KR20040002422A - 역 필터링 방법, 합성 필터링 방법, 역 필터링 장치, 합성필터링 장치 및 이러한 필터 장치들을 포함하는 장치들 - Google Patents

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Abstract

역 필터링 방법은, 입력 신호에 기초하여 제1 필터링된 신호를 발생하는 단계와; 잔여 신호(residual signal)를 얻기 위해 상기 제1 필터링된 신호와 상기 입력 신호를 결합하는 단계를 포함한다. 상기 발생 단계는, 제2 필터링된 신호를 발생하는 단계로서 안정적이며 인과적인 상기 단계와; 제2 필터링된 신호를 예측 계수로 증폭하는 단계와; 제2 필터링된 신호에 기초하여 제1 필터링된 신호를 얻는 단계와; 입력 신호에 관련된 제1 신호를 버퍼에 저장하는 단계와; 버퍼로부터 지연된 신호를 검색하는 단계를 포함한다. 또한, 합성 필터링 방법, 역 필터 장치, 및 합성 필터 장치가 제공된다.

Description

역 필터링 방법, 합성 필터링 방법, 역 필터링 장치, 합성 필터링 장치 및 이러한 필터 장치들을 포함하는 장치들{INVERSE FILTERING METHOD, SYNTHESIS FILTERING METHOD, INVERSE FILTER DEVICE, SYNTHESIS FILTER DEVICE AND DEVICES COMPRISING SUCH FILTER DEVICES}
A. Harma의 "Implementation of frequency-warped recursive filters",signal processing80(2000) 543-548에, 한 필터 장치가 알려져 있다. Harma의 논문은, 왜곡된 선형 예측(warped linear prediction; WLP) 인코더와 WLP 디코더를 기술하고 있다. WLP 인코더 장치는 종래의 FIR 필터를 포함한다. 이 필터는 그 유닛 지연이 1차 전역통과(all-pass) 필터들로 대체되어 있다.
Harma 논문에 공개된 인코딩 장치의 단점은, 추가의 수단(measures)이 없다면 WLP 디코더는 무지연 루프(delay-free loop)를 포함할 것이라는 것이다. Harma 논문에서, 이 문제에 대한 2개의 해결책이 기술되어 있다. 첫번째, 무지연 루프들을 제거하도록 WLP 디코더 장치가 적합화될 수 있다. 두번째, 디코더 출력의 계산과 필터의 내부 상태의 갱신이 분리될 수 있다. 이들 두 해결책에서, WLP 디코더 장치는 WLP 인코더 장치와는 다르다. 또한, 디코더와 인코더간의 차이 때문에, WLP 인코더 장치의 파라미터들, 예컨데, 예측 계수들은 WLP 디코더로 변환되어야만 하고, 이것은 추가적 처리를 요구하며 수치적 문제점들과 관련되어 있다.
본 발명은 역 필터링 방법(inverse filtering method)에 관한 것이다. 본 발명은 합성 필터링 방법(synthesis filtering method)에도 관련되어 있다. 또한 본 발명은 역 필터링 장치, 합성 필터, 및 이와 같은 필터링 장치들을 포함하는 장치에도 관련되어 있다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하는 컴퓨터 프로그램에도 관련되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 역 필터 장치의 제1 실시예의 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 합성 필터 장치의 제1 실시예의 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 역 필터링 방법의 제1 실시예의 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 합성 필터링 방법의 제1 실시예의 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 예측 코더 장치를 구비한 데이터 전송 장치의 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따른 예측 코더 장치를 구비한 데이터 저장 장치의 블럭도이다.
도 7은 본 발명에 따른 예측 디코더 장치를 구비한 데이터 처리 장치의 블럭도이다.
도 8은 본 발명에 따른 예측 디코더 장치를 구비한 오디오-비주얼 장치의 블럭도이다.
도 9는 본 발명에 따른 예측 디코더 장치를 구비한 오디오-비주얼 레코더 장치의 블럭도이다.
도 10은 본 발명에 따른 예측 코딩 방법을 구비한 데이터 컨테이너 장치의 블럭도이다.
따라서 본 발명의 목적은 설계가 비슷한 인코더 장치 및 디코더 장치를 제공하는 것이다. 그에 따라, 본 발명은 청구항1에 따른 역 필터링 방법을 제공한다.
그것에 의해 지연이 제공되기 때문에 합성 필터는 무지연 루프를 포함하지 않는다. 따라서, 역 필터링과 합성 필터링은 상당히 유사하다.
또한, 본 발명은 청구항 17항에 따른 합성 필터링 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 청구항 18항에 따른 역 필터 장치와, 청구항 19항에 따른 합성 필터 장치와 이와 같은 필터 장치들을 포함하는 장치들을 제공한다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
본 발명의 특정 실시예들은 종속항들에 개시되어 있다. 본 발명의 상세사항, 특징, 및 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 기술될 것이다.
