KR100826459B1 - 소스 코딩된 오디오 데이터 처리 방법과, 이를 위한 송신기 및 수신기 - Google Patents

소스 코딩된 오디오 데이터 처리 방법과, 이를 위한 송신기 및 수신기 Download PDF

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Abstract

유효 신호 소스(1)의 오디오 데이터는 메인 데이터 스트림(HD)과 2차 데이터 스트림(ZD)으로 분리(2)된다. 메인 데이터 스트림(HD)은 적어도 하나의 유효 신호 소스(1)의 이해할 수 있는 재생을 위해 필요한 정도의 정보를 포함한다. 메인 데이터 스트림과 2차 데이터 스트림은 미리 주어진 채널 간격의 상호 다른 채널(K1,K2)로 전송된다. 미리 주어진 채널 간격의 오디오 신호의 재생 품질이 향상된다.
채널 간격, 데이터 스트림, 유효 신호 소스

Description

소스 코딩된 오디오 데이터 처리 방법과, 이를 위한 송신기 및 수신기 {METHOD FOR PREPARING AUDIO DATA IN SOURCE CODE AND TRANSMITTER AND RECEIVER FOR SAME}
본 발명은 특히 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널을 통해 전송하기 위해, 적어도 하나의 유효 신호 소스의 소스 코딩된 오디오 데이터를 송신측 또는 수신측에서 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
디지털 오디오 데이터를 특히 9 또는 10 kHz(미국에서는 중파)의 폭을 가진 채널을 포함하는, 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널들을 통해 중파, 장파 및 단파로 전송하기 위해, DRM(Digital Radio Mondiale)-컨소시엄 내에 3 개의 서로 다른 송신 시스템이 발전해 왔다. 상기 모든 시스템은 전송을 위해 종래의 AM-채널을 사용한다. T2M-방식에서 부반송파 당 디지털 정보는 송신기의 NF-입력부에 결합될 수 있고, 아날로그 신호에 대해 병렬로 전송될 수 있다 (Funkschau 논문 14, 1998, 페이지 44-46). Skywave-2000-방식은 QAM과 함께 TCM(Trellis-Code-Modulation) 변조 방식을 포함하는 다중 반송파 방식을 사용한다 (Conference Paper of the 51st Broadcast Engineering Conference, NAB 97, 27-48 페이지, Progress Towards the Developement of Digital Modulation in the Longwave, Mediumwave And Shortwave Bands; IBE, Transmission Engeneering, 1999년 3월, 53 및 54 페이지).
청구범위에 따른 조치에 의해, 서두에 언급된 상기 방식이 필요로 하거나 또는 품질 저하가 없다면 복잡한 코딩에 의해서만 이용될 수 있는, 미리 주어진 채널 간격에서 벗어날 필요 없이, 예컨대 개선된 사운드 품질과 같은 재생 품질의 개선이 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 해결책에서는 상기 채널 간격의 서로 다른 채널 내의 메인 데이터 스트림 및 적어도 하나의 2차 데이터 스트림의 결합에 의해 수신측 유효 데이터율이 향상될 수 있으므로, 종래의 방법에 비해 품질의 향상이 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 더 간단한 수신기에 의해 메인 데이터 스트림만을 복조하여 디코딩하는 것이 가능하며, 이것은 대략 24 킬로비트(kilobit)/s 의 더 낮은 비트율을 가진 이해할 수 있는 재생을 가져온다. 더 높은 재생 품질을 가진 수신기가 유효 신호의 메인 데이터 스트림과 적어도 하나의 2차 데이터 스트림을 복조 및 디코딩하고, 상기 2 개의 데이터 스트림을 결합함으로써 더 높은 재생 품질이 형성된다.
