KR20000013870A - 음성 부호화기에서 피치 예측을 이용한 오류 프레임 처리 방법및 그를 이용한 음성 부호화 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 오류 프레임 처리 방법 및 그를 이용한 음성 부호화 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 음성 부호화기에서 프레임 오류시 현재 프레임의 피치 값을 이전 몇 프레임의 피치 값들로부터 예측하여 사용하므로써, 사용자의 체감 통화 품질을 향상시킬 수 있는 오류 프레임 처리 방법 및 그를 이용한 음성 부호화 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 차후에 발생되는 오류 프레임을 처리하는데 사용하기 위하여 소정의 이전 프레임의 피치 값들을 저장하고 있는 제 1 단계; 수신된 패킷이 오류 프레임인지를 판단하는 제 2 단계; 오류 프레임이면 현재 프레임의 피치 값을 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들로부터 예측하여 오류 프레임을 처리하는 제 3 단계; 및 오류 프레임이 아니면 피치 값 및 피치 이득값을 추출하여 해당 프레임을 처리하는 제 4 단계를 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 음성 부호화기에 이용됨.
Description
본 발명은 코드 여기 선형 예측(CELP : Code-Excited Linear Prediction) 계열의 음성 부호화기 등에서 프레임 오류시 음질 저하를 막기 위하여 오류 프레임을 처리하는 오류 프레임 처리 방법 및 그를 이용한 음성 부호화 방법에 관한 것이다.
현재 대부분의 디지털 이동통신 시스템에서 사용하는 음성 부호화기는 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기(QCELP, EVRC 등)이다. 특히, 우리나라는 전파 환경이 열악한 지역이 많아, 많은 오류 프레임이 발생하고 이로 인한 음질 저하가 심각하다. 이를 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
우리나라는 지리적·사회적인 요인으로 인하여 전파 환경이 나쁜 곳이 많다. 통칭하여 약전계라고 볼 수 있는데, 이러한 곳에서의 이동 전화의 통화 품질은 상당히 떨어지게 된다. 특히, 디지털 이동 전화의 경우에 비트 에러율(BER : Bit Error Rate)이 높아지므로 프레임 데이터를 제대로 복구하기가 어려워 연속적인 삭제 프레임이 많이 발생하게 된다.
상기와 같은 경우에 종래의 음성 부호화기는 제대로 된 음성을 복구할 수 없으므로, 이전 프레임의 피치값을 반복하여 사용하게 되는데, 이때 복원된 소리가 사용자의 귀를 거슬리게 하여 체감 통화 품질이 더 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래 기술을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
수신된 패킷이 오류 프레임으로 판명되면, 종래의 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기는, 음질 저하를 막기 위해 다음과 같은 몇 가지의 처리를 하게 된다.
첫째, 선형 예측 필터의 계수는 이전 프레임과 같은 값을 사용하거나, 스펙트럼을 넓혀서 사용하는 경우가 많다.
둘째, 음성 부호화기의 종류에 따라 다르지만, 고정 코드북은 랜덤한 값을 사용하거나, 사용하지 않는다.
셋째, 피치 값(지연 예측)은 이전 프레임의 같은 값을 계속 사용하는 경우가 많다. 연속적인 오류 프레임의 경우에 대부분 피치 이득을 줄여나가지만, 같은 피치 값을 계속 사용하므로, 연속적으로 오류 프레임이 발생하면 피치 성분에 의해 귀에 거슬리는 단일 톤 신호와 비슷한 소리가 나게 된다.