본 출원에서는 이하의 용어들이 사용된다.샘플x(n)은 어떤 시점에서의 신호의 실례(instance)이다.세그먼트는 다수의 연속된 샘플들, 예를 들어 x(n), x(n+1)...x(n+j-1), x(n+j)이다. 본 명세서에서, 신호, 샘플, 세그먼트 용어들중 하나가 사용되는 곳에서, 이러한 유형중 다른 용어가 사용될 수도 있다.전달 함수H(z)는 z-영역에서 보았을 때, 필터의 입력 신호와 출력 신호간의 관계이다(예를 들어, z=exp-iθ, i는 -1의 제곱근일 때, H(z)는 주파수 영역에서의 특성을 나타낸다). 필터의임펄스 응답은 임펄스 신호에 대한 필터의 응답이다. 임펄스 신호는, n이 시점을 나타낸다고 할 때, n이 0인 경우에는 1의 값을 가지며, 0이 아닌 n에 대해서는 0의 값을 가진다. 본 출원에서,필터 장치는, 비록 엄격한 의미에서는 지연 장치는 필터 장치이긴 하지만, 지연 장치 또는 복수의 지연 장치만을 갖는 장치가 아닌 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 적어도 하나의 필터 장치와 하나 이상의 지연 장치를 포함하는 장치는 필터 장치인 것으로 이해되어야 한다. 필터는 적어도 인과적(causal)인 것으로 이해되어야 한다. 즉, 필터의 출력 신호는 "미래의" 입력 신호에는 의존하지 않고 현재의 입력 신호/또는 이전 신호들에만 의존하는 것으로 이해되어야 한다. 만일 필터가, 필터 입력에 제공된 임의의 진폭-제한된 입력에 대해 진폭-제한된 출력을 준다면, 이 필터는안정적(stable)이라고 말할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 역 필터 장치(1)의 제1 실시예의 블럭도이다. 도시된 역 필터 장치 또는 인코더 장치(1)의 예는, 입력 신호(x)가 제공될 수 있는 입력 포트(11)를 포함한다. 입력 포트는, 수신된 입력 신호(x)를 필터링할 수 있고 제1 필터링된 신호()를 출력할 수 있는 필터 구조(13)에 접속된다. 입력 포트(11) 및 필터 구조(13) 양쪽 모두는, 제1 필터링된 신호() 및 입력 신호(x)를 결합하여 잔여 신호(residual signal; r)를 얻을 수 있는 제1 결합기 장치(12)에 접속된다.
필터 구조(13)는 입력 포트(11)에 접속된 버퍼 또는 메모리 장치(131)와, 장치(131)의 출력에 접속된 복수의 제2 필터 장치들(132)을 포함한다. 도시된 예에서, 제2 필터 장치들(132)은, 단일 입력 복수 출력(SIMO) 필터 장치(130)를 형성한다. 제2 필터 장치들(132)은 증폭기 장치들(133)에도 역시 접속되어 있으며, 증폭기 장치들(133)은 제2 결합기 장치(134)에 접속되어 있다. 결합기 장치(134)의 출력이 제1 결합기 장치(12)에 접속된다.
본 출원에서, 버퍼 또는 메모리 장치(131)는 지연 장치라고도 불리며, 수신된 입력 샘플 x(n)을 저장하고 샘플 u(n)을 내놓는다. 샘플 u(n)은 입력 신호의 이전 샘플 x(n-j)이고, 여기서, j는 지연 장치(131)의 지연을 나타내며 0보다 크다. 제2 필터 장치들(132)은, 신호 u에 기초하여 제2 필터링된 신호들, y1, y2,...,yk를 발생한다. 제2 필터 장치들은 안정적(stable)이며 인과적(causal)이다. 따라서, SIMO 필터 장치(130)도 역시 안정적이며 인과적이다. 이 실시예에서, SIMO 필터 장치(130)는 단지 제2 필터 장치(132)만 포함한다. 그러나, SIMO 필터 장치는, 하나 이상의 지연 장치들을 포함할 수도 있으며, 심지어 제2 필터 장치(132)와 병렬의 직접 피딩을 포함할 수도 있다.
증폭기 장치들(133)은, 각각의 제2 필터링된 신호 y1,y2,...,yk를 증폭 또는 승산 계수 α1, α2,..., αk로 증폭 또는 승산한다. 지금부터, 증폭 계수들, α1, α2,..., αk는 예측 계수들 α1, α2,..., αk이라고 언급될 것이다. 여기서, 예측 계수들은 시변적(time-varying) 또는 신호-의존적(signal-dependent)이다. 따라서, 제2 필터링된 신호들은 제2 결합기 장치(134)에 의해 가중 합계(weighted sum)로서 결합된다.
제2 결합기 장치(134)의 출력은 제1 필터링된 신호()이다. 여기서, 각각의 샘플은 입력 신호(x)의 이전 샘플들 x(n-j)에 기초하며, j는 0보다 크다. 제2 결합기 장치(134)는 제1 필터링된 신호()를 출력하며 제1 필터링된 신호()를 제1 결합기 장치(12)에 제공한다. 제1 결합기 장치(12)는 입력 신호(x)를 제1 필터링된 신호()와 결합하여 잔여 신호(r)를 얻는다.
지연 장치(131) 때문에, 필터 구조(13)에는 어떠한 무지연 루프도 없다. 따라서, 역 필터 및 합성 필터는 동일한 설계일 것이다. 즉, 이들 필터들은 서로 상보적(complementary)으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 1의 본 발명에 따른 역 필터의 예와 도 2의 본 발명에 따른 합성 필터의 예는 상보적이다. 또한, 필터 구조의 시간-주파수 분해능은 적절한 방식으로 제2 필터들의 전달 함수 Hk를 선택함으로써 미리 튜닝(tuning)될 수 있는데, 이는 제2 필터들은, 필터가 특정 주파수영역에 튜닝되도록 전달 함수 Hk의 파라미터들(예를 들어, 이득, 폴 및 제로)을 선택함으로써 임의의 적절한 유형의 안정적이며 인과적인 필터들일 수 있기 때문이다.