DVB 신호에서도 기본층과 확대층의 분리가 이루어지기는 한다. 그러나 상기 층들은 동일한 채널에서 전송된다. 따라서 본 발명과 달리 더 간단한 수신기도 전체 데이터 스트림을 수신해야만 하고, 그 후에야 비로소 분리가 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 예컨대 코딩 아티팩트의 축소, 오디오 대역폭의 확대 또는 예컨대 모노에서 스테레오로의 변환과 같은 공간적 청각의 확대와 같은, 재생 품질의 향상을 위한 다수의 조합을 허용한다.
도 1은 본 발명에 따른 오디오 데이터의 송신- 및 수신측 처리를 나타내는 도면.
도 2는 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널의 도면.
도 3은 양품질의 재생을 위한 수신기에 의한 본 발명에 따른 오디오 데이터의 송신 및 수신측 처리를 나타내는 도면.
도 4는 스테레오 신호의 처리를 나타내는 도면.
도 5는 기본층 및 확대층에 있는 오디오 데이터의 분리 및 통합을 위한 조합을 도시하는 도면.
본 발명의 실시예는 도면에 의해 더 자세히 설명된다.
도 1에 따른 본 발명에 따른 실시예에서, 송신측에서 예컨대 유효 신호 소스(1)의 PCM-데이터가 소스 코더(2)에 의해 코딩된다. 이 경우 코딩된 신호는 메인 데이터 스트림(HD)(기본층)과 적어도 하나의 2차 데이터 스트림(ZD)(확대층)으로 분리되고, 즉 상기 실시예에서 소스 코더(2)는 동시에 유효 신호 소스(1)의 오디오 데이터용 분리 장치로서도 작용한다. 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림은 변조 장치(3)에 의해 변조되고, 각각 서로 다른 채널에, 예컨대 도 2에 도시된 9 kHz의 폭을 가진 AM- 중간 채널 간격과 같은 미리 주어진 채널 간격의 인접한 채널(K1 및 K2)들에 제공된다. 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림이 서로 다른 채널(K1 및 K2)들로 전송되기 위해, 변조 장치(3)에 각각 상기 채널용 반송파 신호가 공급된다. 물론 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 채널들이 인접해서는 안되며, 미리 주어진 채널 간격의 임의의 위치에 제공될 수 있다. 2차 데이터 스트림(ZD)용 채널로서 예컨대 디지털 변조시 더 긴 거리 때문에 프로그램을 병렬로 방송하는 자유롭게 형성된 채널이 사용될 수 있고, 또는 다른 서비스(해안 무선, 해상 무선, 항공 무선)를 위해 더 이상 필요하지 않은 채널에 의해 대역이 확대됨으로써 형성된 채널 또는 예컨대 미국에서는 1600 내지 1660kHz 의 AM-중파 범위 또는 31,25 및 19-미터-대역의 단파 범위가 확대됨으로써 형성된 채널들이 사용될 수 있다.
분리된 채널들을 통해 송신된 데이터 스트림은 수신측에서 복조되어 디코딩된다. 도 1에 따른 실시예에는 하나의 기본 수신기(4)가 제공된다. 즉 모듈레이터(5) 및 소스 디코더(6)를 이용하여 메인 데이터 스트림(HD)만을 복조하여 디코딩시키는 낮은 재생 품질을 가진 수신기가 제공된다. 이것은 본 발명에 따라 메인 데이터 스트림에 적어도 유효 신호 소스의 이해할 수 있는 재생을 위해 필요한 정도의 유효 신호 소스의 정보가 제공되기 때문에 가능하다. 예컨대 메인 데이터 스트림(HD)에는 재생 품질이 AM-채널들에서 중파, 장파 및 단파에서의 기존 재생 품질과 구별되지 않는 정도, 즉 수용할 수 있는 음성 이해도이지만 음악 전송시 품질 손실을 갖는 정도의 유효 신호 소스 정보가 제공된다.
