KR20060112618A - 이득 조절값의 계산 장치 및 방법 그리고 신호의 에너지평가 장치 및 방법 - Google Patents

이득 조절값의 계산 장치 및 방법 그리고 신호의 에너지평가 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스펙트럼 포락선 조절기에 기초한 실수값 필터뱅크의 수행을 개량하기 위한 새로운 방법을 제안한다. 출원서에 정의된 바와 같이, 채널들의 부호에 의존하는 인접 채널들의 이득 값을 적절히 록킹함에 의해(by adaptively locking), 앨리어싱의 감소가 달성된다. 나아가, 이득-계산 동안의 채널들의 집단화는 상기 필터뱅크에서 실수값 부대역 신호들의 개선된 에너지 평가를 제공한다.
이득 조절값, 부대역 필터, 인접 부대역 필터, 분석 필터뱅크, 부대역 신호.

Description

이득 조절값의 계산 장치 및 방법 그리고 신호의 에너지 평가 장치 및 방법{Apparatus for calculating gain adjustment values and method thereof, and apparatus for assessing an energy of a signal and method thereof}
도 1은, 다중 시누소이드 성분을 포함하는 원 신호(original signal)의 M 채널 부대역 필터뱅크의 채널(15 내지 24)에 의해 커버된(covered) 주파수 범위의 주파수 분석을 도시한 것이다. 이렇게 분석되어 표시된(displayed analysis) 주파수 분해능(frequency resolution)은, 필터뱅크 채널의 시누소이드 성분이 존재하는 곳을 표시하기 위하여 사용된 필터뱅크의 주파수 분해능보다 의식적으로(intentionally) 더 높다;
도 2는, 원 신호의 부대역 채널(15-24)에 적용될 이득값을 포함하는 하나의 이득 벡터를 나타낸다;
도 3은, 본 발명이 적용되지 않는 실수값 실행에서 상기 이득 조절로부터의 출력을 나타낸다;
도 4는, 복소수값 실행(complex-valued implementation)에서 상기 이득 조절로부터의 출력을 보여준다;
도 5는, 모든 채널의 어느 절반부(half)에 시누소이드 성분이 존재하는가를 나타낸다;
도 6은, 본 발명에 따른 바람직한 채널 집단화를 나타낸다;
도 7은, 본 발명에 따른 실수값 실행에서 상기 이득 조절로부터의 출력을 설명한다;
도 8은, 본 발명의 장치의 블록도를 나타낸다;
도 9는 본 발명이 유용하게 사용될 수 있는 분석 필터뱅크 및 합성 필터뱅크의 결합(combinations)을 나타낸다;
도 10은, 바람직한 실시예에 따른 도 8의 검사 수단의 블록도를 나타낸다;
도 11은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 8의 이득 조절 수단의 블록도를 나타낸다.
본 발명은 실수값 부대역 필터뱅크(real-valued subband filterbank)를 사용하는 오디오 신호의 스펙트럼 포락선(spectral envelope) 조절을 포함하여 구성되는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 스펙트럼 포락선 조절을 위해 실수값 부대역 필터뱅크를 사용할 때 도입되는 앨리어싱(aliasing)을 감소시킨다. 본 발명은 또한 실수값 부대역 필터뱅크의 시누소이드 성분(sinusoidal components)에 대한 정확한 에너지 계산을 가능하게 한다.
복소수 지수 변조화 필터뱅크(complex exponential modulated filterbank)가 오디오 신호의 스펙트럼 포락선 조절을 위한 우수한 툴(tool)이라는 것이 국제출원 PCT/SE02/00626호 "복소수 지수 변조화 필터뱅크를 사용하는 앨리어싱 감소"에 나타나 있다. 그러한 과정에서 오디오 신호의 스펙트럼 포락선은 일정한 필터뱅크 채널에 상응하는 에너지값으로 표시된다. 그러한 채널들의 현존 에너지를 판단함에 의해, 상응하는 부대역 샘플들이 원하는 에너지를 갖도록 변경할 수 있고, 이에 따라 스펙트럼 포락선이 조절된다. 컴퓨터 계산 복잡성에 대한 압박감이, 복소수 지수 변조화 필터뱅크의 사용을 막고, 코사인 변조화 (실수값) 실행(implementation)만을 가능하게 한다면, 필터뱅크가 스펙트럼 포락선 조절을 위해 사용될 때 심한 앨리어싱이 얻어진다. 이것은 강력한 음조적 구조(strong tonal structure)를 가진 오디오 신호에 특히 두드러지며, 여기서 앨리어싱 성분은 원 스펙트럼 성분(original spectral components)과 상호 변조(intermodulation)를 일으킬 것이다. 본 발명은 신호 의존 방식의 주파수 함수로서 이득값(gain-values)을 억제함으로써 이에 대한 해결방안을 제공한다.
본 발명의 목적은 스펙트럼 포락선 조절을 위한 개량된 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 스펙트럼 포락선 조절을 위해 사용된 실수값 필터뱅크의 앨리어싱에 의해 도입되는 상호 변조의 문제에 관한 것이다. 본 발명은 입력 신호를 분석하고, 그렇게 얻은 정보를, 주어진 시간에 신호의 스펙트럼 특징에 의해 결정된 순서로 인접 채널의 이득값(gain-values)을 집단화(grouping)함에 의해 필터뱅크의 포락선 조절 능력을 억제하기 위해, 활용한다. 실수값 필터뱅크, 예를 들어 전이 대 역(transition bands)이 가장 인접한 이웃과만 중첩하는 유사-QMF(pseudo-QMF)에 있어서, 그것은 앨리어싱 소거 특성(aliasing cancellation properties)으로 인해 앨리어싱이 기본형 필터(prototype filter)의 저지 대역(stop-band) 아래로 유지됨을 나타낼 수 있다. 기본형 필터가 충분한 앨리어싱 억제 특성을 갖도록 설계되면, 엄밀히 수학적 판단력에 의한 경우에는 그러하지 않을지라도, 이 필터뱅크는 지각적인 견지에서(from a perceptional point of view) 완벽한 개조형의 필터뱅크이다. 그러나, 인접 채널의 채널 이득(channel gain)이 분석과 합성 사이에서 바뀌면, 앨리어싱 소거 특성이 교란되고, 앨리어싱 성분이 출력 신호에 가청되게 나타날 것이다. 필터뱅크 채널의 부대역 샘플에 하위 선형 예측(low-order linear prediction)을 실행함으로써, LPC 다항식의 특성을 관찰하여 필터뱅크 채널내의 강력한 음조 성분(tonal component)이 존재하는 곳에 접근할 수 있다. 그러므로, 채널에 존재하는 음조 성분으로부터 강력한 앨리어싱 성분을 없애기(avoid) 위해 어느 인접채널들이 독립 이득값(independent gain-values)을 가져서는 아니되는가를 평가하는(assess) 것이 가능하다.
본 발명은 다음의 특징들을 포함하여 구성된다:
- 부대역 채널의 어디에 강력한 음조 성분이 존재하는 가를 평가하기 위한 부대역 채널의 분석 수단;
- 각 부대역 채널에서 하위 선형 예측기(low-order linear predictor)에 의한 분석;
- LPC 다항식의 0의 위치에 기초한 이득 집단화 결정(gain grouping decision);
- 실수값 실행(real-valued implementation)을 위한 정확한 에너지 계산.
