KR930002087B1

KR930002087B1 - 샘플평균화기술을 이용한 hd-muse dance 시스템

Info

Publication number: KR930002087B1
Application number: KR1019900015803A
Authority: KR
Inventors: 강봉순
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 김광호
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1993-03-26
Also published as: KR920009210A

Abstract

내용 없음.

Description

샘플평균화기술을 이용한 HD-MUSE DANCE 시스템

제1도는 종래의 HD-MUSE DANCE 시스템을 도시한 구성블럭도.

제2도는 본 발명에 의한 HD-MUSE 시스템을 도시한 구성블럭도.

제3도 및 제4도는 각각 1kHz 및 4kHz의 주파수를 사용하는 경우의 종래의 DANCE 시스템 및 DBS PCM 방식에서의 진폭레벨에 대한 평균에러값을 도시하는 그래프도.

제5도 및 제6도는 각각 1kHz 및 4kHz의 주파수를 사용하는 경우의 본 발명에 의한 DANCE 시스템, 기존의 DANCE 시스템 및 DBS PCM 방식에서의 진폭레벨에 대한 평균에러값을 도시하는 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 10 : 저역필터 2, 20 : A/D 컨버터

3, 30 : 블록지연부 4, 40 : 최대레인지 검출부

5, 50 : 데이타압신부 6, 60 : 국부디코더

7, 70 : 지연수단 Z^-1: l-샘플딜레이

Z^-2: 2-샘플딜레이 ÷2 : 2등분회로

M : 감산기 S1, S2, S3 : 가산기

본 발명은 차세대 TV의 데이타 압축시스템에 관한 것으로, 특히 음성신호 압축전송시스템으로서 8비트의 데이타를 보낼 수 있는 HD-MUSE DANCE(High Definition-Multiple Subnykist Sampling Encoding DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding) 시스템에 관한 것이다.

현재 일본 NHK(일본 방송협회)에서는 차세대 TV(HD-MUSE)를 시험방송중이다. 이 HD-MUSE TV 방송은 기존의 NTSC TV 방송과는 달리 위성을 이용한 고화질의 방송을 하고 있다. 음성신호인 경우에는 최대 레인지비트(Maximum Range Bit ; MRB)에 따른 데이타 압축방식으로서 NHK에서는 DANCE 시스템을 이용하고 있다. 여기서, 최대 레인지비트(MRB)란 음성신호의 변화에 따라서 변화하는 최대 비트를 의미한다. 즉, 신호가 00000000에서 01000000까지 변환한다면 MRB는 비트 7이 되는 것이다. 이 DANCE(DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding) 시스템의 장점은 10비트를 보내는 DBS PCM 방식보다도 적은 8비트의 데이타를 보냄으로써 매우 효율적인 음성신호 압축전송시스템을 제공하는데 있다고 할 수 있다.

일반적으로 HD-MUSE 시스템에서는 음성신호를 2가지 방식으로 전송한다. 그 하나를 모드 A라고 하며, 이 모드 A는 TV 음성신호를 전달하는데 사용되는 4채널의 16비트신호를 10비트신호로 압축하여 전송한다. 다른 하나는 모드 B라고 하며, 이 모드 B는 고품질 음성신호전송에 사용되며 2채널로 16비트신호를 압축하지 않고 전송한다.

따라서, 현 위성 TV 방송에서는 모드 A인 경우, 16비트의 데이타를 그 레인지비트에 따라서 10비트로 압축하여 보내는 16-대-10비트 데이타 압축방식을 채택하고 있다. 일본향 차세대 TV(HD-MUSE)에서는 대역폭의 제약으로 인하여, 모드 A인 경우 15비트의 데이타를 레인지비트에 따라서 8비트로 압축하여 보내는 DANCE 시스템을 사용하고 있다.