지연 장치 및 필터 및/또는 증폭기들은 상호교환적일 수 있다. 즉, 필터 및/또는 증폭기들은 지연 장치 이전에 위치할 수 있다. 그 경우에, 지연은 제1 필터링된 신호()를 저장하고 선행하는 제1 필터링된 신호를 내놓을 것이다. 그 다음, 선행하는 제1 필터링된 신호는 잔여 신호(r)를 얻기 위해 입력 신호(x)와 결합된다. 수학적 방식으로 말한다면, 지연 장치(131)와 필터 및/또는 증폭기들은 교환적(commutative)인 것이다. 그러나, 지연 장치, 필터 및/또는 증폭기들의 상대적 위치와는 독립적으로, 필터는 지연 장치 및 제1 결합기 장치에 통신가능하게 접속된다.
또한, 역 필터에 사용되는 파라미터들은, 예를 들어 도 2의 예에서와 같은 대응하는 합성 필터 내에 사용될 수 있다. 그리하여, 합성 필터는 예측 계수의 재계산을 위한 수단이 없이 구현될 수 있어 합성 필터의 비용이 저렴해진다. 역 필터의 설정은, 예를 들어, 별도의 데이터 채널을 통해 또는 잔여 신호(r)와 연합하여 합성 필터에 전송될 수 있다.
도 2는, 도 1의 역 필터 장치에 대한 실질적 역에 해당하는 합성 필터 장치 또는 디코더 장치(2)를 도시하고 있다. 합성 필터 장치(2)는 제1 결합기 장치(22)에 접속된 입력 포트(21)를 가진다. 또한 결합기 장치(22)는 합성 필터 장치(2)의출력(24)과 필터 구조(23)에 접속된다. 입력(21)에서 입력 신호(r)가 제공될 것이다. 그러면, 입력 신호(r)는 제1 결합기 장치(22)에 의해 수신되고 필터 구조(23)으로부터의 제1 필터링된 신호와 결합하여, 출력 신호(x)가 얻어진다. 만일 입력 신호(r)가 도 1의 역 필터 장치(1)로부터의 잔여 신호(r)라면, 출력 신호(x)는 역 필터 장치의 입력 신호(x)와 상당히 유사하다.
필터 구조(23)는 출력 포트(24)에 접속된 (버퍼 장치 또는 메모리 장치라고도 불리는) 지연 장치(231)와, 복수의 제2 필터 장치(232)를 포함한다. 제2 필터 장치(232)는, 제2 결합기 장치(234)에 접속된 증폭기 장치(233)에 접속된다. 제 결합기 장치(234)의 출력은 제1 결합기 장치(22)에 접속된다.
지연 장치(231)는 출력 샘플 x(n)을 저장하고 앞서 저장된 출력 샘플 x(n-j)을 내놓는다. 여기서, j는 0보다 크다. 제2 필터 장치들(232)은 앞서 저장된 출력 신호에 기초하여 제2 필터링된 신호들을 발생한다. 증폭기 장치들(233)은 각각의 제2 필터링된 신호에 예측 계수 α1, α2,..., αk을 곱한다. 따라서, 제2 필터링된 신호들은 제2 결합기 장치(234)에 의해 가중 합계로서 결합된다. 제2 결합기 장치(234)의 출력은 제1 필터링된 신호()이며, 여기서, 각각의 샘플은 출력 신호(x)의 이전 샘플들 x(n-j)에 기초하며, j는 0보다 크다. 제2 결합기 장치(234)는 제1 필터링된 신호()를 출력하며 제1 필터링된 신호()를 제1 결합기 장치(22)에 제공한다. 제1 결합기 장치(22)는 입력 신호(r)와 제1 필터링된 신호()를 결합하여 출력 신호(x)를 얻는다.
필터 구조(23) 내의 지연 장치 때문에, 이 필터 구조 내에는 어떠한 무지연 루프도 없다. 따라서, 합성 필터는 간단한 방식으로 역 필터와 상보적으로 만들어질 수 있다. 지연 장치 및 필터 및/또는 증폭기들은 상호교환적일 수 있다. 즉, 필터 및/또는 증폭기들은 지연 이전에 위치할 수 있다. 수학적 방식으로 말한다면, 지연 장치(231)와 필터 및/또는 증폭기들은 교환적(commutative)인 것이다.
도 1 및 2의 예들에서, 제2 필터 장치들은 지연 또는 버퍼 장치에 병렬로 접속된다. 따라서, 각각의 제2 필터링된 신호의 각각의 샘플은, 지연 또는 버퍼 장치로의 입력 신호의 선행 샘플들에 기초한다. 제2 필터 장치는 유사한 방식으로 직렬로 접속될 수 있다. 그 경우에, k번째 제2 필터링된 신호 yk는 k-1 번째 제2 필터링된 신호 yk-1에 기초한다.
본 발명에 따른 장치에서, 지연 장치는 임의의 필요한 지연을 가질 수 있다. 양호하게는, 지연은, 선형 신호가 버퍼에서 수신된 신호의 직전에 있도록 되는 방식이다. 즉, 지연은 단일 지연(single delay)이다.
