KR20030010702A

KR20030010702A - 부분 암호화를 통한 오디오 코딩

Info

Publication number: KR20030010702A
Application number: KR1020027016989A
Authority: KR
Inventors: 아놀드 베. 예이. 오오멘; 레온 엠. 반데게르코프
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-02-05
Also published as: JP2004531761A; BR0204835A; DE60213394T2; JP4391088B2; ATE334556T1; CN1274153C; EP1382202B1; EP1382202A1; ES2266481T3; WO2002087241A1; KR100927842B1; US20020154774A1; CN1463547A; US7319756B2; DE60213394D1

Abstract

코딩된 비트스트림(AS)이 오디오 신호의 파라메트릭 표현을 포함하는 오디오 신호(x)의 코딩이 제공된다. 파라메트릭 표현의 한 성분은 링크된 사인 성분(CS)의 트랙을 포함하는데, 여기서, 후속적으로 링크된 성분은 이미 결정되어진 링크된 신호 성분의 파라미터로부터 차동적으로 인코딩된다. 코더는 차동 값을 다른 차동 값(CSe)에 매핑시킴으로써 차동적으로 인코딩된 주파수 및/또는 진폭 값을 스크램블링한다(18). 그러한 값을 변경함으로써, 비트스트림은 여전히 디코딩가능하지만, 무작위적인 주파수 및/또는 진폭 변동을 갖는 트랙을 발생시킨다. 따라서, 신호는 열화될 것이다.

Description

부분 암호화를 통한 오디오 코딩{AUDIO CODING WITH PARTIAL ENCRYPTION}

호환적인 스크램블링은 스크램블링된 비트스트림이 여전히 디코딩가능하도록 하는 방식으로 비트스트림(의 일부)을 스크램블링하는 기술이지만, 그런 디코딩된 신호는 열화된 신호를 발생시킨다. 따라서, 호환적인 스크램블링은 복사가 제어되는 환경에서 압축된 오디오 비트스트림을 디코딩한 후에 품질을 제어하기 위해 적용될 수 있다. 그러한 기술은 2000년 2월 19일부터 22까지 파리에서 개최된 AES의 108번째 컨벤션에서의 E. 알라맨치(E. Allamanche) 및 J. 해르(J. Herre)에 의한 "Secure Delivery of Compressed Audio by Compressed Bit-stream Scrambling"에서 AAC 변환 코더(Advanced Audio Coding a part of the MPEG-2 standard)에 대해 개시되어 졌다.

여기서, AAC 비트스트림은, 비트율의 어떠한 증가도 없이 품질이 임의의 필요한 레벨(비스크램블링된 스트림에 대해서 획득되는 품질보다 아래의 레벨)로 설정될 수 있도록, 키로 암호화된다. 만약 암호키를 알고 있다면(일부 트랜잭션을 통해), 비트스트림은 그것의 본래 상태로 암호해독될 수 있다. 알라맨치는 또한 그런 호환적인 스크램블링 방법이 다른 압축 방식에도 적용가능하다고 말한다.

그러나, AAC 변환 코더나 임의의 다른 파형 코더에 대해서, 스펙트럼은 전형적으로 거친 스펙트럼 표현(coarse spectral representation)과 미세한 스펙트럼 표현을 사용하여 인코딩된다. 한 세트의 스케일-인자가 스펙트럼의 거친 표현을 설명하기 위해 사용되고, 후속적인 스케일-인자 사이의 미세한 분할이 스펙트럼의 미세한 구조를 설명하기 위해 사용된다. 알라맨치의 호환적인 스크램블링은 특정의 더 낮은 품질 레벨 신호가 획득될 정도로 스펙트럼의 미세한 구조를 변경(스크램블링)함으로써 이루어진다.

예컨대 PCT 특허 출원 제 PCT/EP00/05344(대리인 관리 번호 : N 017502) 및 동시 출원된 유럽 특허 출원 제 01201404.9(대리인 관리 번호 : PHNL 010252)에서 설명된 사인 코더 유형(sinusoidal coder type)과 같은, 파라메트릭 코딩 방식(parametric coding scheme)의 경우에, 신호 성분은 거친 스펙트럼 표현과 미세한 스펙트럼 표현으로 설명되지 않는다. 오히려, 사인 파라미터는 소위 트랙을 설명하는데, 상기 트랙은 특정 시간 순간에 시작해서 특정 크기의 시간 동안에 전개한 후에 끝나는 사인이다. 사인이 액티브한 기간에, 전개는 전형적으로 천천히 변한다. 그러므로, 알라맨치가 제안한 바와 같은 호환적인 스크램블링 기술은 사인 코딩 방식에 적용가능하지 않다.

본 발명은 오디오 신호를 코딩 및 디코딩하는 것에 관한 것이다. 더 상세히 말하자면, 본 발명은 고체-상태 오디오 또는 인터넷 오디오와 같은 낮은 비트율 오디오 코딩에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 오디오 코더의 실시예를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 오디오 플레이어의 실시예를 나타내는 도면.

