KR19980019850A - 가변 부호화율을 갖는 보코더(Vocoder)에서의 에러정정장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

가변 부호화율을 갖는 보코더(Vocoder)에서의 에러정정장치.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

에러 정정 부호의 길이를 가변 구조로하여 가변 부호화율을 갖는 보코더에서 에러정정장치를 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

음성신호를 압축부호화하는 수단(11); 채널의 상태에 따라 리드 솔로몬(RS) 코드의 생성을 가변적으로 제어하는 수단(12); 리드 솔로몬(RS) 코드를 생성하는 수단(13); 송신수단(14); RS 코드 생성상태를 입력받아 디코딩 과정을 제어하는 수단(21); 디지탈 음성과 RS 코드를 입력받는 수단(22); RS 코드를 입력받아 상기 디코딩제어수단(21)의 제어에 의해 신드롬 값을 계산하는 수단(23); 상기 신드롬 값 계산수단(23)으로부터 입력된 신드롬 값을 이용하여 에러상태를 판별하는 수단(24); 및 상기 에러판별수단(24)의 출력을 입력받아 에러 위치를 파악하고, 해당된 위치에 있는 데이타의 에러를 정정하는 수단(25)을 구비함.

4. 발명의 중요한 용도

복호장치에 이용됨.

Description

가변 부호화율을 갖는 보코더(Vocoder)에서의 에러정정장치

본 발명은 무선 환경에서의 디지탈 음성 통신시 송신하고자 하는 디지탈 데이타의 부호화율에 따라 가변적으로 에러를 정정하는 에러정정장치에 관한 것이다.

송신 채널의 폭이 제한되어 있는 디지탈 음성 통신의 경우, 음성을 전송하기 위해서는 보코더(Vocoder)를 거친 압축된 디지탈 음성을 사용하게 되는데, 여기에는 음원에 대한 중요한 정보들이 포함되어 있다. 그러므로 이를 잡음 환경으로부터 보호하기 위해서, 일반적으로 데이타 전송시 에러정정 부호를 포함하여 전송한다.

종래의 디지탈 음성 압축 부호화 알고리즘은 채널의 양호함에 관계없이 일정한 부호화율을 가지며, 이에 따라 에러 정정 부호도 일정한 구조로 설계된다.

그러나, 최근 개발된 보코더(Vocoder)들은 고정된 부호화율을 갖는 것이 아니라, 4k, 4.8k, 8k, 9.6k bps 등으로 그 부호화율이 채널의 양호한 상태에 따라 수시로 가변되는 특징을 갖도록 개발되어 상용화되고 있다.

그러므로, 종래의 고정된 부호화율을 갖는 에러 정정 부호 방식을 적용하게 되면 최대 부호화율에 맞추어 설계하여야 하므로 채널의 효율이 떨어지고 처리 시간도 많이 걸리는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 에러 정정 부호의 길이를 가변 구조로하여 가변 부호화율을 갖는 보코더(Vocoder)에서의 채널의 효용을 높이고, 여분의 채널과 처리시간을 확보함으로써 통신 시스템의 서비스 기능을 향상시킬 수 있는 에러정정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 에러정정장치의 블럭 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 RS코드 생성부의 구성도,

도 3 은 본 발명에 따른 신드롬 값 계산부의 구성도,

도 4 는 본 발명에 따른 에러위치파악 및 정정부의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 음원압축 부호화기

