KR20010039049A - 시간-주파수 변환 장치의 게인을 이용한 데이터 오버플로우 방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HDTV 코덱(CODEC)에서 시간 영역 데이터를 주파수 영역 데이터로 변환하여 원신호로 복원할 때, 주파수 영역으로 변환된 데이터가 오버플로우되어 클리핑되는 것을 방지하도록 한 시간-주파수 변환 장치의 게인을 이용한 데이터 오버플로우 방지 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 시간-주파수 변환 장치에서 주파수 영역으로 변환된 데이터가 오버플로우(overflow)되면 게인값으로 나누어서 수치 표현 범위를 벗어나지 않도록 함으로써, 클리핑(clipping) 처리되지 않도록 하여 원신호로 복원시 복원도를 향상시키도록 한다,

Description

시간-주파수 변환 장치의 게인을 이용한 데이터 오버플로우 방지 방법{ Method for preventing data from overflowing by gain in time-freqeuncy transformer }

본 발명은 고화질 텔레비전(High Density TeleVision; HDTV)의 코덱(CODEC)에 관한 것으로, 특히 시간-주파수 변환 장치에서 주파수 영역으로 변환된 데이터가 오버플로우(overflow)되면 게인값으로 나누어서 수치 표현 범위를 벗어나지 않도록 함으로써, 클리핑(clipping) 처리되지 않도록 하여 원신호로 복원시 복원도를 향상시키도록 한 시간-주파수 변환 장치의 게인(gain)을 이용한 데이터 오버플로우(overflow) 방지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 원신호를 처리하는 시스템에서는 처리 결과에 대한 데이터의 신빙성이 중요하다. 처리한 데이터를 원신호로 복원시에는 최소한의 왜곡값을 허용하기 때문이다.

그리고 원신호에 대한 신호 레벨은 사용되는 시스템에 따라 그 해상도가 다르다. 8비트 레벨을 이용한 시스템에서의 신호 레벨은 -128 ~ +127 사이의 레벨 값을 가질 수가 있으며, 16비트 레벨을 이용한 시스템에서의 신호 레벨은 -32768 ~ +32767 사이의 비교적 큰 레벨값을 가질 수가 있다.

도1은 16비트 레벨을 가지는 시간 영역 상에서 표현되는 파형이다.

도1에서 보여지는 파형은 샘플링(sampling)된 데이터들의 모임이다. 이 데이터는 원신호를 일정 시간 간격으로 샘플링하는 과정에서 얻어진다.

도2는 샘플링을 통한 원신호의 표본화된 데이터를 나타낸다.

시간 영역에서 구해진 디지털 데이터는 주파수 영역으로의 변환이 가능하다. 이때 주파수 영역으로 바뀔 때에는 시간 영역 데이터의 데이터형에 상관없이 실수형의 모습을 띄게 된다.

시간 영역의 데이터를 주파수 변환시 [수학식1]과 같은 푸리에 변환식을 적용한다.

n = 0,1,...,N-1

X(k): 주파수 영역으로 변환된 신호

[수학식1]은 시간대 주파수 변환을 구현함으로써 신호 처리의 효율적 변환에 크게 이바지하고 있는 수식이다. 그래서 [수학식1]과 같은 푸리에 변환을 거친 X(k)의 일반적인 파형이 도3에 도시된다.

주파수 영역으로 변환된 데이터도 데이터의 범위가 한정될 수가 있다. 부동 소수점 연산기를 가진 회로의 경우에는 문제없으나 정수 연산기만을 가진 회로에서는 주파수 영역으로 변환된 데이터가 회로가 표현할 수 있는 정밀도를 넘어설 수가 있다. 이와 같은 현상이 도4에서 보여진다.

도4에 도시된 바와 같이, A 샘플은 회로가 표현할 수 있는 최대 범위를 넘어섰기 때문에 회로가 표현할 수 있는 최대값인 B로 변형된다. 이를 클리핑(clipping) 처리라 한다. 도4에서는 A값이 B값으로 잘림 현상으로 보여지고 있다.

