KR20080082103A - 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서의 오디오 데이터부호화 방법 및 장치 - Google Patents

디지털 멀티미디어 방송 시스템에서의 오디오 데이터부호화 방법 및 장치 Download PDF

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KR20080082103A KR1020070022476A KR20070022476A KR20080082103A KR 20080082103 A KR20080082103 A KR 20080082103A KR 1020070022476 A KR1020070022476 A KR 1020070022476A KR 20070022476 A KR20070022476 A KR 20070022476A KR 20080082103 A KR20080082103 A KR 20080082103A
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Abstract

본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에서의 오디오 데이터 부호화 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스에 포함되는 BSAC 포맷의 오디오 정보를 실시간으로 MP3 포맷으로 변환한다. 이와 같이 하면 BSAC 포맷의 오디오 정보를 MP3 파일을 재생할 수 있는 모든 휴대용 오디오 기기에서 사용할 수 있다.
Figure P1020070022476
T-DMB, BSAC 복호화, MP3 부호화, 비트할당

Description

디지털 멀티미디어 방송 시스템에서의 오디오 데이터 부호화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENCODING AUDIO DATA IN DIGITAL MULTIMEDIA BROADCASTING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 구성을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 구성을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비트할당정보 변환부의 상세 구성도
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 동작 순서도
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비트할당정보 변환부의 동작 순서도
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 활용 예를 도시한 도면
본 발명은 디지털 멀티미디어 방송 시스템에 관한 것으로, 특히 지상파 디지털 멀티미디어 방송(terrestrial digital multimedia broadcasting, 이하 T-DMB라고 한다) 단말기에서 오디오 데이터를 부호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
T-DMB는 ITU-R의 DSB System A(Eureka-147)에 기반하여 한국에서 개발한 지 상파 디지털 멀티미디어 방송으로 약 1.5MHz의 대역폭을 갖는 VHF 대역을 통하여, 시속 200km로 고속 주행하는 수신체에서도 비디오 CD급의 화질과 CD급의 스테레오 음질을 수신할 수 있다. T-DMB는 유럽의 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcating, DAB) 표준에서 규정한 스트림 모드를 통하여 MPEG-4 AVC(Moving Picture Experts Group 4 audio Advanced Video Coding) 비디오 압축 데이터, MPEG-4 BSAC(Bit-Sliced Arithmetic Coding) 오디오 압축 데이터, 대화형 데이터 방송을 위한 MPEG-4 BIFS(Binary Format for Scenes) 데이터를 MPEG-4 SL(Sync Layer)와 MPEG-2 TS(Transport Stream)로 다중화한 후, RS(204,188) 및 길쌈 끼워짜기에 의한 추가 오류 보호 메커니즘이 적용된 스트림을 전송한다.
이러한 T-DMB 서비스를 수신하기 위한 휴대용 T-DMB 단말기는 대부분 오디오 정보에 대한 저장 기능을 제공하지 않거나, 실시간 부호화가 힘든 경우가 많다. 또한 최근 휴대용 MP3 플레이어 또는 PMP(Portable Media Player) 장치와 같은 개인용 오디오 기기가 널리 보급되어 있으나, 대부분의 오디오 기기가 T-DMB의 오디오 포맷인 BSAC 포맷을 재생하는 기능을 제공하고 있지 않다. 따라서 T-DMB 방송 오디오 컨텐츠를 녹음하여 MP3 플레이어나 PMP 등에서 활용하기 위해서는 BSAC 포맷을 MP3 포맷 형태로 변환할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 T-DMB 단말기에서 수신된 정보 중 오디오 데이터를 실시간으로 MP3 포맷으로 변환하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 다.