12 : RS코드 생성 제어기

13 : RS코드 생성기

14 : 송신기

21 : 디코딩 제어기

22 : 수신기

23 : 신드롬 값 계산기

24 : 에러 판별기

25 : 에러위치 파악 및 정정기

26 : 디지탈 음성 출력기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음성신호를 압축부호화하여 디지탈 음성신호를 출력하는 음원 압축 부호화수단; 채널의 상태에 따라 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon) 코드의 생성을 가변적으로 제어하고, 리드 솔로몬(RS) 코드의 생성 상태를 수신측으로 출력하는 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어수단; 상기 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어수단의 제어를 받아 리드 솔로몬(RS) 코드를 생성하는 리드 솔로몬(RS) 코드 생성수단; 상기 리드솔로몬(RS)코드 생성수단의 출력과 상기 음원압축 부호화수단의 출력을 입력받아 다중화하여 수신측으로 출력하는 송신수단; 상기 리드솔로몬(RS)코드 생성 제어수단으로부터 리드솔로몬(RS)코드 생성상태를 입력받아 디코딩 과정을 제어하는 디코딩제어수단; 상기 송신수단으로부터 디지탈 음성과 RS코드를 입력받는 수신수단; 상기 수신수단으로부터 RS코드를 입력받아 상기 디코딩제어수단의 제어에 의해 신드롬 값을 계산하여 출력하는 신드롬 값 계산수단; 상기 디코딩제어수단의 제어를 받아 상기 신드롬 값 계산수단으로부터 입력된 신드롬 값을 이용하여 에러상태를 판별하는 에러판별수단; 및 상기 에러판별수단의 출력을 입력받아 에러 위치를 파악하고, 해당된 위치에 있는 데이타의 에러를 정정하는 에러위치 파악 및 정정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 리드 솔로몬(Reed-Solomon) 채널 부호화 기법을 가변 구조로 구성하는 것이 그 주된 내용이며, 본 발명에서는 4.8k bps로 압축된, 1바이트가 8비트 단위로 구성되고, 처리 단위인 1 프레임을 20m sec로 하는 프레임당 처리되어야 할 데이타가 12바이트인 경우를 일실시예로 하여 설명하며, 나머지 부호화율은 이에 준용한다.

일반적으로 리드 솔로몬(RS)코드는 RS(x, k)라 불리어 지는데 그 내용에 포함하는 의미는 수학식 (1)과 같다.

[수학식 1]

RS(2^m-1, k), k = n - 2t

여기서, m 은 처리 데이타의 비트 단위(본 발명에서 8bit)

n은 대상이되는 음성 데이타의 길이(본 발명에서 12 바이트)

t는 정정 가능한 에러 데이타의 수(본 발명에서는 1∼ 3 바이트)

그러므로, 본 발명은 수학식 (1)에서 t 값을 가변하는 것을 특징으로 한다.

즉, 정정 가능한 에러 데이타의 수가 3바이트인 경우 RS(18, 12), 2바이트인 경우 RS(16, 12), 1바이트인 경우 RS(14, 12)이다.

본 발명은 이들 각각의 경우에 대해 RS 코드 생성과정을 설계하고, 또한 그에 해당하는 에러 정정 부호 디코딩 과정을 준비하여 이들에 대해 제어한 후, 그 구조를 가변적으로 선택하도록 하는 것이다.

본 발명을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 종래의 리드 솔로몬(RS) 에러 정정 부호 방식에서 정정 가능한 에러 데이타의 수를, 매번 통신이 이루어질 때마다 채널의 상태를 파악하여 조정한다. 이를 위해서 먼저 일반적인 리드 솔로몬(RS) 에러 정정 부호 방식에서 예시로써 1개, 2개, 3개 에러에 각각 대비하는 리드 솔로몬(RS) 코드 생성과정을 준비한다.

이후 통신시 송신측은 채널의 상태에 따라 또는 디지탈 음성의 부호화율에 따라 해당하는 리드 솔로몬(RS) 코드 생성과정을 선택하여 구동시키고, 그 결과를 수신측으로 송신한다. 또한 송신시에는 선택되어진 내용의 상태 정보를 동시에 송신함으로써 수신측에서 이를 해석할 수 있도록 한다.

수신측에서는 송신측에서 수신된 상태 정보를 이용하여 현재 수신된 데이타가 어떠한 모드의 리드 솔로몬(RS) 코드 생성과정이 적용되어 있는지를 파악하고, 수신된 리드 솔로몬(RS) 코드를 이용하여 에러 정정 부호의 복호화 과정을 수행한다.

복호화 과정에서는 먼저 신드롬 값 계산 과정이 있다. 신드롬 값은 에러 정정 부호의 에러 판별 및 에러 위치파악, 그리고 에러값을 추출해 내기 위한 기본 적인 값으로 일반적인 리드 솔로몬(RS) 에러정정 부호 방식에서와 그 계산 과정이 동일하다. 다만 본 발명에서는 리드 솔로몬(RS) 코드 생성과정을 1개, 2개, 3개 에러 정정의 경우 중 채널의 상태에 따라 선택하여 인코딩 하였으므로 디코딩 시에도 이에 해당하는 신드롬 값 계산 과정을 대응시키는 것이 필요하다.

신드롬 값이 구하여지면 이후 이를 이용하여 에러의 유무를 판단하고, 계속해서 에러의 위치 및 그 값을 찾아낸다. 이와 같이 찾아진 값을 에러의 위치에 배타적 논리합(Exclusive-OR) 연산을 수행하면 에러가 정정된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 에러정정장치의 블럭 구성도로서, 도면에서 부호 11은 음원압축 부호화기, 12는 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어기, 13은 리드 솔로몬(RS)코드 생성기, 14는 송신기, 21은 디코딩 제어기, 22는 수신기, 23은 신드롬값 계산기, 24는 에러판별기, 25는 에러위치 파악 및 정정기, 26은 디지탈 음성 출력기를 각각 나타낸다.

