KR20020029244A

KR20020029244A - 엠피 쓰리 인코더/디코더

Info

Publication number: KR20020029244A
Application number: KR1020000060097A
Authority: KR
Inventors: 신윤복
Original assignee: 신윤복; 주식회사 윤텔
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-18
Also published as: KR100359528B1

Abstract

본 발명은 오디오 데이터 압축 기법인 엠피쓰리 인코더와 디코더를 하나의 디지탈 신호 프로세서로 구현하여 빠른 에세스는 물론 컴팩트화 할 수 있도록 한 엠피쓰리 인코더/디코더에 관한 것으로,

본 발명은 디지털 신호 프로쎄서 내에 디지털 오디오 데이터를 분석 필터링하고, 이산여현 변환하며 양자화를 거친 후 인코딩하여 엠피쓰리 비트스트림을 만들어 전송하는 인코더와; 상기 인코더에서 인코딩 된 엠피쓰리 비트스트림을 디코딩하고, 역 양자화하며, 역 이산여현 변환하여 합성 필터링하여 오디오 신호로 만들어 전송하는 디코더와; 상기 인코딩과 디코딩시 계수 데이터를 저장하는 롬을 하나의 칩으로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

엠피 쓰리 인코더/디코더 {MP3 ENCODER/DECODER}

본 발명은 엠피쓰리 인코더/디코더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오디오 데이터 압축 기법인 엠피쓰리 인코더와 디코더를 하나의 디지탈 신호 프로세서로 구현하여 빠른 에세스는 물론 컴팩트화 할 수 있도록 한 엠피쓰리 인코더/디코더에 관한 것이다.

일반적으로 엠피쓰리는 엠펙(MPEG)에서 만든 오디오 신호의 압축기법에 대한 표준으로, 엠펙 레이어-3(MPEG LAYER-3)를 의미한다.

상기 엠피쓰리는 상기 엠펙 데이터 압축기법 중 비디오신호와 오디오신호를 디지털 데이터 저장 장치에 최대 1.5 Mbps로 압축하여 저장하기 위한 하나의 코딩 기술인 엠펙-1 으로서, 상기 엠펙-1 은 모두 5 가지 부분에 대한 데이터 코딩 기법이 존재한다.

이중 하나인 오디오 부분에는 3 가지 오디오 신호 코딩 기법이 정의되어 있으며, 이를 각각 레이어-1, 레이어-2. 레이어-3 라고 정의하고, 상기 레이어-1은 압축율이 1:4 정도, 레이어-2 는 1:6~1:8 정도의 압축율을 갖고, 레이어-3 는 1:10 ~ 1:12 정도로 가장 뛰어난 압축율을 갖는다.

여기서 엠피쓰리는 레이어-3에 해당하는 오디오 데이터 압축 기법이다.

상기와 같은 오디오 데이터 압축 기법인 엠피쓰리는 통상적으로 개인컴퓨터 사용자가 엠피쓰리 알고리즘을 이용하여 압축된 음악 데이터를 엠피쓰리 파일에 저장하였다가 풀어서 스피커를 통해서 출력시킴으로써 음악을 청취하게 된다.

즉 상기 엠피쓰리는 개인 컴퓨터 상에 설치된 소프트웨어 인 프로그램으로 압축된 데이터를 풀어서 재생하는 것이다.

최근 들어 컴퓨터의 프로그램에 의한 엠피쓰리가 아닌, 휴대용 엠피쓰리 플레이어가 개발되어 컴퓨터를 통해서 인터넷상에서 전문적으로 제공하는 사이트로부터 다운로드 받아서 플레이어로 재생하는 것이 있는가 하면, 오디오 상에 별도의 엠피쓰리를 구비하여 오디오 신호를 받아 알고리즘에 의하여 인코딩 및 디코딩하면서 오디오 신호를 출력하는 것이 있다.

그러나, 상기 전자의 경우 엠피쓰리 플레이어의 경우 컴퓨터를 통해서 인코딩된 데이타를 다운 로드하였다가 디코딩하여 출력하게 되는 것이므로, 상기 별도의 인코더기능은 필요 없고 디코더 기능만을 가진 플레이어에 불과한 것이다.

