KR20010082838A - 디지털 음성 압축 및 복원방법과 이를 이용한 음성 압축및 복원장치 - Google Patents
디지털 음성 압축 및 복원방법과 이를 이용한 음성 압축및 복원장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 압축율과 전송율을 높임과 아울러 복원시 음성의 품질을 높일 수 있는 음성 압축방법 및 음성 복원방법에 관한 것이다.
본 발명은 디지털 음성신호를 유성음과 무성음으로 분리하고, 유성음의 전후 프레임들간의 프레임차 정보를 추출 및 축약하여, 축약된 프레임차 정보와 무성음을 합성하여 전송함으로써 디지털 음성신호를 압축하게 되며, 압축된 유성음 구간의 프레임차 정보가 포함된 음성압축신호의 프레임차 정보를 복원하고, 복원된 유성음 구간의 프레임차 정보를 이전 프레임에 가산함으로써 현재 프레임을 복원하여, 유성음과 무성음을 합성함으로써 음성신호를 복원하게 된다.
본 발명에 의하면, 음성신호의 압축율 및 전송율을 높일 수 있게 되며, 압축율과 전송율이 높아지는 만큼 음성의 복원품질을 좌우하는 선형계수를 많이 포함할 수 있으므로 복원시 음성의 품질을 높일 수 있게 된다.
Description
본 발명은 디지털 음성 압축 및 복원방법에 관한 것으로, 특히 압축율과 전송율을 높이도록 한 음성 압축방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복원시 음성의 품질을 높일 수 있는 디지털 음성 복원방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 음성 신호를 전송하고 저장하는 디지털 음성 압축 시스템은 음성신호를 연속되는 디지털 자료로 변환하고, 이 디지털 자료를 특별한 방법을 통해 압축하게 된다. 이렇게 압축된 디지털 음성신호는 압축방법의 역순으로 처리되는 복원방법을 통하여 음성신호로 재생된다.
음성을 압축함에 있어서, 음성신호는 디지털 신호로 부호화되는 과정을 필연적으로 겪게 된다. 디지털 음성 부호화방식은 크게 파형 부호화기(Waveform Coder), 파원 부호화기(Parametric Coder, Source Coder)로 대별될 수 있다. 파형 부호화기는 logPCM(64 Kbps), ADPCM(G.721)(32 Kbps) 방식들이 대표적이며, 고음질의 음을 재생할 수 있다는 장점이 있으나 16Kbps 이상의 전송속도가 필요한 문제점이 있다. 파원 부호화기는 4.8 Kbps 이하의 전송속도로 음성신호를 부호화할 수 있으나 재생된 음의 음질이 좋지 않다는 단점이 있다.
도 1은 파원 부호화기 중 대표적인 선형예측 보코더를 개략적으로 나타낸다.
도 1을 참조하면, 선형예측 보코더(LP Vocoder)는 입력라인(1)에 공통으로 접속되어 디지털 음성신호가 입력되는 선형예측계수(Linear PredictionCoefficient : 이하 "LPC"라 함) 산출부(2), 피치 검출부(4) 및 유성음/무성음 분석부(6)와, LPC 산출부(2)의 출력라인에 접속된 LSP부(8)와, LSP부(8), 피치 검출부(4) 및 유성음/무성음 분석부(6)와 출력라인(11) 사이에 접속된 스케일러/양자화부(10)를 구비한다. LPC 산출부(2)는 LPC를 필터계수로하여 디지털 음성신호를 필터링함으로써 음성의 특성을 추출하게 된다. 다시 말하여, LPC 산출부(2)는 입력 음성신호가 유성음이면 임펄스열로 모델링하고, 무성음이면 백색잡음(White noise)으로 모델링하여 LSP부(10)에 공급하게 된다. LSP부(10)는 LPC 산출부(2)로부터 공급되는 LPC를 각주파수축인 LSP계수로 변환하여 스케일러/양자화부(10)에 공급하게 된다. 피치 분석부(4)는 음성신호의 피치(pitch) 즉, 주기를 검출하여 스케일러/양자화부(10)에 공급하게 된다. 유성음/무성음 분석부(6)는 입력 음성신호의 유성음 구간과 무성음 구간을 마킹하여 스케일러/양자화부(10)에 공급하게 된다. 스케일러/양자화부(10)는 LSP계수, 피치정보 및 유성음/무성음 마킹정보를 이용하여 유성음과 무성음을 스케일링함과 아울러 양자화시켜 프레임 단위별로 출력라인(11)으로 전송하게 된다. 이와 같이 압축된 음성신호는 도 2와 같은 음성 복원장치에 의해 복원된다.