본 발명에서 제시된 에러정정장치는 도 1 에 나타낸 바와 같이 크게 인코딩부(10)와 디코딩부(20)로 나누어 진다.

인코딩부(10)는 음성신호를 압축부호화하여 디지탈 음성신호를 출력하는 음원 압축 부호화기(11)와, 채널의 상태 및 부호화율에 따라 리드 솔로몬(RS) 코드의 생성을 가변적으로 제어하고, 리드 솔로몬(RS) 코드의 생성 상태를 수신측의 디코딩부로 출력하는 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어기(12)와, 상기 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어기(12)의 제어를 받아 리드 솔로몬(RS) 코드를 생성하는 리드 솔로몬(RS) 코드 생성기(13), 및 상기 RS코드 생성기(13)의 출력과 상기 음원압축 부호화기(11)의 출력을 입력받아 다중화하여 수신측의 디코딩부로 출력하는 송신기(14)로 구성된다.

디코딩부(20)는 상기 인코딩부의 RS코드 생성 제어기(12)로부터 RS코드 생성상태를 입력받아 디코딩과정을 제어하는 디코딩제어기(21)와, 상기 송신기(14)로부터 디지탈 음성과 RS코드를 입력받는 수신기(22)와, 상기 수신기(22)로부터 RS코드를 입력받아 상기 디코딩제어기(21)의 제어에 의해 신드롬 값을 계산하여 출력하는 신드롬 값 계산기(23)와, 상기 디코딩제어기(21)의 제어를 받아 상기 신드롬 값 계산기(23)로부터 입력된 신드롬 값을 이용 에러상태를 판별하는 에러판별기(24), 및 상기 에러판별기(24)의 출력을 입력받아 에러 위치를 파악하고, 파악된 위치에 대해 에러를 정정하는 에러위치 파악 및 정정기(25)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 음원 압축 부호화기(11)는 입력된 음성 데이타를 압축 부호화하여 압축된 디지탈 음성을 송신부(14)와 RS코드 생성기(13)로 출력한다.

에러정정 부호를 생성하기 위해 RS코드 생성 제어기(12)는 채널의 상태 및 부호화율에 따라 RS코드의 생성과정을 가변적으로 제어하기 위해 RS코드 생성기(13)로 제어신호를 출력하며, 또한 상기 RS코드의 생성상태를 디코딩부(20)로 알리기 위해 모드비트를 디코딩 제어기(21)로 출력한다.

예를들어, 모드비트가 '00'이면 에러정정이 불필요한 상태를 나타내고, '01'이면 1개의 에러정정이 필요하고, '10'이면 2개의 에러정정, '11'이면 3개의 에러정정이 필요하다는 것을 나타낸다.

RS코드 생성기(13)는 RS코드 생성 제어기(12)의 제어를 받아 음원압축 부호화기(11)에서 입력된 디지탈 음성에 대해 RS코드를 생성하여 송신부로 출력한다. 여기서 RS코드 생성기(13)는 일반적인 RS코드의 생성 방식과 동일하다.

송신부(14)는 RS코드 생성기(13)에서 입력된 리드 솔로몬(RS)코드와 음원압축 부호화기(11)에서 입력된 디지탈 음성을 다중화하여 수신기(22)로 출력한다.

디코딩 제어기(21)는 RS코드 생성 제어기(12)로부터 입력된 모드비트를 해석하여 현재 수신되는 디지탈 음성 데이타와 RS코드의 디코딩 과정을 제어하기 위해 신드롬 값 계산기(23)와 에러판별기(24)에 제어신호를 출력한다.

수신기(22)는 송신기(14)로부터 디지탈 음성과 RS코드를 수신하여 이를 역다중화하여 신드롬 값 계산기(23)로 출력한다.

신드롬 값 계산기(23)는 일반적인 RS코드의 신드롬 값 계산과정과 동일하며, 디코딩 제어기(21)의 제어를 받아 신드롬 값을 계산하여 에러판별기(24)로 출력한다.

에러 판별기(24)는 디코딩제어기(21)의 제어를 받아 신드롬 값 계산기(23)에서 계산된 신드롬 값을 이용하여 에러의 상태를 파악한다.

에러 위치파악 및 정정기(25)는 에러판별기(24)로부터 에러의 상태신호를 입력받아 오류가 발생한 데이타의 위치를 파악하고, 해당하는 위치에 에러의 값을 배타적 논리합(Exclusive-OR)하여 에러가 발생한 디지탈 음성 데이타를 복원하여 출력한다.

