KR20210118205A - 고주파 복원 동안 오디오 신호들의 프로세싱 - Google Patents

고주파 복원 동안 오디오 신호들의 프로세싱 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오디오 신호들의 HFR(High Frequency Reconstruction/Regenerati -on)에 관련된다. 특히, 본 발명은 오디오 신호의 고주파들의 복원을 위해 사용되는 저주파 범위에 걸쳐 에너지 레벨에서 많은 변화를 가지는 오디오 신호의 HFR을 수행하는 방법 및 시스템에 관련된 것이다. 복수의 저주파 부대역 신호들로부터 고주파 인터벌을 커버하는 복수의 고주파 부대역 신호들을 생성하도록 구성된 시스템이 설명된다. 상기 시스템은 상기 복수의 저주파 부대역 신호들을 수신하기 위한 수단; 타겟 에너지들을 수신하기 위한 수단으로서, 각 타겟 에너지는 고주파 인터벌 내에서 서로 다른 타겟 인터벌을 커버하며, 상기 타겟 인터벌 내에 있는 하나 이상의 고주파 부대역 신호들의 요구되는 에너지의 지시인 것을 특징으로 하는, 타겟 에너지들을 수신하기 위한 수단; 상기 복수의 저주파 부대역 신호들 및 상기 복수의 저주파 부대역 신호들 각각과 관련된 복수의 스펙트럼 이득 계수들로부터 상기 복수의 고주파 부대역 신호들을 생성하기 위한 수단; 및 타겟 에너지들의 세트를 이용하여 상기 복수의 고주파 부대역 신호들의 에너지를 조절하기 위한 수단을 포함한다.

Description

고주파 복원 동안 오디오 신호들의 프로세싱{PROCESSING OF AUDIO SIGNALS DURING HIGH FREQUENCY RECONSTRUCTION}
본 발명은 오디오 신호들의 HFR(고주파 복원/재생성, High Frequency Recon -struction/Regeneration)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 오디오 신호의 고주파를 복원하기 위해 사용되는 저주파 범위에 걸친 에너지 레벨에서 큰 변화를 가지는 오디오 신호들의 고주파 복원(HFR)을 수행하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
SBR(Spectral Band Replication) 기술과 같은, HFR 기술들은 전통적인 인지적 오디오 코덱들의 코딩 효율을 상당히 증가시키도록 한다. MPEG-4 AAC(Advanced Audio Coding)와 조합에서 HFR은 매우 효과적인 오디오 코덱을 형성한다. 이는 XM 위성 라디오 시스템(Satellite Radio system) 및 디지털 라디오 몬다이얼(and Digital Radio Mondiale), 그리고, 이는 3GPP, DVD 포룸, 및 다른 단체들에서 표준화된다. AAC 및 SBR의 조합은 aacPlus라고 칭한다. 이는 고효율 AAC 프로파일(HE-AAC, High Efficiency AAC)로 나타내어지는 MPEG-4 표준의 일부이다. 일반적으로, HFR 기술은 앞 및 뒤의 호환 방법에서, 어떤 인지적 오디오 코덱으로 조합될 수 있다. 따라서, 유레카(Eureka) DAB 시스템에서 사용되는 MPEG 계층-2와 같은 브로드캐스팅 시스템들에서 이미 수립된 업그레이드에 대해 가능성이 제공된다. HFR 방법들은 또한, 초 저 비트 레이트에서 광대역 스피치를 허용하기 위해 스피치 코덱들과 조합될 수 있다.
HFR 뒤의 기초 아이디어는 동일한 신호의 저주파 범위의 특성 및 일반적으로 신호의 고주파 범위의 특성들 사이의 통상적으로 강한 상관이 제공되는 것을 관찰하는 것이다. 따라서, 신호의 고주파 범위의 원래의 입력의 표현에 대한 좋은 근사가 저주파 범위에서 고주파 범위로 신호 전위(transposition)에 의해 성취될 수 있다.
전위의 개념은 WO 98/57436에서 수립되었다. 이 특허는, 오디오 신호의 저주파 대역으로부터 고주파 대역을 재생성하기 위한 방법으로, 레퍼런스로 이 문헌에 포함된다. 실질적으로 비트 레이트에서 저장(saving)은 오디오 코딩 및/또는 스피치 코딩에서 이 개념이 사용되는 것에 의해 얻어질 수 있다. 다음에 있어서, 레퍼런스는 오디오 코딩에 대해 만들어질 것이다. 하지만, 이는 설명된 방법들 및 시스템들은 스피치 코딩 및 USAC(unified speech and audio coding)에서 동일하게 적용할 수 있다.
고주파 복원은 필터뱅크 또는 선택의 변환을 이용하여, 주파수 도메인 또는 시간 도메인에서 수행될 수 있다. 프로세스는 일반적으로 몇몇 단계들을 포함하며, 여기서, 2개의 메인 오퍼레이션들은 고주파 자극 신호를 먼저 생성하고, 그런 다음, 원래의 고주파 스펙트럼의 스펙트럼 엔벨로프를 근사하기 위해, 고주파 자극 신호의 모양을 형성한다. 고주파 자극 신호를 생성하는 단계는 예컨대, 단일 부대역 모듈레이션(SSB, single sideband modulation)에 기초할 수 있다. 여기서, 주파수
Figure pat00001
를 가지는 사인파는 주파수
Figure pat00002
를 가지는 사인파에 매핑된다. 여기서,
Figure pat00003
는 고정된 주파수 시프트이다. 다른 말로, 고주파 신호는 고주파 부대역들로 저주파 부대역들의 "카피-업(copy up)" 동작에 의해 낮은 주파수 신호로부터 생성될 수 있다. 고주파수 자극 신호를 생성하는 것에 대한 추가 접근은 저주파 부대역들의 고조파 전위를 포함할 수 있다. 차수 T의 고조파 전위는, 전형적으로, T > 1인, 고주파 신호의 주파수
Figure pat00004
를 가지는 사인파로 저주파 신호의 주파수
Figure pat00005
의 사인파가 매핑되도록 설계된다.
HFR(high frequency reconstruction) 기술은 소스 코딩 시스템들의 일부로 사용될 수 있다. 여기서, HFR 프로세스를 안내하기 위한 여러 가지의 제어 정보는 협대역/저주파 신호의 표현과 함께 인코더로부터 디코더로 전송된다. 어떤 추가 제어 신호도 전송될 수 있는 시스템들에 대해, 프로세스는 디코더 측면 상의 이용 가능한 정보로부터 추정되는 적합 제어 데이터를 가지는 디코더 측면 상에 적용될 수 있다.
고주파 자극 신호의 상술한 엔벨로프 조절은 원래의 고대역(highband)의 스펙트럼 모양을 닮은 스펙트럼 모양을 청취하는 것을 목적으로 한다. 그렇게 하기 위하여, 고주파 신호의 스펙트럼 모양은 수정돼야만 한다. 다른 측면에서, 고대역(highband)에 적용되어지는 조절은 스펙트럼 엔벨로프 및 요구되는 타겟 스펙트럼 엔벨로프의 함수이다.
