KR100853113B1 - 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를분류하는 방법 및 장치 - Google Patents

디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를분류하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 에러 검출을 갖는 프레임 디코딩의 출력과 상기 에러 검출을 갖지 않는 프레임 디코딩의 출력 사이의 에너지 차를 계산함으로써 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법에 관한 것이다. 상기 프레임들은 ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive)에 따라 인코딩된다. 상기 방법은 BFI(Bad Frame Indication) 기능의 인에이블 상태로 ACELP 디코더에서 프레임을 제 1 디코딩하는 단계(106)와, 상기 BFI 기능의 디스에이블 상태로 상기 ACELP 디코더에서 상기 프레임을 제 2 디코딩하는 단계(112)와, 상기 제 1 디코딩 출력과 상기 제 2 디코딩 출력 사이의 에너지 차를 계산하는 단계(116)를 포함한다. 상기 계산된 에너지 차는 상기 중요도의 기준이다.
프레임의 중요도, 에러 검출, ACELP 디코더, 에너지 차, BFI 기능

Description

디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법 및 장치{Method and apparatus for classifying importance of encoded frames in a digital communications system}
본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 엔드 투 엔드 암호화(end-to-end encryption)를 갖는 통신 시스템들에서 인코딩된 프레임들의 중요도(impotance)를 분류하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
ETSI(European Telecommunications Standards Institute)에 의해 규정된 바에 따라, 예를 들어 TETRA(TErrestrial Trunked RAdio) 시스템들과 같은 엔드 투 엔드 암호화를 갖는 무선 통신 시스템들에 대해, 송신 단말 내 암호화 모듈과 수신 단말 내 복호화 모듈을 동기화하는 동기화 정보는 오디오 데이터 스트림 내에 임베딩된다. 특히 암호화된 오디오 데이터 스트림의 거의 초기에서 반복되는 동기화 정보는, 암호화된 음성 데이터가 들어오기 시작할 때 복호화 모듈이 동기화되는 것을 보장하기 위해 음성 정보를 대체한다. 그 동기화 정보는 이른바 늦은 엔트리(late entry)를 허용하기 위한 것으로 반복적으로 배치되고, 동기화 정보를 배치하는 사이의 시간 기간이 무작위화된다. 늦은 엔트리는 2개의 보안 시스템들이 통신할 때 발생하고, 상기 2개의 시스템들은 암호 알고리즘에서 정확하게 동일한 벡터 상태에 존재할 필요가 있다. 그러므로, 대부분의 보안 시스템들은 상기 벡터를 제 1 데이터로 전송한다. 그러나, 수신부가 이 벡터를 놓치는 경우(수신 모바일 스테이션이 스위치 오프될 수 있다), 메시지의 나머지 부분을 복호화할 수 없을 것이다. 그래서, 이러한 문제를 극복하기 위해 추가적인 동기화가 요구된다. 그러므로, 암호 벡터는 데이터로 인터리빙되는 작은 부분들로 전송된다. 이것은 모바일 스테이션이 이 제 1 부분을 잃었을 때조차 암호 동기화를 다시 할 수 있게 한다. 이러한 추가적인 동기화는 이른바 프레임 스틸링(frame stealing)으로 구현된다. 상기 프레임 스틸링은 동기화 정보가 오디오 프레임들의 일부를 대체하는 것과 같은 방식으로 구현된다. 동기화 정보로 대체된 오디오 데이터는 폐기된다.
상기 프레임 스틸링 테크닉이 송신 단말 내 암호화 모듈과 수신 단말 내 복호화 모듈을 동기화하는 것을 허용할지라도, 이러한 프로세스는 몇 가지 심각한 결함들을 갖는다.
TETRA 통신 시스템에 있어서, 프레임이 동기화를 위해 스틸링되어 사용되는 경우, ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive) 디코더는 BFI(Bad Frame Indication) 알고리즘을 사용하여 잃어버린 프레임을 재구성하려 시도한다. BFI 알고리즘은 ACELP 표준의 일부이다. 그러나, 재구성의 결과들은 상당히 자주 이상적이지 않으며, 모바일 스테이션의 스피커 내 오디오 신호의 품질은 불량하다.
본 발명의 제 1 특징에 따라, 에러 검출을 갖는 프레임의 제 1 디코딩의 출력과 상기 에러 검출을 갖지 않는 상기 프레임의 제 2 디코딩의 출력 사이의 에너지 차를 계산함으로써 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법이 제공된다.
