KR19980084170A - Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders - Google Patents

Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders Download PDF

Info

Publication number
KR19980084170A
KR19980084170A KR1019970019852A KR19970019852A KR19980084170A KR 19980084170 A KR19980084170 A KR 19980084170A KR 1019970019852 A KR1019970019852 A KR 1019970019852A KR 19970019852 A KR19970019852 A KR 19970019852A KR 19980084170 A KR19980084170 A KR 19980084170A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mux
module
ram
equation
mpeg
Prior art date
Application number
KR1019970019852A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정연홍
Original Assignee
윤종용
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤종용, 삼성전자 주식회사 filed Critical 윤종용
Priority to KR1019970019852A priority Critical patent/KR19980084170A/en
Priority to US08/975,181 priority patent/US6304847B1/en
Priority to KR1019970061471A priority patent/KR100488537B1/en
Publication of KR19980084170A publication Critical patent/KR19980084170A/en
Priority to US09/634,234 priority patent/US6209015B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/42Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

MPEG과 돌비 AC3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터를 개시한다. 본 발명의 겸용 필터는 제1 먹스와, 제2 먹스와, 제1 램과, 제2 램과, 롬 테이블과, 버터 플라이 모듈과, 어드레스 제너레이터와, 스테이트 머신 및 제3 먹스를 구비한다. 상기 제1 먹스와 제2 먹스는 MPEG 비트 스트림과 AC-3 비트 스트림을 멀티플렉싱 하여, FFT 모듈이 완료되었는지의 상태에 따라 램에 쓰던지 또는 다른 입력을 받아 들이든지의 판단 기능을 수행한다. 상기 제1 램과 제2 램은 입력으로 받은 변환 계수들을 임시로 저장하고 각 계산 중간 결과를 저장하는 데 쓰인다. 상기 롬 테이블은 테이블된 계수를 상기 버터플라이 모듈에 제공한다. 상기 버터 플라이 모듈은 FFT를 수행하는 기본적인 버터 플라이 모듈이다. 상기 어드레스 제너레이터는 입출력 샘플들이 저장되는 상기 제1, 제2 램의 어드레스와 FFT를 수행하기 위한 상기 버터 플라이 모듈의 적절한 어드레스를 발생한다. 상기 스테이트 머신은 각 모듈의 제어에 사용되며 전체 모듈에 연결된다. 상기 제3 먹스는 시간 영역 샘플을 출력한다.Disclosed is a combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders. The combined filter of the present invention includes a first mux, a second mux, a first ram, a second ram, a ROM table, a butterfly module, an address generator, a state machine, and a third mux. The first mux and the second mux multiplex the MPEG bit stream and the AC-3 bit stream, and perform a function of determining whether to write to RAM or accept another input depending on whether the FFT module is completed. The first and second RAMs are used to temporarily store transform coefficients received as inputs and to store the intermediate results of each calculation. The ROM table provides a table of coefficients to the butterfly module. The butterfly module is a basic butterfly module that performs the FFT. The address generator generates an address of the first and second RAM where input and output samples are stored and an appropriate address of the butterfly module for performing an FFT. The state machine is used to control each module and is connected to the entire module. The third mux outputs a time domain sample.

따라서, 본 발명에 의하면 겸용 필터를 사용하여 하드웨어 단위들이 통합된 디코더를 사용함에도 불구하고 두가지 오디오 압축 알고리즘으로 인코딩된 신호를 모두 재현할 수 있음으로써 효율 및 부가가치를 높일 수 있다.Therefore, according to the present invention, despite the use of a decoder in which the hardware units are integrated by using the combined filter, both the signals encoded by the two audio compression algorithms can be reproduced, thereby increasing the efficiency and the added value.

Description

MPEG과 돌비 AC3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders

본 발명은 반도체 장치의 오디오 디코더에 관한 것으로, 특히 MPEG과 돌비 AC3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터에 관한 것이다.The present invention relates to an audio decoder of a semiconductor device, and more particularly to a combined filter for an MPEG and a Dolby AC3 audio decoder.

디지털 오디오는 영상 및 멀티미디어 응용 분야에 접목되어 있으며, 전체 신호 대역폭의 상당 부분을 점유하기 때문에 이의 효율적인 압축 알고리즘의 요구가 필수 불가결하게 되었다. 대표적인 압축 알고리즘으로 MPEG과 돌비 AC3를 들 수 있다. MPEG 압축 알고리즘은 오디오 압축의 국제 규격으로서는 가장 먼저 표준화되었으며, 주파수 대역에 따라 달리 반응하는 인간의 음향 인식 특성을 이용하여 효과적인 압축을 구현하였다. AC3는 북미 HDTV 시스템의 오디오 표준으로 채택되었으며, 현재는 DVD(Digital Versatile Disk), DBS(Direct Broadcasting System), STB(Set Top Box), 디지털 케이블(Digital Cable)등에 적용되고 있다. 이 역시 MPEG과 마찬가지로 인간의 음향 인식 특성을 압축에 이용하였다. MPEG과 AC3 모두 입력 신호의 종류에 제한을 두지 않음으로써 음성 및 고품질 오디오 신호의 압축등에 쓰일 수 있다.Digital audio is used in video and multimedia applications, and occupies a significant portion of the overall signal bandwidth, making its demand for efficient compression algorithms indispensable. Typical compression algorithms include MPEG and Dolby AC3. The MPEG compression algorithm was first standardized as an international standard for audio compression, and effective compression was realized by using human acoustic recognition characteristics that react differently according to frequency bands. AC3 has been adopted as the audio standard for North American HDTV systems and is now being applied to DVD (Digital Versatile Disk), DBS (Direct Broadcasting System), Set Top Box (STB), and Digital Cable. Like MPEG, human acoustic recognition was used for compression. Both MPEG and AC3 can be used for compression of voice and high quality audio signals by not restricting the type of input signals.