도 3은 오디오 코더 및 오디오 플레이어를 포함하는 시스템을 나타내는 도면.

본 발명에 따라, 오디오 신호를 인코딩하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은,

샘플링된 신호 값을 생성하기 위해 오디오 신호를 샘플링하는 단계와;

오디오 신호의 파라메트릭 표현을 생성하기 위해서 샘플링된 신호 값을 분석하는 단계와;

상기 파라메트릭 표현의 파라미터 중 적어도 일부를 암호화하는 단계와;

상기 오디오 신호로 하여금 비암호화된 파라메트릭 표현을 사용하여 생성될 품질 레벨 보다 더 낮은 품질 레벨로 상기 인코딩된 오디오 스트림으로부터 합성될 수 있게 하는, 상기 오디오 신호를 나타내는 상기 암호화된 파라메트릭 표현을 포함하고 있는 인코딩된 오디오 스트림을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 파라메트릭 표현은 오디오 신호의 지속적인 사인 성분을 나타내는 코드를 포함하는데, 그에 대해서 주파수 및/또는 진폭 파라미터가 사인이 액티브한 기간 동안에 차동적으로 갱신된다. 차동적으로 인코딩된 주파수 및/또는 진폭 값을 스크램블링하기 위해서, 차동적인 값이 다른 차동적인 값 상에 매핑된다. 그러한 값을 변경함으로써, 비트스트림은 여전히 디코딩가능하지만, 무작위적인 주파수 및/또는 진폭 변동을 갖는 트랙을 발생시킨다. 그 결과, 신호는 열화될 것이다.

본 발명의 여러 실시예가 이제 첨부 도면과 관련하여 설명될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 파라메트릭 코딩 방식(parametric coding scheme)을 위한 호환적인 스크램블링의 응용이 도 1에 설명되어 있는데, 그 도면에서, 인코더는 2000년 3월 15일에 출원된 유럽 특허 출원 제 00200939.7(대리인 관리 번호 : PH-NL 000120)이나 동시 출원된 유럽 특허 출원 제 01201404.9(대리인 관리 번호 : PHNL 010252)에 설명된 유형의 사인 코더(sinusoidal coder)이다. 관련 출원 및 본 실시예 양쪽 모두에 있어서, 오디오 코더(1)는 오디오 신호의 디지털 표현{x(t)}을 유도하는 특정 샘플링 주파수로 입력 오디오 신호를 샘플링한다. 이것은 샘플링율에 의존하는 시간-스케일(t)을 랜더링한다(render). 다음으로, 코더(1)는 샘플링된 입력 신호를 과도현상 신호 성분(transient signal component), 지속적인 결정론적 (사인) 성분{sustained deterministic (sinusoidal) component}, 및 지속적인 확률론적 (잡음) 성분{sustained stochastic (noise) component}과 같은 세 가지 성분으로 분류한다. 오디오 코더(1)는 과도현상 코더(11), 사인 코더(13) 및 잡음 코더(14)(이후 잡음 분석기로도 지칭됨)를 포함한다. 오디오 코더는 선택적으로 이득 압축 메커니즘(GC : gain compression mechanism)(12)을 포함한다.

본 발명의 그 실시예에서, 과도현상 코딩은 일련의 코딩에 앞서서 수행된다. 이것은, 과도현상 신호 성분이 일련의 코더에서 효율적이면서 최적으로 코딩되지않기 때문에, 유리하다. 만약 일련의 코더가 과도현상 신호 성분을 코딩하기 위해 사용된다면, 많은 코딩 노력이 필요하고, 예컨대, 지속적인 사인으로만 과도현상 신호 성분을 코딩하는 것은 어렵다는 것을 짐작할 수 있다. 그러므로, 일련의 코딩에 앞서서 코딩될 오디오 신호로부터 과도현상 신호 성분을 제거하는 것이 유리하다. 과도현상 코더에서 유도되는 과도현상 시작 위치가 적응적인 세그멘테이션(adaptive segmentation){적응적인 프레이밍(adaptive framing)}을 위해 일련의 코더에서 사용될 수 있다는 것을 또한 알게 될 것이다.

그럼에도 불구하고, 본 발명은 유럽 특허 출원 제 00200939.7에서 설명된 과도현상 코딩의 특정 사용으로 제한되지 않으며, 이는 예시적인 목적으로만 제공된다.

과도현상 코더(11)는 과도현상 검출기(TD)(110), 과도현상 분석기(TA)(111) 및 과도현상 합성기(TS)(112)를 포함한다. 먼저, 신호{x(t)}는 과도현상 검출기(110)로 입력된다. 그 검출기(110)는 과도현상 신호 성분이 존재하는지 및 그 과도현상 신호 성분의 위치를 추정한다. 그 정보는 과도현상 분석기(111)에 제공된다. 그 정보는 유리한 신호-유도 세그멘테이션을 획득하기 위해서 사인 코더(13) 및 잡음 코더(14)에서도 사용될 수 있다. 만약 과도현상 신호 성분의 위치가 결정되면, 과도현상 분석기(111)는 과도현상 신호 성분(의 주요 부분)을 추출하려고 시도한다. 과도현상 분석기는 추정된 시작 위치에서 바람직하게 시작하는 신호 세그먼트에 형태 함수를 매칭시키고, 예컨대 다수(소수)의 사인 성분을 사용하여 형태 함수 하에서 내용을 결정한다. 그 정보는 과도현상 코드(CT) 내에 포함되고, 과도현상 코드(CT)의 생성에 대한 더 상세한 정보가 유럽 특허 출원 제 00200939.7에 제공되어 있다.

