KR20060124568A - 잔차 신호 부호화 및 복호화 장치와 그 방법 - Google Patents

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KR20060124568A
KR20060124568A KR1020060042645A KR20060042645A KR20060124568A KR 20060124568 A KR20060124568 A KR 20060124568A KR 1020060042645 A KR1020060042645 A KR 1020060042645A KR 20060042645 A KR20060042645 A KR 20060042645A KR 20060124568 A KR20060124568 A KR 20060124568A
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    • G10L—SPEECH ANALYSIS OR SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/04—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/08—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
    • G10L19/087—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters using mixed excitation models, e.g. MELP, MBE, split band LPC or HVXC

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 잔차 신호 부호화 및 복호화 장치와 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 종래의 변환 부호화를 이용한 잔차 신호 부호화 방법을 개선하여, 변환 부호화 방법에서 선형 예측 부호화(linear predictive coding) 모델 및 트랙 구조를 채용함으로써 음질을 개선하고 메모리 및 계산량을 줄이기 위한 잔차 신호 부호화 및 복호화 장치와 그 방법을 제공하는데 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 잔차 신호 부호화 장치에 있어서, 시간 영역의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력하는 변환부; 상기 변환계수로부터 선형예측계수를 추출하는 선형예측계수 추출부; 상기 선형예측계수를 양자화하여 양자화된 선형예측계수 및 인덱스를 출력하는 선형예측계수 양자화부; 상기 양자화된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 변환계수에 대하여 선형예측 분석을 수행하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 선형예측 분석 필터부; 상기 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 대역으로 구분하여 대역별로 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 대역 분할부; 상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 최적의 펄스를 선택하고, 상기 최적의 펄스에 대한 펄스 파라미터를 출력하는 펄스 검색부; 및 상기 최적 펄스의 펄스 파라미터를 양자화하는 펄스 양자화부를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광대역 통합망에서 음성 부호화 등에 이용됨.
잔차 신호, 잔차 파라미터, 선형예측, 변환 부호화

Description

잔차 신호 부호화 및 복호화 장치와 그 방법{Apparatus and Method for coding and decoding residual signal}
도 1은 잔차 신호 부호화 방법을 이용한 음성 부호화/복호화 장치 구성도,
도 2는 종래의 잔차 신호 부호화기 및 복호화기의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 변환 부호화를 이용하여 잔차신호를 부호화/복호화하는 잔차 신호 부호화 및 복호화 장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 펄스 검색기에서 수행될 수 있는 개-루프 방식의 펄스 검색 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 펄스 검색기에서 수행될 수 있는 폐-루프 방식의 펄스 검색 흐름도,
도 6은 도 3의 펄스 양자화기 및 펄스 역-양자화기에 대한 일실시예 상세 구성도,
도 7은 종래의 변환 부호화를 이용한 잔차 부호화 방법으로 처리된 음성 스펙트럼과 본 발명 방법으로 처리된 음성 스펙트럼을 원음과 비교한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
301 : 변환기 303 : 선형예측계수 추출기
305 : 선형예측계수 양자화기 307 : 선형예측 분석필터
309 : 대역 분할기 311 : 펄스 검색기
313 : 펄스 양자화기 321 : 선형예측계수 역-양자화기
323 : 펄스 역-양자화기 325 : 선형예측 합성필터
327 : 대역 통합기 329 : 펄스 생성기
331 : 역-변환기
본 발명은 음성 부호화 및 복호화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음성 신호 중 잔차 신호(residual signal)를 주파수 영역으로 변환하여 잔차 파라미터를 출력하기 위한 잔차 신호 부호화 장치 및 그 방법과 상기 잔차 파라미터로부터 잔차 신호를 복원하기 위한 잔차 신호 복호화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
음성을 디지털화하여 전송하는 기술은 기존 전화망을 포함한 유선 통신망, 이동 통신망 및 최근 주목되는 VoIP(Voice over IP(Internet Protocol))망 등에서 널리 이용되고 있다. 음성을 단순히 샘플링 및 디지털화하여 전송하는 경우에, 64kbps(8kHz로 샘플링하고 각 샘플을 8bit로 부호화하는 경우) 정도의 데이터 전송율이 요구된다. 그러나, 음성 분석과 적절한 부호화 방법을 이용하여 음성을 전송 하면 데이터 전송율을 현저하게 감소시킬 수 있다.
이러한 음성 압축 기술로서 변환 부호화(transform coding) 방법이 있다. 변환 부호화 방법에 따르면 시간 영역의 음성 신호가 주파수 영역으로 변환된 후 각 주파수 성분에 해당하는 계수가 부호화되며, 사람의 청각 특성에 따라 각 주파수 성분이 부호화됨으로써 상대적으로 낮은 데이터 전송율 및 계산량이 요구된다.
한편, 최근의 음성 부호화 기술은 기존 전화망 대역에 해당하는 협대역 음성을 부호화하는데서 벗어나 더 나은 자연성과 명료성을 제공할 수 있는 광대역 음성을 부호화하는 방향으로 이동하고 있다. 또한, 다양한 망 환경을 수용하기 위해서, 하나의 음성 부호화 장치가 다양한 데이터 전송율을 지원하는 다중 비트율 부호화기(Multi-Rate Coder)가 널리 사용되고 있다.
이러한 추세를 반영하여, 대역폭 확장성(bandwidth scalability) 및 비트율 확장성(rate scalability)을 제공하는 임베디드 가변 비트율 부호화기(embedded variable rate coder)가 개발되고 있다. 상기 임베디드 가변 비트율 부호화기는 높은 전송율의 비트스트림이 낮은 전송율의 비트스트림을 포함하는 형태로 구성되고, 이를 위해 대부분 잔차 신호 부호화 방법을 이용하고 있다.
도 1은 잔차 신호 부호화 방법을 이용한 음성 부호화/복호화 장치 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음성 부호화 장치(100)는 핵심 부호화기(101), 핵심 복호화기(103), 잔차 신호 생성기(105), 잔차 부호화기(107) 및 파라미터 패킹 기(109)를 포함한다. 핵심 부호화기(101)는 입력 음성 신호를 부호화하여 핵심 파라미터를 출력한다. 핵심 복호화기(103)는 핵심 부호화기(101)로부터 출력된 핵심 파라미터를 복호화하여 핵심 신호(core signal)를 출력한다. 잔차 신호 생성기(105)는 상기 입력 음성 신호에서 핵심 복호화기(103)로부터 출력된 핵심 신호를 빼서 잔차 신호를 생성한다. 잔차 부호화기(107)는 잔차 신호 생성기(105)로부터 출력된 잔차 신호를 부호화하여 잔차 파라미터를 출력한다. 파라미터 패킹기(109)는 핵심 부호화기(101)로부터 출력된 핵심 파라미터와 잔차 부호화기(107)로부터 출력된 잔차 파라미터를 소정의 비트스트림으로 변환하여 출력한다.
