KR20040011669A - Device and Method for processing speech signal in communication system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 유무선 전송 구간을 통하여 음성을 전달할 때 서로 다른 방식의 복호화 기법을 선택적으로 적용하여 전달 구간의불량에 의해 발생하는 음질의 급격한 저하를 방지할 수 있도록한 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a communication system, and in particular, when a voice is transmitted through a wired / wireless transmission section, a communication system that selectively prevents a sudden drop in sound quality caused by a bad transmission section by selectively applying different decoding techniques. The present invention relates to an audio signal processing apparatus and method.
통신 시스템에 사용되는 음성 부호화(speech coding) 방법은 크게 파형 부호화(waveform coding), 보코딩(vocoding; voice coding) 그리고 혼성 부호화(hybrid coding)로 나눌 수 있다.Speech coding methods used in communication systems can be broadly classified into waveform coding, vocoding (vocoding), and hybrid coding.
첫째, 파형 부호화 방식을 설명하면 다음과 같다.First, the waveform encoding method will be described.
파형 부호화 방식은 정보 목적지에서 복원된 신호가 정보 발생지에서의 원래 신호의 모양을 그대로 보존하도록 하는데 그 목적이 있다.The purpose of the waveform coding scheme is to allow a signal reconstructed at the information destination to preserve the shape of the original signal at the information source.
이 방식은 음성 신호뿐만 아니라 크기가 제한된 다른 신호(예를 들면, PC 통신에서 사용되는 PSK(Phase Shift Keying)신호)에도 사용할 수 있다.This method can be used not only for voice signals but also for other signals of limited size (e.g., a phase shift keying signal used in PC communication).
이와 같은 이유로 파형 부호화기는 보통 한 표본 단위로 동작하며 신호대 잡음비(SNR)와 같은 객관적인 척도로 부호화기의 성능을 측정할 수 있다.For this reason, waveform encoders usually operate on a single sample basis and can measure the encoder's performance on an objective scale, such as signal-to-noise ratio (SNR).
파형 부호화 방식에는 PCM(Pulse Code Modulation), DM(Delta Modulation), APCM(Adaptive PCM), DPCM(Difference PCM), ADPCM(Adaptive Difference PCM)등이 있다.Waveform coding schemes include pulse code modulation (PCM), Delta Modulation (DM), Adaptive PCM (APCM), Difference PCM (DPCM), and Adaptive Difference PCM (ADPCM).
이와 같이 입력 음성의 파형 자체를 부호화하는 파형 부호화 방식은 부호화와 복호화 과정을 거쳐도 입력 음성의 파형 자체를 거의 완벽하게 재현할 수 있다.As such, the waveform encoding method for encoding the waveform of the input voice can almost completely reproduce the waveform of the input voice even after encoding and decoding.
그러나 전송 에러가 없는 유선상의 전송에는 뛰어난 음질을 보장하지만, 전송 에러의 발생 빈도가 높은 무선 구간을 통한 전송에는 음질의 급격한 저하가 발생할 수도 있다.However, although excellent sound quality is guaranteed for transmission over a wire without transmission errors, a sudden drop in sound quality may occur in transmission over a wireless section where transmission errors are frequently generated.
둘째, 음성 부호화 방법 중에 보코딩(vocoding)에 관하여 설명하면 다음과 같다.Second, vocoding in the speech encoding method will be described below.
원천 부호화(source coding)는 PCM으로 바뀐 디지털 신호를 보다 효율적인 전송을 위하여 압축하는데 그 목적이 있다.Source coding aims to compress digital signals converted to PCM for more efficient transmission.
보코딩은 사람의 음성 신호의 생성 모델에 근거하여 음성 신호로부터 여기원(excitation source)과 성도(vocal tract)의 특성 파라미터를 추출하고, 합성시에는 이 두 특성 파라미터를 이용하여 다시 원래의 음성을 복원하는 방법이다.Vocoder extracts the characteristic parameters of the excitation source and vocal tract from the speech signal based on the generation model of the human speech signal. How to restore.
보코딩에서는 신호 파형의 모양을 재생해 내는 것이 아니라 사람의 귀로 듣는데 있어서 원래의 신호와 차이가 없도록 소리(sound)만을 재생한다.In vocoding, the shape of the signal waveform is not reproduced, but only sound is reproduced so that it is not different from the original signal in the human ear.
따라서 보코더의 성능 평가에는 신호 대 잡음비가 적합하지 않으므로 주관적인 척도인 MOS(Mean Opinion Score)를 이용한다.Therefore, since the signal-to-noise ratio is not suitable for vocoder performance evaluation, the subjective measure, the Mean Opinion Score (MOS), is used.