이제부터 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 그 범위와 정신을 제한하지 않는 예시의 방법으로 설명하고자 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 하나의 신호를 필터링함으로써 발생된 복수의 부대역 신호들을 이득 조절하기 위한 이득 조절값을 계산하기 위한 것으로서; 검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들(grouped subband signals)을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분(aliasing generating signal components)을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 인접 부대역 신호를 검사하기 위한 수단(82)과; 피집단화 부대역 신호들에 대한 기준 에너지(a reference energy)의 표시와 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값(an energy estimate)을 결정하고, 그리고 상기 기준 에너지의 표시와 에너지 예상값에 기초하여 피집단화 부대역 신호들에 대한 이득 조절값들을 계산하는 동작을 하는, 피집단화 조절 부대역 신호들에 대한 제 1 이득 조절값과 제 2 이득 조절값을 계산하기 위한 수단(84)을 포함하여 구성되는, 이득 조절값의 계산 장치가 제공된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 부대역 신호를 위한 제 1 기준 스펙트럼 포락선 값(a first reference spectral envelope value)과 그 인접 부대역 신호(110)를 위한 제 2 기준 스펙트럼 포락선 값을 제공하기 위한 수단을 더 포함하여 구성되고; 상기 계산 수단(84)이, 피집단화 부대역 신호들에 대해, 상기 부대역 신호의 신호 에너지를 표시하는 제 1 에너지 크기(a first energy measure)와 그 인접 부대역 신호의 신호 에너지를 표시하는 제 2 에너지 크기를 결정하는(112) 동작을 하며; 그리고 상기 계산 수단(84)이, 제 1 기준 스펙트럼 포락선 값(a first reference spectral envelope value)과 제 2 기준 스펙트럼 포락선 값의 선형 결합(linear combination)으로 기준 에너지의 표시를 계산하고, 상기 제 1 에너지 크기와 제 2 에너지 크기의 선형 결합(linear combination)으로 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값(energy estimate)을 계산하는(114) 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 계산 수단(84)은, 상기 제 1 및 제 2 이득 조절 값이 미리 결정된 임계값보다 작게 차이가 있거나 서로 동일하도록, 상기 제 1 및 제 2 이득 조절 값을 계산하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 미리 결정된 임계값은, 6 dB보다 낮거나 이와 동일하다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 부대역 신호를 위한 불변경 제 1 이득 조절 값(an unmodified first gain adjustment value)과 그 인접 부대역 신호를 위한 불변경 제 2 이득 조절 값을 제공하기 위한 수단을 더 포함하여 구성되고; 그리고 상기 계산 수단(84)이, 상기 제 1 및 제 2 이득 조절 값이 상기 불변경 제 1 및 제 2 이득 조절 값의 하위값(lower value) 보다 크거나 동일하도록 그리고 상기 불변경 제 1 및 제 2 이득 조절 값의 상위값(higher value) 보다 작거나 동일하게 계산하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 불변경 제 1, 제 2 이득 조절 값은, 하나의 주파수 대역에 원 신호(original signal)의 스펙트럼 포락선을 표시하고(are indicative for), 상기 주파수 대역이 스펙트럼 대역 복제(spectral band replication)에 의해 재구성된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 계산 수단(84)은, 상기 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호의 평균 에너지에 기초하여 상기 제 1 이득 조절 값과 제 2 이득 조절 값을 계산하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 계산 수단은, 아래의 식 (3)에 따른 제 1 및 제 2 이득 조절 팩터들을 계산하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 하나의 부대역 신호에 대한 에너지 예상값은 그 부대역 신호의 제곱된 부대역 샘플(squared subband samples)의 합산에 의해 계산된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 검사 수단(82)은, 상기 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호(100, 102)를 위한 예측 다항식(prediction polynomials)의 계수(coefficients)에 기초하여 부대역 신호들의 부호들을 계산하고, 상기 부호들이 서로 미리 결정된 관계를 가질 때 포지티브 결과를 표시하는(104) 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 검사 수단(82)은, 자동-상관 방법(auto-correlation method) 또는 공분산 방법(co-variance method)을 적용하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 예측 다항식은 1차 계수(a first order coefficient)를 가지는 하위(a low order) 다항식이고, 상기 하위 다항식의 차수(order)가 4보다 작으며, 상기 검사 수단(82)이 상기 부대역 신호들의 부호들을 계산하기 위해 1차 계수를 사용하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 검사 수단(82)은, 아래의 식 (2)에 기초하여 하나의 부대역 신호를 위한 부호를 계산하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 미리 결정된 관계는, 그와 결합된 상기 채널 넘버(k)를 가지는 상기 부대역 신호가 제 1 부호를 가지고, 그와 결합된 상기 채널 넘버(k-1)를 가지는 그 인접 부대역 신호가 상기 제 1 부호와 정반대인 제 2 부호를 가지도록 정의된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 제 1 부호는 네가티브이고, 상기 제 2 부호는 포지티브이다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 검사 수단(82)은, 하나의 음조 성분이 음조 임계값(tonality threshold) 이상의 음조 크기(tonality measure)를 가지는지를 결정하기 위하여 상기 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호의 음조 분석(tonal analysis)을 수행하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 검사 수단(82)은, 상기 음조 성분이 상기 채널(k)과 채널(k-1)의 중첩 범위에 있는지의 여부를 결정하는 동작을 한다.
본 발명의 일측면에 있어서, 합성 출력 신호를 얻기 위하여 상기 이득 조절 부대역 신호들(gain adjusted subband signals)을 필터링(filtering)하기 위한 하나의 합성 필터뱅크(synthesis filterbank)(90)를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 분석 필터뱅크는 실수값 필터뱅크이고; 상기 합성 필터뱅크는 실수값 필터뱅크이다.
본 발명의 일측면에 있어서, 상기 분석 필터뱅크는 복소수값 필터뱅크(complex-valued filterbank)이고; 상기 합성 필터뱅크는 실수값 필터뱅크이다.
본 발명의 일측면에 있어서, 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 하나의 신호를 필터링함으로써 발생된 복수의 부대역 신호들을 이득 조절하기 위한 이득 조절값을 계산하기 위한 것으로서; 검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들(grouped subband signals)을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분(aliasing generating signal components)을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 인접 부대역 필터로부터 유래하는 인접 부대역 신호를 검사하는 단계(82)와; 피집단화 부대역 신호들에 대한 기준 에너지(a reference energy)의 표시와 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값(an energy estimate)을 결정함으로써, 그리고 상기 기준 에너지의 표시와 에너지 예상값에 기초하여 피집단화 부대역 신호들에 대한 이득 조절값을 계산함으로써, 피집단화 조절 부대역 신호들에 대한 제 1 이득 조절값과 제 2 이득 조절값을 계산하는 단계(84)를 포함하여 구성되는, 이득 조절 값의 계산 방법이 제공된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 필터링함으로써 발생된 부대역 신호들을 가지는 신호의 에너지를 평가하기 위한 것으로서; 검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 인접 부대역 신호를 검사하기 위한 수단(82)과; 그리고 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값을 계산하기 위한 수단을 포함하여 구성되는, 신호의 에너지 평가 장치가 제공된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 필터링함으로써 발생된 부대역 신호들을 가지는 신호의 에너지를 평가하기 위한 것으로서; 검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 인접 부대역 신호를 검사하는 단계(82)와; 그리고 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값을 계산하는 단계를 포함하여 구성되는, 신호의 에너지 평가 방법이 제공된다.
본 발명의 일측면에 있어서, 컴퓨터에서 가동될 때, 제21항 또는 제23항에 따른 방법을 수행하기 위한 하나의 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 프로그램 저장 매체가 제공된다.
아래에 설명된 실시예들은 실수값 필터뱅크에 기초한 스펙트럼 포락선 조절기(spectral envelope adjuster)의 개량에 관한 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것일 뿐이다. 여기서 설명된 장치와 상세한 설명의 변경과 변형이 당업자들에게 명백한 것은 당연하다. 따라서, 본 발명은 다음에 기재된 특허청구범위의 범위에 의해 제한될 뿐 아니라 본 명세서의 실시예들을 서술하고 설명하는 방식으로 제공된 상세한 설명들에 의해서 제한되지 않는다.
