KR960003456B1

KR960003456B1 - 적응적 부호화 및 복호화 기능을 갖는 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법

Info

Publication number: KR960003456B1
Application number: KR1019940000783A
Authority: KR
Inventors: 김종일
Original assignee: 대우전자주식회사; 배순훈
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1996-03-13
Also published as: KR950024457A

Abstract

내용 없음.

Description

적응적 부호화 및 복호화 기능을 갖는 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법

제1도는 본 발명에 적용되는 통상적인 오디오 부호화 및 복호화 장치의 개략적인 블럭도.

제2도는 제1도에 도시된 버퍼에 기록되거나 판독되는 포인터를 한 프레임군을 4프레임으로 설정하여 예시하는 그라프.

제3도는 본 발명의 가상 버퍼 검증기들의 상태 범위를 한 프레임군을 4프레임으로 설정하여 예시하는 도면.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 보호화 장치 110 : 부호화기

120,210 : 버퍼 200 : 복호화 장치

220 : 복호화기

본 발명은 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼크기 예측방법에 관한 것으로, 특히 디지탈 오디오 신호를 적응적으로 부호화하고 복호화하는 장치에서 최적의 데이타 용량을 가지는 버퍼를 선택할 수 있도록 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기를 보다 정확하게 예측하는 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법에 관한 것이다.

현재 실용화되어 있는 컴팩트 디스크(Compact Disk : CD) 및 디지탈 오디오 테이프 레코더(Digital Audio Tape Recoder : DAT)등과 같은 음질 수준의 신호 재생을 목표로 개발중에 있는 고화질 텔레비젼(HDTV)정보 전송 시스템에서는 비교적 좁은 약 6MHZ의 대역폭을 갖는 전송선로를 통하여 영상 및 오디오 신호를 전송하여야 하기 때문에 영상신호에서와 마찬가지로 오디오 신호에 대해서도 효율적인 신호 압축기법이 요구되어 왔다.

이를 위하여 HDTV용 고음질 디지탈 오디오 신호처리 기술로써 인간의 청각 특성을 반영하는 적응적 변환 부호화(Adaptive Transform Coding) 기법을 이용하여 낮은 전송률에서 비교적 간단한 수신기로도 전송한 디지탈 오디오 기기 수준의 음질을 재생할 수 있는 송신 및 수신기 알고리즘 및 하드웨어 구현을 위해 활발히 연구되고 있다.

전술한 적응적 변환 부호화 방식을 이용하여 부호화 하고 복호화 하는 시스템에서 각 프레임마다 적응적으로 비트를 할당하는 종래의 크기 예측방식은 평균 정보 전송률을 B라 할 때 각 프레임마다 할당된 비트로 부호화를 수행하면서 일정한 주기로 버퍼에 기록되는 데이타량을 검사하여 다시 데이타를 부호화기에 입력하는 식으로 이루어진다. 즉 1초에 B만큼의 비트를 할당하는 경우 1/N초마다 주기적으로 버퍼상태를 검사하여 버퍼에 기록되는 데이타량이 B/N의 레벨에서 어느정도 벗어났는가에 따라 부호화기의 양자화 레벨을 재조정하게 된다. 현재 검사한 버퍼의 레벨값이 B/N보다 크게 저장되면 부호화기의 양자화 레벨을 작게 하여 부호화를 수행하는데 할당되는 비트를 감소시키는 반면, B/N보다 작게 저장되면 양자화 레벨수를 크게 하여 부호화 하는데 할당되는 비트를 증가시키게 된다.