이와 같은 주파수 영역의 주파수 표본값(샘플값)을 푸리에 역변환을 이용하여 시간 영역의 데이터로 복원하게 되면, 클리핑된 표본값으로 인해 왜곡된 시간 영역 데이터로 복원되는 문제점이 있었다. 또한 종래의 기술은 이를 해결하기 위한 최소 크기의 부동소수점 연산기를 내장하고 있지만, 이는 장치 비용의 상승 효과를 가져 오는 단점이 있었다. 특히 오디오 신호는 그 신호가 음색에 따라 다양하기 때문에 부동 소수점 연산기만으로는 위와 같은 오류를 범할 수 있는 한계를 가질 수 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은

시간-주파수 변환 장치에서 주파수 영역으로 변환된 데이터가 오버플로우(overflow)되면 게인값으로 나누어서 수치 표현 범위를 벗어나지 않도록 함으로써, 클리핑(clipping) 처리되지 않도록 하여 원신호로 복원시 복원도를 향상시키도록 한 시간-주파수 변환 장치의 게인(gain)을 이용한 데이터 오버플로우(overflow) 방지 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 시간-주파수 변환 장치의 gain을 이용한 데이터 overflow 방지 방법은,

주파수 변환된 결과데이터를 검사하여 오버플로우 발생 여부를 확인하는 제1 단계와;

상기 확인 결과, 오버플로우가 최초로 발생되었으면 오버플로우를 알리는 플래그(flag)를 셋팅(setting)하고 이전의 모든 결과데이터 값을 게인수치로 나누는 제2 단계와;

상기 확인 결과, 오버플로우가 발생되지 않았으면, 오버 플로우가 이전에 발생되었는 지를 검사하고 검사 결과 이전에 오버플로우가 발생되었으면 상기 결과데이터를 게인수치로 나누는 제3 단계와;

상기 제2 단계와 제3 단계 수행 후, 푸리에 변환시 사용되는 데이터 개수만큼 오버플로우 발생 여부 검사를 수행했는지 검사하여, 그 개수만큼 수행하지 않았으면 다음 결과데이터를 취하여 오버플로우 발생 여부를 검사하고, 그 개수만큼 수행했으면 게인을 설정된 수치로 출력하는 제4단계로 이루어짐을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 16비트 레벨을 가지는 시간 영역 상에서 표현되는 파형도,

도2는 샘플링을 통한 원신호의 표본화된 데이터를 나타내는 도면,

도3은 푸리에 변환이 수행되어 생성된 주파수 영역 파형도,

도4는 주파수 영역으로 변환된 데이터가 회로가 표현할 수 있는 수치표현범위를 벗어난 상태를 보인 도면,

도5는 도4의 데이터가 클리핑처리되지 않도록 게인값을 적용시킨 상태를 보인 도면,

도6은 본 발명이 적용되는 시간-주파수 변환 장치 블럭 구성도,

도7은 본 발명에 의한 시간-주파수 변환 장치의 게인을 이용한 데이터 오버플로우 방지 방법을 보인 흐름도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10:시간-주파수 변환 장치 11:수신용 버퍼

12:푸리에 변환기 12a:변환용 버퍼

13:게인 조절기

이하, 상기와 같은 본 발명에 의한 시간-주파수 변환 장치의 gain을 이용한 데이터 overflow 방지 방법을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 푸리에 변환에서 증명되는 [수학식2]를 이용하여 구현된다.

ax(n) ⇔ aX(k)

[수학식2]를 통하여 주파수 영역의 데이터에 대해 이득(gain)값 a를 임의로 설정함으로써 주파수 표본 데이터의 크기를 줄일 수 있다. 줄여진 주파수 영역 데이터를 역변환하여 시간 영역 데이터로 복원한 후 이 값에 게인 값 a를 곱함으로써 클리핑으로 인한 원신호의 손실을 크게 줄일 수 있다.

