KR960012472B1

KR960012472B1 - 적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치

Info

Publication number: KR960012472B1
Application number: KR1019920015301A
Authority: KR
Inventors: 김종일
Original assignee: 대우전자 주식회사; 배순훈
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1996-09-20
Also published as: KR940004979A

Abstract

요약없슴

Description

적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치

도면 1은 본 발명에 따른 대역분할 부호화장치의 개략적인 블럭도.

도면 2는 도면 1에 도시된 적용비트 할당부의 동작을 설명하기 위한 흐름도.

도면 3은 도면 2에 도시된 제12단계에 대한 상세 흐름도.

도면 4는 도면 2에 도시된 제14단계에 대한 상세 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 대역분할필터2 : 주파수 스펙트럼 분석부

3 : 신호대 잡음비 계산부4 : 양자화기

5 : 다중화기6 : 적용비트 할당부

본 발명은 디지틀 영상 및 음성신호를 대역분할 부호화하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 대역분할 부호화시 각 대역별로 제한된 비트를 적응적으로 할당하여 부호화하기 위한 개선된 대역분할 부호화장치에 관한 것이다.

대역 분할 부호화(Subband Conding : SBC)란 원래 신호를 여러개의 대역으로 분할하고 각각의 분할된 대역의 특성 및 중요도에 맞추어 부호화하기 위한 것으로, 영상 또는 음성신호가 인가되면 공간주파수(또는, 3차원 대역 분할 부호화의 경우, 시간주파수까지 포함하여)별로 몇개의 대역으로 나누고, 각 대역의 신호를 추림(decimation)하여 여러개의 작은 크기의 분할 영상 및 음성신호로 분리한다. 이렇게 만들어진 분할 영상 또는 음성신호는 각각 특성에 맞는 부호기로 부호화되어 채널을 통해 전송되며, 부호기측에서는 이와 반대의 과정으로 복원 영상을 만든다.

이러한 대역분할 부호화는 각 대역신호의 특성에 맞는 부호화 기법을 쓸 수 있고, 각 대역의 부호화 오차가 그 대역에만 국한되어 있어 영상 전체 또는 음성 전체로는 시각 또는 청각에 크게 반하지 않으며, 변환 부호화 방식에서 문제화되는 구획화 현상이 크게 나타나지 않는다는 있점이 있다. 또한, 대역분할 부호화에는 저대역 신호에 대한 예측, 변환 부호화기법의 도입도 가능하며, 주파수대역에 따른 인간시각 모형화(Modeling) 또는 청각 모형화에 의한 가변적인 전송을 할당등의 다양한 방법이 적용될 수 있기 때문에 관심을 모았으나, 대역분할 자체가 상당한 복잡도를 가지고 있기 때문에 대량의 고속 부호화를 요구하는 고선명 TC(HDTV)의 적용에는 문제가 있었다.