도 3은 본 발명에 따른 역 필터링 방법의 흐름도이다. 단계들(I-VI)에서, 입력 샘플 x(n)이 수신되고 제1 필터링된 샘플이 발생된다. 단계(VI) 이후에, 제1 필터링된 샘플과 입력 샘플 x(n)이 결합되어 제1 결합 단계(VII)에서 잔여 샘플 r(n)이 얻어진다. 도시된 예에서, 단계(VII)에서의 결합은 감산 방법이지만, 입력 신호와 필터링된 신호간의 유사성의 측정치에 해당되는 잔여 신호(residual signal)가 얻어질 수 있는 한, 다른 연산도 가능하다. 그 후, 다음 입력 샘플이수신되고 단계(I-VII)가 다시 수행된다.
단계(I-VI)에서 제1 필터링된 샘플의 발생은 저장 단계(I)와 더불어 시작된다. 저장 단계(I)에서, 입력 샘플 x(n)이 수신되고 입력 샘플 x(n)은 버퍼에 저장된다. 단계(II)에서, 선행 입력 샘플 u(n)이 버퍼로부터 검색된다. 이 예에서, 선행 입력 샘플 u(n)은 직전의 선행 입력 샘플이다. 하나 이상의 다른 선행 샘플들을 이용하는 것도 가능하다. 직전의 선행 샘플만을 이용하게 되면 버퍼가 작아질 수 있다. 단계(III)에서, 카운터 값(k)은 다음 값(k+1)이 되도록 조정된다. 단계(III) 이후에, 제2 필터링 단계(IV)가 수행된다. 제2 필터링 단계에서 선행 입력 샘플 u(n) 상에 필터링 방법이 수행되어 제2 필터링된 샘플 yk(n)을 얻는다. 단계(V)에서, 카운터 값(k)은 어떤 사전설정된 수(K)와 비교된다. K는 수행될 제2 필터링 단계들의 총 개수를 가리킨다. 카운터 값(k)가 사전설정된 수(K)와 유사하지 않다면, 단계(II-V)가 다시 수행된다. 카운터 값(k)가 사전설정된 값(K)와 유사하다면, 제2 필터링된 신호들 y1(n), y2(n),..., yk(n)들은 제2 결합 단계(VI)에서 어떤 가중치 인자 αk와 결합되어, 제1 필터링된 샘플이 얻어진다.
도 4는 본 발명에 따른 합성 필터링 방법의 예의 흐름도를 도시한다. 도 4의 흐름도에 표시된 합성 필터링 방법은 도 2의 합성 필터 장치에 의해 수행될 수 있다.
단계(II)에서, 샘플 u(n)이 버퍼로부터 검색된다. 샘플 u(n)은 선행 출력 샘플 x(n-1)이다. 단계(III)에서, 카운터 값(k)은 다음 값(k+1)으로 조절된다. 단계(III) 이후에, 제2 필터링 단계(IV)가 수행된다. 제2 필터링 단계에서 전달 함수 Hk(z)를 갖는 필터링 방법이 샘플 u(n) 상에 수행되어, 제2 필터링 샘플 yk(n)을 얻는다. 단계(V)에서, 카운터 값(k)은 어떤 사전설정된 값(K)와 비교된다. K는 수행될 제2 필터링 단계들의 총 개수를 가리킨다. 카운터 값(k)가 사전설정된 수(K)와 유사하지 않다면, 단계(II-V)가 다시 수행된다. 카운터 값(k)이 사전설정된 값(K)과 유사하다면, 제2 필터링된 샘플들 y1(n), y2(n),..., yk(n)들은 제2 결합 단계(VI)에서 어떤 가중치 인자 αk와 결합되어, 제1 필터링된 샘플이 얻어진다. 제1 결합 단계(VIII)에서, 입력 샘플 r(n)은 제1 필터링된 샘플과 결합되어, 출력 샘플 x(n)이 얻어진다. 그 후, 출력 샘플 x(n)은 버퍼에 저장되고 절차는 반복된다.
본 발명에 따른 방법 또는 장치에서, 제2 필터링 단계들 또는 제2 필터 장치들은, 안정적이고 인과적이기만 하다면, 특정의 구현에 적합한 임의의 유형일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법 또는 장치는 적어도 하나의 필터 외에도 하나 이상의 직접 지연 또는 피딩을 포함할 수도 있다.
제2 필터링 단계들 또는 필터 장치는 예를 들어 재귀적이거나 무한 임펄스 응답(IIR) 필터링 단계들 또는 필터링 장치들일 수 있다. IIR 방법에서, 출력 신호의 지연된 및/또는 가중치부여된 샘플들이 출력 신호를 얻기 위해 사용된다. 또한, 제2 필터 장치의 적어도 하나는 비선형 필터 장치일 수 있다.
제2 필터링 또는 필터 장치는 심리-음향적으로 강화될(psycho-acoustically inspired) 수 있다. 즉, 인간의 청각 시스템에 필적할 만한 시간-주파수 분해능을 가진다. 예를 들어, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호의 제2 필터링 또는 발생은, 전달 함수 (1)을 갖는 전역통과 필터링일 수도 있다.
등식(1)에서, z-1은 지연 장치를 나타내고, k는 제2 필터링 단계들의 개수로서 1과 K사이의 양의 정수이다. K는 제2 필터 또는 필터링 단계들의 총 개수를 나타내고, λ는 0과 1사이의 절대값을 갖는 상수를 나타낸다. 예를 들어, 파라미터 λ는, 필터가 인간의 청각 시스템에 필적하는 시간-주파수 분해능을 갖도록 선택될 수 있다.
