KR20000016318A - 가변 비트레이트 음성 전송 시스템 - Google Patents

가변 비트레이트 음성 전송 시스템

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KR20000016318A
KR20000016318A KR1019980709891A KR19980709891A KR20000016318A KR 20000016318 A KR20000016318 A KR 20000016318A KR 1019980709891 A KR1019980709891 A KR 1019980709891A KR 19980709891 A KR19980709891 A KR 19980709891A KR 20000016318 A KR20000016318 A KR 20000016318A
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요트.게.아. 롤페즈
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

가변 비트레이트 음성 인코더(4)에서, 프레임 수단(20)에 의해 입력 음성 신호로부터 음성 샘플의 프레임을 얻는다. 상기 음성 샘플의 프레임으로부터, LPC 패러미터와 같은, LPC 분석 패러미터는, 분석 수단(22)에 의해 결정되고, 코드북 인덱스 및 코드북 이득에 의해 표현되는 여기 신호는, 음성 수단(36)에 의해 결정된다. 상기 LPC 계수 및 여기 패러미터는 프레임으로 수신기(12)로 전달된다. 비트레이트 설정(R)에 따라 상기 음성 인코더의 비트레이트를 변화시키기 위해, 상기 음성 인코더(4)가 LPC 계수를 전달하는 전송된 프레임의 일부를 결정하는 제어 수단(30)에 제공되고, 상기 일부는 0.5 내지 1이다. 상기 나머지 프레임의 LPC 계수는 상기 수신기(12)의 보간기(85)에 의한 보간에 의해 결정된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 주변 값으로부터 보간한 값으로부터 구별해 낸 상기 LPC 계수가 상기 수신기(12)에 전달된다.

Description

가변 비트레이트 음성 전송 시스템
상기 기술된 전송 시스템에 대해서는 미국 특허 제 4,379,949 호에 공지되어 있다.
상기 전송 시스템은, 음성 신호가, 제한된 전송 용량으로 전송 매체를 통해 전송되거나, 제한된 기억 용량으로 기억 매체 상에 기억되는 응용에 사용된다. 상기 응용의 예로는, 인터넷을 통한 음성 신호의 전송과, 이동 전화로부터 기지국으로 또는 그 역의 음성 신호 전송과, CD-ROM, 고체 메모리, 또는 하드 디스크 드라이브에의 음성 신호 기억 등을 들 수 있다.
음성 인코더에서, 상기 음성 신호는 음성 샘플의 블록(프레임으로도 알려짐)에 대한 다수의 분석 계수를 결정하는 분석 수단에 의해 분석된다. 상기 분석 계수의 그룹은 상기 음성 신호의 단시간 스펙트럼을 설명한다. 분석 계수의 다른 실시예는 음성 신호의 피치(pitch)를 나타내는 계수이다. 상기 분석 계수는 전송 매체를 통해 수신기로 전송되는데, 상기 분석 계수는 합성 필터에 대한 계수로 사용된다.
상기 분석 패러미터와 더불어, 상기 음성 인코더는, 음성 샘플의 프레임 당 여기 시퀀스(excitation sequence)의 수(예를 들어, 4)를 결정한다. 상기 여기 시퀀스에 대한 시간 간격을 서브프레임이라 한다. 상기 음성 인코더는, 상기 언급한 분석 계수를 사용하여, 상기 합성 필터가 상기 여기 시퀀스로 여기될 때, 최상의 음성 품질을 갖는 여기 신호를 찾도록 배열된다. 상기 여기 시퀀스의 표시는 상기 전송 채널을 통해 상기 수신기로 전송된다. 상기 수신기에서, 상기 여기 시퀀스는 상기 수신된 신호로부터 복구되어, 상기 합성 필터의 입력에 인가된다. 상기 합성 필터의 출력에서 합성 음성 신호를 얻을 수 있다.
일정 품질을 갖는 음성 신호에 필요한 비트레이트는 그 음성 내용에 의존한다. 상기 분석 계수가 연장된 시간 주기동안 실질적으로 일정한 경우, 그를 전송하기에 필요한 비트레이트는 감소할 수 있다. 이러한 가능성을 상기 언급한 미국 특허에 따른 전송 시스템에서 사용한다. 상기 특허는, 분석 계수가 매 프레임마다 전송되지 않는 음성 인코더를 구비한 전송 시스템을 개시한다. 상기 분석 계수는 단지, 프레임 내의 실제 분석 계수 중 적어도 하나와, 주변 프레임들로부터 상기 분석 계수의 보간(interpolation)에 의해 얻은 대응 분석 계수 사이의 차이가 소정의 임계값을 초과할 때만 전송된다. 이로 인해 상기 음성 신호의 전송에 필요한 비트레이트가 감소하게 된다. 상기 공지된 전송 시스템에서, 상기 비트레이트는 상기 임계값을 증가시키거나 감소시켜 2진값으로 설정할 수 있고, 따라서, 상기 비트레이트를 감소시키거나 증가시킨다. 그러나, 평균 비트레이트는 여전히 상기 음성 내용에 심하게 의존한다.