음성 복호화 장치(110)는 핵심 복호화기(111), 음성 신호 복원기(113), 잔차 복호화기(115) 및 파라미터 언-패킹기(117)를 포함한다. 파라미터 언-패킹기(117)는 음성 부호화 장치(100)로부터 입력된 비트스트림을 핵심 파라미터와 잔차 파라미터로 변환한다. 핵심 복호화기(111)는 상기 핵심 파라미터를 복호화하여 핵심 신호를 출력한다. 잔차 복호화기(115)는 상기 잔차 파라미터를 복호화하여 잔차 신호를 출력한다. 음성 신호 복원기(113)는 핵심 복호화기(111)로부터 출력된 핵심 신호와 잔차 복호화기(115)로부터 출력된 잔차 신호를 더해서 복원된 음성 신호를 출력한다.
도 2는 종래의 잔차 신호 부호화기 및 복호화기의 상세 구성도로서, 변환 부호화 방법을 이용하여 잔차 신호를 부호화/복호화하는 잔차 부호화기 및 잔차 복호화기를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 잔차 부호화기(107)는 변환기(201), 변환계수 정규화기(203), 스케일 팩터 양자화기(205), 스케일 팩터 계산기(207) 및 정규화 변환계수 양자화기(209)를 포함한다.
변환기(201)는 시간 영역의 잔차 신호를 입력받아 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력한다. 주파수 영역으로 변환하는 방법으로 MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 스케일 팩터 계산기(207)는 변환기(201)로부터 변환 계수를 입력받아 스케일 팩터(scale factor)를 계산 출력한다. 여기서, 스케일 팩터는 상기 변환 계수의 전체 에너지를 변환 계수의 개수로 나누어 평균한 정규화(nomalized) 에너지이다. 스케일 팩터 양자화기(205)는 스케일 팩터 계산기(207)로부터 출력된 스케일 팩터를 양자화한다. 스케일 팩터 양자화기(205)로부터 출력된 양자화된 스케일 팩터는 변환 계수 정규화기(203) 및 잔차 복호화기(115)로 입력된다. 변환 계수 정규화기(203)는 변환기(201)로부터 출력된 변환 계수를 스케일 팩터 양자화기(205)로부터 출력된 양자화된 스케일 팩터로 나누어 정규화 변환 계수를 출력한다. 정규화 변환 계수 양자화기(209)는 변환 계수 정규화기(203)로부터 출력된 정규화 변환계수를 양자화하여 잔차 복호화기(115)로 입력한다. 따라서, 잔차 부호화기(107)는 양자화된 스케일 팩터 및 양자화된 정규화 변환계수인 잔차 파라미터를 출력하게 된다.
잔차 복호화기(115)는 정규화 변환 계수 역-양자화기(211), 변환계수 역-정규화기(213), 스케일 팩터 역-양자화기(215) 및 역-변환기(217)를 포함한다.
정규화 변환계수 역-양자화기(211)는 정규화 변환계수 양자화기(209)로부터 출력된 양자화된 정규화 변환 계수를 역-양자화하여 복원된 정규화 변환 계수를 출력한다. 스케일 팩터 역-양자화기(215)는 스케일 팩터 양자화기(205)로부터 출력된 양자화된 스케일 팩터를 역-양자화하여 복원된 스케일 팩터를 출력한다. 변환계수 역-정규화기(213)는 정규화 변환계수 역-양자화기(211)로부터 출력된 복원된 정규화 변환 계수에 스케일 팩터 역-양자화기(215)로부터 출력된 복원된 스케일 팩터를 곱해서 복원된 변환계수를 출력한다. 역-변환기(217)는 변환계수 역-정규화기(213)로부터 출력된 복원된 변환계수를 역-변환하여 시간 영역의 잔차 신호를 복원 출력한다. 역-변환 방법으로 상기 MDCT에 대응하여 IMDCT(Inverse MDCT)가 사용될 수 있다.
이러한 종래의 변환 부호화를 이용한 잔차 신호 부호화 방법은, 양자화 잡음때문에 복원된 음성 신호의 하모닉(harmonic) 성분이 왜곡되어 음질이 저하되는 문제점이 있고, 모든 변환 계수를 처리하기 때문에 많은 메모리 및 계산량을 요구하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래의 변환 부호화를 이용한 잔차 신호 부호화 방법을 개선하여, 변환 부호화 방법에서 선형 예측 부호화(linear predictive coding) 모델 및 트랙 구조를 채용함으로써 음질을 개선하고 메모리 및 계산량을 줄이기 위한 잔차 신호 부호화 및 복호화 장치와 그 방법 을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 잔차 신호 부호화 장치에 있어서, 시간 영역의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력하는 변환부; 상기 변환계수로부터 선형예측계수를 추출하는 선형예측계수 추출부; 상기 선형예측계수를 양자화하여 양자화된 선형예측계수 및 대응 인덱스를 출력하는 선형예측계수 양자화부; 상기 양자화된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 변환계수에 대하여 선형예측 분석을 수행하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 선형예측 분석 필터부; 상기 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 대역으로 구분하여 대역별로 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 대역 분할부; 상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 최적의 펄스를 선택하고, 상기 최적의 펄스에 대한 펄스 파라미터를 출력하는 펄스 검색부; 및 상기 최적 펄스의 펄스 파라미터를 양자화하는 펄스 양자화부를 포함한다.
또한, 본 발명은, 잔차 신호 부호화 방법에 있어서, 시간 영역의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력하는 단계; 상기 변환계수로부터 선 형예측계수를 추출하는 단계; 상기 선형예측계수를 양자화하여 양자화된 선형예측계수 및 대응 인덱스를 출력하는 단계; 상기 양자화된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 변환계수에 대하여 선형예측 분석을 수행하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계; 상기 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 대역으로 구분하여 대역별로 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계; 상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 최적의 펄스를 선택하고, 상기 최적의 펄스에 대한 펄스 파라미터를 출력하는 단계; 및 상기 최적 펄스의 펄스 파라미터를 양자화하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 잔차 신호 복호화 장치에 있어서, 양자화된 선형예측계수의 인덱스를 역-양자화하여 복원된 선형예측계수를 출력하는 선형예측계수 역-양자화부; 양자화된 펄스 파라미터를 역-양자화하여 복원된 펄스 파라미터를 출력하는 펄스 역-양자화부; 상기 복원된 펄스 파라미터로부터 펄스를 생성하여 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 펄스 생성부; 상기 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 전체 대역에 대하여 더함으로써 복원된 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 대역 통합부; 상기 복원된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 복원된 선형예측 잔차 변환계수에 대하여 선형예측 합성을 수행하여 복원된 변환계수를 출력하는 선형예측 합성 필터부; 및 주파수 영역의 상기 복원된 변환계수를 시간 영역으로 역-변환하여 잔차 신호를 복원하는 역-변환부를 포함한다.