또한, 심리-음향학적으로 강화된 필터링은, 수학 알고리즘으로 기술되는 전달 함수 Hk(z)(2)를 갖는 Laguerre 필터링일 수도 있다.
등식(2)에서, k는 재귀적 필터링 단계들의 개수를 나타내고, z-1은 지연 장치를 나타내며, λ는 0과 1사이의 절대값을 갖는 파라미터를 나타낸다.
수학적 알고리즘으로 기술되는 전달 함수 (3)을 갖는 Kautz 필터링으로서 제2 필터링을 구현하는 것도 역시 가능하다.
등식(3)에서, k는 재귀적 필터링 단계들의 개수를 나타내고, z-1은 지연 동작을 나타내며, λm은 0과 1사이의 절대값을 갖는 파라미터이며, λm *는 λm의 복소 공액값을 나타낸다.
제2 필터링은, T. Irino등의 "A time domain, level dependent filter",J.Acoust. Soc Am., 101:412-419, 1997에 공지된 바와 같은, Gamma-톤 필터링 또는 Gamma-톤 필터 뱅크의 디지털 아날로그온(digital analogon)일 수도 있다. 일반적으로, Gamma-톤 필터들은 (4)와 같이 정의된 임펄스 응답 hk를 갖는 연속-시간 필터들이다.
여기서, 파라미터들은 적절한 심리-음향학적 데이터에 따라 튜닝된다. 이 등식에서,항은 통계적 Gamma-분포를 나타내고, ωk는 코사인 항의 주파수 또는 톤을 나타내고, t는 시간을, Φk는 위상을 나타낸다.
제2 필터링 후에, 매트릭스 연산과 같은 약간의 추가적 처리가 수행될 수도 있다. 필터링과 매트릭스 연산의 결합된 전달 함수는 (5)와 같은 수학적 알고리즘으로 표현될 수도 있다.
알고리즘에서, Hk(z)는 제2 필터들과 매트릭스가 결합된 전달 함수를 나타내고, k는 필터링 단계들의 개수를 나타내고, ckn은 매트릭스 내의 위치 k, n에서의 매트릭스 요소의 값을 나타내고, Gn(z)는 제2 필터 n의 전달 함수를 나타낸다. 등식(5)에서, 필터들 Gn(z)는 등식(2)의 Laguerre 필터 또는 등식(3)의 Kautz 필터들일 수 있다.
예를 들어, 제2 필터링된 신호들 y1,y2,...,yk는 푸리에 매트릭스로 승산될 수도 있다. 이 경우에, 등식(5)의 매트릭스 값들은 (6)과 같이 선택된다.
등식(6)에서, w는 가중치 함수를 나타내고, i는 -1의 제곱근을 나타내고, K는 제2 필터 섹션들의 개수를 나타낸다.
본 발명에 따른 필터 장치 및 필터링 방법은 선형 예측 코딩과 같은 데이터 압축 응용에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 인코더 장치 및 이와 통신가능하게 접속된 디코더 장치를 포함하는 코딩 시스템에서, 인코더 장치는 본 발명에 따른 역 필터 장치를 포함할 수 있으며 디코더 장치는 본 발명에 따른 합성 필터 장치를 포함할 수 있다.
예측 필터 또는 예측 인코더나 디코더에서, 예측 계수들 α1, α2,..., αk는 다음과 같은 절차를 이용하여 얻어질 수 있다. 도시된 예에서, 예측 계수들은 필터 내에 존재하는 신호들에 의존한다. 예를 들어, 예측 계수는 평균 제곱 에러의최소화와 같은, (얻어진) 샘플들 또는 신호들의 어떤 최적화 절차에 기초할 수 있다.
시점 n에서의 αk의 결정을 위해, n 부근의 입력 신호(x)가 선택된다. 예를 들어, t가 {n-M1, n-M1+1, ..., n+M2}일 때의 세그먼트 x(t)가 선택된다. 여기서, M1, M2> K이다. 그 다음, 세그먼트 x(t)는 (예를 들어, Hanning 윈도우에 의해) 윈도우화되어 윈도우화된 세그먼트(s)가 된다.
윈도우화된 세그먼트(s)는 새로운 세그먼트(s)에 대해 적합화된다. 예를 들어, 신호에는 제로들이 부가될 수도 있다. (이후 단계에서 수행되는) 매트릭스 반전(matrix inversion)시에 수치적 문제를 예방하기 위해 소정량의 적은 잡음이 추가될 수도 있고, 또는 신호 세그먼트(s)가 또 다른 세그먼트로 변환될 수도 있다. 이것은 예를 들어 심리-음향학적 관련 신호를 생성하기 위해 이루어진다. 그 경우에, 마스킹된 임계치가 세그먼트(s)로부터 계산되고 그 마스킹된 임계치상에 푸리에 변환이 수행되어 관련된 시간 신호를 얻을 수 있다.
그 다음, 본 발명에 따른 필터링 방법 또는 필터링 장치를 사용하여 선택적으로 적합화되거나 수정된 신호 s'가 처리되고 제2 필터링된 신호(yk)가 얻어진다.예측 계수들 α1, α2,..., αk는 등식(7)의 해를 구함으로써 결정된다.