도 2를 참조하면, 선형예측을 이용한 음성 복원장치는 LPC를 이용하여 압축된 음성 압축신호가 입력되는 역양자화부(21)와, 역양자화부(21)에 의해 분리된 무성음과 유성음의 LSP를 산출하기 위한 제1 및 제2 LSP부(22A,22B)와, 유성음과 무성음 별로 백색잡음과 피치정보로 모델링하는 제1 및 제2 LPC 산출부(24A,24B)와, 제1 및 제2 LPC 산출부(24A,24B)의 출력신호들을 합성하기 위한 가산기(26)를 구비한다. 역양자화부(21)는 자신에게 공급되는 음성압축신호를 역양자화시킴과 아울러 무성음성분과 유성음성분으로 분리하여 각각 제1 및 제2 LSP부(22A,22B)에 공급하게 된다. 제1 LPC 산출부(24A)는 제1 LSP부(22A)로부터 공급되는 각주파수축의 LSP 계수를 백색잡음으로 모델링된 시간축의 LPC 계수로 변환하게 된다. 제2 LPC 산출부(24B)는 제2 LSP부(22B)로부터 공급되는 각주파수축의 LSP 계수를 피치정보로 모델링된 시간축의 LPC 계수로 변환하게 된다. 가산기(26)는 제1 및 제2 LPC 산출부(24A,24B)로부터 공급되는 LPC 계수를 합성하게 된다. 다시 말하여, 가산기(26)는 제1 LPC 산출부(24A)로부터 공급되는 백색잡음과 제2 LPC 산출부(24B)로부터 공급되는 유성음을 합성하게 된다. 가산기(26)로부터 출력된 디지털 음성신호는 도시하지 않은 디지털/아날로그 변환기(Digital to Analog Converter)에 의해 아날로그 신호 형태로 변환된다.
그러나 도 1 및 도 2와 같은 선형예측을 이용한 음성 압축/복원 방식을 비롯한 종래의 음성 압축/복원 방식은 압축율과 전송율이 만족할만한 수준이 못된다. 또한, 종래의 음성 압축/복원 방식은 낮은 압축율과 전송율을 높이기 위하여 LPC 계수를 최소화하기 때문에 그 만큼 복원시 음질이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 압축율과 전송율을 높이도록 한 음성 압축방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 복원시 음성의 품질을 높이도록 한 디지털 음성 복원방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 디지털 음성 압축장치를 나타내는 블록도.
도 2는 종래의 디지털 음성 복원장치를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음성 압축장치를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음성 압축장치를 나타내는 블록도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2,24A,24B,32 : LPC 산출부 4 : 피치 검출부
6,34 : 유성음/무성음 분석부 8,22A,22B : LSP부
10 : 스케일러/양자화부 21 : 역양자화부
26 : 가산기 36,56 : 합성부
38 : 프레임차 추출부 40 : RLE 인코더
52 : RLE 디코더 54 : 프레임 복원부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 디지털 음성 압축방법은 디지털 음성신호를 유성음과 무성음으로 분리하는 단계와, 유성음의 전후 프레임들간의 프레임차 정보를 추출하는 단계와, 프레임차 정보를 축약하는 단계와, 축약된 프레임차 정보와 무성음을 합성하여 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 디지털 음성 복원방법은 압축된 유성음 구간의 프레임차 정보가 포함된 음성압축신호의 프레임차 정보를 복원하는 단계와, 복원된 유성음 구간의 프레임차 정보를 이전 프레임에 가산함으로써 현재 프레임을 복원하는 단계와, 유성음과 무성음을 합성함으로써 음성신호를 복원하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 디지털 음성 압축장치는 디지털 음성신호를 유성음과 무성음으로 분리하는 음성분리수단과, 유성음의 전후 프레임들간의 프레임차 정보를 추출하는 프레임차 추출수단과, 프레임차 정보를 축약하는 런렝스 인코드수단과, 축약된 프레임차 정보와 무성음을 합성하여 전송하는 합성수단을 구비한다.
