KR102386736B1 - 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화방법은 여기 클래스를 복호화하는 단계, 복호화된 저주파 스펙트럼을 상기 여기 클래스에 근거하여 변형하는 단계, 및 변형된 저주파 스펙트럼에 근거하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DECODING HIGH FREQUENCY FOR BANDWIDTH EXTENSION}
본 발명은 오디오 부호화 및 복호화에 관한 것으로서, 보다 상세하게로는 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
G.719의 코딩 스킴은 텔레컨퍼런싱의 목적으로 개발 및 표준화된 것으로서, MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)을 수행하여 주파수 도메인 변환을 수행하여, 스테이셔너리(stationary) 프레임인 경우에는 MDCT 스펙트럼을 바로 코딩한다. 넌 스테이셔너리(non-stationary) 프레임은 시간 도메인 얼라이어싱 순서(time domain aliasing order)를 변경함으로써, 시간적인 특성을 고려할 수 있도록 변경한다. 넌 스테이셔너리 프레임에 대하여 얻어진 스펙트럼은 스테이셔너리 프레임과 동일한 프레임워크로 코덱을 구성하기 위해서 인터리빙을 수행하여 스테이셔너리 프레임과 유사한 형태로 구성될 수 있다. 이와 같이 구성된 스펙트럼의 에너지를 구하여 정규화를 수행한 후 양자화를 수행하게 된다. 통상 에너지는 RMS 값으로 표현되며, 정규화된 스펙트럼은 에너지 기반의 비트 할당을 통해 밴드별로 필요한 비트를 생성하고, 밴드별 비트 할당 정보를 기반으로 양자화 및 무손실 부호화를 통해 비트스트림을 생성한다.
G.719의 디코딩 스킴에 따르면, 코딩 방식의 역과정으로 비트스트림에서 에너지를 역양자화하고, 역양자화된 에너지를 기반으로 비트 할당 정보를 생성하여 스펙트럼의 역양자화를 수행하여 정규화된 역양자화된 스펙트럼을 생성해 준다. 이때 비트가 부족한 경우 특정 밴드에는 역양자화한 스펙트럼이 없을 수 있다. 이러한 특정 밴드에 대하여 노이즈를 생성해 주기 위하여, 저주파 대역의 역양자화된 스펙트럼을 기반으로 노이즈 코드북을 생성하여 전송된 노이즈 레벨에 맞추어서 노이즈를 생성하는 노이즈 필링 방식이 적용된다. 한편, 특정 주파수 이상의 밴드에 대해서는 저주파 신호를 폴딩하여 고주파 신호를 생성해주는 대역폭 확장 기법이 적용된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복원 음질을 향상시킬 수 있는 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법 및 장치와 이를 채용하는 멀티미디어 기기를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법은 여기 클래스를 복호화하는 단계; 복호화된 저주파 스펙트럼을 상기 여기 클래스에 근거하여 변형하는 단계; 및 변형된 저주파 스펙트럼에 근거하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 장치는 여기 클래스를 복호화하고, 복호화된 저주파 스펙트럼을 상기 여기 클래스에 근거하여 변형하고, 변형된 저주파 스펙트럼에 근거하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화 방법 및 장치에 의하면, 복호화된 저주파 스펙트럼을 변형하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성함으로써 복잡도의 과도한 증가없이 복원 음질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따라 저주파 대역과 고주파 대역의 서브밴드 구성의 예를 설명하는 도면이다
도 2a 내지 도 2c는 일실시예에 따라 R0 대역과 R1 대역을 선택된 코딩 방식에 대응하여 R2와 R3, R4와 R5로 구분한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 고주파 대역의 서브밴드 구성의 예를 설명하는 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 오디오 부호화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 일실시예에 따른 BWE 파라미터 생성부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 일실시예에 따른 오디오 복호화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 7은 일실시예에 따른 고주파 복호화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 8은 일실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 12는 일실시예에 다이나믹 레인지 제어부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 13은 일실시예에 따른 고주파 여기스펙트럼 생성부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 14는 밴드 경계에서 가중치에 대한 스무딩 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일실시예에 따라 오버래핑 영역에 존재하는 스펙트럼을 재구성하기 위하여 사용되는 기여분인 가중치를 설명하는 도면이다.
도 16은 일실시예에 따른 복호화모듈을 포함하는 멀티미디어 기기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 17은 일실시예에 따른 부호화모듈과 복호화모듈을 포함하는 멀티미디어 기기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 18은 일실시예에 따른 고주파 복호화방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19는 일실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들이 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명에서 사용한 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 판례, 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일실시예에 따라 저주파 대역과 고주파 대역의 서브밴드 구성의 예를 설명하는 도면이다. 실시예에 따르면, 샘플링 레이트는 32kHz이고, 640개의 MDCT 스펙트럼 계수를 22개의 밴드로 구성하며, 구체적으로 저주파 대역에 대하여 17개의 밴드, 고주파 대역에 대하여 5개의 밴드로 구성될 수 있다. 예를 들면, 고주파 대역의 시작 주파수는 241번째 스펙트럼 계수이며, 0~240까지의 스펙트럼 계수는 저주파 코딩 방식 즉, 코어 코딩 방식으로 코딩되는 영역으로서 R0로 정의할 수 있다. 또한, 241~639까지의 스펙트럼 계수는 대역폭확장(BWE)가 수행되는 고주파 대역으로서 R1으로 정의할 수 있다. 한편, R1 영역에는 비트 할당 정보에 따라서 저주파 코딩 방식으로 코딩되는 밴드도 존재할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 R0 영역과 R1 영역을 선택된 코딩 방식에 따라 R2, R3, R4, R5로 구분한 도면이다. 먼저, BWE 영역인 R1 영역은 R2와 R3로, 저주파 코딩 영역인 R0 영역은 R4와 R5로 구분될 수 있다. R2는 저주파 코딩 방식, 예를 들면 주파수 도메인 코딩 방식으로 양자화 및 무손실 부호화되는 신호를 포함하고 있는 밴드를 나타내고, R3는 저주파 코딩 방식으로 코딩되는 신호가 없는 밴드를 나타낸다. 한편, R2가 비트가 할당되어 저주파 코딩 방식으로 코딩되는 것으로 결정되더라도 비트가 부족한 경우 R3에서와 동일한 방식으로 밴드가 생성될 수 있다. R5는 비트가 할당되어 저주파 코딩 방식으로 코딩이 수행되는 밴드를 나타내고, R4는 비트 여유분이 없어 저주파 신호임에도 코딩이 안되거나 비트가 적게 할당되어 노이즈를 부가해야 하는 밴드를 나타낸다. 따라서, R4와 R5의 구분은 노이즈 부가 여부에 의해서 판단될 수 있으며, 이는 저주파 코딩된 밴드내 스펙트럼 개수의 비율로 결정될 수 있으며, 또는 FPC를 사용한 경우에는 밴드내 펄스 할당 정보에 근거하여 결정할 수 있다. R4와 R5 밴드는 복호화 과정에서 노이즈를 부가할 때 구분될 수 있기 때문에, 부호화 과정에서는 명확히 구분이 안될 수 있다. R2~R5 밴드는 부호화되는 정보가 서로 다를 뿐 아니라, 디코딩 방식이 다르게 적용될 수 있다.