이후 정정된 디지탈 데이타는 디지탈 음성 출력기(26)를 통해 원래의 음성으로 복호화되어 출력된다.

도 2 는 본 발명에 따른 RS코드 생성기의 구성도를 나타낸다.

RS코드 생성 제어기(12)는 현재 채널의 양호한 상태에 따라 에러율을 계산하고, 이에 적절한 RS코드 생성과정을 선택한다.

RS코드 생성기(13)는 해당하는 디지탈 데이타를 입력받아 RS코드 생성 제어기(12)의 선택에 의해 RS코드 생성과정을 수행한다.

도면에서 (a)는 3개의 에러 정정을 위한 RS코드 생성과정을 나타내며, (b)는 2개의 에러정정을 위한 RS코드 생성과정을, (c)는 1개의 에러정정을 위한 RS코드 생성과정을 나타낸다.

도면에서 Y(n)은 입력되는 8비트 음성 데이타로 본 발명의 예에서는 1프레임이 12바이트이므로 12바이트가 입력된다. 그리고, 한 바이트씩 입력될 때마다 생성 다항식은 한자리씩 오른쪽으로 이동하며 계산된다.

총 12번 자리 이동이 끝나면 각각 X 자리에 남아 있는 계산된 값이 RS코드가 되며, 송신시에는 이들 리드 솔로몬(RS)코드를 원래의 데이타에 계속해서 붙여서 송신한다.

참고적으로 이와 같은 RS코드를 생성하기 위해서는 수학적 기법이 필요한데, 수학식 (1)에서 m 값을 8로 정하였으므로 즉, 8비트 단위로 데이타를 처리하므로 계산에 있어서개의 심볼을 기본단위로 하는-Galois Field(또는 GF())내에서 연산이 이루어져야 한다. 이러한 연산을 위해서 원시 다항식을 이용한다.

예시된 원시 다항식은 수학식 (2)를 이용하여 벡터와 멱급수의 변환테이블을 구성하였다.

[수학식 2]

GF(x)=

즉, GF()를 표현하는 방법에는 원시 요소 α의 멱급수를 이용할 수도 있지만 각 멱수 표현식을 다시 원시 다항식으로 전개하여 다항식의 계수를 취합, 이를 벡터로 표현하는 방법이 사용된다. 즉, 곱셈의 경우에는 모듈로(modulo)-2m 연산을 한 멱수 표현이 유리하고, 덧셈의 경우는 벡터 표현식을 사용하면 벡터의 각 성분을 배타적 논리합(XOR)함으로써 각 성분을 용이하게 구현할 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 신드롬 값 계산기의 구성도를 나타낸다.

도면에서 (a)는 1개의 에러정정시 신드롬 값 계산기를 나타내며, (b)는 2개의 에러정정시 신드롬 값 계산기, (c)는 3개의 에러정정시 신드롬 값 계산기의 구성도를 나타낸다.

신드롬 값 계산기에 입력되는 데이타는 음성 데이타와 부가된 오차 정정 데이타(RS 코드)가 모두 입력된다.

신드롬 값 계산과정은 일반적인 RS 에러 정정 부호에서의 계산 방식과 동일하다.

신드롬 값 계산기는 각각의 입력바이트에 대해 계산기가 병렬로 연결된 형태를 취하고 있어, 실제 구현에 있어서는 1개, 2개, 3개 오차일 경우에라도 동일한 회로를 사용할 수 있으며, 프로그램의 구현도 용이하다.

도 4 는 본 발명에 따른 에러 위치파악 및 정정기의 처리과정을 설명하기 위한 설명도이다.

에러 위치파악 및 정정과정이 수행되기 전에 먼저 에러 판별을 수행하게 되는데, 에러의 수를 사전에 알 수는 없으므로 1개 에러인 경우를 가정하고 σ(x)의 계수를 구하고, 2개 에러, 3개 에러인 경우에도 에러의 경우를 가정하고 σ(x)의 계수를 구한 후에 이를 점검하여 에러의 위치 및 값을 찾아낸다.

수학식 3의 상세한 계산식은 일반적인 RS 에러 정정 부호 설계에서와 동일하다.

[수학식 3]

여기서, e는 에러의 갯수, L은 에러의 위치, X는 에러의 값을 나타낸다.