상기 프레임들은 ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive)에 따라 인코딩되는 것이 바람직하며, 상기 방법은,
a) BFI(Bad Frame Indication) 기능의 인에이블 상태로 ACELP 디코더에서 프레임을 제 1 디코딩하는 단계와,
b) 상기 BFI 기능의 디스에이블 상태로 상기 ACELP 디코더에서 상기 프레임을 제 2 디코딩하는 단계와,
c) 상기 제 1 디코딩 출력과 상기 제 2 디코딩 출력 사이의 에너지 차를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 계산된 에너지 차는 상기 중요도의 기준이다. 상기 제 1 디코딩 출력 및 상기 제 2 디코딩의 출력은 펄스 코드 변조 신호들이다.
동일한 조건들에서 2개의 디코딩 단계들을 수행하는 것을 허용하기 위해, ACELP 디코더의 상태는 상기 제 1 디코딩 단계 이전에 저장되고, 상기 제 2 디코딩 단계 이전에 저장된 상태로 리셋된다. 또한 상기 에너지 차들의 상기 계산을 위해 상기 제 1 디코딩 출력 및 상기 제 2 디코딩의 출력이 저장된다.
일 실시예에 있어서, 단계들 a) 내지 c)은 데이터 스트림 내 각각의 ACELP 인코딩된 프레임 상에서 수행된다.
상기 계산 단계에서 기본적 에너지 추정(basic energy estimate)이 이용되는 것이 바람직하다. 대안적으로, VAD(Voice Activity Detect) 방법이 구현될 수 있다.
본 발명의 제 2 특징에 따라, 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 디코딩 수단 및 에러 검출 수단을 포함하며, 상기 디코딩 수단은 상기 에러 검출 수단의 활성 상태로 프레임을 디코딩하고 상기 에러 검출 수단의 비활성 상태로 상기 프레임을 디코딩한다. 상기 장치는 상기 에러 검출 수단의 활성 상태로 프레임의 디코딩 출력과 상기 에러 검출 수단의 비활성 상태로 상기 프레임의 디코딩의 출력 사이의 에너지 차를 계산하는 프로세서를 포함한다.
상기 디코딩 수단은 ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive) 디코더이며, 상기 에러 검출 수단은 BFI(Bad Frame Indication) 기능부다. 상기 장치는, 상기 에러 검출 수단의 활성 상태의 상기 제 1 디코딩 단계 이전에 ACELP 디코더의 상태를 저장하고, 에러 검출 수단의 비활성 상태의 상기 제 2 디코딩 단계 이전에 저장된 상태로 상기 ACELP 디코더를 리셋하기 위해 메모리를 포함한다. 상기 메모리는 또한 상기 에러 검출의 활성 상태로 상기 디코딩의 출력과 상기 에러 검출의 비활성 상태로 상기 디코딩의 출력을 저장한다. 상기 에너지 차의 계산을 위해 상기 출력들이 필요하다.
상기 프로세서는 기본적 에너지 추정 또는 대안적으로 VAD(Voice Activity Detect) 방법을 이용하여 상기 에너지 차를 계산하도록 구성된다.
본 발명은,
심각한 오디오 저하 없는 빠른 동기화와,
모바일 스테이션의 스피커에서의 오디오의 품질 향상에 유리하다.
본 발명은 첨부된 도면들과 관련하여 다음의 상세한 기술들로부터 보다 자세히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법을 구현한 장치를 도시한 도면.
도 1 및 도 2를 참조로 하면, 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법의 일 실시예가 도시된다. 이러한 실시예에 있어서, ACELP(Algerbraic Code Excited Linear Predictive)에 따라 인코딩된 형태의 프레임들의 무선 신호는 ACELP 디코더(202)에 의해 수신된다(102). 이 후, 제 1 프레임은 에러 검출 수단(204)의 활성 상태로 상기 ACELP 디코더(202)에서 제 1 디코딩된다(106). 상기 제 1 디코딩 단계(106) 이전에, ACELP 디코더(202)의 상태는 장치(200)의 메모리(208) 내에 저장된다(104). 용어 "ACELP 디코더의 상태(state of the ACELP decoder)"는 특정한 시간에서 ACELP 디코더의 파라미터들의 세트를 언급한다. 일 실시예에 있어서, 상기 에러 검출 수단(204)은 BFI(Bad Frame Indication) 기능부이다. 다음 단계에서, ACELP 디코더의 상태는 상기 메모리(208) 내에 저장된 상태로 복구된다(110). 다음으로, 상기 ACELP 디코더(202)에서 상기 프레임의 제 2 디코딩(112)이 상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태로 수행된다. 상기 제 1 디코딩(106)의 출력 및 상기 제 2 디코딩(112)의 출력은 상기 메모리(208) 내에 저장된다(108, 114). ACELP 디코더(202)의 출력은 펄스 코드 변조 신호이다. 메모리(208) 내에 저장된 상기 출력들은 상기 제 1(106) 디코딩 출력과 상기 제 2(112) 디코딩 출력 사이의 에너지 차를 계산하도록 사용된다(116). 에너지 차는 상기 중요도의 기준이다.
