KR20100061520A - 통신 프로세싱 방법 - Google Patents

Abstract

통신을 프로세싱하는 방법은 코딩된 프레임의 서브프레임의 추정된 여기 에너지 성분을 결정하는 단계를 포함한다. 서브프레임의 필터 에너지 성분도 추정된다. 서브프레임의 추정된 에너지를 결정하는 것은 추정된 여기 에너지 성분 및 추정된 필터 에너지 성분에 기초한다. 이 기술은 통신을 완전히 디코딩할 필요 없이 음성 통신과 같은 통신의 프레임 에너지를 추정할 수 있다.

Description

통신 프로세싱 방법{SPEECH ENERGY ESTIMATION FROM CODED PARAMETERS}

본 발명은 전반적으로 통신에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 통신의 추정된 프레임 에너지를 결정하는 것에 관한 것이다.

무선 통신 시스템과 같은 통신 시스템이 이용 가능하며 다양한 종류의 통신을 제공한다. 무선 및 유선 시스템은, 예를 들어, 음성 및 데이터 통신을 허용한다. 통신 서비스의 제공자들은 향상된 통신 기능을 제공하기 위해 항상 노력하고 있다.

현재 향상되고 있는 분야는 패킷 기반 네트워크 및 인터넷 프로토콜 네트워크이다. 이러한 네트워크를 사용하여, 트랜스코더 없는 동작(transcoder free operation)이, 예를 들어, 탠덤 코딩(tandem coding)의 필요성을 없앰으로써 낮은 지연을 갖는 고품질의 대화(speech)를 제공할 수 있다. 트랜스코더 없는 동작 환경에서, 많은 대화 프로세싱 애플리케이션은 코딩된 파라미터 도메인으로 동작할 수 있어야 한다. 현대 네트워크에서 가장 공통적인 대화 코딩 패러다임인 코딩된 여기 선형 예측(coded excited linear prediction; CELP) 대화 코딩에서, 예를 들어, 고정 및 적응 코드 북 파라미터, 피치 주기, 선형 예측성 코딩 합성 필터 파라미터를 포함하는 여러 유용한 코딩 파라미터가 존재한다. 음성 통신과 같은 통신의 프레임 또는 패킷의 대화 에너지를 추정하는 것은, 예를 들어, 이득 제어 또는 에코 억제와 같은 기술을 위한 유용한 정보를 제공한다. 탠덤 코딩을 방지하고 연산 복잡성을 낮추기 위해 전체 디코딩 프로세스를 수행하지 않고 코딩된 파라미터로부터 프레임 에너지를 추정하는 효율적인 방법을 개발하는 것이 유용할 것이다.

통신을 프로세싱하는 예시적 방법은 코딩된 프레임의 추정된 여기 에너지 성분을 결정하는 단계를 포함한다. 서브프레임의 추정된 필터 에너지 성분도 결정된다. 추정된 여기 에너지 성분과 추정된 필터 에너지 성분으로부터 서브프레임의 추정된 에너지가 결정된다.

개시된 예의 다양한 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 상세한 설명에 첨부된 도면은 다음과 같이 간단히 설명될 수 있다.

본 발명에 의하면, 통신을 완전히 디코딩할 필요 없이 음성 통신과 같은 통신의 프레임 에너지를 추정할 수 있다.

도 1은 예시적 연산 장치의 선택된 부분을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 하나의 예시적 방안을 요약한 흐름도이다.
도 3은 추정된 서브프레임 에너지와 실제 통신의 대화 에너지 사이의 관계를 도시하는 시각적 도면이다.
도 4는 선형 예측 코딩 합성 필터의 응답을 시각적으로 도시하고 있다.
도 5는 실제 프레임 에너지에 대한 추정된 프레임 에너지의 상관과 추정된 프레임 에너지를 결정하기 위해 사용된 샘플의 개수 사이의 관계를 시각적으로 도시하고 있다.

이하 개시된 예는 통신을 완전히 디코딩할 필요 없이 통신의 추정된 프레임 에너지를 결정하는 기능을 제공한다. 이 설명의 프레임 에너지 추정 기술은, 예를 들어, 대화 프레임 에너지를 추정하기에 유용한데, 이는 통신 시스템의 이득 제어 또는 에코 억제와 같은 목적을 위해 유용할 수 있다.

도 1은 통신 장치(20)의 선택된 부분을 개략적으로 도시하고 있다. 일례에서, 장치(20)는 무선 통신용의 이동국과 같은 통신 장치의 선택된 부분을 나타낸다. 본 발명은 임의의 특정 유형의 통신 장치에 한정되지 않으며 도 1의 도면은 개력적인 것이며 설명을 위한 것이다.