다음의 설명에서, 실수값 유사-QMF는 실수값 합성(real valued synthesis)뿐만 아니라 실수값 분석(real-valued analysis)을 포함하여 사용된다. 그러나, 본 발명에 의해 논의된(addressed) 앨리어싱 문제는 또한, 이 명세서에서 사용된 유사-QMF는 별문제로 하고 다른 코사인 변조 필터뱅크(cosine-modulated filterbank)뿐만 아니라 복소수 분석(complex analysis)과 실수값 합성을 구비한 시스템에도 대두됨에 유의하여야 한다. 본 발명은 그러한 시스템에도 또한 적용가능하다. 유사-QMF에서 모든 채널은 필수적으로 주파수 면에서 그 인접 이웃자리(adjacent neighbour)와 중첩한다. 채널의 주파수-응답은 다음의 도면에서 파선들(dashed lines)로 나타내어진다. 이것은 채널의 중첩을 나타내는 설명의 목적을 위한 것일 뿐이며, 기본형 필터에 의해 주어진 실제 채널 응답으로 해석되어서는 안된다. 도 1에는 원 신호의 주파수 분석이 나타나 있다. 도 1은 M 채널 필터뱅크의 15·π/M 내지 25·π/M 에 의해 커버되는 주파수 범위만을 나타낸다. 다음의 설명에서, 지정 채널 넘버는 그들의 저 교차 주파수(low crossover frequency)로부터 파생되며, 그러므로, 채널(16)은, 그 이웃자리와의 중첩이 제외된 16·π/M 내지 17·π/M의 주파수 범위를 커버한다. 분석과 합성 사이의 부대역 샘플들이 변경되지(modified) 않으면, 앨리어싱은 기본형 필터의 특성에 의해 제한될 것이다. 인접 채널들의 부대역 샘플들이 도 2에 나타낸 것과 같이, 모든 채널을 위한 독립 이득값을 갖는 이득 벡터(gain vector)에 따라 변경되면, 앨리어싱 소거 특성(aliasing cancellation properties)을 잃는다. 그러므로, 앨리어싱 성분이, 도 3에 도시된 바와 같이, 필터뱅크 채널의 교차 영역(cross-over region) 주위에 반영된(mirrored) 출력 신호에 나타날 것이다. 이것은 도 4에 도시된 바와 같이 출력이 앨리어싱 성분의 교란을 당하지 않는 PCT 출원 PCT/SE02/00626호에 개략적으로 설명된 바와 같은 복소수 실행(complex implementation)에 있어서는 그러하지 아니하다. 출력에서의 심각한 상호변조 일그러짐(intermodulation distortion)을 일으키는 앨리어싱 성분을 피하기 위하여, 본 발명은 예를 들어 도 1의 채널(18 및 19)과 같이 시누소이드 성분(sinusoidal components)을 공유하는 두 개의 인접 채널들이 유사하게 변경되어야만 함을, 즉, 두 개의 채널들에 적용되는 이득 팩터(gain factor)가 동일하여야만 함을 가르친다. 이것은 앞으로 이 채널들을 위한 결합 이 득(coupled gain)으로 부른다. 이것은 물론 앨리어싱을 감소시키기 위하여, 포락선 조절기(envelope adjuster)의 주파수 분해능(frequency resolution)이 희생되는 것을 내포함은 물론이다. 그러나, 충분한 수의 채널이 주어진다면, 주파수 분해능의 손실(loss)은 심각한 상호변조 일그러짐이 없도록 하기 위해 지불하여야 하는 작은 대가이다.
어느 채널들이 결합 이득 팩터를 가지는가를 평가하기 위하여, 본 발명은 대역내 선형 예측(in-band linear prediction)의 사용을 가르친다. 하위 선형 예측(low order linear prediction), 예를 들어 2차 LPC가 사용된다면, 이 주파수 분석 툴(tool)은 모든 채널에서 하나의 시누소이드 성분을 분해할(resolve) 수 있다. 제 1 예측자 다항식 계수(the first predictor polynomial coefficient)의 부호(sign)를 관찰함으로써, 시누소이드 성분이 부대역 채널의 주파수 범위의 상부 또는 하부 절반부(half)에 위치하고 있는 지를 결정하는 것이 용이하다.
2차 예측 다항식
Figure 112006073562227-PAT00001
(1)
은 스펙트럼 포락선 조절기에 의해 영향을 받을 QMF 필터뱅크의 모든 채널들을 위한 자동상관 방법(autocorrelation method) 또는 공분산 방법(covariance method)을 사용하는 선형 예측에 의해 얻어진다. QMF-뱅크 채널의 부호(sign)는 다 음과 같이 정의된다:
Figure 112006073562227-PAT00002
(2)
여기서, k는 채널 넘버이며,
Figure 112006073562227-PAT00003
은 1차 계수이고, M은 채널의 수이며, 모든 다른 QMF 채널의 주파수 반전(frequency inversion)이 고려된다. 그러므로, 모든 채널이 어느 곳에 강한 음조 성분(strong tonal component)이 위치하는가를 평가하는 것이 가능하여, 강력한 시누소이드 성분을 공유하는 채널들을 서로 집단화한다. 도 5에서, 각 채널의 부호(sign)가 표시되고 부대역 채널의 어느 절반부(half)에 시누소이드(sinusoidal) 성분이 위치하는지 표시되는데, 여기서 +1은 상위 절반부를 나타내고 -1은 하위 절반부를 나타낸다. 본 발명은, 앨리어싱 성분을 피하기 위하여, 부대역 채널 이득 팩터는 채널(k)이 네가티브의 부호(negative sign)를 가지고 채널(k-1)이 포지티브의 부호를 가지는 채널들로 집단화되어야만 한다고 가르친다. 따라서, 도 5에 도시된 바의 채널 부호(channel signs)는, 채널(16 및 17)이 집단화되고, 채널(18 및 19)이 집단화되며, 채널(21 및 22)이 집단화되고 그리고 채널(23 및 24)이 집단화되는 도 6에 따른 필요한 집단화(required grouping)를 제공한다. 이것은 집단화된 채널들(k 및 k-1)을 위한 이득값[gk(m)]이 다음식에 따라 개별적으로가 아닌 함께 계산됨을 의미한다:
Figure 112006073562227-PAT00004
(3)
여기서, gk-1(m)은 피집단화 부대역 신호들의 제 1 부대역 신호에 대한 이득 조절 팩터이고, gk(m)은 피집단화 부대역 신호들의 제 2 부대역 신호에 대한 이득 조절 팩터이며, Ek-1 ref(m)은 제 1 부대역 신호에 대한 기준 에너지이고, Ek ref(m)은 제 2 부대역 신호에 대한 기준 에너지이며, Ek-1(m)은 제 1 부대역 신호의 에너지 예상값이고, Ek(m)은 제 2 부대역 신호의 에너지 예상값이며, m은 시간의 한 순간(point)을 나타낸다. 이것은 집단화된 채널들이 동일한 이득값을 갖도록 보장한다. 이득 팩터들의 이러한 집단화는 필터뱅크의 앨리어싱 소거 특성을 보존하고 도 7에 따른 출력을 제공한다. 여기서 도 3에 존재하는 앨리어싱 성분이 사라진 것이 명백하다. 강력한 시누소이드 성분(sinusoidal component)이 없으면, 그럼에도 불구하고 0들이 채널의 부호에 의해 표시된 z-평면의 어느 한쪽 절반부에 위치될 것이며, 채널들은 이에 따라 집단화될 것이다. 이것은 강력한 음조 성분이 존재하는지의 여부를 결정함에 기초한 탐지(detection)가 필요하지 않음을 의미한다.