셋째, 음성 부호화 방법 중에 혼성 부호화(hybrid coding)에 관하여 설명하면 다음과 같다.Third, hybrid coding in the speech coding method will be described below.
혼성 부호화법은 파형 부호화 방식과 보코딩 방식의 장점을 결합시킨 부호화 방법으로, 보코딩을 하여 음성 파라미터를 추출해낸 후에 잔여 신호에 대하여 파형 부호화를 하는 것이다.The hybrid coding method combines the advantages of the waveform coding method and the vocoding method. The hybrid coding method performs vocoding to extract a speech parameter and then performs waveform coding on a residual signal.
즉, 분석시에는 보코딩법에서 사용하는 음성 생성 모델을 그대로 적용하여 성도의 특성을 양자화 및 표본화하고, 또한 성도의 특성이 제거된 예측 오차 신호(여기원 신호라고도 함)를 최대한 그 모양을 유지하면서 그대로 전송하고자 방법이다.In other words, during analysis, the speech generation model used in the vocoding method is applied as is to quantize and sample the characteristics of the saints, and maintain the shape of the prediction error signal (also referred to as the excitation signal) from which the characteristics of the saints are removed. While still trying to transmit.
현재의 대부분의 이동 통신의 음성 부호화기는 이 혼성 부호화 방식을 사용하고 있으며, Q-CELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction), EVRC(Enhanced Variable Rate Coder)도 모두 혼성 부호화 방식의 음성 부호화기이다.The voice coders of most mobile communication systems use this hybrid coding scheme, and both Q-CELP (Qualcomm Code Excited Linear Prediction) and EVRC (Enhanced Variable Rate Coder) are also hybrid coding schemes.
이 밖의 혼성 부호화 방식에는 유럽 GSM의 표준인 RPE-LTP(Regular Pulse Excited Long Term Prediction), 북미 TDMA와 일본 PDC(Personal Digital Cellular)의 표준인 VSELP(Vector Sum Excited Linear Prediction) 그리고 위성통신인 INMARSAT(International Maritime Telecommunication Satellite Organization) 에서 사용하는 IMBE(Improved Multi-Band Excitation) 등이 있다.Other hybrid coding methods include RPE-LTP (Regular Pulse Excited Long Term Prediction), which is the standard of European GSM, Vector Sum Excited Linear Prediction (VSELP), which is the standard of North American TDMA and Japanese PDC (Personal Digital Cellular), and INMARSAT (satellite). There is an IMBE (Improved Multi-Band Excitation) used by the International Maritime Telecommunication Satellite Organization.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 통신 시스템에서 파형 부호화를 이용한 음성 신호 처리에 관하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, voice signal processing using waveform encoding in a communication system of the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술의 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도이다.1 is a block diagram illustrating speech encoding and decoding in a communication system of the related art.
도 1은 음성을 부호화 수단(11)에서 부호화하여 매체를 통하여 전송하고 이를 수신측의 복호 수단(12)에서 받아 복호하여 수신측에서 음성을 수신할 수 있도록한 블록 구성을 나타낸 것이다.FIG. 1 shows a block configuration in which a speech is encoded by the encoding means 11, transmitted through a medium, received by the decoding means 12 on the receiving side, and decoded to receive the speech on the receiving side.
종래 기술에서 부호화 수단(11)으로 파형 부호기를 사용하고 복호화 수단(12)으로 파형 복호기를 사용하는 경우를 예로 하여 설명하면 다음과 같다.In the prior art, a waveform encoder is used as the encoding means 11 and a waveform decoder is used as the decoding means 12.
입력 음성을 부호화 수단(11) 즉, 파형 부호기를 이용하여 PCM으로 부호화하고, 전송 매체를 통하여 상대편으로 전송하며, 상대편은 전달된 PCM신호를 복호 수단(12) 즉, 파형 복호기를 이용하여 음성으로 재생한다.The input speech is encoded into PCM using the encoding means 11, that is, the waveform encoder, and transmitted to the opposite side through the transmission medium, and the opposite side sends the transmitted PCM signal to the speech using the decoding means 12, that is, the waveform decoder. Play it.
이때, 전송매체가 불량하여 일부의 PCM신호가 불량이 발생되면, 이 신호를 가지고 파형 복호기를 이용하여 음성으로 재생하는 경우 음성이 심하게 손상되어 들리게 된다.At this time, when some of the PCM signals are defective due to the transmission medium being poor, when the audio is reproduced using the waveform decoder with this signal, the voice is severely damaged.
이와 같은 종래 기술의 통신 시스템에서의 음성 부호화 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.The speech coding method in such a prior art communication system has the following problems.
