KR20000034380A - 디지탈 오디오 부호화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입력 디지탈 오디오 신호를 적응적으로 부호화하는 디지탈 오디오 부호화 장치에 관한 것으로, N(N : 양의 정수)개의 채널들로 부터의 입력 디지탈 오디오 신호들을 적응적으로 부호화하며, 각 채널들로 부터의 입력 디지탈 오디오 신호는 다수개의 프레임을 포함하고, 상기 각 프레임은 다수개의 서브 밴드들을 포함하는 디지탈 오디오 부호화 장치에 있어서: 병렬로 결합된 것으로, 현재 프레임의 상기 디지탈 오디오 신호들을 필터링하여 다수개의 서브 밴드 단위로 분할하는 N개의 현재 프레임 서브 밴드 필터링 수단; 상기 현재 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호에 포함된 각 서브 밴드들에 대한 음압 레벨들과 주파수 영역 마스킹 문턱치들을 측정하는 주파수 영역 마스킹 수단; 병렬로 결합된 것으로, 이전 프레임의 상기 디지탈 오디오 신호들을 필터링하여 다수개의 서브 밴드 단위로 분할하는 N개의 이전 프레임 서브 밴드 필터링 수단; 상기 이전 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호에 포함된 각 서브 밴드들에 시간 영역 마스킹 문턱치들을 측정하는 시간 영역 마스킹 수단; 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 주파수 영역 마스킹 문턱치들과, 상기 이전 프레임의 각 서브 밴드들에 시간 영역 마스킹 문턱치들의 증분으로부터 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 최종 마스킹 문턱치들을 측정하고, 상기 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 음압들과, 상기 최종 마스킹 문턱치들로부터 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 신호대 마스킹값들을 측정한후, 상기 측정된 신호대 마스킹값들에 의거하여 상기 채널내의 프레임 그룹들의 각각에 대해 결정된 비트에 상응하는 비트 할당 정보들을 발생하는 비트수 결정 수단; 상기 N개의 채널들에 대해 필터링된 각 서브 밴드 오디오 신호들을 상기 비트 할당 정보들에 의거하여 각각 양자화하는 양자화 수단을 포함한다.
Description
본 발명은 디지탈 오디오 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 디지탈 오디오 신호들을 인간의 청각 특성에 부합하는 각 입력 디지탈 신호의 인지 정보량에 의거하여 적응적으로 부호화 할수 있는 디지탈 오디오 부호화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 콤팩트 디스크(Compact Disk : CD) 및/또는 디지탈 오디오 테이프 플레이어(Digital Audio Tape Player : DATP)와 같은 고음질을 달성하기 위해서는 디지탈화된 오디오 신호들을 전송한다. 오디오가 신호가 디지탈 형태로 표현될 때, 상당한 량의 데이터가 발생된다. 그러나, 오디오 신호에 할당된 가용 대역폭을 제한되어 있기 때문에, 상당한 량, 예를들어 48KHz로 샘플링된 16비트 펄스 부호 변조(PCM) 오디오 신호, 제한된 오디오 대역인 약 128KHz로 전송하기 위해서는 압축해야 한다.
따라서, 다양한 오디오 압축 디바이스(device)들 또는 기법들중에서, 예를들어 HDTV(High Density Television) 응용을 위한 심리 음향 알고리즘(Psychoacoustic Algorithm)을 사용하는 MPEG(Motion Picture Expert Group)-오디오 알고리즘이 제안되어 왔다.
MPEG 오디오 알고리즘을 잘알려져 있다시키, 서브밴드 필터링(subband filtering), 심리 음향 알고리즘, 양자화 및 부호화, 그리고 프레임 포맷팅(frame formmatting)과 같은 4가지 주요 구성 부재로 이루어져 있다.