실수값 필터뱅크에서, 에너지 평가(energy estimation)는 복소수 표시(complex representation)에서와 같이 간단하지 아니하다. 만일 에너지를 단일 채널의 제곱된 부대역 샘플(squared subband samples)의 합산에 의해 계산하면, 실제 에너지가 아닌 신호의 시간 포락선을 추적할 위험이 있다. 시누소이드 성분이 0에서 필터뱅크 채널 너비(width)까지의 임의 주파수(arbitrary frequency)를 가질 수 있다는 사실에 기인하는 것이다. 시누소이드 성분이 필터뱅크 채널에 존재하면, 원 신호의 고 주파수 시누소이드 성분(high frequency sinusoidal)이기는 해도 매우 낮은 상대 주파수를 가질 수 있다. 평균하는 시간(averaging time)이 시누소이드 성분의 주파수에 대해 잘못(badly) 선택되면, 사실상 신호 에너지가 실제적으로 일정할 때 전음(tremolo)[진폭 변동(amplitude-variation)]이 유입될(introduced) 수 있기 때문에 이 신호의 에너지를 평가하는 것이 실수값 시스템에서 어렵게 된다. 그러나, 본 발명은, 시누소이드 성분의 위치가 주어지면, 필터뱅크 채널이 2개씩(two-by-two) 집단화되어야만 함을 가르친다. 이것은, 아래에 개략적으로 설명될 전음-문제를 상당히 감소시킨다.
코사인-변조 필터뱅크에서, 분석 필터[hk(n)]는 다음과 같이 대칭 저역 기본형 필터(symmetric low-pass prototype filter) [po(n)]의 코사인-변조 버전(cosine-modulated versions)이다.
Figure 112006073562227-PAT00005
(4)
여기서 M은 채널의 수이고, k = 0,1,..., M-1 이며, N은 기본형 필터 순서이고, n = 0,1,...이다. 여기서 기본형 필터의 대칭(symmetry)은 n = N/2인 것으로 가정된다. 아래의 미분(derivations)은 절반 샘플 대칭(half sample symmetry)의 경우와 유사하다.
주파수 [0≤Ω≤π]를 갖는 시누소이드 입력 신호(sinusoidal input signal) [χ(n)= A cos(Ωn+θ]에 있어서, 채널(k≥1)의 부대역 신호는 대략 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112006073562227-PAT00006
(5)
여기서 P(ω)는 시프트 기본형 필터(shifted prototype filter)의 실수값 이산 시간 퓨리에 변환(real valued discrete time Fourier transform) [P0(n+N/2)]이다. P(Ω+π(k+1/2)/M)이 작을 때 근사화(approximation)는 정확하며, 이것은 특히 P(ω)가 [｜ω｜≥π/M] 에 대해 아주 작은 값이면 아래의 논의의 기초가 되는 하나의 전제를 지지한다(holds a hypothesis). 스펙트럼 포락선 조절에 있어서, 부대역(k)내의 평균 에너지는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112006073562227-PAT00007
(6)
여기서, w(n)은 길이(L)의 윈도우(window)이다. 식(5)을 식(6)에 대입하면 다음과 같이 된다.
Figure 112006073562227-PAT00008
(7)
여기서, Ψ(Ω)는 k와 관계없는 위상 텀(phase term)이고, W(ω)은 윈도우의 이산 시간 퓨리에 변환(discrete time Fourier transform)이다. 입력 신호가 비록 정재 시누소이드(stationary sinusoid)일지라도, Ω가 π/M의 정배수(integer multiple)에 가까우면 이 에너지는 크게 오르내릴수 있다. 전음형태(tremolo type)의 아티팩트(Artifacts)는 그러한 단일 실제 분석 뱅크 채널 에너지 추정(single real analysis bank channel energy estimates)에 기초한 시스템에 나타나게 된다.
한편, π(k-1/2)/M≤Ω≤π(k+1/2)/M이고 P(ω)가 ｜ω｜≥π/M에 대해 대수롭지 않은 값이라고 가정하면, 부대역 채널(k 및 k-1)은 0이 아닌 출력값을 가지며, 이러한 채널들은 본 발명에 의해 제안된 바와 같이 함께 집단화될 것이다. 이러한 두 개의 채널에 기초한 에너지 추정은,
Figure 112006073562227-PAT00009
(8)
이고, 여기서
Figure 112006073562227-PAT00010
(9)
이며,
Figure 112006073562227-PAT00011
(10)
이다.
기본형 필터의 가장 유용한 디자인에 있어서, S(Ω)은 위에 주어진 주파수 범위에서 거의 일정하다. 나아가, 윈도우 w(n)가 저역 필터 특성을 가지면, ｜ε(Ω)｜은 ｜W(0)｜보다 더욱 작아서, 식 (8)의 에너지 추정의 변동(fluctuation)이 식(7)의 것과 비교하여 크게 감소된다.
도 8은 신호의 포락선 조절을 위한 본 발명의 장치를 도시한다. 상기 본 발명의 장치는 복수의 부대역 신호를 제공하기 위한 수단(80)을 포함한다. 하나의 부대역 신호는 그 부대역 신호와 연관되고 그에 의해 커버되는 주파수 범위를 표시하는 채널 넘버(k)를 가짐을 알아야 한다. 부대역 신호는, 분석 필터뱅크의 채널 넘버(k)를 갖는 채널 필터로부터 유래한다. 분석 필터뱅크는 복수의 채널 필터들을 가지는데, 여기서 채널 넘버(k)를 갖는 채널 필터는, 하위 채널 넘버(k-1)를 갖는 인접 채널 필터의 채널 응답(a channel response)과 중첩되는 특정 채널 응답(a certain channel response)을 가진다. 이러한 중첩은 특정 중첩 범위에서 발생한다. 중첩 범위에 관하여, 분석 필터뱅크의 인접 채널 필터의 중첩 임펄스 응답(overlapping impulse responses)을 파선으로 나타내는 도 1, 3, 4 및 7이 참고가 된다.
도 8로부터 수단(80)에 의해 출력된 부대역 신호는 앨리어싱 발생 신호 성분에 관하여 부대역 신호를 검사하기 위한 수단(82)으로 입력된다. 특히, 수단(82)은, 관련된 채널 넘버(k)를 가지는 부대역 신호를 검사하고, 관련된 채널 넘버(k-1)를 가지는 인접 부대역 신호를 검사하는데 효과적이다(operative). 이것은 부대역 신호 및 인접 부대역 신호가 도 1에 예를 들어 도시된 시누소이드 성분과 같은 중첩 범위내의 앨리어싱 발생 신호 성분을 가지는지 여부를 결정하기 위한 것이다. 예를 들어 관련된 채널 넘버(15)를 가지는 부대역 신호의 시누소이드 성분이 중첩 범위에 위치되지 않음을 알아야 한다. 이것은 관련된 채널 넘버(20)를 가지는 부대역 신호의 시누소이드 신호 성분에 있어서도 사실이다. 도 1에 도시된 다른 시누소이드 성분들과 관련하여, 그들이 대응하는 인접 부대역 신호의 중첩 범위에 있다는 것이 명확하게 된다.
검사를 위한 수단(82)은, 중첩 범위에 있는 앨리어싱 발생 신호 성분을 가지는 두 개의 인접한 부대역 신호를 식별하기 위한 동작을 한다(operative to identify). 검사 수단(82)은 인접 부대역 신호를 위한 이득 조절 값을 계산하기 위한 수단(84)과 결합된다. 특히, 수단(84)은, 한편으로는 부대역 신호 그리고 다른 한편으로는 인접 부대역 신호를 위한 제 1 이득 조절 값과 제 2 이득 조절값을 계 산하는 동작을 한다. 이러한 계산은 검사를 위한 수단의 포지티브 결과에 답하여(in response to a positive result) 수행된다. 특히, 계산을 위한 수단은, 서로 독립적이지 않고 의존적인 제 1 이득 조절값 및 제 2 이득 조절값을 결정하는 동작을 한다.