본 발명의 실시예에 따르면, 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서 오디오 데이터를 부호화하는 방법에 있어서, 수신되는 BSAC(Bit-Sliced Arithmetic Coding) 형식의 오디오 데이터의 비트스트림을 분해하여 역양자화하고 필터링하는 과정과, 상기 역양자화된 BSAC 오디오 데이터의 스케일팩터를 MP3(MPEG layer 3) 형식의 오디오 데이터의 스케일팩터로 변환하는 과정과, 상기 필터링된 시간영역의 오디오 데이터를 주파수 영역의 오디오 데이터로 변환하는 과정과, 상기 주파수 영역의 오디오 데이터를 상기 MP3 스케일 팩터를 이용하여 비트할당, 양자화 및 부호화 하는 과정과, 상기 양자화 및 부호화된 데이터를 표준 비트 스트림으로 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서 오디오 데이터를 부호화하는 장치에 있어서, 수신되는 BSAC(Bit-Sliced Arithmetic Coding) 형식의 오디오 데이터의 비트스트림을 분해하여 역양자화하고 복호화하는 복호화기와, 상기 역양자화된 BSAC 오디오 데이터의 스케일팩터를 MP3(MPEG layer 3) 형식의 오디오 데이터의 스케일팩터로 변환하는 비트할당정보 변환부와, 상기 복호화된 신호를 상기 MP3 오디오 데이터의 스케일 팩터를 이용하여 비트할당, 양자화 및 부호화하는 부호화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리 를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 T-DMB 단말기에서 BSAC과 MP3를 상호 부호화하기 위한 방법을 제안한다. 앞서 설명한 바와 같이 T-DMB 단말기에서 실시간으로 방송 컨텐츠를 저장녹음하기 위해서는 BSAC 포맷과 MP3 포맷간의 변환 과정이 필요하다. 그러나 현재 T-DMB 단말기에서 이러한 포맷 변환 프로세서로 구현하려면 BSAC 비트스트림을 저장하기 위한 공간이 필요하고, MP3 부호화 기기가 필요하다. T-DMB 단말기에서 MP3 부호화 기능을 제공하는 경우라 하더라도 실시간 처리를 위해서는 BSAC 복호화와 MP3 부호화 과정이 동시에 진행되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 구성을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 T-DMB 방송 수신기는 BSAC 복호화기(110)와 MP3 부호화기(120)를 포함한다.
BSAC 복호화기(110)는 입력 BSAC 비트스트림을 분해하여 부가정보/스케일팩터/스펙트럼 데이터 등으로 분해하는 비트스트림 분해부(111), 비트스트림 분해부(111)에서 분해된 스케일팩터와 양자화된 스펙트럼 데이터를 이용하여 역양자화 하는 BSAC 역양자화부(112), 좌/우 채널간의 신호의 중복성을 제거하기 위해 채널간 부호화된 신호를 원 신호로 복원하는 스테레오부(113), 시간 영역에서의 양자화잡음 제어를 수행하는 TNS(Temporal Noise Shaping)부(114), 그리고 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하는 합성필터뱅크부(115)를 포함한다.
MP3 부호화기(120)는 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 분석필터뱅크부(121), 부호화과정 중 심리음향 모델 과정을 수행하는 심리음향모델부(122), 좌/우 채널간의 신호의 중복성을 제거하는 스테레오부(123), 분석필터뱅크부(121)에서 변환된 주파수 영역의 스펙트럼 데이터에 대해서, 스케일팩터를 이용한 비트할당과 양자화 및 허프만 부호화하는 MP3 양자화/부호화부(124), 그리고 부가정보/스케일팩터/양자화된 스펙트럼 데이터를 표준 비트스트림으로 생성하는 비트스트림생성부(125)를 포함한다. 또한 MP3 양자화/부호화부(124)는 심리음향모델부(122)의 제어에 따라 스테레오부(123)로부터 입력되는 신호에 대해 비트할당을 수행하는 비트할당부(126)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, BSAC 복호화기(110)에서는 PCM(pulse code modulation) 데이터가 출력되며, 사용자는 DAC(Digital to Analog Converting) 과정을 거친 데이터를 헤드폰 또는 스피커를 통하여 귀로 듣게 된다. 이러한 시스템에서는 앞서 기술한 바와 같이 오디오 데이터를 저장하거나 다른 오디오 재생 기기에서 활용할 수 없다. 또한 T-DMB 단말기가 도 1과 같이 MP3 부호화기(120)를 포함하더라도 심리음향모델부(122) 및 비트할당부(126)에서의 연산량 부담이 심각하여, 오디오 데이터를 실시간 부호화를 위해서는 많은 전력소모가 예상된다.