후자의 경우에는 도 1 에 도시한 바와 같이, 입력되는 오디오 신호를 PCM 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털변환기(A/D 변환기)와; 상기 아날로그/디지털변환기(A/D 변환기)로 부터 입력되는 디지털신호를 기 설정된 프로그램에 의하여 처리하는 디지털 신호 프로세서(DSP)와; 상기 디지털 신호 프로세서(DSP)의 제어신호에 의하여 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩 프로그램 코드와 테이블이 저장된 데이터를 출력하는 플레시 메모리(FLASH MEMORY)와; 상기 플레시 메모리(FLASH MEMORY)에 저장된 데이터를 다운로드 하는 프로그램 램(PROGRAM RAM)과; 상기 디지털 신호 프로세서(DSP)에서 제어된 신호 데이터를 일시 저장하는 데이터 램(DATA RAM)으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래의 엠피쓰리는 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통해서 디지털신호 입력시 디지털 신호 프로세서(DSP)는 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블이 저장된 이피롬(EPROM) 또는 플레시 메모리(FLASH MEMORY)로부터 프로그램 램(PROGRAM RAM)에 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블을 다운 로드하면서, 상기 다운 로드된 프로그램 코드와 테이블로 입력되는 디지털신호를 인코딩과 디코딩하여 디지탈/아날로그 변환기(D/A 변환기)로 오디오신호를 출력하는 것이다.

이와 같이 종래의 엠피쓰리는 일반적인 디지털 신호 프로쎄서(DSP)와, 별도의 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블을 저장하는 플레시 메모리, 그리고 외부에 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블을 저장하는 프로그램 램 및 인코딩 및 디코딩시 데이터를 저장하는 데이터램이 각각 별도로 구성되어 있어 엠피쓰리의 단순화를 기할 수 없다.

또한 비교적 어세스 시간이 느린 별도의 플레시 메모리(FLASH MEMORY)에 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램을 저장하였다가 별도의 프로그램 램(PROGRAM RAM)에 전송한 후, 디지털 데이터 프로세서(DSP)로 어세스하여 처리하게 되므로, 상기 프로그램 램(PROGRAM RAM)에 전송하는 시간만큼 처리시간에 지연이 생기게 되는가 하면, 상기 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블 저장을 위한 별도의 플레시 메모리(EPROM, FLASH MEMORY)사용에 따른 엠피쓰리의 컴팩트화를 기하는데 다소 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 엠피쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블 및 디지털 신호 프로세서를 하나의 칩으로 구현하여 상기 엠피 쓰리 인코딩 및 디코딩에 필요한 프로그램 코드 및 테이블 저장을 위한 별도의 메모리를 사용하지 않고, 엠피 쓰리 인코딩 및 디코딩을 수행할 수 있는 엠피쓰리 인코더 및 디코더를 제공하고자 하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 디지털 신호 프로쎄서 내에 디지털 오디오 데이터를 분석 필터링하고, 이산여현 변환하며 양자화를 거친 후 인코딩하여 엠피쓰리 비트스트림을 만들어 전송하는 인코더와; 상기 인코더에서 인코딩 된 엠피쓰리 비트스트림을 디코딩하고, 역 양자화하며, 역 이산여현 변환하여 합성필터링하여 오디오 신호로 만들어 전송하는 디코더와; 상기 인코딩과 디코딩시 계수 데이터를 저장하는 롬을 하나의 칩으로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 엠피 쓰리 인코더/디코더 제어 불럭도

도 2 는 본 발명 엠피 쓰리의 인코더/디코더 제어 블럭도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20; 아날로그 디지탈 변환기 21; 디지털 신호 프로세서

211; 인코더 212; 디코더

213; 계수 저장용 롬 214; 갱신용 프로그램 램

22; 플레시 메모리 23; 디지털 아날로그 변환기

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명 엠피 쓰리의 인코더/디코더 제어 블럭도 로서, 입력되는 오디오 신호를 PCM 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털변환기(20)와; 상기 아날로그/디지털변환기(20)로부터 입력되는 디지털신호를 완충하는 버퍼(211), 상기 버버(211)로 부터 출력되는 데이터를 기 설정된 프로그램에 의하여 디지털 오디오 데이터를 분석 필터링하고, 이산여현 변환하며 양자화를 거친 후 인코딩하여 엠피쓰리 비트 스트림을 만들어 전송하는 인코더(212), 상기 인코더(212)에서 인코딩 된 엠피쓰리 비트 스트림을 디코딩하고, 역 양자화하며, 역 이산여현 변환하여 합성 필터링하여 오디오 신호로 만들어 전송하는 디코더(213), 상기 디코더(213)의 디코딩신호를 완충하여 출력하는 버퍼(214), 상기 인코딩과 디코딩시 계수 데이터를 저장하는 롬(215)을 하나의 칩으로 구성한 디지털 신호 프로세서(21)와; 상기 디지털 신호 프로세서(21)에서 인코딩 된 엠피쓰리 비트 스트림을 일시 저장하는 플레시 메모리(22)와; 상기 디지털 신호 프로세서(21)에서 디코딩된 엠피쓰리 비트 스트림을 아날로그 신호로 변환 출력하는 디지털 아날로그 변환기(23)로 구성하게 된다.