한편, 오디오 디코더는 크게 나누어 비트 할당 부분과 그 할당된 비트를 이용하여 시간 영역에서의 신호를 복원하는 재현 필터 부분이 있다. 실제 MPEG과 AC3의 비트 할당 알고리즘은 많은 부분이 상이하다. 이로 인하여 디코더에서 동일한 기능의 블록들을 비트 할당 부분에서 찾을 수 없다. 반면 재현 필터 부분은 본 발명에서 제시하는 방법에 의해 연산량이 상당 부분을 차지하는 역 수정 코사인 변환(Inverse Modified Discrete Cosine Transform)이 하나의 구조로 통합될 수 있다.On the other hand, the audio decoder is divided roughly into a bit allocation portion and a reproduction filter portion which restores a signal in the time domain using the allocated bits. Actually, the bit allocation algorithms of MPEG and AC3 differ in many ways. Because of this, blocks of the same function cannot be found in the bit allocation part at the decoder. On the other hand, in the reproduction filter part, an inverse modified discrete cosine transform having a large amount of calculation may be integrated into one structure by the method of the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은, MPEG과 돌비 AC3 오디오 압축 알고리즘으로 인코딩된 신호를 모두 재현할 수 있는 MPEG과 돌비 AC3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터를 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders that can reproduce both signals encoded with MPEG and Dolby AC3 audio compression algorithms.

도 1은 본 발명에 의한 겸용 필터의 동작 흐름도이다.1 is an operation flowchart of a combined filter according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 MPEG과 돌비 AC3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터의 블록도이다.2 is a block diagram of a combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders according to the present invention.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 겸용 필터는 제1 먹스와, 제2 먹스와, 제1 램과, 제2 램과, 롬 테이블과, 버터 플라이 모듈과, 어드레스 제너레이터와, 스테이트 머신 및 제3 먹스를 구비한다.The combined filter of the present invention for achieving the above object includes a first mux, a second mux, a first ram, a second ram, a ROM table, a butterfly module, an address generator, a state machine, and a third With mux.

상기 제1 먹스와 제2 먹스는 MPEG 비트 스트림과 AC-3 비트 스트림을 멀티플렉싱 하여, FFT 모듈이 완료되었는지의 상태에 따라 램에 쓰던지 또는 다른 입력을 받아 들이든지의 판단 기능을 수행한다.The first mux and the second mux multiplex the MPEG bit stream and the AC-3 bit stream, and perform a function of determining whether to write to RAM or accept another input depending on whether the FFT module is completed.

상기 제1 램과 제2 램은 입력으로 받은 변환 계수들을 임시로 저장하고 각 계산 중간 결과를 저장하는 데 쓰인다.The first and second RAMs are used to temporarily store transform coefficients received as inputs and to store the intermediate results of each calculation.

상기 롬 테이블은 테이블된 계수를 상기 버터플라이 모듈에 제공한다.The ROM table provides a table of coefficients to the butterfly module.

상기 버터 플라이 모듈은 FFT를 수행하는 기본적인 버터 플라이 모듈이다.The butterfly module is a basic butterfly module that performs the FFT.

상기 어드레스 제너레이터는 입출력 샘플들이 저장되는 상기 제1, 제2 램의 어드레스와 FFT를 수행하기 위한 상기 버터 플라이 모듈의 적절한 어드레스를 발생한다.The address generator generates an address of the first and second RAM where input and output samples are stored and an appropriate address of the butterfly module for performing an FFT.

상기 스테이트 머신은 각 모듈의 제어에 사용되며 전체 모듈에 연결된다.The state machine is used to control each module and is connected to the entire module.

상기 제3 먹스는 시간 영역 샘플을 출력한다.The third mux outputs a time domain sample.

