KR20050007853A - Open-loop pitch estimation method in transcoder and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 켈프 (CELP: Code-Excited Linear Prediction) 방식의 음성 코딩 기술에 관한 것으로, 특히 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 간의 상호부호화를 위한 상호부호화기에서 개회로 피치 추정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a speech coding technique of Code-Excited Linear Prediction (CELP) scheme, and more particularly, to a method and apparatus for open circuit pitch estimation in a mutual encoder for mutual encoding between different CELP speech codecs.
음성을 디지털로 전송하는 기술은 기존 전화망을 비롯한 유선 통신뿐만 아니라 무선 통신 및 최근 많은 관심을 끌고 있는 VoIP(Voice over Internet Protocol) 망에서도 널리 사용되고 있다. 음성을 단순히 8 kHz로 샘플링 후 샘플당 8 bit로 부호화하여 전송한다면, 64 kbps(kilo bits per second) 정도의 데이터 전송율을 필요로 한다. 그러나, 음성 분석과 적절한 코딩 방식을 채용한다면 훨씬 더 낮은 전송율로 음성을 고품질로 전송할 수 있다.The technology of transmitting voice digitally is widely used in wireless communication and voice over internet protocol (VoIP) network, which has recently attracted much attention, as well as wired communication including the existing telephone network. If voice is simply sampled at 8 kHz and then encoded at 8 bits per sample and transmitted, a data rate of about 64 kbps (kilo bits per second) is required. However, with speech analysis and proper coding schemes, speech can be transmitted at high quality at much lower rates.
음성 생성 모델로부터 파라미터를 추출하여 음성을 압축하는 장치를 보통 보코더(vocoder)라고 부른다. 이러한 장치는 입력 음성으로부터 파라미터들의 추출을 위해 음성을 분석하는 부호화기와 전송 채널을 통해 전송된 파라미터로부터 수신 측에서 재합성하는 복호화기로 구성된다. 선형 예측 기반의 타임-도메인 보코더는 최근까지 가장 널리 사용되고 있다. 이러한 선형예측 기반의 타임-도메인 보코더는 과거 음성 샘플들로부터 현재 음성 샘플을 예측하여 원 샘플과의 오류가 최소가 되도록 하는 예측 필터의 계수를 계산하고, 예측 필터를 통과한 오류 신호를 적응 코드북과 고정 코드북으로 모델링하는 방식을 이용한다.A device that compresses speech by extracting parameters from a speech generation model is commonly called a vocoder. Such an apparatus consists of an encoder that analyzes the speech for extraction of parameters from the input speech and a decoder that resynthesizes on the receiving side from the parameters transmitted through the transmission channel. Time-domain vocoders based on linear prediction have been the most widely used until recently. This linear prediction based time-domain vocoder predicts the current speech sample from past speech samples, calculates the coefficients of the prediction filter to minimize the error with the original sample, and converts the error signal passing through the prediction filter into the adaptive codebook. Use modeling as a fixed codebook.
보코더의 기능은 음성 자체에 존재하는 중복성(Redundancy)을 제거함으로써, 낮은 전송 비트율로 음성 신호를 압축하는 것이다. 일반적으로, 음성은 입술과 혀의 필터링 동작으로 인한 단기간 중복성과 성대의 떨림으로 인한 장기간 중복성을갖는 것으로 알려져 있다. CELP 기반의 보코더는 이러한 두 가지 특성을 각각의 필터로 모델링하는데, 이들을 각각 단기간 포만트 필터와 장기간 피치 필터라고 부른다. 이 두 개의 필터를 통해서 중복성이 제거되고 남는 잔여 신호는 CELP의 종류에 따라 백색 가우시안 잡음(White Gaussian Noise) 혹은 다중 펄스(multi-pulse) 등으로 모델링되어 부호화될 수 있다. 이러한 기술의 근간은 두 필터의 계수를 계산하는 것이다. 포만트 필터 혹은 LPC (Linear Predictive Coding) 필터는 음성의 단기간 예측 과정을 수행하고, 피치 필터는 음성의 장기간 예측 과정을 수행한다. 마지막으로 잔여 신호는 합성에 의한 분석(analysis-by-synthesis) 기법을 이용해서 최적의 신호로 모델링 된다. 이러한 분석을 통해서 채널로 전송되는 파라미터는 포만트 정보와 피치 정보 및 잔여 신호 정보 등을 포함한다.The function of the vocoder is to compress the speech signal at a low transmission bit rate by removing the redundancy present in the speech itself. In general, voice is known to have short-term redundancy due to filtering of the lips and tongue and long-term redundancy due to tremors of the vocal cords. CELP-based vocoders model these two characteristics as separate filters, which are called short-term formant filters and long-term pitch filters, respectively. The residual signal after redundancy is removed through the two filters may be modeled and encoded as white Gaussian noise or multi-pulse according to the type of CELP. The basis of this technique is to calculate the coefficients of the two filters. The formant filter or LPC (Linear Predictive Coding) filter performs the short term prediction process of speech, and the pitch filter performs the long term prediction process of speech. Finally, the residual signal is modeled as the optimal signal using an analysis-by-synthesis technique. Parameters transmitted to the channel through this analysis include formant information, pitch information, and residual signal information.