어쨌든, 예컨대 과도현상 분석기가 메익스너(Meixner)와 같은 형태 함수를 사용하는 경우에, 과도현상 코드(CT)는 과도현상의 사인 성분에 대한 주파수, 진폭 및 위상 데이터뿐만 아니라, 과도현상이 시작되는 시작 위치, 최초 상승율(initial attack rate)을 실질적으로 나타내는 파라미터, 감쇄율을 실질적으로 나타내는 파라미터를 포함할 것이다.

만약 코더(1)에 의해서 생성되는 비트스트림이 그 비트스트림을 생성하기 위해 사용되는 샘플링 주파수와 상관없이 디코더에 의해서 합성되어야 한다면, 시작 위치는 예컨대 프레임 내의 샘플 수보다는 오히려 시간 값으로 송신되어야 하고, 사인 주파수는 절대 값으로 송신되어야 하거나, 단지 변환 샘플링 주파수로부터 유도가능하거나 그에 비례하는 값보다는 오히려 절대 값을 나타내는 식별자를 사용하여 송신되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 나중에 알게 되는 바와 같이, 본 발명은 위의 방식들 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다.

과도현상 신호 성분이 진폭 엔벌로프에서 계단 형태로 변하는 경우에는 형태 함수가 계단 표시를 또한 포함한다는 것을 또한 알게 될 것이다. 이 경우에는, 과도현상 위치만이 사인 및 잡음 모듈에 대한 합성 동안에 세그멘테이션에 영향을 준다. 또한, 비록 본 발명은 어느 구현으로도 제한되지 않지만, 계단 형태 변경의 위치는 샘플 수 보다는 오히려 시간 값으로 인코딩될 수 있는데, 이는 샘플링 주파수와 관련될 것이다.

과도현상 코드(CT)는 과도현상 합성기(112)에 공급된다. 합성된 과도현상 신호 성분은 감산기(16)에서 입력 신호{x(t)}로부터 감산되고, 그 결과 신호(x1)가 발생한다. 만일의 경우에, GC(12)가 생략된다면, x1=x2이다. 신호(x2)는 사인 코더(13)에 공급되고, 사인 코더(13)에서는 신호(x2)가 사인 분석기(SA)(130)에서 분석되며, 사인 분석기(SA)(130)는 (결정론적인) 사인 성분을 결정한다. 그로 인한 최종 정보가 사인 코드(CS)에 포함되며, 예시적인 사인 코드(CS)의 생성을 예시하는 더욱 상세한 예가 PCT 특허 출원 제 PCT/EP00/05344(대리인 관리 번호 : N 017502)에서 제공된다. 대안적으로, 기본적인 구현이 R. 맥오우레이(R. McAulay) 및 T. 쿼티에리(T. Quartieri)의 "Speech analysis/synthesis based on sinusoidal representation"(1986, IEEE Trans.Acoust., Speech, Signal Process., 43:744-754)이나, B. 에들러(B. Edler), H. 푼하겐(H. Purnhagen) 및 C. 페레키디스(C. Ferekidis)의 ""Technical description of the MPEG-4 audio-coding proposal from the University of Hannover and Deutsche Bundespost Telekom AG(revised)"(Technical note MPEG95/0414r,Int. Organisation for Standardisation ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, 1996)에 설명되어 있다.

그러나, 간략히 말하면, 바람직한 실시예의 사인 코더는 한 프레임 세그먼트로부터 그 다음 프레임 세그먼트로 링크되는 사인 성분의 트랙으로서 입력 신호(x2)를 인코딩한다. 그러한 트랙은 특정 시간 순간에 시작하여 특정 크기의 시간 동안에 전개한 후 종료한다. 한 세그먼트로부터 그 다음 세그먼트로의 그러한 트랙의 갱신은 주파수, 진폭 및 선택성의 위상 정보를 통해 설명된다. 사인이 액티브한 기간에, 전개는 전형적으로 천천히 변한다. 그러한 이유로, 주파수 및 진폭 파라미터를 차동적으로 갱신하는 것이 매우 비트율에 있어 효율적이다. 따라서, 트랙은 처음에는 정해진 세그먼트에서 시작하는(생성) 사인에 대한 시작 주파수, 시작 진폭 및 시작 위상으로 표현된다. 그런 후에, 트랙이 끝나는(소멸) 세그먼트까지의 주파수 차이, 진폭 차이 및, 어쩌면 위상 차이(연속성)에 의해 상기 트랙은 후속하는 세그먼트에서 표현된다. 실제로는, 코딩 위상 차이에서는 이득이 거의 존재하지 않는다고 결정될 수 있다. 따라서, 위상 정보는 결코 연속성을 위해서 인코딩될 필요가 없으며, 위상 정보는 연속적인 위상 재구성을 사용하여 재생성될 수 있다.