서브밴드 필터링은 입력 PCM(Pulse Code Modulation) 오디오 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하는 작용을 하는 것으로, 다수개의 서브 밴드를 갖는 필터 뱅크(filter bank)를 사용한다. 각각의 서브 밴드에서, 12 또는 36 샘플들이 그룹핑(group)되어 처리되며, 다수개의 서브 밴드로 부터의 그룹된 샘플들, 즉 32*12 또는 32*36 샘플들이 한 프레임으로 구성된다. 각각의 프레임은 오디오 신호를 부호화, 전송 및 복호화 하기 위한 처리 단위이다.
여기에서, 심리 음향 모델링은 각각의 서브밴드 또는 서브 샘플군에 대해, 양자화 및 부호화 처리를 제어하기 위한 인지 정보량, 예를들면, 신호대 마스크 비(Signal -to-Mask Ratio : SMR), 음압 레벨, 각 서브 밴드에서의 주파수 마스킹 효과(frequency masking effect)에 의거한 마스킹 문턱치(masking threshold) 데이터 세트를 생성한다. 그 다음, 서브 밴드 샘플들을 양자화 및 부호화 하는 단계에서, 상술한 인지 정보량을 참조하여 가용한 비트를 한 프레임의 각각의 서브 밴드에 적응적으로 압축 부호화한다. 이후, 프레임 포맷은 프레임 데이터를 다른 필요한 부가 정보와 함께 적절한 형태로 포맷하여 전송한다.
그러나, 상술한 오디오 기법은 오디오 신호를 주파수 영역에서만 분석하고 있어, 오디오 신호의 특성을 충분히 고려하고 있지 않고 않으며, 이에 따라 오디오 데이터의 압축 효율이 비교적 낮다고 할수 있다.
따라서, 본 발명은 오디오 신호를 시간 영역에서 분석하여, 시간 영역에서 분석된 오디오 신호의 특성을 인지 정보량으로하여 오디오 신호의 압축에 이용함으로서, 보다 높은 효율의 압축을 이룰수 있는 디지탈 오디오 부호화 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, N(N : 양의 정수)개의 채널들로 부터의 입력 디지탈 오디오 신호들을 적응적으로 부호화하며, 각 채널들로 부터의 입력 디지탈 오디오 신호는 다수개의 프레임을 포함하고, 상기 각 프레임은 다수개의 서브 밴드들을 포함하는 디지탈 오디오 부호화 장치에 있어서: 병렬로 결합된 것으로, 현재 프레임의 상기 디지탈 오디오 신호들을 필터링하여 다수개의 서브 밴드 단위로 분할하는 N개의 현재 프레임 서브 밴드 필터링 수단; 상기 현재 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호에 포함된 각 서브 밴드들에 대한 음압 레벨들과 주파수 영역 마스킹 문턱치들을 측정하는 주파수 영역 마스킹 수단; 병렬로 결합된 것으로, 이전 프레임의 상기 디지탈 오디오 신호들을 필터링하여 다수개의 서브 밴드 단위로 분할하는 N개의 이전 프레임 서브 밴드 필터링 수단; 상기 이전 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호에 포함된 각 서브 밴드들에 시간 영역 마스킹 문턱치들을 측정하는 시간 영역 마스킹 수단; 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 주파수 영역 마스킹 문턱치들과, 상기 이전 프레임의 각 서브 밴드들에 시간 영역 마스킹 문턱치들의 증분으로부터 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 최종 마스킹 문턱치들을 측정하고, 상기 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 음압들과, 상기 최종 마스킹 문턱치들로부터 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 신호대 마스킹값들을 측정한후, 상기 측정된 신호대 마스킹값들에 의거하여 상기 채널내의 프레임 그룹들의 각각에 대해 결정된 비트에 상응하는 비트 할당 정보들을 발생하는 비트수 결정 수단; 상기 N개의 채널들에 대해 필터링된 각 서브 밴드 오디오 신호들을 상기 비트 할당 정보들에 의거하여 각각 양자화하는 양자화 수단을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 오디오 신호의 시간적 마스킹 효과를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 오디오 부호화 장치를 나타낸 도면.