도 3에 따른 실시예에서, 송신측에서는 도 1에 따른 실시예에서와 동일한 신호 처리가 이루어지지만, 수신측에서는 더 높은 재생 품질, 예컨대 CD-품질을 가진 수신기(7)가 제공되고, 상기 수신기는 메인 데이터 스트림(HD)과 관련 2차 데이터 스트림(ZD)을 복조 장치(8) 및 디코딩 장치(9)를 이용하여 복조하여 디코딩한다. 수신 오디오 신호의 품질 향상을 달성하기 위해, 결합 장치에서 메인 데이터 스트림(HD)과 관련 2차 데이터 스트림(ZD)이 상호 결합된다. 도 3에 따른 실시예에서, 소스 디코딩 장치(9)는 동시에 결합 장치로서 작용한다. 상호 관련된 메인 데이터 스트림과 2차 데이터 스트림의 올바른 결합을 위해, 동일한 유효 신호 소스(프로그램 소스)에 제공된 2차 데이터 스트림(ZD)(확대층)이 존재하는지의 여부와 어느 주파수, 즉 어느 채널에 존재하는지를 나타내는 시그널링이 송신측에서 메인 데이터 스트림(HD)(기본층)에 삽입된다. 2차 데이터 스트림(ZD)이 어떤 정보를 포함하는지, 그리고 경우에 따라 메인 데이터 스트림(HD)이 어떻게 적어도 하나의 관련 2차 데이터 스트림(ZD)과 관련되는지를 나타내는 추가 정보가 특히 2차 데이터 스트림(ZD)에 삽입된다. 상기 시그널링 및/또는 추가 정보의 평가를 위해, 바람직하게 복조 장치에 할당된 평가 장치(10)가 제공된다. 상기 평가 장치(10)는 평가된 신호에 상응하게 결합 장치 또는 소스 디코더(9)를 제어하므로, 관련 메인 데이터 스트림과 2차 데이터 스트림의 결합이 상호 동시에 이루어진다.
물론 높은 재생 품질을 가진 수신기에서는 선택적으로 메인 데이터 스트림(HD)만이 복조되어 디코딩될 수 있으므로, 기본 수신기와 같이 동작될 수 있다.
하기에는 유효 신호 소스의 오디오 데이터의 분리에 대한 실시예 및 메인 데이터 스트림(기본층)과 2차 데이터 스트림(확대층)의 가능한 조합에 대한 실시예가 제공된다. 도 2에 따라, 예컨대 채널(K1)에는 메인 데이터 스트림 내의 낮은 비트율을 가진 프로그램 소스(유효 신호 소스)의 완전한 모노 오디오-신호가 포함될 수 있고, 채널(K2)에는 상황에 따라 더 높은 비트율을 가진 스테레오 프로그램을 위해 추가로(부가로) 필요한 모든 데이터를 포함하는 2차 데이터 스트림(ZD)이 포함될 수 있다. 2 개의 데이터 스트림으로 분리되는 것은 원칙적으로 MPEG(4)의 스케일러빌리티(scalability)에 의해 구현될 수 있다. 제 1 세대 수신기 및 간단한 바람직한 수신기는 하나의 채널을 복조하고, 하나의 모노 신호를 디코딩한다. 높은 재생 품질을 가진 수신기는 제공된 2 개의 채널(K1 및 K2)을 복조하고, 하나의 스테레오 신호를 디코딩할 수 있다. 따라서 이것은 하나의 채널의 사용을 2 개의 채널의 사용으로 전환하는 바람직한 전환 시나리오이다. DRM의 도입시 기본층만을 디코딩하는 수신기가 개발될 수 있다. 이러한 수신기는 확대층을 포함하는 제 2 채널이 나중에 스타트한 이후에도 기본층을 수신할 수 있다. 스테레오 재생과 더불어, 메인 데이터 스트림이 적어도 하나의 2차 데이터 스트림과 결합됨으로써, 품질의 향상이 하기의 방법으로 이루어질 수 있다 : 2차 데이터 스트림은 코딩 아티팩트를 축소하고, 2차 데이터 스트림은 오디오 대역폭을 확대한다.
물론 스테레오 재생을 추가하여도 이러한 품질 향상 조치의 임의의 조합이 실행될 수 있다.