또한, 만약 비트스트림이 샘플링 주파수에 상관없이 이루어져야 한다면, 시작 주파수는 인코딩된 신호가 샘플링 주파수에 상관없도록 보장하기 위해서 절대 주파수를 나타내는 절대값이나 식별자로서 사인 코드(CS) 내에서 인코딩된다.

사인 신호 성분은 사인 합성기(SS)(131)에 의해서 사인 코드(CS)로부터 재구성된다. 그 신호는 감산기(17)에서 사인 코더(13)로의 입력(x2)으로부터 감산되고, 그 결과 (큰) 과도현상 신호 성분 및 (주요) 결정론적 사인 성분이 없는 나머지 신호(remaining signal)(x3)를 유도한다.

나머지 신호(x3)는 주로 잡음을 포함하는 것으로 가정되며, 바람직한 실시예의 잡음 분석기(14)는 그 잡음을 나타내는 잡음 코드(CN)를 생성한다. 종래에는, 예컨대 2000년 5월 17일에 출원된 PCT 특허 출원 제 PCT/EP00/04599(대리인 관리 번호 :PH NL 000287)에서와 같이, 잡음의 스펙트럼은 등가 직사각형 대역폭(ERB :Equivalent Rectangular Bandwidth) 스케일에 따라 결합된 AR(auto-regressive : 자동-복귀)MA(moving average : 이동 평균) 필터 파라미터(pi, qi)로 잡음 코더에 의해 모델링된다. 디코더 내에서, 즉 도 2에서, 필터 파라미터는 잡음 합성기(NS)(33)에 제공되는데, 상기 잡음 합성기(NS)(33)는 주로 잡음의 스펙트럼에 가까운 주파수 응답을 갖는 필터이다. NS(33)는 ARMA 필터링 파라미터(pi, qi)로 백색 잡음 신호를 필터링함으로써 재구성된 잡음(yN)을 생성하고, 그런 후에, 잡음(yN)을 나중에 설명되는 합성된 과도현상(yT) 및 사인(yS) 신호에 더한다.

그러나, ARMA 필터링 파라미터(pi, qi)는 잡음 분석기의 샘플링 주파수에 또한 의존적이고, 만약 코딩된 비트스트림이 그 샘플링 주파수에 독립적이어야 한다면, 그러한 파라미터는 인코딩되기에 앞서서 선 스펙트럼 쌍(LSP : Line Spectral Pairs)으로도 알려져 있는 선 스펙트럼 주파수(LSF)로 변환된다. 그러한 LSF 파라미터는 ERB 스케일이나 바크 스케일(Bark scale)에 관련된 그리드(grid)나 절대 주파수 그리드 상에 표현될 수 있다. LSP상의 더 많은 정보가 F. K. 숭(F. K. Soong) 및 B. H. 주앙(B. H. Juang)에 의한 "Line Spectrum Pair(LSP) and speech data compression"(1984, ICASSP, pp. 1.10.1)에서 발견될 수 있다. 어쨌든, 한 유형의 선형 예측 필터 유형 계수{이 경우에는 인코더 샘플링 주파수에 의존적인 (pi, qi)}로부터 샘플링 주파수에 독립적인 LSF로의 그러한 변환 및 그 반대의 변환(디코더에서 요구될 때)은 잘 알려져 있으며, 여기서는 더 이상 논의되지 않는다. 그러나, 디코더 내에서 LSF를 필터 계수(p'i, q'i)로 변환하는 것은 잡음 합성기(33)가 백색 잡음 샘플을 생성하도록 하는 주파수를 참조하여 이루어질 수 있음으로써,잡음 신호(yN)가 처음에 샘플링되었던 방식과는 상관없이 디코더로 하여금 그 잡음 신호(yN)를 생성할 수 있게 한다는 것을 알게 될 것이다.

사인 코더(13)에서의 상황과 유사하게, 잡음 분석기(14)는 새로운 분석 블록을 시작하기 위한 위치로서 과도현상 신호 성분의 시작 위치를 또한 사용할 수 있다. 따라서, 사인 분석기(130) 및 잡음 분석기(14)의 세그먼트 크기는 반드시 동일하지는 않다.