종래에는 제1도에 도시된 바와 같이, 기존의 시스템은 국부디코더(local decoder)(6)에 1-샘플딜레이(Z^-1)를 사용하여, 차분을 구해 1블록에서의 최대 레인지비트를 구한 후, 레인지비트에 따라서 15-대-8비트 데이타압축을 행하는 시스템이다. 이는 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이 저주파수대역에서는 DBS PCM 방식보다도 성능이 우수하지만, 고주파수대역에서는 오히려 성능이 떨어지는 결과 성능이 주파수에 의존함(frequency dependency)을 알 수 있었다. 즉, 주파수가 낮은 저주파수대역에서는 1-샘플딜레이(Z^-1)의 성능은 매우 우수하지만 주파수가 높은 고주파수대역에서는 오히려 원신호 재생에 에러를 유발시키는 값이 현 DANCE 시스템의 구부디코더(6)에서 더해지고 있음을 알 수 있다. 이는 높은 주파수대역에서는 차분값 역시 크기 때문에 l블록(예를들면, 모드 A에서는 32샘플)의 최대 레인지비트가 레인지 "0" 혹은 레인지 "1"이 되며, 최하위(LSB)비트부근의 데이타 정보를 손상시키는 결과를 유발시킨다. 제4도에서 알수 있는 것처럼, 8비트의 DANCE 시스템이 8비트의 DBS PCM 방식보다도 성능이 뒤떨어지는 결과가 생긴다.

종래의 1kHz 및 4kHz의 주파수를 사용하는 경우의 진폭레벨에 대한 평균에러값을 구하기 위하여, 콤퓨터시뮬레이션에 의하여 1kHz와 4kHz의 음성신호를 모델링하였다. 이때 원음을 V(n)이라 하고 재생된 음을이라 했을때, 그 차이는 에러를 나타내며 에러의 평균값은

이다.

여기서, E=에러의 평균값, N=샘플의 수, ∑=합을 의미한다. 즉 V(n) =Acos2πft를 사용하였으며, 2-,3-,4-,5-,6-비트의 시프트레지스터를 이용한 DANCE 시스템을 시뮬레이션하였으며, 현 DANCE시스템은 4비트시프트레지스터를 채택하고 있다. 제3도는 1kHz의 주파수를 사용하여 DBS PCM 방식과 기존의 DANCE 시스템의 결과를 보여준다. 이로써 저주파수에서는 진폭레벨 A에 상관없이 기존의 DANCE 시스템이 DBS PCM 방식보다도 우수함을 보여준다. 제4도는 4kHz의 주파수를 사용하는 경우의 결과를 보여주며, 기존의 DANCE 시스템이 DBS PCM 방식보다도 뒤떨어짐을 알 수 있다. 이는 기존의 DANCE 시스템이 현신호와 1-샘플딜레이된 신호의 차분에 따라서 레인지비트가 정해지고 이에따라 압축과 팽창을 실행하기 때문에 생기는 문제점이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 종래의 DANCE 시스템의 약점을 보완하기 위해 국부디코더에 2-샘플딜레이와 2등분회로를 첨가하여 샘플평균화 기술(Sample Average Technique)을 도입함으로써 주파수에 대한 성능의 의존성을 탈피한(frequency independent) HD-MUSE DANCE 시스템을 제공함을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 저역필터, A/D 컨버터, 블록지연부, 최대레인지비트검출부, 데이타압신부 및 에러보정부로 이루어져서 음성신호를 DANCE 신호로 출력하는 HD-MUSE DANCE 시스템에 있어서, 상기 에러보정부는 압축신호를 원신호로 확장하기 위한 데이타신장부의 출격단에 1-샘플딜레이, 2-샘플딜레이, 2등분회로 및 상기 1-샘플딜레이로부터의 신호와 상기 데이타신장부로부터의 신호를 가산하는 제 1 가산수단, 상기 2-샘플딜레이로부터의 신호와 상기 데이타신장부로부터의 신호를 가산하는 제 2 가산수단, 및 상기 제 1 가산수단과 상기 제 2 가산수단으로부터 각각 출력되는 신호를 가산하여 상기 2등분회로로 보내주는 제 3 가산기로 구성된 샘플평균화회로를 접속한 국부디코더부와 ; 상기 국부디코더부로부터 신호를 받아 1-샘플딜레이하는 지연수단을 포함함으로써, 상기 데이타 압신부의 입력단으로 평균화된 에러보정신호를 공급함을 특징으로 하는 HD-MUSE DANCE 시스템을 제공하고 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명에 의한 HD-MUSE DANCE 시스템을 도시한 구성블록도이다.