도 2a에 도시된 예의 경우 저주파 코딩 영역(R0) 중 170-240까지의 2개 밴드가 노이즈를 부가하는 R4이고, BWE 영역(R1) 중 241-350까지의 2개 밴드 및 427-639까지의 2개 밴드가 저주파 코딩 방식으로 코딩되는 R2이다. 도 2b에 도시된 예의 경우 저주파 코딩 영역(R0) 중 202-240까지의 1개 밴드가 노이즈를 부가하는 R4이고, BWE 영역(R1) 중 241-639까지의 5개 밴드 모두가 저주파 코딩 방식으로 코딩되는 R2이다. 도 2c에 도시된 예의 경우 저주파 코딩 영역(R0) 중 144-240까지의 3개 밴드가 노이즈를 부가하는 R4이고, BWE 영역(R1) 중 R2는 존재하지 않는다. 저주파 코딩 영역(R0)에서 R4는 통상 고주파 부분에 분포될 수 있으나, BWE 영역(R1)에서 R2는 특정 주파수 부분에 제한되지 않는다.
도 3은 도 3은 일실시예에 따른 광대역(WB)의 고주파 대역의 서브밴드 구성의 예를 설명하는 도면이다. 여기서, 32KHz 샘플링 레이트는 32kHz이고, 640개의 MDCT 스펙트럼 계수를 중 고주파 대역에 대하여 14개의 밴드로 구성될 수 있다. 100 Hz 에는 4개의 스펙트럼 계수가 포함되며, 따라서 400 Hz인 첫번째 밴드에는 16개의 스펙트럼 계수가 포함될 수 있다. 참조부호 310은 6.4 ~ 14.4 KHz의 고주파 대역, 참조부호 330은 8.0 ~ 16.0 KHz의 고주파 대역에 대한 서브밴드 구성을 각각 나타낸다.
도 4는 일실시예에 따른 오디오 부호화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4에 도시된 오디오 부호화장치는 BWE 파라미터 생성부(410), 저주파 부호화부(430), 고주파 부호화부(450) 및 다중화부(470)를 포함할 수 있다. 각 구성요소는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 여기서, 입력신호는 음악 혹은 음성, 혹은 음악과 음성의 혼합신호를 의미할 수 있으며, 크게 음성신호와 다른 일반적인 신호로 나눌 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 오디오 신호로 통칭하기로 한다.
도 4를 참조하면, BWE 파라미터 생성부(410)는 대역폭 확장을 위한 BWE 파라미터를 생성할 수 있다. 여기서, BWE 파라미터는 여기 클래스(excitation class)에 해당할 수 있다. 한편, 구현방식에 따라서, BWE 파라미터는 여기 클래스와 다른 파라미터를 포함할 수 있다. BWE 파라미터 생성부(410)는 프레임 단위로 신호 특성에 근거하여 여기 클래스를 생성할 수 있다. 구체적으로, 입력신호가 음성 특성을 갖는지 토널 특성을 갖는지를 판단하고, 판단 결과에 근거하여 복수의 여기 클래스 중에서 하나를 결정할 수 있다. 복수의 여기 클래스는 음성과 관련된 여기 클래스, 토널 뮤직과 관련된 여기 클래스와 넌-토널 뮤직과 관련된 여기 클래스를 포함할 수 있다. 결정된 여기 클래스는 비트스트림에 포함되어 전송될 수 있다.
저주파 부호화부(430)는 저대역 신호에 대하여 부호화를 수행하여 부호화된 스펙트럼 계수를 생성할 수 있다. 또한, 저주파 부호화부(430)는 저대역 신호의 에너지와 관련된 정보를 부호화할 수 있다. 실시예에 따르면, 저주파 부호화부(430)는 저대역 신호를 주파수 도메인으로 변환하여 저주파 스펙트럼을 생성하고, 저주파 스펙트럼에 대하여 양자화하여 양자화된 스펙트럼 계수를 생성할 수 있다. 도메인 변환을 위하여 MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 양자화를 위하여 PVQ(Pyramid Vector Quantization)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
고주파 부호화부(450)는 고대역 신호에 대하여 부호화를 수행하여 디코더단에서의 대역폭 확장에 필요한 파라미터 혹은 비트할당에 필요한 파라미터를 생성할 수 있다. 대역폭 확장에 필요한 파라미터는 고대역 신호의 에너지와 관련된 정보와 부가정보를 포함할 수 있다. 여기서, 에너지는 엔벨로프, 스케일 팩터, 평균 전력 혹은 Norm 으로 표현될 수 있다. 부가정보는 고대역에서 중요한 주파수 성분을 포함하는 밴드에 대한 정보로서, 특정 고주파 밴드에 포함된 주파수 성분과 관련된 정보일 수 있다. 고주파 부호화부(450)는 고대역신호를 주파수 도메인으로 변환하여 고주파 스펙트럼을 생성하고, 고주파 스펙트럼의 에너지와 관련된 정보를 양자화할 수 있다. 도메인 변환을 위하여 MDCT를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 양자화를 위하여 벡터 양자화를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다중화부(470)는 BWE 파라미터 즉, 여기 클래스, 대역폭 확장에 필요한 파라미터 혹은 비트할당에 필요한 파라미터 및 저대역의 부호화된 스펙트럼 계수를 포함하여 비트스트림을 생성할 수 있다. 비트스트림은 전송되거나 저장될 수 있다.