본 발명에 따른 디지털 음성 복원장치는 압축된 유성음 구간의 프레임차 정보가 포함된 음성압축신호의 프레임차 정보를 복원하는 런렝스 디코드수단과, 복원된 유성음 구간의 프레임차 정보를 이전 프레임에 가산함으로써 현재 프레임을 복원하는 프레임 복원수단과, 유성음과 무성음을 합성함으로써 음성신호를 복원하는 합성수단을 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 입력라인(31)으로부터 디지털 음성신호가 입력되는 LPC 산출부(32)와, LPC 산출부(32)의 출력라인에 접속된 유성음/무성음 분석부(34)와, 유성음/무성음 분석부(34)로부터 출력되는 유성음과 무성음이 각각 입력되는 프레임차 추출부(38) 및 합성부(36)와, 프레임차 추출부(38) 및 합성부(36) 사이에 접속된 런렝스부호화(Run-length Encoding : 이하 "RLE"라 함) 인코더(40)를 구비하는 본 발명에 따른 음성 압축장치가 도시되어 있다. 입력라인(31)에는 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter)에 의해 디지털 형태로 변환된 음성신호가 공급된다. LPC 산출부(32)는 LPC를 필터계수로하여 디지털 음성신호를 필터링함으로써 디지털 음성신호가 유성음이면 임펄스열로 모델링하고, 무성음이면 백색잡음으로 모델링하게 된다. 또한, LPC 산출부(32)는 음성신호의 피치(pitch)를 검출하게 된다. 여기서, 유성음 구간에서 검출되는 피치정보는 주기성을 갖는 반면, 무성음 구간에서 검출되는 피치정보는 불규칙적인 주기를 갖게 된다. 유성음/무성음 분석부(34)는 LPC 산출부(32)로부터 입력되는 LPC와 피치정보에 따라 유성음과 무성음을 분리하여 각각 프레임차 추출부(38)와 합성부(36)에 공급하게 된다. 프레임차 추출부(38)는 유성음의 프레임차를 추출하여 RLE 인코더(40)에 공급하게 된다. 유성음이 주기성을 갖기 때문에 즉, 프레임별로 같은 시간대에는 같은 주파수의 성분을 갖는 유성음 신호가 몰리게 되므로 특성 벡터의 유사성이 나타나게 된다. 다시 말하여, 프레임차 추출부(38)는 음성신호의 유성음 구간에서 전후 프레임간 특성 벡터의 차를 구하여 특정 논리값 예를 들면, "0"으로 출력하게 된다. RLE 인코더(40)는 특정 논리값이 연속되는 프레임차 정보(수정벡터)를 RLE 압축하여 합성부(36)에 공급하게 된다. 예를 들면, RLE 인코더(40)는 "0000000000"인 프레임차 정보를 "0-10"으로 논리값과 연속수로 부호화함으로써 프레임차 정보를 축약하게 된다. 합성부(36)는 무성음과 RLE 인코더(40)로부터의 RLE 데이터를 합성함과 아울러 합성된 신호를 스케일링과 양자화시켜 출력라인(41)을 통해 전송하게 된다. 이 합성부(36)로부터 출력되는 음성압축신호는 무성음전구간과 유성음전구간을 포함하는 것이 아니라, 프레임간 차정보 추출과 RLE에 의해 매우 작은 유성음의 프레임차 성분과 무성음을 포함하게 된다. 그 결과, 입력라인(31)을 통해 공급되는 디지털 음성신호에 대한 압축율이 매우 크게 됨과 아울러 압축율에 비례하여 전송속도가 빨라지게 된다. 한편, LPC 산출부(32)로부터 출력되는 LPC는 각주파수축인 LSP계수로 변환될 수도 있다. 이와 같이 압축된 음성신호는 도 4와 같은 음성 복원장치에 의해 복원된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음성 복원장치는 음성압축신호가 입력되는 RLE 디코더(52)와, RLE 디코더(52)의 출력라인에 직렬로 접속된 프레임 복원부(54) 및 합성부(56)를 구비한다. 도 3에서 합성부(36)로부터 전송되는 음성 압축신호는 도시하지 않은 역양자화부에 의해 역양자화된 후, 입력라인(51)을 통해 RLE 디코더(52)에 공급된다. RLE 디코더(52)는 유성음 구간의 RLE 데이터를 복원하여 프레임 복원부(54)에 공급하게 된다. 예를 들면, RLE 디코더(52)는 "0-10"인 유성음 구간의 프레임차 정보가 압축된 RLE 데이터를 "0"이 10개 연속인 "0000000000"으로 복원하게 된다. 프레임 복원부(54)는 RLE 디코더(52)로부터 복원된 유성음 구간의 프레임차 정보를 이전 프레임에 가산함으로써 현재 프레임을 복원하게 된다. 