예컨대, 슈도-QMF 필터뱅크에서 구현된 HFR 시스템과 같이, 주파수 도메인에서 동작하는 시스템들을 위해, 고대역 신호의 생성이, 소스 주파수 범위로부터 몇몇 공헌들을 조합하는 것에 의해, 엔벨로프 조절된 고대역으로 인공의 스펙트럼 엔벨로프를 도입하기 때문에, 종래 기술의 방법들은 이러한 관점에서 차선책이다. 다른 말로, HFR 프로세스 동안 저주파 신호로부터 생성된 고주파 신호 또는 고대역은, (전형적으로 스펙트럼 불연속들을 포함하는) 인공 스펙트럼 엔벨로프를 전형적으로 전시한다. 조절기는 단지, 적합한 시간 및 주파수 레졸루션을 가지는 요구되는 스펙트럼 엔벨로프를 적용하는 능력을 가져야만 하는 것이 아니라, 조절기는 고주파 복원(HFR, high frequency reconstruction) 신호 생성기에 의해 스펙트럼 인공적으로 도입된 스펙트럼 특성들이 복구(undo)할 수 있어야만 하기 때문에, 스펙트럼 엔벨로프 조절기에 대해 어려움들을 제기한다. 이는 엔벨로프 조절기 상에 어려운 설계 제약을 제기한다. 결과적으로, 이러한 어려움들은 고주파 에너지의 감지된 손실로 유도하는 경향이 있고, 특히, 스피치 형식 신호들에 대해 고대역 신호의 스펙트럼 모양에서 가청의 불연속들로 유도하는 경향이 있다. 다른 말로, HFR 신호 생성기는 저대역 범위 상의 레벨에서 넓은 다양성들을 가지는 신호들을 위한 고대역 신호 내로 레벨 다양성 및 불연속을 도입하는 경향이 있다. 예컨대, 치찰음. 연속된 엔벨로프 조절기가 고대역 신호에 노출될 때, 엔벨로프 조절기는 저대역 신호의 순수 스펙트럼 특성으로부터 새롭게 도입된 불연속을 합리성 및 일관성을 가지고 분리할 수 없다.
본 문헌은 전술된 문제점에 대한 해결책을 개괄한다. 이 해결책은 증가되고 인지되는 오디오 품질을 제공한다. 개별적으로, 이 문헌은 저대역 신호로부터 고대역 신호를 생성하는 데에 있어 문제점에 대한 해결책을 설명한다. 고대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프는 원치 않는 인공물을 도입 없이 고대역에서 원래의 스펙트럼 엔벨로프와 유사하게 만들기 위해 효과적으로 조절된다.
상술한 점을 감안한 본 발명의 목적은 오디오 신호의 고주파를 복원하기 위해 사용되는 저주파 범위에 걸친 에너지 레벨에서 큰 변화를 가지는 오디오 신호들의 고주파 복원 또는 재생성(High Frequency Reconstruction/Regeneration)을 수행하기 위한 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 입력 신호로부터 광대역 출력 신호를 생성하도록 구성된 시스템은 :
상기 협대역 입력 신호를 수신하고,
분석 필터뱅크에 의해, 상기 협대역 입력 신호로부터 복수의 저주파 부대역 신호들(602)을 생성하며,
타겟 에너지들의 세트를 수신하되, 각 타겟 에너지는 고주파 인터벌 내에서 서로 다른 타겟 인터벌(130)을 커버(cover)하며, 상기 타겟 인터벌(130) 내에 있는 하나 이상의 고주파 부대역 신호들의 요구되는 에너지를 나타내고,
상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602) 및 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)과 관련된 복수의 스펙트럼 이득 계수들로부터 각각 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하며,
상기 타겟 에너지들의 세트를 이용하여 상기 복수의 고주파 부대역 신호들 (604)의 에너지(203)를 조절하고,
상기 저주파 부대역 신호들 및 에너지가 조절된 상기 고주파 부대역 신호들을 결합하며,
합성 필터뱅크에 의해, 상기 결합된 부대역 신호들로부터 광대역 출력 신호를 생성하도록 구성되며,
상기 광대역 출력 신호의 샘플링 레이트(sample rate)는 상기 협대역 입력 신호의 샘플링 레이트(sample rate)의 2배이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 입력 신호로부터 광대역 출력 신호를 생성하기 위한 방법은:
상기 협대역 입력 신호를 수신하는 단계;
분석 필터뱅크에 의해, 상기 협대역 입력 신호로부터 복수의 저주파 부대역 신호들(602)을 생성하는 단계;
타겟 에너지들의 세트를 수신하는 단계로서, 각 타겟 에너지는 고주파 인터벌 내에서 서로 다른 타겟 인터벌(130)을 커버(cover)하며, 상기 타겟 인터벌(130) 내에 있는 하나 이상의 고주파 부대역 신호들(604)의 요구되는 에너지를 나타내는, 타겟 에너지들의 세트를 수신하는 단계;
상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602) 및 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)과 관련된 복수의 스펙트럼 이득 계수들로부터 각각 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하는 단계;
상기 타겟 에너지들의 세트를 이용하여 상기 복수의 고주파 부대역 신호들(604)의 에너지(203)를 조절하는 단계;
상기 저주파 부대역 신호들 및 에너지가 조절된 상기 고주파 부대역 신호들을 결합하는 단계; 및
합성 필터뱅크에 의해, 상기 결합된 부대역 신호들로부터 광대역 출력 신호를 생성하는 단계;
를 포함하며,
상기 광대역 출력 신호의 샘플링 레이트(sample rate)는 상기 협대역 입력 신호의 샘플링 레이트(sample rate)의 2배이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저장 매체는 프로세서상에서 실행되도록 구성되고, 컴퓨팅 장치상에서 수행될 때, 제2항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 구성된 소프트웨어 프로그램을 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 오디오 신호의 고주파를 복원하기 위해 사용되는 저주파 범위에 걸친 에너지 레벨에서 큰 변화를 가지는 오디오 신호들의 고주파 복원 또는 재생성(High Frequency Reconstruction/Regeneration)을 수행하기 위한 방법 및 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 첨부된 도면들에 대한 참조를 가지는 실시예들을 설명하는 방법에 의해 아래에서 설명될 것이다.
도 1a는 스펙트럼 엔벨로프 조절 이전에, 예시적인 고대역 신호의 절대 스펙트럼을 도시한다.
도 1b는 스펙트럼 엔벨로프들의 엔벨로프 시간 경계들 및 오디오 데이터의 시간 프레임들 사이의 예시적인 관계를 도시한다.
도 1c는 스펙트럼 엔벨로프 조절 이전의 예시적인 고대역 신호의 절대 스펙트럼 및 대응하는 스케일팩터 대역들, 제한기 대역들, 및 고주파(HF, hight frequency) 패치들을 도시한다.
도 2는 카피 업 프로세스를 추가적인 이득 조절 단계로 보완하는 HFR 시스템의 실시예를 도시한다.
도 3은 예시적인 저대역 신호의 코스 스펙트럼 엔벨로프(coarse spectral envelope)의 근사를 도시한다.
도 4는 선택적인 제어 데이터, QMF 부대역 샘플들 상에서 동작하고, 이득 곡선을 출력하는 추가 이득 조절기의 실시예를 도시한다.
도 5는 도 4의 추가 이득 조절기의 보다 상세한 실시예를 도시한다.
도 6은 협대역 신호를 입력으로, 그리고, 광대역 신호를 출력으로 가지는 HFR 시스템의 실시예를 도시한다.
도 7은 오디오 디코더의 SBR 모듈로 통합되는 HFR 시스템의 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 예시적인 오디오 디코더의 고주파 복원 모듈의 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 인코더의 실시예를 도시한다.
도 10a는 종래의 디코더를 이용하여 디코딩되는 예시적인 음성 세그먼트의 스펙트럼 사진을 도시한다.