또한, 본 발명은,잔차 신호 복호화 방법에 있어서, 양자화된 선형예측계수의 인덱스를 역-양자화하여 복원된 선형예측계수를 출력하는 단계; 양자화된 펄스 파라미터를 역-양자화하여 복원된 펄스 파라미터를 출력하는 단계; 상기 복원된 펄스 파라미터로부터 펄스를 생성하여 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계; 상기 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 전체 대역에 대하여 더함으로써 복원된 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계; 상기 복원된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 복원된 선형예측 잔차 변환계수에 대하여 선형예측 합성을 수행하여 복원된 변환계수를 출력하는 단계; 및 주파수 영역의 상기 복원된 변환계수를 시간 영역으로 역-변환하여 잔차 신호를 복원하는 단계를 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 변환 부호화를 이용하여 잔차신호를 부호화/복호화하는 잔차 신호 부호화 및 복호화 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 잔차 신호 부호화 장치 및 복호화 장치는 도 1의 잔차 신호 부호화 방법을 이용한 음성 부호화/복호화 장치에 적용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 잔차 신호 부호화 장치(300)는 변환기(301), 선형예측계수 추출기(303), 선형예측계수 양자화기(305), 선형예측 분석필터(307), 대역 분할기(309), 펄스 검색기(311) 및 펄스 양자화기(313)를 포함한다.
변환기(301)는 예를 들어 잔차 신호 생성기(105)로부터 출력된 시간 영역의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력한다. 본 명세서에서는 일례로서 MDCT를 이용하여 아래 [수학식1]과 같이 MDCT 변환을 수행하여 변환된 MDCT 계수(X(k))를 산출한다. 그러나, 본 발명이 MDCT에 한정되는 것은 아니며, 다양한 주파수 영역 변환 방법이 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으며 적용될 수 있다는 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 자명하다.
Figure 112006033115889-PAT00001
여기서, x(n)은 시간 영역의 잔차 신호, h(n)은 윈도우 함수이고, n은 시간 영역의 샘플 인덱스, k는 주파수 영역의 계수 인덱스, N은 MDCT 블록의 크기이다.
선형예측계수 추출기(303)는 변환기(301)로부터 출력된 변환 계수(X(k))로부터 선형예측계수(linear predictive coding coefficients)를 추출한다. 상기 선형예측계수는 전체 변환 계수(k, k=0,1,...,N-1)에 대해서, 현재 변환 계수와 과거 p개의 변환 계수들로부터 예측한 변환 계수의 차이를 나타내는 함수(E)의 값을 최소 로 하는 p개의 계수이다. 즉, 아래 [수학식 2]의 E를 최소로 하는 계수({ai}, i=1,2,...,p)가 선형예측계수이다.
Figure 112006033115889-PAT00002
여기서, p는 선형예측차수이다. 선형예측계수는 자기상관함수(ACF : Autocorrelation function)인 Levinson-Durbin 알고리즘을 이용하여 산출될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 선형예측계수 산출 방법이 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으며 적용될 수 있다는 점은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
선형예측계수 양자화기(305)는 선형예측계수 추출기(303)로부터 출력된 선형예측계수를 양자화하여 양자화된 선형예측계수 및 그 인덱스를 출력한다. 양자화 방법에는 벡터 양자화, 분할 예측 벡터 양자화 등이 있으며 다양한 양자화 방법이 사용될 수 있다. 상기 양자화된 선형예측계수의 인덱스는 잔차 신호 복호화 장치(320)로 입력된다. 상기 양자화된 선형예측계수는 선형예측 분석필터(307)의 구현에 사용된다.
선형예측 분석필터(307)는 선형예측계수 양자화기(305)로부터 출력된 양자화된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터로, 변환기(301)로부터 출력된 변환 계수에 대하여 선형예측 분석을 수행하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력한다. 즉, 아래 [수학식 3]과 같이 선형예측 잔차 변환계수(R(k))를 산출한다.
Figure 112006033115889-PAT00003
여기서, {a` i}는 양자화된 선형예측계수이다.
대역 분할기(309)는 전체 잔차 신호 대역을 몇 개의 대역으로 분할하기 위해, 선형예측 분석필터(307)로부터 출력되는 선형예측 잔차 변환계수를 대역별로 구분하여 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 출력한다. 대역 분할 방법에는 일정한 간격으로 분할하는 방법, 음성 신호의 청각적 특성을 반영한 임계 대역을 이용하여 분할하는 방법 등이 있으며 다양한 대역 분할 방법이 사용될 수 있다.
펄스 검색기(311)는 대역 분할기(309)로부터 출력된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 최적의 계수를 선택한다. 이때, 상기 선형예측 잔차 변환계수 각각을 하나의 펄스로 보는 경우 각 펄스는 부호, 위치 및 크기로 표현될 수 있다. 따라서, 상기 선형예측 잔차 변환계수(펄스)를 검색하여 최적 펄스가 선택되면, 선택된 펄스의 부호, 위치 및 크기 정보로 구성된 펄스 파라미터를 출력한다.
최적의 계수(펄스)를 선택하는 과정에서, 각 대역의 전체 선형예측 잔차 변환계수를 검색하면, 검색 범위가 넓기 때문에 많은 메모리와 계산량이 필요하다. 그러나 본 발명의 일실시예에 따르면 펄스 검색기(311)는 대역 분할기(309)로부터 출력된 각 대역의 선형 예측 잔차 변환계수를 다시 소정 개수의 트랙으로 구분하고 각 트랙에서 최적의 펄스를 검색함으로써 메모리와 계산량이 증가되지 않는다.
본 명세서에서는 하나의 소정 대역에서 선형예측 잔차 변환계수가 40개이고 검색할 펄스의 개수가 5개일 때, 아래 [표1]과 같은 트랙 구조를 사용하는 경우를 예시적으로 설명한다.