따라서, 본 발명에 의하면 겸용 필터를 사용하여 하드웨어 단위들이 통합된 디코더를 사용함에도 불구하고 두가지 오디오 압축 알고리즘으로 인코딩된 신호를 모두 재현할 수 있음으로써 효율 및 부가가치를 높일 수 있다.Therefore, according to the present invention, despite the use of a decoder in which the hardware units are integrated by using the combined filter, both the signals encoded by the two audio compression algorithms can be reproduced, thereby increasing the efficiency and the added value.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 MPEG과 AC3가 채택하고 있는 상이한 변환식을 적절히 수정하여 하나의 겸용 변환 블록을 설계하는 데 그 목적을 두고 있다. 부연하자면 MPEG 및 AC3는 서브 밴드 구조를 채택하고 있으며, 이는 인간의 음향 인식 특성을 주파수 대역으로 나누어 처리하는 데 효율적이다. 각 서브밴드의 주파수 특성은 간단한 수식의 변환식으로 표현되며, 이를 일컬어 역 수정 코사인 변환(Inverse Modified Discrete Cosine Transform)이라 칭한다. 우선 AC3는 세 가지의 변환식을 지원하는 데, 이는 입력 신호의 특성에 따라 어느 변환식을 사용할 것인가를 인코딩 단계에서 결정한다. 그리고 연산량을 줄이기 위하여 이 변환식은 FFT(Fast Fourier Transform) 구조를 사용하게 끔 변환된다. 이에 반해 MPEG는 한 개의 변환식을 사용하며, AC3의 그것과 비교하여 약간의 차이가 있다. 따라서 AC3를 위하여 설계된 FFT 구조는 형식상 MPEG의 변환식과는 별개로 다루어질 수 있지만, 몇 가지 수식적인 수정을 거쳐서 AC3를 위해 설계된 FFT 구조를 사용할 수 있음을 본 발명에서 밝히고자 한다.The present invention aims to design a single conversion block by appropriately modifying the different conversion equations adopted by MPEG and AC3. In other words, MPEG and AC3 adopt a subband structure, which is effective for dividing human acoustic recognition into frequency bands. The frequency characteristics of each subband are expressed by a simple equation, which is called an inverse modified discrete cosine transform. First, AC3 supports three conversion equations, which determine at the encoding stage which conversion equation to use, depending on the characteristics of the input signal. And in order to reduce the amount of computation, this transform is transformed to use the Fast Fourier Transform (FFT) structure. In contrast, MPEG uses a single conversion equation, with some differences compared to that of AC3. Therefore, although the FFT structure designed for AC3 can be dealt with separately from the conversion formula of MPEG in form, it is clarified in the present invention that the FFT structure designed for AC3 can be used through some modifications.

본 발명을 설명하기 위해 Ⅰ장에서는 AC3의 역 수정 코사인 변환식에 대하여 살펴보고, 이를 FFT 구조로 가져 가기 위한 일련의 수식적인 해석이 주어진다. 그리고 그리고 Ⅱ 장에서는 MPEG의 역 수정 코사인 변환의 수식적인 해석을 통하여 기존의 AC3를 위한 FFT 구조를 사용할 수 있도록 한다. Ⅲ 장에서는 실제 구현을 위한 기본적인 구조에 대하여 설명한다.In order to explain the present invention, in Chapter I, the inverse modified cosine transform equation of AC3 is examined and a series of mathematical interpretations are given to bring it to the FFT structure. And in Section II, we can use the existing FFT structure for AC3 through the mathematical analysis of inverse modified cosine transform of MPEG. Chapter III describes the basic structure for the actual implementation.

Ⅰ. 돌비 AC3의 역 수정 코사인 변환I. Inverse Modified Cosine Transform of Dolby AC3

AC3는 세 가지의 변환을 사용한다. 입력 신호가 비교적 단위 시간 영역에서(512개의 입력 신호들이 차지하는 시간들을 표시하며 이는 표본 주파수에 따라 틀리다.) 급격한 진폭과 주파수 천이가 없으면 소위 Long Transform을 사용한다. 이와 달리 입력 신호의 천이가 발생하는 단위 구간에서는 두 개의 Short Transform을 사용하여 Long Transform의 사용할 때 발생하는 천이에서의 부정확도를 보상하여 준다. 수학식 1a는 AC3에서 사용하는 세 가지의 변환식을 나타낸다.AC3 uses three transformations. If the input signal is relatively unitary in the time domain (indicates the times occupied by the 512 input signals, which depends on the sample frequency), use a so-called long transform if there is no sudden amplitude and frequency shift. In contrast, in the unit section in which the transition of the input signal occurs, inaccuracies in the transition occurring when using the long transform are compensated by using two short transforms. Equation 1a represents three conversion equations used by AC3.

[수학식 1a]Equation 1a

이때 K는 Long Transform인 경우 512 이며, Short Transform일 경우 256이다. 그리고 0≤k≤K/2-1 이며, α는 아래와 같다.In this case, K is 512 for the long transform and 256 for the short transform. And 0 ≦ k ≦ K / 2-1, and α is as follows.

다음에, 수학식 1a를 이용하여 연산량을 대폭 줄일 수 있는 FFT 구조로의 유도 과정을 기술한다.Next, the derivation process to the FFT structure that can significantly reduce the amount of calculation using Equation 1a will be described.

Ⅰ-1. Long Transform 의 역 수정 코사인 변환의 변형Ⅰ-1. Inverse Modified Cosine Transform of Long Transform

수학식 1a로부터 Long Transform은 다음의 수학식 2b로 표현됨을 알 수 있다. 여기에서 상수 -2/K는 편의상 무시된다.It can be seen from Equation 1a that the Long Transform is represented by the following Equation 2b. Here the constant -2 / K is ignored for convenience.

[수학식 1b][Equation 1b]

입력 신호에 분석 계수(Analysis Window Coefficients)들을 곱한 값을 gm(r)이라 한다.The value obtained by multiplying the analysis window (Analysis Window Coefficients) by the input signal is called g m (r).