첫째, 파형 부호화 방식을 사용하는 경우에는 전송 에러가 없는 유선상의 전송에는 뛰어난 음질을 보장하지만, 전송 에러의 발생 빈도가 높은 무선 구간을 통한 전송에는 음질의 급격한 저하가 발생할 수도 있다.First, in the case of using the waveform coding method, an excellent sound quality is guaranteed for a wired transmission without a transmission error, but a sudden drop in sound quality may occur in a transmission over a wireless section where a transmission error occurs frequently.
둘째, 음성 부호화에 보코딩 방식을 사용하는 경우에는 음성의 발생 원리에 따라 모델링한 파라미터를 이용하여 음성을 만들어 냄으로써, 음질의 급격한 저하를 방지하는 방법을 사용하여 무선상의 전송 불량에 대해서는 우수한 특성을 갖고 있으나 음성이 아닌 모든 입력 파형에 대해서도 보코딩을 하여 신호의 열화가 발생한다.Second, when vocoding is used for speech coding, speech is generated using parameters modeled according to the principle of speech generation. Thus, a method of preventing a sudden drop in sound quality is used. However, vocoding is performed on all input waveforms that are not audio, resulting in signal degradation.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 음성 부호화 방식의 문제를 해결하기 위한 것으로, 유무선 전송 구간을 통하여 음성을 전달할 때 서로 다른 방식의 복호화 기법을 선택적으로 적용하여 전달 구간의 불량에 의해 발생하는 음질의 급격한 저하를 방지할 수 있도록한 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of the prior art speech coding scheme, and when the speech is transmitted through the wired and wireless transmission interval, by selectively applying different decoding schemes, the sound quality caused by the failure of the transmission interval is sudden. It is an object of the present invention to provide a voice signal processing apparatus and method of a communication system capable of preventing degradation.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호처리 장치는 부호화된 신호를 수신하여 복호화하는 제 1 복호 수단;상기 제 1 복호 수단의 출력 신호를 이용하여 다른 방식으로 복호화하는 제 2 복호 수단;상기 제 1 복호 수단 또는 제 2 복호 수단에서 출력되는 신호를 선택적으로 출력하는 음성 재생 경로 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a speech signal processing apparatus of a communication system, including: first decoding means for receiving and decoding an encoded signal; second decoding for another method using an output signal of the first decoding means; Decoding means; It characterized in that it comprises a voice reproduction path selection unit for selectively outputting the signal output from the first decoding means or the second decoding means.
또 다른 목적을 달성하기 의한 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 방법은 제 1 방식으로 복호화된 데이터를 입력하는 단계;데이터가 입력되면 전송 불량이 발생하였는가를 판단하는 단계;전송 불량이 없는 경우 재생된 음성 신호를 제 1 경로를 통하여 출력하는 단계;전송 불량이 있는 경우에 제 2 방식으로 음성 신호를 재생하고 재생된 음성 신호를 제 2 경로를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a voice signal processing method of a communication system, the method comprising: inputting decoded data in a first manner; determining whether a transmission failure occurs when data is input; Outputting the reproduced voice signal through the first path; reproducing the voice signal in a second manner in the case of transmission failure and outputting the reproduced voice signal through the second path.
도 1은 종래 기술의 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도1 is a configuration block diagram for speech encoding and decoding in a prior art communication system.
도 2는 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도2 is a block diagram illustrating speech encoding and decoding in a communication system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 신호 재생을 위한 플로우 차트3 is a flowchart for reproducing a voice signal in a communication system according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21. 부호화 수단 22. 제 1 복호 수단21. Coding means 22. First decoding means
23. 제 2 복호 수단 24a. 보코더 부호기23. Second decoding means 24a. Vocoder Encoder
24b. 보코더 복호기 25. 음성 재생 경로 선택부24b. Vocoder decoder 25. Voice playback path selector
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a voice signal processing apparatus and method of a communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도이다.2 is a block diagram illustrating speech encoding and decoding in a communication system according to the present invention.
본 발명은 음성 복호화 단계에서 전송 불량이 발생한 경우와 전송 불량이 발생하지 않은 경우를 구분하여 음성 재생 경로를 선택할 수 있도록한 것이다.According to the present invention, a voice reproduction path can be selected by distinguishing between a case where a transmission failure occurs and a case where a transmission failure does not occur.