Figure 112006033115889-PAT00004
상기 [표1]에 나타난 바와 같이, 특정 대역의 선형예측 잔차 변환계수(펄스)를 분할하는 트랙의 개수는 5개이고, 트랙당 펄스의 개수는 8개이다(즉, 8개의 위치를 가짐). 특정 대역에서 검색할 펄스의 개수는 5개로서 각 트랙에서 1개의 펄스가 최적 펄스로 선택된다. 이때, 각 트랙에서 선택되는 펄스를 트랙별 선택 펄스라 한다. 상기 트랙 구조에는, 각 트랙에서 각 펄스의 부호 정보(
Figure 112006033115889-PAT00005
) 및 위치 정보([표1]에서, 첫 번째 트랙인 경우 0,5,10,15,20,25,30,35)가 나타나 있다. 각 트랙에서 각 펄스의 크기 정보를 나타내기 위해서는 별도의 코드북이 필요하다. 상기 [표1]에 나타난 실시예에서, 각 펄스의 부호 정보 및 위치 정보는 후술되는 펄스 양자화기(313)에서 부호에 대한 1비트 및 위치에 대한 3비트로 양자화되고, 크기 정보는 상기 별도의 코드북에 따른 소정의 비트로 양자화될 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 또 다른 하나의 소정 대역에서 선형예측 잔차 변환계수가 40개이고, 검색할 펄스의 개수가 9개일 때, 아래 [표2]와 같은 트랙구조를 사용하는 경우를 예시적으로 설명한다.
Figure 112006033115889-PAT00006
상기 [표2]에 나타난 바와 같이, 특정 대역의 선형예측 잔차 변환계수(펄스)를 분할하는 트랙의 개수는 5개이고 트랙당 펄스의 개수는 16, 8, 8, 4, 4개이다. 본 예시에서, 특정 대역에서 검색할 펄스의 개수는 총 9개로서 각 트랙에서 3,2,2,1,1개의 펄스가 최적 펄스로 선택된다. 각 트랙에서 선택되는 펄스 각각을 트랙별 선택 펄스라 하고, 각 트랙에서 트랙별 선택 펄스의 집합을 트랙별 선택 펄스 조합이라 한다. 즉, 상기 [표2]의 실시예에서, 첫번째 트랙에서 0,1,2의 위치를 갖는 펄스가 최적 펄스로 선택된다면, 0의 위치를 갖는 펄스, 1의 위치를 갖는 펄스 또는 2의 위치를 갖는 펄스 각각은 트랙별 선택 펄스이고, 첫번째 트랙에서 트랙별 선택 펄스의 집합인 0의 위치를 갖는 펄스, 1의 위치를 갖는 펄스 및 2의 위치를 갖는 펄스를 트랙별 펄스 조합이라 한다. 상술한 바와 같이, 상기 [표2]의 실시예에서, 각 펄스의 부호 정보는 후술되는 펄스 양자화기(313)에서 1비트로 양자화 될수 있다. 또한, 첫번째 트랙에서 선택된 각 펄스의 위치 정보는 4비트로 양자화되고, 두번째 트랙 및 세번째 트랙의 각 펄스의 위치 정보는 3비트로 양자화되며, 네번째 트랙 및 다섯번째 트랙의 위치 정보는 2비트로 양자화될 수 있다. 각 펄스의 크기정보는 상술한 바와 같이 상기 별도의 코드북에 따른 소정의 비트로 양자화될 수 있다.
상기 예시외에도 대역별 선형예측 잔차 변환계수의 개수(D)와 대역별 검색할 펄스의 개수(G)를 고려하여 다양한 트랙 구조가 사용될 수 있다. 즉, 상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 트랙별로 나누어 검색하기 위한 트랙의 개수(T), 트랙당 펄스의 개수(2m, m은 자연수,
Figure 112006033115889-PAT00007
) 및 트랙당 검색할 펄스의 개수(g, g는 자연수,
Figure 112006033115889-PAT00008
)가 다양하게 결정될 수 있다.
펄스 검색기(360)가 상기 트랙 구조를 사용하여 펄스를 검색하는 방식에는 개-루프 방식 및 폐-루프 방식이 있다. 개-루프 방식은 각 트랙에서 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 큰 크기를 갖는 펄스 순서대로 최적 펄스를 선택하는 방식이다(도 4 참조). 폐-루프 방식은 변환기(301)로부터 출력된 원 변환 계수와 각 트랙의 각 펄스 위치를 갖는 모든 조합을 고려하여 잔차 신호 부호화 장치(300)에 내재된 연관 복호화 장치(local decoder)에서 선형예측 합성된 변환 계수와의 차이(오류값)를 최소로 하는 펄스를 선택하는 방식이다(도 5 참조). 당업자에게는 부호화 장치가 연관 복호화 장치를 포함한다는 것이 자명하다. 따라서, 상기 연관 복호화 장치는 도시되지 않았다. 폐-루프 방식의 펄스 검색 방법은 연관 복호화 장치에서 먼저 합성을 해보고 최적의 펄스를 선택하기 때문에 개-루프 방식의 펄스 검색 방법보다 좋은 음질을 얻을 수 있다.
펄스 양자화기(313)는 펄스 검색기(311)로부터 출력된 펄스 파라미터를 소정의 비트로 양자화하여 잔차 신호 복호화 장치(320)로 출력한다(도 6 참조).
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 잔차 신호 복호화 장치(320)는 선형예측계수 역-양자화기(321), 펄스 역-양자화기(323), 선형예측 합성필터(325), 펄스 생성기(329), 대역 통합기(327) 및 역-변환기(331)를 포함한다.
선형예측계수 역-양자화기(321)는 선형예측계수 양자화기(305)로부터 출력된 양자화된 선형예측계수의 인덱스를 역-양자화하여 복원된 선형예측계수를 출력한다.
펄스 역-양자화기(323)는 펄스 양자화기(313)로부터 출력된 양자화된 펄스 파라미터를 역-양자화하여 선택된 최적 펄스의 부호, 위치 및 크기 정보로 구성된 복원된 펄스 파라미터를 출력한다.
펄스 생성기(329)는 펄스 역-양자화기(323)로부터 출력된 펄스의 부호, 위치 및 크기 정보를 이용하여 펄스를 생성한다. 펄스 생성기(329)에 의해 생성된 펄스는 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수이다.
대역 통합기(327)는 펄스 생성기(450)로부터 출력된 펄스, 즉 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 모든 대역에서 더하여 복원된 선형예측 잔차 변환계수를 출력한다.