상기 계산 단계(116)에 있어서, 기본적 에너지 추정이 이용된다. 기본적 에너지 추정은 들어오는 신호의 RMS(Root Mean Square) 전력을 추정하는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현된 계산 기능이다. 대안적으로, 계산 단계(116)에서, VAD(Voice Activity Detect) 방법이 사용된다. VAD 방법은 예로써 GSM(Global System for Mobile communications) 또는 TETRA에서 잘 알려져 있고, 음성 데이터 비트들의 존재 또는 부재를 식별하도록 사용되는 프로세스이다.
동작에 있어서, 상기 기술된 바와 같이 계산된 에너지 차에 기초하여 프레임들의 중요도를 분류하는 방법이 데이터 스트림 내 각각의 ACELP 인코딩된 프레임에 대해 수행된다.
실제 구현에 있어서, 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법은 프레임 스틸링을 통한 프레임 동기화 프로세스가 구현되는 디지털 통신 시스템에서 사용된다. 스틸될 프레임이 그것의 중요도에 기초하여 선택될 때(즉, 스틸될 프레임이 다른 프레임들의 중요도와 비교하여 낮은 중요도를 가질 때), 프레임 스틸링의 오디오 품질에 대한 부정적인 영향이 최소화된다.
도 2를 참조로 하면, 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 장치(200)가 도시되어 있다. 장치(200)는 디코딩 수단(202) 및 에러 검출 수단(204)을 포함한다.
일 실시예에 있어서, TETRA 시스템에 특별히 적용 가능한 상기 디코딩 수단(202)은 ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive) 디코더이며, 상기 에러 검출 수단(204)은 BFI(Bad Frame Indication) 기능부이다.
상기 디코딩 수단(202)은 상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태로 프레임을 디코딩하고 상기 에러 검출 수단(204)의 비활성 상태로 상기 프레임을 디코딩한다. 상기 장치(200)는 상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태로 상기 프레임의 제 1 디코딩(106) 출력과 상기 에러 검출 수단(204)의 비활성 상태로 상기 프레임의 제 2 디코딩(112)의 출력 사이의 에너지 차를 계산하는 프로세서(206)를 더 포함한다. 상기 에너지 차는 상기 중요도의 기준이다.
상기 장치(200)는 상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태의 상기 제 1 디코딩 단계(106) 이전에 디코딩 수단(202)의 상태를 저장하기 위한 메모리(208)를 포함한다. 상기 저장된 상태는 상기 에러 검출 수단(204)의 비활성 상태의 상기 제 2 디코딩 단계(112) 이전에 저장된 상태로 상기 디코딩 수단(202)을 리셋하는데 사용된다.
일 실시예에 있어서, 메모리(208)의 용량이 충분히 클 때, 그 메모리는 ACELP 디코더(202)의 상태와 ACELP 디코더(202)의 출력들 모두를 저장하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 2개 메모리 모듈들이 사용될 수 있으며, 제 1 메모리 모 듈은 상기 상태를 저장하도록 사용되고 제 2 메모리 모듈은 상기 ACELP 디코더의 출력들을 저장하도록 사용된다.
메모리(208)는 RAM(Random Access Memory)이다.
일 실시예에 있어서, 상기 프로세서(206)는 기본적 에너지 추정을 사용하여 에너지 차를 계산한다. 대안적인 실시예에 있어서, 상기 프로세서(206)는 VAD(Voice Activity Detect) 방법을 사용하여 에너지 차를 계산한다.
또 다른 실시예에 있어서, 기본적 에너지 추정 또는 VAD 방법은 특정한 집적 회로의 형태로 하드웨어로 구현될 수 있다.