수단(84)은 제 1 이득 조절 값과 제 2 이득 조절값을 출력한다. 이러한 점에서, 바람직한 실시예에서 제 1 이득 조절값과 제 2 이득 조절값이 서로 같아야 바람직하다는 것에 유념해야 한다. 예를 들어, 스펙트럼 밴드 복제 부호기(spectral band replication encoder)에서 계산되는 이득 조절값들을 변경시키는 경우에, 원래의 SBR 이득 조절값들에 상응하는 변경 이득 조절값들은, 다음에 설명하는 바와 같이, 원래의 값의 상위값(the higher value)보다 더 작기도 하고 원래의 값의 하위값보다 더 크다.
그러므로, 이득 조절값들을 계산하기 위한 수단(84)은, 인접 부대역 신호를 위한 두 개의 이득 조절값들을 계산한다. 이러한 이득 조절값들과 부대역 신호들 자체가 계산된 이득 조절값들을 사용하여 인접 부대역 신호를 이득 조절하기 위한 수단(86)에 공급된다. 이러한 이득 조절값들이 이득 조절 팩터가 되도록, 상기 수단(86)에 의해 수행된 이득 조절은 그러한 이득 조절값들에 의한 부대역 샘플들의 다중화에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 여러 부대역 샘플들을 갖는 하나의 부대역 신호의 이득 조절은 하나의 부대역으로부터의 각 부대역 샘플을, 각 부대역을 위해 계산된 이득 조절 팩터로 다중화함에 의해 수행된다. 그러므로, 부대역 신호의 정밀한 구조(a fine structure)는 이득 조절에 의해 영향받 지(touched) 않는다. 바꾸어 말하면, 부대역 샘플들의 절대 진폭값들(absolute amplitude values)이 각 부대역 신호와 관련된 이득 조절값으로 이 샘플들을 다중화함에 의해 변경되는 반면, 부대역 샘플들의 상대적인 진폭값들(relative amplitude values)은 유지된다.
이득조절 수단(86)의 출력부에서, 이득-조절 부대역 신호들(gain-adjusted subband signals)이 얻어진다. 이 이득-조절 부대역 신호들이 합성 필터뱅크, 바람직하게는 실수값 합성 필터뱅크에 입력될 때, 합성 필터뱅크의 출력값, 즉, 합성 출력 신호(synthesized output signal)는, 도 7과 관련하여 상술된 바와 같이 중요한 앨리어싱 성분을 나타내지 않는다.
여기서, 인접 부대역 신호들의 이득 값들이 서로 동일하게 만들어질 때, 앨리어싱 성분의 완벽한 소거가 얻어질 수 있다는 것에 유념해야 한다. 그럼에도 불구하고, 인접 부대역 신호를 위한 이득 조절값이 서로에 의존되어 계산될 때, 적어도 앨리어싱 성분의 감소를 얻을 수 있다. 이것은, 본 발명의 단계가 취해지지 않은 경우와 비교하여, 이득 조절값들이 서로 전적으로(totally) 동일하지 않으나 서로 근접한(closer) 값일 때 이미 앨리어싱 상태(aliasing situation)의 개선이 얻어진 것을 의미한다.
본 발명은, 국제출원공개 WO 98/57436 A2호에 상세히 기술된, 스펙트럼 대역 복제(SBR) 또는 고 주파수 복원(high frequency reconstruction; HFR)과 관련하여 사용된다.
공지된 바와 같이, 스펙트럼 포락선 복제 또는 고 주파수 복원은 복호기- 측(decoder-side)에서의 단계들뿐만 아니라 부호기-측(encoder-side)의 단계들을 포함한다.
부호기에서, 완전 대역폭(full bandwidth)을 갖는 하나의 원 신호가 하나의 소스 부호기(source encoder)에 의해 부호화된다. 이 소스-부호기는 하나의 출력 신호, 즉, 원 신호의 부호화된 버전을 생성하는데, 여기서 원 신호에 포함되었던 하나 또는 그 이상의 주파수 대역이 원 신호의 부호화된 버전에 더 이상 포함되지 않는다. 원 신호의 부호화된 버전이 원 대역폭의 낮은 대역(a low band)만을 포함하는 것이 일반적이다. 원 신호의 원 대역폭의 높은 대역은 원 신호의 부호화된 버전에 포함되지 않는다. 나아가, 부호기-측에는, 원 신호의 부호화된 버전에 사라진(missing) 대역들의 원 신호의 스펙트럼 포락선을 분석하기 위한 하나의 스펙트럼 포락선 분석기(spectral envelope analyser)가 있다. 이러한 사라진(missing) 대역(들)은, 예를 들어, 높은 대역(high band)이다. 스펙트럼 포락선 분석기는, 원 신호의 부호화된 버전에서 없어진, 대역의 거친 포락선 표시(coarse envelope representation)를 생성하는 동작을 한다. 이 거친 스펙트럼 포락선 표시는 여러 방식으로 발생시킬 수 있다. 그 방법들 중의 하나는, 상응하는 주파수 범위의 각 채널을 위한 각 부대역 신호가 얻어지도록 원 신호의 각 주파수 부분을 하나의 분석 필터뱅크를 통해 통과시키고, 그리고 이 에너지 값들이 거친 스펙트럼 포락선 표시이도록 각 부대역의 에너지를 계산하는 것이다.
가능한 다른 방법은, 사라진 대역의 퓨리에 분석을 하고, 오디오 신호들이 고려될 때 잘 알려진 바크 스케일(Bark scale)에 따른 집단화를 사용하여 임계 대 역(critical band)과 같은 그룹내의 스펙트럼 계수의 평균 에너지를 계산함에 의해 사라진 주파수 대역의 에너지를 계산하는 것이다.
이 경우에, 거친 스펙트럼 포락선 표시는 특정(certain) 기준 에너지 값들로 구성되며, 여기서 하나의 기준 에너지 값은 특정 주파수 대역과 연관되어 있다. 이제 SBR 부호기가, 수신기 또는 SBR-준비 복호기(SBR-ready decoder)로 전송되는 출력 신호를 형성하기 위하여 이러한 거친 스펙트럼 포락선 표시를 원 신호의 부호화된 버전으로 다중화한다(multiplex).
SBR-준비(SBR-ready) 복호기는, 공지된 바와 같이, 원 신호의 복호화된 버전을 얻기 위하여 원 신호의 부호화된 버전을 복호화함에 의해 얻은 어떤 하나의 또는 모든 주파수 대역을 사용함에 의해 사라진 주파수 대역을 발생시키는 동작을 한다. 원 신호의 복호화된 버전도 사라진 대역을 포함하지 않는 것이 자연스럽다. 이 사라진 대역은 이제 스펙트럼 대역 복제에 의해 원 신호에 포함된 대역들을 사용하여 복원(reconstructed)된다. 특히, 원 신호의 복호화된 버전의 하나 또는 여러 대역들이 선택되고 복원되어질 대역들까지 복사된다(copied up to bands). 그 다음에는, 복사된 부대역 신호들의 정밀 구조(fine structure) 또는 주파수/스펙트럼 계수가 이득 조절값들을 사용하여, 그리고 부호기로부터 복호기로 전송된 거친 스펙트럼 포락선 표시로부터 추출된 기준 에너지를 사용하여 조절되는데, 위의 이득 조절값들은, 한편 복사된 부대역 신호의 실제 에너지를 사용하여, 계산된다. 이득 조절 팩터는, 기준 에너지 및 실제 에너지 사이의 몫(quotient)을 결정하여 그리고 이 값의 제곱근을 취하여 계산되는 것이 일반적이다.