도 10b는 추가적인 이득 조절 프로세싱을 적용하는 디코더를 이용하여 디코딩되는 도 10a의 음성 세그먼트의 스펙트럼 사진을 도시한다. 그리고,
도 10c는 오리지널 언 코드된(un-coded) 신호를 위한 도 10a의 음성 세그먼트의 스펙트럼 사진을 도시한다.
아래 설명되는 실시예들은 단지 본 발명 고주파 복원 동안 오디오 신호들의 프로세싱의 원리들에 대한 설명이다. 이 문헌에서 설명된 세부사항 및 배치들이 수정 및 변경은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자들에게 있어 자명한 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 본 발명은 이 문헌의 실시예의 설명 및 예시적인 방법에 의해 제공되는 상세한 설명들에 의한 것이 아니며 첨부된 특허청구범위에 범위에 의해서만 제한되어야할 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, HFR 기술들을 이용하는 오디오 디코더는 전형적으로 고주파 오디오 신호를 위한 HFR 유닛 및 고주파 오디오 신호의 스펙트럼 엔벨로프를 조절하기 위한 연속된 스펙트럼 엔벨로프 조절 유닛을 포함한다. 오디오 신호의 스펙트럼 엔벨로프를 조절할 때, 이는 전형적으로 필터뱅크 구현 또는 시간 도메인 필터링의 수단에 의해 이루어진다. 조절은 절대 스펙트럼 엔벨로프의 정정하도록 분투하거나, 또는, 이는 또한 위상 특성을 정정하는 필터링의 수단에 의해 수행될 수 있다. 이 모든 방법인, 조절은 전형적으로 2개의 단계들, 현재 스펙트럼 엔벨로프의 제거, 및 타겟 스펙트럼 엔벨로프의 적용의 결합이다.
본 발명에서 설명된 방법 및 시스템은 단지 오디오 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 제거를 지시되는 것은 아니다. 상기 방법 및 시스템들은, 고대역, 즉, 고주파 신호의 다른 주파수 범위들에 대해 시프트되거나, 또는 전위되는, 저대역, 즉, 저주파 신호의 다른 세그먼트들의 결합에 의해 생성되는 고주파 스펙트럼의 스펙트럼 엔벨로프 불연속들이 도입되지 않도록 하기 위하여, 고주파 재생성 단계들의 일부로 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 적합한 스펙트럼 정정을 수행하도록 노력한다.
도 1a에서, 엔벨로프 조절기로 진입하기 전에, HFR 유닛의 출력의 문체상(stylistically) 도시된 스펙트럼(100, 110)이 표시된다. 상위 패널(top-panel)에서, 저대역 신호(101)로부터 고대역 신호(105)를 생성하기 위해, (두개의 패치들을 가지는) 카피 업(copy-up) 방법, 즉, MPEG-4 SBR(Spectral Band Replication)에 사용된 카피 업 방법이 사용된다. 이는 "ISO/IEC 14496-3 Information Technology - Coding of audio-visual objects -Part 3: Audio"에 설명되어 있으며, 참조로 본 문헌에 포함된다. 카피 업 방법은 저주파들(101)의 일부를 고주파들(105)로 변환한다. 하위 패널(lower panel)에서, 저대역 신호(111)로부터 고대역 신호(115)를 생성하기 위해, (2개의 패치들을 가지는) 조화 전위 방법, 즉, MPEG-D USAC의 조화 전위 방법이 사용된다. 이는 "MPEG-D USAC: ISO/IEC 23003-3 - Unified Speech and Audio Coding"에 기술되어 있으며, 참조로써 본 발명에 포함된다.
이어지는 엔벨로프 조절 단계에서, 타겟 스펙트럼 엔벨로프는 고주파 성분들(105, 115)에 적용된다. 스펙트럼(105, 115)가 엔벨로프 조절기로 진입하는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, (패치 보더들에서 분명하게) 불연속들이 고대역 여기 신호(105, 115), 즉, 엔벨로프 조절기에 입력되는 고대역 신호의 스펙트럼 형상(spectral shape)에서 관찰될 수 있다. 이러한 불연속들은 저주파수들(101, 111)의 일부 컨트리뷰션이 고대역(105, 115)를 생성하기 위해 사용된다는 사실에서 따른다. 도시된 바와 같이, 고대역 신호(105, 115)의 스펙트럼 형상은 저대역 신호(101, 111)의 스펙트럼 형상에 관련된다. 따라서, 저대역 신호(101, 111)의 특정 스펙트럼 형상, 예컨대, 도 1a에 도시된 그래디언트(gradient) 형상은 전체 스펙트럼(100, 110)에서 불연속을 이끌 수도 있다.
스펙트럼(100, 110)에 추가로, 도 1a는 타겟 스펙트럼 엔벨로프를 표혐하는 스펙트럼 엔벨로프 데이터의 예시적인 주파수 대역(130)을 도시한다. 이러한 주파수 대역들(130)은 스케일 팩터 대역들 또는 타겟 인터벌들을 나타낸다. 전형적으로, 타겟 에너지 값, 즉, 스케일팩터 에너지는 각 타겟 인터벌, 즉, 스케일팩터 대역을 위해 특정된다. 다른 말로, 스케일팩터 대역들은, 전형적으로 타겟 인터벌 당 단지 단일 타겟 에너지 값이 존재하도록, 타겟 스펙트럼 엔벨로프의 효율적인 주파수 레졸루션을 정의한다. 스케일팩터 대역들을 위해 특정된 스케일팩터들 또는 타겟 에너지들을 이용하여, 연속되는 엔벨로프 조절기는 고대역 신호를 조절하기 위해 노력한다. 따라서, 스케일팩터 대역들 내의 고대역 신호의 에너지는 각 스케일팩터 대역들에 대해, 수신된 스펙트럼 엔벨로프 데이터의 에너지, 즉, 타겟 에너지와 같다.
도 1c 에서, 예시적인 오디오 신호를 이용하여 더 상세한 설명이 제공된다. 플롯(plot)에서, 대응하는 오리지날 신호(120)와 함께, 엔벨로프 조절기로 진입하는 실세계(real-world) 오디오 신호(121)의 스펙트럼이 도시된다. 이 특정 실시예에서, SBR 범위, 즉, 고주파 신호의 범위는 6.4kHz에서 시작되며, 그리고, 저대역 주파수 범위의 3개의 다른 사본(replication)들을 구성한다. 다른 사본들의 주파수 범위는 "패치(patch) 1", "패치 2", and "패치 3"에 의해 나타내어진다. 이는 패칭이 6.4kHz, 7.4kHz, 및 10.8kHz 근처 스펙트럼 엔벨로프에서 불연속을 도입하는 스펙트럼 사진으로부터 명확하다. 본 실시예에서, 이러한 주파수들은 패치 경계(patch border)들에 대응한다.
도 1c는 그 기능이 다음에서 보다 상세하게 설명될 한정기 대역들(135)과 함께, 스케일팩터 대역들(130)을 추가로 도시한다. 도시된 실시예에 있어서, MPEG-4 SBR의 엔벨로프 조절기가 사용된다. 도시된 실시예에 있어서, MPEG-4 SBR의 엔벨로프 조절기가 사용된다. 이 엔벨로프 조절기는 QMF 필터뱅크를 이용하여 동작한다. 그러한 엔벨로프 조절기의 동작의 주요 측면은 :
● 엔벨로프 조절기에 대한 입력 신호, 즉, HFR 유닛으로부터 나오는 신호의 스케일팩터 대역(130)에 걸쳐 평균 에너지를 산출하기 위한 것이다; 다른 말로, 재생성된 고대역 신호의 평균 에너지는 각 스케일팩터 대역/타겟 인터벌(130) 내에서 산출된다.
