KR20020087391A - 알고리즘 기능 유닛을 구현하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

알고리즘 기능 유닛을 구현하는 동안, 개개의 서브 시스템 프로세서의 하드웨어 구조의 개개의 특성은 최적 효과에 사용되고, 개개의 서브 시스템 프로세서에 상기 알고리즘 기능 유닛이 구현된다. 이것은, 공통 내부 상태 변수들의 계산에 영향을 미치는 기능들이 단지 균일한 방식으로 구현되고, 반면 다른 모든 기능들은 그것들이 서브 시스템 프로세서의 하드웨어 구조의 개개의 특성에 의해 최적으로 지원되는 방식으로 구현되는 사실에 의해 달성된다.

Description

알고리즘 기능 유닛을 구현하기 위한 방법 {METHOD FOR IMPLEMENTING AN ALGORITHMIC FUNCTIONAL UNIT}

데이타 또는 디지탈 신호를 기억 또는 전송하기 위한 시스템에서, 알고리즘 기능 유닛의 그룹들은 종종 상기 시스템에 있는 그룹의 모든 기능 유닛의 상태에 영향을 미치는 변수들로 동작하도록 존재한다. 상기 알고리즘 기능 구성요소들의 그룹 개개의 멤버들은 대개 메시지를 전송하기 위한 전체 시스템의 다른 서브 시스템들의 구성요소들이다. 그러한 상황의 중요한 예는 휴대용 라디오 네트워크(전체 시스템)이고, 상기 휴대용 라디오 네트워크를 경유하여 음성 신호 또는 멀티미디어 신호는 다른 단자들 사이 또는 컨텐트 서버(content server)들과 단자들 사이에 전송된다. 상기 단자들은 예를 들어, 라디오 모듈을 구비한 휴대용 전화기 또는 휴대용 컴퓨터(고정식 개인용 컴퓨터, 노트북, 개인용 디지탈 보조 장치, 기타 등등)로 대표될 수 있는 매우 다른 유닛일 수 있다.

이러한 네트워크 요소들 사이에 신호들을 전송하기 위하여, 이러한 신호들은 전송 서브 시스템에서 인코딩되고, 전송 후 수신 서브 시스템에서 디코딩된다. 상기 동작은 데이타 또는 신호들이 전송되지 않고 기억되기로 되어 있을 때에도 전체적으로 유사하게 진행한다. 이러한 경우에, 기억은 전송을 대체하고, 기록은 전송을 대체하며, 판독은 수신을 대체한다. 결과적으로, 이러한 양상에 관하여, 신호 또는 데이타의 기억과 전송 사이에는 원칙적으로 아무런 차이가 없다. 따라서, 이러한 두 개의 응용예 중 단지 한 가지만 아래에 기술되어도, 이것을 숙지한 당업자는 또한 나머지 가능한 응용예를 항상 생각해 낼 수 있을 것이다.

인코더와 디코더는 종종 유사한 서브 기능 유닛을 포함하거나, 또는 임의의 경우에서 상기 인코더와 디코더 양자의 상태에 영향을 미치는 변수들로 동작한다. 인코더와 디코더의 적합한 기능에 대하여 그것들에 공통한 상태 변수들이 인코더와 디코더에서 동일한 값을 가정함이 바람직하고; 그렇지 않으면, - 적어도 소정의 입력 신호 프로파일(profiles)에 대해 - 디코딩된 신호가 제어 불가능한 방법으로 인코딩된 신호로부터 이탈하는 일이 발생하는 것이 가능할 것이다. 본 명세서에서 고려되지 않는 효과인, 그러한 이탈(deviation)이 또한 전송 에러로부터 발생할 수 있다는 사실을 제외하고, 상기 이탈은 인코더와 디코더의 공통 상태 변수들이 대응하는 것을 보장함에 의해 피할 수 있다.

본 발명은 알고리즘 기능 유닛(algorithmic functional unit)을 구현하기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 기본적인 특성의 개략도를 보여준다.

도 2는 인코더의 개략도를 보여준다.

도 3은 디코더의 개략도를 보여준다.

따라서, 본 발명의 목적은 현실적인 기술 한계 조건하에서 이러한 요구조건들을 달성하는 것을 가능케하는 기술적인 내용을 구체화하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 제 1항에 따른 방법에 의해 달성된다.

이러한 방법으로, 상기 알고리즘 기능 유닛이 구현되는, 개개의 서브 시스템프로세서의 하드웨어 구조가 갖는 개개의 특성은 최적 방법으로 사용된다. 이것은, 공통 상태 변수들의 계산상에 효력을 갖는 단지 그러한 기능들이 균일한 방식으로 구현되는 반면, 모든 다른 기능들은 상기 서브 시스템 프로세서의 하드웨어 구조가 갖는 개개의 특성에 의해 최적으로 지원되는 방식으로 구현된다는 사실 때문에 일어난다.