최근 음성 전송을 위한 여러 가지 망이 공존하고 있다. 그러나, 이들 망에서 각각의 망 특성을 고려한 특정한 코덱을 채용하고 있기 때문에 망간 연동을 위해서는 서로 다른 코덱간 포맷 변환 작업을 필요로 하게 된다. 이 작업을 상호부호화(transcoding) 과정이라고 부르며 이 작업을 수행하는 장치를 상호부호화기(transcoder)라 한다. 상호부호화 과정을 위해 종래에는 단순히 한 코덱의 복호화기와 다른 코덱의 부호화기를 이어 붙이는 탠덤(tandem) 방식이 사용되었다. 그러나, 이 탠덤 방식의 상호부호화 과정은 음성 부호화와 복호화 과정을 두 번 거침으로 인해서 음질 저하, 알고리즘 지연 증가 및 계산량 증가 등의 단점을 가진다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 탠덤 방식에서와 같이 복호화 과정을 거치지 않고 부호화된 비트스트림에서 직접 변환을 수행하는 비트스트림 매핑 방식의 상호부호화가 사용된다.Recently, various networks for voice transmission coexist. However, since these networks employ specific codecs considering their respective network characteristics, format conversion between different codecs is required for interworking between networks. This task is called the transcoding process, and the device that does it is called the transcoder. For the mutual encoding process, a tandem method is conventionally used by simply connecting a decoder of one codec and an encoder of another codec. However, this tandem mutual encoding process has disadvantages such as deterioration of sound quality, increased algorithm delay, and increased computation amount due to two times of speech encoding and decoding process. In order to compensate for this drawback, as in the tandem method, mutual encoding of a bitstream mapping method that directly converts the encoded bitstream without performing a decoding process is used.
도 1은 탠덤 방식과 비트스트림 매핑 방식의 상호부호화 과정을 비교한 도면이다. 도 1(a)을 참조하여, 탠덤 방식은 송신단에서 입력 음성 신호를 부호화기(102)를 통해서 비트스트림(A)로 부호화한 다음 제1채널(104)로 전송한다. 제1채널(104)을 통해서 수신된 비트스트림(A)은 상호부호화기(114)의 복호화기(106)를 통해서 복호화되어 PCM(Pulse-Coded Modulation) 신호로 바뀐다. 복호화된 PCM 신호는 상호부호화기(114)의 부호화기(108)를 통해서 비트스트림(B)으로 부호화되어 제2채널(110)을 통해 최종 수신단의 복호화기(112)로 전송된다. 수신단의 복호화기(112)를 통해 출력 음성 신호가 얻어진다. 여기서 탠덤 방식의 상호부호화기(114)는 복호화기(106)와 부호화기(108)로 구성된다. 반면, 도 1(b)의 비트스트림 매핑 상호부호화 방식에서는, 송신단에서 탠덤 방식과 마찬가지로 입력 음성 신호가 부호화기(152)를 통해서 비트스트림(A)로 부호화되어 제1채널(154)을 통해 상호부호화기(156)로 전송된다. 상호부호화기(156)는 수신된 비트스트림(A)를 비트스트림 매핑 방식을 이용하여 직접 비트스트림(B)로 변환하여 제2채널(158)로 전송한다. 수신단의 복호화기(160)는 제2채널(158)를 통해 수신된 비트스트림(B)을 복호화하여 출력 음성 신호를 생성한다.1 is a diagram comparing a mutual encoding process of a tandem method and a bitstream mapping method. Referring to FIG. 1A, the tandem method encodes an input speech signal into a bitstream A through an encoder 102 and transmits the input speech signal to the first channel 104. The bitstream A received through the first channel 104 is decoded by the decoder 106 of the inter encoder 114 and converted into a pulse-coded modulation (PCM) signal. The decoded PCM signal is encoded into the bitstream B through the encoder 108 of the mutual encoder 114 and transmitted to the decoder 112 of the final receiver through the second channel 110. The output voice signal is obtained through the decoder 112 of the receiving end. Here, the tandem mutual encoder 114 is composed of a decoder 106 and an encoder 108. On the other hand, in the bitstream mapping inter-coding scheme of FIG. 1 (b), the input speech signal is encoded into the bitstream A through the encoder 152 through the encoder 152 in the same way as the tandem scheme at the transmitting end. 156 is sent. The mutual encoder 156 directly converts the received bitstream A into a bitstream B by using a bitstream mapping method and transmits the bitstream A to the second channel 158. The decoder 160 of the receiving end decodes the bitstream B received through the second channel 158 to generate an output voice signal.