주파수 도메인의 BWE 방식은 시간 도메인 코딩 파트와 결합되어 적용될 수 있다. 시간 도메인 코딩에는 주로 CELP 방식이 사용될 수 있으며, CELP 방식으로 저대역을 코딩하고, 주파수 도메인에서의 BWE가 아닌 시간 도메인에서의 BWE 방식과 결합되도록 구현될 수 있다. 이러한 경우, 전체적으로 시간 도메인 코딩과 주파수 도메인 코딩간의 적응적 코딩 방식 결정에 기반하여 코딩 방식을 선택적으로 적용할 수 있게 된다. 적절한 코딩 방식을 선택하기 위해서 신호분류를 필요로 하며, 일실시예에 따르면 신호 분류 결과를 우선적으로 이용하여 프레임별 여기 클래스를 결정할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 BWE 파라미터 생성부(도 4의 410)의 구성을 나타낸 블럭도로서, 신호분류부(510) 및 여기 클래스 생성부(530)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 신호분류부(510)는 신호특성을 프레임 단위로 분석하여 현재 프레임이 음성신호인지 여부를 분류하고, 분류결과에 따라서 여기 클래스를 결정할 수 있다. 신호분류 처리는 공지된 다양한 방법, 예를 들어 단구간 특성 및/또는 장구간 특성을 이용하여 수행될 수 있다. 단구간 특성 및/또는 장구간 특성은 주파수 도메인 특성 혹은 시간 도메인 특성일 수 있다. 현재 프레임이 시간 도메인 코딩이 적절한 방식인 음성신호로 분류되는 경우, 고대역 신호의 특성에 기반한 방식보다, 고정된 형태의 여기 클래스를 할당하는 방식이 음질 향상에 도움이 될 수 있다. 여기서, 신호분류 처리는 이전 프레임의 분류 결과를 고려하지 않고 현재 프레임에 대하여 수행될 수 있다. 즉, 비록 현재 프레임이 행 오버를 고려하여 최종적으로는 주파수 도메인 코딩으로 결정될 수 있지만, 현재 프레임 자체가 시간 도메인 코딩이 적절한 방식이라고 분류된 경우에는 고정된 여기 클래스를 할당할 수 있다. 예를 들어, 현재 프레임이 시간 도메인 코딩이 적절할 음성신호로 분류되는 경우 여기 클래스는 음성 특성과 관련된 제1 여기 클래스로 설정될 수 있다.
여기클래스 생성부(530)는 신호분류부(510)의 분류 결과 현재 프레임이 음성신호로 분류되지 않은 경우, 적어도 하나 이상의 문턱치를 이용하여 여기 클래스를 결정할 수 있다. 실시예에 따르면, 여기클래스 생성부(530)는 신호분류부(510)의 분류 결과 현재 프레임이 음성신호로 분류되지 않은 경우, 고대역의 토널러티 값을 산출하고, 토널러티 값을 문턱치와 비교하여 여기 클래스를 결정할 수 있다. 여기 클래스의 개수에 따라서 복수개의 문턱치가 사용될 수 있다. 하나의 문턱치가 사용되는 경우, 토널러티 값이 문턱치보다 큰 경우 토널 뮤직신호로, 토널러티 값이 문턱치보다 작은 경우 넌-토널 뮤직신호, 예를 들면 노이지 신호로 분류할 수 있다. 현재 프레임이 토널 뮤직신호로 분류되는 경우, 여기 클래스는 토널 특성과 관련된 제2 여기 클래스, 노이지 신호로 분류되는 경우 넌-토널특성과 관된 제3 여기 클래스로 결정될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 오디오 복호화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 6에 도시된 오디오 복호화장치는 역다중화부(610), BWE 파라미터 복호화부(630), 저주파 복호화부(650) 및 고주파 복호화부(670)를 포함할 수 있다. 도시되지 않았으나, 오디오 복호화장치는 스펙트럼 결합부와 역변환부를 더 포함할 수 있다. 각 구성요소는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 여기서, 입력신호는 음악 혹은 음성, 혹은 음악과 음성의 혼합신호를 의미할 수 있으며, 크게 음성신호와 다른 일반적인 신호로 나눌 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 오디오 신호로 통칭하기로 한다.
도 6을 참조하면, 역다중화부(610)는 수신되는 비트스트림을 파싱하여 복호화에 필요한 파라미터를 생성할 수 있다.
BWE 파라미터 복호화부(630)는 비트스트림으로부터 BWE 파라미터를 복호화할 수 있다. BWE 파라미터는 여기 클래스에 해당할 수 있다. 한편, BWE 파라미터는 여기 클래스와 다른 파라미터를 포함할 수 있다.
저주파 복호화부(650)는 비트스트림으로부터 저대역의 부호화된 스펙트럼 계수를 복호화하여 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다. 한편, 저주파 복호화부(650)는 저대역 신호의 에너지와 관련된 정보를 복호화할 수 있다.
고주파 복호화부(670)는 복호화된 저주파 스펙트럼과 여기 클래스를 이용하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 고주파 복호화부(670)는 비트스트림으로부터 대역폭 확장에 필요한 파라미터 혹은 비트할당에 필요한 파라미터를 복호화하고, 대역폭 확장에 필요한 파라미터 혹은 비트할당에 필요한 파라미터와 복호화된 저대역 신호의 에너지와 관련된 정보를 고주파 여기 스펙트럼에 적용할 수 있다.
대역폭 확장에 필요한 파라미터는 고대역 신호의 에너지와 관련된 정보와 부가정보를 포함할 수 있다. 부가정보는 고대역에서 중요한 주파수 성분을 포함하는 밴드에 대한 정보로서, 특정 고주파 밴드에 포함된 주파수 성분과 관련된 정보일 수 있다. 고대역 신호의 에너지와 관련된 정보는 벡터 역양자화될 수 있다.
스펙트럼 결합부(미도시)는 저주파 복호화부(650)로부터 제공되는 스펙트럼과 고주파 복호화부(670)로부터 제공되는 스펙트럼을 결합할 수 있다. 역변환부(미도시)는 결합된 스펙트럼을 시간 도메인으로 역변환할 수 있다. 도메인 역변환을 위하여 IMDCT(Inverse MDCT)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 일실시예에 따른 고주파 복호화장치의 구성을 나타낸 블록도로서, 도 6의 고주파 복호화부(670)에 대응되거나 별도의 장치로 구현될 수 있다. 도 7의 고주파 복호화장치는 저주파 스펙트럼 변형부(710) 및 고주파 여기스펙트럼 생성부(730)를 포함할 수 있다. 여기서 도시되지 않았으나, 복호화된 저주파 스펙트럼을 수신하는 수신부를 더 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 저주파 스펙트럼 변형부(710)는 복호화된 저주파 스펙트럼을 여기 클래스에 근거하여 변형(modify)할 수 있다. 일실시예에 따르면 복호화된 저주파 스펙트럼은 노이즈 필링 처리된 스펙트럼일 수 있다. 다른 실시예에 따르면 복호화된 저주파 스펙트럼은 노이즈 필링 처리된 이후, 제로로 남아 있는 부분에 재차 랜덤 부호와 일정한 크기의 진폭을 갖는 계수를 삽입하는 안티 스파스니스(anti-sparseness) 처리된 스펙트럼일 수 있다.