이것은 도 2에 대해 이전에 설명된 경우(situation)이다. 특히, 도 2는 그러한 이득 조절값들을 나타내는데, 이러한 이득 조절값들은 예를 들어 고 주파수 복원 또는 SBR-준비 복호기의 이득 조절 블록에 의해 결정된다.
도 8에 도시된 본 발명의 장치는, 표준 SBR-이득 조절 장치(normal SBR-gain adjustment device)의 완전한 대치를 위해 사용되거나 선행 기술 이득-조절 장치의 품질 개선을 위해 사용될 수 있다. 첫 번째 가능한 방법으로서, 이득-조절 값은, 인접 부대역 신호들이 앨리어싱 문제를 갖는 경우에, 서로 의존하여 인접 부대역 신호를 위해 결정된다. 이것은, 그로부터 인접 부대역 신호가 발생되는 필터의 중첩 필터 응답에, 도 1과 관련하여 논의된 음조 신호 성분과 같은 앨리어싱-발생 신호 성분이 있었음을 의미한다. 이 경우에, 이득 조절값들은, SBR-준비 부호기로부터 전송된 기준 에너지들에 의해 그리고 복사된 부대역 신호의 에너지에 대한 평가(estimation)에 의해, 그리고 앨리어싱 발생 신호 성분에 관하여 부대역 신호를 시험하기 위한 수단에 응답하여 계산된다.
본 발명의 장치가 기존의 SBR-준비 복호기의 동작성(operability)을 강화하기 위해 사용되는 다른 경우에, 인접 부대역 신호에 대한 이득 조절값을 계산하기 위한 수단은, 앨리어싱 문제를 갖는 두개의 인접 부대역 신호의 이득 조절 값들을 검색하도록(retrieve) 실행된다. 전형적인 SBR-준비 부호기는 앨리어싱 문제에 관심을 두지 않았기 때문에, 이러한 두 개의 인접 부대역 신호에 대한 이 이득 조절값들은 서로 독립적이다. 본 발명의 이득 조절값을 계산하기 위한 수단은, 두 개의 검색된 "원" 이득 조절값들(retrieved "original" gain adjustment values)에 대한 계산 이득 조절값들(calculated gain adjustment values)을 유도하는 동작을 한다. 이것은 여러가지 방식으로 행해질 수 있다. 첫번째 방법은 제 2 이득 조절값을 제 1 이득 조절값과 동일하게 만드는 것이다. 두번째 방법은, 제 1 이득 조절 값을 제 2 이득 조절값과 동일하게 만드는 것이다. 세번째 방법은 두 개의 원 이득 조절 값들 모두의 평균을 계산하고, 제 1 계산 이득 조절값과 제 2 계산 포락선 조절 값으로서 이 평균을 사용하는 것이다. 다른 방법은, 두 개의 원 이득 조절값의 하위(the lower) 이득 조절값보다 두 개 모두 높고 상위 이득 조절값보다 두 개 모두 낮은, 다르거나 동일한 제 1 및 제 2 계산 이득 조절 값들을 선택하는 것이다. 도 2와 6을 비교할 때, 서로 의존적으로 계산되는 두 개의 인접 부대역을 위한 제 1 및 제 2 이득 조절값들은 모두, 원 하위 값보다 더 크고 원 상위 값보다 더 작다.
SBR-준비 부호기가 이미 부대역 신호를 제공하는[도 8의 블록(80)] 특징을 이미 실행하는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 앨리어싱 발생 신호 성분들에 대해 부대역 신호를 시험하고[도 8의 블록(82)] 그리고 인접 부대역 신호에 대한 이득 조절값을 계산하는[블록(84)] 단계가, 이득 조절 동작(gain adjusting operations)을 하지 않는, SBR-준비 부호기에서 실행된다. 이 경우에, 도 8에 도면부호 84로 도시된 계산을 위한 수단은, 복호기로 전송되기 위한 제 1 및 제 2 계산 이득 조절 값을 출력하기 위한 수단에 연결된다.
이 경우에, 복호기는 하나의 앞서 "앨리어싱-감소된" 거친 스펙트럼 포락선 표시(an already "aliasing-reduced" coarse spectral envelope representation)를, 바람직하게는 인접 부대역 신호의 앨리어싱-감소 집단화(aliasing-reducing grouping)가 이미 수행되었다는 표시(indication)와 함께 수신하게 된다. 그 다음에는, 이득 조절값이 이미 좋은 형태여서(in good shape) 합성된 신호가 앨리어싱 일그러짐(aliasing distortion)을 나타내지 않을 것이기 때문에, 표준 SBR-복호기에 대한 변형이 필요하지 않다.
다음에는, 부대역 신호를 제공하기 위한 수단(80)의 실행에 대하여 설명된다. 본 발명이 신규한 부호기에서 실행되는 경우에, 복수의 부대역 신호를 제공하기 위한 수단은, 사라진 주파수 대역, 즉, 원 신호의 부호화된 버전에 포함되지 않는 주파수 대역을 분석하기 위한 분석기이다.
본 발명이 신규한 복호기에서 실행되는 경우에, 복수의 부대역 신호를 제공하기 위한 수단은, 낮은 대역 부대역 신호를 높은 대역 부대역 채널로 바꾸어 놓기(transposing: 轉置) 위한 SBR 장치와 결합된 원 신호의 복호화된 버전을 분석하기 위한 분석 필터뱅크일 수 있다. 그러나, 이 경우에, 원 신호의 부호화된 버전은 양자화되고 잠재적 엔트로피-부호화된 부대역 신호 자체를 포함하고, 제공 수단은 분석 필터뱅크를 포함하지 않는다. 이 경우에, 제공 수단은 엔트로피-복호화 및 재양자화된(entropy-decoded and requantized) 부대역 신호를 복호기로 전송된 신호 입력으로부터 추출하는 동작을 한다. 제공 수단은, 스펙트럼 대역 복제 또는 고 주파수 복원 업계에서 알려져 있는 바와 같이, 공지의 전치 법칙들의 하나에 따라 그러한 저 대역 추출 부대역 신호들(low band extracted subband signals)을 고 대역(high band)으로 전치시키는 동작도 한다.
도 9는 (부호기 또는 복호기에 위치될 수 있음) 분석 필터뱅크와, SBR-복호 기에 위치되는 합성 필터뱅크의 협력을 보여준다. 복호기에 위치된 합성 필터뱅크(90)는, 고 대역 신호를 합성하기 위하여, 이득-조절 부대역 신호를 수신하는 동작을 하는데, 이 고 대역 신호는 합성후에 완전-대역 복호화 신호(full-band decoded signal)를 얻기 위해 원 신호의 복호화된 버전과 결합된다. 그와 달리, 도 8의 수단(84)에 의해 출력된 이득 조절 부대역 신호가 고대역 필터 채널들에 공급되는 반면, 원 신호의 복호화된 버전을 나타내는 부대역 신호가 합성 필터뱅크(90)의 저 대역 채널에 공급되도록, 실수값 합성 필터뱅크가 전체 원 주파수 대역을 커버할 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, 본 발명의 서로 의존적인 이득 조절 값들의 계산은, 복소수 분석 필터뱅크와 실수값 합성 필터뱅크를 결합시키거나, 특히 저가 복호기 사용을 위해, 실수값 분석 필터뱅크와 실수값 합성 필터뱅크를 결합시킨다.