도 2는 도 1의 비트스트림 매핑 방식에서 상호부호화기(156)를 나타낸 블록도이다. CELP 코덱으로 부호화된 비트스트림은 일반적으로 포만트 필터의 계수로 표현되는 포만트 파라미터와 피치 정보에 해당하는 적응 코드북 파라미터, 잔여 신호를 모델링하는 고정 코드북 파라미터로 이루어져있다. 상호부호화기는 입력 CELP포맷의 비트스트림A로부터 각각의 파라미터를 추출하고 역-양자화하는 역-양자화 부(201), 각 파라미터를 매핑하는 포만트 파라미터 매핑부(202), 적응 코드북 매핑 부(203) 및 고정 코드북 매핑부(204)와, 매핑된 각각의 파라미터들을 출력 CELP 포맷으로 양자화하고 비트스트림B으로 변환하는 양자화부(205)로 구성된다.FIG. 2 is a block diagram illustrating the mutual encoder 156 in the bitstream mapping method of FIG. 1. A bitstream encoded with a CELP codec generally includes a formant parameter represented by a formant filter coefficient, an adaptive codebook parameter corresponding to pitch information, and a fixed codebook parameter modeling a residual signal. The mutual encoder is a de-quantization unit 201 for extracting and de-quantizing each parameter from bitstream A of an input CELP format, a formant parameter mapping unit 202 for mapping each parameter, and an adaptive codebook mapping unit 203 And a fixed codebook mapping unit 204, and a quantization unit 205 for quantizing each mapped parameter into an output CELP format and converting it into a bitstream B.
한편, 텐덤 방식 및 비트스트림 맵핑 방식에서 피치 정보를 변환하기 위한 종래의 방식으로는 입력 CELP 포맷으로 부호화된 비트스트림A를 입력 CELP 포맷의 복호화기를 통해서 복호화 한 다음, 출력 CELP 포맷 부호화기의 피치 검색 방법을 적용하는 재-검색 방식이 사용된다. 도 3은 종래의 재-검색 방식을 이용한 피치 변환 방법을 나타낸 순서도이다. 입력 비트스트림A를 복호화기A를 이용해서 복호화 과정을 수행한다(제301단계). 복호화된 음성에 대해서 청각기관의 인지특성을 반영하도록 지각가중필터링을 적용한 후(제302단계), 개-루프 피치를 찾는다(제303단계). 제303단계에서 검색된 개-루프 피치로부터 폐-루프 피치 검색을 위한 검색 범위를 결정한다(제304단계). 제304단계에서 결정된 검색 범위에 대해서 폐-루프 피치 검색을 수행함으로써(제305단계) 출력 CELP 포맷에 해당하는 피치를 얻게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 재-검색 방식을 비롯한 일반적인 CELP 코덱 부호화기에서 피치 검색은 개-루프 피치 검색과 폐-루프 피치 검색의 두 단계를 통해서 이루어진다. 이는 폐-루프 피치 검색 시에 개-루프 피치로부터 검색 구간을 제한함으로써 계산량을 줄이기 위함이다. 음성에서 피치 존재 구간인 약 2 ms에서 20 ms 구간에서 지각가중필터링된 음성의 자기상관 함수 혹은 정규화된 자기상관 함수가 최대가 되는 지연을 찾는 것으로 개-루프 피치를 검색한다. 이러한 재-검색 방법은 입력 CELP 포맷으로 부호화된 피치 정보를 이용하지 않고 개-루프 피치 정보를 다시 검색하므로 해서 많은 계산량을 필요로한다. 또한, 두 음성 부호화기의 개-루프 피치 추정 과정이 서로 상이함으로 해서 두 번의 개-루프 피치 검색 과정을 통해 발생될 수 있는 피치의 부정확성은 폐-루프 피치 값에 직접적으로 영향을 미치게 되어 최종적으로 수신단에서 복호화된 음성의 음질이 저하된다.Meanwhile, in the conventional method for converting pitch information in the tandem method and the bitstream mapping method, the bitstream A encoded in the input CELP format is decoded by the decoder of the input CELP format, and then the pitch search method of the output CELP format encoder is used. The re-search method is applied to apply. 3 is a flowchart illustrating a pitch conversion method using a conventional re-search method. The input bitstream A is decoded using the decoder A (step 301). After perceptual weight filtering is applied to the decoded speech to reflect the cognitive characteristics of the auditory organ (step 302), the open-loop pitch is found (step 303). A search range for the closed-loop pitch search is determined from the open-loop pitch found in step 303 (step 304). By performing a closed-loop pitch search for the search range determined