상기 디지털 신호 프로세서(21)에는 상기 인코딩과 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블 및 입출력 오디오 매체를 갱신하는 갱신용 프로그램 롬(216)을더 포함하여 구성한다.

상기 인코더(212)는 입력되는 1152 개의 PCM 오디오 데이터를 32 개의 서브 밴드로 균등하게 분할하는 필터 뱅크와; 상기 필터 뱅크로부터 분할 입력되는 신호를 스펙트럼 분석하여 스펙트럼 중에서 마스킹 부분을 결정 출력하는 청각 심리 모델기와; 상기 필터 뱅크와 청각 심리 모델기에서 구해진 32개의 서브 밴드를 중첩 직교 변환법(Lapped Orthogonal Transform)으로 밴드간에 겹쳐지게 하여 18 개의 샘플을 출력하는 이산여현 변환기와; 상기 이산 코사인 변환기에서 출력되는 각 샘플에 대하여 3/4 제곱승하여 양자화하는 양자화기와; 상기 양자화기에서 양자화 된 데이터를 허프만 테이블로 인코딩하는 허프만 인코딩기와; 상기 허프만 인코딩기에서 인코딩하는 동안 임의의 데이터 블록의 경계치, 양자화 스텝 사이즈, 이산여현 변환기에서 사용된 윈도우등과 같은 파라미터를 정렬하는 사이드 정보 코딩기와; 상기 허프만 인코딩기에서 코딩된 주파수 라인과 사이드 정보 코딩기의 파라미터와 프레임 헤더를 합쳐 비트 스트림을 형성하는 비트 스트림 포멧터로 구성된다.

상기 디코더(213)는 인코더(212)에서 합쳐진 비트 스트림에서 각 프레임의 시작위치를 찾아 디코딩에 필요한 모든 정보를 해독하는 비트 스트림 디포멧터와; 상기 비트 스트림 디포멧터에서 해독된 정보의 코드 비트를 디코딩하는 허프만 디코딩기와; 상기 비트 스트림 디포멧터에서 디코딩에 필요한 정보를 추출하는 사이드 정보 디코딩기와; 상기 허프만 디코딩에서 디코딩되고 양자화되어 있는 주파수 라인과 스케일 팩터를 가지고 역 양자화를 수행하는 역 양자화기와; 상기 역 양자화기에서 역 양자화된 주파수 영역에서의 오디오신호를 시간 영역의 신호로 만드는역 이산여현 변환기와; 상기 역 이산여현 변환기에서 32 개의 서브밴드로 나누어진 주파수 라인을 합성하는 합성필터뱅크로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 아날로그 디지탈 변환기(20)를 통해서 입력되는 입력되는 1152 개의 PCM 오디오 데이터를 디지털 신호 프로세서(21)의 버퍼(211)를 통해서 완충된 후 계수롬(215)에 의하여 인코더(212)의 필터뱅크를 통해서 밴드 패스 필터로 32개(36개 샘플)의 서브 밴드로 균등하게 분할되어 출력되고, 상기 32개의 서브 밴드는 이산여현 변환기로 중첩직교변환법에 의하여 연속된 블록간의 50%가 겹쳐지게 하여 18 개의 샘플을 출력하게 되고, 이때 이산여현 변환기에는 청각심리모델기를 통해서 샘플스펙트럼 중에서 마스킹되어야 할 부분을 결정되어 입력되게 된다.

그리고 상기 이산여현 변환기에서 출력된 18 개의 샘플은 양자화기에 의하여 각 샘플을 3/4 제곱승하여 각 스케일 팩터 밴드에서 주파수 라인을 스케일링하여 허프만 인코딩기에 출력하게 된다.