선형예측 합성필터(325)는 선형예측계수 역-양자화기(321)로부터 출력된 복원된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터로, 대역 통합기(327)로부터 출력된 선형예측 잔차 변환계수에 대하여 선형예측 합성을 수행하여 복원된 변환계수를 출력한다. 즉, 아래의 [수학식 4]과 같이 복원된 변환계수(X`(k))를 산출한다.
Figure 112006033115889-PAT00009
여기서, R`(k)는 복원된 선형예측 잔차 변환계수, {a' i}는 양자화된 선형예측계수이다.
역-변환기(331)는 주파수 영역의 상기 복원된 변환계수를 시간 영역의 잔차 신호로 변환한다. 본 명세서에서 변환기(301)의 예시적인 MDCT 변환에 대응하여, 역-변환기(331)는 아래의 [수학식 5]와 같이 IMDCT 변환을 수행하여 복원된 잔차 신호(
Figure 112006033115889-PAT00010
)를 산출한다. 그러나, 본 발명이 IMDCT에 한정되는 것은 아니며, 다양한 주파수 영역 역-변환 방법이 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으며 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.
Figure 112006033115889-PAT00011
*y(n)은 현재 블록의 역-변환된 샘플, y`(n)은 이전 블록의 역-변환된 샘플 이다.
역-변환기(331)의 출력 신호 즉, 잔차 신호는 예를 들어 음성 신호 복원기(113)로 입력된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 펄스 검색기에서 수행될 수 있는 개-루프 방식의 펄스 검색 흐름도이다.
상술한 바와 같이, 대역별 트랙의 개수(T), 각 트랙의 펄스 개수(2m) 및 각 트랙에서 검색할 펄스 개수(g)는 대역별 선형예측 잔차 변환계수의 개수(D,
Figure 112006033115889-PAT00012
) 및 대역별 검색할 펄스의 개수(G,
Figure 112006033115889-PAT00013
)를 고려하여 결정된다.
우선, 첫 번째 트랙을 선택한다(s401)
다음으로, 선택된 트랙에 존재하는 2m개의 펄스 전부에 대하여 각각 절대값을 취하여 펄스의 크기 정보를 획득한다(s402).
상기 펄스 절대값을 내림차순으로 정렬하고(s403) 트랙당 검색할 펄스 개수(g)에 따라 상기 내림차순으로 정렬된 펄스의 절대값이 큰 순서대로 펄스를 선택한다(s404). 상기 [표1]과 같이 트랙당 1개 펄스가 검색되는 경우, 각 트랙별로 가장 큰 펄스가 1개씩 최적 펄스로 선택된다. 또한, 상기 [표2]와 같이 첫번째 트랙에서 3개 펄스가 검색되는 경우 펄스 절대값이 큰 순서대로 3개 펄스가 최적 펄스로 선택되고, 마찬가지로 두번째 내지 다섯번째 트랙에서도 펄스 절대값이 큰 순서대로 검색할 펄스의 개수(2,2,1,1)만큼 펄스가 선택된다.
다음으로, 선택된 트랙이 마지막 트랙인지 확인하여(s405) 마지막 트랙이 아니라면 다음 트랙을 선택한다(s407). 상기 다음 트랙에 대해서 단계 s402 내지 s405를 반복 수행한다. 반면, 선택된 트랙이 마지막 트랙이라면 펄스 검색을 종료한다.
최종적으로 각 트랙에서 펄스 크기가 최대인 펄스를 최적 펄스로 선택함으로써 트랙별 선택 펄스 조합(트랙별로 1개 펄스가 선택되는 경우를 포함)이 산출되고, 상기 트랙별 선택 펄스 조합을 전체 트랙에 대하여 더한 대역별 선택 펄스 조합이 산출된다. 펄스 검색기(311)는 상기 대역별 선택 펄스 조합을 구성하는 상기 트랙별 선택 펄스 조합에 포함된 최적 펄스 각각에 대한 펄스 파라미터를 펄스 양자화기(313)로 출력한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 펄스 검색기에서 수행될 수 있는 폐-루프 방식의 펄스 검색 흐름도이다.
상술한 바와 같이, 대역별 트랙의 개수(T), 각 트랙의 펄스 개수(2m) 및 각 트랙에서 검색할 펄스 개수(g)는 각 대역의 선형예측 잔차 변환계수의 개수(D,
Figure 112006033115889-PAT00014
) 및 대역별 검색할 펄스의 개수(G,
Figure 112006033115889-PAT00015
)를 고려하여 결정된다.
본 명세서의 일례로서, 상기 [표1] 및 [표2]와 같이 대역별 트랙의 개수가 5인 경우가 설명되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 소정의 최소 오류값를 초기화한다(s501).
다음으로, 첫 번째 트랙의 첫 번째 펄스 조합을 선택한다(s502). 상기 [표1]의 실시예와 같이 각 트랙에서 8개 펄스 중 1개 펄스가 검색되는 경우, 펄스 조합은 8C1(=8)가지 경우가 가능하다. 상기 8가지 펄스 조합 중 하나의 소정 펄스 조합을 선택하여 첫번째 트랙의 첫번째 펄스 조합으로 한다. 또한, 상기 [표2]의 실시예와 같이 첫번째 트랙의 16개 펄스에서 3개 펄스가 검색되는 경우, 첫번째 트랙에서 가능한 펄스 조합은 16C3(=560)가지이다. 상기 560가지 펄스 조합 중 하나의 소정 펄스 조합을 선택하여 첫번째 트랙의 첫번째 펄스 조합으로 한다.
다음으로, 두 번째 트랙의 첫 번째 펄스 조합을 선택한다(s503). 상기 [표1]의 실시예와 같이 각 트랙에서 8개 펄스 중 1개 펄스가 검색되는 경우, 단계 s502와 동일하게 두번째 트랙의 첫번째 펄스 조합이 선택된다. 상기 [표2]의 실시예와 같이 두번째 트랙의 8개 펄스에서 2개 펄스가 검색되는 경우, 두번째 트랙에서 가능한 펄스 조합은 8C2(=28)가지이다. 상기 28가지 펄스 조합 중 하나의 소정 펄스 조합을 선택하여 두번째 트랙의 첫번째 펄스 조합으로 한다.
같은 방식으로 세 번째 트랙의 첫 번째 펄스 조합, 네 번째 트랙의 첫 번째 펄스 조합, 다섯 번째 트랙의 첫 번째 펄스 조합을 각각 선택한다(s504, s505, s506). 상기 단계 s502 내지 s506에 의해 트랙별 펄스 조합을 선택한다.