Qα= P (7)
등식(7)에서, α는 예측 계수들 α=[α1, α2,..., αk]t을 포함하는 벡터이고, Q는 매트릭스이며, P는 등식(8)에 의해 그 요소들이 정의되는 벡터이다.
등식(8)에서, k와 l은 1보다 같거나 크지만 K보다는 작거나 같다. *는 복소 공액을 나타낸다. α를 결정하는데 필요한 매트릭스 반전에 관련된 수치적 문제를 피하기 위해, 예를 들어, 반전 이전에 매트릭스 Q에 작은 옵셋 매트릭스 εI를 추가하는 것과 같은, 공지된 정규화 기술이 이용될 수도 있다. 여기서, ε은 작은 수를 나타내며, I는 단위 매트릭스(identity matrix)이다. 예측 계수들의 결정은 임의의 시점 n에서 수행될 수 있다. 그러나, 사실상 계수들은 규칙적인 시간 간격들에서 결정될 수도 있다. 다른 시점들에 대한 예측 계수들은 보간 기법을 통해 결정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 필터링 방법은 ADPCM(Adaptive differential pulse code modulation) 방법에 적용될 수도 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 필터링 장치는, K. Saywood의 "Indroduction to Data compression", 제2판, Morgan Kaufmann 2000, 챕터 10.5에 공개된 바와 같이, ADPCM 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 필터 장치 또는 필터링 방법은 음성 또는 오디오 코딩이나 필터링에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터링 장치들은 다양한 장치들에 적용가능하다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력 신호 수신기 수단(21)과 코딩된 신호를 전송하는 안테나와 같은 전송기 수단(22)을 포함하는 컴퓨터 네트워크 라우터 또는 무선 전송기와 같은 데이타 전송 장치(20)에는, 상기 입력 신호 수신기 수단(21)과 전송기 수단(22)에 접속된 본 발명에 따른 예측 코더 장치(1)가 제공될 수 있다. 이와 같은 장치는 작은 대역폭을 이용하여 많은 양의 데이터를 전송할 수 있는데, 이는 코딩 절차가 데이타를 압축하기 때문이다.
SACD, DVD, 컴팩트 디스크, 또는 하드디스크와 같은 데이터 컨테이너 장치(31) 상에 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 장치, 예컨대, SACD 버너, DVD 버너, 또는 Mini Disc 레코더에도, 본 발명에 따른 예측 코딩 장치(1)를 적용할 수 있다. 이와 같은 장치(30)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 데이터 컨테이너 장치(31)를 위한 홀더 수단(32)과, 데이터 컨테이너 장치(31)에 데이터를 기록하기 위한 기록 수단(33)과, 예를 들어, 마이크로폰과 같은 입력 신호 수신 수단(34)과, 입력 신호 수신 수단(34) 및 기록 수단(33) 사이에 접속된 본 발명에 따른 예측 코더 장치(1)을 포함한다. 이 데이터 저장 장치(30)는 데이터 컨테이너 장치(31) 상에 더 많은 데이터를 저장할 수 있으면서도 한편으로는, 공지된 데이터 저장 장치들의 단점을 회피하고 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, DVD-롬 플레이어와 같은 입력 신호 수신 수단(41)과 본 발명에 따른 예측 인코딩된 신호에 대한 디코더 장치(11)를 구비한 데이터처리 수단(42)를 포함하는, 데이터 처리 장치(40)를 제공하는 것도 가능하다. 이와 같은 데이터 처리 장치(40)는 컴퓨터 또는 텔레비젼 셋탑 박스일 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 오디오 CD 플레이어와 같은 데이터 입력 수단(51)과, 본 발명에 따른 예측 인코딩된 신호들에 대한 디코더 장치(11)를 구비한 확성기와 같은 오디오 출력 수단(52)을 포함하는 홈 스테레오 또는 멀티채널 플레이어와 같은 오디오 장치(50)를 제공하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 도 9에 도시된 바와 같이, 마이크로폰과 같은 오디오 입력 수단(61)과 데이터 출력 수단(62)을 포함하는 오디오 레코더 장치(60)에 예측 코더 장치(11)를 제공함으로써, 동일한 양의 데이타 저장 공간을 이용하여 더 많은 데이터를 기록할 수 있다.
또한, 본 발명은, 도 10에 도시된 플로피 디스크(70)와 같은 데이터 컨테이너 장치에 저장되는 데이터에도 적용될 수 있다. 이와 같은 데이터 컨테이너 장치는, 예를 들어 Digital Versatile Disc 또는 Super Audio CDs 또는 이들을 제조하기 위한 마스타 또는 스탬퍼(stamper)일 수도 있다.
본 발명은 실시예의 장치 구현들로만 제한되는 것은 아니며 다른 장치들에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 특히, 본 발명은 물리적 장치들로만 제한되는 것은 아니며 보다 추상적인 종류의 논리적 장치 또는 장치 기능을 수행하는 소프트웨어에도 적용할 수 있다. 또한, 장치들은 물리적으로 분산되어 있으나 논리적으로는 하나의 장치로서 간주될 수도 있다. 또한, 장치들은 논리적으로는 별개의 장치들로 간주되나 하나의 물리적 장치 내에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 도 1의 각각의 제2 필터 장치(132)를 하나의 지연 장치로 구현함으로써, 버퍼 또는 지연 장치는 제2 필터 장치들 내에 물리적으로 통합되나, 논리적으로는 별도의 장치로 간주될 수 있다. 역 또는 합성 필터 장치는 그 자체로는 하나의 통합된 회로로서 구현될 수도 있다.