즉, 부호화된 신호를 유무선 구간을 통하여 전송하고, 음성 재생시에는 전송 불량이 발생되지 않은 경우와 전송 불량이 발생한 경우를 구분하여 제 1 복호 수단과 제 2 복호 수단을 선택적으로 사용하여 음성을 재생한다.That is, the encoded signal is transmitted through the wired / wireless section, and during speech reproduction, speech is reproduced by selectively using the first decoding means and the second decoding means by distinguishing the case where no transmission failure occurs and the case where the transmission failure occurs. .
여기서, 부호화 수단으로는 파형 부호기, 보코더 부호기를 모두 포함하고 전송 매체를 통하여 수신된 부호화 신호가 PCM, 디지털 신호이면 어떤 부호기를 사용하느냐에 관계없이 적용할 수 있다.Here, the encoding means includes both a waveform encoder and a vocoder encoder, and can be applied regardless of which encoder is used if the encoded signal received through the transmission medium is a PCM or a digital signal.
또한, 제 1 복호 수단 역시 도 2에서와 같이 파형 복호기로 한정되는 것이 아니고, 보코더 복호기를 포함하는 다른 복호 수단을 적용할 수 있음은 당연하다.In addition, the first decoding means is not limited to the waveform decoder as in FIG. 2, but it is obvious that other decoding means including a vocoder decoder can be applied.
그리고 제 2 복호 수단 역시 보코더 부호기,보코더 복호기로 한정되지 않고 다른 종류의 보코더 부호기,보코더 복호기를 적용할 수 있다.The second decoding means is not limited to the vocoder encoder and the vocoder decoder, but other types of vocoder encoders and vocoder decoders may be applied.
이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치의 일실시예를 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.One embodiment of the voice signal processing apparatus of the communication system according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 as follows.
입력되는 음성 신호를 부호화하는 부호화 수단(21)와, 상기 부호화 수단(21)을 통하여 부호화된 신호를 전송 매체를 통하여 수신하여 복호하는 제 1 복호 수단(22)과, 상기 제 1 복호 수단(22)의 출력 신호를 보코딩 방식으로 부호화하는 보코더 부호기(24a)와 상기 보코딩 방식으로 부호화된 신호에서 음성 파라메터를 추출하여 복호하는 보코더 복호기(24b)를 포함하는 제 2 복호 수단(23)과, 상기 제 1 복호 수단(22),제 2 복호 수단(23)에서 출력되는 신호를 선택적으로 출력하는 음성 재생 경로 선택부(25)를 포함하고 구성된다.Encoding means 21 for encoding the input audio signal, first decoding means 22 for receiving and decoding a signal encoded by the encoding means 21 through a transmission medium, and the first decoding means 22. Second decoding means (23) comprising a vocoder encoder (24a) for encoding the output signal of the vocode method, and a vocoder decoder (24b) for extracting and decoding speech parameters from the vocoded signal. And a voice reproduction path selection section 25 for selectively outputting the signal output from the first decoding means 22 and the second decoding means 23.
여기서, 음성 재생 경로 선택부(25)는 전송 구간이 양호할 때에는 "A" 경로를 선택하여 제 1 복호 수단(22)를 사용하여 음성을 재생해 내고, 전송 구간이 불량할 때에는 "B" 경로를 선택하여 제 2 복호 수단(23)을 사용하여 음성을 재생해 낸다.Here, the voice reproducing path selector 25 selects the "A" path when the transmission section is good and reproduces the voice using the first decoding means 22, and when the transmission section is bad, the "B" path. Is selected to reproduce the voice using the second decoding means 23.
여기서, 본 발명의 일실시예로 부호화 수단(21)으로 파형 부호기를 사용하고 제 1 복호 수단(22)으로 파형 복호기를 사용하고 제 2 복호 수단(23)으로 보코더 부호기(24a),보코더 복호기(24b)를 사용하여 장치를 구성할 수 있다.Here, as an embodiment of the present invention, the waveform encoder is used as the encoding means 21, the waveform decoder is used as the first decoding means 22, and the vocoder encoder 24a is used as the second decoding means 23, and the vocoder decoder ( 24b) can be used to configure the device.
또한, 부호화 수단(21),제 1 복호 수단(22)으로 보코더 부호기,보코더 복호기를 적용하는 경우에는 제 2 복호 수단(23)으로 다른 종류의 보코더 부호기,보코더 복호기를 적용하여 장치를 구성할 수 있다.When the vocoder encoder and the vocoder decoder are applied to the encoding means 21 and the first decoding means 22, the apparatus can be configured by applying different types of vocoder encoders and vocoder decoders to the second decoding means 23. have.