클리핑 처리된 주파수 표본 데이터가 [수학식2]를 통해 이득값이 적용된 주파수 영역 표본 데이터가 도5에 도시된다.

신호 왜곡이 예상되는 A 샘플의 경우 게인 수치 1/2 을 적용함으로써 수치 표현 범위를 벗어나지 않는 샘플 C로 변환된다. 다른 샘플들로 함께 게인 수치가 적용된다. 수치 표현 범위를 벗어나지 않는 주파수 영역의 샘플은 신호 복원 시에 원신호에 비해 최소한의 왜곡을 보장한다.

도6은 본 발명이 적용되는 시간-주파수 변환 장치 블럭 구성을 보인다.

참조번호 11은 입력되는 신호 데이터를 저장하는 수신용 버퍼이다. 12는 상기 수신용 버퍼(11)로부터 시간 영역 데이터 샘플을 읽어내어 주파수 영역 데이터 샘플로 변환하는 푸리에 변환기이다. 12a는 상기 푸리에 변환기(12)에 구비되어, 주파수 영역으로 변환된 샘플을 버퍼링하는 변환용 버퍼이다. 13은 상기 푸리에 변환기(12)에서 주파수 변환된 데이터 샘플을 검사하여 오버플로우(overflow) 발생 여부에 따라 해당 게인(gain)값을 출력하는 게인 조절기이다.

도7은 본 발명에 의한 시간-주파수 변환 장치의 gain을 이용한 데이터 overflow 방지 방법을 보인 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 주파수 변환된 결과데이터를 검사하여 오버플로우 발생 여부를 확인하는 제1 단계(ST11-ST13)와; 상기 확인 결과, 오버플로우가 최초로 발생되었으면 오버플로우를 알리는 플래그(flag)를 셋팅(setting)하고 이전의 모든 결과데이터 값을 게인수치로 나누는 제2 단계(ST14-ST16)와; 상기 확인 결과, 오버플로우가 발생되지 않았으면, 오버 플로우가 이전에 발생되었는지를 검사하고 검사 결과 이전에 오버플로우가 발생되었으면 상기 결과데이터를 게인수치로 나누는 제3 단계(ST17,ST18)와; 상기 제2 단계(ST14-ST16)와 제3 단계(ST17,ST18) 수행 후, 푸리에 변환시 사용되는 데이터 개수만큼 오버플로우 발생 여부 검사를 수행했는지 검사하여, 그 개수만큼 수행하지 않았으면 다음 결과데이터를 취하여 오버플로우 발생 여부를 검사하고, 그 개수만큼 수행했으면 게인을 설정된 수치로 출력하는 제4단계(ST19-ST21)를 수행한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 시간-주파수 변환 장치의 gain을 이용한 데이터 overflow 방지 방법을 설명하면 다음과 같다.

수신용 버퍼(11)에서 입력 샘플 데이터를 수신하면, 푸리에 변환기(12)는 그 시간 영역 데이터를 푸리에 변환하여 주파수 영역 데이터로 생성한 후, 변환용 버퍼(12a)에 저장한다.

그러면 게인 조절기(13)는 주파수 영역 데이터를 검사하여 오버플로우의 발생 여부를 확인하게 된다.

이의 동작을 좀더 상세히 설명하면, 게인 조절기(13)는 변환용 버퍼(12a)의 데이터카운터 k를 0으로 설정한다(ST11). 그런 후, 푸리에 변환기(12)에서 주파수 변환된 결과데이터를 검사하여 오버플로우가 발생되었는 지의 여부를 확인한다(ST12).

확인 결과, 오버플로우가 최초로 발생되었으면 오버플로우를 알리는 플래그(flag)를 셋팅(setting)하고 이전의 모든 결과데이터 값을 게인수치로 나누어, 즉 결과데이값을 2배 줄인다(ST13-ST16). 그 후 ST19로 진행한다.