본 발명은 음성 인코더를 구비한 전송기를 포함하는 전송 시스템에 관련된 것으로서, 상기 음성 인코더는 입력 음성 신호로부터 분석 계수(analysis coefficient)를 결정하기 위한 분석 수단을 포함하고, 상기 전송기는 상기 음성 신호를 나타내는 데이터 프레임을 전송 매체를 통해 수신기로 전송하며, 상기 프레임은 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하고, 상기 수신기는 상기 음성 신호를 나타내는 상기 프레임 데이터로부터 재구성된 음성 신호를 유도하는 음성 디코더를 포함한다.
본 발명은 또한 전송기와, 음성 인코더와, 음성 코딩 방법에 관련된다.
도 1은 본 발명이 사용될 수 있는 전송 시스템.
도 2는 본 발명에 따른 음성 인코더(4)의 실시예.
도 3은 도 2에 따른 음성 인코더(4)의 제 1 실시예.
도 4는 도 2에 따른 비트레이트 제어기(30)의 제 2 실시예.
도 5는 도 1의 음성 디코더(18)의 실시예.
본 발명의 목적은, 비트레이트를 임의의 값으로 설정할 수 있고, 실질적으로 음성 내용에 의존하지 않는, 상기 서두에 따른 전송 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 전송 시스템은, 상기 음성 인코더가, 비트레이트 설정(bitrate setting)에 따라, 상기 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 상기 프레임의 일부분(fraction)을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
비트레이트 설정을 특정하고, 상기 비트레이트 설정에 따라 상기 분석 계수에 관한 정보를 전달하는 프레임의 능동 부분을 제어하여, 상기 음성 내용과는 실질적으로 독립적인 평균 비트레이트를 얻을 수 있다. 이는 상기 비트레이트 설정을 변화시킴으로써 실행시간(run-time)동안 상기 평균 비트레이트를 변화시킬 수 있다.
상기 능동 부분은 다른 방법으로 제어할 수 있다. 첫 번째 방법은, 각 프레임에 대해 단계(N)별로 증가되는 모듈로-M 카운터를 사용하는 것이다. 상기 카운터가 오버플로우할 때, 상기 분석 계수를 상기 프레임에 포함시킨다. 따라서, 분석 계수를 전달하는 상기 프레임의 부분이 N/M이 된다.
본 발명의 실시예는, 상기 제어 수단이 실제 비트레이트 값과 상기 비트레이트 설정 값을 비교하는 비교 수단을 포함하여, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 작으면, 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 상기 프레임의 능동 부분(actual fraction)을 증가시키고, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 크면, 상기 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 상기 프레임의 능동 부분을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기 실시예에 따르면, 상기 코딩된 음성 신호의 평균 비트레이트가 상기 비트레이트 설정과 항상 실질적으로 동일하게 된다.
본 발명의 다른 실시예는, 상기 제어 수단이, 임계값을 초과하는 주변 프레임에서 전송된 분석 계수로부터 보간된 값과의 차이 값을 갖는 분석 계수를 나타내어, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 작으면, 상기 임계값을 감소시키고, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 크면, 상기 임계값을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 실시예에서, 상기 보간된 값과 가장 상이한 분석 패러미터가 전송된다. 상기 능동 비트레이트가 상기 비트레이트 설정보다 크면 상기 임계값을 증가시키고, 상기 능동 비트레이트가 상기 비트레이트 설정보다 작으면 상기 임계값을 감소시킴으로써, 상기 평균 비트레이트는 상기 비트레이트 설정과 실질적으로 동일해진다.
본 발명의 또다른 실시예는, 상기 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 프레임의 부분이, 0.5보다 크거나 같고 1보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다.
실험에 따르면, 0.5와 1 사이의 기준 부분은, 코딩 품질의 실질적인 손실이 없기에 충분한 제어 범위이다.