예시적 통신 장치(20)는 적어도 다른 장치로부터 통신을 수신할 수 있는 송수신기(22)를 포함한다. 여기부(24) 및 선형 예측 코딩(LPC) 합성 필터부(26)는 각각 수신된 통신과 관련되는 에너지를 추정하기 위해 프레임 에너지 추정기(28)에 의해 사용되는 출력을 제공한다. 일례에서, 여기부(24) 출력은 적응 코드 북 이득(g_p) 및 고정 코드 북 이득(g_c)에 기초하여 출력되는데, 이들 용어는 향상된 가변 레이트 CODEC(EVRC) 프로세싱과 관련하여 이해된다. 여기부(24) 출력은 여기 에너지 성분이다. 여기부(24)의 출력은 이 예에서 LPC 합성 필터부(26)로의 입력 신호이다. LPC 필터부(26) 출력은 이 설명에서 필터 에너지 성분으로서 지칭된다.

일례에서, 프레임 에너지 추정기(28)는 수신된 대화 또는 음성 통신의 코딩된 대화 프레임의 각 서브프레임의 추정된 프레임 에너지를 결정한다. 프레임 에너지 추정기(28)는 코딩된 프레임이 완전히 디코딩되도록 요구하지 않고 프레임 에너지 추정을 제공한다. LPC 합성 필터부(26)과 여기부(24) 및 후술할 기술에 의해 제공되는 코딩 파라미터를 사용함으로써 프레임 에너지 추정기(28)는 대화 또는 음성 통신과 같은 수신된 통신의 프레임 에너지에 대한 유용한 추정치를 제공한다.

도 2는 하나의 예시적 방안을 요약하는 흐름도(30)를 포함한다. 단계(32)에서, 통신의 코딩된 프레임이 수신된다. 수신된 코딩된 프레임은 복수의 서브 프레임을 포함한다. 서브프레임의 여기 에너지 성분은 단계(34)에서 추정된다. 단계(36)는 서브프레임의 추정된 필터 에너지 성분을 결정하는 단계를 포함한다. 단계(38)에서, 서브프레임의 에너지는 추정된 여기 에너지 성분과 추정된 필터 에너지 성분의 적(product)으로부터 결정된다. 서브프레임의 결정된 에너지와 추정된 에너지 성분은 일례에서 코딩된 통신을 완전히 디코딩할 필요 없이 얻어진다(가령, 음성 통신의 코딩된 프레임).

추정된 여기 에너지 성분과 추정된 필터 에너지 성분의 적은 프레임 에너지의 유용한 추정치를 제공하며 다음 식으로 설명될 수 있다.

여기서 λ_e(m) 및 λ_h(m)는 각각 추정된 여기 에너지 성분 및 추정된 필터 에너지 성분이다. 이 관계식은 전체적 디코딩 프로세스를 수행하지 않고 코딩된 파라미터를 사용하여 프레임 에너지(P(m))의 추정치를 제공한다.

전술한 관계식을 사용하는 예시적 방식을 고려하기 전에, 전체적 디코딩 프로세스를 사용하는 경우에는 어떻게 프레임 에너지가 결정될 수 있는지를 고려해 보는 것이 유용하다. 예를 들어, m번째 프레임의 디코딩된 대화 신호는

와 같이 표현될 수 있는데, 여기서 h(m,n)는 LPC 합성 필터의 필터이고 e_T(m;n)은 전체 여기 신호이다.

CELP-코딩된 프레임의 실제 에너지는 다음과 같이 설명될 수 있다.

여기서, H(m;k) 및 E_T(m;k)는 각각 h(m;n) 및 e_T(m;n)의 FFT-표현이다.

P(m)을 계산하는 것과 관련되는 한 가지 결점은 전체적 CELP 디코딩 프로세스를 수행할 필요가 있다는 것이다. 이는 다음과 같이 설명되는 여기 신호 및 LPC 합성 필터를 유도하는 단계를 포함한다.

또한, 여기 신호는 H(z)를 통해 필터링되어야 한다.

관계식

을 사용하는 것은 전체적 디코딩 프로세스를 요구하지 않고 프레임 에너지를 추정할 수 있게 한다.

일례에서 서브프레임의 여기 에너지 성분을 추정하는 것은 EVRC로부터 이용 가능한 2개의 코드 북 파라미터를 사용하는 것을 포함한다. 일례에서, EVRC는 알려진 방식으로 수신된 서브프레임으로부터 적응 코드 북 이득(g_p) 및 고정 코드 북 이득(g_c)을 발견한다. 일례에서, 이들은 다음 관계식을 따라 사용된다.

e(n)은 적응 코드 북 기여이고 c(n)은 고정 코드 북 기여이다. 따라서, 총 여기는 다음과 같은 근사값일 수 있다.