본 발명은 도면을 참조하고 바람직하고 예시적인 실시예를 사용하여 이하에서 더 자세히 설명된다.

도 1에 도시되어 있듯이, 두 개의 서브 시스템의 전형적인 통신 시스템은 각각 인코더와 디코더를 포함하고, 예를 들어, 음성 신호(speech signal)가 교환되는 양방향 링크에 상호 연결 된다. 만약 제 1 서브시스템(1)이 예를 들어, 특히 부동 소수점 연산(floating point arithmetic)을 지원하는 통상적인 프로세서 유닛을 구비한 휴대용 컴퓨터 또는 고정식 컴퓨터(노트북 또는 PC)이고, 제 2 서브시스템(2)이, 예를 들어, 휴대용 전화기이고 그것의 신호 프로세서가 단지 고정 소수점 연산(fixed point arithmetic)을 지원한다면, 상기 인코더(6)와 디코더(4)는 휴대용 전화기 상에서 고정 소수점 연산으로 구현된다. 상기 디코더(5)는 또한 노트북상에서 고정 소수점 연산으로 구현된다. 이것은 휴대용 전화기의 인코더(6)와 노트북의 디코더(5) 사이의 통신이 원활하게 기능함을 보장하는데, 이는 양자가 동일한 연산 방식으로 구현되기 때문이며, 따라서 상기 두 개의 기능 유닛(functional unit)의 상태 변수(state variable)들은 동일한 방식으로 결정될 수 있고, 다시 말해 특히 동일한 정확성으로 결정될 수 있다. 그 결과로, 적어도 전송 에러(transmission error)가 발생하지 않을 때 또는 예를 들어, 전송 에러가 에러 정정을 할 수 있는 채널 코딩에 의해 제거될 때의 임의의 순간마다 양 기능 유닛은 동일한 상태 변수 세트를 갖는다.

상기 인코더(6)와 디코더(5)의 상태 변수들 사이에 단지 이러한 대응은 -예를 들어, 들을 수 없는 스펙트럼 영역에 존재하는 무관한 차이는 별도로 하고- 상기 디코딩된 신호가 상기 인코딩된 소스 신호와 대응한다는 것을 실제로 보장할 수 있다. 노트북의 상기 인코더(3)와 휴대용 전화기의 상기 디코더(4) 사이의 역 전송 경로(reverse transmission path)에 대해서도 이러한 목적하는 대응을 보장하기 위하여, 마찬가지로 여기에 동일한 연산으로 양 기능 유닛(3 및 4)을 구현하는 아이디어를 부가하는 것이 가능할 것이다. 그러나, 이러한 계획된 해결책은 실시하는데에 심각한 어려움에 봉착한다.

휴대용 전화기의 신호 프로세서와 통신 시스템의 다른 서브시스템은 컴퓨터의 CPU들과 동일한 하드웨어 구조를 갖지 않으며 상기 컴퓨터의 CPU들은 결국 또한, 예를 들어, 휴대용 전화기와 다른 작업을 처리해야 한다. 종종, 휴대용 전화기는 단지 고정 소수점 연산을 지원하는 프로세서를 갖고, 반면에 컴퓨터의 프로세서는 일반적으로 특히 부동 소수점 연산을 지원한다. 따라서 부동 소수점 연산으로 인코더와 디코더를 구현하는 것은 제외되는데, 이는 휴대용 전화기가 단지 고정 소수점 연산만 지시하기 때문이다. 노트북의 부동 소수점 프로세서가 휴대용 전화기 프로세서의 고정 소수점 연산을 에뮬레이트(emulate)하는데 엄청난 노력이 요구되기 때문에, 고정 소수점 연산으로 인코더와 디코더를 구현하는 것도 마찬가지로 고려사항이 아니다.

이러한 딜레마에 대한 추정되는 해결책은 부동 소수점 연산으로 상기 인코더(3)를 구현하는 것임이 당업자에게 알려질 수 있다. 그러나, 이것은 상기 디코더의 상태 변수와 다른 정확성으로 결정된 상기 인코더의 상태 변수들을 일으킬 것이다. 양 시스템들은 더 이상 적절히 협력하지 않을 것이다. 상기 문제점은 도 2와 도 3에 의해 도시된 실시예를 참조하여 구체적으로 설명될 수 있다. 도 2는 예측기(predictor)를 포함하는 인코더를 보여준다. 도 3은 대응하는 디코더를 보여주고, 상기 디코더는 동일한 예측기를 포함한다. 상기 두 개의 기능 유닛은, 단지 서브 기능 유닛 "예측기"의 기능이 양 서브 시스템에서 동일한 방식으로 실행될 때에만, 신뢰성 있고 적절하게 협력한다.