본 발명의 또다른 실시예는, 상기 음성 인코더가, 조악한(coarse) 비트레이트 설정에 응답하여, 다수의 프레임 길이 중 하나의 프레임 길이와, 다수의 프레임 당 여기 서브프레임 중 하나의 프레임 당 여기 서브프레임을 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 비트레이트 설정에 따라 다수의 가능한 값 중에서 프레임 길이 및 서브프레임의 수를 선택함으로써, 상기 비트레이트의 범위가 실질적으로 증가한, 일련의 가변 비트레이트를 얻을 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예는, 10ms의 프레임 길이에 대한 다수의 여기 서브프레임은 적어도 4를 포함하고, 15ms의 프레임 길이에 대한 다수의 여기 서브프레임은 적어도 6, 8, 10을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 언급한 패러미터를 사용하면, 일련의 가변 비트레이트를 갖는 음성 인코더는, 13.6kbit/s 내지 21.8kbit/s로 변할 수 있다.
도 1에 따른 전송 시스템에서, 인코딩될 음성 신호가 전송기(2)의 음성 인코더(4)의 입력으로 입력된다. 상기 분석 계수를 나타내는 출력 신호(LPC)를 전달하는, 상기 음성 인코더(4)의 제 1 출력은, 멀티플렉서(6)의 제 1 입력에 접속된다. 출력 신호(F)를 전달하는, 상기 음성 인코더(4)의 제 2 출력은, 멀티플렉서(6)의 제 2 입력에 접속된다. 상기 신호(F)는, 상기 신호(LPC)가 전송되는지 아닌지를 지시하는 플래그를 나타낸다. 신호(EX)를 전달하는, 음성 인코더(4)의 제 3 출력은, 상기 멀티플렉서(6)의 제 3 입력에 접속된다. 상기 신호(EX)는 음성 인코더의 합성 필터용 여기 신호를 나타낸다. 비트레이트 제어 신호(R)는 상기 음성 인코더(4)의 제 2 입력에 인가된다.
상기 멀티플렉서(6)의 출력은 전송 수단(8)의 입력에 접속된다. 상기 전송 수단(8)의 출력은 전송 매체(10)를 통해 수신기(12)의 입력에 접속된다.
상기 수신기(12)에서, 상기 전송 매체(10)의 출력은 수신 수단(14)의 입력에 접속된다. 상기 수신 수단(14)의 출력은 디멀티플렉서(16)의 입력에 접속된다. 신호(LPC)를 전달하는, 상기 디멀티플렉서(16)의 제 1 출력은, 음성 디코딩 수단(18)의 제 1 입력에 접속되고, 신호(EX)를 전달하는, 상기 디멀티플렉서(16)의 제 2 출력은, 상기 음성 디코딩 수단(18)의 제 2 입력에 접속된다. 상기 음성 디코딩 수단(18)의 출력에서, 재구성된 음성 신호를 얻을 수 있다. 상기 디멀티플렉서(16)와 상기 음성 디코딩 수단(18)의 조합이, 본 발명의 개념에 따른 음성 디코더를 구성한다.
본 발명에 따른 전송 시스템의 동작을 CELP 유형의 음성 인코더를 사용한다는 가정 하에서 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
음성 인코더(4)는 음성 신호의 샘플의 프레임으로부터 인코딩된 음성 신호를 유도한다. 상기 음성 인코더는, 음성 신호의 샘플의 프레임으로부터 음성 신호의 단기간 스펙트럼 등을 나타내는 분석 계수를 유도한다. 일반적으로 LPC 계수 또는 그의 변환된 표현이 사용된다. 유용한 표현으로는, LARs(Log Area Ratios), 반사 계수의 아크사인, 또는 LSPs(Line Spectral Pairs)라고도 불리우는 LSFs(Line Spectral Frequencies) 등이 있다. 상기 분석 계수의 표현은 상기 음성 인코더(4)의 제 1 출력에서의 신호(LPC)로 가능하다.
상기 음성 인코더(4)에서, 상기 여기 신호는, 하나 이상의 FCB(fixed codebooks) 및 하나의 ACB(adaptive codebook)의 가중 출력 신호의 합과 같다. 상기 FCB의 출력 신호는 FCB 인덱스로 표시되고, 상기 FCB의 가중 계수는 FCBG(Fixed CodeBook Gain)에 의해 표시된다. 상기 ACB의 출력 신호는 ACB 인덱스로 표시되고, 상기 ACB의 가중 계수는 ACBG(Adaptive CodeBook Gain)에 의해 표시된다.
상기 코드북 인덱스 및 이득은 합성 방법에 의한 분석에 의해 결정되는데, 다시 말해, 상기 코드북 인덱스 및 이득이, 상기 원 음성 신호와, 상기 여기 계수 및 분석 계수에 기초하여 합성된 음성 신호 사이의 차이 측정이 최소값을 갖도록 결정된다. 상기 신호(F)는, 상기 음성 신호 샘플의 현 프레임에 대응하는 분석 패러미터가 전송되는지 아닌지를 표시한다. 상기 계수는 현재의 데이터 프레임이나 앞선 데이터 프레임으로 전송될 수 있다.