따라서 다음의 관계식이 성립한다.Therefore, the following relation holds.

[수학식 1c]Equation 1c

이때At this time

로 주어진다.Is given by

마찬가지 방법으로In the same way

[수학식 1d]Equation 1d

이를 사용하여 다음의 새로운 배열을 정의한다.Use it to define the following new array:

[수학식 1e][Equation 1e]

위의 수식중 '은 r+K/4로 r을 대치함을 의미한다. 이를 더 간단히 표현하면 아래와 같이 주어질 수 있다.In the above formula, 'means replace r with r + K / 4. In simpler terms, this can be given by

[수학식 1f]Equation 1f

이때 zm(r)={(g1- g'2) + j(-g2- g'1)}의 관계식이 설립한다. 수학식 1f는 새로운 배열로 정의된가 zm(r)의 DFT(Discrete Fourier Transform)의 형태로 주어짐을 표시한다. 따라서 zm(r)을 복원하는 것은 새로운 배열의 역 DFT와 일련의 스케일링 과정을 거침으로 가능하다는 것을 의미한다. 이는 다시 말해 FFT를 사용하여 연산의 감소를 가져올 수 있음을 시사하기도 한다. 전체과정은 다음과 같다.At this time, z m (r) = {(g 1 -g ' 2 ) + j (-g 2 -g' 1 )} is established. Equation 1f is defined as a new array Is given in the form of a Discrete Fourier Transform (DFT) of z m (r). Thus, restoring z m (r) means that it is possible through a new array of inverse DFTs and a series of scaling processes. This suggests that FFT can be used to reduce the operation. The whole process is as follows.

과정 1. 주어진 변환 값들 XK(m)(k=0,1,...,255)로부터 새로운 배열 XK/2-2K-1(m)+jX2K(m)을 형성한다.Procedure 1. Form a new array X K / 2-2K-1 (m) + jX 2K (m) from the given conversion values X K (m) (k = 0,1, ..., 255).

과정 2. 전단 요소 exp{2π(8k+1)/8K}를 새로운 배열에 곱한다.Procedure 2. Multiply the shear element exp {2π (8k + 1) / 8K} by the new array.

과정 3. 과정 2의 결과를 K/4-point inverse FFT취한다.Step 3. Take the result of Step 2 from the K / 4-point inverse FFT.

과정 4. 과정 3의 결과에 후단 요소 exp{2π(8r+1)/8K}를 곱한다.Step 4. Multiply the result of step 3 by the trailing element exp {2π (8r + 1) / 8K}.

돌비가 제공하는 표준안에 포함된 수식적인 모델은 이에 근간을 두고 있는 것을 알 수 있다. 다음으로는 두 개의 Short Transform들이 어떤 식으로 수학식 1e와 같이 표현될 수 있는 지에 대해 살펴본다.It can be seen that the mathematical model included in the standard provided by Dolby is based on this. Next, we will look at how two short transforms can be expressed as Equation 1e.

Ⅰ-2. Short Transform들의 역 수정 코사인 변환의 변형I-2. Inverse Modified Cosine Transform of Short Transforms

(1)첫 번째 블록의 Short Transform(1) Short Transform of the first block

수학식 1a에 주어진 바와 같이 첫 번째 블록의 Short Transform은 아래와 같이 표시된다.As given in Equation 1a, the short transform of the first block is represented as follows.

[수학식 1g][1 g of equation]

역시 Ⅰ-1 절에서 주어진 것과 유사한 과정을 거치게되고, 이는 아래의 과정으로 요약된다.Again, the process is similar to that given in Section I-1, which is summarized below.

[수학식 1h][Equation 1h]

그리고And

[수학식 1i]Equation 1i

와 같이 표시된다. 따라서 새로운 배열은Is displayed as: So the new array

]수학식 1j]Equation 1j

로 유도되며, fm(r)=(g'1- g'2)+ j(g1- g2) 로 정의된다. 수학식 1j 역시 새로운 배열이 DFT의 형태로 표시될 수 있음을 나타낸다.And is defined as f m (r) = (g ' 1 -g' 2 ) + j (g 1 -g 2 ). Equation 1j also indicates that the new array can be represented in the form of a DFT.

과정 1. 주어진 변환 값들 XK(m)(k=0,2,4,...,126)로 부터 새로운 배열 XK/2-2K-1(m)+jX2K(m)를 정의한다. 이때 K는 256이다.Procedure 1. Define a new array X K / 2-2K-1 (m) + jX 2K (m) from the given conversion values X K (m) (k = 0,2,4, ..., 126). . Where K is 256.

과정 2. 전단 요소인 exp{2π(8k+1)/8K}를 새로운 배열에 곱한다.Procedure 2. Multiply the new array by the shear element exp {2π (8k + 1) / 8K}.

과정 3. 과정 2의 결과를 K/4-point inverse FFT 취한다.Step 3. Take the result of Step 2 from the K / 4-point inverse FFT.

과정 4. 과정 3의 결과에 후단 요소 exp{2π(8r+1)/8K}를 곱한다.Step 4. Multiply the result of step 3 by the trailing element exp {2π (8r + 1) / 8K}.