● 각 스케일팩터 대역(130) 각각에 대해, 이득 값을 결정하기 위한 것이며, 또한, 엔벨로프 조절 값으로 나타낸다. 엔벨로프 조절 값은 타겟 에너지(즉, 인코더로부터 수신된 에너지 타겟) 및 각 스케일 팩터 대역(130) 내의 재생성된 고대역 신호(121)의 평균 에너지 사이의 에너지 비율의 제곱근이다.
● 재생성된 고대역 신호(121)의 주파수 대역의 각 엔벨로프 조절 값을 적용하기 위한 것이다. 여기서, 상기 주파수 대역은 각 스케일팩터 대역(130)에 대응한다.
더욱이, 엔벨로프 조절기는 추가 단계들 및 변수들을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는,
● 제한기 기능, 이는 어떤 주파수 대역, 즉, 제한기 대역(135) 이상에 적용되도록 하기 위해 최대 허용 엔벨로프 조절 값을 제한한다. 최대 허용 엔벨로프 조절 값은 제한기 대역(135) 내에 들어간 다른 스케일 팩터 대역(130)을 위해 결정된 엔벨로프 조절 값들의 기능이다. 특히, 최대 허용 엔벨로프 조절 값은 제한기 대역(135) 내에 들어간 다른 스케일팩터 대역들(130)에 대해 결정된 엔벨로프 조절 값들이 평균의 기능이다. 예시적인 방법에 있어서, 최대 허용 엔벨로프 조절 값은 (1.5와 같이) 제한기 팩터에 의해 곱해진 관련된 엔벨로프 조절 값들의 평균 값이 될 수 있다. 제한기 기능은 노이즈의 도입을 재생성된 고대역 신호(121)를 제한하기 위해 전형적으로 적용된다. 이는 특히 어떤 주파수들에서 구분되는 피크들을 가지는 스펙트럼을 가지는 주요한(prominent) 사인곡선, 즉, 오디오 신호들에 관련된다. 제한기 기능을 사용함이 없이, 중요한 엔벨로프 조절 값들은 오리지널 오디오 신호가 그러한 구분된 피크들을 가지는 스케일팩터 대역(130)에 대해 결정될 수 있다. 결과적으로, 완전한 스케일팩터 대역(130)의 스펙트럼(그리고 단지 구분되는 피크들이 아닌)은 조절될 수 있고, 이에 의해, 노이즈를 도입한다.
● 보간 기능, 이는 엔벨로프 조절 값들을, 전체 스케일팩터 대역을 위한 단일 엔벨로프 조절 값을 연산하는 대신, 스케일팩터 대역 내에서, 개별 QMF 부대역 각각에 대해 연산되도록 한다. 스케일팩터 대역들은 전형적으로 하나 이상의 QMF 부대역을 포함하기 때문에, 엔벨로프 조절 값은 인코더로부터 수신된 타겟 에너지 및 스케일팩터 대역 내의 모든 QMF 부대역들의 평균 에너지의 비율을 연산하는 대신, 인코더로부터 수신된 타겟 에너지 및 스케일팩터 대역 내의 특정 QMF 부대역의 에너지의 비율로 연산될 수 있다. 그렇게 함으로써, 다른 엔벨로프 조절 값은 스케일팩터 대역 내의 각 QMF 부대역에 대해 결정될 수 있다. 스케일팩터 대역을 위한 수신된 타겟 에너지 값은 전형적으로 오리지널 신호 내의 주파수 범위의 평균 에너지에 대응한다. 이는 어떻게 재생성된 고대역 신호의 대응하는 주파수 대역에 대해 수신된 평균 타겟 에너지를 적용할지 디코더 동작에 따른다. 이는 재생성된 고대역 신호의 스케일팩터 대역 내의 QMF 부대역들에 대해 전체 엔벨로프 조절 값을 적용하는 것에 의해, 또는 각 QMF 부대역에 대한 개별 엔벨로프 조절 값을 적용하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 후자의 시도는 고주파 레졸루션을 제공하기 위해 수신된 엔벨로프 정보(즉, 스케일팩터 대역 당 하나의 타겟 에너지)가 스케일팩터 대역 내의 QMF 부대역들에 걸쳐 "보간"되는 것처럼 생각될 수 있다. 따라서, 이 시도는 MPEG-4 SBR에서 "보간"과 같이 참조되어진다.
도 1c로 돌아가서, 엔벨로프 조절기는 오리지널 신호의 스펙트럼(120)을 가지는 엔벨로프 조절기로 진입하는 신호의 스펙트럼(121)을 매치하기 위해, 높은 엔벨로프 조절 값들을 적용할 수 있음을 보일 수 있다. 이는 또한 불연속들에 기인하여, 엔벨로프 조절 값들의 큰 변수들이 제한기 대역들(135) 내에서 발생됨을 보인다. 그러한 큰 변수들의 결과와 같이, 재생성된 스펙트럼(121)의 국소 최소치(local minima)에 대응하는 엔벨로프 조절 값들은 엔벨로프 조절기의 제한기 기능에 의해 제한될 것이다. 결과적으로, 재생성된 스펙트럼(121) 내의 불연속들은 엔벨로프 조절 동작을 수행한 후에도 남겨질 것이다. 다른 측면에서, 어떤 제한기 기능도 사용되지 않는다면, 원하지 않는 노이즈가 앞서 설명된 바와 같이 도입될 수도 있다.
따라서 고대역 신호의 재생성을 위한 문제는 저대역 범위를 넘는 레벨에서 큰 변수들을 가지는 어떤 신호에 대해서 발생한다. 이 문제는 고대역의 고주파 재생성 동안 도입되는 불연속들에 기인한다. 연속된 엔벨로프 조절기가 이 재생성된 신호에 대해 노출될 때, 저대역 신호의 어떤 "실세계(real-world)" 스펙트럼 특징으로부터 새로히 도입된 불연속을 합리성 및 일관성으로 분리할 수 없다. 이 문제의 영향은 두 개의 부분으로 구성된다. 첫째, 스펙트럼 형상이 엔벨로프 조절기가 보상하는 고대역 신호에서 도입된다. 결국, 그 출력은 틀린(wrong) 스펙트럼 형상을 가진다. 둘째, 이 영향이 저대역 스펙트럼 특징의 기능으로 들어오고 나간다는 사실에 기인하여, 불안정한 영향이 감지된다.
*본 발명의 문헌은 앞서 언급된 문제를 노출시키지 않는 엔벨로프 조절기의 입력에서 HFR 고대역 신호를 제공하는 방법 및 시스템을 설명하는 것에 의해 스펙트럼 불연속을 노출을 다룬다. 이러한 목적을 위해, 고주파 재생성을 수행할 때, 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프를 제거 또는 감소하도록 제안된다. 이렇게 하는 것에 의해, 엔벨로프 조절을 수행하기 이전에, 고대역 신호로 어떤 스펙트럼 불연속을 도입하는 것을 방지할 것이다. 결과적으로, 엔벨로프 조절기는 그러한 스펙트럼 불연속들을 조절할 필요는 없다. 특히, 종래의 엔벨로프 조절기가 사용될 수 있다. 그 엔벨로프 조절기의 제한기 기능은 재생성된 고대역 신호로 노이즈의 도입을 방지하도록 사용된다. 다른 말로, 상기 설명된 방법 및 시스템은 거의 없거나 또는 아예 없는 스펙트럼 불연속들 및 낮은 레벨의 노이즈를 가지는 HFR 고대역 신호를 재생성하도록 사용될 수 있다.