상기 멀티플렉서(6)는 헤더를 구비한 데이터 프레임과 상기 음성 신호를 나타내는 데이터를 어셈블링한다. 상기 헤더는, 상기 현재의 데이터 프레임이 불완전한 데이터 프레임인지 아닌지를 나타내는 제 1 지시기(상기 플래그(F))를 포함한다. 상기 헤더는, 상기 현재의 데이터 프레임이 분석 패러미터를 전송하는지 여부를 나타내는 제 2 지시기를 포함할 수도 있다. 상기 프레임은 또한, 다수의 서브프레임에 대한 여기 패러미터를 포함한다. 상기 서브프레임의 수는 상기 음성 인코더(4)의 제어 입력에서의 신호(R)에 의해 선택된 비트레이트에 의존한다. 프레임 당 서브프레임의 수 및 프레임 길이는, 프레임의 헤더에 인코딩될 수도 있지만, 접속 셋업(connection setup)동안 결정될 수도 있다. 상기 멀티플렉서(6)의 출력에서, 상기 음성 신호를 나타내는 완성된 프레임을 얻을 수 있다.
상기 전송 수단(8)에서, 상기 멀티플렉서(6)의 출력의 프레임은 전송 매체(10)를 통해 전송될 수 있는 신호로 변환된다. 상기 전송 수단에서 행해지는 동작은, 에러 코딩과, 인터리빙과, 변조를 포함한다.
상기 수신기(12)는 상기 전송 매체(10)로부터 상기 전송기(2)에 의해 전송되는 신호를 수신한다. 상기 수신 수단(14)은 복조와, 디인터리빙과, 에러 정정 디코딩을 행한다. 상기 디멀티플렉서는, 상기 수신 수단(14)의 출력 신호로부터 신호(LPC, F, EX)를 추출한다. 필요하다면, 상기 디멀티플렉서(16)는 연달아 수신된 두 계수의 셋 사이의 보간을 행한다. 계수(LPC 및 EX)의 완성된 셋은 음성 디코딩 수단(18)에 제공된다. 상기 음성 디코딩 수단(18)의 출력에서, 재구성된 음성 신호를 얻을 수 있다.
도 2에 따른 음성 인코더에서, 상기 입력 신호는 프레임 수단(20)의 입력으로 입력된다. 출력 신호(SK+1)를 전달하는, 상기 프레임 수단(20)의 출력은, 본 실시예에서는 예측 분석기(22)인, 분석 수단의 입력에 접속되고, 지연 소자(28)의 입력에 접속된다. 신호(αK+1)를 전달하는, 상기 선형 예측 분석기(22)의 출력은 양자화기(24)의 입력에 접속된다. 출력 신호(CK+1)를 전달하는, 상기 양자화기(24)의 제 1 출력은, 지연 소자(26)의 입력에 접속되고, 음성 인코더(6)의 제 1 출력에 접속된다. 출력 신호(CK)를 전달하는, 상기 지연 소자(26)의 출력은, 상기 음성 인코더의 제 2 출력에 접속된다.
신호()를 전달하는, 상기 양자화기(24)의 제 2 출력은, 상기 제어 수단(30)의 입력에 접속된다. 비트레이트 설정을 나타내는, 입력 신호(R)는, 상기 제어 수단(30)의 제 2 입력에 인가된다. 출력 신호(F)를 전달하는, 상기 제어 수단(30)의 제 1 출력은, 상기 음성 인코더(4)의 출력에 접속된다.
출력 신호(α'K)를 전달하는, 상기 제어 수단(30)의 제 3 출력은 보간기(32)에 접속된다. 출력 신호(α'K[m])를 전달하는, 상기 보간기(32)의 출력은, 지각 가중 필터(perceptual weighting filter:34)의 제어 입력에 접속된다.
상기 프레임 수단(20)의 출력은 지연 수단(28)의 입력에도 접속된다. 신호(SK)를 전달하는, 상기 지연 수단(28)의 출력은, 상기 지각 가중 필터(34)의 제 2 입력에 접속된다. 신호(rs[m])를 전달하는, 상기 지각 가중 필터(34)의 출력은, 여기 탐색 수단(36)의 입력에 접속된다. 상기 여기 탐색 수단(36)의 출력에서, 상기 FCB 인덱스와, 상기 FCBG와, 상기 ACB 인덱스 및 상기 ACBG를 포함하는 여기 신호(EX)의 표현을 얻을 수 있다.