(2) 두 번째 블록의 Short Transform(2) Short Transform of the second block

수학식 1a로부터 두 번째 블록의 Short Transform이 다음과 같이 주어짐을 알 수 있다.It can be seen from Equation 1a that the short transform of the second block is given as follows.

]수학식 1k]] 1k Equation

따라서therefore

[수학식 1l]Equation 1l

새로운 배열을 정의하고 이를 정리하면,If you define a new array and clean it up,

[수학식 1m][1m Equation]

따라서 디코딩의 순서는 다음과 같다.Therefore, the decoding order is as follows.

과정 1. 주어진 변환 값들 XK(m) (k=1,3,5,...,127)로부터 새로운 배열 XK/2-2K-1(m)+jX2K(m)를 정의한다. 이때 K는 256이다.Procedure 1. Define a new array X K / 2-2K-1 (m) + jX 2K (m) from the given conversion values X K (m) (k = 1,3,5, ..., 127). Where K is 256.

과정 2. 전단 요소인 exp{2π(8k+1)/8K}를 새로운 배열에 곱한다.Procedure 2. Multiply the new array by the shear element exp {2π (8k + 1) / 8K}.

과정 3. 과정 2의 결과에 K/4-point inverse FFT 취한다.Step 3. Take the K / 4-point inverse FFT from the result of step 2.

과정 4. 과정 3의 결과에 후단 요소 exp{2π(8r+1)/8K}를 곱한다.Step 4. Multiply the result of step 3 by the trailing element exp {2π (8r + 1) / 8K}.

이상과 같이 AC3의 역 수정 코사인 변환은 128-point FFT로 구현이 가능함을 보였다.As shown above, the inverse modified cosine transform of AC3 can be implemented with 128-point FFT.

다음 장에서는 MPEG의 역 수정 코사인 변환의 변형을 통하여 위에 구현된 128-point FFT 구조를 사용할 수 있음을 보인다.In the next chapter, we show that we can use the 128-point FFT structure implemented above by modifying the inverse modified cosine transform of MPEG.

Ⅱ MPEG의 역 수정 코사인 변환의 변형Ⅱ transform of MPEG inverse modified cosine transform

이 장에서는 FFT를 사용하여 역 수정 코사인 변환을 구현하는 방법을 논의 한다.This chapter discusses how to implement an inverse modified cosine transform using FFT.

Ⅱ-1. 수식의 변형II-1. Transformation of the formula

MPEG에서 사용되는 역 수정 코사인 변환식은 아래와 같다.The inverse modified cosine transform used in MPEG is as follows.

[수학식 2a]Equation 2a

다음과 같이 새로운 배열을 정의하자.Let's define a new array as follows:

[수학식 2b][Equation 2b]

따라서 원래의 변환식 수학식 2a를 새로 정의된 배열 수학식 2b를 사용하여 재 정리하면, 아래와 같이 표현될 수 있다.Therefore, if the original conversion equation 2a is rearranged using the newly defined array equation 2b, it may be expressed as follows.

[수학식 2c][Equation 2c]

따라서 다음의 관계식이 성립된다.Therefore, the following relation is established.

[수학식 2d][Equation 2d]

수학식 2c로부터 다음의 관계식을 유도할 수 있다.The following relation can be derived from Equation 2c.

정리 1.Theorem 1.

[수학식 2e][Equation 2e]

정리 2.Theorem 2.

[수학식 2f][Equation 2f]

만약 다음의 배열을 정리하면If you clean up the following array

[수학식 2g][Equation 2g]

정리 3.Theorem 3.

[수학식 2h][Equation 2h]

정리 3에 의하면 배열 vm(r)이 DCT(Discrete Cosine Transform)의 형태를 지녔다는 것을 알 수 있다. DCT는 아래와 같이 주어진다.Theorem 3 shows that the array v m (r) has the form of a discrete cosine transform (DCT). DCT is given by

[수학식 2i]Equation 2i

이 경우 상수 α는 다음과 같이 정의된다.In this case, the constant α is defined as follows.

[수학식 2j][Equation 2j]

정리 3에 주어진 수식을 벡터 형태로 표현하면 다음과 같다.The expression given in Theorem 3 can be expressed as a vector.

[수학식 2k][Equation 2k]

V=CXK V = CX K

그리고 이 경우 행렬 C의 요소들은 다음과 같다.In this case, the elements of matrix C are as follows.

[수학식 2l][Equation 2l]

동일한 방법으로 위의 수학식 2i는 벡터 형태로 DDCT=ACDN로 표현되며, 행렬 A는 대각요소들이 αk인 정방 행렬이다. 수학식 2k의 양변에 정방 행렬 A를 곱한 다음 수학식 2i의 벡터 형태와 비교하면, 배열 V이 XK의 DCT에 A의 역 행렬을 곱한 것과 같다는 것을 알 수 있다.In the same manner, Equation 2i is expressed as D DCT = ACD N in a vector form, and matrix A is a square matrix having diagonal elements α k . Comparing the square matrix A to both sides of Equation 2k and comparing it with the vector form of Equation 2i shows that the array V is equal to the DCT of X K multiplied by the inverse matrix of A.