엔벨로프 조절기의 시간-레졸루션은 고대역 신호 생성 동안 스펙트럼 엔벨로프의 제안된 프로세싱의 시간 레졸루션과 다를 수 있다. 앞서 나타낸 바와 같이, 고대역 신호 재생성 동안의 스펙트럼 엔벨로프의 프로세싱은 이어지는 엔벨로프 조절기 내에서의 프로세싱을 완화하기 위하여 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프를 수정하도록 의도된다. 이 프로세싱, 즉, 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 수정은, 예컨대, 오디오 프레임당 한번 수행될 수 있다. 엔벨로프 조절기는 즉, 몇몇 수신된 스펙트럼 엔벨로프들을 이용하여, 몇몇 시간 인터벌들 이상의 스펙트럼 엔벨로프를 조절할 수 있다. 이는 도 1b에 설명된다. 여기서, 스펙트럼 엔벨로프 데이터의 시간-그리드(150)는 상위 패널에 묘사된다. 그리고, 고대역 신호 재생성 동안 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 프로세싱을 위한 시간-그리드(155)는 하위 패널로 묘사된다. 도 1b의 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 스펙트럼 엔벨로프 데이터의 시간 경계들은 시간에 걸쳐 다양하다. 반면, 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 프로세싱은 고정된 시간-그리드 상에서 동작한다. 이는, 또한, (시간 경계(150)에 의해 표현되는) 일부 엔벨로프 조절 사이클들은 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 프로세싱의 하나의 사이클 동안 수행될 수 있다는 것을 보일 수 있다. 설명된 실시예에 있어서, 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 프로세싱은 각각의 프레임 기반 상에서 프레임 순차로 동작한다. 이는 다른 복수의 스펙트럼 이득 계수들이 신호의 각 프레임에 대해 결정된다는 것을 의미한다. 저대역 신호의 프로세싱은 어떤 시간-그리드 상에서 동작할 수 있고, 그 시간 그리드의 그러한 프로세싱은 스펙트럼 엔벨로프 데이터의 시간 그리드로 동시에 발생할 필요는 없다는 점에 유의하여야 한다.
도 2에서, 필터뱅크 기반 HFR 시스템(200)이 도시된다. HFR 시스템(200)은 슈도-QMF(pseudo-QMF) 필터뱅크를 이용하여 동작한다. 그리고, 시스템(200)은 도 1a의 사위 패널 상의 도시된 고대역 및 저대역 신호(100)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 하지만, 이득 조절의 추가 단계가 고주파 생성(High Frequency Generation) 프로세스의 일부로 추가된다. 추가된 프로세스는 도시된 실시예에서 카피 업 프로세스이다. 저주파 입력 신호는 복수의 저주파 부대역 신호들을 생성하기 위해 23 서브밴드 QMF(201)에 의해 분석된다. 일부 또는 전부의 저주파 부대역 신호들은 HF(고주파, high frequency) 생성 알고리즘에 따라 높은 주파수 위치들로 패치된다(patched). 추가로, 복수의 저주파 부대역은 합성 필터뱅크(202)로 직접 입력된다. 앞서 언급된 합성 필터뱅크(202)는 64 부대역 역 QMF(202)이다. 도 2에 도시된 개별 구현을 위해, 32 부대역 QMF 분석 필터뱅크(201)의 사용 및 64 부대역 QMF 합성 필터뱅크(202)의 사용은 입력 신호의 2배 입력 샘플링 레이트의 출력 신호의 출력 샘플링 레이트를 따를 것이다. 하지만, 본 문헌에 설명된 시스템이 다른 입력 및 출력 샘플링 레이트들을 가지는 것으로 시스템으로 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다. 다수의 다른 샘플링 레이트 관계가 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 예상될 수 있을 것이다.
도 2에 설명된 바와 같이, 저주파들로부터의 부대역들은 고주파들의 부대역들에 매핑된다. 이득 조절 단계(204)는 카피 업 프로세스의 일부로 도입된다. 생성된 고주파 신호, 즉, 생성된 복수의 고주파 부대역 신호들은, 합성 필터뱅크(202)에서 복수의 저주파 부대역 신호들과 함성되기 이전에, (제한기 및/또는 보간 기능을 포함할 수 있는) 엔벨로프 조절기(203)에 입력된다. 그러한 HFR 시스템(200)을 이용하는 것에 의해, 그리고, 특히 이득 조절 단계(204)를 이용하는 것에 의해, 도 1에 도시된 것과 같이, 스펙트럼 엔벨로프 불연속들의 도입이 방지될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 이득 조절 단계(204)는 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프, 즉, 복수의 저주파 부대역 신호들의 스펙트럼 엔벨로프를 수정한다. 이에 따라, 이득 조절 단계(204)는 수정된 저대역 신호가 고대역 신호, 즉, 불연속들, 패치 경계들에서 현저한 불연속들을 노출하지 않는 복수의 고주파 부대역 신호들을 생성하는데에 사용될 수 있도록 한다. 도 1c를 참조하면, 추가 이득 조절 단계(204)는, 생성된 고대역 신호(105, 115)에서 불연속들이 전혀 존재하지 않거나, 또는 제한적인 불연속들이 존재하도록 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프(101, 111)가 수정될 수 있게 보장한다.
저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 수정은 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프에 대한 이득 곡선을 적용하는 것에 의해 성취될 수 있다. 그러한 이득 곡선은 도 4에 도시된 이득 곡선 결정 유닛(400)에 의해 결정될 수 있다. 모듈(400)은 재생성된 고대역 신호를 위해 사용되는 저대역 신호의 주파수 범위에 대응하는 QMF 데이터(402)를 입력하는 것으로 취해질 수 있다. 다른 말로, 복수의 저주파 부대역 신호들은 이득 곡선 결정 유닛(400)에 대한 입력이다. 이미 지시된 바와 같이, 오직, 저대역 신호의 이용 가능한 QMF 부대역들의 서브세트가 고대역 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 단지, 이용 가능한 QMF 부대역들의 서브세트가 이득 곡선 결정 유닛(400)에 대한 입력으로 사용될 수 있다. 추가로, 모듈(400)은 선택적인 제어 데이터(404)를 수신할 수 있다. 예를 들면, 제어 데이터는 대응하는 인코더로부터 전송된다. 모듈(400)은 고주파 재생성 프로세스 동안 적용되는 이득 곡선(403)를 출력한다. 실시예에 있어서, 이득 곡선(403)은 저대역 신호의 QMF 부대역들에 대해 적용된다. 저대역 신호의 QMF 부대역들은 고대역 신호를 생성하기 위해 사용된다. 즉, 이득 곡선(403)은 HFR 프로세스의 카피 업 프로세스 내에서 사용될 수 있다.
선택적인 제어 데이터(404)는 모듈(400)에서 추정된 코스 스펙트럼 엔벨로프(coarse spectral envelope)의 레졸루션에 대한 정보 및/또는 이득 조절 프로세스를 적용의 적합성에 대한 정보를 포함할 수 있다. 그러한 것처럼, 제어 데이터(404)는 이득 조절 프로세스 동안 포함되는 추가 프로세싱의 양을 제어할 수 있다. 또한, 제어 데이터(404)는, 코스 스펙트럼 엔벨로프 추정에 대해 그들 자체를 제대로 주지 못하는 신호들, 예컨대, 단일 사인곡선을 포함하는 신호들이 발생한다면, 추가 이득 조절 프로세싱의 바이패스(by-pass)를 트리거 할 수 있다.