이는 전체적으로 최상의 음질을 재생하기 위한 것으로 파형 부호화 방식은 전송 불량이 적게 발생하는 유선 등과 같은 전송 매체를 통한 음성 전달에 주로 사용하며, 보코딩 방식은 전송 불량이 다수 발생하는 무선 등과 같은 전송 매체를 통한 음성 전달에 사용하기 위한 것이다.This is to reproduce the best sound quality as a whole. The waveform coding method is mainly used for voice transmission through a transmission medium such as a wire which generates less transmission defects, and the vocoding method uses a transmission medium such as wireless, which generates a large number of transmission defects. It is intended for use in voice transmission.
이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치의 음성 신호 재생 동작을 설명하면 다음과 같다.The voice signal reproducing operation of the voice signal processing apparatus of the communication system according to the present invention will be described as follows.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 신호 재생을 위한 플로우 차트이다.3 is a flow chart for reproducing a voice signal in a communication system according to the present invention.
먼저, 복호화된 데이터가 입력되면(S301) 복호화 데이터를 이용하여 전송 불량이 발생하였는가를 판단한다.(S302)First, when the decoded data is input (S301), it is determined whether a transmission failure occurs using the decoded data. (S302)
전송 불량의 판단은 입력 데이터의 CRC(Cyclic Redundancy Check)값을 체크하는 방법을 사용할 수 있다.The determination of the transmission failure may use a method of checking a cyclic redundancy check (CRC) value of the input data.
이 단계에서 전송 불량이 없는 경우에는 음성 재생 경로 선택부(25)의 스위치를 "A"에 연결하여 재생된 음성 신호를 제 1 경로를 통하여 출력한다.(S303)If there is no transmission failure in this step, the switch of the audio reproduction path selector 25 is connected to "A" to output the reproduced audio signal through the first path (S303).
그리고 전송 불량이 있는 경우에는 보코더 기술을 사용하여 LPC(Linear Predictive Coding), 피치(Pitch) 등의 음성 파라미터를 추출하여 음성 신호를 재생하고(S304) 제 2 경로를 이용하여 재생된 음성 신호를 출력한다.(S305)If there is a transmission failure, the voice signal is reproduced by extracting voice parameters such as linear predictive coding (LPC) and pitch using vocoder technology (S304) and output the reproduced voice signal using the second path. (S305)
이와 같은 본 발명에 따른 음성 신호 처리 방법에서 음성 신호 부호화 단계에서 파형 부호화 방식을 사용하고 제 1 복호 수단(22)으로 파형 복호기를, 제 2 복호 수단(23)으로 보코딩 방식을 사용하는 경우에 손상된 PCM 신호를 대체하기 위해 음성 신호 출력을 1~20 msec정도 지연해서 출력할 수 있다.In the speech signal processing method according to the present invention, when the waveform coding method is used in the audio signal coding step, the waveform decoder is used as the first decoding means 22 and the vocoding method is used as the second decoding means 23. To replace damaged PCM signal, voice signal output can be delayed by 1 ~ 20 msec.
여기서, 보코더 기술을 사용하여 추출해낸 음성 파라미터를 사용하여 음성을 만들어 내고 음성 재생 경로 선택부(25)의 스위치를 "B"에 연결하여 음성을 출력하는 경우에서, 보코더 기술은 보코딩 방식과 혼성 부호화 방식을 모두 포함하는 것이다.Here, in the case where a voice is produced using the voice parameter extracted using the vocoder technology and the voice is output by connecting the switch of the voice reproduction path selection unit 25 to "B", the vocoder technology is mixed with the vocoding method. It includes all the coding schemes.
이와 같은 본 발명은 음성 신호 재생 단계에서 전송 불량의 유무에 따라 서로 다른 방식의 복호화 방식을 선택적으로 적용하여 전송 에러에 의한 음질 저하를 막을 수 있도록한 것이다.As described above, the present invention is to prevent the degradation of sound quality due to transmission error by selectively applying different decoding methods according to the presence or absence of transmission failure in the voice signal reproduction step.
이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.Such a voice signal processing apparatus and method of a communication system according to the present invention has the following effects.
본 발명은 음성 신호 재생 단계에서 서로 다른 방식의 복호화 기술을 선택적으로 적용하여 유선 구간에서의 전송 에러 발생 억제 및 무선 구간에서의 음질의 급격한 저하를 억제한다.The present invention selectively applies different decoding techniques in the speech signal reproducing step to suppress transmission error occurrence in the wired section and suppress the sudden drop in sound quality in the wireless section.
이는 유무선 전송 구간이 혼재된 전송 매체에서의 뛰어난 음질을 보장하는 음성 신호의 전송 처리를 가능하게 하는 효과가 있다.This has the effect of enabling a transmission process of a voice signal that guarantees excellent sound quality in a transmission medium in which wired and wireless transmission sections are mixed.
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