색하는 지연 검색부; 검색된 지연에서 이득을 결정하는 이득 결정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 방법은 입력 신호에 따른 토널 여기 스펙트럼과 상기 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 이용하여 제1 여기 스펙트럼을 생성하는 단계; 입력 신호에 따른 비 토널 여기 스펙트럼과 상기 비 토널 여기 스펙트럼의 이득을 이용하여 제2 여기 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼을 이용하여 출력 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 방법은 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 제1 스펙트럼으로 변환하는 단계; 제1 스펙트럼을 선형 예측(LP: linear prediction) 분석하여 선형 예측 계수를 결정하는 단계; 입력 신호의 주기적 성분을 포함하는 토널 성분 및 상기 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 제2 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 토널 코드북을 검색하는 단계; 입력 신호의 비주기적 성분을 포함하는 비-토널 성분 및 상기 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 제3 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 제4 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 비-토널 코드북을 검색하는 단계; 및 상기 선형 예측 계수, 상기 토널 코드북, 및 상기 비-토널 코드북을 이용하여 부호화된 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, MDCT 스펙트럼을 선형 예측기와 토널 코드북 및 비-토널 코드북으로 이루어진 소스 필터 모델로 표현함으로써 스펙트럼 왜곡을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 스펙트럼 변환부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북 검색부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 토널 코드북 출력부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 토널 코드북 출력부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제3 스펙트럼 변환부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비-토널 코드북 검색부를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 지연 검색부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 지연 및 이득 검색부를 나타내는 도면이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북과 비-토널 코드북의 검색 과정을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 부호화 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 MDCT 스펙트럼을 출력하는 소스 필터를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 변환 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북 검색 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 토널 코드북 출력 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 토널 코드북 출력 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 비-토널 코드북 검색 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 지연 검색 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 지연 검색 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 출력 스펙트럼 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 방법은 주파수 스펙트럼 처리 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치는 MDCT(Modified Discrete Cosine Transform) 스펙트럼을 부호화할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 장치(100)는 저대역 부호화부(110), 제1 스펙트럼 변환부(120), 선형 예측부(130), 필터링부(140), 토널 코드북 검색부(150), 제3 스펙트럼 변환부(160), 비- 토널 코드북 검색부(170), 및 신호 출력부(180)를 포함할 수 있다.
저대역 부호화부(110)는 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력할 수 있다. 구체적으로 저대역 부호화부(110)는 저대역 신호(330)를 기 설정된 부호화 알고리즘에 따라 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력할 수 있다. 이때, 저대역 신호 비트스트림은 핵심 계층 비트스트림일 수 있다.
제1 스펙트럼 변환부(120)는 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 제1 스펙트럼으로 변환할 수 있다. 이때, 제1 스펙트럼 변환부(120)는 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호와 입력 신호의 상위 대역을 포함하는 고대역 신호를 각각 MDCT하고, 변환된 저대역 신호 중 저대역 부호화부(110)가 부호화하지 못한 MDCT 스펙트럼과 고대역 신호의 스펙트럼을 결합한 MDCT 스펙트럼을 이용하여 제1 스펙트럼을 출력할 수 있다. 이때, 제1 스펙트럼은 양자화된 이득으로 변환된 저대역 신호와 고대역 신호를 결합한 MDCT 스펙트럼을 정규화한 스펙트럼일 수 있다.
제1 스펙트럼 변환부(120)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
선형 예측부(130)는 제1 스펙트럼을 선형 예측(LP: linear prediction) 분석하여 선형 예측 계수를 결정할 수 있다. 이때, 선형 예측부(130)는 제1 스펙트럼을 선형 예측 분석하여 결정한 선형 예측 계수를 양자화하고, 양자화한 선형 예측 계수와 선형 예측 계수의 양자화 인덱스에 해당하는 선형 예측 계수 비트스트림을 출력할 수 있다. 또한, 선형 예측부(130)는 레빈슨 더빈(Levinson-Durbin) 회귀 알고리즘을 이용하여 선형 예측 계수를 결정할 수 있다.
예를 들어 선형 예측부(130)는 수학식 1과 같이 과거 p개의 MDCT 계수의 가중 합으로 추정된 값과 원 MDCT 계수 간의 오차를 전체 양자화 대역에 대해서 최소로 하는 선형 예측 계수 세트를 계산하여 선형 예측 계수를 결정할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00001
이때,
Figure 112013017667410-pat00002
는 양자화 대역의 정규화된 MDCT 계수이고, ai는 선형 예측 계수일 수 있다.
필터링부(140)는 선형 예측 계수로 상기 제1 스펙트럼을 필터링하여 선형 예측 계수에 따른 잔차(residual) 정보를 포함하는 제6 스펙트럼을 출력할 수 있다.
필터링부(140)는 선형 예측부(130)가 양자화한 선형 예측 계수를 이용하여 선형 예측 분석 필터를 구성하고, 구성한 선형 예측 분석 필터로 제1 스펙트럼을 필터링하여 제6 스펙트럼을 출력할 수 있다. 이때, 제6 스펙트럼은 선형 예측 잔차 MDCT 스펙트럼인 R(k)일 수 있다. 또한, 필터링부(140)는 수학식 2를 이용하여 R(k)를 계산할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00003
이때,
Figure 112013017667410-pat00004
는 양자화된 선형 예측 계수이다.
토널 코드북 검색부(150)는 트랙 구조를 이용하여 제2 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 토널 코드북을 검색할 수 있다. 이때, 제2 스펙트럼은 입력 신호의 주기적 성분을 포함하는 토널 성분 및 상기 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 스펙트럼일 수 있다.
또한, 토널 코드북 검색부(150)는 제6 스펙트럼을 트랙 구조로 재배열할 수 있다. 이때, 각 트랙의 펄스는 그 크기와 부호 및 위치로 표현될 수 있다.
예를 들어, NQB가 64인 경우, 토널 코드북 검색부(150)는 제6 스펙트럼을 표 1과 같은 트랙 구조로 재배열할 수 있다. 이때, 표 1은 트랙 당 1개의 펄스를 할당하여 총 8 개의 펄스로 토널 코드북이 이루어지는 경우의 일례이다. 또한, 표 1은 트랙 당 1개의 펄스를 할당하였으나 트랙당 복수의 펄스를 할당할 수도 있다.
Figure 112013017667410-pat00005
토널 코드북 검색부(150)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
제3 스펙트럼 변환부(160)는 저대역 부호화부(110)가 출력한 저대역 신호 비트스트림을 복호화한 계층 신호를 변환하여 제3 스펙트럼을 출력할 수 있다. 구체적으로, 제3 스펙트럼 변환부(160)는 저대역 부호화부(110)가 출력한 저대역 신호 비트스트림을 복호화하고, 복호화한 계측 신호를 MDCT하고 정규화하여 제3 스펙트럼으로 변환할 수 있다.
제3 스펙트럼 변환부(160)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
비-토널 코드북 검색부(170)는 입력 신호의 비주기적 성분을 포함하는 비-토널 성분 및 상기 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 제3 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 제4 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 비-토널 코드북을 검색할 수 있다.
비-토널 코드북 검색부(170)는 제3 스펙트럼의 합성에 따른 과도한 계산량을 피하기 위해 전체 대역을 복수의 부대역(sub-band)로 분할하고, 부대역 각각에 대해서 개루프 비-토널 코드북 지연과, 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색함으로써, 검색 범위를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, NQB가 64인 경우, 비-토널 코드북 검색부(170)는 비-토널 코드북의 개루프 비-토널 코드북 지연을 검색하기 위하여 전체 대역을 표 2와 같이 2 개의 부대역으로 분할할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00006
또한, NQB가 64인 경우, 비-토널 코드북 검색부(170)는 비-토널 코드북의 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색하기 위하여 전체 대역을 표 3과 같이 4 개의 부대역으로 분할할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00007
비-토널 코드북 검색부(170)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
신호 출력부(180)는 선형 예측 계수, 토널 코드북, 및 비-토널 코드북을 이용하여 부호화된 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 신호 출력부(180)는 저대역 부호화부(110)가 출력한 저대역 신호 비트스트림, 선형 예측 계수 비트스트림, 토널 코드북 비트스트림, 비-토널 코드북 비트스트림, 및 제1 스펙트럼 변환부(120)가 제1 스펙트럼을 변환하는 과정에서 출력한 이득 비트스트림을 다중화하는 멀티 플렉서 (Multiplexer)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 스펙트럼 변환부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 스펙트럼 변환부(120)는 고대역 스펙트럼 변환부(210), 저대역 스펙트럼 변환부(220), 스펙트럼 결합부(230), 이득 출력부(240) 및 정규화부(250)를 포함할 수 있다.