[수학식 2m][Equation 2m]

V=A-1dct(Xk)V = A -1 dct (X k )

따라서 수학식 2m의 결과를 고찰하면 원래의 역 수정 코사인 변환식 수학식 2a가 DCT와 연관을 가진다는 것을 알 수 있다. 아래에 주어진 일련의 과정은 수학식 2a를 DCT를 사용하여 계산하는 방법을 서술한 것이다.Therefore, considering the result of Equation 2m, it can be seen that the original inverse modified cosine transform Equation 2a is related to DCT. The sequence of steps given below describes how to calculate Equation 2a using DCT.

과정 1. 주어진 입력을 32-point DCT 취한다.Procedure 1. Take a given input 32-point DCT.

과정 2. 수학식 2m에 주어진 바와 같이 A의 역 행렬을 과정 1의 결과에 곱한다.Step 2. Multiply the result of step 1 by the inverse matrix of A as given in Equation 2m.

과정 3. 정리 2에 주어진 관계식을 이용하여 v'의 배열을 구한다.Step 3. Find the array of v 'using the relation given in Theorem 2.

과정 4. 정리 1과 2를 사용하여 과정 3의 32-point 결과를 64-point로 확장한다.Step 4. Use theorem 1 and 2 to extend the 32-point result from step 3 to 64-point.

과정 5. 수학식 2b에 주어진 관계식을 사용하여 원래의 배열 v를 구한다.Step 5. Obtain the original array v using the relation given in Equation 2b.

다음 절에서는 DCT와 FFT의 상관 관계를 간단히 살펴보기로 한다.In the next section, we briefly examine the correlation between DCT and FFT.

Ⅱ-2. DCT와 DFT의 관계II-2. Relationship between DCT and DFT

이 절에서는 N-point DCT가 2N-point DFT로서 표현될 수 있음을 보인다.This section shows that N-point DCT can be represented as a 2N-point DFT.

입력 신호를 x(n)이라 가정하고 아래와 같이 y(n)을 정의하자.Assume that the input signal is x (n), and define y (n) as follows.

[수학식 2n][Equation 2n]

y(n)의 2N-point DFT는 다음과 같다.The 2N-point DFT of y (n) is as follows.

[수학식 2o][Equation 2o]

따라서,therefore,

[수학식 2p][Equation 2p]

그리고 x(n)의 N-point DCT는 다음과 같이 정의된다.The N-point DCT of x (n) is defined as follows.

[수학식 2q][Equation 2q]

따라서 DCT와 DFT의 관계는 아래의 관계식으로 함축될 수 있다.Therefore, the relationship between DCT and DFT can be implied by the following equation.

[수학식 2r][Equation 2r]

이는 N-point DCT가 2N-point DFT 또는 FFT에 적절한 상수를 곱함으로서 구현될 수 있음을 나타낸다.This indicates that the N-point DCT can be implemented by multiplying the 2N-point DFT or FFT by an appropriate constant.

이상 Ⅱ-1절과 Ⅱ-2절의 수식적인 결론은 원래의 역 수정 코사인 변환식 수학식 2a가 64-point forward FFT로 구현될 수 있음을 시사한다. 이는 AC3가 128-point inverse FFT 로써 구현될 수 있다는 점에 비추어 볼 때 MPEG의 역 수정 코사인 변환이 이 구조에 포함될 수 있음을 의미한다.The formal conclusions of Sections II-1 and II-2 suggest that the original inverse modified cosine equation (2a) can be implemented as a 64-point forward FFT. This means that the inverse modified cosine transform of MPEG can be included in this structure in the light of AC3 being implemented as a 128-point inverse FFT.

Ⅲ. 겸용 필터의 구조III. Structure of the combined filter

이 장에서는 실제 겸용 필터의 구현에 대한 방법에 대해 논의한다.This chapter discusses how to implement a practical filter.

도 1은 본 발명에 의한 겸용 필터의 동작 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 입력 비트 스트림으로부터 AC3 혹은 MPEG 인코딩으로 판별한다. 먼저 AC3 인코딩 데이터인 경우 프리-트위들한 후, 128 포인트 FFT를 수행한다. 이어서 포스트-트위들하여 출력하게 된다. 다음에 MPEG 인코딩 데이터인 경우는 수학식 2n에 따라 새로운 배열(Arrangement)을 형성한 다음 128 포인트 FFT를 수행한다. 이어서 계산된 실수 출력을 트위들(twiddle)하고, 그렇게 계산된 출력을 재배열(Rearrangement)하여 출력한다.1 is an operation flowchart of a combined filter according to the present invention. Referring to FIG. 1, it is determined by AC3 or MPEG encoding from an input bit stream. First, in the case of AC3 encoded data, pre-twisting and then performing a 128 point FFT. The output is then post-twisted. Next, in case of MPEG encoded data, a new array is formed according to Equation 2n, and then a 128 point FFT is performed. The computed real output is then tweened, and the output thus calculated is rearranged.

도 2는 본 발명에 의한 MPEG과 돌비 AC3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 겸용 필터는 제1 먹스(210)와, 제2 먹스(212)와, 제1 128*24램(214)과, 제2 128*24램(216)과, 롬 테이블(218)과, 버터 플라이 모듈(220)과, 어드레스 제너레이터(222)와, 스테이트 머신(224) 및 제3 먹스(226)을 구비한다.2 is a block diagram of a combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders according to the present invention. Referring to FIG. 2, the combined filter of the present invention includes a first mux 210, a second mux 212, a first 128 * 24 ram 214, a second 128 * 24 ram 216, The ROM table 218, the butterfly module 220, the address generator 222, the state machine 224, and the 3rd mux 226 are provided.