상기 프레임 수단은, 상기 음성 인코더(4)의 입력 신호로부터 다수의 입력 샘플을 포함하는 프레임을 유도한다. 프레임 내의 샘플의 수는 상기 비트레이트 설정(R)에 따라 변화할 수 있다. 상기 선형 예측 분석기(22)는, 입력 샘플의 프레임으로부터, 예측 계수(αK+1[p])를 포함하는 다수의 분석 계수를 유도한다. 상기 예측 계수는 공지된 레빈손-더빈(Levinson-Durbin) 알고리듬에 의해 구할 수 있다. 상기 양자화기(24)는 상기 계수(αK+1[p])를 다른 표현으로 변환시키고, 그 변환된 예측 계수를 양자화된 계수(CK+1[p])로 양자화시키는데, 이는 지연 소자(26)를 통과하여 계수(CK[p])로 출력된다. 상기 지연 소자의 목적은, 상기 계수(CK[p])와, 음성 입력 샘플의 동일 프레임에 대응하는 상기 여기 신호(EX)가, 동시에 상기 멀티플렉서(6)로 제공되도록 하는 것이다. 상기 양자화기(24)는 신호()를 상기 제어 수단(30)에 제공한다. 상기 신호()는 상기 양자화된 계수(CK+1)를 역변환시켜 얻는다. 상기 역변환은 상기 수신기의 음성 디코더에서 행해지는 것과 같다. 상기 양자화된 계수의 역변환은, 상기 음성 인코더를 상기 수신기의 디코더에 사용할 수 있는 동일 계수와 정확히 국부 합성시키기 위해, 음성 인코더에서 행해진다.
상기 제어 수단(30)은 상기 프레임의 일부가 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전송한다. 본 실시예에 따른 상기 음성 인코더(4)에서, 상기 프레임은 상기 분석 계수에 관한 완성된 정보를 전달하거나, 상기 분석 계수에 관한 정보를 전혀 전달하지 않는다. 상기 제어 수단(30)은 현 프레임에서 상기 멀티플렉서(6)가 상기 신호(LPC)를 유도하는지 아닌지를 나타내는 출력 신호(F)를 제공한다. 그러나, 각 프레임에 의해 전달되는 분석 패러미터의 수는 변할 수도 있다.
상기 제어 수단(30)은 예측 계수(α'K)를 상기 보간기(32)에 제공한다. 상기 α'K의 값은, 상기 현 프레임에 대한 LPC 계수가 전송된다면, 가장 최근에 결정된(양자화된) 예측 계수와 동일하다. 상기 현 프레임에 대한 LPC 계수가 전송되지 않는다면, 상기 α'K의 값은 상기 α'K-1및 α'K+1의 값을 보간하여 찾는다.
상기 보간기(32)는 현 프레임의 각 서브프레임에 대해 α'K-1및 α'K로부터 선형 보간한 값 α'K[m]을 제공한다. α'K[m]의 값은 지각 가중 필터(34)에 인가되어, 입력 신호(SK)의 현재 서브프레임으로부터 "나머지 신호(residual signal)" rs[m]를 유도한다. 상기 탐색 수단(36)은, 상기 FCB 인덱스와, 상기 FCBG와, 상기 ACB 인덱스와, 상기 ACBG를 찾아, 여기 신호가 상기 "나머지 신호" rs[m]의 현재 서브프레임 m과 최적의 정합을 얻도록 한다. 상기 여기 패러미터의 각 서브프레임 m에 대해, FCB 인덱스와, FCBG와, ACB 인덱스와, ACBG는 상기 음성 인코더(4)의 출력(EX)에서 얻을 수 있다.
도 2에 따른 음성 인코더의 예는, 13.6kbit/s 내지 24kbit/s로 변화하는 비트레이트의 7kHz의 대역폭을 갖는 음성 신호를 인코딩하기 위한 광대역 음성 인코더이다. 상기 음성 인코더는 네 개의 소위 최종 비트레이트(anchor bitrates)로 설정될 수 있다. 상기 최종 비트레이트는, 예측 패러미터를 전달하는 프레임 일부를 감소시켜 감소할 수 있는 비트레이트로부터 시작하는 값이다. 이하의 표에서, 네 개의 최종 비트레이트 및 프레임 주기의 대응 값, 프레임 내의 샘플 수 및 프레임 당 서브프레임의 수가 도시된다.