그럼에도 불구하고, 아래에서 알게 될 바와 같이, 본 발명은 위에서 언급된 방식들 중 임의의 방식을 포함하는 임의의 잡음 인코딩 방식으로 구현될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 스크램블링은 사인 분석기(130)에 의해서 생성되는 사인 코드(CS) 상에서 수행된다. 특히, 바람직한 실시예에서는, 암호화 모듈(18)이 사인 분석기(130)와 멀티플렉서(15) 사이에 배치된다. 암호화 모듈(18)은 제공된 키를 사용하여 트랙 연속 세그먼트에 대한 사인 코드(CS)의 차동적으로 인코딩된 주파수 및/또는 진폭 값을 스크램블링한다. 바꾸어 말하면, 모듈(18)은 암호화된 사인 코드(CSe)를 생성하기 위해서 다른 차동 값 상에 상기 차동 값을 매핑시킨다. 그러한 값을 변경함으로써, 코드(CSe)를 포함하는 비트스트림은 여전히 디코딩가능하지만, 트랙의 수명 동안에 무작위적인 잡음 변동 및/또는 무작위적인 진폭 변동을 갖는 트랙을 발생시킨다. 따라서, 정확한 키가 없다면, 디코더에 의해 생성되어진 합성된 신호의 품질은 열화될 것이다.

열화 크기는 이러한 차동적으로 인코딩된 주파수 및/또는 진폭이 변경되는 크기 및 범위에 의해서 제어될 수 있다. 따라서, 예컨대, 특정 유형의 오디오 신호는 다른 것 보다 스크램블링에 더 민감하고, 마찬가지로, 특정 유형의 신호는 진폭 스크램블링 보다 주파수 스크램블링에 더 민감하다고 결정될 수 있다. 따라서, 만약 신호가 더 큰 사인 성분을 포함하며, 고전 음악의 경우에 트랙이 길어지게 되는 성향이 있을 때, 즉, 트랙이 다수의 세그먼트에 걸쳐 연장할 때에는, 상기 트랙은 예컨대 몇몇 형태의 더욱 현대적인 대중 음악 보다 스크램블링에 더 민감할 수 있다. 따라서, 스크램블링을 수행하기 위해서 사용되는 그러한 매핑 및 키가 적절히 선택될 수 있다.

마지막으로, 멀티플렉서(15)에서는, 코드(CT, CSe 및 CN)를 포함하는 오디오 스트림(AS)이 구성된다. 오디오 스트림(AS)은 예컨대 데이터 버스, 안테나 시스템, 저장 매체 등에 공급된다. 그러므로, 암호화된 버전의 신호만이 송신되거나 저장된다는 것을 알게 될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 오디오 플레이어(3)를 나타내고 있다. 도 1에 따른 인코더나 비스크램블링 인코더 중 어느 하나에 의해서 생성된 오디오 스트림(AS')은 데이터 버스, 안테나 시스템, 저장 매체 등으로부터 획득된다. 오디오 스트림(AS')은 코드(CT, CSe 및 CN)를 획득하기 위해서 디멀티플렉서(30)에서 디멀티플렉싱된다. CT 및 CN 코드는 유럽 특허 출원 제 00200939.7에서와 같이 과도현상 합성기(31)와 잡음 합성기(33)에 각각 공급된다. 과도현상 신호 성분이 과도현상 합성기(31)에서 과도현상 코드(CT)로부터 계산된다. 과도현상 코드가 형태 함수를 나타내는 경우에, 그 형태는 수신된 파라미터에 기초해서 계산된다. 또한, 형태 내용이 사인 성분의 주파수 및 진폭에 기초해서 계산된다. 만약 과도현상 코드(CT)가 계단 형태를 나타낸다면, 어떠한 과도현상도 계산되지 않는다. 총 과도현상 신호(yT)는 모든 과도현상의 합이다.

만약 적응 프레이밍이 사용된다면, 과도현상 위치로부터, 사인 합성기(SS)(32) 및 잡음 합성기(NS)(33)를 위한 세그멘테이션이 계산된다. 잡음 코드(CN)는 잡음 신호(yN)를 생성하기 위해 사용된다. 이를 수행하기 위해서, 프레임 세그먼트에 대한 선 스펙트럼 주파수가 백색 잡음이 잡음 합성기에 의해 생성되는 주파수에 대해서 전용적으로 사용되는 ARMA 필터링 파라미터(p'i, q'i)로 먼저 변환되고, 그 파라미터는 오디오 신호의 잡음 성분을 생성하기 위해 백색 잡음 값과 결합된다. 어쨌든, 후속하는 프레임 세그먼트는 예컨대 중복-가산 방법을 통해 가산된다.

그러나, 본 발명에 따라, 만약 암호해독 키가 이용가능하다면, CSe 코드는 스크램블링되어진 것으로 가정되어, 먼저 암호해독 모듈(38)에 공급된다. 암호해독 모듈은 비스크램블링된 코드(CS)를 생성하기 위해서 종래의 트랜잭션 기술(transaction technique)을 통해 획득되어진 키를 암호화된 CSe 코드에 적용한다. 일단 정확한 키가 디코더에 제공됨으로서 암호해독 모듈(38)에 제공되는 경우, 디코더는 그렇지 않다면 비트스트림이 스크램블링되었거나 신호를 인코딩할 때 특정 매핑이 선택되었다는 것을 알 필요가 없다는 것을 알게 될 것이다.

예컨대 비트스트림이 스크램블링되지 않았거나 키가 간단히 획득되지 않는 경우와 같이 어떠한 키도 이용가능하지 않다면, 제공되는 CSe 코드로부터 변경되지 않은 사인 코드(CS)는 정해진 세그먼트 상에서 사인의 합으로서 설명되는 신호(yS)를 생성하는데 사용된다.