in step 304 (step 305), a pitch corresponding to the output CELP format is obtained. As shown in Fig. 3, in a typical CELP codec encoder including a re-search scheme, pitch search is performed through two stages: open-loop pitch search and closed-loop pitch search. This is to reduce the amount of computation by limiting the search interval from the open-loop pitch in the closed-loop pitch search. The open-loop pitch is searched by finding a delay in which the autocorrelation function or normalized autocorrelation function of the perceptually weighted speech is maximized in the interval of about 2 ms to 20 ms, which is the pitch existence interval in the speech. This re-search method requires a large amount of computation by re-searching the open-loop pitch information without using the pitch information encoded in the input CELP format. In addition, since the open-loop pitch estimation processes of the two speech coders are different from each other, the inaccuracy of the pitch that may be generated through the two open-loop pitch search processes directly affects the closed-loop pitch value. The sound quality of the decoded voice is degraded at.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 간의 상호부호화기에서 계산량을 줄이면서 높은 음질을 제공하기 위한 개-루프 피치 추정 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an open-loop pitch estimation method and apparatus for providing high sound quality while reducing the amount of computation in a mutual encoder between different CELP speech codecs.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 개-루프 피치 추정 방법을 컴퓨터에서 실행 가능한 프로그램 코드로 기록된 기록 매체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a recording medium in which the open-loop pitch estimation method is recorded with program code executable by a computer.
도 1은 탠덤 방식과 비트스트림 매핑 방식의 상호부호화 과정을 비교한 도면이다.1 is a diagram comparing a mutual encoding process of a tandem method and a bitstream mapping method.
도 2는 도 1의 비트스트림 매핑 방식에서 상호부호화기를 나타낸 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an inter coder in the bitstream mapping method of FIG. 1.
도 3은 종래의 재-검색 방식을 이용한 피치 변환 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a pitch conversion method using a conventional re-search method.
도 4는 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 사이의 상호부호화기에서 본 발명에 따른 개-루프 피치 추정 장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram schematically showing an embodiment of an open-loop pitch estimation apparatus according to the present invention in a mutual encoder between different CELP speech codecs.
도 5는 개-루프 피치 검색 범위 결정 방법의 본 발명에 따른 일실시예를 나타낸다.5 shows one embodiment according to the present invention of an open-loop pitch search range determination method.
도 6은 도 5에서 구해진 개-루프 피치 검색 범위에 대해서 도 4의 개-루프 피치 검색기에서 수행되는 개-루프 피치 검색 방법의 일실시예를 나타내는 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an open-loop pitch search method performed in the open-loop pitch searcher of FIG. 4 with respect to the open-loop pitch search range obtained in FIG. 5.