상기 메모리(208)는 상기 에러 검출의 활성 상태로 수행되는 상기 제 1 디코딩(106)의 출력과 상기 에러 검출의 비활성 상태로 수행되는 상기 제 2 디코딩(112)의 출력을 저장한다. 그 후에, 저장된 출력들은 상기 에너지 차의 계산(116) 프로세스에서 사용된다. 상기 에너지 차를 계산한 후에, 상기 프로세서(206)는 특정 프레임들을 플래깅(flagging)함으로써 그것들의 중요도를 표시한다. 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류할 목적으로, ACELP 디코더가 사용된다. ACELP 디코더는 원격 디코더에서 발생할 것을 정확하게 시뮬레이트하기 위해 사용된다. 그것이 원격 디코더에 대해 발생할 추정이 아닌 원격 디코더의 정확한 시뮬레이션이기 때문에, 분류의 획득된 결과들은 다른 방법들보다 더 양호하다. ACELP 디코더는 또한 프레임들의 중요도를 분류하도록 사용되지만, 플래그들이 인코딩된 데이터 스트림의 각각의 프레임들에 프로세서(206)에 의해 추가된다. 추가로, 송신 경로에 있어서, 낮은 중요도를 표시하는 플래그를 갖는 프레임은 인코딩된 프레임들의 스트림으로부터 스틸되고 동기화 정보로 대체된다.
본 발명이 통신 시스템의 요소들의 송신 경로에 적용가능하기 때문에, 통신 시스템의 기반 구조와 모바일 스테이션 모두에서 구현될 수 있다.

Claims (10)

  1. 에러 검출의 활성 상태로 수행되는 프레임의 제 1 디코딩(106)의 출력과 상기 에러 검출의 비활성 상태로 수행되는 상기 프레임의 제 2 디코딩(112)의 출력 사이의 에너지 차를 계산(116)함으로써, 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임들은 ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive)에 따라 인코딩되며, 상기 방법은:
    a) BFI(Bad Frame Indication) 기능의 인에이블 상태로 ACELP 디코더에서 프레임을 제 1 디코딩하는 단계(106);
    b) 상기 BFI 기능의 디스에이블 상태로 상기 ACELP 디코더에서 상기 프레임을 제 2 디코딩하는 단계(112);
    c) 상기 제 1(106) 디코딩 출력과 상기 제 2 디코딩(112) 출력 사이의 에너지 차를 계산하는 단계(116)로서, 상기 에너지 차는 상기 중요도의 기준인, 상기 계산 단계(116)를 포함하는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 ACELP 디코더의 상태는 상기 제 1 디코딩 단계(106) 이전에 저장(104)되며, 상기 제 2 디코딩 단계(112) 이전에 저장된 상태로 리셋(110)되는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 계산 단계(116)에서 VAD(Voice Activity Detect) 방법이 이용되는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 계산 단계(116)에서 기본적 에너지 추정(basic energy estimate)이 이용되는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 방법.
  6. 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를 분류하는 장치(200)에 있어서,
    디코딩 수단(202) 및 에러 검출 수단(204)을 포함하고, 상기 디코딩 수단(202)은 상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태로 프레임을 디코딩하고, 상기 에러 검출 수단(204)의 비활성 상태로 상기 프레임을 디코딩하며,
    상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태로 상기 프레임 디코딩의 출력과 상기 에러 검출 수단(204)의 비활성 상태로 상기 프레임 디코딩 출력 사이의 에너지 차를 계산하는 프로세서(206)로서, 상기 에너지 차는 상기 중요도의 기준인, 상기 프로세서(206)를 더 포함하는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 장치(200).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 디코딩 수단(202)은 ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive) 디코더이며, 상기 에러 검출 수단(204)은 BFI(Bad Frame Indication) 기능부인, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 장치(200).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 에러 검출 수단(204)의 활성 상태의 상기 제 1 디코딩 단계(106) 이전에 상기 디코딩 수단(202)의 상태를 저장하고, 상기 에러 검출 수단(204)의 비활성 상태의 상기 제 2 디코딩 단계(112) 이전에 저장된 상태로 상기 디코딩 수단(202)을 리셋하기 위해 메모리(208)를 더 포함하는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 장치(200).
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서(206)는 VAD(Voice Activity Detect) 방법을 이용하여 상기 에너지 차를 계산하는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 장치(200).
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서(206)는 기본적 에너지 추정을 이용하여 상기 에너지 차를 계산하는, 인코딩된 프레임들의 중요도 분류 장치(200).
KR1020067019038A 2004-03-16 2005-03-10 디지털 통신 시스템에서 인코딩된 프레임들의 중요도를분류하는 방법 및 장치 KR100853113B1 (ko)

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