다음으로, 상기 각 트랙에서 선택된 5 개의 트랙별 펄스 조합에서만 값을 가지고 나머지 위치에서는 0의 값을 가지는 펄스를 전체 트랙에 대하여 더한 대역별 펄스 조합에 대하여 잔차 신호 부호화 장치(300)에 내재된 연관 복호화 장치에서 선형 예측 합성을 수행하여 대역별 변환계수를 생성한다(s507). 상기 연관 복호화 장치에서 출력된 대역별 변환계수와 변환기(301)의 출력인 원 변환계수와의 차이(오류값)을 계산하고(s508) 계산된 오류값을 현재 저장된 최소 오류값와 비교하여(s509) 계산된 오류값이 최소 오류값보다 작은 경우 최소 오류값을 갱신한다(s510).
다음으로, 다섯 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 다섯 번째 트랙의 마지막 펄스 조합인지 확인한다(s511). 다섯 번째 트랙의 마지막 펄스 조합이 아니라면, 다섯 번째 트랙의 다음 펄스 조합을 선택하고(s512) 상기 다섯 번째 트랙의 다음 펄스 조합에 대해서 단계 s507 내지 s511을 반복 수행한다.
다섯 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합이라면 네 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 네 번째 트랙의 마지막 펄스 조합인지 확인한다(s513). 네 번째 트랙의 마지막 펄스 조합이 아니라면, 네 번째 트랙의 다음 펄스 조합을 선택하고(s514) 상기 네 번째 트랙의 다음 펄스 조합에 대해서 단계 s506 내지 s513을 반복 수행한다.
같은 방식으로, 네 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합이라면 세 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합인지 확인하여(s515) 세 번째 트랙의 마지막 펄스 조합이 아니라면, 세 번째 트랙의 다음 펄스 조합 선택하고(s516) 단계 s505내지 s515를 반복 수행한다.
세 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합이라면 두 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합인지 확인하여(s517) 두 번째 트랙의 마 지막 펄스 조합이 아니라면, 두번째 트랙의 다음 펄스 조합을 선택하고(s518) 단계 s504 내지 s517을 반복 수행한다.
두번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합이라면 첫 번째 트랙에서 선택된 펄스 조합이 마지막 펄스 조합인지 확인하여(s519) 첫 번째 트랙의 마지막 펄스 조합이 아니라면, 첫 번째 트랙의 다음 펄스 조합을 선택하고(s520) 단계 s503 내지 s519를 반복 수행한다. 반면, 첫번째 트랙의 마지막 펄스 조합이라면 펄스 검색을 종료한다.
최종적으로, 상기 오류값을 최소로 하는 대역별 펄스 조합을 선택함으로써 대역별 선택 펄스 조합이 산출된다. 상기 대역별 선택 펄스 조합을 구성하는 트랙별 펄스 조합이 트랙별 선택 펄스 조합이다. 펄스 검색기(311)는 상기 대역별 선택 펄스 조합을 구성하는 상기 트랙별 선택 펄스 조합에 포함된 최적 펄스 각각에 대한 펄스 파라미터를 펄스 양자화기(313)로 출력한다.
도 6은 도 3의 펄스 양자화기 및 펄스 역-양자화기에 대한 일실시예 상세 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 펄스 양자화기(313)는 크기 양자화기(601), 부호 양자화기(603) 및 위치 양자화기(605)를 포함한다.
크기 양자화기(601)는 각 트랙에서 선택된 펄스의 크기 정보를 소정의 비트로 양자화한다. 이 때, 트랙 구조에는 각 펄스의 크기 정보가 나타나지 않으므로 별도의 코드북이 필요하다. 따라서, 상기 별도의 코드북은 잔차 신호 부호화/복호 화 장치에 내재되어 있어야 한다. 부호 양자화기(603)는 각 트랙에서 선택된 펄스의 부호가 (+1)인지 (-1)인지에 따라 펄스의 부호 정보를 1 비트로 양자화할 수 있다. 위치 양자화기(605)는 각 트랙에서 선택된 펄스의 위치 정보를 트랙당 위치의 개수에 따라 정해지는 비트로 양자화한다. 즉, [표1]의 실시예와 같이 트랙당 위치의 개수가 8개인 경우에는, 펄스의 위치 정보는 3비트로 양자화될 수 있다. 또한, [표2]의 실시예와 같이, 첫번째 트랙에서의 위치 개수가 16개인 경우 첫번째 트랙의 펄스 위치 정보는 4비트로 양자화되고, 두번째 트랙 및 세번째 트랙에서의 위치 개수가 8개인 경우 두번째 트랙 및 세번째 트랙에서 선택된 펄스의 위치 정보는 3비트로 양자화되며, 네번째 트랙 및 다섯번째 트랙에서의 위치 개수가 4개인 경우 네번째 트랙 및 다섯번째 트랙에서 선택된 펄스의 위치 정보는 2비트로 양자화될 수 있다.
여기서, 앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 트랙구조는 펄스 부호 및 펄스 위치 양자화에 필요한 비트 정보를 제공하므로, 펄스 크기 양자화에 필요한 비트 정보를 제공하는 코드북만이 필요하고, 따라서, 잔차 신호 부호화/복호화 장치 내에서 코드북 저장에 요구되는 메모리가 감소하며 코드북 검색에 요구되는 계산량이 감소한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 펄스 역-양자화기(323)는 크기 역-양자화기(607), 부호 역-양자화기(609) 및 위치 역-양자화기(611)를 포함한다.
크기 역-양자화기(607)는 크기 양자화기(601)로부터 출력된 소정 비트의 크 기 정보를 역양자화하여 펄스 크기를 복원한다. 부호 역-양자화기(609)는 부호 양자화기(603)로부터 출력된 소정 비트의 부호 정보를 역양자화하여 펄스 부호를 복원한다. 위치 역-양자화기(611)는 위치 양자화기(605)로부터 출력된 소정 비트의 위치 정보를 역양자화하여 펄스 위치를 복원한다.
도 7은 종래의 변환 부호화를 이용한 잔차 부호화 방법으로 처리된 음성 스펙트럼과 본 발명 방법으로 처리된 음성 스펙트럼을 원음과 비교한 그래프로서, 2.7 kHz~3.7 kHz대역의 음성 신호를 40 비트로 부호화한 후 복호화한 결과를 나타낸다. 비교의 편리를 위해 나머지 대역은 모두 종래의 방법을 사용하였다.