전술한 복잡도를 가중하는 하나의 요인으로 비트할당 문제를 들 수 있는데, 대역분할 부호화의 경우, 각 대역별로 제한된 비트에 대한 할당이 이루어진다. 이와 같이 각 대역별로 제한된 비트를 할당하기 위하여, 종래에는 각 대역의 전력(power)을 일정 시간마다 계산하고, 계산된 전력의 크기 순으로 비트를 할당하는 최적화 알고리즘(Optimization Algorithm)을 이용하였다. 이러한 최적화 알고리즘은 각 대역의 전력값(또는 분산값, 표준편차)과 정해진 비트 양을 변수로 하여 신호대 잡음비가 최대가 되도록 각 대역에 적정 비트양을 할당하게 된다. 이와 같이 비트를 할당하게 될 경우, 할당된 각각의 비트양은 정수 값이어야 하고, 분할대역수가 증가하게 되면 최적화 과정을 수행하는 과정에서 많은 계산이 필요하므로 최적화과정에서의 계산량을 줄이기 위한 새로운 방법이 제안되기도 하였으나, 기본적으로 최적화과정이 갖고 있는 복잡성으로 인해 대역분할 부호화장치에 그대로 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 분할된 각 대역에 대한 부호화시, 해당 대역의 신호대 잡음비와 패턴을 이용하여 제한된 비트를 적응적으로 할당하여 부호화함으로써, 비트할당을 위한 계산량을 감소시고 고속 부호화가 요구되는 시스템에 적용이 용이한 대역분할 부호화장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 장치는, 인가되는 영상 또는 음성신호를 다수의 대역(N)으로 분할하기 위한 대역분할필터, 대역분할필터로부터 대역별로 분할되어 전송되는 신호를 각각 양자화하기 위한 양자화기 및 양자화기에서 양자화된 신호와 양자화된 신호에 대한 부가정보를 다중화하여 송신 채널로 전송하기 위한 다중화기를 포함하여 대역분할 부호화를 하기 위한 대역분할 부호화장치에 있어서, 인가되는 영상신호와 음성신호에 대한 주파수 스펙트럼을 분석하기 위한 주파수 스펙트럼 분석부 ; 대역분할필터로부터 대역별로 분할되어 전송되는 신호와 주파수 스펙트럼 분석부로부터 전송되는 주파수 스펙트럼 신호를 이용하여 각 대역별 전력값(pow[i],i=0,…,N-1)을 계산하는 신호대 잡음비 계산부 ; 및 신호대 잡음비 계산부에서 전송되는 각 대역별 전력값(pow[i],i=0,…,N-1)과 인가되는 영상 또는 음성신호의 기설정된 길이 블럭에 사용 가능한 비트의 수(T) 및 양자화기의 각 표본당 비트수에 대한 신호대 잡음비(SNR[j],j=0, M-1)를 이용하여 대역별로 제한된 비트를 적응적으로 할당하여 양자화기와 다중화기로 전송하기 위한 적응비트 할당부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도면 1은 본 발명에 따른 대역분할 부호화장치의 블럭도로서, 대역분할필터(1), 주파수 스펙트럼 분석부(2), 신호대 잡음비 계산부(3), 적응비트 할당부(6), 양자화기(4) 및 다중화기(5)로 구성된다.

대역분할필터(1)는 직각 대칭필터 등을 이용하여 입력되는 영상 또는 음성신호를 소정의 대역으로 분할하기 위한 것으로, 부호화하고자 하는 디지틀 영상 또는 음성신호의 기설정된 블럭구간을 기설정된 분할대역수(N)로 분할하고, N개로 분할된 신호를 대역별로 출력한다. 여기서 N은 양의 정수이다.

주파수 스펙트럼 분석부(2)는 인가되는 디지틀 영상 또는 음성신호에 대한 주파수 스펙트럼을 얻기 위한 것으로, 본 기술분야에 잘 알려진 고속 푸리에 변환기, 또는 이산푸리에변환기 등이 이용될 수 있다. 주파수 스펙트럼 분석부(2)에서 얻어진 디지틀 영상 또는 음성신호에 대한 주파수 스펙트럼은 신호대 잡음비 계산부(3)로 전송된다.

신호대 잡음비 계산부(3)는 대역분할필터(1)로부터 전송되는 각 대역별 신호와 주파수 스펙트럼 분석부(2)로부터 전송되는 주파수 스펙트럼를 이용하여 각 분할된 대역에 대한 부호화시 요구되는 전력값 또는 신호대 잡음비(pow[i],i=0~N-1)를 계산하는 것으로, 본 기술분야에 잘 알려진 형태의 계산 알고리즘이 이용될 수 있다. 예를들면, 요구되는 전력값 또는 신호대 잡음비(pow[i],i=0~N-1)는 영상신호인 경우 인간 시각모형화를 음성신호인 경우 청각 모형화를 이용하여 얻어진다. 즉, 인간의 시각이 민감한 부분은 강조하고 인간의 시각이 둔감한 부분은 중요도를 낮추어 처리할 수 있도록 각 대역에 가중치를 다르게할 수 있다.