이러한 상황에서, 본 발명은 상기 예측기를 제외하고 부동 소수점 연산으로 노트북상의 상기 인코더 구현을 제공하고, 상기 예측기는 고정 소수점 연산으로 구현되며 상기 디코더 또한 고정 소수점 연산으로 구현된다(도 1). 이러한 아이디어는, 데이타 프로세싱 시스템의 부동 소수점 프로세서 상에 고정 소수점 연산을 에뮬레이팅하는 것이 상기 예측기에 제한되어 남아 있고 상기 인코더의 나머지 기능을 배제한다면 용인할 수 있는 정도의 비용으로 가능하다는, 실제적인 테스트로 얻은 경험에 기초하고, 여기서 상기 인코더는 상기 디코더와 공통점이 없다.

이러한 절충안은 일반적으로 연산 능력에 대한 낮은 잉여 비용으로 구현될 수 있다. 본 설명에 뒤이어, 본 발명에 따른 해결책은 당업자에 의해 용이하게 알고리즘 기능 유닛(algorithmic functional units)의 다른 통신 시스템 및 유형에 변형될 수 있다. 유일한 전제 조건은 알고리즘 기능 유닛의 그룹이 존재하고 그것의 멤버들이 다른 서브 시스템에 다른 프로세서 구조의 도움으로 구현된다는 것이다. 이러한 기능 유닛이 공통 서브 기능 유닛을 갖거나 또는 -다른 표현으로- 상태 변수의 공통 세트를 갖는다면, 이러한 공통 상태 변수들을 계산하기 위해 요구되는 기능들은 동일한 방식으로 구현되는 반면, 상기 알고리즘 기능 유닛의 나머지 기능들은 다양한 서브 시스템에서 다른 방법으로 구현될 수 있다. 설명의 간략화를 위해, 노트북과 휴대용 전화기와의 음성 통신에 대한 단지 하나의 실시예를 참조하여 본 발명의 한 가지 구현의 세부 사항에 대해 검토하고자 한다.

도 1은 개인용 컴퓨터(노트북)와 휴대용 전화기 사이의 이중 음성 전송(duplex speech transmission)에 대한 매우 단순화된 개략도이다. 예를 들어, 부동 소수점 프로세서(1)가 PC에 위치하고, 디지탈 신호 프로세서(DSP)일 수 있는 고정 소수점 프로세서(2)가 휴대용 전화기에 위치한다. 상기 DSP상(휴대용 전화기) 상의 음성 인코더(speech encoder)(6)와 음성 디코더(speech decoder)(4)는 고정 소수점 알고리즘으로 표준화된다. 휴대용 전화기(2)상의 상기 인코더(6)와 노트북(1)상의 상기 디코더(5)와의 최적 상호운용성(interoperability)을 보장하기위해, 상기 PC상의 상기 디코더(5)는 고정 소수점 알고리즘으로서 구현된다. 부동 소수점 프로세서상의 고정 소수점 알고리즘을 구현하는 데에는 더 높은 계산 전력(computing power)이 요구되나, 상기 디코더의 경우에는 중요하지 않는데, 이는 상기 디코더가 일반적으로 상기 인코더의 계산 전력의 단지 일부분만을 요구하기 때문이다. 그러나, 상기 인코더 알고리즘은 보통 디코더에서 발생하지 않는 연산 중심(compute-intensive) 기능을 포함하기 때문에, 부동 소수점 알고리즘으로서 노트북 상의 전체 인코더를 구현하는 것에 대한 아무런 고려가 없다. 이것들이 어떤 기능인지는 사용된 코딩 방법에 의존한다. 이것의 예는 다른 신호 또는 코드 북 서치(code book search)의 -가능하게 적응한 - 양자화(quantization)이다.

결과적으로, 상기 인코더에서 또한 발생하는 상태 변수를 계산하는 상기 인코더의 그러한 기능들은 고정 소수점 알고리즘으로서 본 발명에 따라 구현된다. 이것은 또한 용인할 수 있는 정도의 비용으로 부동 소수점 프로세서상에서 가능하다. 상기 인코더의 모든 다른 기능들은 PC 프로세서상에서 부동 소수점 알고리즘으로서 구현되는데, 이는 PC 프로세서가 특정한 효율로 부동 소수점 알고리즘을 실행할 수 있기 때문이다.