원으로 표시된 부분에서 가장 위에 있는 신호가 원 음성의 스펙트럼이고, 중간에 있는 신호가 본 발명 방법으로 처리한 음성의 스펙트럼이며, 가장 아래에 있는 신호가 종래의 방법으로 처리한 음성의 스펙트럼이다. 그래프에서 보이는 바와 같이, 본 발명 방법으로 처리된 음성의 스펙트럼이 종래의 방법보다 원음의 스펙트럼과 더 유사하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 종래의 변환 부호화를 이용한 잔차 신호 부호화 방법을 개선하여 변환 부호화 방법에서 선형 예측 부호화(linear predictive coding) 모델 및 트랙 구조를 채용함으로써 음질을 개선하고 메모리 및 계산량을 줄일 수 있다.

Claims (26)

  1. 잔차 신호 부호화 장치에 있어서,
    시간 영역의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력하는 변환부;
    상기 변환계수로부터 선형예측계수를 추출하는 선형예측계수 추출부;
    상기 선형예측계수를 양자화하여 양자화된 선형예측계수 및 대응 인덱스를 출력하는 선형예측계수 양자화부;
    상기 양자화된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 변환계수에 대하여 선형예측 분석을 수행하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 선형예측 분석 필터부;
    상기 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 대역으로 구분하여 대역별로 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 대역 분할부;
    상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 최적의 펄스를 선택하고, 상기 최적의 펄스에 대한 펄스 파라미터를 출력하는 펄스 검색부; 및
    상기 최적 펄스의 펄스 파라미터를 양자화하는 펄스 양자화부
    를 포함하는 잔차 신호 부호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    MDCT 변환을 수행하여 변환 계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    아래의 [수학식1]에 의하여 MDCT 변환을 수행하여 MDCT 계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 장치.
    [수학식1]
    Figure 112006033115889-PAT00016
    여기서, X(k)는 MDCT 계수, x(n)은 시간 영역의 잔차 신호, h(n)은 윈도우 함수이고, n은 시간 영역의 샘플 인덱스, k는 주파수 영역의 계수 인덱스, N은 MDCT 블록의 크기임.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형예측계수 추출부는,
    아래의 [수학식2]의 함수값을 최소로 하는 선형예측계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 장치.
    [수학식2]
    Figure 112006033115889-PAT00017
    여기서, E는 현재 변환 계수와 과거 p개의 변환 계수들로부터 예측한 변환 계수의 차이를 나타내는 함수, ai 는 선형예측계수, p는 선형예측차수임.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선형예측계수 추출부는,
    Levinson-Durbin 알고리즘을 이용하여 상기 선형예측계수를 산출하는
    잔차 신호 부호화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형예측계수 양자화부는,
    벡터 양자화 또는 분할 예측 벡터 양자화를 이용하여 양자화된 선형예측계수 및 대응 인덱스를 산출하는
    잔차 신호 부호화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형예측 분석필터부는,
    아래의 [수학식3]에 의하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 장치.
    [수학식3]
    Figure 112006033115889-PAT00018
    여기서, R(k)는 선형예측 잔차 변환계수, a` i는 양자화된 선형예측계수임.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 검색부는,
    상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 트랙으로 구분하고 트랙별로 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 소정 개수의 최적 펄스를 선택하는
    잔차 신호 부호화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 펄스 검색부는,
    상기 소정 개수의 트랙에서 하나의 트랙을 선택하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 선택된 트랙의 모든 펄스에 대하여 크기 정보를 획득하는 제 2 단계;
    상기 제 1 단계에서 선택된 트랙에서 트랙당 검색할 펄스의 소정 개수에 따라 상기 제 2 단계에서 획득한 크기 정보가 큰 순서로 최적 펄스를 선택하는 제 3 단계; 및
    나머지 트랙에 대해 1 내지 3 단계를 수행하는 제 4 단계
    를 수행하는 잔차 신호 부호화 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 펄스 검색부는,
    소정의 최소 오류값을 초기화하는 제 1 단계;
    트랙당 검색할 펄스의 소정 개수에 따라 선택할 수 있는 펄스 조합인 트랙별 펄스 조합 중에서 어느 하나를 선택하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 선택된 트랙별 펄스 조합에서만 값을 가지고 나머지 위치의 펄스값은 0으로 하여 대역별 펄스 조합을 생성하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서 생성된 대역별 펄스 조합에 기초하여 선형예측 합성된 대역별 변환계수를 출력하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계로부터 출력된 대역별 변환계수와 상기 변환부로부터 출력된 원 변환계수와의 차이인 오류값을 계산하는 제 5 단계;
    상기 제 5단계에서 계산된 오류값을 상기 제 1 단계에서 저장된 최소 오류값과 비교하여 상기 제 5 단계에서 계산된 오류값이 더 작은 경우에는 상기 대역별 펄스 조합을 구성하는 상기 트랙별 펄스 조합에 포함된 펄스를 최적 펄스로 선택하고 최소 오류값을 상기 제 5 단계에서 계산된 오류값으로 갱신하는 제 6 단계; 및
    나머지 트랙별 펄스 조합에 대해 제 2 단계 내지 6 단계를 수행하는 제 7 단계
    를 수행하는 잔차 신호 부호화 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 트랙당 검색할 펄스의 소정 개수는 1 인
    잔차 신호 부호화 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 양자화부는,
    상기 펄스 검색부로부터 출력된 최적 펄스의 펄스 파라미터 중 펄스의 크기 정보를 소정의 코드북을 이용하여 소정의 비트로 양자화하는 크기 양자화기;
    상기 펄스 검색부로부터 출력된 최적 펄스의 펄스 파라미터 중 펄스의 부호 정보를 펄스 검색부의 트랙 구조를 이용하여 소정의 비트로 양자화하는 부호 양자화기; 및
    상기 펄스 검색부로부터 출력된 최적 펄스의 펄스 파라미터 중 펄스의 위치 정보를 펄스 검색부의 트랙 구조를 이용하여 소정의 비트로 양자화하는 위치 양자화기
    를 포함하는 잔차 신호 부호화 장치.
  13. 잔차 신호 부호화 방법에 있어서,
    시간 영역의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 출력하는 단계;
    상기 변환계수로부터 선형예측계수를 추출하는 단계;
    상기 선형예측계수를 양자화하여 양자화된 선형예측계수 및 대응 인덱스를 출력하는 단계;
    상기 양자화된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 변환계수에 대하여 선형예측 분석을 수행하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계;
    상기 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 대역으로 구분하여 대역별로 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계;
    상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 최적의 펄스를 선택하고, 상기 최적의 펄스에 대한 펄스 파라미터를 출력하는 단계; 및
    상기 최적 펄스의 펄스 파라미터를 양자화하는 단계
    를 포함하는 잔차 신호 부호화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 변환계수를 출력하는 단계는,
    MDCT 변환을 수행하여 변환계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 변환계수를 출력하는 단계는,
    아래의 [수학식1]에 의하여 MDCT 변환을 수행하여 MDCT 계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 방법.