양자화기(4)는 대역분할필터(1)로부터 전송되는 대역별로 분할된 영상 또는 음성신호를 양자화하기 위한 것으로, 각 대역에 대해 적용적으로 선택될 수 있는 다수의 양자화기단을 포함한다. 각, 양자화기단들은 각기 0 내지 M의 표본당 비트수를 가지며, 여기서, M은 양의 정수이다. 각 양자화기의 양자화레벨, 즉, 표본당 비트수는 적응비트 할당부(6)에 의해 결정된다. 양자화기(4)로부터의 양자화된 신호출력은 다중화기(12)를 통해 채널 부호블럭(도시안됨)에 입력된다. 채널부호블럭은 본 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 신호 데이타를 채널로 전송하기 위한 오류정정부호화 블럭을 포함할 수 있다.

적응비트 할당부(6)는 신호대 잡음비 계산부(3)로부터 각 대역별 요구전력값 또는 신호대 잡음비(pow[i],i=0~N-1)가 인가되면, 기설정된 양자화기의 각 표본당 비트수에 대한 신호대 잡음비(SNR[j],j=0,…, M-1)와의 편차에 따라 패턴을 분류하고, 분류된 패턴의 비트수와 블럭에 사용 가능한 비트수(T)를 이용하여 각 분할대역의 비트수를 할당하기 위한 것이다. 여기서, M은 양자화기의 표본당 최대 비트수이다. 이러한 적응비트 할당부(6)는 각 표본당 비트수에 대한 신호대 잡음비[SNR(j),j=0,…, M-1)와, 블럭구간 및 분할 대역수(N)가 전술한 대역분할필터(1) 및 양자화기(4)에 의해 결정되는 경우, 전술하는 신호대 잡음비(SNR(j),j=0,…, M-1)와, (블럭의 표본수/분할대역수(N))×표본당 비트수(i)로서 결정되는 각 표본당 비트수에 대한 분할대역당 비트수(BIT[0]~BIT[M-1])를 기억하는 룩업테이블을 포함하도록 구성된다. 그리고 적응비트 할당부(6)에서 결정된 할당비트에 따라 양자화기(4)의 각 표본당 비트수가 결정된다.

도면 2는 상술한 적응비트 할당부(6)의 동작을 설명하기 위한 흐름도로서, 도면 2를 참조하여 적응비트 할당부(6)에 대한 동작을 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

적, 적응비트 할당부(6)는 제10단계에서 신호대 잡음비 계산부(3)로부터 각 대역별로 요구되는 신호대 잡음비(pow[i],i=0,…,N-1)가 입력되면, 상술한 바와 같이 내부에 구비되어 있는 룩업테이블(미도시됨)로 부터 해당되는 사용 가능한 비트수(T)와 각 표본당 비트수에 대한 양자화기의 신호대 잡음대(SNR(j),j=0, M-1)를 읽는다.

그리고 제12단계로 진행되어 제10단계에서 입력되고 읽혀진 값들을 이용하여 전송되는 영상 또는 음성신호의 블록을 6개의 패턴으로 분류한다. 패턴분류는 도면 3에 도시된 흐름도와 같은 과정을 통해 이루어진다.

즉, 도면 3의 제18단계에서 제22단계를 통해 선택된 대역의 신호대 잡음비(pow[i]에 대해, 0비트부터 (M-1)비트까지의 양자화기에 대한 신호대 잡음비(SNR[j],j=0,…, M-1) 각각의 편차(D[j],j=0,…, M-1)를 계산한다. 그리고 제24단계에서 상술한 M개의 편차(D[j],j=0,…, M-1)값들을 이용하여 인덱스(Index)를 결정한다.