그러나 전술한 바와 같은 통상적인 버퍼 제어 및 예측 방식을 이용하는 종래의 적응적으로 각 프레임에 비트 할당하여 부호화 및 복호화하는 방식에서는 보다 정확하게 버퍼 크기를 예측할 수 없다. 즉, 오디오 데이타를 부호화하고 버퍼를 통해 채널로 전송하며, 또 부호화되어 수신되는 데이타를 임시 수용하고 복호화하는 시스템에서 요구되는 버퍼 크기를 정확히 예측하지 못하므로 인해 버퍼에 데이타 언더 플로우 및 오버 플로우 현상을 유발시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 부호화 및 복호화 시스템에 구비되는 버퍼에 기록되는 데이타의 언더 플로우 및 오버 플로우 현상을 방지하도록 버퍼 크기를 보다 정확하게 예측하는 적응적 부호화 및 복호화 기능을 갖는 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 소정의 프레임 단위로 입력되는 오디오 신호를 적응적으로 부호화하는 부호화기와, 상기 부호화기에서 제공되는 비트 스트림을 기록하고 채널정보량에 맞도록 전송하는 버퍼를 포함하는 부호화 장치와, 채널을 통해 수신되는 비트 스트림을 기록하고 소정의 전송율로 출력하는 버퍼와, 상기 버퍼에서 제공되는 비트 스트림을 입력하여 적응적으로 복호화하는 복호화기를 포함하는 복호화 장치를 구비하는 적응적 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측 방법에 있어서, 상기 입력되는 프레임이 M(여기서 M은 양의 정수)개로 구성된 1프레임군(GOF)인 경우, 평균 프레임 비트량(FB)으로부터 다음 식과 같이 소정 구간만큼 벗어나도록 할당하며,

T는 버퍼 분할 갯수를 나타내고, F(ⅰ)는 ⅰ(여기서 ⅰ는 양의 정수)번째 프레임의 비트 할당량을 나타내는 것으로 상기 M보다는 작거나 같은 수로 설정됨을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법에 적용되는 통상적인 부호화 및 복호화 시스템의 개략적인 블럭도이다. 도시된 바와 같이 부호화 시스템(110)은 알려진 방식에 의해 각 채널 및 프레임의 오디오 신호를 적응적으로 부호화하는 부호화기(110)와, 부호화기(110)에서 제공되는 부호화된 주정보 및 부가정보의 비트 스트림을 임시 수용하고 채널 정보량에 맞도록 출력하여 전송하는 버퍼(120)를 포함하여, 복호화 시스템(200)은 전술한 부호화 시스템과 역으로 구성되어 동작하는 것으로, 수신되는 오디오 신호를 임시 수용하면서 소정의 데이타를 후술하는 복호화기(220)로 제공하는 버퍼(210)와, 버퍼(210)에서 제공되는 오디오 데이타를 원래 복호화하기 이전의 오디오 데이타로 복호화하는 복호화기(220)를 포함한다. 이러한 장치에 의해 버퍼 크기를 정확하게 예측할 수 있게 된다.

본 발명은 입력되는 오디오 신호에서 M(여기에서, M은 양의 정수)개의 프레임으로 구성되는 프레임군(Group of Frame : GOF)에서 부호화 수행시 각 프레임에 할당되는 비트량이 평균 정보량(즉 평균 프레임 비트 할당량 : FB)을 유지하면서 적응적으로 비트를 할당하는 과정에서 GOF 단위로는 항상 동일한 비트량이 할당되도록 하여 일정한 주기, 즉 GOF 단위 주기로 발생되는 비트량을 동일하게 한다. 본 발명이 전술한 바와 같이 실현된다면, 일정한 주기로 동일한 비트량이 발생되어 수신되므로 복호화 시스템에서는 버퍼 제어가 용이하게 된다.

전술한 1GOF의 1프레임에 N(여기서 N은 양의 정수)개의 샘플(sample)이 구성된다고 가정하면, 1GOF는 N×M개의 샘플이 구성될 것이다. 여기서 계산의 용이상, M개의 프레임, 즉 프레임의 수가 짝수로 설정된다고 가정하고, M개의 각 프레임마다 평균 프레임 비트량 FB로 부터 약간 벗어나도록 할당하게 되면 평균 전송률은 일정하게 유지된다.

즉, GOF 내의ⅰ(여기서 ⅰ는 양의 정수로서 M보다는 작거나 같은 수)번째 프레임의 비트할당량을 F(ⅰ)라 하면 GOF 내의 각 프레임에 다음 식(1)과 같이 비트를 할당한다.

또한, 전술한 식(1)을 만족하면서 F(ⅰ)의 값이 FB의 값에서 어느정도 벗어나도록 하는 가에 따라서 부호화기의 버퍼 크기를 결정하게 된다. 따라서 다음식(2)과 같은 조건을 만족하도록 프레임 비트량을 제한하는 경우, 즉

여기서 , T는 버퍼 분할 갯수를 나타내며, 따라서 부호화 시스템의 버퍼 크기 및 복호화 시스템의 버퍼 크기는 M의 값에 따라 결정된다.