상기 제1 먹스(210)와 제2 먹스(212)는 MPEG 비트 스트림과 AC-3 비트 스트림을 멀티플렉싱 하여, FFT 모듈이 완료되었는지의 상태에 따라 램에 쓰던지 또는 다른 입력을 받아 들이든지의 판단 기능을 수행한다. 이때, 256개의 변환 계수를 입력으로한다.The first mux 210 and the second mux 212 multiplex the MPEG bit stream and the AC-3 bit stream to determine whether to write to RAM or accept another input depending on whether the FFT module is completed. Do this. At this time, 256 conversion coefficients are input.

상기 제1 128*24램(214)과 제2 128*24(216)램은 입력으로 받은 256개의 변환 계수들을 임시로 저장하고 각 계산 중간 결과를 저장하는 데 쓰인다.The first 128 * 24 RAM 214 and the second 128 * 24 216 RAM are used to temporarily store 256 conversion coefficients received as inputs and to store intermediate results of each calculation.

상기 롬 테이블(218)은 테이블된 계수를 상기 버터플라이 모듈에 제공한다.The ROM table 218 provides the table coefficients to the butterfly module.

상기 버터 플라이 모듈(220)은 FFT를 수행하는 기본적인 버터 플라이 모듈이다.The butterfly module 220 is a basic butterfly module that performs an FFT.

상기 어드레스 제너레이터(222)는 입출력 샘플들이 저장되는 상기 램(214, 216)의 어드레스와 FFT를 수행하기 위한 상기 버터 플라이 모듈의 적절한 어드레스를 발생한다.The address generator 222 generates an address of the RAM 214 and 216 where input and output samples are stored and an appropriate address of the butterfly module for performing an FFT.

상기 스테이트 머신(224)은 각 모듈의 제어에 사용되며 전체 모듈에 연결된다.The state machine 224 is used for control of each module and is connected to the entire module.

상기 제3 먹스(226)는 512개의 시간 영역 샘플을 출력한다.The third mux 226 outputs 512 time domain samples.

상술한 바와 같은 구조로 Verilog-HDL(Hardware Description Language)로 코딩이 완료되어 검증을 마친 상태이다.With the structure as described above, coding is completed in Verilog-HDL (Hardware Description Language) and has been verified.

AC3와 MPEG의 최고 표본 주파수는 48KHz이고, 한 오디오 블록에 대한 연산을 수행하는 데 요구되는 시간은 각각 5.33ms와 0.66ms이다. 이는 시스템이 27MHz로 동작할 경우, 그리고 각 모듈들이 파이프라인 구조일 경우, 각 채널에 24,000 클록과 9,000클록이 할당된다. Verilog 시뮬레이터를 사용하여 위의 겸용 필터를 수행한 결과 24-bit 오디오 신호에 대하여 약 19,500 클록과 6,800 클록내에 연산이 이루어졌다. 실제 겸용 필터의 승산은 Bit-Serial Multiplier를 사용하여 구현하였다.The highest sample frequency for AC3 and MPEG is 48KHz, and the time required to perform the operation on one audio block is 5.33ms and 0.66ms, respectively. This means that if the system is operating at 27 MHz and each module is in a pipelined structure, 24,000 clocks and 9,000 clocks are allocated to each channel. Using the Verilog simulator, the above combined filter resulted in computations of approximately 19,500 and 6,800 clocks for 24-bit audio signals. Multiplication of the actual combined filter is implemented using Bit-Serial Multiplier.

결국, 본 발명은 오디오 압축 표준인 돌비 AC3 및 MPEG으로 인코딩된 비트 스트림을 디코딩할 때 필요한 각각의 재생 필터(Reconstruction Filter)부분을 128-포인트 실수 FFT 구조에 기초하여 하나의 필터로서 설계한 것이다.As a result, the present invention is designed as one filter based on the 128-point real FFT structure, each of the reconstruction filters required for decoding the bit stream encoded with Dolby AC3 and MPEG, which are audio compression standards.

본 발명이 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 겸용 필터를 사용하여 하드웨어 단위들이 통합된 디코더를 사용함에도 불구하고 두가지 오디오 압축 알고리즘으로 인코딩된 신호를 모두 재현할 수 있음으로써 효율 및 부가가치를 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, despite the use of a decoder in which hardware units are integrated using a combined filter, both signals and signals encoded by two audio compression algorithms can be reproduced, thereby increasing efficiency and added value.