본 발명은, 컴퓨터 시스템 상에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하거나 범용 컴퓨터 시스템이 본 발명에 따른 필터 장치의 기능을 수행하도록 해주는 코드부를 포함하는, 컴퓨터 시스템 상에 실행되는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수도 있다. 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 시스템의 메모리 내에 로드가능한 데이터가 저장된 CD-ROM 또는 디스켓과 같은 데이터 캐리어 상에 제공될 수도 있다. 이 때의 데이터는 컴퓨터 프로그램을 나타낸다. 데이터 캐리어는 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램을 나타내는 신호를 나타내는 전화 케이블 또는 무선 접속과 같은 데이터 접속일 수도 있다.
전술된 설명에서, 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고도 다양한 수정과 변경이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적 의미가 아니라 설명을 위한 것으로 이해되어야 한다.

Claims (28)

  1. 역 필터링 방법에 있어서,
    - 입력 신호에 기초하여 제1 필터링된 신호를 발생하는 단계(I-VI)와;
    - 잔여 신호(residual signal)를 얻기 위해 상기 제1 필터링된 신호와 상기 입력 신호를 결합하는 단계(VII)를 적어도 포함하며,
    상기 발생 단계(I-VI)는,
    - 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는, 안정적이며 인과적인 단계(III-V)와,
    - 상기 제2 필터링된 신호들 중 적어도 하나를, 적어도 시간 또는 신호 의존적인 증폭 인자로 증폭하는 단계와;
    - 상기 적어도 하나의 제2 필터링된 신호에 기초하여 상기 제1 필터링된 신호를 얻는 단계(VI)와;
    - 상기 입력 신호에 관련된 제1 신호를 버퍼에 저장하는 단계(I)와;
    - 상기 버퍼로부터 지연된 신호를 검색하는 단계(II)를 포함하는, 역 필터링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력에 관련된 제1 신호를 버퍼에 저장하고 상기 버퍼로부터 지연된 신호를 검색하는 단계는, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계 이전에 수행되며,
    상기 제1 신호는 상기 입력 신호이고,
    상기 적어도 하나의 제2 필터링된 신호는 상기 지연된 신호에 기초하여 발생되는, 역 필터링 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 입력에 관련된 제1 신호를 버퍼에 저장하고 상기 버퍼로부터 지연된 신호를 검색하는 단계는, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계 이후에 수행되며,
    상기 제1 신호는 상기 제1 필터링된 신호이고,
    상기 적어도 하나의 제2 필터링된 신호는 상기 입력 신호에 기초하여 발생되는, 역 필터링 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선행 입력 신호는 상기 입력 신호의 직전 선행 신호인, 역 필터링 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계는, 적어도 하나의 비-선형 필터링 단계를 포함하는, 역 필터링 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계는, 적어도 하나의 재귀적(recursive) 필터링 단계를 포함하는, 역 필터링 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역 필터링 방법은 인간의 청각 시스템에 필적하는 시간-주파수 분해능(time-frequency resolution)을 갖는, 역 필터링 방법.
  8. 제6항 또는 제6 및 제7항에 있어서, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계는, 적어도 하나의 전역통과(all-pass) 필터링 단계를 포함하는, 역 필터링 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계는, 적어도 하나의 Laguerre 필터링 단계를 포함하는, 역 필터링 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계는, 적어도 하나의 Kautz 필터링 단계를 포함하는, 역 필터링 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 상기 단계는, Gamma-톤 필터링 단계를 포함하는, 역 필터링 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 필터링된 신호들 중 적어도 하나 상에 매트릭스 연산을 수행하는 단계를 더 포함하는, 역 필터링 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 필터링된 신호들 중 적어도 하나를 증폭하는 상기 단계는, 상기 제2 필터링된 신호들 중 적어도 하나를 예측 계수로 승산하는 단계를 포함하고, 상기 예측 계수는 예측 필터링 방법에 따라 얻어지는, 역 필터링 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터링된 신호들 중 적어도 하나를 증폭하는 상기 단계는, 상기 제2 필터링된 신호들 중 적어도 하나를 예측 계수로 승산하는 단계를 포함하고, 상기 예측 계수는 ADPCM(Adaptive pulse code modulation) 방법에 따라 얻어지는, 역 필터링 방법.
  15. 합성 필터링 방법에 있어서,
    - 출력 신호를 결정하기 위해 제1 필터링된 신호와 입력 신호를 결합하는 단계(VIII)와;
    - 상기 출력 신호로부터 제1 필터링된 신호를 발생하는 단계(I-VI)를 적어도 포함하고,
    상기 발생 단계는,
    - 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는, 안정적이며 인과적인단계(III-V)와;
    - 상기 제2 필터링된 신호들 중 적어도 하나를, 적어도 시간 또는 신호 의존적인 증폭 인자로 증폭하는 단계와;
    - 상기 적어도 하나의 제2 필터링된 신호에 기초하여 상기 제1 필터링된 신호를 얻는 단계(VI)와;
    - 상기 입력 신호에 관련된 제1 신호를 버퍼에 저장하는 단계(I)와;
    - 상기 버퍼로부터 지연된 신호를 검색하는 단계(II)를 포함하는, 합성 필터링 방법.