도 10은, 부대역 신호를 검사하기 위한 수단(82)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 5에 대하여 앞에서 설명된 바와 같이, 도 8의 검사를 위한 수단(82)은, 예측자 다항식(predictor polynomials)의 계수가 얻어지도록 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 신호에 대한 하위 예측자 다항식 계수를 결정하기 위한 수단(100)을 포함한다. 식(1)에 대해 설명한 바와 같이, 식(1)에 정의된 2차(a second order) 예측 다항식의 제 1 예측 다항식 계수가 계산되는 것이 바람직하다. 이 수단(100)은 인접 부대역 신호를 위한 계수의 부호(sign)를 결정하기 위한 수단(102)에 결합된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 위의 결정 수단(102)은, 하나의 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 얻어지도록 식(2)을 계산하는 동작을 한다. 결정 수단(102)에 의해 얻어진 부대역 신호를 위한 부호는, 한편으로는 예측자 다항식 계수의 부호, 다른 한편으로는 채널 넘버 또는 부대역 넘버(k)에 의존한다. 도 10의 결정 수단(102)은, 앨리어싱-문제성 성분(aliasing-problematic components)을 가지는 인접 부대역 신호들을 결정하기 위하여 부호를 분석하기 위한, 수단(104)에 결합된다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 수단(104)은, 하위 채널 넘버를 갖는 부대역 신호가 하나의 포지티브 부호를(a positive sign) 가지고, 상위 채널 넘버를 갖는 부대역 신호가 하나의 네가티브(negative) 부호를 가지는 경우에, 부대역 신호를 앨리어싱-발생 신호 성분을 갖는 부대역 신호로 결정하는 동작을 한다. 도 5를 고려할 때, 이러한 상황(situation)은, 부대역 신호(16 및 17)가 결합 이득 조절값들(having coupled gain adjustment values)을 갖는 인접 부대역 신호인 것으로 결정되도록, 부대역 신호(16 및 17)에 대해 일어나는 것이 명백하게 된다. 이것은 부대역 신호(18 및 19) 또는 부대역 신호(21 및 22) 또는 부대역 신호(23 및 24)에 대해서도 동일하다.
여기서, 대안으로서, 다른 예측 다항식, 즉, 3차, 4차 또는 5차 예측 다항식도 사용될 수 있다는 것과, 그리고 2차, 3차 또는 4차 예측 다항식 계수와 같은 부호(sign)를 결정하기 위해 다른 다항식 계수도 사용될 수 있다는 것에 유념해야 한다. 그러나, 식(1과 2)에 대하여 도시된 과정(procedure)은, 그것이 낮은 계산 오버헤드(a low calculation overhead)를 포함하기 때문에 바람직하다.
도 11은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 인접 부대역 신호를 위한 이 득 조절 값을 계산하기 위한 수단의 바람직한 실행을 나타낸다. 특히, 도 8의 수단(84)은, 인접 부대역을 위한 기준 에너지에 하나의 표시(indication)를 제공하기 위한 수단(110)과, 인접 부대역에 대한 예상 에너지(estimated energies)를 계산하기 위한 수단(112)과, 그리고 제 1 및 제 2 이득 조절값들을 결정하기 위한 수단(114)을 포함한다. 제 1 이득 조절값(gk)과 제 2 이득 조절값(gk-i)은 동일한 것이 바람직하다. 수단(114)은 상술한 식(3)을 실행하는 동작을 하는 것이 바람직하다. 여기서, 인접 부대역을 위한 기준 에너지에의 표시(the indication on the reference energy)는 표준 SBR 부호기에 의해 출력된 부호화된 신호로부터 얻어지는 것이 일반적이라는 것에 유념해야 한다. 특히, 기준 에너지는 표준 SBR-준비 부호기에 의해 발생된 거친 스펙트럼 포락선 정보를 구성한다.
본 발명은 또한, 하나의 실수값 분석부와 하나의 실수값 합성부를 포함하여 구성되거나, 하나의 복소수 분석부와 하나의 실수값 합성부를 포함하여 구성되는, 하나의 필터뱅크를 사용하여 신호의 스펙트럼 포락선을 조절하기 위한 방법에 관한 것으로서, 여기서, 주파수가 낮은 채널이 포지티브의 부호를 가지고 주파수가 높은 인접 채널이 네가티브의 부호를 가지면, 상기 낮은 채널의 부대역 샘플들과 상기 높은 채널의 부대역 샘플들 사이의 관계가 유지되도록, 상기 두 채널들이 동일한 이득 값을 사용하여 변경된다.
상기 방법에서, 상기 이득값은 상기 인접 채널들의 평균 에너지를 사용하여 계산되는 것이 바람직하다.
상황에 따라, 본 발명의 스펙트럼 포락선 조절 방법은, 하드웨어에서 또는 소프트웨어에서 실행될 수 있다. 본 발명의 실행은, 프로그램가능한 컴퓨터 시스템과 협력할 수 있는 전자 판독가능 제어 신호(electronically readable control signals)를 갖는 하나의 디스크 또는 하나의 CD와 같은 디지털 저장 매체(digital storage medium)에서 본 발명의 방법이 수행되도록 일어날 수 있다. 그러므로, 본 발명은, 일반적으로, 컴퓨터에서 가동될 때 본 발명의 방법을 실행하기 위해 기계-판독가능 캐리어(machine-readable carrier)에 저장된 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품(computer-program product)이다. 그러므로, 바꿔 말하면, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 가동될 때, 본 발명의 방법을 실행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램이다.
본 발명은 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 하나의 신호를 필터링함으로써 발생된 복수의 부대역 신호들을 이득 조절하기 위한 이득 조절값을 계산하기 위한 새로운 장치와 방법 그리고 상기와 같이 발생된 부대역 신호들을 가지는 신호의 에너지를 평가하기 위한 새로운 장치 및 방법을 제공한다.

Claims (24)

  1. 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 하나의 신호를 필터링함으로써 발생된 복수의 부대역 신호들을 이득 조절하기 위한 이득 조절값을 계산하기 위한 것으로서,
    검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들(grouped subband signals)을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분(aliasing generating signal components)을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 인접 부대역 신호를 검사하기 위한 수단(82)과;
    피집단화 부대역 신호들에 대한 기준 에너지(a reference energy)의 표시와 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값(an energy estimate)을 결정하고, 그리고
    상기 기준 에너지의 표시와 에너지 예상값에 기초하여 피집단화 부대역 신호들에 대한 이득 조절값들을 계산하는 동작을 하는,
    피집단화 조절 부대역 신호들에 대한 제 1 이득 조절값과 제 2 이득 조절값을 계산하기 위한 수단(84)을 포함하여 구성되는, 이득 조절값의 계산 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부대역 신호를 위한 제 1 기준 스펙트럼 포락선 값(a first reference spectral envelope value)과 그 인접 부대역 신호(110)를 위한 제 2 기준 스펙트럼 포락선 값을 제공하기 위한 수단을 더 포함하여 구성되고;
    상기 계산 수단(84)이, 피집단화 부대역 신호들에 대해, 상기 부대역 신호의 신호 에너지를 표시하는 제 1 에너지 크기(a first energy measure)와 그 인접 부대역 신호의 신호 에너지를 표시하는 제 2 에너지 크기를 결정하는(112) 동작을 하며; 그리고
    상기 계산 수단(84)이, 제 1 기준 스펙트럼 포락선 값(a first reference spectral envelope value)과 제 2 기준 스펙트럼 포락선 값의 선형 결합(linear combination)으로 기준 에너지의 표시를 계산하고, 상기 제 1 에너지 크기와 제 2 에너지 크기의 선형 결합(linear combination)으로 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값(energy estimate)을 계산하는(114) 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  3. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 상기 계산 수단(84)이, 상기 제 1 및 제 2 이득 조절 값이 미리 결정된 임계값보다 작게 차이가 있거나 서로 동일하도록, 상기 제 1 및 제 2 이득 조절 값을 계산하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  4. 제3항에 있어서, 미리 결정된 임계값이, 6 dB보다 낮거나 이와 동일한, 이득 조절값의 계산 장치.