상기 과제를 이루기 위해, 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 간의 상호부호화를 위한 상호부호화기에서 본 발명에 따른 개회로 피치 추정 방법은, 입력 CELP 코덱 포맷으로 부호화된 비트스트림를 음성 신호로 복호화하고, 복호화된 음성신호의 각 부-프레임에 대한 폐-루프 피치를 추출하는 (a)단계, 복호화된 음성 신호를 사람의 청각기관 특성을 고려한 지각가중필터 처리를 하는 (b)단계, 복호화된 폐-루프 피치와, 이전 프레임의 마지막 부-프레임에 대한 폐-루프 피치 또는 동일 프레임에 대한 이전 개-루프 피치를 이용하여 결정된 개-루프 피치 검색 범위에서 지각가중필터링된 음성신호의 개-루프 피치를 검색하는 (c)단계 및 검색된 개-루프 피치를 이용하여 결정된 폐-루프 피치 검색 범위에서 지각가중 필터링된 음성신호의 폐-루프 피치를 검색하고, 검색된 결과를 출력 CELP 코덱 포맷의 피치 지연값으로서 생성하는 (d)단계를 포함하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the open-loop pitch estimation method according to the present invention in a mutual encoder for mutual encoding between different CELP speech codecs, decodes the bitstream encoded in the input CELP codec format into a speech signal, the decoded speech (A) extracting the closed-loop pitch for each sub-frame of the signal, (b) performing a perceptual weighting filter process on the decoded speech signal in consideration of the characteristics of human auditory organs, and the decoded closed-loop pitch To retrieve the open-loop pitch of the perceptually weighted filtered speech signal in the open-loop pitch search range determined using the closed-loop pitch for the last sub-frame of the previous frame or the previous open-loop pitch for the same frame ( c) searching the closed-loop pitch of the perceptually weighted filtered speech signal in the closed-loop pitch search range determined using the step and retrieved open-loop pitch, And (d) generating the retrieved result as the pitch delay value of the output CELP codec format.
상기 과제를 이루기 위해, 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 간의 상호부호화를 위한 상호부호화기에서 본 발명에 따른 개회로 피치 추정 장치는, 입력 CELP 코덱 포맷으로 부호화된 비트스트림를 음성 신호로 복호화하고, 복호화된 음성신호의 각 부-프레임에 대한 폐-루프 피치를 추출하는 복호화 처리부, 복호화된 음성 신호에 사람의 청각기관 특성을 고려한 지각가중필터링를 수행하는 지각가중필터, 복호화된 폐-루프 피치와, 이전 프레임의 마지막 부-프레임에 대한 폐-루프 피치 또는 동일 프레임에 대한 이전 개-루프 피치를 이용하여 결정된 개-루프 피치 검색 범위에서 지각가중필터링된 음성신호의 개-루프 피치를 검색하는 개-루프 피치 검색부 및 검색된 개-루프 피치를 이용하여 결정된 폐-루프 피치 검색 범위에서 지각가중 필터링된 음성신호의 폐-루프 피치를 검색하고, 검색된 결과를 출력 CELP 코덱 포맷의 피치 지연값으로서 출력하는 폐-루프 피치 검색부를 포함하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the open circuit pitch estimating apparatus according to the present invention in an inter-encoder for mutual encoding between different CELP speech codecs, decodes the bit stream encoded in the input CELP codec format into a speech signal, the decoded speech A decoding processing unit for extracting the closed-loop pitch for each sub-frame of the signal, a perceptual weighting filter that performs perceptual weighting filtering considering the characteristics of human auditory organs to the decoded speech signal, the decoded closed-loop pitch, and Open-loop pitch search, which retrieves the open-loop pitch of the perceptually weighted speech signal in the open-loop pitch search range determined using the closed-loop pitch for the last sub-frame or the previous open-loop pitch for the same frame. Perceptually Weighted Filtered Speech Signal in Closed-Loop Pitch Search Range Determined Using Negative and Searched Open-Loop Pitch It is preferable to include a closed-loop pitch search section for searching the closed-loop pitch of and outputting the searched result as a pitch delay value of the output CELP codec format.
도 4는 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 사이의 상호부호화기에서 본 발명에 따른 개-루프 피치 추정 장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 본 발명에 따른 개-루프 피치 추정 장치는 복호화기(401), 지각가중필터(402), 개-루프 피치 검색 범위 결정부(403), 개-루프 피치 검색부(404), 폐-루프 피치 검색범위 결정부(405) 및 폐-루프 피치 검색부(406)를 포함하여 구성된다.4 is a block diagram schematically showing an embodiment of an open-loop pitch estimation apparatus according to the present invention in a mutual encoder between different CELP speech codecs. The open-loop pitch estimation apparatus according to the present invention includes a decoder 401, a perceptual weight filter 402, a open-loop pitch search range determiner 403, a open-loop pitch search unit 404, a closed-loop pitch The search range determination unit 405 and the closed-loop pitch search unit 406 are configured.
도 4를 참조하여, 복호화 처리부(401)는 입력 CELP 코덱 포맷으로 부호화된 비트스트림A를 음성 신호A로 변환하고 각 부-프레임에 대한 폐-루프 피치A를 추출한다.Referring to FIG. 4, the decoding processing unit 401 converts a bitstream A encoded in an input CELP codec format into a speech signal A and extracts a closed-loop pitch A for each sub-frame.