고대역 신호 변환부(210)는 입력 신호의 상위 대역을 포함하는 고대역 신호를 변환하여 고대역 스펙트럼을 출력할 수 있다. 이때, 고대역 신호 변환부(210)는 고대역 신호를 MDCT하여 고대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
저대역 스펙트럼 변환부(220)는 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 MDCT 변환하여 저대역 스펙트럼을 출력할 수 있다. 이때, 저대역 신호 변환부(220)는 저대역 신호를 MDCT하여 저대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
구체적으로, 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 저대역 MDCT 스펙트럼 중 저대역 부호화부(110)가 부호화하지 못한 대역을 식별하고, 식별한 대역인 잔차 저대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
저대역 부호화부(110)의 내부에 MDCT 블록이 존재하는 경우, 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 제3 스펙트럼 변환부(160)가 저대역 신호 비트스트림을 복호화하는 과정에서 획득할 수 있는 MDCT 스펙트럼을 식별할 수 있다. 다음으로, 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 저대역 신호 중에서 식별한 MDCT 스펙트럼에 대응하는 대역을 제외한 나머지 대역 신호만 MDCT 할 수 있다.
또한, 저대역 부호화부(110)가 저대역 신호의 모든 대역을 부호화하는 경우, 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 동작하지 않을 수 있다.
그리고, 고대역 스펙트럼 변환부(210)와 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 수학식 3을 이용하여 입력 받은 시간 영역의 신호를 MDCT할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00008
이때, N은 시간 영역의 신호를 블록 단위로 처리하기 위한 프레임의 길이, w(n)은 윈도 함수, x(n)은 입력받은 신호일 수 있다. 또한, n은 시간 영역 인덱스이고, k는 주파수 영역 인덱스일 수 있다.
스펙트럼 결합부(230)는 고대역 스펙트럼과 저대역 스펙트럼을 결합하여 제5 스펙트럼을 출력할 수 있다. 구체적으로 스펙트럼 결합부(230)는 고대역 MDCT 스펙트럼과 잔차 저대역 MDCT 스펙트럼을 결합하여 제5 스펙트럼인 양자화 대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
이득 출력부(240)는 제5 스펙트럼의 양자화된 이득(gain)을 출력할 수 있다. 구체적으로, 이득 출력부(240)는 제5 스펙트럼의 전체 이득을 계산할 수 있다. 다음으로, 이득 출력부(240)는 제5 스펙트럼의 전체 이득을 양자화하고, 양자화된 이득과 이득 비트스트림을 출력할 수 있다.
예를 들어, 이득 출력부(240)가 출력하는 양자화된 이득은 수학식 4를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00009
이때, round(·)는 가장 가까운 정수를 반환하는 함수이고, εrms는 로그 함수 내부의 값이 0이 되는 것을 방지하기 위해 더해지는 값일 수 있다. 또한, NQB는 제5 스펙트럼의 개수이며,
Figure 112013017667410-pat00010
는 선형 도메인으로 변환된 양자화된 이득일 수 있다.
정규화부(250)는 이득 출력부(240)가 출력한 양자화된 이득으로 스펙트럼 결합부(230)가 출력한 제5 스펙트럼을 정규화하여 제1 스펙트럼을 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북 검색부를 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북 검색부(150)는 재배열부(310), 개루프 토널 코드북 출력부(320), 폐루프 토널 코드북 검색부(330) 및 양자화부(340)를 포함할 수 있다.
재배열부(310)는 토널 코드북 검색을 위한 트랙 구조에 따라 필터링부(140)가 출력한 제6 스펙트럼을 재배열할 수 있다.
개루프 토널 코드북 출력부(320)는 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분을 기초로 개루프 토널 코드북을 출력할 수 있다.
개루프 토널 코드북 출력부(320)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
폐루프 토널 코드북 검색부(330)는 개루프 토널 코드북과, 선형 예측 계수 및 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 토널 코드북을 검색할 수 있다.
폐루프 토널 코드북 검색부(330)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
양자화부(340)는 폐루프 토널 코드북 검색부(330)가 검색한 폐루프 토널 코드북을 양자화할 수 있다. 이때, 양자화부(340)는 토널 코드북을 구성하는 각 트랙의 각 펄스를 위치, 부호 및 크기 성분으로 나누어 각각을 양자화할 수 있다.
또한, 양자화부(340)는 양자화한 폐루프 토널 코드북을 여기 신호로 하고 양자화된 선형 예측 계수를 이용하여 토널 코드북의 기여분을 계산할 수 있다. 예를 들어, 양자화부(340)는 수학식 5를 이용하여 토널 코드북의 기여분인 Y(k)를 계산할 수 있다. 이때, Y(k)는 전체 트랙의 펄스 조합으로 이루어진 개루프 토널 코드북인 T(k)를 입력으로 하고, 선형 예측 계수를 이용하여 합성한 스펙트럼일 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00011
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 토널 코드북 출력부를 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 토널 코드북 출력부(320)는 펄스 검색부(410) 및 코드북 출력부(420)를 포함할 수 있다.
펄스 검색부(410)는 트랙 구조에 따라 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분에 대응하는 절대값이 가장 큰 펄스를 검색할 수 있다. 예를 들어 펄스 검색부(410)는 표 1의 각 트랙에서 절대값이 가장 큰 펄스를 검색할 수 있다.
코드북 출력부(420)는 펄스 검색부(410)가 검색한 펄스들로 개루프 토널 코드북을 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 코드북 출력부(420)는 수학식 6을 이용하여 개루프 토널 코드북을 생성할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00012
이때, gT(i)는 i-번째 트랙의 펄스 크기이고, Ti(k)는 i-번째 트랙의 단위 펄스이며, T(k)는 전체 트랙의 펄스 조합으로 이루어진 개루프 토널 코드북일 수 있다. 또한, δ(k)는 k가 0 위치에서 크기가 1인 펄스일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 토널 코드북 출력부를 나타내는 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 토널 코드북 검색부(330)는 최적 토널 코드북 설정부(510), 최소 오류값 설정부(520), 후보 토널 코드북 생성부(530), 오류값 업데이트부(540), 최적 토널 코드북 업데이트부(550), 및 코드북 출력부(560)를 포함할 수 있다.
최적 토널 코드북 설정부(510)는 개루프 토널 코드북 출력부(320)가 출력한 개루프 토널 코드북을 최적 토널 코드북의 초기 코드북으로 설정할 수 있다. 이때, 최적 토널 코드북 설정부(510)는 최적 토널 코드북을 여기 신호로 설정하고 선형 예측 계수를 이용하여 제2 스펙트럼을 합성할 수 있다. 예를 들어, 최적 토널 코드북 설정부(510)는 양자화된 선형 예측 계수를 수학식 5에 적용하여 제2 스펙트럼을 합성할 수 있다.
최소 오류값 설정부(520)는 제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼의 오류값을 최소 오류값으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 최소 오류값 설정부(520)는 수학식 7을 이용하여 제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼의 오류값인 E를 계산하고, 계산한 E를 최소 오류값인 D*로 초기화할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00013
후보 토널 코드북 생성부(530)는 현재 최적 토널 코드북에서 현재 트랙에 해당하는 펄스를 동일 트랙의 다른 위치에 해당하는 펄스로 치환하여 후보 토널 코드북을 생성할 수 있다. 이때, 후보 토널 코드북 생성부(530)는 후보 토널 코드북을 여기 신호로 설정하고 선형 예측 계수를 이용하여 제7 스펙트럼을 합성할 수 있다. 예를 들어, 후보 토널 코드북 생성부(530)는 수학식 5를 이용하여 제7 스펙트럼을 합성할 수 있다.