비트레이트(kbit/s) 프레임 크기(ms) 프레임 당 샘플 수 프레임 당 서브프레임 수
15.8 15 240 6
18.2 10 160 4
20.1 15 240 8
24.0 15 240 10
LPC 계수가 존재하는 프레임의 수를 감소시켜, 상기 비트레이트를 적은 단계에서 제어할 수 있다. LPC 계수를 전달하는 프레임의 일부가 0.5 내지 1로 변화하고, 하나의 프레임에 상기 LPC 계수를 전송하기에 필요한 비트의 수가 66이면, 얻을 수 있는 최대의 비트레이트 감소를 계산할 수 있다. 프레임 크기가 10ms이면, 상기 LPC 계수에 대한 비트레이트는 3.3kbit/s 내지 4.4kbit/s로 변화할 수 있다. 프레임 크기가 15ms이면, 상기 LPC 계수에 대한 비트레이트는 2.2kbit/s 내지 4.4kbit/s로 변화할 수 있다. 아래의 표에, 상기 네 개의 최종 비트레이트에 대한 최대 비트레이트 감소 및 최소 비트레이트 감소가 표시된다.
최종 비트레이트(kbit/s) 최대 비트레이트 감소(kbit/s) 최소 비트레이트(kbit/s)
15.8 2.2 13.6
18.2 3.3 14.9
20.1 2.2 17.9
24.0 2.2 21.8
도 3에 따른 제어 수단(30)에서, 신호()를 전달하는 제 1 입력이, 지연 소자(40)의 입력에 접속되고, 변환기(44)의 입력에 접속된다. 신호()를 전달하는, 상기 지연 소자(40)의 출력은, 지연 소자(42)의 입력에 접속되고, 변환기(50)의 입력에 접속된다. 출력 신호()를 전달하는, 상기 지연 소자(42)의 출력은, 변환기(46)의 입력에 접속된다. 출력 신호(iK+1)를 전달하는, 상기 변환기(44)의 출력은, 보간기(48)의 제 1 입력에 접속된다. 출력 신호(iK-1)를 전달하는, 상기 변환기(46)의 출력은, 상기 보간기(48)의 제 2 입력에 접속된다. 출력 신호()를 전달하는, 상기 보간기(48)의 출력은, 선택기(52)의 제 1 입력에 접속된다. 출력 신호(iK)를 전달하는, 상기 변환기(50)의 출력은, 상기 선택기(52)의 제 2 입력에 접속된다. 상기 선택기(52)의 출력에서, 신호()를 얻을 수 있다. 상기 선택기(52)의 출력은 변환기(53)의 입력에 접속된다. 도 2의 상기 보간기(32)에서 사용되는 신호(α'K)를 전달하는, 상기 변환기(53)의 출력은, 상기 제어 수단(30)의 출력에 접속된다.
상기 신호(R)를 전달하는, 상기 제어 수단(30)의 제 2 입력은, 계산 수단(54)에 인가된다. 상기 계산 수단(54)의 출력은 가산기(56)의 입력에 접속된다. 상기 가산기(56)의 출력은 누산기(58)의 입력에 접속된다. 누산된 값을 전달하는, 상기 누산기(58)의 제 1 출력은, 상기 가산기(56)의 제 2 입력에 접속된다. 오버플로우 신호를 전달하는, 상기 누산기(58)의 제 2 출력은, 상기 선택기(52)의 제어 입력에 접속된다. 상기 제어 수단(30)에서, 상기 계산기 수단은, 신호(R)를 설정하는 비트레이트와, 최종 비트레이트와, LPC 정보를 전달하는 프레임의 일부를 결정한다. 일정 비트레이트의 경우, R은 두 상이한 최종 비트레이트로부터 시작하여 얻을 수 있고, 상기 최종 비트레이트의 최상의 음성 품질이 선택된다. 상기 최종 비트레이트의 값을 상기 표의 신호(R)의 함수로 기억하는 것이 편리하다. 상기 최종 비트레이트가 선택되면, LPC 계수를 전달하는 상기 프레임의 일부를 결정할 수 있다.
프레임 당 비트의 수에 대해 최대값 및 최소값을 나타내는 제 1 의 값(BMAX및 BMIN)은 다음과 같이 결정된다.
BMAX= bHEADER+ bEXCITATION+ bLPC
BMIN= bHEADER+ bEXCITATION
상기 수학식 1 및 수학식 2에서, bHEADER는 프레임에서 헤더 비트의 수이고, bEXCITATION은 여기 신호를 나타내는 비트의 수이며, bLPC는 상기 분석 계수를 나타내는 비트의 수이다. 상기 신호(R)가 요구된 비트레이트(BREQ)를 나타낸다면, LPC 계수를 전달하는 프레임의 일부(r)는 다음과 같다.