즉, 제24단계에서 결정되는 제1인덱스(INDEX1[i])는 k1이 설정되는데, 여기서 k1은 상술한 M개의 편차(D[0], …, D[M-1])중 절대 편차값이 제일 작은 편차의 표본당 비트수이다. 제2인덱스(INDEX2[i])는 k2가 설정되는데, K2는 M개의 편차(D(0), …, D(M-1))중 0보다 큰 편차중 제일 작은 편차의 표본당 비트수이다. 제3인덱스(INDEX3[i])는 k3가 설정되는데, k3는 M개의 편차(D(0),…, D(M-1))중 0보다 작은 편차중 절대값의 크기가 제일 큰 편차의 표본당 비트수이다. 제4인덱스(INDEX4[i])는 전술하는 k2에서 1을 감산한(k2-1) 표본당 비트수가 설정되고, 제5인덱스(INDEX5[i])는 전술한 k3에서 1을 가산한(k3+1) 표본당 비트수가 설정된다. 이러한 편차계산에 따른 인덱스설정은 제25단계를 통해 모든 분할 대역(N)에 대해 수행된다.

모든 분할 대역에 대한 인덱스설정이 이루어지면 제27단계로 진행되어 전술한 인덱스를 0 내지 M-1 범위로 정규화하기 위하여 전술한 제24단계에서 얻어진 제4 및 제5인덱스의 값이 0보다 작은 경우 표본당 비트수를 0으로 설정하고, (M-1)보다 큰 경우, 표본당 비트수를 (M-1)로 설정한다. 이와 같은 정규화작업도 제28단게와 제29단계를 통해 모든 분할 대역(N)에 대해 수행된다.

모든 분할대역에 대한 정규화작업이 이루어지면 제30단계로 진행되어 각 인덱스(INDEX[i], …, INDEX5[i])에 대한 총비트수(AMOUNT1, …, AMOUNT5)를 계산한다. 즉, 제1총비트수(AMOUNT1)는 (각 대역의 제1인덱스(INDEX1[i])의 각 선택된 표본당 비트수(k1))×(블럭의 표본수)÷(분할대역당 비트수(BIT(INDEX[i])))를 모든 분할대역(N)에 대해 가산한 비트수이다. 이러한 분할 대역당 비트수(BIT(INDEX[i]))는 전술된 바와 같이, 사전에 계산되어 룩업 테이블에 기억될 수 있다. 유사한 방법으로 제2 내지 제5총비트수(AMOUNT2, …, AMOUNT5)가 계산된다.

그리고 제32단계를 진행되어 제30단계에서 구해진 제1총비트수 내지 제5총비트수(AMOUNT1 내지 AMOUNT5)와 신호블럭에 사용 가능한 비트수(T)를 이용하여 패턴 분류 및 나머지 비트수를 검출한다.

즉, 제1패턴(Pattern1)은 언더플로우(UNDERLOW)상태로, 블럭 비트수(T)가 제5총비트수(AMOUNT5)와 같거나 큰 경우이고 할당비트(ALL[i])는 제5인덱스(INDEX5[i],i=0,…, N-1) 값으로 설정되며, 나머지 비트는 블럭 비트수(T)에서 제5총비트수(AMOUNT5)를 감산하여 검출된다.

제2패턴(Pattern2)은 양호(GOOD)한 상태로, 블럭비트수(T)가 제3총비트수(AMOUNT3)와 제5총비트수(AMDUNT5)의 사이값을 갖거나 제3총비트수 (AMDUNT3)와 같은 경우로 할당비트(ALL(i))는 제3인덱스(INDEX5[i],i=0,…, N-1)값으로 설정되며, 나머지 비트수는 블록비트수(T)에서 제3총비트수(AMOUNT3)를 감산하여 검출된다.

제3패턴(Pattern3)은 보통(NORMAL)상태로, 블럭 비트수(T)가 제1총비트수(AMOUNT1)와 같거나 크고 제3총비트수(AMOUNT3)보다 작은 경우로 할당비트(ALL[i]는 제1인덱스(INDEX[i],i=0,…,N-1) 값으로 설정되며, 나머지 비트수는 블럭 비트수(T)에서 제1총비트수(AMOUNT1)를 감산하여 검출된다.