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
205 : 제 1 현재 프레임 서브 밴드 필터
210 : 제 2 현재 프레임 서브 밴드 필터
215 : 제 1 이전 프레임 서브 밴드 필터
220 : 제 2 이전 프레임 서브 밴드 필터
225 : 제 1 주파수 영역 마스킹부 230 : 제 2 주파수 영역 마스킹부
235 : 제 1 시간 영역 마스킹부 240 : 제 2 시간 영역 마스킹부
245 : 비트수 결정부 250 : 양자화부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
일반적으로, 인간의 청각 기과은 크게 외이, 중이, 내이로 구성된다. 외이는 주변의 소리에 대한 음향 에너지의 압력 변화를 모아 고막(중이)에 전달하게 된다. 중이는 외이로부터 전달된 압력의 변화를 증폭하여 기계적 운동으로 변환시키는 변환기의 역할을 수행하며, 내이는 중이로부터 전달된 기계적 진동양에 대하여 청각 신경계를 자극하도록 하는 전기적 운동으로 변환시켜 뇌에 전달하게 된다. 이때, 외이의 한부분인 와우각(cochiea)의 기저막(basilar membrane)을 자극하여 소리의 양을 감지하는 과정은 입력 신호를 시간 영역 및 주파수 영역으로 분석하여 해석될수 있다.
외이에서 전기적 운동양으로 변환된 소리가 와우각의 기저막을 자극하여 소리의 세기가 인식되는 과정에서 상대적으로 큰 신호가 작은 신호를 마스킹(masking)하게 되는데, 이 마스킹 현상에 시간 마스킹과 주파수 마스킹이 있으며, 본 발명에서는 시간 마스킹을 인지 정보량으로하여 오디오 신호의 압축에 이용한다는데 그 특징점이 있는 것이다.
도 1을 참조하면, 시간 마스킹 현상을 특정 시간 (t1)을 기준으로 상대적으로 세기가 큰 신호(f(t1))는 그 시간 이전 및 이후의 방향으로 에너지(ⓐ영역 및 ⓑ영역)가 전파되어 주변 시간 영역상의 신호를 덜 감지하도록 마스킹하는 현상이다.
따라서, t1부근의 세기가 상대적으로 큰 신호라면, 이전 시간의 신호에 대하여 후방 마스킹 작용(ⓐ영역)을, 이후의 신호에 대해서는 전방 마스킹 작용(ⓑ영역)을 하며, 이때 후방 마스킹 영향은 대략 4msec, 전방 마스킹 영향은 대략 40msec인 것으로 알려져 있다.
도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 오디오 부호화 장치가 도시된다. 도 2를 참조하면, 디지탈 오디오 부호화 장치는 제 1 현재 프레임 서브 밴드 필터(205), 제 2 현재 프레임 서브 밴드 필터(210), 제 1 이전 프레임 서브 밴드 필터(215), 제 2 이전 프레임 서브 밴드 필터(220), 제 1 주파수 영역 마스킹부(225), 제 2 주파수 영역 마스킹부(230), 제 1 시간 영역 마스킹부(235), 제 2 시간 영역 마스킹부(240), 비트수 결정부(245), 양자화부(250)을 포함한다.
도 2에 있어서, 예를들어 2개의 채널들을 통해 입력되는 현재 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호들은 제 1 현재 프레임 서브 밴드 필터(205)와 제 2 현재 프레임 서브 밴드 필터(210)에 제공된다. 여기에서, "프레임"은 고정된 오디오 샘플들의 수에 상응하는 디지탈 오디오 신호에 일부분을 나타내며, 또한 디지탈 오디오 신호의 부호화 복호화를 위한 처리 단위이다.