여기서 τ는 관심 대상인 통신의 피치 주기이다. 여기의 서브프레임 에너지는 다음과 같이 표현될 수 있다.

일례에서 위 식의 합은 L개의 샘플에 대해 취해진다.

일례는 이전 서브프레임 에너지에 기초하여 적응 코드 북 기여 e(n)의 에너지의 근사값을 구하는 단계를 포함한다. 이러한 근사값은 다음과 같이 설명될 수 있다.

이를 식7로 대체하면

가 되는데, 여기서 λ(m-1)은 이전 서브프레임 에너지이고 C는 코드북 기여 c²(n)를 위해 사용되는 상수 에너지 항이다. 일례에서, 서브프레임의 c²(n)의 8개의 샘플은 진폭 +1 또는 -1을 가지며 나머지는 EVRC에 0 값을 가져서 C의 값은 8로 설정된다.

개시된 기술의 한 가지 예시적 용도는 대화 또는 음성 통신의 대화 에너지 추정을 위한 것이다. 도 3은 단계 (42)에서의 실제 대화 에너지와 식 9의 관계식을 사용하여 얻어지는 추정된 여기 서브프레임 에너지 성분을 도시하는 시각적 구성도(40)이다. 도 3으로부터 인식할 바와 같이, 추정된 여기 에너지 성분과 식 9의 방안을 사용하는 경우의 실제 대화 에너지 사이의 중요한 대응관계가 존재한다.

다른 예는 적응 코드 북 기여의 에너지의 근사값을 구하는 적어도 2개의 이전 서브프레임을 사용하는 것을 포함한다. 적응 코드 북 기여가 적어도 약간 주기적이라는 것을 인식하는 것은 대략 관심 대상인 서브프레임으로부터 멀어지는 피치 주기인 통신의 일부분으로부터 적어도 2개의 이전 서브프레임을 선택하여, 선택된 이전 서브프레임은 통신의 대응하는 이전 부분으로부터 온다. 일례는, 2개의 연속하는 이전 서브프레임을 사용하여 적응 코드 북 기여가 대략 다음과 같이 2개의 연속하는 이전 서브프레임의 보간(interpolation)으로 고려되는 것을 포함한다.

여기서, i는 통신의 피치 주기에 따라 선택된다. 이 추정 기술을 사용하여 아래의 여기 에너지 성분에 대한 추정을 구한다.

식 9와 관련되는 방안 대신에 이 후자의 방안을 사용함으로써 많은 상황에 있어서 적어도 도 3에 도시된 정도의 양호한 결과를 얻는다. 일부 예에서, 식 11과 관련되는 방안은 식 9를 사용하여 얻어지는 추정치와 비교해서 더 정확한 여기 에너지 성분 추정을 제공한다.

일례에서 필터 에너지 성분을 추정하는 것은 LPC 합성 필터의 파라미터를 사용하는 것을 포함한다. 일반적으로, m 번째 서브프레임에서 LPC 합성 필터의 에너지는 다음과 같이 표현될 수 있다.

물론, 무한 개의 샘플을 합산하는 것은 현실적이지 않으며, 이 예는 LPC 합성 필터가 최소 위상 안정 시스템을 인식하는 것을 포함하고, 신호 에너지의 대부분이 필터 응답의 초기 부분에 집중된다고 가정하는 것이 합리적이다. 도 4는 LPC 필터의 예시적 임펄스 응답(50)을 시각적으로 도시하고 있다. 도 4로부터 인식할 바와 같이, 임펄스 응답(50)의 대부분의 중요한 진폭은 임펄스 응답의 시작 부분(가령, 도면의 좌측)에서 발생한다.

일례에서, LPC 합성 필터 에너지 성분은 다음의 관계식에서 감소된 개수의 샘플을 사용하여 추정된다.

여기서, K>0은 필터 에너지를 결정하기 위해 사용되는 감소된 샘플의 개수(가령, 몇 개의 샘플이 폐기되거나 무시되는가)이다. 충분한 개수의 샘플이 사용되는 경우에 식 12을 사용하는 것에 비교해서 감소된 개수의 샘플을 사용하여 결정된 추정 LPC 합성 필터 에너지 성분 사이의 충분히 정확한 상관을 얻는 것이 가능하다.