지각가중필터(402)는 복호화된 음성 신호에 사람의 청각기관 특성을 고려한 지각가중필터링를 수행한다.The perceptual weighting filter 402 performs perceptual weighting filtering on the decoded speech signal in consideration of the characteristics of human auditory organs.
개-루프 피치 검색부(407)는 개-루프 피치 검색 범위를 결정하는 개-루프 피치 검색 범위 결정기(403)와 결정된 개-루프 피치 검색 범위에서 개-루프 피치를 검색하는 개-루프 피치 검색기(404)를 포함한다. 개-루프 피치 검색 범위 결정기(403)는 복호화 처리기(401)로부터 얻어진 복호화된 폐-루프 피치A와, 폐-루프 피치 검색기(406)로부터 얻어진 이전 프레임의 마지막 부-프레임에 대한 폐-루프 피치B 또는 동일 프레임의 이전 개-루프 피치 정보를 참고로 하여 분석 대상인 프레임의 개-루프 피치 검색 범위를 결정한다. 개-루프 피치 검색 범위 결정부기(403)에서 개-루프 피치 검색 범위를 결정하는 방법에 대해서는 도 5를 참조하여 구체적으로 설명될 것이다. 개-루프 피치 검색기(404)는 개-루프 피치 검색 범위 결정기(403)에서 결정된 개-루프 피치 검색 범위에 대해서, 지각가중필터링된 음성신호의 개-루프 피치를 검색한다.The open-loop pitch search unit 407 includes an open-loop pitch search range determiner 403 that determines the open-loop pitch search range, and an open-loop pitch search unit that searches for the open-loop pitch in the determined open-loop pitch search range. 404. The open-loop pitch search range determiner 403 determines the decoded closed-loop pitch A obtained from the decoding processor 401 and the closed-loop pitch for the last sub-frame of the previous frame obtained from the closed-loop pitch searcher 406. The open-loop pitch search range of the frame to be analyzed is determined by referring to the previous open-loop pitch information of B or the same frame. The method for determining the open-loop pitch search range in the open-loop pitch search range determination unit 403 will be described in detail with reference to FIG. 5. The open-loop pitch searcher 404 retrieves the open-loop pitch of the perceptually weighted filtered speech signal for the open-loop pitch search range determined by the open-loop pitch search range determiner 403.
폐-루프 피치 검색부(408)는 개-루프 피치 검색기(404)로부터 얻어진 개-루프 피치를 이용하여 폐-루프 피치 검색 범위를 결정하는 폐-루프 피치 검색 범위 결정기(405)와, 결정된 폐-루프 피치 검색 범위에서 폐-루프 피치를 검색하는 폐-루프 피치 검색기(406)를 포함한다.The closed-loop pitch search unit 408 includes a closed-loop pitch search range determiner 405 that determines a closed-loop pitch search range using the open-loop pitch obtained from the open-loop pitch searcher 404, and the determined closed loop. A closed-loop pitch finder 406 that searches for closed-loop pitch in the loop pitch search range.