도 2에 도시된 바와 같이 제 1 현재 프레임 서브 밴드 필터(205)와 제 2 현재 프레임 서브 밴드 필터(210)는 병렬로 결합되며, 현재 프레임의 디지탈 오디오 신호가 입력되면, 본 기술 분야에 잘알려진 서브 밴드 필터링 기법, 예를들면 ISO/IEC JTCI/SC2/WG 11, "Part 3, Audio Proposal", CD-11172-3(1991)에 기술된 소위 MPEG 알고리즘에 개시된 방법을 이용함으로서, 입력 디지탈 오디오 신호들의 필터링을 각기 수행한다. 즉, 제 1 현재 프레임 서브 밴드 필터(205)와 제 2 현재 프레임 서브 밴드 필터(210)는 각각 샘플링 주파수(fs)를 갖는 현재 프레임의 입력 디지탈 오디오를 샘플링 주파수(fs/B)를 갖는 B(B : 정수)개의 동일한 서브 밴드들로 분할한다. 제 1 현재 프레임 서브 밴드 필터(205)의 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들은 제 1 주파수 영역 마스킹부(225)와 양자화부(250)에 제공되고, 제 2 현재 프레임 서브 밴드 필터(210)의 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들은 제 2 주파수 영역 마스킹부(230)와 양자화부(250)에 제공된다.
제 1 주파수 영역 마스킹부(225)는 MPEG 오디오 알고리즘에서 논의된 심리 음향 모델을 이용하여 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압 레벨들과, 주파수 영역 마스킹 임계값들을 측정한다. 제 2 주파수 영역 마스킹부(230)는 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압 레벨들과, 주파수 영역 마스킹 임계값들을 측정한다. 여기에서, 주파수 영역 마스킹 임계값은 가청 한계를 나타낸 것으로, 고유의 가청 한계, 또는 음의 임계치와 오디오 신호의 다른 순음 및 비순음 성분들의 존재에 의해 발생된 증분과의 합을 나타낸다.
현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압 레벨들 및 주파수 영역 마스킹 임계값들과, 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압 레벨들 및 주파수 영역 마스킹 임계값들은 비트수 결정부(245)에 제공된다.
한편, 예를들어 2개의 채널을 통해 입력되는 이전 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호들은 제 1 이전 프레임 서브 밴드 필터(215)와 제 2 이전 프레임 서브 밴드 필터(220)에 제공된다.
도 2에 도시된 바와 같이 제 1 이전 프레임 서브 밴드 필터(215)와 제 2 이전 프레임 서브 밴드 필터(220)는 병렬로 결합되며, 이전 프레임의 디지탈 오디오 신호가 입력되면, 샘플링 주파수(fs)를 갖는 이전 프레임의 입력 디지탈 오디오를 샘플링 주파수(fs/B)를 갖는 B(B : 정수)개의 동일한 서브 밴드들로 분할한다. 제 1 이전 프레임 서브 밴드 필터(215)의 이전 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들은 제 1 시간 영역 마스킹부(235)에 제공되고, 제 2 이전 프레임 서브 밴드 필터(220)의 이전 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들은 제 2 시간 영역 마스킹부(240)에 제공된다.
제 1 시간 영역 마스킹부(235)는 MPEG 오디오 알고리즘에서 논의된 심리 음향 모델을 이용하여 이전 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압에 따른 시간 영역 마스킹 임계값들을 측정한다. 제 2 시간 영역 마스킹부(240)는 이전 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압에 따른 시간 영역 마스킹 임계값들을 측정한다. 여기에서, 시간 영역 마스킹 임계값은 프레임간의 시간 지연에 따른 음압 에너지 감쇄율을 나타내는 수학식 1에 의해 측정될수 있다.
수학식 1에서, f(t) 는 프레임간의 시간 지연에 따른 음압 에너지 감쇄율을 나타내고, t는 프레임간의 시간 지연값이며, τ는 각 주파수에의 시간 상수이다. τ는 저주파 대역에서 300∼30msec이고, 그이외의 주파수에서는 25msec로 거의 일정한 값을 갖는다.
이전 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 시간 영역 마스킹 임계값들과, 이전 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 시간 영역 마스킹 임계값들은 비트수 결정부(245)에 제공된다.