상기 실시예에서, r의 최소값은 0.5임을 알 수 있다.
LPC 계수를 전달하는 프레임의 일부를 나타내는 수(FR)는, 가산기(56)에 인가된다. 상기 가산기(56)는 매 프레임 간격 상기 수(FR)를 상기 누산기(58)의 내용에 부가한다. 상기 수(FR) 및 상기 누산기(58)의 최대량(A)은 FR/A=r이 되도록 선택된다. 따라서, 상기 누산기는 프레임 간격의 일부(r)에 대해 오버플로우한다. 도 2의 멀티플렉서(6)를 제어하기 위해 상기 누산기(58)의 오버플로우 신호를 사용하여, 상기 멀티플렉서(6)의 출력에서 상기 프레임의 일부(r)가 LPC 계수를 전달한다.
상기 지연 소자(40 및 42)는 반사 계수()로부터 지연된 반사 계수(및)를 제공한다. 상기 변환기(44, 50, 46)는 상기 계수(,및)보다 보간하기에 적합한 계수(iK+1, iK, 및 iK-1)를 계산한다. 유용한 계수는, LARs, 반사 계수의 아크사인, 또는 LSPs이다. 상기 보간기(48)는 수학식((iK+1[n]+iK-1[n])/2)에 따라, iK+1[n] 및 iK-1[n]으로부터 보간된 값인[n]을 유도한다.
상기 누산기(58)가 오버플로우하면, LPC 계수가 전송되고, 상기 선택기(52)는 예측 계수(iK)가 상기 변환기(53)를 통과하도록 배치된다. LPC 계수가 전송되지 않는다면, 상기 선택기(52)는 상기 보간된 값()이 상기 변환기(53)로 통과하도록 배치된다. 상기 변환기(53)는 예측 계수()를 상기 필터(34)에 적합한 예측 계수(α'K)로 변환시킨다. 상기 설명한 바와 같이, 상기 음성 인코더(4)의 국부 보간은 각 서브프레임에 대해 상기 인코더(4) 및 디코더(6)에서 정확히 동일한 예측 계수를 얻기 위해 행한다.
도 4에 따른 제어 수단(30)에서, 신호()를 전달하는 제 1 입력은, 지연 소자(60)의 입력에 접속되고, 변환기(64)의 입력에 접속된다. 신호()를 전달하는, 상기 지연 소자(60)의 출력은, 지연 소자(62)의 입력에 접속되고, 변환기(70)의 입력에 접속된다. 출력 신호(iK+1)를 전달하는, 상기 변환기(64)의 출력은, 보간기(68)의 제 1 입력에 접속된다. 출력 신호(iK-1)를 전달하는, 변환기(66)의 출력은 상기 보간기(68)의 제 2 입력에 접속된다. 출력 신호()를 전달하는, 상기 보간기(68)의 출력은, 차이 계산기(72)의 제 1 입력에 접속되고, 선택기(80)의 제 1 입력에 접속된다. 출력 신호(iK)를 전달하는, 상기 변환기(70)의 출력은, 상기 차이 계산기(72)의 제 2 입력에 접속되고, 상기 선택기(80)의 제 2 입력에 접속된다.
상기 제어 수단(30)의 입력 신호(R)는 계산 수단(74)의 입력에 접속된다. 상기 계산 수단(74)의 제 1 출력은 제어 유닛(76)에 접속된다. 상기 계산 수단(74)의 제 1 출력의 신호는, LPC 계수를 전달하는 프레임의 일부(r)를 나타낸다. 따라서, 상기 신호는 비트레이트 설정을 나타내는 신호이다. 상기 계산 수단의 제 2 및 제 3 출력은 상기 신호(R)와 독립적으로 설정된 최종 비트레이트를 나타내는 신호를 전달한다. 임계 신호(t)를 전달하는, 상기 제어 유닛(76)의 출력은, 비교기(78)의 제 1 입력에 접속된다. 상기 차이 계산기(72)의 출력은 상기 비교기(78)의 제 2 입력에 접속된다. 상기 비교기(78)의 출력은, 상기 선택기(80)의 제어 입력과, 상기 제어 유닛(76)의 입력과, 상기 제어 수단(30)의 출력에 접속된다.
도 3에 따른 상기 제어 수단에서, 지연 소자(60 및 62)는 반사 계수()로부터 지연된 반사 계수(및)를 제공한다. 상기 변환기(64, 70, 66)는, 계수(,,)보다 보간하기에 적합한 계수(iK+1, iK, iK-1)를 계산한다. 상기 보간기(68)는 상기 iK+1및 iK-1로부터 보간된 값인을 유도한다.