모노-/스테레오 코딩시 기본층과 확대층 사이의 분리에 대한 실시예가 하기와 같이 제공된다:
스테레오 신호를 코딩하기 위해, MPEG(4) 스탠다드에 서로 다른 방법이 제공된다. 이 경우 하기의 방법(2 및 3)은 본 발명에 따른 방법에 적합하다.
1. 우측(R) 및 좌측(L) 채널의 코딩.
2. MS 스테레오 코딩 : 양자화되기 이전에 합 신호(mid) 및 차 신호(side)가 원 신호로부터 형성된다. 이것은 도 3에 도시된다. 상기 mid 신호는 기본층에 전송되고, 상기 side 신호는 확대층에 전송된다.
3. 인텐서티(Intensity) 스테레오 : 우측 및 좌측 채널이 상호 분리되지 않고 전송된다. 하나의 메인 채널(기본층) 및 관련 방향 신호(확대층)만이 전송되고, 상기 신호들로 하나의 스테레오 신호가 형성된다.
가변 비트율을 달성하기 위한 메인 데이터 스트림과 2차 데이터 스트림(들)의 분리 및 조합에 대한 실시예가 도 5에 도시된다. 제 1 채널, 예컨대 채널(K1) 에 비트율(x)을 가진 코딩된 신호가 전송된다. 더 높은 비트율을 달성하기 위해 제 2 채널, 예컨대 채널(K2)에 필요한 모든 정보가 전송된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 확대층에 있는 추가 비트율과 함께, 스테레오 신호와의 조합도 가능한 것이 도시된다. 또한, 서로 다른 코더 타입, 즉 기본층용 CELP-코더 및 확대층용 AAC(Advanced Audio Coding)-코더에 대한 실시예가 도 5에서 구현된다.
하기의 다른 분리가 추가로 가능하다:
- 기본층은 서로 다른 프로그램 소스의 2 개의 오디오 데이터 스트림을 포함한다. 오디오 프로그램의 유효 데이터를 향상시키기 위해, 확대층은 데이터 스트림을 포함한다.
- 서로 다른 채널 내에 있는 2개 또는 다수의 서로 다른 기본층이 각각 하나의 오디오 데이터 스트림을 포함한다. 하나의 채널의 확대층에 2개 또는 다수의 오디오 데이터 스트림의 추가 유효 데이터가 포함된다.
디지털 변조를 위해 예컨대 QAM-,MPSK- 또는 APSK-방법과 같은 이미 제안된 다수의 방법이 적합하다.

Claims (8)

  1. 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널들을 통해 전송하기 위해, 적어도 하나의 유효 신호 소스의 소스 코딩된 오디오 데이터를 송신측에서 처리하는 방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 유효 신호 소스(1)의 소스 코딩된 상기 오디오 데이터가 메인 데이터 스트림(HD)과 적어도 하나의 2차 데이터 스트림(ZD)으로 분리되고, 상기 메인 데이터 스트림(HD)에는 보다 낮은 비트 레이트의 적어도 하나의 상기 유효 신호 소스(1)의 용이한 재생에 요구되는 만큼의 정보가 제공되고, 상기 2차 데이터 스트림(ZD)에는 품질 향상을 위한 정보가 제공되며,
    - 상기 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림(HD, ZD)이 변조되어, 상기 미리 주어진 채널 간격의 서로 다른 각각의 채널(K1, K2)들에 제공되는 것을 특징으로 하는, 오디오 데이터 처리 방법.