즉, 종래의 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기는, 오류 프레임이 발생하면 이전 프레임의 피치 값을 그대로 사용한다. 유성음의 경우에는 피치 값이 급작스럽게 변하지 않기 때문에 하나 정도의 오류 프레임은 별 문제없이 재생된다. 그러나, 오류가 연속적으로 발생할 경우에는, 계속 같은 이전 피치를 사용하는 것은 재생 음질에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 즉, 연속해서 몇 프레임이 오류 프레임이 되는 경우에, 계속해서 같은 피치를 사용하면 단일 톤 신호와 비슷한 주기 성분이 발생하여 사용자의 귀에 상당히 거슬리는 음이 발생되어, 사용자의 체감 통화 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 사람 음성의 피치가 거의 일정하다고 해도, 완전히 같은 경우는 거의 없고 약간씩 변하게 된다. 이를 무시하고 계속 같은 이전의 피치를 사용하면 음성이 부자연스럽게 들리게 되어, 음질이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 음성 부호화기에서 프레임 오류시 현재 프레임의 피치 값을 이전 몇 프레임의 피치 값들로부터 예측하여 사용하므로써, 사용자의 체감 통화 품질을 향상시킬 수 있는 오류 프레임 처리 방법 및 그를 이용한 음성 부호화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기의 구성예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 피치 예측을 이용한 오류 프레임 처리 방법 및 그를 이용한 음성 부호화 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 고정 코드북 12 : 곱셈기
13 : 적응 코드북 14 : 선형 예측 필터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오류 프레임 처리 방법은, 음성 부호화기에 적용되는 오류 프레임 처리 방법에 있어서, 차후에 발생되는 오류 프레임을 처리하는데 사용하기 위하여 소정의 이전 프레임의 피치 값들을 저장하고 있는 제 1 단계; 수신된 패킷이 오류 프레임인지를 판단하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계의 판단 결과, 오류 프레임이면 현재 프레임의 피치 값을 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들로부터 예측하여 오류 프레임을 처리하는 제 3 단계; 및 상기 제 2 단계의 판단 결과, 오류 프레임이 아니면 피치 값 및 피치 이득값을 추출하여 해당 프레임을 처리하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 음성 부호화 방법은, 음성 부호화기에 적용되는 음성 부호화 방법에 있어서, 패킷이 수신되면, 선 스펙트럼 쌍(LSP : Line Spectral Pair) 디코딩을 수행한 후에 이전 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP) 값과 현재 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP) 값을 보간하는 제 1 단계; 선 스펙트럼 쌍(LSP)을 선형 예측 필터의 계수(LPC)로 변환한 후에 고정 코드북 인덱스 및 이득을 추출하여 해당 코드에 이득을 곱하여 여기 신호를 발생하는 제 2 단계; 오류 프레임인지를 판단하여 오류 프레임이면 현재 프레임의 피치 값을 이전 몇 프레임의 피치 값들로부터 예측한 후에 필터링하여 피치 성분을 재생하고, 오류 프레임이 아니면 피치 값 및 피치 이득값을 추출한 후에 필터링하여 피치 성분을 재생하는 제 3 단계; 및 적응 코드북의 메모리를 갱신한 후에 선형 예측 필터로 음성을 합성하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기의 구성예시도이다.
본 발명이 적용되는 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기는, 도 1 에 도시된 바와 같이 고정 코드북(여기 신호)(11), 곱셈기(12), 적응 코드북(피치 성분)(13) 및 선형 예측 필터(14)를 구비한다. 음성 부호화기에 패킷이 주어질 때 오류 프레임으로 주어질 수도 있고, 음성 부호화기 내부의 오류 검출 루틴에 의해 오류를 판명하기도 한다.
본 발명이 적용되는 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열 음성 부호화기의 동작을 살펴보면, 고정 코드북 인덱스에 따라 해당하는 여기 신호가 만들어 지고, 상기 여기 신호에 고정 코드북 이득을 곱하고, 상기 곱한 신호에 피치 성분을 복원해 주는 적응 코드북에 의한 신호를 더한 신호를 선형 예측 필터링하여 최종 음성 신호를 생성해 낸다.
이때, 고정 코드북(11)의 형태는 음성 부호화기의 종류에 따라 달라지나, 적응 코드북(13)은 이전에 사용된 여기 신호로부터 현재 프레임에 사용될 피치 성분을 생성한다는 점에서 거의 같다. 대부분의 피치 복원은 아래의 [수학식 1]과 같이 이루어진다. 여기서, b는 적응 코드북 이득, D는 피치 값, I는 필터 탭 수가 된다.