만약 비트스트림이 스크램블링 되지 않았다면, 그 비트스트림은, 아마도 어떠한 키도 제공되지 않을 때, 본래의 샘플링 품질로 합성될 것이다.

다른 한편으로, 만약 정확한 키가 스크램블링된 신호에 이용가능하다면, 코드 분석기(130)에 의해서 생성된 본래의 코드에 대응하는 사인 코드(CS)가 생성되고, 그 사인 코드(CS)는 신호(yS)를 생성하기 위해 합성기(32)에 제공될 수 있다.

총 신호{y(t)}는 사인 신호(yS) 및 잡음 신호(yN)의 합과 임의의 진폭 압축해제 신호(g)의 곱셈 결과를 과도현상 신호(yT)와 합산한 결과를 포함한다. 오디오 플레이어는 각각의 신호를 합산하기 위해 두 개의 가산기(36 및 37)를 포함한다. 총 신호는 출력 유닛(35)에 공급되는데, 상기 출력 유닛(35)은 예컨대 스피커이다.

따라서, 어떠한 키도 이용가능하지 않거나 잘못된 키가 사용되는 경우에는, 처음에 샘플링된 신호{x(t)}와 비교해서 열화된 신호{y(t)}가 발생할 것이다. 다른 한편으로, 만약 정확한 키가 사용된다면, 신호{y(t)}의 사인 성분은 본래의 샘플링 품질로 합성될 것이며, 그로 인해 본래의 품질로 총 신호를 생성한다.

도 3은 본 발명에 따른 오디오 시스템을 나타내고 있는데, 상기 오디오 시스템은 도 1에서 도시된 바와 같은 오디오 코더(1)와 도 2에서 도시된 바와 같은 오디오 플레이어(3)를 포함한다. 그러한 시스템은 플레잉 및 레코딩 특징을 제공하지만, 본래의 품질 자료에 대한 허가되지 않은 복사를 방지한다. 암호화된 오디오 스트림(AS)은 통신 채널(2)을 통해 오디오 코더로부터 오디오 플레이어에 공급되는데, 상기 통신 채널(2)은 무선 연결, 데이터 20 버스 또는 저장 매체일 수 있다.통신 채널(2)이 저장 매체인 경우에는, 저장 매체가 시스템에 고정될 수 있거나, 또한 제거가능한 디스크, 즉 소니사(Sony Corporation etc.)에서 생산되는 메모리 스틱^TM과 같은 고체 상태의 저장 디바이스일 수 있다. 통신 채널(2)은 오디오 시스템의 일부분일 수 있지만, 그러나 종종 오디오 시스템의 외부에 있을 것이다.

바람직한 실시예의 변형이 또한 가능하다는 것을 알게 될 것이다. 예컨대, 비록 한편으로는 잡음 성분(CN)이 일반적으로 전체적인 신호의 비교적 작은 성분을 구성함으로써 그것의 부재가 청취자에 용인가능하지 않다고 입증될 수는 없지만, 신호의 잡음 성분에 대한 스펙트럼 주파수를 이를테면 무작위적으로 오프셋시키기 위해 잡음 성분을 스크램블링하는 것은 필요한 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 암호화 모듈(미도시)은 모듈(18)에 추가되거나 그에 대한 대안으로서 잡음 분석기(14)와 멀티플렉서(15) 사이에 배치될 수 있다. 다음으로, 디코더 내에서는, 대응하는 암호해독 모듈(미도시)이 비트스트림으로부터 잡음 코드를 디스크램블링하도록(키가 제공되는 경우) 디멀티플렉서(30)와 잡음 합성기(33) 사이에 추가적으로나 또는 대안적으로 배치된다.

게다가, 비록 한편으로 과도현상 성분(CT)이 전형적으로는 비트스트림 내에 단지 주기적으로 인코딩됨으로써 그것들의 부재가 청취자에게 용인가능하지 않다고 입증될 수는 없지만, 엔벌로프 함수에 의해서 가중된 사인 파라미터의 진폭 및 주파수 파라미터를 이를테면 무작위적으로 오프셋시키기 위해 과도현상 성분을 다시 스크램블링하는 것은 필요한 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 암호화 모듈(미도시)은 모듈(18) 및/또는 임의의 잡음 스크램블링 모듈에 추가되거나 또는 그에 대해 대안으로서 과도현상 분석기(111)와 멀티플렉서(15) 사이에 배치될 수 있다. 다음으로, 디코더 내에서는, 대응하는 암호해독 모듈(미도시)이 비트스트림으로부터 과도현상 코드를 디스크램블링하도록(또는 그러지 않도록) 디멀티플렉서(30)와 과도현상 합성기(31) 사이에 추가적으로나 또는 대안적으로 배치된다.

본 발명의 구현에 있어서 코드(CS, CT 또는 CN)를 스크램블링하는 것은 멀티플렉싱에 앞서 수행되는 코드의 임의의 양자화 이전이나 이후에 발생할 수 있다는 것이 또한 주지되어야 한다.