도 5에서, 도 4에서 모듈(400)의 보다 상세한 뷰(view)가 설명된다. 저대역 신호의 QMF 데이터(402)는 예컨대, 대수의(logarithmic) 에너지 스케일 상의 스펙트럼 엔벨로프를 추정하는 엔벨로프 추정 유닛(501)에 대한 입력이다. 스펙트럼 엔벨로프는 엔벨로프 추정 유닛(501)로부터 수신되는 고(주파) 레졸루션 스펙트럼 엔벨로프로부터 코스 스펙트럼 엔벨로프를 추정하는 모듈(502)에 대한 연속된 입력이다. 일 실시예에 있어서, 이는 스펙트럼 엔벨로프 데이터에 대해 저 차수 다항식, 즉, 예컨대, 1, 2, 3, 또는 4의 범위의 차수의 다항식에 맞춤으로써 이루어진다. 코스 스펙트럼 엔벨로프는 주파수 축을 따라 고 레줄루션 스펙트럼 엔벨로프의 이동 평균 동작(moving average operation)을 수행하는 것에 의해 또한 결정될 수 있다. 저대역 신호의 코스 스펙트럼 엔벨로프(301)의 결정은 도 3에 도시되었다. 이는 저대역 신호의 절대 스펙트럼(absolute spectrum, 302), 즉, QMF 대역 302의 에너지가 코스 스펙트럼 엔벨로프(301),에 의해, 즉, 복수의 저주파 부대역 신호들의 스펙트럼 엔벨로프에 맞는 주파수 종속 곡선에 의해 근사됨을 볼 수 있다. 더욱이, 이는 단지 20 QMF 부대역 신호들이 고대역 신호를 생성하기 위해 사용됨을 보인다. 즉, 단지 32 QMF 부대역 신호들의 일부가 HFR 프로세스 내에서 사용됨을 보인다.
*코스 스펙트럼 엔벨로프를 결정하기 위해 사용되는 방법은 고 레졸루션 스펙트럼 엔벨로프에 맞는 특정 다항식의 차수에서 그리고 고 레졸루션 스펙트럼 엔벨로프로부터 선택적인 제어 데이터(404)에 의해 제어될 수 있다. 다항식의 차수는 코스 스펙트럼 엔벨로프(301)가 결정되기 위한 저대역 신호의 주파수 범위(302)의 크기의 함수가 될 수 있거나, 및/또는, 이는 저대역 신호의 관련된 주파수 범위(302)의 전체 코스 스펙트럼 형상과 관련된 다른 파라미터들의 함수가 될 수 있다. 다항식 맞춤(polynomial fitting)은 최소 제곱 에러 감지(least square error sense)에서 데이터를 근사하는 다항식을 연산한다. 다음에 있어서, 바람직한 실시예는 다음의 매트랩 코드의 수단에 의해, 설명된다:
function GainVec = calculateGainVec (LowEnv)
%% function GainVec = calculateGainVec (LowEnv)
*% Input : Lowband envelope energy in dB
% Output : gain vector to be applied to the lowband prior to HF-
% generation
%
% The function does a low order polynomial fitting of the low band
% spectral envelope, as a representation of the lowband overall
% spectral slope. The overall slope according to this is subsequently
% translated into a gain vector that can be applied prior to HF-
% generation to remove the overall slope (or coarse spectral shape).
%
% This prevents that the HF generation introduces discontinuities in
% the spectral shape, that will be "confusing" for the subsequent
% envelope adjustment and limiter-process . The "confusion" occurs when
% the envelope adjuster and limiter needs to take care of a large dis-
% continuity, and thus a large gain value. It is very difficult to
% tune and have a proper operation of these modules if they are to
% take care of both "natural" variations in the highband as well as
% the "artificial" variations introduced by the HF generation process.
polyOrderWhite = 3;
x_lowBand = 1 : length (LowEnv) ;
p=polyfit (x_lowBand, LowEnv, polyOrderWhite) ;
*
*lowBandEnvSlope = zeros ( size (x_lowBand) ) ;
for k=polyOrderWhite : -1 : 0
tmp = (x_lowBand. Ak) . *p (polyOrderWhite - k + 1) ;
lowBandEnvSlope = lowBandEnvSlope + tmp;
end
GainVec = 10. Λ ( (mean (LowEnv) - lowBandEnvSlope) ./20) ;
상술한 코드에서, 입력은, 후속의 엔벨로프 조절기에 의해 동작되는 데이터의 현재 시간 프레임에 대응하는 시간 인터벌 상의 부대역 기반 당 평균 QMF 부대역 샘플들에 의해 얻어지는 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프(LowEnv)이다. 앞서 지시된 바와 같이, 저대역 신호의 이득 조절 프로세싱은 다양한 다른 시간 그리드들 상에서 수행될 수 있다. 상술한 실시예에서, 추정된 절대 스펙트럼 엔벨로프(absolute spectral envelope)는 대수 도메인에서 표현된다. 다항식의 저 차수, 상술한 예에서 다항식의 차수 3은 데이터에 알맞다. 주어진 다항식, 이득 곡선(GainVec)은 데이터에 맞는 다항식으로부터 얻어진 곡선(lowBandEnvSlope)과 저대역 신호의 평균 에너지에서 차이로부터 연산된다. 상술한 예에서, 이득 곡선을 결정하는 동작은 대수 도메인에서 이루어진다.
이득 곡선 연산은 이득 곡선 연산 유닛(503)에 의해 수행된다. 앞서 지시된 바와 같이, 이득 곡선은 고대역 신호를 재생성하기 위해 사용되는 저대역 신호의 일부의 평균 에너지로부터, 그리고, 고대역 신호를 재생성하기 위해 사용되는 저대역 신호의 일부의 스펙트럼 엔벨로프로부터 결정될 수 있다. 특히, 이득 곡선은 예컨대, 다항식에 의해 표현되는, 코스 스펙트럼 엔벨로프 및 평균 에너지의 차이로부터 결정될 수 있다. 즉, 연산된 다항식은, 저대역 신호의 모든 관련된 QMF 부대역을 위해, 스펙트럼 이득 계수로 나타내어지는, 개별 이득 값을 포함하는, 이득 곡선을 결정하도록 사용될 수 있다. 이득 값을 포함하는 이 이득 곡선은 HFR 프로세스에서 연속해서 사용될 수 있다.
실시예와 같이, MPEG-4 SBR에 따른 HFR 생성 프로세스는 다음에서 설명된다. HF 생성된 신호는 다음의 공식에 의해 유도될 수 있다. (문헌 MPEG-4 Part 3 (ISO/IEC 14496-3), 서브 파트 4, 섹션 4.6.18.6.2를 참조하라. 이는 참조로 본 문헌에 포함된다.):
Figure pat00006
여기서, P는 저대역 신호의 부대역 인덱스이다. 즉, P는 복수의 저주파 부대역 신호들 중 하나를 식별한다. 상술한 HF 생성 공식은 다음의 공식으로 대체될 수 있고, 이는 결합된 이득 조절 및 HF 생성을 수행한다.
Figure pat00007
여기서, 이득 곡선은 preGain(p)으로 나타내어진다.