일반적으로, 상기 디코더의 상태에 영향을 주는 소정의 디코더 변수들이 상기 인코더에서 또한 발생한다. 동일한 계산 정확성의 경우와 에러 없는 전송의 경우에, 이러한 변수들은 인코더(3)와 디코더(4) 또는 인코더(6)와 디코더(5)에서 동일한 값을 가정한다. 상기 인코더와 디코더의 상태 사이의 대응은 고품질 음성 전송에 대해서 필수적인 전제조건이다. 상기 디코더의 상태에 영향을 주는 변수들은서브모듈(8)과 서브모듈(9)에서 업데이트된다(다시 말해, 계산된다). 이러한 변수들 중 소정의 것은 보통 상기 인코더에 또한 존재하고 서브모듈(7)과 서브모듈(10)에서 업데이트된다. 일반적으로, 상기 디코더의 모든 상태 변수들은 또한 상기 인코더의 상태에 영향을 미칠 필요가 없고, 그것은 또한 역으로 상기 인코더의 상태가 또한 종종 상기 디코더에 영향을 미치지 않는 변수들에 의해 영향받는 것을 지지한다.

본 발명은 도 1의 블럭(7)의 모든 변수들을 업데이트하는 것을 제공하고, 또는 블럭(8)의 디코더(4)에서와 같은 동일한 계산 정확성으로 그것의 선택을 제공한다. 결과적으로, 도 1에서 블럭(7)은 전체 인코더(3)가 구현되는 방식인 부동 소수점 알고리즘(3) 내부에 고정 소수점 모듈을 구성한다. 이에 따라, 부가적인 낮은 계산 비용에 의해 상기 디코더에 영향을 미치는, 상기 인코더의 중요한 변수들이 (에러 없는 전송을 가정하여) 정확히 알려지는 것과, 이에 의해 상기 인코더와 디코더가 공통적으로 갖고 있는 상태 변수의 값들이 대응하는 것- 상태 변수의 값들이 동기화되었다고 말할 수 있을 것이다 - 것이 보장된다.

이것은 더 안정한 전송 품질을 목적으로 실질적으로 부동 및 고정 소수점 알고리즘의 상호운용성을 개선시킨다. 만약 전송 에러가 발생한다면, 본 발명은 인코더(3)와 디코더(4) 사이의 전송이 인코더(6)와 디코더(5) 사이의 전송만큼 그러한 전송 에러에 대해 견고함(robust)을 보장한다. 본 발명은 또한 두 대의 PC 사이의 음성 전송의 경우에 상호운용가능성을 개선하는데, 이는 상기 디코더들이 임의의 PC에서의 경우와 마찬가지로 부동 소수점 연산으로 구현되기 때문이다.

Claims (4)

1. 전체 시스템(1 및 2)의 제 2 서브 시스템(2)에서 제 2 알고리즘 기능 유닛(4)의 구현을 고려하여, 데이타 또는 디지탈 신호(s)를 기억 또는 전송하기 위한 목적으로 전체 시스템(1 및 2)의 제 1 서브 시스템(1)에서 제 1 알고리즘 기능 유닛(algorithmic functional unit)(3)을 구현하는 방법으로서, 알고리즘 기능 유닛 양자(3 및 4)가 공통 알고리즘 서브 기능 유닛(7 및 8)을 가지며,

   a) 제 1 서브 시스템 및 제 2 서브 시스템의 프로세서가 이들 프로세서의 하드웨어 구조에 의해 제 1 연산 및 제 2 연산을 각각 특별히 지원하며,

   b) 상기 알고리즘 기능 유닛들이 각각의 경우에 상기 알고리즘 기능 유닛들이 실행되는 프로세서의 서브 시스템에서 상기 프로세서의 연산으로 구현되며,

   c) 상기 공통 서브 기능 유닛에 대응하는 상기 기능들이 동일한 연산으로 양 서브 시스템들에서 구현되며, 이를 위해 하나의 서브 시스템이 나머지 서브 시스템의 상기 연산을 에뮬레이트하는 것(emulating)을 특징으로 하는 알고리즘 기능 유닛 구현 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 알고리즘 기능 유닛이 인코더이고, 상기 제 2 알고리즘 기능 유닛이 디코더인 것을 특징으로 하는 구현 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 연산은 부동 소수점 연산(FloaP)이고, 상기 제 2 연산은 고정 소수점 연산(FixP)인 것을 특징으로 하는 구현 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 제 1 서브 시스템이 데이타 프로세싱 시스템이고,

   상기 제 2 서브 시스템이 통신 단자(communications terminal)인 것을 특징으로 하는 구현 방법.