오류값 업데이트부(540)는 제1 스펙트럼과 후보 토널 코드북 생성부(530)가 생성한 제7 스펙트럼의 후보 오류값을 계산할 수 있다. 다음으로, 오류값 업데이트부(540)는 후보 오류값을 최소 오류값 설정부(520)가 설정한 최소 오류값과 비교하여 최소 오류값을 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 후보 오류값이 최소 오류값보다 작은 경우, 오류값 업데이트부는 최소 오류값을 후보 오류값으로 업데이트할 수 있다.
오류값 업데이트부(540)가 최소 오류값을 업데이트하는 경우, 최적 토널 코드북 업데이트부(550)는 후보 토널 코드북 생성부(530)가 생성한 후보 토널 코드북을 이용하여 최적 토널 코드북을 업데이트할 수 있다.
이때, 후보 토널 코드북 생성부(530), 오류값 업데이트부(540), 및 최적 토널 코드북 업데이트부(550)는 현재 트랙의 모든 위치에 대해서 후보 토널 코드북을 생성하여 오류값과 최적 토널 코드북을 업데이트할 수 있다. 또한, 현재 트랙의 모든 위치에서 오류값과 최적 토널 코드북을 업데이트한 경우, 후보 토널 코드북 생성부(530), 오류값 업데이트부(540), 및 최적 토널 코드북 업데이트부(550)는 표 1의 각 트랙에서 상기 기술한 방식으로 후보 토널 코드북을 생성하여 오류값과 최적 토널 코드북을 업데이트할 수 있다.
코드북 출력부(560)는 최적 토널 코드북 업데이트부(550)가 업데이트한 최적 토널 코드북을 폐루프 토널 코드북으로 출력할 수 있다. 구체적으로, 코드북 출력부(560)는 표 1의 모든 트랙에서 최적 토널 코드북의 업데이트가 종료되면, 업데이트가 완료된 최적 토널 코드북을 폐루프 토널 코드북으로 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제3 스펙트럼 변환부를 나타내는 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제3 스펙트럼 변환부(160)는 복호화부(610), MDCT부(620), 및 정규화부(630)를 포함할 수 있다.
복호화부(610)는 저대역 부호화부(110)가 출력한 저대역 신호 비트스트림을 복호화하여 양자화된 계층 신호를 출력할 수 있다.
MDCT부(620)는 복호화부(610)가 출력한 계층 신호를 MDCT하여 MDCT된 계층 신호를 출력할 수 있다.
정규화부(630)는 MDCT된 계층 신호를 정규화하여 제3 스펙트럼을 출력할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비-토널 코드북 검색부를 나타내는 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비-토널 코드북 검색부(170)는 기여분 제거부(710), 개루프 지연 검색부(720), 폐루프 지연 및 이득 검색부(730), 및 양자화부(740)를 포함할 수 있다.
기여분 제거부(710)는 제1 스펙트럼과 제6 스펙트럼에서 토널 코드북 검색부(150)가 검색한 최적 토널 코드북의 기여분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 기여분 제거부(710)는 수학식 8을 이용하여 제1 스펙트럼인 XQB(k)에서 토널 코드북 검색부(150)의 양자화부(340)가 계산한 최적 토널 코드북 T*(k)의 기여분인 Y*(k)를 제거할 수 있다. 또한, 기여분 제거부(710)는 수학식 8을 이용하여 제6 스펙트럼인 R(k)에서 토널 코드북 검색부(150)의 최적 토널 코드북인 T*(k)를 제거할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00014
개루프 지연 검색부(720)는 제3 스펙트럼과 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 이용하여 개루프 비-토널 코드북 지연을 검색할 수 있다.
개루프 지연 검색부(720)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
폐루프 지연 및 이득 검색부(730)는 제3 스펙트럼과 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색할 수 있다.
폐루프 지연 및 이득 검색부(730)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 지연 검색부를 나타내는 도면이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 지연 검색부(720)는 스펙트럼 분할부(810) 및 지연 검색부(820)를 포함할 수 있다.
스펙트럼 분할부(810)는 개루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 분할할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 분할부(910)는 표 2에 따라 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 분할할 수 있다. 이때, 스펙트럼 분할부(810)는 현재 부대역을 나타내는 부대역 인덱스를 0으로 초기화할 수 있다.
지연 검색부(820)는 스펙트럼 분할부(810)가 분할한 부대역 중, 현재 부대역에 대응하는 개루프(open loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼과 기여분을 제거한 제6 스펙트럼의 정규화된 상관도가 가장 큰 지연을 검색할 수 있다. 예를 들어, 지연 검색부(820)는 수학식 9를 이용하여 제3 스펙트럼인
Figure 112013017667410-pat00015
과 기여분을 제거한 제6 스펙트럼의 정규화된 상관도가 가장 큰 지연을 검색할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00016
이때, 지연 검색부(810)는 현재 부대역에 대응하는 개루프 검색 구간에서 지연을 검색하면, 스펙트럼 분할부(810)가 분할한 부대역 중 지연을 검색하지 않은 부대역이 있는지 여부를 확인할 수 있다. 지연을 검색하지 않은 부대역이 있는 경우, 지연 검색부(810)는 지연을 검색하지 않은 부대역을 현재 부대역으로 선택하여 지연을 검색할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 지연 및 이득 검색부를 나타내는 도면이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 지연 및 이득 검색부(730)는 스펙트럼 분할부(910), 검색 구간 결정부(920), MDCT 계수 결정부(930), 지연 검색부(940) 및 이득 결정부(950)를 포함할 수 있다.
스펙트럼 분할부(910)는 폐루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 분할할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 분할부(910)는 표 3에 따라 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 분할할 수 있다. 이때, 스펙트럼 분할부(910)는 현재 부대역을 나타내는 부대역 인덱스를 0으로 초기화할 수 있다.
검색 구간 결정부(920)는 개루프 지연 검색부(720)가 검색한 개루프 비-토널 코드북 지연에 따라 폐루프 검색 구간을 결정할 수 있다.
MDCT 계수 결정부(930)는 현재 부대역(sub-band)의 폐루프(Closed loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼을 여기 신호로 설정하고, 상기 선형 예측 계수를 이용하여 MDCT 계수를 결정할 수 있다. 이때, MDCT 계수는 양자화된 선형 예측 계수를 수학식 5에 적용하여 합성한 계수일 수 있다.
구체적으로, MDCT 계수 결정부(930)는 수학식 5에서 T(k)를 대신하여 제3 스펙트럼 중 검색 범위 내 각 지연에 해당하는 신호를 입력하고, 선형 예측 계수를 이용하여 스펙트럼을 합성함으로써, MDCT 계수인 Z j (k+l)를 결정할 수 있다.
지연 검색부(940)는 MDCT 계수와 토널 코드북의 기여분을 제거한 양자화 대역 계수 간의 오류를 최소로 하는 지연을 검색할 수 있다. 이때, 양자화 대역 계수는 양자화 대역 MDCT 계수일 수 있다.
구체적으로, 지연 검색부(940)는 각 부대역의 폐루프 검색 구간에서 제3 스펙트럼을 여기 신호로 하여 양자화된 선형 예측 계수를 이용하여 MDCT 계수와 양자화 대역 계수와의 오류를 최소로 하는 지연을 검색할 수 있다.
예를 들어, 지연 검색부(940)는 수학식 10이 최대가 되는 지연을 검색할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00017
이때, Z j (k+l)은 MDCT 계수 결정부(930)가 지연 l에서 j-번째 부대역의 제3 스펙트럼을 여기 신호로 하여 선형 예측 합성한 MDCT 계수일 수 있다.