Claims (1)

엠펙 입력 비트 스트림과 에이씨3 입력 비트 스트림을 멀티플렉싱 하여, 빠른 푸리에 변환이 완료되었는지의 상태에 따라 변환 계수를 램에 쓰던지 또는 다른 입력을 받아 들이든지의 판단 기능을 수행하는 제1 먹스와;A first mux for multiplexing the MPEG input bit stream and the AC3 input bit stream and determining whether to write a transform coefficient to RAM or accept another input according to a state of whether a fast Fourier transform is completed; 엠펙 입력 비트 스트림과 에이씨3 입력 비트 스트림을 멀티플렉싱 하여, 빠른 푸리에 변환이 완료되었는지의 상태에 따라 변환 계수를 램에 쓰던지 또는 다른 입력을 받아 들이든지의 판단 기능을 수행하는 제2 먹스와;A second mux for multiplexing the MPEG input bit stream and the AC3 input bit stream and determining whether to write a transform coefficient to RAM or accept another input according to a state of whether a fast Fourier transform is completed; 상기 제1 먹스에 접속되어 변환 계수들을 임시로 저장하고 각 계산 중간 결과를 저장하는 데 쓰이는 제1 램과;A first RAM connected to the first mux to temporarily store transform coefficients and to store intermediate results of each calculation; 상기 제2 먹스에 접속되어 변환 계수들을 임시로 저장하고 각 계산 중간 결과를 저장하는 데 쓰이는 제2 램과;A second RAM connected to the second mux to temporarily store transform coefficients and to store intermediate results of each calculation; 테이블된 계수를 버터플라이 모듈에 제공하는 롬 테이블과;A ROM table for providing the table coefficients to the butterfly module; 상기 제1, 제2 램의 변환 계수와 롬 테이블 계수로서 빠른 푸리에 변환을 수행하는 버터 플라이 모듈과;A butterfly module for performing fast Fourier transform as the transform coefficients and the ROM table coefficients of the first and second RAMs; 입출력 샘플들이 저장되는 상기 제1, 제2 램의 어드레스와 빠른 푸리에 변환을 수행하기 위한 상기 버터 플라이 모듈의 적절한 어드레스를 발생하는 어드레스 제너레이터와;An address generator for generating an address of the first and second RAMs to store input / output samples and an appropriate address of the butterfly module for performing a fast Fourier transform; 각 모듈의 제어에 사용되며 전체 모듈에 연결된 스테이트 머신; 및A state machine used for control of each module and connected to the entire module; And 상기 제1 램과 제2 램에 접속되어 상기 어드레스 제너레이터의 신호에 의해 시간 영역 샘플을 출력하는 제3 먹스를 구비한 것을 특징으로 하는 엠펙과 돌비 에이씨3 오디오 디코더를 위한 겸용 필터.And a third mux connected to the first RAM and the second RAM and outputting time-domain samples in response to the signal of the address generator.
KR1019970019852A 1996-11-20 1997-05-21 Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders KR19980084170A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970019852A KR19980084170A (en) 1997-05-21 1997-05-21 Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders
US08/975,181 US6304847B1 (en) 1996-11-20 1997-11-20 Method of implementing an inverse modified discrete cosine transform (IMDCT) in a dial-mode audio decoder
KR1019970061471A KR100488537B1 (en) 1996-11-20 1997-11-20 Reproduction Method and Filter of Dual Mode Audio Encoder
US09/634,234 US6209015B1 (en) 1996-11-20 2000-08-08 Method of implementing dual-mode audio decorder and filter therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970019852A KR19980084170A (en) 1997-05-21 1997-05-21 Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19980084170A true KR19980084170A (en) 1998-12-05

Family

ID=65991168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970019852A KR19980084170A (en) 1996-11-20 1997-05-21 Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR19980084170A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100488537B1 (en) Reproduction Method and Filter of Dual Mode Audio Encoder
US5867819A (en) Audio decoder
EP0956668B1 (en) Method & apparatus for decoding multi-channel audio data
US6931291B1 (en) Method and apparatus for frequency-domain downmixing with block-switch forcing for audio decoding functions
US5619197A (en) Signal encoding and decoding system allowing adding of signals in a form of frequency sample sequence upon decoding
KR100253136B1 (en) Low computational complexity digital filter bank
WO1998019407A9 (en) Method & apparatus for decoding multi-channel audio data
US5835375A (en) Integrated MPEG audio decoder and signal processor
JP4031909B2 (en) Apparatus and method for efficiently removing time domain aliasing
JPH0981189A (en) Reproducing device
Shum et al. Speech processing with Walsh-Hadamard transforms
KR100656968B1 (en) Speech rate conversion apparatus, method and computer-readable record medium thereof
US6112169A (en) System for fourier transform-based modification of audio
KR100346734B1 (en) Audio coder and decoder having high speed analyzing filter and composite filter
KR19980084170A (en) Combined filter for MPEG and Dolby AC3 audio decoders
Duhamel et al. A DCT Chip based on a new Structured and Computationally Efficient DCT Algorithm
JP3982983B2 (en) Audio signal decompression device and computing device for performing inversely modified discrete cosine transform
US6735609B2 (en) Inverse discrete-cosine transform apparatus
KR0182946B1 (en) Memory allocation method of audio subband synthesis filter in image processing encoding
JP3830106B2 (en) A mechanism for defining the signal spectrum of a wideband digital signal and obtaining bit arrangement information according to the signal spectrum
Ling et al. Two polyphase filter architectures for MPEG audio
JP2000004166A (en) Digital signal processing
KR100202304B1 (en) Mpeg-2 audio decoder
KR100214617B1 (en) Filter bank method of digital audio encoder/decoder
WO1994019791A1 (en) Improved filter for use in audio compression and decompression systems