디코딩 제어기는 모드 비트의 정보에 의해 에러 정정이 불필요한 경우 에러 판별기를 제어하여 에러 판별과정을 중단하고, 원래의 프로그램으로 복귀한다. 다음으로 1개 에러 정정의 경우이면 1개 오차 발생을 검사하고, 에러가 없으면 에러 판별기는 중단된다. 만일 에러의 발생이 감지되면 에러 정정을 수행한다. 2개, 3개 에러 정정의 경우도 같은 과정을 거치게 된다. 이와 같이 함으로써 모드 비트의 정보에 의해 불필요한 계산량을 줄임으로서 더욱 효율적으로 에러 정정 부호의 기능이 가능하다.

에러 판별기에서 에러의 유무 및 에러 심볼의 갯수가 선언되면 에러 위치파악 및 정정기는 도 4 와 같이 1개, 2개, 3개의 경우로 나누어 에러 위치 및 정정 값을 계산한다. 에러 위치파악 및 정정시에인 2차 방정식을 풀어야 하나 본 발명에서는 이들 근을 미리 구하여 테이블로 구성함으로써, 계산과정에 걸리는 시간을 단축하도록 하였다.

도 4 도 (a)의 1개 오차 정정의 경우를 살펴보면 오차 다항식 σ(X) = X+σ =0로 부터 항을 정리하여 근을 구한다. 그리고, 이로부터 에러의 위치 L을 수학식 4에 의해 계산한다.

[수학식 4]

이후, 1개 오차 정정의 경우 에러의 값 e는가 되고, 이를 에러가 발생한 위치의 값에 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 에러를 정정한다.

2개 오차 정정의 경우에는 미리 구하여진 근 테이블을 이용하기 위해 C 값을 C=에 의해 계산한다. 그리고, 2차 방정식 첫번째 근 Y1을 구하고, 여기서 α를 더하여 제2 근을 구한다. 구하여진 Y1, Y2를 이용하여 오차 다항식의 실제 근 X1,X2를 구한다. 그리고 이 근 값(X1,X2)을 이용하여 에러의 위치를 계산하고, 에러 값 e1,e2를 계산하여 해당하는 자리에 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 에러를 정정한다.

3개 오차 정정의 경우는 2개 오차 정정의 경우와 유사하다. 먼저 계산을 간략히 하기 위해 K 값을 설정하고, 근의 테이블을 이용하기 위해 C 값을 구한다. 그리고, 근 테이블을 이용하여 오차 다항식의 근을 구하고, 구하여진 근으로 실제 근을 계산한다. 이로부터 에러의 각 위치 L1,L2,L3를 구한 후, 3개의 에러값 e1,e2,e3를 계산하여 해당하는 자리에 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 에러를 정정한다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 채널의 상태 정도에 따라 가변되는 에러 정정 부호를 사용하게 됨으로써 가능한한 채널의 효용을 높일 수가 있으며, 또한 가변 부호화율을 갖는 보코더(Vocoder)의 경우라면 이에 적합하도록 에러 정정 부호의 동작이 이루어질 수 있으므로 에러 정정 능력에 떨어뜨리지 않고도 더욱 채널을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 음성신호를 압축부호화하여 디지탈 음성신호를 출력하는 음원 압축 부호화수단(11);

   채널의 상태에 따라 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon) 코드의 생성을 가변적으로 제어하고, 리드 솔로몬(RS) 코드의 생성 상태를 수신측으로 출력하는 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어수단(12);

   상기 리드 솔로몬(RS)코드 생성 제어수단(12)의 제어를 받아 리드 솔로몬(RS) 코드를 생성하는 리드 솔로몬(RS) 코드 생성수단(13);

   상기 리드솔로몬(RS)코드 생성수단(13)의 출력과 상기 음원압축 부호화수단(11)의 출력을 입력받아 다중화하여 수신측으로 출력하는 송신수단(14);

   상기 리드솔로몬(RS)코드 생성 제어수단(12)으로부터 리드솔로몬(RS)코드 생성상태를 입력받아 디코딩 과정을 제어하는 디코딩제어수단(21);

   상기 송신수단(14)으로부터 디지탈 음성과 RS코드를 입력받는 수신수단(22);

   상기 수신수단(22)으로부터 RS코드를 입력받아 상기 디코딩제어수단(21)의 제어에 의해 신드롬 값을 계산하여 출력하는 신드롬 값 계산수단(23);

   상기 디코딩제어수단(21)의 제어를 받아 상기 신드롬 값 계산수단(23)으로부터 입력된 신드롬 값을 이용하여 에러상태를 판별하는 에러판별수단(24); 및

   상기 에러판별수단(24)의 출력을 입력받아 에러 위치를 파악하고, 해당된 위치에 있는 데이타의 에러를 정정하는 에러위치 파악 및 정정수단(25)을 구비한 가변 부호화율을 갖는 보코더(Vocoder)에서의 에러정정장치.