고주파 여기스펙트럼 생성부(730)는 변형된 저주파 스펙트럼으로부터 고주파 여기스펙트럼을 생성할 수 있다. 추가적으로, 생성된 고주파 여기스펙트럼의 에너지가 역양자화된 에너지에 매칭되도록 생성된 고주파 여기스펙트럼의 에너지에 게인을 적용할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부(도 7의 710)의 구성을 나타낸 블록도로서, 연산부(810)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 연산부(810)는 복호화된 저주파 스펙트럼에 대하여 여기클래스에 근거하여 소정의 연산처리를 수행하여 변형된 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다. 여기서, 복호화된 저주파 스펙트럼은 노이즈 필링 처리된 스펙트럼, 안티 스파스니스 처리된 스펙트럼 혹은 노이즈가 부가되지 않은 역양자화된 저주파 스펙트럼에 해당될 수 있다. 소정의 연산처리는 여기클래스에 따라서 가중치를 결정하고, 복호화된 저주파 스펙트럼과 랜덤 노이즈를 결정된 가중치에 근거하여 혼합하는 처리를 의미할 수 있다. 소정의 연산처리는 승산처리와 가산처리를 포함할 수 있다. 랜덤 노이즈는 공지된 다양한 방식으로 생성될 수 있으며, 일예를 들면 랜덤 씨드(Random seed)를 이용하여 생성될 수 있다. 한편, 연산부(810)는 소정의 연산처리에 앞서 화이트닝된 저주파 스펙트럼과 랜덤 노이즈의 레벨을 유사한 수준으로 매칭시키는 처리를 더 포함할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부(도 7의 710)의 구성을 나타낸 블럭도 로서, 화이트닝부(910), 연산부(930) 및 레벨 조정부(950)를 포함할 수 있다. 여기서, 레벨 조정부(950)는 옵션으로 구비될 수 있다.
도 9를 참조하면, 화이트닝부(910)는 복호화된 저주파 스펙트럼에 대하여 화이트닝을 수행할 수 있다. 여기서, 복호화된 저주파 스펙트럼에 제로로 남아 있는 부분은 노이즈 필링 처리 혹은 안티 스파스니스 처리에 의해 노이즈가 부가될 수 있다. 노이즈 부가는 서브밴드 단위로 선택적으로 수행될 수 있다. 화이트닝 처리는 저주파 스펙트럼의 엔벨로프 정보에 근거하여 정규화를 수행하는 것으로서, 공지된 다양한 방식을 적용할 수 있다. 구체적으로, 정규화 처리는 저주파 스펙트럼으로부터 엔벨로프를 산출하고, 저주파 스펙트럼을 엔벨로프로 나누는 것에 해당될 수 있다. 화이트닝 처리는 스펙트럼의 형태는 플랫하지만, 내부 주파수의 미세 구조(fine structure)는 유지되도록 수행될 수 있다. 한편, 정규화 처리를 위한 윈도우 사이즈는 신호 특성에 따라서 결정될 수 있다.
연산부(930)는 화이트닝된 저주파 스펙트럼에 대하여 여기클래스에 근거하여 소정의 연산처리를 수행하여 변형된 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다. 소정의 연산처리는 여기클래스에 따라서 가중치를 결정하고, 화이트닝된 저주파 스펙트럼과 랜덤 노이즈를 결정된 가중치에 근거하여 혼합하는 처리를 의미할 수 있다. 연산부(930)는 도 8의 연산부(810)와 동일하게 동작할 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부(도 7의 710)의 구성을 나타낸 블럭도 로서, 다이나믹 레인지 제어부(1010)를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 다이나믹 레인지 제어부(1010)는 복호화된 저주파 스펙트럼의 다이나믹 레인지를 여기 클래스에 근거하여 제어하여 변형된 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다. 여기서, 다이나믹 레인지를 스펙트럼 진폭을 의미할 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형부(도 7의 710)의 구성을 나타낸 블럭도로서, 화이트닝부(1110) 및 다이나믹 레인지 제어부(1130)를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 화이트닝부(1110)는 도 9의 화이트닝부(910)와 동일하게 동작할 수 있다. 즉, 화이트닝부(1110)는 복호화된 저주파 스펙트럼에 대하여 화이트닝을 수행할 수 있다. 여기서, 복호화된 저주파 스펙트럼에 제로로 남아 있는 부분은 노이즈 필링 처리 혹은 안티 스파스니스 처리에 의해 노이즈가 부가될 수 있다. 노이즈 부가는 서브밴드 단위로 선택적으로 수행될 수 있다. 화이트닝 처리는 저주파 스펙트럼의 엔벨로프 정보에 근거하여 정규화를 수행하는 것으로서, 공지된 다양한 방식을 적용할 수 있다. 구체적으로, 정규화 처리는 저주파 스펙트럼으로부터 엔벨로프를 산출하고, 저주파 스펙트럼을 엔벨로프로 나누는 것에 해당될 수 있다. 화이트닝 처리는 스펙트럼의 형태는 플랫하지만, 내부 주파수의 미세 구조(fine structure)는 유지되도록 수행될 수 있다. 한편, 정규화 처리를 위한 윈도우 사이즈는 신호 특성에 따라서 결정될 수 있다.
다이나믹 레인지 제어부(1130)는 화이트닝된 저주파 스펙트럼의 다이나믹 레인지를 여기 클래스에 근거하여 제어하여 변형된 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다.
도 12는 일실시예에 따른 다이나믹 레인지 제어부(도 11의 1110)의 구성을 나타낸 블록도로서, 부호 분리부(1210), 제어파라미터 결정부(1230), 진폭 조절부(1250), 랜덤 부호 생성부(1270) 및 부호적용부(1290)를 포함할 수 있다. 여기서, 랜덤 부호 생성부(127)는 부호적용부(129)와 일체화될 수 있다.
도 12를 참조하면, 부호 분리부(1210)는 복호화된 저주파 스펙트럼으로부터 부호를 제거하여 진폭 즉, 절대값 스펙트럼을 생성할 수 있다.
제어파라미터 결정부(1230)는 여기 클래스에 근거하여 제어파라미터를 결정할 수 있다. 여기 클래스는 토널 특성 혹은 플랫 특성과 관련있는 정보이기 때문에, 여기 클래스에 근거하여 절대값 스펙트럼의 진폭을 조절할 수 있는 제어파라미터를 결정할 수 있다. 절대값 스펙트럼의 진폭은 다이나믹 레인지 혹은 피크-밸리 간격으로 나타낼 수 있다. 일실시예에 따르면, 제어파라미터 결정부(1130)는 여기 클래스에 대응하여 서로 다른 값의 제어 파라미터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 음성 특성과 관련된 여기 클래스인 경우에는 0.2, 토널 특성과 관련된 여기 클래스인 경우에는 0.05, 노이지 특성과 관련된 여기 클래스인 경우에는 0.8을 제어파라미터로 할당할 수 있다. 이에 따르면, 고주파 대역에서 노이즈 특성을 갖는 프레임의 경우, 진폭 조절 정도를 크게 할 수 있다.