이득 결정부(950)는 지연 검색부(940)가 검색한 지연에서 비-토널 코드북의 이득을 결정할 수 있다. 예를 들어, 이득 결정부(950)는 검색된 지연에서 수학식 10을 이용하여 비-토널 코드북의 이득을 결정할 수 있다. 구체적으로, 이득 결정부(950)는 Zj(k+l)과 X'QB(k) 사이의 이득을 비-토널 코드북의 이득으로 결정할 수 있다.
또한, 이득 결정부(950)는 지연 검색부(940)가 검색한 지연과 이득 결정부(950)가 결정한 이득을 이용하여 비-토널 코드북을 생성하고, 생성한 비-토널 코드북을 양자화하여 출력할 수 있다. 이때, 비-토널 코드북의 파라미터는 각 폐루프 부대역에서 검색된 지연과 이득으로 구성될 수 있다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북과 비-토널 코드북의 검색 과정을 나타내는 도면이다.
MDCT 부(1000)는 수학식 3을 이용하여 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 MDCT 스펙트럼 X(k)로 변환할 수 있다. 이때, MDCT 부(1000)는 제1 스펙트럼 변환부(120)일 수 있다.
다음으로, 선형 예측부(130)는 MDCT 부(1000)가 변환한 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00018
에 선형 예측 분석을 적용하여 선형 예측 계수를 계산할 수 있다.
그 다음으로, 선형 예측부(130)는 계산한 선형 예측 계수로부터 여기 코드북에 대한 합성 스펙트럼을 계산하기 위한 제1 선형 예측 합성 필터(1010)과 제2 선형 예측 합성 필터(1020)을 생성할 수 있다. 이때, 제1 선형 예측 합성 필터(1010)과 제2 선형 예측 합성 필터(1020)는 동일한 구조의 필터일 수 있다.
다음으로, 제1 오류 최소화부(1012)는 MDCT 스펙트럼 X(k)과 토널 성분 조합 Ti(k)에 의해 선형 예측 합성된 스펙트럼 Yi(k)의 오류를 최소화하는 토널 코드북(1030)인 Ti(k)를 검색하고, 검색한 Ti(k)의 이득인 gT를 검색할 수 있다. 이때, 제1 오류 최소화부(1012)는 토널 코드북 검색부(150)일 수 있다. 또한, 제1 오류 최소화부(10120)는 Yi(k) 각각과 원 스펙트럼인 X(k) 간의 오차를 계산하고, 오차가 가장 작은 스펙트럼을 생성하는 Yi(k)를 최적 스펙트럼인 Y*(k)로 지정할 수 있다.
그 다음으로, 제1 선형 예측 합성 필터(1010)는 토널 코드북(1030)인 Ti(k)와 이득인 gT를 선형 예측 합성하여 스펙트럼 Yi(k)를 출력할 수 있다.
이때, 비-토널 코드북(1040)에서 검색할 목표 스펙트럼인 X'(k)는 MDCT 스펙트럼 X(k)에서 최적 스펙트럼인 Y*(k)를 제거한 스펙트럼일 수 있다.
마지막으로 제2 오류 최소화부(1022)는 목표 스펙트럼 X'(k)과 비-토널 코드북에 의해 합성된 선형 예측 스펙트럼 Yj(k)의 오류를 최소화하는 비-토널 코드북(1040)인 Ni(k)를 검색하고, 검색한 Ni(k)의 이득인 gx를 검색할 수 있다. 이때, 제2 오류 최소화부(1022)는 비-토널 코드북 검색부(170)일 수 있다.
그리고, 제2 선형 예측 합성 필터(1020)는 비-토널 코드북(1040)인 Ni(k)와 이득인 gN를 선형 예측 합성하여 스펙트럼 Zj(k)를 출력할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 부호화 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 부호화 장치는 도 11에 도시된 바와 같이 신호 대역 분할부(1110), 핵심 계층 부호화기(1111), 고대역 MDCT(1121), 저대역 MDCT(1122), 양자화 대역 접합기(1123), 이득 계산 및 양자화기(1124), 양자화 대역 정규화기(1125), LP 분석 및 양자화기(1130), LP 분석 필터(1140), 토널 코드북 검색기(1150), 핵심 계층 복호화기(1161), 핵심 계층 MDCT(1162), 핵심 계층 정규화기(1163), 비-토널 코드북 검색기(1170) 및 멀티플렉서(1180)를 포함할 수 있다.
1) 신호 대역 분할부(1110)는 입력 신호를 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호 SLB(n)와 상위 대역을 포함하는 고대역 신호 SHB(n)로 분할하여 출력할 수 있다. 예를 들어 신호 분할부(1110)는 분석 QMF(Quardrature Mirror Filter)일 수 있다.
2) 핵심 계층 부호화기(1111)는 1)에서 출력된 저대역 신호 SLB(n)를 기 설정된 핵심 계층 부호화 알고리즘에 따라 부호화하여 핵심 계층 비트스트림 Icore를 출력할 수 있다. 이때, 핵심 계층 부호화기(1111)는 저대역 부호화부(110)에 포함될 수 있다.
3) 고대역 MDCT(1121)는 1)에서 출력된 고대역 신호 SHB(n)를 MDCT하여 고대역 MDCT 스펙트럼 XHB(k)을 출력할 수 있다. 또한, 저대역 MDCT(1122)는 1)에서 출력된 저대역 신호 SLB(n)를 MDCT한 저대역 MDCT 스펙트럼 중 2)에서 핵심 계층 부호화기(1111)가 부호화하지 못하는 대역인 잔차 저대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00019
을 출력할 수 있다.
4) 양자화 대역 접합기(1123)는 3)에서 출력된 고대역 MDCT 스펙트럼 XHB(k)과 잔차 저대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00020
을 결합하여 양자화 대역 MDCT 스펙트럼 XQB(k)을 출력할 수 있다.
5) 이득 계산 및 양자화기(1124)는 양자화 대역 MDCT 스펙트럼 XQB(k)의 전체 이득을 계산한 다음 양자화할 수 있다. 이때, 이득 계산 및 양자화기(1124)는 양자화된 이득
Figure 112013017667410-pat00021
과 이득 비트스트림 Iglob을 출력할 수 있다.
6) 양자화 대역 정규화기(1125)는 5)에서 양자화된 이득
Figure 112013017667410-pat00022
으로 4)에서 출력된 양자화 대역 MDCT 스펙트럼 XQB(k)을 정규화할 수 있다. 이때, 양자화 대역 정규화기(1125)는 정규화된 양자화 대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00023
를 출력할 수 있다.
이때, 고대역 MDCT(1121), 저대역 MDCT(1122), 양자화 대역 접합기(1123), 이득 계산 및 양자화기(1124), 및 양자화 대역 정규화기(1125)는 제1 스펙트럼 변환부(120)에 포함될 수 있다. 또한,
Figure 112013017667410-pat00024
은 제1 스펙트럼일 수 있다.
7) LP 분석 및 양자화기(1130)는 6)에서 정규화된 양자화 대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00025
에 선형 예측 분석 과정을 적용하여 LP 계수(선형 예측 계수)를 추출하고 양자화할 수 있다. 이때, LP 분석 및 양자화기(1130)는 양자화된 LP 계수
Figure 112013017667410-pat00026
와 LP 계수 비트스트림 ILP를 출력할 수 있다. 또한, LP 분석 및 양자화기(1130)는 선형 예측부(130)에 포함될 수 있다.
8) LP 분석 필터(1140)는 7)에서 양자화된 LP 계수
Figure 112013017667410-pat00027
를 이용하여 LP 분석 필터를 구성할 수 있다. 다음으로, LP 분석 필터(1140)는 구성한 LP 분석 필터로 6)에서 정규화된 양자화 대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00028
을 필터링하여 LP 잔차 MDCT 스펙트럼 R(k)를 출력할 수 있다. 이때, LP 분석 필터(1140)는 필터링부(140)에 포함될 수 있다. 또한, R(k)는 제6 스펙트럼일 수 있다.