그러므로 본 발명의 제2 실시예에서는 연산량을 줄이면서 BSAC 포맷을 MP3 포맷으로 변환하기 위한 방법 및 장치를 제안한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 구성을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 T-DMB 방송 수신기는 BSAC 복호화기(210)와 MP3 부호화기(220)를 포함한다.
BSAC 복호화기(210)는 입력 BSAC 비트스트림을 분해하여 부가정보/스케일팩터/스펙트럼 데이터 등으로 분해하는 비트스트림 분해부(211), 비트스트림 분해부(211)에서 분해된 스케일팩터와 양자화된 스펙트럼 데이터를 이용하여 역양자화하는 BSAC 역양자화부(212), 좌/우 채널간의 신호의 중복성을 제거하기 위해 채널간 부호화된 신호를 원 신호로 복원하는 스테레오부(213), 시간 영역에서의 양자화잡음 제어를 수행하는 TNS부(214), 그리고 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하는 합성필터뱅크부(215)를 포함한다.
MP3 부호화기(220)는 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 분석필터뱅크부(221), 좌/우 채널간의 신호의 중복성을 제거하는 스테레오부(222), 분석필터뱅크부(221)에서 변환된 주파수 영역의 스펙트럼 데이터에 대해서, 스케일팩터를 이용한 비트할당과 양자화 및 허프만 부호화하는 MP3 양자화/부호화부(223), 그리고 부가정보/스케일팩터/양자화된 스펙트럼 데이터를 표준 비트스트림으로 생성하는 비트스트림생성부(224)를 포함한다.
또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 T-DMB 수신기는 BSAC 복호화기(210)와 MP3 부호화기(220) 사이에 연결되는 비트할당정보 변환부(230)를 더 포함한다. 비 트할당정보 변환부(230)는 BSAC 포맷의 비트할당 정보인 스케일팩터 값을 이용하여, MP3에서 사용하는 비트할당 정보인 스케일팩터 값으로 변환해 주는 역할을 수행한다.
BSAC 복호화기(210)는 먼저 T-DMB 컨텐츠의 하나인 오디오 프레임을 읽어온 후 BSAC 복호화를 한다. BSAC 복호화된 PCM 파일은 DAC을 통하여 청음할 수도 있고, MP3 포맷으로 저장하기 위해서 MP3 부호화기(220)로 입력된다. 또한 BSAC 부호화기(210)의 역양자화 과정에서 비트스트림 분해부(221)로부터 얻어진 BSAC 스케일팩터 정보를 비트할당정보 변환부(230)로 전달한다. MP3 부호화기(220)에서는 입력 PCM과 비트할당정보 변환부(230)에서 변환된 MP3 스케일팩터를 이용하여 고속으로 부호화 과정을 진행하고, 표준 MP3 비트스트림을 출력한다. 이러한 과정을 통하여 실시간 상호변환으로 오디오 정보의 MP3 포맷을 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비트할당정보 변환부(230)의 상세 구성을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비트할당정보 변환부(230)는 스케일팩터 대역폭 변환부(231), 스케일팩터 정규화부(232) 및 스케일팩터 크기 변환부(233)를 포함한다.
스케일팩터 대역폭 변환부(231)는 BSAC 스케일팩터의 대역폭을 변환하고, 스케일팩터 정규화부(232)는 대역폭이 변환된 스케일팩터를 정규화하며, 스케일팩터 크기 변환부(233)는 정규화된 스케일팩터를 MP3 스케일팩터로 변환한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 T-DMB 수신기의 동작 순서를 도시한 것 이다.
도 4를 참조하면, 401 과정에서 BSAC 복호화기는 BSAC 비트스트림 분해를 수행하고, 402 과정에서 BSAC 양자화를 수행하며, 403 과정에서 BSAC 스테레오 처리를 한 후 404 과정 및 405 과정에서 TNS 처리 및 합성 필터링을 수행한다. 또한 406 과정에서 MP3 부호화기는 MP3 분석 필터링을 수행하고, 407 과정에서 스테레오 처리를 한다.