또한, 위에서 언급된 바와 같이, 암호화 및 암호해독 모듈 양쪽 모두는 임의의 수의 방식으로 동작할 수 있다. 따라서, 예컨대, 키는 단순히 비트스트림에 직접 적용될 필요가 없고, 오히려 상기 키는 실질적 신호를 스크램블링 및 디스크램블링하는데 사용되는 매핑을 암호화 및 암호해독하는데 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 복합 매핑 및 키가 본 발명의 핵심으로서 간주될 수 있다.

본 발명은 DSP 또는 다용도 컴퓨터 상의 소프트웨어 운용을 통해 전용 하드웨어에서 구현될 수 있다. 본 발명은 본 발명에 따른 인코딩 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 운반하는 CD-ROM이나 DVD-ROM과 같은 유형 매체(tangible medium)에서 구현될 수 있다. 본 발명은 또한 인터넷과 같은 데이터 네트워크를 통해 송신되는 신호나 방송 서비스에 의해 송신되는 신호로 구현될 수 있다.

위에서 언급된 실시예는 본 발명을 제한하려 하기보다는 예시하려는 것이고, 당업자라면 첨부된 청구항의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 청구항에서, 괄호 안에 놓인 임의의 참조 기호는 청구항을 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다. "포함하는"이란 단어는 청구항에 기재된 소자나 단계 이외의 소자나 단계에 대한 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇몇의 독특한 소자를 포함하는 하드웨어 및 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터를 통해 구현될 수 있다. 몇몇 수단을 열거하는 디바이스 청구항에서, 이러한 수단 중 몇몇 수단은 동일한 하드웨어 아이템을 통해 구현될 수 있다. 특정 수단이 서로 다른 종속항에서 기술되는 단순한 사실은 이러한 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

요약하면, 코딩된 비트스트림이 오디오 신호의 파라메트릭 표현을 포함하는 오디오 신호의 코딩이 제공된다. 파라메트릭 표현의 한 성분은 후속적으로 링크되는 성분이 이미 결정되어진 링크된 신호 성분의 파라미터와 차동적으로 코딩되는 링크된 사인 성분의 트랙을 포함한다. 코더는 차동 값을 다른 차동 값에 매핑시킴으로써 차동적으로 인코딩된 주파수 및/또는 진폭 값을 스크램블링한다. 이러한 값을 변경함으로써, 비트스트림은 여전히 디코딩가능하지만, 무작위적인 주파수 및/또는 진폭 변동을 갖는 트랙을 발생시킨다. 따라서, 신호는 열화될 것이다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 고체-상태 오디오 또는 인터넷 오디오와 같은낮은 비트율 오디오 코딩에 이용가능하다.

Claims

오디오 신호(x)를 인코딩하는 방법(1)으로서,

샘플링된 신호 값{x(t)}을 생성하기 위해 상기 오디오 신호(x)를 샘플링하는 단계와;

상기 오디오 신호의 파라메트릭 표현(CT, CS, CN)을 생성하기 위해 상기 샘플링된 신호 값을 분석하는 단계(11, 13, 14)와;

상기 파라메트릭 표현의 파라미터 중 적어도 일부를 암호화하는 단계(18)와;

상기 오디오 신호가 비암호화된 파라메트릭 표현을 사용하여 생성될 품질 레벨 보다 더 낮은 품질 레벨로 상기 인코딩된 오디오 스트림으로부터 합성될 수 있게 하는, 상기 오디오 신호를 나타내는 상기 암호화된 파라메트릭 표현을 포함하고 있는 인코딩된 오디오 스트림(AS)을 생성하는 단계(15)를

포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 1항에 있어서, a) 연속적인 신호 세그먼트에 존재하는 링크된 신호 성분을 나타내는 트랙을 결정하고, b) 이미 결정되어진 링크된 신호 성분의 파라미터에 기초해서 트랙을 연장함으로써, 상기 오디오 신호의 지속적인 신호 성분을 모델링하는 단계(13)를 더 포함하고,