제4패턴(Pattern4)은 나쁨(BAD)상태로, 블럭비트수(T)가 제2총비트수(AMOUNT2)와 같거나 크고 제1총비트수(AMOUNT1)보다 작은 경우로 할당비트(ALL[i])는 제2인덱스(INDEX2[i],i=0,…,N-1)값으로 설정되며, 나머지 비트수는 블록 비트수(T)에서 제2총비트수(AMOUNT2)를 감산하여 검출된다.

제5패턴(Pattern5)은 더 나쁨(WORSE)상태로, 블럭비트수(T)가 제4총비트수(AMOUNT4)와 같거나 크고 제2총비트수(AMOUNT2) 보다 작은 경우로 할당비트(ALL[i])는 제4인덱스(INDEX4[i],i=0,…,N-1)값으로 설정되며, 나머지 비트수는 블록비트수(T)에서 제4총비트수(AMOUNT4)를 감산하여 검출된다.

제6패턴(Pattern6)은 오버플로우(OVERFLOW)상태로, 블럭 비트수(T)가 제4총비트수(AMOUNT5) 보다 작은 경우로 할당비트(ALL[i])는 제4인덱스(INDEX4[i],i=0,…,N-1)로 결정된다.

이와 같이 패턴분류와 패턴분류에 의한 나머지 비트가 검출되면 적응비트 할당부(6)는 제14단계로 진행되어 비트를 할당한다. 도면 4는 비트할당과정에 대한 상세 흐름도로서, 도면 4를 참조하여 비트할당과정에 대하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

즉, 도면 4의 제40 및 제42단계에서, 제32단계에서 선택된 할당비트(ALL[i])의 신호대 잡음비와 각 분할대역의 전력값(pow[i]간의 편차(Dif(i))를 구한다. 그리고 제43단계를 통해 모든 분할대역(N)에 대하여 제42단계가 수행되도록 한다.

모든 분할대역(N)에 대한 상술한 편차(Dif(i))가 구해지면 제44단계로 진행되어 최소의 편차갑세(Dif[x])을 갖는 할당비트(ALL[x])와 나머지 비트수를 결정한다. 그리고 제45단계로 진행되어 나머지 비트가 임계치(TH1)보다 작은지를 체크한다. 체크결과, 나머지 비트가 임계치보다 작지 않으면 할당비트(ALL[x])에 1비트를 가산하여 산술한 제42, 43 및 44단계를 반복 수행한다. 여기서, 임계치(TH1)의 값은 바람직하게는 표본당 비트수가 0인 경우 분할 대역당 비트수(BIT[0])이다.

그리고 제45단계의 체크결과, 나머지 비트가 임계치(TH1)보다 작으면 도면 2의 제16단계로 진행되어 할당된 비트(ALL[i],i=0,…, N-1)와 나머지 비트수를 양자화기(4)와 다중화기(5)로 각각 출력한다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 다른 대역분할 분호화 장치는 각 대역별로 검출된 신호대 잡음비를 이용하여 입력신호에 대한 패턴을 분류하고 분류된 패턴에 따라 할당비트수를 결정하고, 패턴분류과정은 룩업테이블에 기억되어 있는 표본당 비트수에 따른 신호대 잡음비와 블럭크기에 따른 분할대역당 비트수를 이용하여 극히 간단하게 구현할 수 있어, 종래에 비해 비트할당을 위한 계산량을 줄일 수 있어 고속 부호화가 요구되는 시스템에 적용이 용이한 효과가 있다.