그리고, 하나의 프레임은 몇 개의 부프레임으로 구성되는데, 적응 코드북 이득은 각각의 부프레임마다 달라지고, 피치 값은 부프레임에 따라 달라지기도 하고, 같은 프레임에서는 같은 값을 쓰기도 한다.
한편, 수신된 패킷이 오류 프레임으로 판명되면, 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기는, 음질 저하를 막기 위해 다음의 처리를 하게 된다. 선형 예측 필터의 계수는 이전 프레임과 같은 값을 사용하거나, 스펙트럼을 넓혀서 사용하고, 음성 부호화기의 종류에 따라 다르지만, 고정 코드북은 랜덤한 값을 사용하거나 사용하지 않는다.
그리고, 오류 프레임의 경우에, 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기는, 이전 프레임의 피치 값을 똑같이 사용하던 종래의 방법과 달리, 이전 몇 프레임의 피치 값으로부터 현재 프레임의 피치 값을 예측하여 사용한다.
현재 수 많은 예측 기법들이 나와 있고, 앞으로도 많은 예측 기법들이 새로 발명될 것이지만, 본 발명은 이들 예측 기법중 어떤 방법을 사용하여도 무방하다. 그러나, 이전 프레임의 피치 값들중 급격하게 변화하는 것(바로 전·후의 값과 15 이상의 차이가 나는 것)은 예측 데이터에서 제외한다.
이해를 돕기 위해 제일 간단한 1차 선형 예측 기법을 사용한 경우를 설명하면 다음과 같다. 현재 프레임의 피치 값을 D(m), 이전 프레임의 피치 값을 D(m-1), 그 이전 프레임의 피치 값을 D(m-2)라 하자.
/* 너무 급격한 변화는 거부 */
if (｜D(m-2) - D(m-1)｜ > 15)
D(m-2) = D(m-1);
if (프레임 오류)
D(m) = 2 * D(m-1) - D(m-2);
...... /* 피치 재생 및 LPC 필터를 통한 음성 합성 */
/* 과거 피치 값 갱신 */
D(m-2) = D(m-1);
D(m-1) = D(m);
상기 예제의 경우는 1차 선형 예측을 적용한 경우만을 예로 들었다. 그러나, 본 발명은 2차 또는 그 이상의 선형 예측 및 비선형 예측 기법도 사용할 수 있고, 이를 위해서 필요한 과거 피치 값을 저장하고 있어야 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 피치 예측을 이용한 오류 프레임 처리 방법 및 그를 이용한 음성 부호화 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 본 발명이 적용되는 코드 여기 선형 예측(CELP) 계열의 음성 부호화기는, 패킷이 수신되면(21), 선 스펙트럼 쌍(LSP : Line Spectral Pair) 디코딩을 수행한다(22). 왜냐하면 대부분의 경우에 선형 예측 필터의 계수(LPC)는 선 스펙트럼 쌍으로 변환되어 전송되므로, 이를 디코딩한다. 그리고, 음성 부호화기에 따라 약간의 차이는 있으나, 대부분의 경우에 오류 프레임이 발생하면, 이전 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP)의 계수를 약간 변형시켜 사용한다.
이후, 선 스펙트럼 쌍(LSP)의 인자를 보간(Interpolation)한다(23). 즉, 이전 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP) 값과 현재 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP) 값을 적절히 보간하여 출력되는 음성이 자연스럽게 이어지도록 한다. 이후에, 선 스펙트럼 쌍(LSP)을 선형 예측 필터의 계수(LPC)로 변환한다(24).
다음으로, 고정 코드북 인덱스 및 이득을 추출한 후에(25) 해당하는 코드에 이득을 곱하여 여기 신호를 발생한다(26). 이때, 오류 프레임의 경우에는 여기 신호를 램덤하게 발생시키거나 사용하지 않는 경우가 많다.