    [수학식1]
    Figure 112006033115889-PAT00019
    여기서, X(k)는 MDCT 계수, x(n)은 시간 영역의 잔차 신호, h(n)은 윈도우 함수이고, n은 시간 영역의 샘플 인덱스, k는 주파수 영역의 계수 인덱스, N은 MDCT 블록의 크기임.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 선형예측계수 추출 단계는,
    아래의 [수학식2]의 함수값을 최소로 하는 선형예측계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 방법.
    [수학식2]
    Figure 112006033115889-PAT00020
    여기서, E는 현재 변환 계수와 과거 p개의 변환 계수들로부터 예측한 변환 계수의 차이를 나타내는 함수, ai 는 선형예측계수, p는 선형예측차수임.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 선형예측계수 추출 단계는,
    Levinson-Durbin 알고리즘을 이용하여 상기 선형예측계수를 산출하는
    잔차 신호 부호화 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 선형예측계수 양자화 단계는,
    벡터 양자화 또는 분할 예측 벡터 양자화를 이용하여 양자화된 선형예측계수 및 대응 인덱스를 산출하는
    잔차 신호 부호화 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 선형예측 분석 단계는,
    아래의 [수학식3]에 의하여 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는
    잔차 신호 부호화 방법.
    [수학식3]
    Figure 112006033115889-PAT00021
    여기서, R(k)는 선형예측 잔차 변환계수, a` i는 양자화된 선형예측계수임.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 펄스 검색 단계는,
    상기 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 소정 개수의 트랙으로 구분하고 각 트랙에서 선형예측 잔차 변환계수를 검색하여 소정 개수의 최적 펄스를 선택하는
    잔차 신호 부호화 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 펄스 검색 단계는,
    상기 소정 개수의 트랙에서 하나의 트랙을 선택하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 선택된 트랙의 모든 펄스에 대하여 크기 정보를 획득하는 제 2 단계;
    상기 제 1 단계에서 선택된 트랙에서 트랙당 검색할 펄스의 소정 개수에 따라 상기 제 2 단계에서 획득한 크기 정보가 큰 순서로 최적 펄스를 선택하는 제 3 단계; 및
    나머지 트랙에 대해 1 내지 3 단계를 수행하는 제 4 단계
    를 포함하는 잔차 신호 부호화 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 펄스 검색 단계는,
    소정의 최소 오류값을 초기화하는 제 1 단계;
    트랙당 검색할 펄스의 소정 개수에 따라 선택할 수 있는 펄스 조합인 트랙별 펄스 조합 중에서 어느 하나를 선택하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 선택된 트랙별 펄스 조합에서만 값을 가지고 나머지 위치의 펄스값은 0으로 하여 대역별 펄스 조합을 생성하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서 생성된 대역별 펄스 조합에 기초하여 선형예측 합성된 대역별 변환계수를 출력하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계로부터 출력된 대역별 변환계수와 상기 변환부로부터 출력된 원 변환계수와의 차이인 오류값을 계산하는 제 5 단계;
    상기 제 5단계에서 계산된 오류값을 상기 제 1 단계에서 저장된 최소 오류값과 비교하여 상기 제 5 단계에서 계산된 오류값이 더 작은 경우에는 상기 대역별 펄스 조합을 구성하는 상기 트랙별 펄스 조합에 포함된 펄스를 최적 펄스로 선택하고 최소 오류값을 상기 제 5 단계에서 계산된 오류값으로 갱신하는 제 6 단계; 및
    나머지 트랙별 펄스 조합에 대해 제 2 단계 내지 6 단계를 수행하는 제 7 단계
    를 포함하는 잔차 신호 부호화 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 트랙당 검색할 펄스의 소정 개수는 1 인
    잔차 신호 부호화 장치.
  24. 잔차 신호 복호화 장치에 있어서,
    양자화된 선형예측계수의 인덱스를 역-양자화하여 복원된 선형예측계수를 출력하는 선형예측계수 역-양자화부;
    양자화된 펄스 파라미터를 역-양자화하여 복원된 펄스 파라미터를 출력하는 펄스 역-양자화부;
    상기 복원된 펄스 파라미터로부터 펄스를 생성하여 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 펄스 생성부;
    상기 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 전체 대역에 대하여 더함으로써 복원된 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 대역 통합부;
    상기 복원된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 복원된 선형예측 잔차 변환계수에 대하여 선형예측 합성을 수행하여 복원된 변환계수를 출력하는 선형예측 합성 필터부; 및
    주파수 영역의 상기 복원된 변환계수를 시간 영역으로 역-변환하여 잔차 신호를 복원하는 역-변환부
    를 포함하는 잔차 신호 복호화 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 펄스 역-양자화부는,
    양자화된 펄스 파라미터 중 소정 비트의 크기 정보를 역양자화하여 펄스 크기를 복원하는 크기 역-양자화기;
    양자화된 펄스 파라미터 중 소정 비트의 부호 정보를 역양자화하여 펄스 부호를 복원하는 부호 역-양자화기; 및
    양자화된 펄스 파라미터 중 소정 비트의 위치 정보를 역양자화하여 펄스 위치를 복원하는 위치 역-양자화기
    를 포함하는 잔차 신호 복호화 장치.
  26. 잔차 신호 복호화 방법에 있어서,
    양자화된 선형예측계수의 인덱스를 역-양자화하여 복원된 선형예측계수를 출력하는 단계;
    양자화된 펄스 파라미터를 역-양자화하여 복원된 펄스 파라미터를 출력하는 단계;
    상기 복원된 펄스 파라미터로부터 펄스를 생성하여 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계;
    상기 복원된 대역별 선형예측 잔차 변환계수를 전체 대역에 대하여 더함으로써 복원된 선형예측 잔차 변환계수를 출력하는 단계;
    상기 복원된 선형예측계수에 기초하여 구현된 필터를 구비하며 상기 복원된 선형예측 잔차 변환계수에 대하여 선형예측 합성을 수행하여 복원된 변환계수를 출 력하는 단계; 및
    주파수 영역의 상기 복원된 변환계수를 시간 영역으로 역-변환하여 잔차 신호를 복원하는 단계
    를 포함하는 잔차 신호 복호화 방법.
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