제2도에 의하면, 음성신호는 저역필터(10)를 통한후, A/D 컨버터(20)에서 디지탈신호로 변환된다. 이 디지탈신호는 블록지연부(30)로 공급되어 1블록지연된 후, 이 지연된 신호는 감산기(M)으로 보내져 국부디코더(60) 및 지연수단(70)으로 구성된 에러보정부로부터 출력된 신호와 감산기(M)에서 감산된다. 이 에러보정된 신호는 데이타 압신부(50)로 공급되어 데이타압축 및 신장되어 소정의 DANCE 신호를 출력하게 된다.

한편, 상기 A/D 컨버터(20)에서 출력된 신호는 최대레인지비트검출부(40)를 통하여 최대레인지비트를 검출하게 된다. 이 검출된 최대레인지비트에 따라서 데이타압신부(50) 및 데이타신장부(61)는 데이타를 압축 및 신장한다.

또한, 데이타압신부(50)에서 압축된 신호는 데이타신장부(61)에서 원신호로 확장하여 그 에러를 보정하게 된다. 이 에러를 보정하기 위하여 상기 데이타신장부(61)로부터 출력된 신호는 가산기(S1 및 S2)에서 각각 1-샘플딜레이(62)(Z^-1) 및 2-샘플딜레이(63)(Z^-2)로부터 공급된 샘플지연신호와 가산된다. 그 다음, 이 가산기(S1 및 S2)로부터의 각 출력신호는 가산기(S3)에서 가산되어 2등분회로(64)로 공급되어 평균값을 취하게 된다. 본 발명에서는 기존의 DANCE 시스템의 약점을 보완하기 위하여, 상술한 바와 같이 1-샘플딜레이(62), 2-샘플딜레이(63), 2등분회로(64) 및 상기 l-샘플딜레이(62)로부터의 신호와 상기 데이타신장부(61)로부터의 신호를 가산하는 제1가산수단(S1), 상기 2-샘플딜레이(63)로부터의 신호와 상기 데이타신장부(61)로부터의 신호를 가산하는 제2가산수단(S2), 및 상기 제1가산수단(S1), 상기 제2가산수단(S2)로부터 각각 출력되는 신호를 가산하여, 상기 2등분회로(64)로 보내주는 제3가산기(S3)로 구성된 국부디코더(60)를 가짐으로써 샘플평균화기술(Sample Average Technique : 이하 SAT)을 사용하고 있다. 이 SAT 기술은 일반적인 시스템에서 여러 샘플의 평균치가 한 샘플의 값보다는 평활하게(Smooth)된다는 이론으로서, 본 발명의 상기 국부디코더(60)에서는 1-샘플딜레이 에러와 2-샘플딜레이 에러를 평균하여, 이 평균에러를 이용하고 있다. 또한, 상기 1-샘플딜레이(62) 및 2-샘플딜레이(63)의 α값은 DANCE와 같은 잡음-피드백 DPCM에서 사용되는 잡음-피드백정수(noise-feedback factor)로서 본 발명의 HD-MUSE 시스템에서는 그 값으로 α=l-2^-4을 사용한다.

제5도 및 제6도에서는 본 발명에 의한 DANCE 시스템, 기존의 DANCE 시스템 및 DBS PCM 방식에서의 진폭레벨에 대한 평균에러값을 비교하였다.

제5도는 주파수가 1kHz인 경우에 발생한 평균에러(E)를 진폭레벨(A)에 따라서 나타낸 것으로 기존의 DANCE 시스템은 DBS PCM 방식보다도 성능이 우수하고, 본 발명의 SAT를 이용한 HD-MUSE DANCE 시스템은 기존의 DANCE 시스템보다도 성능이 우월함을 알 수 있다. 또한 제6도는 주파수 4kHz일때의 결과를 보여주는 것으로서 기존의 DANCE 시스템은 DBS PCM 방식보다도 성능이 뒤떨어지지만, 본 발명에 의한 DANCE 시스템은 이러한 약점을 보완하였음을 알 수 있다.