  5. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 상기 부대역 신호를 위한 불변경 제 1 이득 조절 값(an unmodified first gain adjustment value)과 그 인접 부대역 신호를 위한 불변경 제 2 이득 조절 값을 제공하기 위한 수단을 더 포함하여 구성되고, 그리고
    상기 계산 수단(84)이, 상기 제 1 및 제 2 이득 조절 값이 상기 불변경 제 1 및 제 2 이득 조절 값의 하위값(lower value) 보다 크거나 동일하도록 그리고 상기 불변경 제 1 및 제 2 이득 조절 값의 상위값(higher value) 보다 작거나 동일하게 계산하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 불변경 제 1, 제 2 이득 조절 값이, 하나의 주파수 대역에 원 신호(original signal)의 스펙트럼 포락선을 표시하고(are indicative for), 상기 주파수 대역이 스펙트럼 대역 복제(spectral band replication)에 의해 재구성되는, 이득 조절값의 계산 장치.
  7. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 상기 계산 수단(84)이, 상기 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호의 평균 에너지에 기초하여 상기 제 1 이득 조절 값과 제 2 이득 조절 값을 계산하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  8. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 상기 계산 수단이, 다음의 식에 따른 제 1 및 제 2 이득 조절 팩터들을 계산하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
    Figure 112006073562227-PAT00012
    (위에서, gk-1(m)은 피집단화 부대역 신호들의 제 1 부대역 신호에 대한 이득 조절 팩터이고, gk(m)은 피집단화 부대역 신호들의 제 2 부대역 신호에 대한 이득 조절 팩터이며, Ek-1 ref(m)은 제 1 부대역 신호에 대한 기준 에너지이고, Ek ref(m)은 제 2 부대역 신호에 대한 기준 에너지이며, Ek-1(m)은 제 1 부대역 신호의 에너지 예상값이고, Ek(m)은 제 2 부대역 신호의 에너지 예상값이며, m은 시간의 한 순간(point)을 나타냄.)
  9. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 하나의 부대역 신호에 대한 에너지 예상값이 그 부대역 신호의 제곱된 부대역 샘플(squared subband samples)의 합산에 의해 계산되는, 이득 조절값의 계산 장치.
  10. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 상기 검사 수단(82)이, 상기 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호(100, 102)를 위한 예측 다항식(prediction polynomials)의 계수(coefficients)에 기초하여 부대역 신호들의 부호들을 계산하고, 상기 부호들 이 서로 미리 결정된 관계를 가질 때 포지티브 결과를 표시하는(104) 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 검사 수단(82)이, 자동-상관 방법(auto-correlation method) 또는 공분산 방법(co-variance method)을 적용하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 예측 다항식이 1차 계수(a first order coefficient)를 가지는 하위(a low order) 다항식이고, 상기 하위 다항식의 차수(order)가 4보다 작고, 상기 검사 수단(82)이 상기 부대역 신호들의 부호들을 계산하기 위해 1차 계수를 사용하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  13. 제10항 내지 제12항들 중의 어느 하나에 있어서, 상기 검사 수단(82)이, 다음의 식에 기초하여 하나의 부대역 신호를 위한 부호를 계산하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
    Figure 112006073562227-PAT00013
    (2)
    (위에서 k는 채널 넘버이고,
    Figure 112006073562227-PAT00014
    은 1차 계수임.)
  14. 제10항 내지 제13항들 중의 어느 하나에 있어서, 상기 미리 결정된 관계가, 그와 결합된 상기 채널 넘버(k)를 가지는 상기 부대역 신호가 제 1 부호를 가지고, 그와 결합된 상기 채널 넘버(k-1)를 가지는 그 인접 부대역 신호가 상기 제 1 부호와 정반대인 제 2 부호를 가지도록 정의되는, 이득 조절값의 계산 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제 1 부호가 네가티브이고, 상기 제 2 부호가 포지티브인, 이득 조절값의 계산 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 검사 수단(82)이, 하나의 음조 성분이 음조 임계값(tonality threshold) 이상의 음조 크기(tonality measure)를 가지는지를 결정하기 위하여 상기 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호의 음조 분석(tonal analysis)을 수행하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 검사 수단(82)이, 상기 음조 성분이 상기 채널(k)과 채널(k-1)의 중첩 범위에 있는지의 여부를 결정하는 동작을 하는, 이득 조절값의 계산 장치.
  18. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 합성 출력 신호를 얻기 위하여 상기 이득 조절 부대역 신호들(gain adjusted subband signals)을 필터링(filtering)하기 위한 하나의 합성 필터뱅크(synthesis filterbank)(90)를 더 포함하여 구성되는, 이득 조절값의 계산 장치.
  19. 상기 청구항들 중의 하나에 있어서, 상기 분석 필터뱅크가 실수값 필터뱅크이고; 그리고 상기 합성 필터뱅크가 실수값 필터뱅크인, 이득 조절값의 계산 장치.
  20. 제1항 내지 제18항들 중의 어느 하나에 있어서, 상기 분석 필터뱅크가 복소수값 필터뱅크(complex-valued filterbank)이고; 그리고 상기 합성 필터뱅크가 실수값 필터뱅크인, 이득 조절값의 계산 장치.
  21. 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 하나의 신호를 필터링함으로써 발생된 복수의 부대역 신호들을 이득 조절하기 위한 이득 조절값을 계산하기 위한 것으로서,
    검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들(grouped subband signals)을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분(aliasing generating signal components)을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 인접 부대역 필터로부터 유래하는 인접 부대역 신호를 검사하는 단계(82)와;
    피집단화 부대역 신호들에 대한 기준 에너지(a reference energy)의 표시와 피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값(an energy estimate)을 결정함으로써, 그리고
    상기 기준 에너지의 표시와 에너지 예상값에 기초하여 피집단화 부대역 신호들에 대한 이득 조절값을 계산함으로써,
    피집단화 조절 부대역 신호들에 대한 제 1 이득 조절값과 제 2 이득 조절값을 계산하는 단계(84)를 포함하여 구성되는, 이득 조절값의 계산 방법.
  22. 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 필터링함으로써 발생된 부대역 신호들을 가지는 신호의 에너지를 평가하기 위한 것으로서,
    검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 인접 부대역 신호를 검사하기 위한 수단(82)과; 그리고
    피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값을 계산하기 위한 수단을 포함하여 구성되는, 신호의 에너지 평가 장치.
  23. 부대역 필터들을 가지며 그 인접 부대역 필터들이 중첩 범위에서 중첩하는 전이 대역을 갖는 분석 필터뱅크를 사용하여 필터링함으로써 발생된 부대역 신호들을 가지는 신호의 에너지를 평가하기 위한 것으로서,
    검사의 포지티브 결과(positive result)에 대한 응답으로 피집단화 부대역 신호들을 얻기 위해 부대역 신호와 그 인접 부대역 신호가 중첩 범위에서 앨리어싱 발생 신호 성분을 가지는가의 여부를 결정하기 위하여, 하나의 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 부대역 신호와 하나의 인접 부대역 필터로부터 유래하는 하나의 인접 부대역 신호를 검사하는 단계(82)와; 그리고
    피집단화 인접 부대역 신호들의 에너지에 대한 에너지 예상값을 계산하는 단계를 포함하여 구성되는, 신호의 에너지 평가 방법.
  24. 컴퓨터에서 가동될 때, 제21항 또는 제23항에 따른 방법을 수행하기 위한 하나의 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 프로그램 저장 매체.
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