이 프레임 복원부(54)는 복원된 유성음과 무성음에 해당하는 LPC 와 피치정보를 합성부(56)에 공급하게 된다. 합성부(56)는 유성음 LPC를 피치정보로 모델링시킴과 아울러 무성음 LPC를 백색잡음으로 모델링시킨 후, 이들 유성음 LPC와 무성음 LPC를 합성함으로써 디지털 음성신호로 복원하게 된다. 이렇게 복원된 디지털 음성신호는 도시하지 않은 디지털/아날로그 변환기에 의해 아날로그 신호 형태로 변환된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 음성 압축방법 및 장치는 선형예측기술을 이용하여 음성의 특징을 추출하고 주기성이 큰 유성음의 전후 프레임간 차를 논리값이 연속적인 프레임차 정보로 추출한 후, 이 프레임차 정보를 런렝스 부호화(RLE) 기술을 이용하여 축약하게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 디지털 음성 압축방법 및 장치는 음성신호의 압축율을 높임은 물론 전송율을 높일 수 있게 된다. 본 발명에 따른 디지털 음성 복원방법 및 장치는 압축율과 전송율이 높아지는 만큼 음성의 복원품질을 좌우하는 LPC 또는 LSP 등의 선형계수를 많이 포함할수 있으므로 복원시 음성의 품질을 높일 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
Claims (6)
- 디지털 음성신호를 유성음과 무성음으로 분리하는 단계와,상기 유성음의 전후 프레임들간의 프레임차 정보를 추출하는 단계와,상기 프레임차 정보를 축약하는 단계와,상기 축약된 프레임차 정보와 상기 무성음을 합성하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 음성 압축방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 프레임차 정보를 축약하는 단계는 상기 프레임차 정보의 연속적인 논리값을 런렝스 부호화함으로써 상기 프레임차 정보를 축약하는 것을 특징으로 하는 디지털 음성 압축방법.
- 압축된 유성음 구간의 프레임차 정보가 포함된 음성압축신호의 상기 프레임차 정보를 복원하는 단계와,상기 복원된 유성음 구간의 프레임차 정보를 이전 프레임에 가산함으로써 현재 프레임을 복원하는 단계와,상기 유성음과 무성음을 합성함으로써 음성신호를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 음성 복원방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 프레임을 복원하는 단계는 상기 압축된 유성음 구간의 프레임차 정보를 런렝스 복호화함으로써 상기 프레임을 복원하는 것을 특징으로 하는 디지털 음성 복원방법.
- 디지털 음성신호를 유성음과 무성음으로 분리하는 음성분리수단과,상기 유성음의 전후 프레임들간의 프레임차 정보를 추출하는 프레임차 추출수단과,상기 프레임차 정보를 축약하는 런렝스 인코드수단과,상기 축약된 프레임차 정보와 상기 무성음을 합성하여 전송하는 합성수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 음성 압축방법.
- 압축된 유성음 구간의 프레임차 정보가 포함된 음성압축신호의 상기 프레임차 정보를 복원하는 런렝스 디코드수단과,상기 복원된 유성음 구간의 프레임차 정보를 이전 프레임에 가산함으로써 현재 프레임을 복원하는 프레임 복원수단과,상기 유성음과 무성음을 합성함으로써 음성신호를 복원하는 합성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 음성 복원방법.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100757366B1 (ko) * | 2006-08-11 | 2007-09-11 | 충북대학교 산학협력단 | Ｚｉｎｃ 함수를 이용한 음성 부호화기 및 그의 표준파형추출 방법 |
| KR100882724B1 (ko) * | 2007-08-20 | 2009-02-06 | 엘에스산전 주식회사 | 전력계통에서의 파형 기록장치 및 그 기록 방법 |
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