Claims

인가되는 영상 또는 음성신호를 다수의 대역(N)으로 분할하기 위한 대역분할필터(1), 상기 대역분할필터(1)로부터 대역별로 분할되어 전송되는 신호를 각각 양자화하기 위한 양지화기(4) 및 상기 양자화기(4)에서 양자화된 신호와 상기 양자화된 신호에 대한 부가정보를 다중화하여 송신 채널로 전송하기 위한 다중화기(5)를 포함하여 대역분할 부호화를 하기 위한 대역분할 부호화장치에 있어서, 상기 인가되는 영상신호또는 음성신호에 대한 주파수 스펙트럼을 분석하기 위한 주파수 스펙트럼 분석부(2) ; 상기 대역분할필터(1)로부터 대역별로 분할되어 전송되는 신호와 상기 주파수 스펙트럼 분석부(2)로부터 전송되는 주파수 스펙트럼 신호를 이용하여 상기 각 대역별 전력값(pow[i],i=0,…, N-1)을 계산하는 신호대 잡음비 계산부(3) ; 및 상기 신호대 잡음비 계산부(3)에서 전송되는 상기 각 대역별 전력값(pow[i],i=0,…, N-1)과 상기 인가되는 영상 또는 음성신호의 기설정된 길이 블럭에 사용 가능한 비트의 수(T) 및 상기 양자화기(4)의 각 표본당 비트수에 대한 신호대 잡음비(SNR[j],j=0,…, M-1)를 이용하여 상기 대역별로 제한된 비트를 적응적으로 할당하여 상기 양자화기(4)와 다중화기(5)로 전송하기 위한 적응비트 할당부(6)를 포함하는 것을 특징으로하는 적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 적응비트 할당부(6)는, 상기 양자화기(4)의 상기 각 표본당 비트수(i,i=0,…, M-1), 상기 기설정된 길이 블록의 크기 및 상기 기설정된 분하 대역수(N)에 대해, 상기 (표본당 비트수 x블럭의 크기)÷상기 분할대역수(N)로 결정되는 각각의 대역 비트수를 가진 룩업 테이블을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치.
제2항에 있어서, 상기 적응비트 할당부(6)는 상기 각 전력값(pow[i],i=o,…, N-1)에 대한 상기 각 표본당 비트수에 대한 신호대 잡음비(SNR[j],j=0,…, M-1)의 편차(D[j],j=0,…, M-1)를 계산하고(20), 상기 계산된 편차값을 이용하여 인덱스를 결정하고(24), 결정된 인덱스에 대한 총비트를 계산하여(30) 상기 인가되는 영상 또는 음성신호에 대한 패턴을 분류(32)하는 것을 특징으로 하는 적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치.
제3항에 있어서, 상기 편차값을 이용한 인덱스는, 상기 편차(D[0] 내지 D[M-1])중 절대값이 제일 작은 편차의 제1표본당 비트수(k1)로 설정되는 제1인덱스(INDEX1[i]) ; 상기 편차(D[0] 내지 D[M-1])중 0보다 큰 편차중 제일 작은 편차의 제2표본당 비트수(k2)로 설정되는 제2인덱스(INDEX2[i]) ; 상기 편차 (D[0] 내지 D[M-1])중 0 보다 작은 편차중 절대값이 제일 큰 편차의 제3표본당 비트수(k3)로 설정되는 제3인덱스(INDEX3[i]) ; 상기 제2표본당 비트수(k2)에서 1을 감산한 제4표본당 비트수(k2-1)로 설정되는 제4인덱스(INDEX4[i]) ; 및 상기 제3표본당 비트수(k3)에서 1을 가산한 제5표본당 비트수(k3+1)로 설정되는 제5인덱스(INDEX5[i])로 구성되는 것을 특징으로 하는 적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치.
제4항에 있어서, 상기 인가되는 영상신호 또는 음성신호에 대한 패턴은 상기 제1 내지 제5인덱스에 의해 결정되는 제1 내지 제5총비트수(AMOUNT1 내지 AMOUNT5)와, 상기 블록에 사용가능한 비트수(T)를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 적응적인 비트할당에 의한 대역분할 부호화장치.