  16. 역 필터 장치에 있어서,
    - 입력 신호를 수신하는 입력 포트(11)와;
    - 상기 입력 포트에 접속되어, 제1 필터링된 신호와 상기 입력 신호를 결합함으로써 잔여 신호를 계산하는 제1 결합기 장치(12)와;
    - 상기 입력 포트 및 상기 제1 결합기 장치에 접속되어, 상기 입력 신호에 기초하여 제1 필터링된 신호를 발생하고 상기 제1 필터링된 신호를 상기 제1 결합기 장치에 제공하는 필터 구조(13)를 적어도 포함하고,
    상기 필터 장치는,
    - 상기 제1 결합기 장치에 접속되어 상기 잔여 신호를 출력하는 출력 포트(14)를 더 포함하고,
    상기 필터 구조(13)는,
    - 제1 신호를 저장하고 지연된 신호를 내놓기(release) 위한 버퍼 장치(131)와;
    - 상기 버퍼 장치 및 상기 제1 결합기 장치에 통신가능하게 접속되어, 상기입력 신호에 기초하여 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 적어도 하나의 안정적이며 인과적인 제2 필터 장치(130; 132)와;
    - 적어도 하나의 제2 필터 장치의 출력에 접속되며, 적어도 시간 또는 신호에 의존하는 증폭 인자를 갖는 적어도 하나의 증폭기 장치(133)와;
    - 상기 적어도 하나의 증폭기 장치 중 적어도 하나에 접속되어, 상기 적어도 하나의 제2 필터링된 신호로부터 상기 제1 필터링된 신호를 얻는 제2 결합기 장치(134)를 포함하는, 역 필터 장치.
  17. 합성 필터 장치에 있어서,
    - 입력 신호를 수신하는 입력 포트(21)와;
    - 상기 입력 신호와 제1 필터링된 신호를 결합하여 출력 신호를 얻는 제1 결합기 장치(22)와;
    - 상기 입력 포트 및 상기 제1 결합기 장치에 접속되어, 상기 출력 신호에 기초하여 제1 필터링된 신호를 발생하고 상기 제1 필터링된 신호를 상기 제1 결합기 장치에 제공하는 필터 구조(23)를 적어도 포함하고,
    상기 필터 장치는,
    - 상기 제1 결합기 장치에 접속되어 상기 잔여 신호를 출력하는 출력포트(24)를 더 포함하고,
    상기 필터 구조는,
    - 제1 신호를 저장하고 지연된 신호를 내놓는 버퍼 장치(231)와;
    - 상기 버퍼 장치 및 상기 제1 결합기 장치에 통신가능하게 접속되어, 상기입력 신호에 기초하여 적어도 하나의 제2 필터링된 신호를 발생하는 적어도 하나의 안정적이며 인과적인 제2 필터 장치(230; 232)와;
    - 적어도 하나의 제2 필터 장치의 출력에 접속되며, 적어도 시간 또는 신호에 의존하는 증폭 인자를 갖는 적어도 하나의 증폭기 장치(233)와;
    - 상기 적어도 하나의 증폭기 장치 중 적어도 하나에 접속되어, 상기 적어도 하나의 제2 필터링된 신호로부터 상기 제1 필터링된 신호를 얻는 제2 결합기 장치(234)를 포함하는, 합성 필터 장치.
  18. 입력 신호 수신기 수단과, 코딩된 신호를 전송하는 전송기 수단과, 상기 입력 신호 수신기 수단 및 상기 전송기 수단에 접속된 제16항에 따른 필터 장치를 포함하는, 데이터 전송 장치.
  19. 데이터 컨테이너 장치상에 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 장치에 있어서,
    데이터 컨테이너 장치에 대한 홀더 수단과, 상기 데이터 컨테이너 장치에 데이터를 기록하는 기록 수단과, 입력 신호 수신기 수단과, 상기 입력 신호 수신기수단 및 상기 기록 수단에 접속된 제16항에 따른 필터 장치를 포함하는, 데이터 저장 수단.
  20. 입력 신호 수신기 수단과, 데이터 처리 수단과, 상기 입력 신호 수신기 수단 및 상기 데이터 처리 수단에 통신가능하게 접속된 제17항에 따른 필터 장치를 포함하는, 데이터 처리 장치.
  21. 데이터 입력 수단과, 오디오비주얼 출력 수단과, 제17항에 따른 필터 장치를 포함하는, 오디오비주얼 장치.
  22. 오디오비주얼 입력 수단과, 오디오비주얼 출력 수단과, 제16항에 따른 필터 장치를 포함하는, 오디오비주얼 레코더 장치.
  23. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 필터링된 신호들을 나타내는 데이터를 포함하는, 데이터 컨테이너 장치.
  24. 코딩 시스템에 있어서,
    - 인코더 장치와,
    - 상기 인코더 장치에 통신가능하게 접속된 디코더 장치를 포함하고,
    상기 인코더 장치는 제16항에 따른 적어도 하나의 역 필터 장치를 포함하며,
    상기 디코더 장치는 제17항에 따른 적어도 하나의 합성 필터 장치를 포함하는, 코딩 시스템.
  25. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 수행하는 코드부를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  26. 제25항에 따른 컴퓨터 프로그램을 나타내는 데이터를 포함하는, 데이터 캐리어 장치.
  27. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻어진 적어도 하나의 신호를 포함하는, 데이터 스트림.
  28. 상기 제2 필터링된 신호의 증폭에 관련된 데이터를 더 포함하는 제27항에 따른 데이터 스트림.
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