도 5는 개-루프 피치 검색 범위 결정 방법의 본 발명에 따른 일실시예를 나타낸다. 도 5의 개-루프 피치 검색 범위 결정 방법은 3GPP(3rd Generation Project Partnership)의 음성 부호화 표준인 AMR-NB(Adaptive Multi Rate NarrowBand)에서 ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication) 표준인 G.723.1으로의상호부호화일 때의 개-루프 피치 검색 방법을 나타낸 것이다. AMR-NB는 20ms의 프레임 길이를 5ms의 부-프레임 단위로 분석하고, 개-루프 피치는 10ms 마다 검색한다. 이에 비해서, G.723.1은 30ms의 프레임 길이를 7.5ms의 부-프레임 단위로 분석하고, 개-루프 피치는 15ms마다 계산한다. 따라서, 상기 상호부호화에서는 AMR-NB 세 프레임을 G.723.1 두 프레임에 대응시킨다. 개-루프 피치 추정은 개-루프 분석 프레임의 위치에 따라 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 첫 번째 경우는 이전 부-프레임의 폐-루프 피치와 AMR-NB의 비트스트림에서 복호화된 폐-루프 피치를 개-루프 피치 후보로 선정하는 방식으로, 첫 번째 개-루프 피치(Olp_g11)와 세 번째 개-루프 피치(Olp_g21)를 추정하는 경우에 해당한다. 그리고, 두 번째는 동일 프레임내에서 검색된 이전 개-루프 피치와 AMR-NB의 비트스트림에서 복호화된 폐-루프 피치를 개-루프 피치 후보로 선정하는 방식으로 두 번째 개-루프 피치(Olp_g12)와 네 번째 개-루프 피치(Olp_g22)를 추정하는 경우에 해당한다. 상기 첫 번째 경우 및 두 번째 경우에서 각각 선택된 피치 후보로부터, 개-루프 피치 추정을 위한 검색 범위는 상기 각 경우에 대해서 수학식 1과 수학식 2와 같이 구해진다.5 shows one embodiment according to the present invention of an open-loop pitch search range determination method. The method of determining the open-loop pitch search range of FIG. 5 is from an adaptive multi rate narrowarrow (AMR-NB), which is a speech coding standard of 3rd generation project partnership (3GPP), to a G.723.1, which is an international telecommunication union telecommunication (ITU-T) standard . The open-loop pitch search method in the case of mutual coding is shown. The AMR-NB analyzes a frame length of 20 ms in sub-frame units of 5 ms, and searches for an open loop pitch every 10 ms. In contrast, G.723.1 analyzes a frame length of 30ms in subframes of 7.5ms and calculates an open-loop pitch every 15ms. Thus, in the intercoding, three AMR-NB frames correspond to two G.723.1 frames. The open-loop pitch estimation can be divided into two types according to the position of the open-loop analysis frame. The first case selects the closed-loop pitch of the previous sub-frame and the closed-loop pitch decoded in the bitstream of the AMR-NB as the open-loop pitch candidates. The first open-loop pitch (Olp_g11) It corresponds to the case of estimating the first open loop pitch Olp_g21. Second, the second open-loop pitch (Olp_g12) and the previous open-loop pitch found in the same frame and the closed-loop pitch decoded in the bitstream of the AMR-NB are selected as the open-loop pitch candidates. Corresponds to the case of estimating the fourth open-loop pitch Olp_g22. From the pitch candidates selected in the first case and the second case, respectively, a search range for the open-loop pitch estimation is obtained as in Equations 1 and 2 for each case.
수학식 1 및 2에서, ClpAMR-NB는 AMR-NB 비트스트림에서 복호화된 폐-루프 피치이고, Clpprev는 이전 부-프레임의 폐-루프 피치이며, Olpprev는 동일 프레임의 이전 개-루프 피치이다. 또한, 수학식 1에서 후보1은 복호화된 폐-루프 피치에 대한 개-루프 피치 검색 범위이며, 후보2는 이전 프레임의 마지막 부-프레임의 폐-루프 피치에 대한 개-루프 피치 검색 범위이다. 또한, 수학식 2에서 후보1은 복호화된 폐-루프 피치에 대한 개-루프 피치 검색 범위이며, 후보2는 동일 프레임의 이전 개-루프 피치에 대한 개-루프 피치 검색 범위이다. 결과적으로, 종래 재-검색 방법을 사용할 경우 개-루프 피치 검색 횟수가 G.723.1의 경우 20번째 샘플에서 143번째까지 124번인데 반해서, 본 발명에 따른 개-루프 피치 검색 방법을 적용한다면 각 후보에 대해서 검색 횟수가 (diff+1)이므로 전체 검색 횟수는 2*(diff+1)이 된다. 일반적으로 피치값은 각 프레임 혹은 부-프레임에 대해서 천천히 변하므로(즉, diff는 작은 값을 갖게 된다), 종래 방식보다 검색 횟수가 상당히 줄어듦을 알 수 있다.In Equations 1 and 2, Clp AMR-NB is the closed-loop pitch decoded in the AMR-NB bitstream, Clp prev is the closed-loop pitch of the previous sub-frame, and Olp prev is the previous open-loop of the same frame. Pitch. Further, in Equation 1, candidate 1 is an open-loop pitch search range for the decoded closed-loop pitch, and candidate 2 is an open-loop pitch search range for the closed-loop pitch of the last sub-frame of the previous frame. Further, in Equation 2, candidate 1 is an open-loop pitch search range for the decoded closed-loop pitch, and candidate 2 is an open-loop pitch search range for the previous open-loop pitch of the same frame. As a result, when using the conventional re-search method, the number of open-loop pitch searches is 124 times from the 20th sample to the 143th sample in the case of G.723.1. Since the number of searches for is (diff + 1), the total number of searches is 2 * (diff + 1). In general, the pitch value changes slowly for each frame or sub-frame (i.e., diff has a small value), so that the number of searches is significantly reduced compared to the conventional method.