비트수 결정부(245)는 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 주파수 영역 마스킹 임계값들과, 이전 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 시간 영역 마스킹 임계값들의 증분으로부터, 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들에 대한 최종 마스킹 임계값들을 측정한다. 또한 비트수 결정부(245)는 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 주파수 영역 마스킹 임계값들과, 이전 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 시간 영역 마스킹 임계값들의 증분으로부터, 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들에 대한 최종 마스킹 임계값들을 측정한다.
그런후, 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압 레벨들과, 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들에 대한 최종 마스킹 임계값들의 차에 의거하여, 제 1 신호대 마스킹값들을 측정한다. 또한 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들의 음압 레벨들과, 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들에 대한 최종 마스킹 임계값들의 차에 의거하여 제 2 신호대 마스킹값들을 측정한다.
비트수 결정부(245)는 제 1 신호대 마스킹값들과 제 2 신호대 마스킹값들로부터 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들과, 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들에 대한 비트 할당 정보들을 결정하여 양자화부(250)에 제공한다.
양자화부(250)는 비트수 결정부(245)로부터 제공된 비트 할당 정보들에 의거하여 현재 프레임의 제 1 서브 밴드 오디오 샘플들과, 현재 프레임의 제 2 서브 밴드 오디오 샘플들을 적응적으로 양자화하여 출력한다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명은 오디오 신호를 주파수 영역 및 시간 영역에서 분석하여, 주파수 영역 및 시간 영역에서 분석된 오디오 신호의 특성을 인지 정보량으로하여 오디오 압축에 이용함으로서, 보다 높은 효율의 압축을 이룰수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- N(N : 양의 정수)개의 채널들로 부터의 입력 디지탈 오디오 신호들을 적응적으로 부호화하며, 각 채널들로 부터의 입력 디지탈 오디오 신호는 다수개의 프레임을 포함하고, 상기 각 프레임은 다수개의 서브 밴드들을 포함하는 디지탈 오디오 부호화 장치에 있어서:병렬로 결합된 것으로, 현재 프레임의 상기 디지탈 오디오 신호들을 필터링하여 다수개의 서브 밴드 단위로 분할하는 N개의 현재 프레임 서브 밴드 필터링 수단;상기 현재 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호에 포함된 각 서브 밴드들에 대한 음압 레벨들과 주파수 영역 마스킹 문턱치들을 측정하는 주파수 영역 마스킹 수단;병렬로 결합된 것으로, 이전 프레임의 상기 디지탈 오디오 신호들을 필터링하여 다수개의 서브 밴드 단위로 분할하는 N개의 이전 프레임 서브 밴드 필터링 수단;상기 이전 프레임의 입력 디지탈 오디오 신호에 포함된 각 서브 밴드들에 시간 영역 마스킹 문턱치들을 측정하는 시간 영역 마스킹 수단;상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 주파수 영역 마스킹 문턱치들과, 상기 이전 프레임의 각 서브 밴드들에 시간 영역 마스킹 문턱치들의 증분으로부터 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 최종 마스킹 문턱치들을 측정하고, 상기 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 음압들과, 상기 최종 마스킹 문턱치들로부터 상기 현재 프레임의 각 서브 밴드들에 대한 신호대 마스킹값들을 측정한후, 상기 측정된 신호대 마스킹값들에 의거하여 상기 채널내의 프레임 그룹들의 각각에 대해 결정된 비트에 상응하는 비트 할당 정보들을 발생하는 비트수 결정 수단;상기 N개의 채널들에 대해 필터링된 각 서브 밴드 오디오 신호들을 상기 비트 할당 정보들에 의거하여 각각 양자화하는 양자화 수단을 포함한 디지탈 오디오 부호화 장치.
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| KR20230010703A (ko) | 2020-05-14 | 2023-01-19 | 니찌아스 카부시키카이샤 | 고무 조성물, 불소 함유 엘라스토머 및 밀봉재 |
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1998
- 1998-11-30 KR KR1019980051708A patent/KR20000034380A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230010703A (ko) | 2020-05-14 | 2023-01-19 | 니찌아스 카부시키카이샤 | 고무 조성물, 불소 함유 엘라스토머 및 밀봉재 |
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