도 5는 복수의 상이한 통신(가령, 상이한 유형의 대화, 음성 통신 또는 기타 가청 통신)에 대해 추정된 에너지와 실제 에너지 사이의 상관을 시각적으로 도시하고 있다. 곡선(60) 및 곡선(62)은 각각 상이한 통신에 대응한다. 일례에서, 도 5의 곡선은 각각 상이한 유형의 음성 통신(가령, 상이한 콘텐츠)에 대응한다. 도 5로부터 인식할 바와 같이, 폐기되는 샘플의 수가 증가할수록 상관은 내려간다. 일례에서, LPC 합성 필터 응답의 처음 10개에 이르는 샘플을 사용하는 것은 필터 응답 에너지 성분을 추정하기 위해 충분한 상관 및 적합한 정보를 제공한다는 것이 경험적으로 결정되었다. 하나의 특정 예는 LPC 합성 필터 응답 중에서 처음 6개 또는 7개의 샘플만을 사용하여 유효한 결과를 달성한다. 이 설명을 고려할 때, 당업자는 몇 개의 샘플이 특정 상황에 대해 유용하거나 필요할 것인지를 결정할 수 있을 것이다.

식 9 또는 식 11 중 하나를 사용하여 추정된 여기 성분을 결정했고 식 13을 사용하여 추정된 필터 에너지 성분을 결정하였으면, 관심 대상인 서브프레임의 추정된 프레임 에너지 λ(m)는 다음과 관계식을 사용하여 결정된다.

전술한 기술을 사용함으로써 대화 또는 음성 통신과 같은 통신을 완전히 디코딩하지 않고 그 통신의 프레임 에너지를 추정할 수 있다. 이러한 추정 기술은 계산 복잡도를 낮추며 유용한 에너지 추정을 더 신속하게 제공하는데, 이들 중 하나는 향상된 음성 통신 기능을 촉진한다.

일부 실시예에서 결정된 추정된 에너지 프레임은 후속 통신을 제어하는 데에 사용된다. 일례에서, 추정된 프레임 에너지는 이득 제어를 위해 사용된다. 다른 예에서, 추정된 프레임 에너지는 에코 억제를 위해 사용된다.

전술한 바는 예시적인 것이며 한정적이지 않다. 본 발명의 요지를 벗어나지 않고도 개시된 예에 대한 변형 및 수정은 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명에 대해 주어진 법적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 정해질 수 있다.

Claims (10)

1. 코딩된 프레임의 서브프레임의 추정된 여기 에너지 성분을 결정하는 단계와,
   상기 서브프레임의 추정된 필터 에너지 성분을 결정하는 단계와,
   상기 추정된 여기 에너지 성분과 상기 추정된 필터 에너지 성분으로부터 상기 서브프레임의 추정된 에너지를 결정하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 추정된 여기 에너지 성분과 상기 추정된 필터 에너지 성분의 적(product)으로부터 상기 추정된 에너지를 결정하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 여기 에너지 성분에 대한 적응적 기여(an adaptive contribution)를 결정하는 단계와,
   상기 여기 에너지 성분에 대한 고정된 기여를 결정하는 단계와,
   상기 결정된 적응적 기여 및 고정된 기여에 기초하여 상기 추정된 여기 에너지 성분을 결정하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 적응적 기여를 결정하는 단계는,
   상기 코딩된 프레임의 적어도 하나의 이전 서브프레임의 에너지에 기초하여, 상기 서브프레임의 적응적 기여를 추정하는 단계와,
   상기 코딩된 프레임의 복수의 추정된 서브프레임 적응적 기여의 합을 결정하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   바로 인접한 이전 서브프레임에 기초하여, 상기 서브프레임의 상기 적응적 기여를 추정하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 통신의 피치 주기에 기초하여, 적어도 2개의 연속하는 이전 서브프레임을 선택하는 단계 - 상기 통신은 적어도 부분적으로 주기적이며, 상기 피치 주기는, 피치 주기에 대응하는 시간 간격에서의 상기 통신의 대응 부분을 나타냄 - 와,
   상기 서브프레임에 대응하는 상기 통신의 이전 부분으로부터 상기 적어도 2개의 연속하는 이전 서브프레임을 선택하는 데 상기 피치 주기를 사용하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
7. 제 3 항에 있어서,
   향상된 가변 레이트 CODEC을 사용하여 상기 적응적 기여와 관련되는 적응 코드북 이득을 결정하는 단계와,
   상기 향상된 가변 레이트 CODEC을 사용하여 상기 고정된 기여와 관련되는 고정 코드북 이득을 결정하는 단계와,
   상기 결정된 적응 코드북 이득 및 상기 고정 코드북 이득에 기초하여 상기 추정된 여기 에너지 성분을 결정하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 추정된 필터 에너지 성분은 선형 예측 코딩 합성 필터와 관련되는
   통신 프로세싱 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 추정된 필터 에너지 성분을 결정하기 위해 상기 필터 응답의 초기 부분만을 선택하는 단계를 포함하는
   통신 프로세싱 방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브프레임을 완전히 디코딩하지 않고 상기 추정된 프레임 에너지를 결정하는 단계를 포함하는
    통신 프로세싱 방법.

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