  2. 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널들을 통해 전송하기 위해, 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림(HD, ZD)에 제공된 오디오 데이터의 수신측 처리 방법으로서,
    적어도 하나의 유효 신호 소스(1)로부터 상호 관련된 상기 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림(HD, ZD)이 나오고, 상기 상호 관련된 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림은 상기 미리 주어진 채널 간격의 각각 서로 다른 채널(K1,K2)들에 제공되는, 상기 오디오 데이터의 수신측 처리 방법에 있어서,
    - 더 낮은 재생 품질을 가진 수신기(4)에서는 상기 메인 데이터 스트림(HD) 만이 복조되어 디코딩되는 단계,
    - 더 높은 재생 품질을 가진 수신기(7)에서는 선택적으로 상기 메인 데이터 스트림(HD)만 복조되어 디코딩되거나, 또는 상기 메인 데이터 스트림(HD) 및 적어도 하나의 관련 2차 데이터 스트림(ZD)이 복조되어 디코딩되고, 복조되어 디코딩된 상호 관련된 데이터 스트림들은 적어도 하나의 상기 유효 데이터 소스(1)의 재생 품질이 향상되도록 상호 결합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오디오 데이터 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 동일한 유효 신호 소스(1)에 제공된 2차 데이터 스트림(ZD)이 존재하는지 여부 및 어느 채널에 존재하는지를 나타내는 시그널링이 송신측에서 상기 메인 데이터 스트림(HD)에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 오디오 데이터 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2차 데이터 스트림(ZD)이 어떤 정보를 포함하는지, 그리고 경우에 따라서는 어떻게 상기 메인 데이터 스트림(HD)이 적어도 하나의 상기 관련 2차 데이터 스트림(ZD)과 수신측에서 관련되는지를 나타내는 추가 정보가 상기 2차 데이터 스트림(ZD)에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 오디오 데이터 처리 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 관련 메인 데이터 스트림(HD)과 2차 데이터 스트림(ZD)의 상기 결합은 하기의 기준들, 즉,
    - 코딩 아티팩트의 감소,
    - 오디오 데이터의 재생을 위한 대역폭의 확대,
    - 스테레오 신호의 발생 중 적어도 하나에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는, 오디오 데이터 처리 방법.
  6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유효 신호 소스(1)의 소스 코딩된 오디오 데이터를 상기 메인 데이터 스트림 및 적어도 하나의상기 2차 데이터 스트림(HD, ZD)으로 분리하기 위해, MPEG(4) 데이터 스트림의 스케일러빌리티(scalability)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 오디오 데이터 처리 방법.
  7. 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널들을 통해 전송하기 위해, 적어도 하나의 유효 신호 소스(1)의 소스 코딩된 오디오 데이터를 처리하기 위한 송신기에 있어서,
    - 상기 유효 신호 소스(1)의 오디오 데이터를 메인 데이터 스트림(HD)과 적어도 하나의 관련 2차 데이터 스트림(ZD)으로 분리하기 위한 분리 장치(2), 및
    - 상기 메인 데이터 스트림과 상기 2차 데이터 스트림의 변조를 위한 변조 장치(3)를 포함하고, 상기 변조 장치(3)는 상호 관련된 상기 메인 데이터 스트림과 2차 데이터 스트림이 미리 주어진 채널 간격의 서로 다른 각각의 채널들로 전송될 수 있도록 상기 변조 장치(3)에 반송파 신호가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 송신기.
  8. 미리 주어진 채널 간격의 AM-채널을 통해 전송하기 위해, 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림에 제공된 소스 코딩된 오디오 데이터를 수신측에서 처리하기 위한 수신기에 있어서,
    - 적어도 메인 데이터 스트림(HD)용 복조 장치(5, 8) 및 디코딩 장치(6, 9),
    - 시그널링 및 경우에 따라서는 추가 정보를 위한 평가장치로서, 상기 시그널링은 상기 메인 데이터 스트림(HD)에 관련된 2차 데이터 스트림(ZD)이 어느 채널에 제공되는가를 나타내고, 상기 경우에 따라 제공되는 추가 정보는 상기 2차 데이터 스트림(ZD)이 어떤 정보를 포함하는지, 그리고 상기 메인 데이터 스트림(HD)과 적어도 하나의 상기 2차 데이터 스트림(ZD)이 수신측에서 어떻게 관련되는가를 나타내는, 상기 평가 장치 및
    - 상기 평가 장치(10)에 의해 제어될 수 있는, 상호 관련된 메인 데이터 스트림 및 2차 데이터 스트림용 결합 장치(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수신기.
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