지금까지, 본 발명의 바람직한 실시예로서 국부디코더에 2-샘플딜레이를 사용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 2-샘플딜레이 대신에 3- 또는 4-샘플딜레이등을 이용하는 다중샘플평균화기술(Multiple Sample Average Techique ; MSAT)을 사용할 수 있음을 주목하여야 한다. 이 MSAT 기술은 1차딜레이 에러뿐만 아니라, 2차, 3차등의 다차딜레이에 의한 에러값을 모두 평균화한 에러값을 HD-MUSE DANCE 시스템내 DPCM의 에러보정에 사용하고자 하는 기술로서, 차수가 증가하면 에러율을 감소시킬 수 있으나, 발명을 구성하는 하드웨어가 복잡해지므로 적절한 차수를 사용하는 것이다. 이에 대한, 상세한 설명은 2-샘플딜레이의 경우와 매우 유사하므로 생략할 것이다.

또한, 본 발명에 의한 SAT 방식에 이용되는 2-샘플딜레이와 2등분회로는 D플립플롭회로와 1-비트시프트 레지스터를 사용함으로써 용이하게 구성할 수 있으며, 그 성능이 매우 우수함을 밝혀둔다.

이상으로 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 HD-MUSE DANCE 시스템은 SAT 또는 MSAT를 이용함으로써 기존의 DANCE 시스템에서와 같이 고주파대역에서 DBS PCM 방식보다도 성능이 떨어지는 현상을 보완하고 있다, 이는 일본 NHK에서 제안한 차세대 TV(HD-MUSE)의 음성신호용 DANCE 시스템이 저주파수대역에서는 10비트의 음성신호를 보내는 DBS PCM 방식보다도 8비트의 데이타만 보내어도 재생된 음질이 뒤떨어지지 않는다는 장점을 가지고 있으나, 고주파수대역(3kHz 이상)에서는 오히려 그 성능이 반감되는 약점을 가지고 있으므로 이를 보완하기 위한 개선된 HD-MUSE DANCE 시스템을 제공하고 있다. 또한, 8비트의 압축데이타를 보내는 현 DANCE 시스템을 7비트 혹은 6비트를 보내는 DANCE 시스템으로 개발할 수 있는 길을 열어주는 것이다. 따라서, 현 HD-MUSE 방송의 취약점으로 알려진 지상방송을 할 수가 없으며 기존의 TV 수상기와의 비양립성(non-compatability)을 해결해 줄 수 있는 중요한 열쇠를 제공해준다.

Claims

저역필터, A/D 컨버터, 블록지연부, 최대레인지비트검출부, 데이타압신부 및 에러보정부로 이루어져서 음성신호를 DANCE(DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding) 신호로 출력하는 HD-MUSE(High Definition-Multiple Subnykist Sampling Encoding) DANCE 시스템에 있어서, 상기 에러보정부는 압축신호를 원신호로 확장하기 위한 데이타신장부의 출력단에 1-샘플딜레이, 2-샘플딜레이, 2등분회로 및 상기 1-샘플딜레이로부터의 신호와 상기 데이타신장부로부터의 신호를 가산하는 제1가산수단, 상기 2-샘플딜레이로부터의 신호와 상기 데이타신장부로부터의 신호를 가산하는 제 2 가산수단으로부터 각각 출력되는 신호를 가산하여 상기 2등분회로로 보내주는 제3가산기로 구성된 샘플평균화회로를 접속한 국부디코더와 ; 상기 국부디코더로부터 신호를 받아 1-샘플딜레이하는 지연수단을 포함함으로써, 상기 데이타압신부의 입력단으로 평균화된 에러보정신호를 공급함을 특징으로 하는 샘플평균화기술을 이용한 HD-MUSE DANCE 시스템.
제1항에 있어서, 상기 샘플화평균회로는 2-샘플딜레이 대신에 3-샘플딜레이를 사용하여 다중 샘플평균화(Multiple Sample Average Technique ; MSAT)를 수행하는 것을 특징으로 하는 샘플평균화 기술을 이용한 HD-MUSE DANCE 시스템.
제1항에 있어서, 상기 샘플화평균회로는 2-샘플딜레이 대신에 4-샘플딜레이를 사용하여 다중 샘플평균화를 수행하는 것을 특징으로 하는 샘플평균화기술을 이용한 HD-MUSE DANCE 시스템.