제2도를 참조하면, 부호화 시스템에서 부호화기(110)를 통해 부호화된 비트를 버퍼(120)에 기록하는 정보량(Encoder Buffer Write Pointer : E_Wr_Ptr), 버퍼(120)에 저장된 정보를 판독하는 정보량(Decoder Write Pointer : E_Rd_Ptr), 복호화 시스템에서 수신되는 데이타를 버퍼(210)에 기록하는 정보량(Decoder Read Pointer : D_Rd_Ptr)등의 관계를 나타내는 그라프이다.

즉, 전술한 그라프를 통해 전술한 식(1)에서 예를들어 M의 값을 4로 설정하는 경우, 부호화 시스템의 전송버퍼(120)의 크기는 후술하는 바와 같이 정확히 구할 수가 있는데, 즉, 처음에 부호화를 시작하여 비트가 전송되는 시점을 1프레임 후로 가정하고, 또한 채널의 전송지연을 전혀 고려치 않는다고 가정하는 경우에 그라프를 참조하여 버퍼 크기를 예측할 수 있다. 예컨대, 동 도면에서 A영역은 부호화 시스템에서 버퍼(120)의 상태 범위를 나타내고, B는 복호화 시스템에서 버퍼(210)의 상태 범위를 나타낸다. 부호화 시스템의 버퍼 포인터, 복호화 시스템의 버퍼 포인터 위치를 검출하는 식을 다음 식(3)과 같이 정의한다.

여기서, E_VBV는 부호화 시스템의 가상 버퍼 검증기(Encoder Virtual Buffer Verifier)이고, D_VBV는 복호화 시스템의 가상 버퍼 검증기를 나타내며, 제3a도 및 b도에는 전술한 식(3)과 같이 정의할 때 E_VBV 및 D_VBV 관계를 예시하고 있다.

제2도를 다시 참조하면, 굵은 실선은 채널로 평균적으로 전송되는 비트량에 해당하는 선으로 프레임당 B의 비트량이 전송됨을 나타낸다.

전술한 바와 같은 방범으로 버퍼를 제어하면 부호화 시스템에서 데이타가 전송되는 버퍼 위치 및 복호화 시스템으로 수신되는 버퍼 위치를 정확하게 예측할 수 있으며, 이를 이용하면 부호화 시스템 및 복호화 시스템에서의 요구되는 버퍼 크기를 정확히 구할 수가 있다. 예를들어, M=4인 경우, 각 프레임의 비트량이 전술한 식(1) 및 (2)를 만족한다면 버퍼의 크기는 2프레임 비트량의 버퍼 크기가 요구되며, 또한 전송되는 시점은 1프레임 이후로 하면 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 적응적 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법에 의하면, 버퍼 크기를 보다 정확하게 예측하여 버퍼에 기록되는 데이타의 언더플로우 및 오버플로우 현상이 발생되지 않으며, 최적의 데이타 용량을 갖는 버퍼를 선택할 수 있는 커다란 장점이 있다.

Claims

소정의 프레임 단위로 입력되는 오디오 신호를 적응적으로 부호화하는 부호화기와,상기 부호화기에서 제공되는 비트 스트림을 기록하고 채널 정보량에 맞도록 전송한는 버퍼를 포함하는 부호화 장치와, 채널을 통해 수신되는 비트 스트림을 기록하고 소정의 전송율로 출력하는 버퍼와, 상기 버퍼에서 제공되는 비트 스트림을 입력하여 적응적으로 복호화하는 복호화기를 포함하는 복호화 장치를 구비하는 적응적 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법에 있어서, 상기 입력되는 프레임이 M(여기서 M은 양의 정수)개로 구성된 1프레임군(GOF)인 경우, 평균 프레임 비트량(FB)으로부터 다음 식과 같이 소정구간칸큼 벗어나도록 할당하며,

여기서, T는 버퍼 분할 갯수를 나타내고, F(ⅰ)는 ⅰ(여기서 ⅰ는 양의 정수)번째 프레임의 비트 할당량을 나타내는 것으로 상기 M보다는 작거나 같은 수로 설정됨을 특징으로 하는 적응적 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치의 버퍼 크기 예측방법.