진폭 조절부(1250)는 제어파라미터 결정부(1230)에서 결정된 제어파라미터에 근거하여 저주파 스펙트럼의 진폭 즉, 다이나믹 레인지를 조절할 수 있다. 이때, 제어파라미터의 값이 클수록 다이나믹 레인지를 더 많이 조절하게 된다. 일실시예에 따르면, 원래의 절대값 스펙트럼에 소정 크기의 진폭을 가감으로써 다이나믹 레인지를 조절할 수 있다. 소정 크기의 진폭은 절대값 스펙트럼의 특정 밴드의 각 주파수 빈의 진폭과 해당 밴드의 평균 진폭간 차이값에 대하여 제어파라미터를 곱한 값에 해당할 수 있다. 진폭 조절부(1250)는 저주파 스펙트럼을 동일한 크기의 밴드로 구성하여 처리할 수 있다. 일실시예에 따르면 각 밴드에 16개의 스펙트럼 계수가 포함되도록 구성할 수 있다. 각 밴드별로 평균 진폭이 산출되고, 각 밴드에 포함된 각 주파수 빈의 진폭이 각 밴드의 평균 진폭과 제어 파라미터에 근거하여 조절될 수 있다. 일예를 들면, 밴드의 평균 진폭보다 큰 진폭을 갖는 주파수 빈은 그 진폭을 감소시키고, 밴드의 평균 진폭보다 작은 진폭을 갖는 주파수 빈은 그 진폭을 증가시키는 것을 의미할 수 있다. 이때, 다이나믹 레인지의 조절 정도는 여기 클래스에 따라서 달라질 수 있다. 구체적으로, 다이나믹 레인지 제어는 하기 수학식 1에 따라서 수행될 수 있다.
Figure 112015021086647-pat00001
여기서, S'[i]는 주파수 빈 i의 다이나믹 레인지가 제어된 진폭, S[i]는 주파수 빈 i의 진폭, m[k]는 주파수 빈 i가 속해있는 밴드의 평균 진폭, a는 제어파라미터를 각각 나타낸다. 일실시예에 따르면, 각 진폭은 절대값을 나타낼 수 있다. 이에 따르면, 다이나믹 레인지 제어는 밴드의 스펙트럼 계수 즉, 주파수 빈 단위로 수행될 수 있다. 평균 진폭은 밴드 단위로 산출되고, 제어 파라미터는 프레임 단위로 적용될 수 있다.
한편, 각 밴드는 트랜스포지션이 수행될 시작 주파수를 기준으로 구성할 수 있다. 일예를 들면, 각 밴드는 트랜스포지션 주파수 빈 2에서부터 시작하면서 16개의 주파수 빈을 포함하도록 구성할 수 있다. 구체적으로 SWB인 경우, 24.4 kbps에서는 주파수 빈 145에서 끝나면서 9개의 밴드가 존재하고, 32 kbps에서는 주파수 빈 129에서 끝나면서 8개의 밴드가 존재할 수 있다. FB인 경우, 24.4 kbps에서는 주파수 빈 305에서 끝나면서 19개의 밴드가 존재하고, 32 kbps에서는 주파수 빈 289에서 끝나면서 18개의 밴드가 존재할 수 있다.
랜덤 부호 생성부(1270)는 여기 클래스에 근거하여 랜덤 부호가 필요하다고 판단된 경우 랜덤 부호를 생성할 수 있다. 랜덤 부호는 프레임 단위로 생성될 수 있다. 일실시예에 따르면, 노이지 특성과 관련된 여기 클래스의 경우 랜덤 부호가 적용될 수 있다.
부호적용부(1290)는 다이나믹 레인지가 조절된 저주파 스펙트럼에 대하여 랜덤 부호 혹은 원래의 부호 중 하나를 적용하여 변형된 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다. 여기서, 원래의 부호는 부호 분리부(1210)에서 제거된 부호를 사용할 수 있다. 일실시예에 따르면, 노이지 특성과 관련된 여기 클래스의 경우 랜덤 부호를, 토널 특성과 관련된 여기 클래스 혹은 음성 특성과 관련된 여기 클래스의 경우 원래의 부호를 적용할 수 있다. 구체적으로, 노이지하다고 판단된 프레임의 경우 랜덤 부호를, 토널한다고 판단된 프레임 혹은 음성신호로 판단된 프레임의 경우 원래의 부호를 적용할 수 있다.
도 13은 일실시예에 따른 고주파 여기스펙트럼 생성부(도 7의 730)의 구성을 나타낸 블럭도로서, 스펙트럼 패칭부(1310) 및 스펙트럼 조절부(1330)를 포함할 수 있다. 여기서, 스펙트럼 조절부(1330)는 옵션으로 구비될 수 있다.
도 13을 참조하면, 스펙트럼 패칭부(1310)는 변형된 저주파 스펙트럼을 고대역으로 패칭, 예를 들면 전사, 복사, 미러링 혹은 폴딩하여 비어있는 고대역에 스펙트럼을 채울 수 있다. 실시예에 따르면, 소스 대역인 50~3250 Hz 에 있는 변형된 스펙트럼을 8000~11200 Hz 대역에 복사하고, 동일한 소스 대역인 50~3250 Hz에 있는 변형된 스펙트럼을 11200Hz~14400 Hz 대역에 복사하고, 소스 대역인 2000~3600Hz에 있는 변형된 스펙트럼을 14400~16000 Hz 대역에 복사할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 변형된 저주파 스펙트럼으로부터 고주파 여기 스펙트럼이 생성될 수 있다.
스펙트럼 조절부(1330)는 스펙트럼 패칭부(1310)에서 수행된 패칭된 밴드간의 경계에서 스펙트럼의 불연속을 해결하기 위해서 스펙트럼 패칭부(1310)로부터 제공되는 고주파 여기 스펙트럼을 조절할 수 있다. 실시예에 따르면, 스펙트럼 패칭부(1310)로부터 제공되는 고주파 여기 스펙트럼의 경계 위치 주변의 스펙트럼들을 활용할 수 있다.
이와 같이 생성된 고주파 여기 스펙트럼 혹은 조절된 고주파 여기 스펙트럼과 복호화된 저주파 스펙트럼은 결합되고, 결합된 스펙트럼은 역변환과정을 통하여 시간 도메인 신호로 생성될 수 있다. 고주파 여기 스펙트럼과 복호화된 저주파 스펙트럼 각각에 대하여 미리 역변환과정이 수행된 다음 결합될 수도 있다. 한편, 역변환과정에는 IMDCT(Inverse Modified Discrete Cosine Transform)가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
스펙트럼 결합과정에서 주파수 대역이 겹치는 부분에 대하여 오버랩애드 처리를 통해서 복원할 수 있다. 또는 스펙트럼 결합과정에서 주파수 대역이 겹치는 부분에 대하여 비트스트림을 통하여 전송된 정보를 기반으로 복원할 수 있다. 혹은, 수신측의 환경에 따라서 오버랩애드 처리 혹은 전송된 정보에 기반한 처리가 선택적으로 적용되거나, 가중치에 근거하여 복원할 수 있다.