9) 토널 코드북 검색기(1150)는 6)에서 정규화된 양자화 대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00029
, 8)에서 필터링한 LP 잔차 MDCT 스펙트럼 R(k), 및 7)에서 양자화된 LP 계수
Figure 112013017667410-pat00030
를 이용하여 토널 코드북을 검색할 수 있다. 이때, 토널 코드북 검색기(1150)는 검색된 토널 코드북을 양자화하여 양자화된 토널 코드북, T*(k)과 그 기여분 Y*(k) 및 토널 코드북 비트스트림 Itonal을 출력할 수 있다. 또한, 토널 코드북 검색기(1150)는 토널 코드북 검색부(150)에 포함될 수 있다.
10) 핵심 계층 복호화기(1161)는 2)에서 부호화한 핵심 계층 비트스트림 Icore를 복호화하여 양자화된 핵심 계층 신호
Figure 112013017667410-pat00031
를 출력할 수 있다.
11) 핵심 계층 MDCT(1162)는 10)에서 양자화된 핵심 계층 신호
Figure 112013017667410-pat00032
를 MDCT하여 핵심 계층 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00033
(351)을 출력할 수 있다.
12) 핵심 계층 정규화기(1163)는 11)에서 출력한 핵심 계층 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00034
를 정규화하여 정규화된 핵심 계층 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00035
을 출력할 수 있다.
이때, 핵심 계층 복호화기(1161), 핵심 계층 MDCT(1162), 핵심 계층 정규화기(1163)는 제3 스펙트럼 변환부(160)에 포함될 수 있다. 또한,
Figure 112013017667410-pat00036
는 제3 스펙트럼일 수 있다.
13) 비-토널 코드북 검색기(1170)는 12)에서 정규화된 핵심 계층 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00037
, 6)에서 정규화된 양자화 대역 MDCT 스펙트럼
Figure 112013017667410-pat00038
, 8)에서 필터링한 LP 잔차 MDCT 스펙트럼 R(k), 7)에서 양자화된 LP 계수
Figure 112013017667410-pat00039
및 9)에서 양자화된 토널 코드북, T*(k)과 그 기여분 Y*(k)를 이용하여 비-토널 코드북을 검색할 수 있다. 이때, 비-토널 코드북 검색기(1170)는 검색한 비-토널 코드북을 양자화하여 비-토널 코드북 비트스트림 Inon - tonal을 출력할 수 있다. 또한, 비-토널 코드북 검색기(1170)는 비-토널 코드북 검색부(170)에 포함될 수 있다.
14) 멀티플렉서(1180)는 2)에서 부호화한 핵심 계층 비트스트림 Icore, 5)에서 출력한 이득 비트스트림 Iglob, 7)에서 출력한 LP 계수 비트스트림 ILP, 9)에서 출력한 토널 코드북 비트스트림 Itonal, 13)에서 출력한 비-토널 코드북 비트스트림 Inon - tonal을 다중화하여 출력 비트스트림을 생성할 수 있다. 이때, 멀티플렉서(1180)는 신호 출력부(180)에 포함될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부를 나타내는 도면이다.
도 12를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 변환부(1200)는 제1 여기 스펙트럼 생성부(1210), 제2 여기 스펙트럼 생성부(1220) 및 출력 스펙트럼 생성부(1230)를 포함할 수 있다.
제1 여기 스펙트럼 생성부(1210)는 입력 신호에 따른 토널 여기 스펙트럼과 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 이용하여 제1 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, 토널 여기 스펙트럼은 입력 신호의 주기적 성분을 포함하며, 각 토널 성분에 대한 임펄스의 조합으로 표현될 수 있다.
구체적으로, 제1 여기 스펙트럼 생성부(1210)는 토널 여기 스펙트럼에 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 곱하여 제1 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다.
제2 여기 스펙트럼 생성부(1220)는 입력 신호에 따른 비 토널 여기 스펙트럼과 상기 비 토널 여기 스펙트럼의 이득을 이용하여 제2 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, 비 토널 여기 스펙트럼은 입력 신호의 비 주기적 성분을 포함하며 잡음으로 표현될 수 있다.
구체적으로, 제2 여기 스펙트럼 생성부(1220)는 비 토널 여기 스펙트럼에 비 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 곱하여 제2 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다.
출력 스펙트럼 생성부(1230)는 제1 여기 스펙트럼 생성부(1210)가 생성한 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼 생성부(1220)가 생성한 제2 여기 스펙트럼을 이용하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다.
구체적으로, 출력 스펙트럼 생성부(1230)는 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼을 더한 결과를 소스 필터를 통하여 합성하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, 소스 필터는 선형 예측(LP: Linear Prediction) 합성 필터일 수 있다. 예를 들어, 소스 필터는 수학식 11을 이용하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다.
Figure 112013017667410-pat00040
이때,
Figure 112013017667410-pat00041
는 선형 예측 계수이며 p는 선형 예측 차수일 수 있다.
그리고, 도 11의 고대역 MDCT(1121), 저대역 MDCT(1122), 및 핵심 계층 MDCT(1162)는 신호 변환부(1200)와 동일한 구성을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 MDCT 스펙트럼을 출력하는 소스 필터를 나타내는 도면이다.
제1 여기 스펙트럼 생성부(1210)에 포함된 제1 연산기(1310)는 토널 여기 스펙트럼에 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 곱하여 제1 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다.
제2 여기 스펙트럼 생성부(1210)에 포함된 제2 연산기(1320)는 비 토널 여기 스펙트럼에 비 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 곱하여 제2 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다.
출력 스펙트럼 생성부(1230)에 포함된 제3 연산기(1330)는 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼을 더하여 소스 필터(1340)에 입력할 수 있다.
소스 필터(1340)는 제3 연산기(1330)로부터 수신한 스펙트럼을 합성하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, 소스 필터는 선형 예측(LP: Linear Prediction) 필터일 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 스펙트럼 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(1410)에서 제1 스펙트럼 변환부(120)는 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 제1 스펙트럼으로 변환할 수 있다. 입력 신호를 제1 스펙트럼으로 변환하는 상세한 과정은 이하 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.
단계(1420)에서 선형 예측부(130)는 단계(1410)에서 변환된 제1 스펙트럼을 선형 예측 분석하여 선형 예측 계수를 결정할 수 있다. 이때, 선형 예측부(130)는 제1 스펙트럼을 선형 예측 분석하여 결정한 선형 예측 계수를 양자화하고, 양자화한 선형 예측 계수와 선형 예측 계수의 양자화 인덱스에 해당하는 선형 예측 계수 비트스트림을 출력할 수 있다.
단계(1430)에서 토널 코드북 검색부(150)는 트랙 구조를 이용하여 제2 스펙트럼과 단계(1410)에서 변환한 제1 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 토널 코드북을 검색할 수 있다. 이때, 제2 스펙트럼은 입력 신호의 주기적 성분을 포함하는 토널 성분 및 단계(1420)에서 결정한 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 스펙트럼일 수 있다.
토널 코드북을 검색하는 상세한 과정은 이하 도 16을 참조하여 상세히 설명한다.
단계(1440)에서 비-토널 코드북 검색부(170)는 입력 신호의 비주기적 성분을 포함하는 비-토널 성분 및 단계(1420)에서 결정한 선형 예측 계수로 선형 예측 합성된 제3 스펙트럼과 단계(1410)에서 변환한 제1 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 제4 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 비-토널 코드북을 검색할 수 있다.
비-토널 코드북을 검색하는 상세한 과정은 이하 도 19을 참조하여 상세히 설명한다.
단계(1450)에서 신호 출력부(180)는 단계(1420)에서 결정한 선형 예측 계수, 단계(1430)에서 검색한 토널 코드북, 및 단계(1440)에서 검색한 비-토널 코드북을 이용하여 부호화된 신호를 출력할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 변환 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 15의 단계(1510) 내지 단계(1560)는 도 14의 단계(1410)에 포함될 수 있다.
단계(1510)에서 신호 분할부(1110)는 입력 신호를 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호와 상위 대역을 포함하는 고대역 신호로 분할하여 출력할 수 있다.