도 6은 도 5에서 구해진 개-루프 피치 검색 범위에 대해서 도 4의 개-루프 피치 검색기(404)에서 수행되는 개-루프 피치 검색 방법의 일실시예를 나타내는 흐름도이다.FIG. 6 is a flow diagram illustrating one embodiment of the open-loop pitch search method performed in the open-loop pitch searcher 404 of FIG. 4 for the open-loop pitch search range obtained in FIG.
도 4 및 도 6을 참조하여, 도 4의 지각가중 필터(402)로부터 얻어진 음성 신호에 대해서 출력 CELP 코덱의 개-루프 피치 검색 방법을 이용하여 수학식 1 또는 수학식 2에서 정해진 개-루프 피치 검색 범위에 대해서 후보1 및 2에 대해서 개-루프 피치 검색을 수행한다(제601단계 및 제602단계). 제601단계 및 제602단계에서의 개-루프 피치 검색을 통해 후보 1에 대한 개-루프 피치 검색 결과로 피치 지연(t1)과 해당 피치에 대한 상관도 값(R1)을 얻으며, 동일하게 후보 2에 대해서도 피치 지연(t2)과 해당 상관도 값(R2)을 얻는다.4 and 6, the open-loop pitch determined by Equation 1 or 2 using the open-loop pitch search method of the output CELP codec for the speech signal obtained from the perceptual weighting filter 402 of FIG. 4. The open-loop pitch search is performed on candidates 1 and 2 for the search range (steps 601 and 602). Through the open-loop pitch search in steps 601 and 602, a pitch delay t1 and a correlation value R1 for the corresponding pitch are obtained as the result of the open-loop pitch search for the candidate 1. The pitch delay t2 and the correlation value R2 are also obtained.
후보 1이 입력 CELP 포맷의 비트스트림에서 복호화된 폐-루프 피치에 대한 것이라고 하는 경우, 후보 1의 결과로 얻어진 피치에 좀 더 많은 가중치(w)를 주어 R1과 R2 값을 비교한다(제603단계).If candidate 1 is for a closed-loop pitch decoded in the bitstream of the input CELP format, the pitch obtained as a result of candidate 1 is given more weights w to compare R1 and R2 values (step 603). ).
만약, 후보 2에 대한 상관도 값(R2)이 가중된 후보 1에 대한 상관도 값(R1)에 비해서 크다면, 개-루프 피치로 후보 2에 대한 피치 지연 값(t2)을 선택한다(제604단계). 반면, 후보 2에 대한 상관도 값(R2)이 가중된 후보 1에 대한 상관도 값(R1)에 비해서 작다면, 개-루프 피치로 후보 1에 대한 피치 지연 값(t1)을 선택한다(제605단계).If the correlation value R2 for the candidate 2 is larger than the correlation value R1 for the weighted candidate 1, the pitch delay value t2 for the candidate 2 is selected as the open-loop pitch. Step 604). On the other hand, if the correlation value R2 for the candidate 2 is smaller than the correlation value R1 for the weighted candidate 1, the pitch delay value t1 for the candidate 1 is selected as the open-loop pitch. Step 605).
이상에서와 같이, 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 간의 상호부호화를 위한 개회로 피치 추정 장치 및 그 방법에 따르면, 종래의 재-검색 방식보다 음질 저하를 줄일 수 있으며, 계산량 감소 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the open-circuit pitch estimating apparatus and the method for mutual encoding between different CELP speech codecs, it is possible to reduce the degradation of sound quality and to reduce the calculation amount compared to the conventional re-search method.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, which are also implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). It also includes. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiments have been disclosed in the drawings and specification above. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 서로 다른 CELP 방식의 음성 코덱 간의 상호부호화를 위한 상호부호화기에서 개회로 피치 추정 방법 및 그 장치에 따르면, 기존 재-검색 방식보다 음질 저하를 줄일 수 있으며, 계산량 감소 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the method and apparatus of the open circuit pitch estimation method in the mutual encoder for mutual encoding between the different CELP speech codecs according to the present invention, it is possible to reduce the degradation of sound quality than the conventional re-search method, and to reduce the calculation amount. The effect can be obtained.
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