한편, 411 과정에서는 비트할당정보 변환부가 BSAC 역양자화부로부터 BSAC 스케일팩터를 수신하여 MP3 스케일팩터로 변환하며, 408과정에서는 411 과정에서 변환된 MP3 스케일팩터를 이용하여 MP3 양자화/부호화를 수행하다. 그리고 409 과정에서는 MP3 비트스트림을 생성한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비트할당정보 변환부의 동작 순서를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 501 과정에서 스케일팩터 대역폭 변환부(231)는 BSAC의 각 스케일팩터 밴드(sfbb)의 주파수 대역폭(0≤sfbb≤48)을 MP3의 각 스케일팩터 밴드(sfbm)의 주파수 대역폭(0≤sfbm≤21)에 맞춰 매핑한 후 스케일팩터 정규화부(232)로 전송한다. 스케일팩터 정규화부(232)에 입력된 BSAC의 스케일팩터 값의 동적 영역은 MP3에서 사용하는 스케일팩터 값의 동적 영역과 다르므로, 스케일팩터 정규화부(232)는 502 과정에서 입력된 각 스케일팩터 값을 다음의 수학식 1로 정규화한다.
Figure 112007018755692-PAT00001
마지막으로, 503 과정에서 스케일팩터 크기 변환부(233)에서는 정규화된 스케일팩터 값을 다음의 수학식 2와 같이 MP3 부호화 과정에서 사용할 값으로 크기 변환하고 정수값을 취한다. 여기서 nint(x)는 x에 가장 가까운 정수를 출력하는 함수이다. 또한 scale 값은 스케일팩터 밴드별로 조절 가능한 상수이다.
Figure 112007018755692-PAT00002
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오디오 포맷 변환 장치가 적용되는 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오디오 포맷 변환 장치(600)는 BSAC 포맷의 오디오 파일을 MP3 포맷으로 변환하고 블루투스 모듈이나 적외선 통신부(630)를 통하여 MP3 플레이어(640), PMP(650), PSP(Play Station Portable)(660), 카 오디오(670), 오디오/비디오 수신기(680) 등의 외부기기로 전송하여 활용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 T-DMB 서비스에 포함되는 오디오 정보를 상호부호화를 통하여 변환하여 저장하고, MP3 파일을 재생할 수 있는 모든 휴대용 오디오 기기에서 사용할 수 있도록 한다. 특히 어학방송이나 음악방송 등을 T-DMB로 시청하면서 MP3 포맷의 오디오 정보로 변환하여 저장하면, 다양한 MP3 기기에서 쉽게 반복 청취가 가능하며, 블루투스 혹은 적외선 통신이 지원되는 무선 휴대 기기에서 유용하게 활용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비트할당 정보 변환부를 이용하면, 기존의 MP3 부호화 과정에서 전체 연산량의 약 30%를 차지하는 심리음향 모델 계산 과정이 제거되며, MP3 부호화 과정 전체 연산량의 약 30%를 차지하는 비트할당과정이 5% 이내로 줄어들 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비트할당정보 변환부는, S(satellite)-DMB 단말기에서 aacPlus(advanced audio coding plus) 포맷의 오디오 정보를 MP3 포맷으로 실시간 녹음하는 장치, 휴대용 캠코더폰에서 MPEG-4 AAC 포맷의 오디오 정보를 MP3 포맷으로 실시간 녹음하는 장치로 확장 응용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서 오디오 데이터를 부호화하는 방법에 있어서,
    수신되는 BSAC(Bit-Sliced Arithmetic Coding) 형식의 오디오 데이터의 비트스트림을 분해하여 역양자화하고 필터링하는 과정과,
    상기 역양자화된 BSAC 오디오 데이터의 스케일팩터를 MP3(MPEG layer 3) 형식의 오디오 데이터의 스케일팩터로 변환하는 과정과,
    상기 필터링된 시간영역의 오디오 데이터를 주파수 영역의 오디오 데이터로 변환하는 과정과,
    상기 주파수 영역의 오디오 데이터를 상기 MP3 스케일 팩터를 이용하여 비트할당, 양자화 및 부호화 하는 과정과,
    상기 양자화 및 부호화된 데이터를 표준 비트 스트림으로 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MP3 오디오 데이터의 스케일팩터로 변환하는 과정은,
    상기 BSAC 오디오 데이터의 스케일팩터의 주파수 대역폭을 상기 MP3 오디오 데이터의 스케일팩터의 주파수 대역폭에 맞추어 매핑하는 과정과,