단계(1520)에서 고대역 신호 변환부(210)는 단계(1510)에서 출력된 고대역 신호를 변환하여 고대역 스펙트럼을 출력할 수 있다. 이때, 고대역 신호 변환부(210)는 고대역 신호를 MDCT하여 고대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
단계(1530)에서 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 단계(1510)에서 출력된 저대역 신호를 MDCT 변환하여 저대역 스펙트럼을 출력할 수 있다. 이때, 저대역 신호 변환부(220)는 저대역 신호를 MDCT하여 저대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
구체적으로, 저대역 스펙트럼 변환부(220)는 저대역 MDCT 스펙트럼 중 저대역 부호화부(110)가 부호화하지 못한 대역을 식별하고, 식별한 대역의 잔차 저대역 MDCT 스펙트럼을 출력할 수 있다.
단계(1540)에서 스펙트럼 결합부(230)는 단계(1520)에서 변환된 고대역 스펙트럼과 단계(1530)에서 변환된 저대역 스펙트럼을 결합하여 제5 스펙트럼을 출력할 수 있다.
단계(1550)에서 이득 출력부(240)는 단계(1540)에서 출력된 제5 스펙트럼의 양자화된 이득(gain)을 출력할 수 있다. 구체적으로, 이득 출력부(240)는 제5 스펙트럼의 전체 이득을 계산할 수 있다. 다음으로, 이득 출력부(240)는 제5 스펙트럼의 전체 이득을 양자화하고, 양자화된 이득과 이득 비트스트림을 출력할 수 있다.
단계(1560)에서 정규화부(250)는 단계(1550)에서 출력한 양자화된 이득으로 단계(1540)에서 출력한 제5 스펙트럼을 정규화하여 제1 스펙트럼을 출력할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 토널 코드북 검색 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 16의 단계(1610) 내지 단계(1650)는 도 14의 단계(1430)에 포함될 수 있다.
단계(1610)에서 필터링부(140)는 선형 예측 계수로 상기 제1 스펙트럼을 필터링하여 선형 예측 계수에 따른 잔차(residual) 정보를 포함하는 제6 스펙트럼을 출력할 수 있다.
구체적으로, 필터링부(140)는 선형 예측부(130)가 양자화한 선형 예측 계수를 이용하여 선형 예측 분석 필터를 구성하고, 구성한 선형 예측 분석 필터로 제1 스펙트럼을 필터링하여 제6 스펙트럼을 출력할 수 있다.
단계(1620)에서 재배열부(310)는 토널 코드북 검색을 위한 트랙 구조에 따라 단계(1610)에서 출력한 제6 스펙트럼을 재배열할 수 있다.
단계(1630)에서 개루프 토널 코드북 출력부(320)는 단계(1620)에서 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분을 기초로 개루프 토널 코드북을 출력할 수 있다.
개루프 토널 코드북을 출력하는 과정의 상세 동작은 이하 도 17을 참조하여 상세히 설명한다.
단계(1640)에서 폐루프 토널 코드북 검색부(330)는 단계(1630)에서 출력한 개루프 토널 코드북과, 단계(1420)에서 결정된 선형 예측 계수 및 단계(1410)에서 변환된 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 토널 코드북을 검색할 수 있다.
폐루프 토널 코드북을 검색하는 과정의 상세 동작은 이하 도 18을 참조하여 상세히 설명한다.
단계(1650)에서 양자화부(340)는 단계(1640)에서 검색한 폐루프 토널 코드북을 양자화할 수 있다. 이때, 양자화부(340)는 토널 코드북을 구성하는 각 트랙의 각 펄스를 위치, 부호 및 크기 성분으로 나누어 각각을 양자화할 수 있다.
또한, 양자화부(340)는 양자화한 폐루프 토널 코드북을 여기 신호로 하고 양자화된 선형 예측 계수를 이용하여 토널 코드북의 기여분을 계산할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 토널 코드북 출력 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 17의 단계(1710) 내지 단계(1720)는 도 16의 단계(1630)에 포함될 수 있다.
단계(1710)에서 펄스 검색부(410)는 트랙 구조에 따라 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분에 대응하는 절대값이 가장 큰 펄스를 검색할 수 있다. 예를 들어 펄스 검색부(410)는 표 1의 각 트랙에서 절대값이 가장 큰 펄스를 검색할 수 있다.
단계(1720)에서 코드북 출력부(420)는 단계(1710)에서 검색한 펄스들로 개루프 토널 코드북을 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 코드북 출력부(420)는 수학식 6을 이용하여 개루프 토널 코드북을 생성할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 토널 코드북 출력 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 18의 단계(1810) 내지 단계(1880)는 도 16의 단계(1640)에 포함될 수 있다.
단계(1810)에서 최적 토널 코드북 설정부(510)는 개루프 토널 코드북 출력부(320)가 출력한 개루프 토널 코드북을 최적 토널 코드북의 초기값으로 설정할 수 있다. 이때, 최적 토널 코드북 설정부(510)는 최적 토널 코드북을 여기 신호로 설정하고 선형 예측 계수를 이용하여 제2 스펙트럼을 합성할 수 있다.
단계(1820)에서 최소 오류값 설정부(520)는 제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼의 오류값을 초기 최소 오류값으로 설정할 수 있다.
단계(1830)에서 후보 토널 코드북 생성부(530)는 단계(1810)에서 설정한 최적 토널 코드북에서 현재 트랙에 해당하는 펄스를 동일 트랙의 현재 위치에 해당하는 펄스로 치환하여 후보 토널 코드북을 생성할 수 있다. 이때, 후보 토널 코드북 생성부(530)는 후보 토널 코드북을 여기 신호로 설정하고 선형 예측 계수를 이용하여 제7 스펙트럼을 합성할 수 있다.
이때, 오류값 업데이트부(540)는 제1 스펙트럼과 후보 토널 코드북 생성부(530)가 생성한 제7 스펙트럼의 후보 오류값을 계산할 수 있다.
단계(1840)에서 오류값 업데이트부(540)는 단계(1830)에서 계산한 후보 오류값이 현재 최소 오류값보다 작은지 여부를 확인할 수 있다.
후보 오류값이 최소 오류값보다 작지 않은 경우, 오류값 업데이트부(540)는 오류값을 업데이트하지 않고, 단계(1830)을 수행할 수 있다.
후보 오류값이 최소 오류값보다 작은 경우, 오류값 업데이트부(540)는 단계(1850)을 수행할 수 있다.
단계(1850)에서 오류값 업데이트부(540)는 현재 최소 오류값을 단계(1830)에서 계산한 후보 오류값으로 업데이트할 수 있다. 또한, 최적 토널 코드북 업데이트부(550)는 단계(1830)에서 생성한 후보 토널 코드북을 이용하여 최적 토널 코드북을 업데이트할 수 있다.
단계(1860)에서 후보 토널 코드북 생성부(530)는 현재 트랙의 모든 위치를 검색하였는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 후보 토널 코드북 생성부(530)는 현재 트랙의 모든 위치에서 후보 토널 코드북을 검색한 경우, 현재 트랙의 모든 위치를 검색한 것으로 판단할 수 있다.
현재 트랙의 모든 위치를 검색하지 않은 경우, 단계(1861)에서 후보 토널 코드북 생성부(530)는 현재 위치를 변경할 수 있다.
단계(1870)에서 후보 토널 코드북 생성부(530)는 모든 트랙을 검색하였는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 후보 토널 코드북 생성부(530)는 모든 트랙에서 후보 토널 코드북을 검색한 경우, 모든 트랙을 검색한 것으로 판단할 수 있다.
모든 트랙을 검색하지 않은 경우, 단계(1871)에서 후보 토널 코드북 생성부(530)는 검색할 현재 트랙을 변경할 수 있다. 또한, 변경된 트랙에서 후보 토널 코드북을 생성할 현재 위치는 초기 설정과 다를 수 있다.
따라서, 단계(1872)에서 후보 토널 코드북 생성부(530)는 현재 위치의 위치 정보를 초기화할 수 있다.
단계(1870)에서 모든 트랙을 검색한 것으로 확인된 경우, 코드북 출력부(560)는 단계(1880)을 수행할 수 있다.