그러나 상기 ST13 수행 결과, 현재의 결과데이터에는 오버플로우가 발생되지 않았으면(ST13), 오버플로우가 이전 결과 데이터에 발생되었는 지의 여부를 검사한다(ST17). 그 결과 이전 결과 데이터에도 오버플로우가 발생되지 않았으면 ST19로 진행한다.

그러나 상기 ST17 수행 결과, 오버 플로우가 이전 결과데이터에 발생되었으면(ST17), 현재의 결과 데이터를 2배 줄인 후(ST18), ST19로 진행한다.

ST19 수행 결과, 즉, 푸리에 변환시 사용되는 데이터 개수만큼 오버플로우 발생 여부 검사를 수행했는지 검사 결과, 다시 말하면, 현재의 변환용 버퍼 카운터 k가 푸리에 변환시 사용되는 데이터 개수 N보다 작은지 검사 결과, 작으면, 즉, N만큼 결과데이터의 오버플로우 검사를 수행하지 않았으면, k를 1 증가시킨 후, 다음 결과데이터의 오버플로우를 검사하는 ST12로 진행한다(ST20).

그러나 ST19 수행 결과, k 가 N 보다 작지 않으면, 즉, N 개수만큼 결과데이터의 오버플로우 여부 검사가 수행되었으면, 게인을 2로 설정하여 출력한다(ST21).

이렇게 주파수 변환된 결과데이터가 오버 플로우되면, 게인 수치로 나누어 크기를 작게 함으로써 수치표현 범위를 벗어나지 않게 하고, 오버플로우되지 않았으면 그대로 출력하여 후단에서 사용하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 시간-주파수 변환 장치의 gain을 이용한 데이터 overflow 방지 방법은, 신호 처리시 데이터 변환 과정에서 발생할 수 있는 오버 플로우를 수치게인으로 조절하여, 연산한 결과데이터에 대한 오버플로우로 인한 클리핑 처리를 피함으로써, 원신호로의 복원시 신호 왜곡율을 저하시켜 뛰어난 복원도를 구현할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 기존의 시간-주파수 변환 장치는, 오버 플로우 신호의 클리핑시 발생하는 신호의 비선형성을 복구시키기 위해 선형 예측기 회로를 구비하였었지만, 본 발명이 적용되는 시간-주파수 변환 장치는, 간단히 게인 이득기와 곱셈기만으로 대체가 가능하기 때문에 회로 구현에 대한 비용을 줄일 수 있도록 해 준다.

Claims (1)

1. HDTV 코덱(CODEC)에서 시간 영역 데이터를 주파수 영역 데이터로 변환하여 원신호로 복원하는 방법에 있어서,

   주파수 변환된 결과데이터를 검사하여 오버플로우 발생 여부를 확인하는 제1 단계와;

   상기 확인 결과, 오버플로우가 최초로 발생되었으면 오버플로우를 알리는 플래그(flag)를 셋팅(setting)하고 이전의 모든 결과데이터 값을 게인수치로 나누는 제2 단계와;

   상기 확인 결과, 오버플로우가 발생되지 않았으면, 오버 플로우가 이전에 발생되었는 지를 검사하고 검사 결과 이전에 오버플로우가 발생되었으면 상기 결과데이터를 게인수치로 나누는 제3 단계와;

   상기 제2 단계와 제3 단계 수행 후, 푸리에 변환시 사용되는 데이터 개수만큼 오버플로우 발생 여부 검사를 수행했는지 검사하여, 그 개수만큼 수행하지 않았으면 다음 결과데이터를 취하여 오버플로우 발생 여부를 검사하고, 그 개수만큼 수행했으면 게인을 설정된 수치로 출력하는 제4단계를 수행함을 특징으로 하는 시간-주파수 변환 장치의 게인(gain)을 이용한 데이터 오버플로우(overflow) 방지 방법.