상기 허프만 인코딩기는 상기 스케일링된 주파수 라인을 고정된 32개 허프만 테이블을 이용하여 허프만 인코딩을 수행하되, 사이드 정보 코딩키에서는 디코더에서 오디오신호를 복원할 수 있는 모든 매개변수 제공 및 상기 허프만 인코딩기에서 인코딩이 이루어지는 동안 사용된 데이터 블럭에 대한 경계치, 양자화 스텝 사이즈, 윈도우 등과 같은 파라미터를 정렬하고, 이 정렬된 모든 매개변수는 비트 스트림 포메터에 입력되어 프레임 헤더가 합쳐져서 비트 스트림을 플레시 메모리(22)에 저장한다.

상기와 같이 플레시 메모리(22)에 저장된 인코딩된 데이터는 디지털 신호 프로세서(21)에서 읽어드려 디코더(213)의 비트 스트림 디포멧터에 입력하고 11 비트 동기 워드를 비교하여 일단 프레임의 시작점을 찾고, 시작점이 찾게 되면 디코딩에 필요한 모든 정보를 해독하여 허프만 디코딩기에 입력하게 된다.

상기 허프만 디코딩기에서는 허프만 코드 비트를 사용하여 코드워드의 처음부터 디코딩하고 에러가 발생하면 나머지 코드 비틀들은 정확하게 디코딩될 수 없으므로 양자화된 주파수 라인을 재구성하기 위하여 이스케이프(ESCAPE) 값의 존재와 부호 비트를 검출하고, 사이드 정보 디코딩기로 디코딩에 필요한 정보 즉 메인 데이터의 시작위치, 허프만 디코딩에서 사용되는 허프만 테이블 선택정보, 스케일 팩터 재구성 정보를 추출한다.

이어서 허프만 디코딩기에서 디코딩된 주파수 라인과 상기 사이드 정보 디코딩기의 스케일 팩터를 가지고 역 양자화를 수행하고, 여기서 양자화 된 스팩트럼에 4/3 제곱승으로 하여, 상기 역 양자화 된 스팩트럼에 대하여 역 이산여현 변환기에서 주파수 영역에서의 오디오 신호를 시간 영역의 신호로 만들고, 이어서 합성 필터 뱅크를 통해서 32 개의 서브 밴드로 나누어진 주파수 라인을 합성하여 버퍼(214)를 거쳐 디지탈 아날로그 변환기(23)로 오디오 신호를 출력하게 되는 것이다.

한편 상기 갱신용 프로그램 롬(216)에서는 상기 디지털 신호 프로세서(21)에서 엠피쓰리 인코딩과 디코딩시 필요한 프로그램 코드와 테이블 갱신 및 오디오 입력 및 출력 사항을 갱신하는 프로그램이 저장되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 엠피 쓰리 인코더와 디코더 및 엠피 쓰리 인코딩 및 디코딩시 계수를 저장한 롬과, 갱신용 프로그램 롬을 하나의 디지털 신호 프로세서에 구현함으로써, 엠피 쓰리 인코딩 및 디코딩 어세스를 신속하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 엠피 쓰리 인코더와 디코더에 필요한 프로그램 코드와 테이블을 별도의 메모리에 각각 구성하여야 하는데 따른 구성의 복잡성 및 신뢰성 저하 그리고 컴팩트화를 저하를 해소할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims

입력되는 오디오 신호를 PCM 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털변환기와; 상기 아날로그/디지털변환기로부터 입력되는 디지털신호를 기 설정된 프로그램으로 인코딩하여 엠피쓰리 비트스트림을 만들어 전송하는 인코더, 상기 인코더에서 인코딩 된 엠피쓰리 비트스트림을 디코딩하여 오디오 신호로 만들어 전송하는 디코더, 상기 인코딩과 디코딩시 계수 데이터를 저장하는 롬을 하나의 칩으로 구성한 디지털 신호 프로세서와; 상기 디지털 신호 프로세서에서 인코딩 된 엠피쓰리 비트 스트림을 일시 저장하는 플레시 메모리와; 상기 디지털 신호 프로세서에서 디코딩된 엠피쓰리 비트 스트림을 아날로그 신호로 변환 출력하는 디지털 아날로그 변환기로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 엠피쓰리 인코더/디코더.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서에는 상기 인코딩과 디코딩에 필요한 프로그램 코드와 테이블 및 입출력 오디오 매체를 갱신하는 갱신용 프로그램 롬을 더 포함하여 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 엠피쓰리 인코더/디코더.