단계(1880)에서 코드북 출력부(560)는 단계(1850)에서 업데이트한 최적 토널 코드북을 폐루프 토널 코드북으로 출력할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 비-토널 코드북 검색 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 19의 단계(1910) 내지 단계(1970)는 도 14의 단계(1440)에 포함될 수 있다.
단계(1910)에서 저대역 부호화부(110)는 단계(1510)에서 출력된 저대역 신호를 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력할 수 있다. 구체적으로 저대역 부호화부(110)는 저대역 신호(330)를 기 설정된 부호화 알고리즘에 따라 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력할 수 있다.
단계(1920)에서 복호화부(610)는 단계(1910)에서 출력한 저대역 신호 비트스트림을 복호화하여 양자화된 계층 신호를 출력할 수 있다.
단계(1930)에서 MDCT부(620)는 단계(1920)에서 출력한 계층 신호를 MDCT하여 MDCT된 계층 신호를 출력할 수 있다.
단계(1940)에서 정규화부(630)는 단계(1930)에서 MDCT된 계층 신호를 정규화하여 제3 스펙트럼을 출력할 수 있다.
단계(1950)에서 기여분 제거부(710)는 제1 스펙트럼과 제6 스펙트럼에서 토널 코드북의 기여분을 제거할 수 있다. 이때, 토널 코드북의 기여분은 단계(1650)에서 계산된 기여분일 수 있다.
단계(1960)에서 개루프 지연 검색부(720)는 단계(1940)에서 출력된 제3 스펙트럼과 단계(1950)에서 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 이용하여 개루프 비-토널 코드북 지연을 검색할 수 있다.
개루프 비-토널 코드북 지연을 검색하는 과정의 상세 동작은 이하 도 20을 참조하여 상세히 설명한다.
단계(1970)에서 폐루프 지연 및 이득 검색부(730)는 단계(1940)에서 출력된 제3 스펙트럼과 단계(1950)에서 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색할 수 있다.
폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색하는 과정의 상세 동작은 이하 도 21을 참조하여 상세히 설명한다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 개루프 지연 검색 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 20의 단계(2010) 내지 단계(2040)는 도 19의 단계(1960)에 포함될 수 있다.
단계(2010)에서 스펙트럼 분할부(810)는 개루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 분할할 수 있다. 이때, 스펙트럼 분할부(810)는 현재 부대역을 나타내는 부대역 인덱스를 0으로 초기화할 수 있다.
단계(2020)에서 지연 검색부(820)는 단계(2010)에서 분할한 부대역 중, 현재 부대역에 대응하는 개루프(open loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼과 기여분을 제거한 제6 스펙트럼의 정규화된 상관도가 가장 큰 지연을 검색할 수 있다.
단계(2030)에서 지연 검색부(820)는 단계(2010)에서 분할한 부대역 중 지연을 검색하지 않은 부대역이 있는지 여부를 확인할 수 있다.
모든 부대역에서 지연을 검색한 경우, 지연 검색부(820)는 개루프 지연 검색을 종료할 수 있다.
지연을 검색하지 않은 부대역이 있는 경우, 지연 검색부(820)는 단계(2040)을 수행할 수 있다.
단계(2040)에서 지연 검색부(810)는 지연을 검색하지 않은 부대역을 현재 부대역으로 변경하고, 단계(2020)을 수행하여 지연을 검색할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 지연 검색 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 21의 단계(2110) 내지 단계(2180)는 도 19의 단계(1970)에 포함될 수 있다.
단계(2110)에서 스펙트럼 분할부(910)는 폐루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 분할할 수 있다. 이때, 스펙트럼 분할부(910)는 현재 부대역을 나타내는 부대역 인덱스를 0으로 초기화할 수 있다.
단계(2120)에서 검색 구간 결정부(920)는 단계(1960)에서 검색한 개루프 비-토널 코드북 지연에 따라 폐루프 검색 구간을 결정할 수 있다.
단계(2130)에서 MDCT 계수 결정부(930)는 현재 부대역(sub-band)의 폐루프(Closed loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼을 여기 신호로 설정하고, 상기 선형 예측 계수를 이용하여 MDCT 계수를 결정할 수 있다.
단계(2140)에서 지연 검색부(940)는 토널 코드북의 기여분을 제거한 양자화 대역 계수와 단계(2130)에서 결정한 MDCT 계수간의 오류를 최소로 하는 지연을 검색할 수 있다. 이때, 양자화 대역 계수는 양자화 대역 MDCT 계수일 수 있다.
구체적으로, 지연 검색부(940)는 각 부대역의 폐루프 검색 구간에서 제3 스펙트럼을 여기 신호로 하여 양자화된 선형 예측 계수를 이용하여 MDCT 계수와 양자화 대역 계수와의 오류를 최소로 하는 지연을 검색할 수 있다.
단계(2150)에서 이득 결정부(950)는 지연 검색부(940)가 검색한 지연에서 비-토널 코드북의 이득을 결정할 수 있다.
단계(2160)에서 지연 검색부(940)는 단계(2110)에서 분할한 부대역 중 지연을 검색하지 않은 부대역이 있는지 여부를 확인할 수 있다.
모든 부대역에서 지연을 검색한 경우, 지연 검색부(940)는 단계(2180)을 수행하고, 지연을 검색하지 않은 부대역이 있는 경우, 이득 결정부(950)는 단계(2170)을 수행할 수 있다.
단계(2170)에서 지연 검색부(940)는 지연을 검색하지 않은 부대역을 현재 부대역으로 변경하고, 단계(2020)을 수행하여 지연을 검색할 수 있다.
단계(2180)에서 이득 결정부(950)는 단계(2140)에서 검색한 지연과 단계(2150)에서 결정한 이득을 이용하여 비-토널 코드북을 생성하고, 생성한 비-토널 코드북을 양자화하여 출력할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 출력 스펙트럼 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(2210)에서 제1 여기 스펙트럼 생성부(1210)는 입력 신호에 따른 토널 여기 스펙트럼과 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 이용하여 제1 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 구체적으로, 제1 여기 스펙트럼 생성부(1210)는 토널 여기 스펙트럼에 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 곱하여 제1 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다.
단계(2220)에서 제2 여기 스펙트럼 생성부(1220)는 입력 신호에 따른 비 토널 여기 스펙트럼과 상기 비 토널 여기 스펙트럼의 이득을 이용하여 제2 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 구체적으로, 제2 여기 스펙트럼 생성부(1220)는 비 토널 여기 스펙트럼에 비 토널 여기 스펙트럼의 이득(gain)을 곱하여 제2 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다.
단계(2230)에서 출력 스펙트럼 생성부(1230)는 단계(2210)에서 생성한 제1 여기 스펙트럼과 단계(2220)에서 생성한 제2 여기 스펙트럼을 이용하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다.
구체적으로, 출력 스펙트럼 생성부(1230)는 제1 여기 스펙트럼과 제2 여기 스펙트럼을 더한 결과를 소스 필터를 통하여 합성하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, 소스 필터는 선형 예측 필터일 수 있다.