여기서, 상기 암호화 단계는 상기 링크된 신호 성분의 파라미터를 암호키로 스크램블링하는 것을 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 2항에 있어서, 트랙의 제 1 신호 성분에 대한 파라미터는 상기 신호 성분의 절대 주파수를 나타내는 파라미터를 포함하고, 상기 암호화 단계는 후속하는 신호 세그먼트의 파라미터를 상기 암호키로 스크램블링하는 것을 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 후속하는 신호 세그먼트의 파라미터는 이미 결정되어진 링크된 신호 성분의 파라미터로부터 차동적인 진폭 및 주파수 값을 포함하고, 상기 암호화 단계는 상기 진폭 및/또는 주파수 차이를 스크램블링하는 것을 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 생성 단계는 제 1 샘플링 주파수에 독립적인 파라메트릭 표현을 제공함으로써, 상기 오디오 신호로 하여금 상기 제 1 샘플링 주파수에 상관없이 합성되도록 허용하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 1항에 있어서, 잡음 성분의 목표 스펙트럼에 가까운(approximating) 주파수 응답을 가진 필터의 필터 파라미터(pi, qi)를 결정함으로써 상기 오디오 신호의 잡음 성분을 모델링하는 단계(14)를 더 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 암호화 단계는 상기 필터 파라미터를 스크램블링하는것을 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 필터 파라미터를 상기 제 1 샘플링 주파수에 독립적인 파라미터로 변환하는 단계를 더 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 필터 파라미터는 자동-복귀(auto-regressive)(pi) 및 이동 평균(moving average)(qi) 파라미터이고, 상기 독립 파라미터는 선 스펙트럼 주파수(Line Spectral Frequencies)를 나타내는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 암호화 단계는 상기 독립 파라미터를 스크램블링하는 것을 포함하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 9항에 있어서, 상기 독립 파라미터는 바크 스케일(Bark scale) 또는 ERB 스케일 또는 절대 주파수 중 하나로 표현되는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 오디오 신호에서 과도현상(transient) 신호 성분의 위치를 추정하는 단계(110)와;

위치 파라미터 및 형태 파라미터(shape parameter)를 갖는 형태 함수(shape function)를 상기 과도현상 신호에 매칭시키는 단계를 포함하고,

여기서, 상기 암호화 단계는 상기 위치 및/또는 형태 파라미터를 스크램블링하는 것을 포함하며,

상기 생성 단계는 상기 암호화된 위치 및 형태 파라미터를 상기 오디오 스트림(AS) 내에 포함시키는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 12항에 있어서, 상기 위치 파라미터는 상기 오디오 신호(x)에서 상기 과도현상 신호 성분의 절대 시간 위치(absolute time location)를 나타내는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
제 12항에 있어서, 상기 매칭 단계는 계단 형태의 과도현상을 나타내는 형태 함수를 제공하기 위해서 진폭이 계단 형태처럼 변하는 상기 과도현상 신호 성분에 응답하는, 오디오 신호를 인코딩하는 방법.
오디오 스트림을 디코딩하는 방법으로서,

오디오 신호의 파라메트릭 표현(CT, CSe, CN)을 포함하고 있는 상기 오디오 신호(x)를 나타내는 인코딩된 오디오 스트림(AS')을 판독하는 단계와;

키의 이용가능성에 반응하여, 상기 파라메트릭 표현의 파라미터 중 적어도 일부를 상기 키로 암호해독하는 단계(38)와;

상기 오디오 신호를 합성하기 위해서 상기 암호해독된 파라메트릭 표현(CT, CS, CN)을 사용하는 단계(31, 32, 33)를

포함하는, 오디오 스트림을 디코딩하는 방법.
오디오 코더(1)로서,

샘플링된 신호 값{x(t)}을 생성하기 위해 오디오 신호(x)를 샘플링하기 위한 샘플러와;

상기 오디오 신호의 파라메트릭 표현(CT, CS, CN)을 생성하기 위해 상기 샘플링된 신호 값을 분석하기 위한 분석기(11, 13, 14)와;

상기 파라메트릭 표현의 파라미터 중 적어도 일부를 스크램블링하기 위한 암호화 모듈(18)과;

상기 오디오 신호가 비암호화된 파라메트릭 표현을 사용하여 생성될 품질 레벨 보다 더 낮은 품질 레벨로 상기 인코딩된 오디오 스트림으로부터 합성될 수 있게 하는, 상기 오디오 신호를 나타내는 상기 암호화된 파라메트릭 표현을 포함하고 있는 인코딩된 오디오 스트림(AS)을 생성하기 위한 비트스트림 생성기(15)를

포함하는, 오디오 코더.
오디오 플레이어(3)로서,

오디오 신호의 파라메트릭 표현(CT, CSe, CN)을 포함하고 있는 상기 오디오 신호(x)를 나타내는 인코딩된 오디오 스트림(AS')을 판독하기 위한 수단과;

키의 이용가능성에 반응하여, 상기 파라메트릭 표현의 파라미터 중 적어도 일부를 상기 키로 암호해독하기 위한 수단(38)과;

상기 오디오 신호를 합성하기 위해서 상기 암호해독된 파라메트릭 표현(CT, CS, CN)을 사용하도록 배열된 합성기(31, 32, 33)를

포함하는, 오디오 플레이어.
오디오 시스템으로서,

제 16항에 기재된 바와 같은 오디오 코더(1)와 제 17항에 기재된 바와 같은 오디오 플레이어(2)를 포함하는, 오디오 시스템.
오디오 스트림(AS)으로서,

오디오 신호를 나타내는 부분적으로 암호화된 파라미터를 포함하고;

상기 오디오 신호로 하여금 비암호화된 파라메트릭 표현을 사용하여 생성될 품질 레벨 보다 더 낮은 품질 레벨로 상기 오디오 스트림으로부터 합성될 수 있게 하는, 오디오 스트림.
저장 매체로서,

제 19항에 기재된 바와 같은 오디오 스트림(AS)이 저장되어 있는, 저장 매체.