이후에, 오류 프레임인지를 판단하여(27) 오류 프레임이면 현재 프레임의 피치 값을 이전 몇 프레임의 피치 값들로부터 예측한 후에(28) 상기 [수학식 1]처럼 필터링하여 피치 성분을 재생한다(30). 만약, 오류 프레임이 아니면 피치 값 및 피치 이득값을 추출한 후에(29) 상기 [수학식 1]처럼 필터링하여 피치 성분을 재생한다(30).
피치 성분을 재생한 후에, 적응 코드북의 메모리를 갱신하고(31) 선형 예측 필터로 음성을 합성한다(32). 이후에, 음질 향상을 위하여 후처리 필터로 합성된 음성을 다시 처리하는 과정(도면에 도시되지 않음)을 더 수행할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 음성 부호화기에서 프레임 오류시 현재 프레임의 피치 값을 이전 몇 프레임의 피치 값들로부터 예측하여 사용하므로써, 사용자의 체감 통화 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 음성 부호화기에 적용되는 오류 프레임 처리 방법에 있어서,차후에 발생되는 오류 프레임을 처리하는데 사용하기 위하여 소정의 이전 프레임의 피치 값들을 저장하고 있는 제 1 단계;수신된 패킷이 오류 프레임인지를 판단하는 제 2 단계;상기 제 2 단계의 판단 결과, 오류 프레임이면 현재 프레임의 피치 값을 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들로부터 예측하여 오류 프레임을 처리하는 제 3 단계; 및상기 제 2 단계의 판단 결과, 오류 프레임이 아니면 피치 값 및 피치 이득값을 추출하여 해당 프레임을 처리하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 오류 프레임 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 단계의 예측 과정은,현재 프레임의 피치 값을 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들로부터 예측할 때, 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들중 소정의 값 이상으로 급격하게 변화하는 피치 값을 예측 데이터에서 제외하는 것을 특징으로 하는 오류 프레임 처리 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 예측 데이터를 제외하는 과정은,상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들중 전·후의 피치 값과 15 이상의 차이가 나는 피치 값을 예측 데이터에서 제외하는 것을 특징으로 하는 오류 프레임 처리 방법.
- 음성 부호화기에 적용되는 음성 부호화 방법에 있어서,패킷이 수신되면, 선 스펙트럼 쌍(LSP : Line Spectral Pair) 디코딩을 수행한 후에 이전 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP) 값과 현재 프레임의 선 스펙트럼 쌍(LSP) 값을 보간하는 제 1 단계;선 스펙트럼 쌍(LSP)을 선형 예측 필터의 계수(LPC)로 변환한 후에 고정 코드북 인덱스 및 이득을 추출하여 해당 코드에 이득을 곱하여 여기 신호를 발생하는 제 2 단계;오류 프레임인지를 판단하여 오류 프레임이면 현재 프레임의 피치 값을 이전 몇 프레임의 피치 값들로부터 예측한 후에 필터링하여 피치 성분을 재생하고, 오류 프레임이 아니면 피치 값 및 피치 이득값을 추출한 후에 필터링하여 피치 성분을 재생하는 제 3 단계; 및적응 코드북의 메모리를 갱신한 후에 선형 예측 필터로 음성을 합성하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 음성 부호화 방법.
- 제 4 항에 있어서,음질 향상을 위하여 후처리 필터로 합성된 음성을 다시 처리하는 제 5 단계를 더 포함하여 이루어진 음성 부호화 방법.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 제 3 단계의 예측 과정은,현재 프레임의 피치 값을 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들로부터 예측할 때, 상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들중 소정의 값 이상으로 급격하게 변화하는 피치 값을 예측 데이터에서 제외하는 것을 특징으로 하는 음성 부호화 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 예측 데이터를 제외하는 과정은,상기 소정의 이전 프레임의 피치 값들중 전·후의 피치 값과 15 이상의 차이가 나는 피치 값을 예측 데이터에서 제외하는 것을 특징으로 하는 음성 부호화 방법.
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Cited By (1)
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1998
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| WO2023236961A1 (zh) * | 2022-06-08 | 2023-12-14 | 维沃移动通信有限公司 | 音频信号恢复方法、装置、电子设备及介质 |
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