도 14는 밴드 경계에서 가중치에 대한 스무딩 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 14를 참조하면, K+2 밴드의 가중치와 K+1 밴드의 가중치가 서로 다르기 때문에, 밴드 경계에서 스무딩을 수행할 필요가 있다. 도 14의 예에서는 K+1 밴드는 스무딩을 수행하지 않고, K+2 밴드에서만 스무딩을 수행하게 된다. 그 이유는 K+1 밴드에서의 가중치(Ws(K+1))가 0이기 때문에 K+1 밴드에서 스무딩을 수행하게 되면 K+1 밴드에서의 가중치(Ws(K+1))가 0이 아닌 값을 갖게 되어 K+1 밴드에서 랜덤 노이즈까지 고려해야 하기 때문이다. 즉, 가중치가 0이라는 것은 해당 밴드에서는 고주파 여기스펙트럼 생성시 랜덤 노이즈를 고려하지 않는다는 것을 나타낸다. 이는 극단적인 토널신호일 경우에 해당되며, 랜덤 노이즈로 인하여 하모닉 신호의 밸리 구간에 노이즈가 삽입되어 잡음이 발생되는 것을 막기 위한 것이다.
다음, 고주파 에너지를 저주파 에너지 전송 방식과는 다른 방식으로 예를 들어 VQ와 같은 방식을 적용하게 되면, 저주파 에너지는 스칼라 양자화후 무손실 부호화를 사용해서 전송하게 되고, 고주파 에너지는 다른 방식으로 양자화를 수행하여 전송될 수 있다. 이와 같이 처리하는 경우, 저주파 코딩 영역(R0)의 마지막 밴드와 BWE 영역(R1)의 시작 밴드를 오버래핑하는 방식으로 구성할 수 있다. 또한 BWE 영역(R1)의 밴드 구성은 다른 방식으로 구성하여 좀더 조밀한 밴드 할당 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 저주파 코딩 영역(R0)의 마지막 밴드는 8.2kHz까지 구성되고, BWE 영역(R1)의 시작 밴드는 8kHz부터 시작하도록 구성할 수 있다. 이 경우 저주파 코딩 영역(R0)과 BWE 영역(R1)간에 오버랩핑 영역이 발생된다. 그 결과 오버랩핑 영역에는 두개의 복호화된 스펙트럼을 생성할 수 있다. 하나는 저주파 복호화 방식을 적용하여 생성한 스펙트럼이고, 다른 하나는 고주파 복호화 방식으로 생성한 스펙트럼이다. 두가지 스펙트럼 즉, 저주파 스펙트럼과 고주파 스펙트럼간의 천이(transition)가 보다 스무딩되도록 오버랩 애드(overlap add) 방식을 적용할 수 있다. 예를 들면, 두가지 스펙트럼을 동시에 활용하면서, 오버래핑된 영역 중 저주파쪽에 가까운 스펙트럼은 저주파 방식으로 생성된 스펙트럼의 기여분을 높이고, 고주파쪽에 가까운 스펙트럼은 고주파 방식으로 생성된 스펙트럼의 기여분을 높여서 오버래핑된 영역을 재구성할 수 있다.
예를 들어, 저주파 코딩 영역(R0)의 마지막 밴드는 8.2kHz까지, BWE 영역(R1)의 시작 밴드는 8kHz부터 시작하는 경우, 32 kHz 샘플링 레이트로 640 샘플의 스펙트럼을 구성하게 되면 320~327까지 8개의 스펙트럼이 오버랩되며, 8개의 스펙트럼에 대해서는 다음 수학식 2에서와 같이 생성할 수 있다.
Figure 112015021086647-pat00002
여기서,
Figure 112015021086647-pat00003
는 저주파 방식으로 복호화된 스펙트럼,
Figure 112015021086647-pat00004
는 고주파 방식으로 복호화된 스펙트럼, L0는 고주파의 시작 스펙트럼 위치, L0~L1은 오버래핑된 영역, w0는 기여분을 각각 나타낸다.
도 15는 일실시예에 따라 복호화단에서 BWE 처리후 오버래핑 영역에 존재하는 스펙트럼을 재구성하기 위하여 사용되는 기여분을 설명하는 도면이다.
도 15를 참조하면, wO(k)는 wO0(k)및 wO1(k)를 선택적으로 적용할 수 있는데, wO0(k)는 저주파와 고주파의 복호화 방식에 동일한 가중치를 적용하는 것이고, wO1(k)는 고주파의 복호화 방식에 더 큰 가중치를 가하는 방식이다. 두가지 wO(k)에 대한 선택 기준은 다양하지만, 일예로는 저주파의 오버랩핑 밴드에 스펙트럼 계수 혹은 펄스가 존재하는지에 대한 유무이다. 저주파의 오버랩핑 밴드에서 스펙트럼 계수 혹은 펄스가 코딩된 경우에는 wO0(k)를 활용하여, 저주파에서 생성한 스펙트럼에 대한 기여분을 L1 근처까지 유효하게 하고, 고주파의 기여분을 감소시키게 된다. 기본적으로 BWE를 통해서 생성된 신호의 스펙트럼보다는 실제 코딩 방식에 의해 생성된 스펙트럼이 원신호와의 근접성 측면에서 더 높을 수 있다. 이를 활용하여 오버랩핑 밴드에서 원신호에 좀더 근접한 스펙트럼의 기여분을 높여주는 방식을 적용할 수 있으며, 따라서 스무딩 효과 및 음질 향상을 도모할 수 있다.