본 발명은 MDCT 스펙트럼을 선형 예측기와 토널 코드북 및 비-토널 코드북으로 이루어진 소스 필터 모델로 표현함으로써 스펙트럼 왜곡을 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 저대역 부호화부
120: 제1 스펙트럼 변환부
130: 선형 예측부
140: 필터링부
150: 토널 코드북 검색부
170: 비-토널 코드북 검색부

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 제1 스펙트럼으로 변환하는 제1 스펙트럼 변환부;
    제1 스펙트럼을 선형 예측(LP: linear prediction) 분석하여 선형 예측 계수를 결정하는 선형 예측부;
    상기 선형 예측 계수로 상기 제1 스펙트럼을 선형 예측 합성한 제2 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 토널 코드북을 검색하는 토널 코드북 검색부;
    상기 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 변환한 제3 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 제4 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 비-토널 코드북을 검색하는 비-토널 코드북 검색부; 및
    상기 선형 예측 계수, 상기 토널 코드북, 및 상기 비-토널 코드북을 이용하여 부호화된 신호를 출력하는 신호 출력부
    를 포함하고,
    상기 비-토널 코드북 검색부는,
    제1 스펙트럼과 제6 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거하는 기여분 제거부;
    제3 스펙트럼과 상기 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 이용하여 개루프 비-토널 코드북 지연을 검색하는 개루프 지연 검색부; 및
    제3 스펙트럼과 상기 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색하는 폐루프 지연 및 이득 검색부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스펙트럼 변환부는,
    상기 시간 영역의 입력 신호를 상기 입력 신호의 상위 대역을 포함하는 고대역 신호와 상기 입력 신호의 저대역 신호로 분할하는 신호 분할부;
    상기 고대역 신호를 변환하여 고대역 스펙트럼을 출력하는 고대역 신호 변환부;
    상기 저대역 신호를 변환하여 저대역 스펙트럼을 출력하는 저대역 신호 변환부;
    상기 고대역 스펙트럼과 상기 저대역 스펙트럼을 결합하여 제5 스펙트럼을 출력하는 스펙트럼 결합부;
    상기 제5 스펙트럼의 전체 이득을 계산하고, 상기 전체 이득을 양자화하여 양자화된 이득(gain)을 출력하는 이득 출력부; 및
    상기 양자화된 이득으로 상기 제5 스펙트럼을 정규화하여 상기 주파수 영역의 제1 스펙트럼을 출력하는 정규화부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 선형 예측 계수로 상기 제1 스펙트럼을 필터링하여 선형 예측 계수에 따른 잔차(residual) 정보를 포함하는 제6 스펙트럼을 출력하는 필터링부
    를 더 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 토널 코드북 검색부는,
    토널 코드북 검색을 위한 트랙 구조에 따라 상기 제6 스펙트럼을 재배열하는 재배열부;
    재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분을 기초로 개루프 토널 코드북을 출력하는 개루프 토널 코드북 출력부; 및
    상기 개루프 토널 코드북과, 선형 예측 계수 및 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 토널 코드북을 검색하는 폐루프 토널 코드북 검색부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 개루프 토널 코드북 출력부는,
    트랙 구조에 따라 재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분에 대응하는 절대값이 가장 큰 펄스를 검색하는 펄스 검색부; 및
    검색한 펄스들로 개루프 토널 코드북을 생성하여 출력하는 코드북 출력부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 폐루프 토널 코드북 검색부는,
    상기 개루프 토널 코드북을 최적 토널 코드북으로 설정하는 최적 토널 코드북 설정부;
    제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼의 오류값을 최소 오류값으로 설정하는 최소 오류값 설정부;
    최적 토널 코드북에서 현재 트랙에 해당하는 펄스를 동일 트랙의 현재 위치에 해당하는 펄스로 치환하여 후보 토널 코드북을 생성하는 후보 토널 코드북 생성부;
    제1 스펙트럼과 후보 토널 코드북을 이용하여 생성한 제7 스펙트럼의 후보 오류값을 최소 오류값과 비교하여 최소 오류값을 업데이트하는 오류값 업데이트부;
    최소 오류값이 업데이트되는 경우, 후보 토널 코드북을 이용하여 최적 토널 코드북을 업데이트하는 최적 토널 코드북 업데이트부; 및
    업데이트된 최적 토널 코드북을 폐루프 토널 코드북으로 출력하는 코드북 출력부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    토널 코드북을 구성하는 각 트랙의 각 펄스를 위치, 부호 및 크기 성분으로 나누어 각각을 양자화하는 양자화부
    를 더 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력하는 저대역 부호화부; 및
    상기 저대역 신호 비트스트림을 복호화한 계층 신호를 변환하여 제3 스펙트럼을 출력하는 제3 스펙트럼 변환부
    를 더 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 스펙트럼 변환 변환부는,
    상기 저대역 신호 비트스트림을 복호화하여 양자화된 계층 신호를 출력하는 복호화부;
    상기 계층 신호를 MDCT하여 출력하는 MDCT부; 및
    MDCT된 계층 신호를 정규화하여 제3 스펙트럼을 출력하는 정규화부
    를 더 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 제3항에 있어서,
    상기 개루프 지연 검색부는,
    개루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 분할하는 스펙트럼 분할부; 및
    현재 부대역에 대응하는 개루프(open loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼과 기여분을 제거한 제6 스펙트럼의 정규화된 상관도가 가장 큰 지연을 검색하는 지연 검색부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 폐루프 지연 및 이득 검색부는,
    폐루프 비-토널 코드북 검색을 위해 설정된 부대역(sub-band) 구조에 따라 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 분할하는 스펙트럼 분할부;
    개루프 비-토널 코드북 지연에 따라 폐루프 검색 구간을 결정하는 검색 구간 결정부;
    현재 부대역(sub-band)의 폐루프(Closed loop) 검색 구간에서 제3 스펙트럼을 여기 신호로 설정하고, 상기 선형 예측 계수를 이용하여 MDCT 계수를 결정하는 MDCT 계수 결정부;
    상기 MDCT 계수와 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 양자화 대역 계수 간의 오류를 최소로 하는 지연을 검색하는 지연 검색부; 및
    검색된 지연에서 이득을 결정하는 이득 결정부
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 장치.
  15. 삭제
  16. 시간 영역의 입력 신호를 주파수 영역의 제1 스펙트럼으로 변환하는 단계;
    제1 스펙트럼을 선형 예측(LP: linear prediction) 분석하여 선형 예측 계수를 결정하는 단계;
    상기 선형 예측 계수로 상기 제1 스펙트럼을 선형 예측 합성한 제2 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 토널 코드북을 검색하는 단계;
    상기 입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 변환한 제3 스펙트럼과 상기 제1 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거한 제4 스펙트럼 간의 차이를 최소화하는 비-토널 코드북을 검색하는 단계; 및
    상기 선형 예측 계수, 상기 토널 코드북, 및 상기 비-토널 코드북을 이용하여 부호화된 신호를 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 비-토널 코드북을 검색하는 단계는,
    제1 스펙트럼과 제6 스펙트럼에서 상기 토널 코드북의 기여분을 제거하는 단계;
    제3 스펙트럼과 상기 기여분을 제거한 제6 스펙트럼을 이용하여 개루프 비-토널 코드북 지연을 검색하는 단계;
    제3 스펙트럼과 상기 기여분을 제거한 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 비-토널 코드북 지연 및 이득을 검색하는 단계
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 토널 코드북을 검색하는 단계는,
    토널 코드북 검색을 위한 트랙 구조에 따라 선형 예측 계수에 따른 잔차(residual) 정보를 포함하는 제6 스펙트럼을 재배열하는 단계;
    재배열된 제6 스펙트럼의 계수에 대한 크기 성분을 기초로 개루프 토널 코드북을 출력하는 단계; 및
    상기 개루프 토널 코드북과, 선형 예측 계수 및 제1 스펙트럼을 이용하여 폐루프 토널 코드북을 검색하는 단계;
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 폐루프 토널 코드북을 검색하는 단계는,
    상기 개루프 토널 코드북을 최적 토널 코드북으로 설정하는 단계;
    제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼의 오류값을 최소 오류값으로 설정하는 단계;
    최적 토널 코드북에서 현재 트랙에 해당하는 펄스를 동일 트랙의 현재 위치에 해당하는 펄스로 치환하여 후보 토널 코드북을 생성하는 단계;
    제1 스펙트럼과 후보 토널 코드북을 이용하여 생성한 제7 스펙트럼의 후보 오류값을 최소 오류값과 비교하여 최소 오류값과 최적 토널 코드북을 업데이트하는 단계; 및
    업데이트된 최적 토널 코드북을 폐루프 토널 코드북으로 출력하는 단계
    를 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    입력 신호의 하위 대역을 포함하는 저대역 신호를 부호화하여 저대역 신호 비트스트림을 출력하는 단계; 및
    상기 저대역 신호 비트스트림을 복호화한 계층 신호를 변환하여 제3 스펙트럼을 출력하는 단계;
    를 더 포함하는 주파수 스펙트럼 처리 방법.

  20. 삭제
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