예컨대, p 및 k 사이의 관계에 관련된, 카피 업 프로세스의 추가 세부사항은 앞서 언급된 MPEG-4, 파트 3 문헌에서 특정된다. 상술한 공식에서, XLow(p, l)은 부대역 인덱스 p를 가지는 저주파 부대역 신호의 시간 인스탄스 l에서 샘플을 지시한다. 앞선 샘플과 결합에서 이 샘플은 부대역 인덱스 k를 가지는 고주파 부대역 신호 XHigh (k, l)의 샘플을 생성하는 데에 사용된다.
이득 조절의 측면은 어떤 필터뱅크 기반 고주파 복구 시스템에서 사용될 수 있다. 이는 도 6에 도시된다. 여기서, 본 발명은 협대역 또는 저대역 신호(602) 상에서 동작하고, 광대역 또는 고대역 신호(604)를 출력하는 스탠드얼론(standalone) HFR 유닛(601)의 일부이다. 모듈(601)은 입력으로 추가 제어 데이터(603)를 수신할 수 있다. 여기서, 제어 데이터(603)는 예컨대, 고대역 신호의 타겟 스펙트럼 엔벨로프 상의 정보와 함께, 다른 것들, 설명된 이득 조절을 위해 사용되는 프로세싱의 양 중에서, 특정할 수 있다. 하지만, 이러한 파라미터들은 단지 선택적인 제어 데이터(603)의 실시예들이다. 실시예들에서, 관련된 정보는 또한 모듈(601)에 대한 협대역 신호(602) 입력으로부터, 또는, 다른 수단들에 의해, 유도될 수도 있다. 즉, 제어 데이터(603)는 모듈(601)에서 이용 가능한 정보에 기초한 모듈(601) 내에서 결정될 수 있다. 스탠드얼론 HFR 유닛(601)이 복수의 저주파 부대역 신호들을 수신할 수 있고, 복수의 고주파 부대역 신호들을 출력할 수 있다. 즉, 분석/합성 필터뱅크들 또는 변환들이 HFR 유닛(601) 외부에 놓일 수 있음을 유의하여야 한다.
이미 앞서 지시된 바와 같이, 인코더로부터 디코더까지 비트스트림에서 이득 조절된 프로세싱의 활성화를 시그날링하는 것은 이득이 될 수 있다. 어떤 신호 형식들, 예컨대, 단일 사인곡선에 대해, 이득 조절 프로세싱은 관련이 없을 수 있고, 그러므로, 인코더/디코더 시스템이 그러한 코너 케이스 신호(corner case signal)들에 대해 원치 않는 동작이 도입되지 않도록 하기 위해 추가 프로세싱을 끌(turn off) 수 있도록 하는 것은 이득이 될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 인코더는 오디오 신호들을 분석하도록 구성될 수 있고, 디코더에서 이득 조절 프로세싱을 켜고(turn on) 끄는(turn off) 제어 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다.
도 7에서, 제안된 이득 조절 단계는 오디오 코덱의 일부인 고주파 복원 유닛(703)에 포함된다. 그러한 HFR 유닛(703)의 일 예는 HE(High Efficiency) AAC 코덱 또는 MPEG_D USAC(Unified Speech and Audio Codec)의 일부로 사용되는 MPEG-4 스펙트럼 대역 복제 툴(Spectral Band Replication tool)이다. 이 실시예에 있어서, 비트스트림(704)은 오디오 디코더(700)에서 수신된다. 비트스트림(704)은 역다중화기(701)에서 역다중화된다(demultiplexed). 비트스트림(708)의 SBR 관련 부분은 SBR 모듈 또는 HFR 유닛(703)에 공급된다. 그리고, 코드 코더 관련 비트스트림(707), 예컨대, AAC 데이터 또는 USAC 코더 디코더 데이터는 코어 코더 모듈(702)로 보내진다. 추가로, 저대역 또는 협대역 신호(706)는 코어 디코더(702)로부터 HFR 유닛(703)으로 전달된다. 본 발명은 예컨대, 도 2에서 설명된 시스템에 따라, HFR 유닛(703)에서 SBR 프로세스의 일부로써 포함된다. HFR 유닛(703)은 본 문헌에서 설명된 프로세싱을 이용하여 광대역 또는 고대역 신호(705)를 출력한다.
도 8에서, 고주파 복원 모듈(703)의 실시예가 더 상세하게 설명된다. 도 8은 HF(high frequency) 신호 생성이 시간에 맞춰 다른 인스탄스들에서 다른 HF(high frequency) 생성 모듈들로부터 유도될 수 있는 것을 도시한다. HF 생성은 QMF 기반 카피 업 전위기(803)에 기반을 두거나, 또는 HF 생성은 FFT 기반 조화 전위기(804)에 기반을 둘 수 있다. HF 신호 생성 모듈들 모두에 대해, 저대역 신호는 카피 업(803) 또는 조화 전위(804) 프로세스에서 이득 곡선을 결정하기 위해, (801, 802)에서 HF 생성의 일부로 처리된다. 2개의 전위기들로부터의 출력들은 엔벨로프 조절기(805)에 대한 선택적인 입력이다. 사용을 위한 전위기 신호 상의 결정은 비트스트림(704 또는 708)에 의해 제어된다. QMF 기반 전위기의 카피 업 특성으로 인하여, 저대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 형상은 조화 전위기를 이용할 때 보다 더욱 분명하게 유지됨을 유의하여야 한다. 이는 전형적으로 카피 업 전위기를 이용할 때 보다 고대역 신호의 스펙트럼 엔벨로프의 더욱 뚜렷한 불연속들을 낳는다. 이는 도 1a의 상위 및 하위 패널들에 도시된다. 따라서, 이는 모듈(803)에서 수행된 QMF 기반 카피 업 방법에 대한 이득 조절을 통합하기 위해 충분할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 모듈(804)에서 수행되는 조화 전위에 대해 이득 조절을 적용하는 것은 그것 또한 이득이 될 수 있다.
도 9에서, 대응하는 인코더 모듈이 설명된다. 인코더(901)는 개별 입력 신호(903)을 분석하도록 구성될 수 있고, 그리고, 입력 신호(903)의 개별 형식에 적합한, 이득 조절 프로세싱의 양을 결정할 수 있다. 특히, 인코더(901)는 디코더에서 HFR 유닛(703)에 의해 원인이 될 수 있는 고주파 부대역 신호 상에 불연속의 정도(degree)를 결정할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 인코더(901)는 HFR 유닛(703) 또는, HFR 유닛(703)의 적어도 관련된 부분들을 포함할 수 있다. 입력 신호(903)의 분석에 기초하여, 제어 데이터(905)는 대응하는 디코더를 위해 새성될 수 있다. 이득 조절을 디코더에서 수행되도록 영향을 미치는 정보(905)는 오디오 비트스트림(906)과 다중화기(902)에서 결합된다. 그렇게 함으로써, 대응하는 디코더로 전송되는 완전한 비트스트림(904)를 형성한다.
도 10에서, 실세계 신호의 출력 스펙트럼들이 표시된다. 도 10a에서, 12kbps 모노 비트스트림을 디코딩하는 MPEG USAC 디코더의 출력이 도시된다. 실세계 신호의 섹션은 카펠라 레코딩(cappella recording)의 음성 부분이다. 가로 좌표는 시간 축에 대응한다. 반면, 세로 좌표는 주파수 축에 대응한다. 오리지널 신호의 대응하는 스펙트럼 사진을 표시하는 도 10a 내지 도 10c의 스펙트럼 사진을 비교하면, 음성 세그먼트의 마찰음에 대한 스펙트럼에 나타나는 홀들(참조 번호 1001, 1002를 참조하라.)이 존재하는 것이 분명하게 된다. 도 10b에서, 본 발명을 포함하는 MPEG USAC 디코더의 출력의 스펙트럼 사진이 도시된다. 이는 스펙트럼에 홀들이 사라진 스펙트럼 사진으로부터 알 수 있다(참조 번호 1001, 1002에 대응하는 참조 번호들 1003, 1004를 참조하라).