도 16는 본 발명의 일실시예에 따른 복호화모듈을 포함하는 멀티미디어 기기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 16에 도시된 멀티미디어 기기(1600)는 통신부(1610)와 복호화모듈(1630)을 포함할 수 있다. 또한, 복호화 결과 얻어지는 복원된 오디오신호의 용도에 따라서, 복원된 오디오신호를 저장하는 저장부(1650)을 더 포함할 수 있다. 또한, 멀티미디어 기기(1600)는 스피커(1670)를 더 포함할 수 있다. 즉, 저장부(1650)와 스피커(1670)는 옵션으로 구비될 수 있다. 한편, 도 16에 도시된 멀티미디어 기기(1600)는 임의의 부호화모듈(미도시), 예를 들면 일반적인 부호화 기능을 수행하는 부호화모듈 혹은 본 발명의 일실시예에 따른 부호화모듈을 더 포함할 수 있다. 여기서, 복호화모듈(1630)은 멀티미디어 기기(1600)에 구비되는 다른 구성요소(미도시)와 함께 일체화되어 적어도 하나의 이상의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
도 16을 참조하면, 통신부(1610)는 외부로부터 제공되는 부호화된 비트스트림과 오디오 신호 중 적어도 하나를 수신하거나 복호화 모듈(1630)의 복호화결과 얻어지는 복원된 오디오 신호와 부호화결과 얻어지는 오디오 비트스트림 중 적어도 하나를 송신할 수 있다. 통신부(1610)는 무선 인터넷, 무선 인트라넷, 무선 전화망, 무선 랜(LAN), 와이파이(Wi-Fi), 와이파이 다이렉트(WFD, Wi-Fi Direct), 3G(Generation), 4G(4 Generation), 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신(IrDA, Infrared Data Association), RFID(Radio Frequency Identification), UWB(Ultra WideBand), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication)와 같은 무선 네트워크 또는 유선 전화망, 유선 인터넷과 같은 유선 네트워크를 통해 외부의 멀티미디어 기기와 데이터를 송수신할 수 있도록 구성된다.
복호화 모듈(1630)은 일실시예에 따르면, 통신부(1610)를 통하여 제공되는 비트스트림을 수신하고, 비트스트림에 포함된 오디오 스펙트럼에 대하여 복호화를 수행할 수 있다. 복호화처리는 전술한 복호화장치 혹은 후술하는 복호화방법을 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
저장부(1650)는 복호화 모듈(1630)에서 생성되는 복원된 오디오신호를 저장할 수 있다. 한편, 저장부(1650)는 멀티미디어 기기(1600)의 운용에 필요한 다양한 프로그램을 저장할 수 있다.
스피커(1670)는 복호화 모듈(1630)에서 생성되는 복원된 오디오신호를 외부로 출력할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 부호화모듈과 복호화모듈을 포함하는 멀티미디어 기기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 17에 도시된 멀티미디어 기기(1700)는 통신부(1710), 부호화모듈(1720)과 복호화모듈(1730)을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 결과 얻어지는 오디오 비트스트림 혹은 복호화 결과 얻어지는 복원된 오디오신호의 용도에 따라서, 오디오 비트스트림 혹은 복원된 오디오신호를 저장하는 저장부(1740)을 더 포함할 수 있다. 또한, 멀티미디어 기기(1700)는 마이크로폰(1750) 혹은 스피커(1760)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 부호화모듈(1720)과 복호화모듈(1730)은 멀티미디어 기기(1700)에 구비되는 다른 구성요소(미도시)와 함께 일체화되어 적어도 하나 이상의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
도 17에 도시된 각 구성요소 중 도 16에 도시된 멀티미디어 기기(1600)와 중복되는 구성요소에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
부호화모듈(1720)은 일실시예에 따르면, 통신부(1710) 혹은 마이크로폰(1750)을 통하여 제공되는 시간 도메인의 오디오 신호에 대하여 부호화를 수행할 수 있다. 부호화처리는 전술한 부호화장치를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
마이크로폰(1750)은 사용자 혹은 외부의 오디오신호를 부호화모듈(1720)로 제공할 수 있다.
도 16 및 도 17에 도시된 멀티미디어 기기(1600, 1700)에는, 전화, 모바일 폰 등을 포함하는 음성통신 전용단말, TV, MP3 플레이어 등을 포함하는 방송 혹은 음악 전용장치, 혹은 음성통신 전용단말과 방송 혹은 음악 전용장치의 융합 단말장치가 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 멀티미디어 기기(1600, 1700)는 클라이언트, 서버 혹은 클라이언트와 서버 사이에 배치되는 변환기로서 사용될 수 있다.
한편, 멀티미디어 기기(1600, 1700)가 예를 들어 모바일 폰인 경우, 도시되지 않았지만 키패드 등과 같은 유저 입력부, 유저 인터페이스 혹은 모바일 폰에서 처리되는 정보를 디스플레이하는 디스플레이부, 모바일 폰의 전반적인 기능을 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 또한, 모바일 폰은 촬상 기능을 갖는 카메라부와 모바일 폰에서 필요로 하는 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 구성요소를 더 포함할 수 있다.
한편, 멀티미디어 기기(1600, 1700)가 예를 들어 TV인 경우, 도시되지 않았지만 키패드 등과 같은 유저 입력부, 수신된 방송정보를 디스플레이하는 디스플레이부, TV의 전반적인 기능을 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 또한, TV는 TV에서 필요로 하는 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 구성요소를 더 포함할 수 있다.
도 18은 일실시예에 따른 고주파 복호화방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 18에 도시된 방법은 도 6의 고주파 복호화부(670)에서 수행되거나, 별도의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 18을 참조하면, 1810 단계에서는 여기 클래스를 복호화한다. 여기 클래스는 엔코더단에서 생성되어 비트스트림으로 디코더단에 전송될 수 있다. 한편, 여기 클래스는 디코더단에서 별도로 생성하여 사용될 수 있다. 여기 클래스는 프레임 단위로 얻어질 수 있다.
1830 단계에서는 비트스트림에 포함된 저주파 스펙트럼의 양자화 인덱스로부터 복호화된 저주파 스펙트럼을 수신할 수 있다. 양자화 인덱스는 예를 들면 가장 낮은 주파수 대역 이외에는 대역간 차분 인덱스일 수 있다. 저주파 스펙트럼의 양자화 인덱스는 예를 들면 벡터 역양자화될 수 있다. 벡터 역양자화 방법으로는 Pyramid Vector Quantization (PVQ)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 역양자화 결과에 대하여 노이즈 필링 처리가 수행되어 복호화된 저주파 스펙트럼을 생성할 수 있다. 노이즈 필링 처리는 제로로 양자화됨으로써 스펙트럼에 존재하는 갭을 필링하기 위한 것이다. 유사 랜덤 노이즈가 갭에 삽입될 수 있다. 노이즈 필링 처리가 처리되는 주파수 빈 구간은 미리 설정될 수 있다. 갭에 삽입되는 노이즈양은 비트스트림으로 전송되는 파라미터에 의해 제어될 수 있다. 노이즈 필링 처리된 저주파 스펙트럼은 추가적으로 역정규화가 수행될 수 있다. 노이즈 필링 처리된 저주파 스펙트럼에 대해서는 추가적으로 안티 스파스니스 처리(anti-sparseness processing)가 수행될 수 있다. 안티 스파스니스 처리를 위하여, 노이즈 필링 처리된 저주파 스펙트럼에서 제로로 남아있는 계수 부분에 랜덤 부호와 일정한 크기의 진폭을 갖는 계수가 삽입될 수 있다. 안티 스파스니스 처리된 저주파 스펙트럼은 추가적으로 저대역의 역양자화된 엔벨로프에 근거하여 에너지가 조절될 수 있다.