    상기 매핑된 스케일팩터를 MP3 형식에서 사용하는 값으로 정규화하는 과정과,
    상기 정규화된 스케일팩터의 값을 MP3 부호화를 수행하기 위한 크기로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정규화하는 과정은, 다음 수학식에 따라 정규화를 수행하는 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
    Figure 112007018755692-PAT00003
    상기 식에서, sfbb는 BSAC 스케일팩터의 밴드이고, sfbm는 MP3 스케일 팩터의 밴드이며, MAX(x)는 x값들 중 최대값을 출력하는 함수임.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 크기 변환 과정은, 상기 정규화된 스케일팩터 값을 다음 수학식에 따라 변환하는 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
    Figure 112007018755692-PAT00004
    상기 식에서, nint(x)는 x에 가장 가까운 정수를 출력하는 함수이며, scale 값은 스케일팩터 밴드별로 조절되는 상수임.
  5. 디지털 멀티미디어 방송 수신기에서 오디오 데이터를 부호화하는 장치에 있어서,
    수신되는 BSAC(Bit-Sliced Arithmetic Coding) 형식의 오디오 데이터의 비트스트림을 분해하여 역양자화하고 복호화하는 복호화기와,
    상기 역양자화된 BSAC 오디오 데이터의 스케일팩터를 MP3(MPEG layer 3) 형식의 오디오 데이터의 스케일팩터로 변환하는 비트할당정보 변환부와,
    상기 복호화된 신호를 상기 MP3 오디오 데이터의 스케일 팩터를 이용하여 비트할당, 양자화 및 부호화하는 부호화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 비트할당정보 변환부는,
    상기 BSAC 오디오 데이터의 스케일팩터의 주파수 대역폭을 상기 MP3 오디오 데이터의 스케일팩터의 주파수 대역폭에 맞추어 매핑하는 대역폭 변환부와,
    상기 매핑된 스케일팩터를 MP3 형식에서 사용하는 값으로 정규화하는 정규화 부와,
    상기 정규화된 스케일팩터의 값을 MP3 부호화를 수행하기 위한 크기로 변환하는 크기 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정규화부는, 다음 수학식에 따라 정규화를 수행하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
    Figure 112007018755692-PAT00005
    상기 식에서, sfbb는 BSAC 스케일팩터의 밴드이고, sfbm는 MP3 스케일 팩터의 밴드이며, MAX(x)는 x값들 중 최대값을 출력하는 함수임.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 크기 변환 과정은, 상기 정규화된 스케일팩터 값을 다음 수학식에 따라 변환하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
    Figure 112007018755692-PAT00006
    상기 식에서, nint(x)는 x에 가장 가까운 정수를 출력하는 함수이며, scale 값은 스케일팩터 밴드별로 조절되는 상수임.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 복호화기는,
    입력되는 BSAC 비트스트림을 부가정보, 스케일팩터 및 스펙트럼 데이터로 분해하는 비트스트림 분해부와,
    상기 분회된 스케일팩터와 양자화된 스펙트럼 데이터를 역양자화하는 역양자화부와,
    상기 양자화 잡음이 제어된 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하는 합성필터뱅크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 부호화기는,
    상기 복호화기로부터 입력되는 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 분석필터뱅크부와,
    상기 주파수 영역의 신호에 대하여 상기 비트할당정보 변환부로부터 입력되는 스케일팩터를 이용하여 비트할당, 양자화 및 부호화를 수행하는 양자화/부호화부와,
    상기 부호화된 데이터로부터 표준 비트 스트림으로 생성 비트스트림 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
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