제안된 이득 조절 알고리즘의 복잡도는 가중된 MOPS로 연산된다. 여기서, POW/DIV/TRIG와 같은 함수들은 25 동작들로 가중된다. 그리고, 모든 다른 동작들은 하나의 동작으로 가중된다. 이러한 추정들, 대략 약 0.1 WMOPS에 대한 연산된 복잡도 양들 및 대수롭지 않은 RAM/ROM 사용이 주어진다. 다시 말해서, 제안된 이득 조절 프로세싱은 낮은 프로세싱 및 메모리 용량이 요구된다.
본 문헌에서, 저대역 신호로부터 고대역 신호를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 설명되었다. 본 발명 및 시스템은 거의 없거나 또는 아에 없는 스펙트럼 불연속을 가지는 고대역 신호를 생성하도록 구성된다. 그렇게 함으로써, 고주파 복원 방법 및 시스템의 인지적 수행을 향상시킨다. 방법 및 시스템은 기존의 오디오 인코딩/디코딩 시스템들에 간단하게 통합될 수 있다. 특히, 방법 및 시스템은 기존의 오디오 인코딩/디코딩 시스템의 엔벨로프 조절 프로세싱을 수정할 필요 없이 통합될 수 있다. 분명하게, 이는 그들의 의되된 태스크들을 수행할 수 있는 엔벨로프 조절 프로세싱의 제한기 및 보간 기능에 적용된다. 그렇게 함으로써, 설명된 방법 및 시스템은 거의 없거나 또는 아에 없는 스펙트럼 불연속들 및 저 레벨의 노이즈를 가지는 고대역 신호들을 재생성하도록 사용될 수 있다. 더욱이, 제어 데이터의 사용이 설명된다. 여기서, 제어 데이터는 오디오 신호의 형식에 대해 설명된 방법 및 시스템(그리고 컴퓨터 연산 복잡도)의 파라미터들을 적용하도록 사용될 수 있다.
본 문헌에 설명된 방법들 및 시스템들은 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 어떤 컴포넌트들은 예컨대, 디지털 신호 프로세서 또는 마이크로프로세서상에서 구동되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 다른 컴포넌트들은 예컨대, 하드웨어 및/또는 ASIC(application specific integrated circuits)으로 구현될 수 있다. 설명된 방법들 및 시스템들에서 접하는 신호들 RAM(random access memory) 또는 광학 저장 매체와 같은 매체상에 저장될 수 있다. 그들은 예컨대, 인터넷, 무선 네트워크, 위성 네트워크, 무선 네트워크 또는 유선 네트워크와 같은, 네트워크들을 통해 전달될 수 있다. 본 문헌에 설명된 방법 및 시스템을 이용하는 전형적인 장치들은 오디오 신호들을 저장 및/또는 렌더링하도록 사용되는 휴대용 전자 장치들 또는 다른 소비자 장치가 될 수 있다. 상기 방법 및 시스템은 또한 컴퓨터 시스템에서 사용될 수도 있다. 이러한 컴퓨터 시스템은 예를 들면, 오디오 신호들, 예컨대, 다운로드를 위한 음악 신호들을 저장하고 제공하는, 인터넷 웹 서버들이 될 수 있다.
400: 이득 곡선 결정 유닛 501: 엔벨로프 추정
502: 코스 엔벨로프 503: 이득 곡선 연산
601: HFR 유닛 701: 역다중화기
702: 코어 디코더 703: SBR
803: 카피 업
804: 조화 전위(Harmonic transposition)
805: 엔벨로프 조절기 901: 인코더
902: 다중화기(MUX)

Claims (5)

  1. 복수의 저주파 부대역 신호들(602)로부터 고주파 구간을 커버하는 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하도록 구성된 시스템(601, 703)으로서, 상기 시스템(601, 703)은:
    상기 복수의 고주파 부대역 신호들(602)을 생성하기 위해 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)과 관련된 복수의 스펙트럼 이득 계수들을 각각 적용할지 여부를 나타내는 제어 데이터 및 인코딩된 저주파 신호를 포함하는 비트스트림을 수신하는 수단;
    디코딩된 저주파 신호를 얻기 위해 상기 인코딩된 저주파 신호를 디코딩하는 수단;
    상기 디코딩된 저주파 신호를 상기 복수의 저주파 부대역 신호들로 변환하는 수단;
    타겟 에너지들의 세트를 수신하는 수단으로서, 각 타겟 에너지는 고주파 인터벌 내에서 서로 다른 타겟 인터벌(130)을 커버(cover)하며, 상기 타겟 인터벌(130) 내에 있는 하나 이상의 고주파 부대역 신호들의 요구되는 에너지를 나타내는, 수단,
    상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)로부터 상기 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하는 수단으로서, 상기 제어 데이터가 상기 스펙트럼 이득 계수들을 적용할 것을 나타내는 경우 상기 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하는 것은 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)과 관련된 상기 복수의 스펙트럼 이득 계수들을 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)에 각각 적용하는 것을 포함하는, 수단; 및
    상기 타겟 에너지들의 세트를 이용하여 상기 복수의 고주파 부대역 신호들 (604)의 에너지(203)를 조절하는 수단
    을 포함하는 시스템.
  2. 복수의 저주파 부대역 신호들(602)로부터 고주파 구간을 커버하는 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 복수의 고주파 부대역 신호들(602)을 생성하기 위해 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)과 관련된 복수의 스펙트럼 이득 계수들을 각각 적용할지 여부를 나타내는 제어 데이터 및 인코딩된 저주파 신호를 포함하는 비트스트림을 수신하는 단계;
    디코딩된 저주파 신호를 얻기 위해 상기 인코딩된 저주파 신호를 디코딩하는 단계;
    상기 디코딩된 저주파 신호를 상기 복수의 저주파 부대역 신호들로 변환하는 단계;
    타겟 에너지들의 세트를 수신하는 단계로서, 각 타겟 에너지는 고주파 인터벌 내에서 서로 다른 타겟 인터벌(130)을 커버(cover)하며, 상기 타겟 인터벌(130) 내에 있는 하나 이상의 고주파 부대역 신호들(604)의 요구되는 에너지를 나타내는, 타겟 에너지들의 세트를 수신하는 단계;
    상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)로부터 상기 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하는 단계로서, 상기 제어 데이터가 상기 스펙트럼 이득 계수들을 적용할 것을 나타내는 경우 상기 복수의 고주파 부대역 신호들(604)을 생성하는 단계는 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)과 관련된 상기 복수의 스펙트럼 이득 계수들을 상기 복수의 저주파 부대역 신호들(602)에 각각 적용하는 것을 포함하는, 단계; 및
    상기 타겟 에너지들의 세트를 이용하여 상기 복수의 고주파 부대역 신호들(604)의 에너지(203)를 조절하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  3. 프로세서상에서 실행되도록 구성되고, 컴퓨팅 장치상에서 수행될 때, 제2항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 구성된 소프트웨어 프로그램.
  4. 프로세서상에서 실행되도록 구성되고, 컴퓨팅 장치상에서 수행될 때, 제2항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 구성된 소프트웨어 프로그램을 포함하는 저장 매체.
  5. 컴퓨터상에서 실행될 때, 제2항에 따른 방법을 수행하기 위한 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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