1850 단계에서는 복호화된 저주파 스펙트럼을 여기 클래스에 근거하여 변형할 수 있다. 복호화된 저주파 스펙트럼은 역양자화된 스펙트럼, 노이즈 필링 처리된 스펙트럼 혹은 안티 스파스니스 처리된 스펙트럼 중 하나가 될 수 있다. 복호화된 저주파 스펙트럼의 진폭을 여기 클래스에 의하여 조절할 수 있다. 예를 들면, 진폭 감소분을 여기 클래스에 의해 결정할 수 있다.
1870 단계에서는 변형된 저주파 스펙트럼을 이용하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 변형된 저주파 스펙트럼을 대역폭 확장을 위하여 필요로 하는 고대역에 패칭하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성할 수 있다. 패칭 방법의 예로는 미리 설정된 구간을 고대역에 복사하거나 폴딩하는 방법을 들 수 있다.
도 19는 일실시예에 따른 저주파 스펙트럼 변형방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 19에 도시된 방법은 도 18의 1850 단계에 해당하거나, 독립적으로 구현될 수 있다. 한편, 도 19에 도시된 방법은 도 7의 저주파 스펙트럼 변형부(710)에서 수행되거나, 별도의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 19를 참조하면, 1910 단계에서는 여기 클래스에 근거하여 진폭 조절 정도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 1910 단계에서는 진폭 조절 정도를 결정하기 위하여 여기 클래스에 근거하여 제어 파라미터를 생성할 수 있다. 실시예에 따르면, 여기 클래스가 음성 특성, 토널 특성 혹은 넌-토널 특성을 나타내는지에 따라서, 제어 파라미터의 값이 결정될 수 있다.
1930 단계에서는 결정된 진폭 조절 정도에 근거하여 저주파 스펙트럼의 진폭을 조절할 수 있다. 여기 클래스가 음성 특성 혹은 토널 특성을 나타내는 경우와 비교하면, 여기 클래스가 넌-토널 특성을 나타내는 경우, 보다 큰 값의 제어 파라미터가 생성되기 때문에 진폭 감소분이 커질 수 있다. 진폭 조절의 예로는 각 주파수 빈의 진폭 예를 들면 Norm 값과 해당 밴드의 평균 Norm값간의 차이를 제어 파라미터로 곱한 값만큼 감소시킬 수 있다.
1950 단계에서는 진폭이 조절된 저주파 스펙트럼에 대하여 부호를 적용할 수 있다. 여기 클래스에 따라서 원래의 부호 혹은 랜덤 부호가 적용될 수 있다. 예를 들면, 여기 클래스가 음성 특성 혹은 토널 특성을 나타내는 경우, 원래의 부호가, 여기 클래스가 넌-토널 특성을 나타내는 경우 랜덤 부호화가 적용될 수 있다.
1970 단계에서는 1950 단계에서 부호가 적용된 저주파 스펙트럼을 변형된 저주파 스펙트럼으로 생성할 수 있다.
상기 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 데이터 구조, 프로그램 명령, 혹은 데이터 파일은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 다양한 수단을 통하여 기록될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 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 포함될 수 있다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예로는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
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 스코프는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
610 ... 역다중화부 630 ... BWE 파라미터 복호화부
650 ... 저주파 복호화부 670 ... 고주파 복호화부
710 ... 저주파 스펙트럼 변형부 730 ... 고주파 여기스펙트럼 생성부
1210 ... 부호분리부 1230 ... 제어파라미터 결정부
1250 ... 진폭 조절부 1270 ... 랜덤 부호 생성부
1290 ... 부호적용부

Claims (15)

  1. 여기 클래스를 복호화하는 단계;
    상기 여기 클래스에 근거하여 제어 파라미터를 결정하는 단계;
    저주파 스펙트럼의 스펙트럼 계수의 진폭을 상기 제어 파라미터에 따라 조절하여, 상기 저주파 스펙트럼을 변형하는 단계; 및
    상기 변형된 저주파 스펙트럼을 복사하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 스펙트럼 계수의 진폭은, 상기 저주파 스펙트럼을 구성하는 복수의 밴드들 중 상기 스펙트럼 계수를 포함하는 밴드의 평균 진폭과 상기 스펙트럼 계수의 진폭 사이의 차이와 상기 제어 파라미터의 곱에 기초하여 조절되는,
    대역폭 확장을 위한 고주파 복호화방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 여기 클래스는, 프레임 단위로 비트스트림에 포함되는 대역폭 확장을 위한 고주파 복호화방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 저주파 스펙트럼을 변형하는 단계는,
    상기 저주파 스펙트럼을 정규화하는 단계; 및
    상기 제어 파라미터에 따라 상기 정규화된 저주파 스펙트럼의 스펙트럼 계수의 진폭을 조절하는 단계를 포함하는 고주파 복호화방법.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 저주파 스펙트럼을 변형하는 단계는,
    진폭이 조절된 스펙트럼 계수에 대하여 여기 클래스에 근거하여 랜덤 부호와 원래의 부호 중 하나를 적용하는 단계를 포함하는 고주파 복호화방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 여기 클래스가 음성 특성 혹은 토널 특성과 관련된 경우, 상기 진폭이 조절된 스펙트럼 계수에 원래의 부호가 적용되는 고주파 복호화방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 여기 클래스가 넌-토널 특성과 관련된 경우, 상기 진폭이 조절된 스펙트럼 계수에 랜덤 부호가 적용되는 고주파 복호화방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 저주파 스펙트럼은,
    노이즈 필링 처리된 스펙트럼 혹은 안티 스파스니스 처리된 스펙트럼인 고주파 복호화방법.
  12. 여기 클래스를 복호화하고,
    상기 여기 클래스에 근거하여 제어 파라미터를 결정하고,
    저주파 스펙트럼의 스펙트럼 계수의 진폭을 상기 제어 파라미터에 따라 조절하여, 상기 저주파 스펙트럼을 변형하고,
    상기 변형된 저주파 스펙트럼을 복사하여 고주파 여기 스펙트럼을 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하되,
    상기 스펙트럼 계수의 진폭은, 상기 저주파 스펙트럼을 구성하는 복수의 밴드들 중 상기 스펙트럼 계수를 포함하는 밴드의 평균 진폭과 상기 스펙트럼 계수의 진폭 사이의 차이와 상기 제어 파라미터의 곱에 기초하여 조절되는,
    대역폭 확장을 위한 고주파 복호화장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 여기 클래스가 넌-토널 특성을 나타내는 경우, 상기 여기 클래스가 음성 특성 혹은 토널 특성을 나타내는 경우보다 상기 스펙트럼 계수의 진폭을 많이 조절하는 고주파 복호화장치.
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