상기 차이 계산기(72)는 상기 예측 패러미터(iK)와, iK+1및 iK-1로부터 보간된 예측 패러미터인사이의 차이 값을 결정한다. 적절한 차이(d)는 다음 수학식에 의해 얻어진다.
상기 수학식 4에서, H(ω)는 계수(iK)에 의한 스펙트럼이고,는 상기 계수()에 의한 스펙트럼이다. 상기 값(d)은 통상적으로 사용되지만, 보다 쉽게 계산할 수 있는 L1 표준(norm)이 보다 편리할 수 있다. 상기 L1 표준은 다음과 같다.
상기 수학식 5에서, P는 상기 분석 수단(22)에 의해 결정된 예측 계수의 수이다. 상기 차이 값(d)은 상기 비교기(78)에서 임계값(t)과 비교된다. 상기 차이(d)가 상기 임계값(t)보다 크면, 상기 비교기(78)의 출력 신호(c)는, 현 프레임의 상기 LPC 계수가 전송되는 것을 나타낸다. 상기 차이 값(d)이 상기 임계값(t)보다 작으면, 상기 비교기(78)의 출력 신호(c)는, 현 프레임의 상기 LPC 계수가 전송되지 않는 것을 나타낸다. 소정의 시간 주기동안(예를 들면, k 프레임동안, 전형적으로 100인 값을 갖는 k) 상기 신호(c)가 상기 LPC 계수의 전송을 나타내는 회 수(a)를 카운트하여, LPC 계수를 포함하는 상기 프레임의 실제 부분의 값(a)을 얻을 수 있다. 상기 최종 비트레이트에 대응하는 패러미터가 선택되면, 상기 값(a)은 상기 실제 비트레이트에 대한 값이기도 하다.
상기 제어 수단(30)은, 상기 실제 비트레이트 값과 상기 비트레이트 설정 값을 비교하고, 필요하다면 상기 실제 비트레이트를 조정한다. 상기 계산 수단(74)은 상기 신호(R)와, 상기 최종 비트레이트와, 상기 부분(r)으로부터 결정한다. 상기 제어 유닛(76)은 상기 부분(r)과, LPC 패러미터를 전달하는 상기 프레임의 실제 부분(a) 사이의 차이를 결정한다. 상기 비트레이트 설정 및 상기 실제 비트레이트 사이의 차이에 따라 상기 비트레이트를 결정하기 위해, 상기 임계값(t)이 증가되거나 감소된다. 상기 임계값(t)이 증가하면, 상기 차이 값(d)은 보다 작은 수의 프레임에서 상기 임계값을 초과하고, 상기 실제 비트레이트가 감소한다. 상기 임계값(t)이 감소하면, 상기 차이 값(d)은 더 많은 수의 프레임에서 상기 임계값을 초과하고, 상기 실제 비트레이트는 증가한다. 상기 비트레이트 설정에 대한 값(r)과 상기 실제 비트레이트에 대한 값(b)에 따른 상기 임계값(t)의 갱신은, 다음 수학식에 따라 상기 제어 유닛(76)에 의해 행해진다.
상기 수학식(6)에서, t'는 상기 임계값의 원래 값이고, c1, c2는 상수이다.
도 5에 따른 상기 디코딩 수단(18)에서, 신호 LPC를 전달하는, 입력은, 서브프레임 보간기(87)의 입력에 접속된다. 상기 서브프레임 보간기(87)의 출력은, 합성 필터(88)의 입력에 접속된다.
입력 신호(EX)를 전달하는, 상기 음성 디코딩 수단(18)의 입력은, 디멀티플렉서(89)의 입력에 접속된다. 상기 FCB 인덱스를 나타내는 신호(FI)를 전달하는, 상기 디멀티플렉서(89)의 제 1 출력은, FCB(90)의 입력에 접속된다. 상기 FCB(90)의 출력은 증배기(92)의 제 1 입력에 접속된다. 신호 FCBG(Fixed CodeBook Gain)를 전달하는, 상기 디멀티플렉서의 제 2 출력은, 상기 증배기(92)의 제 2 입력에 접속된다.
상기 ACB 인덱스를 나타내는 신호(AI)를 전달하는, 상기 멀티플렉서(89)의 제 3 출력은, ACB(91)의 입력에 접속된다. 상기 ACB(91)의 출력은 증배기(93)의 제 1 입력에 접속된다. 신호 ACBG(Adaptive CodeBook Gain)를 전달하는, 상기 디멀티플렉서(89)의 제 2 출력은, 상기 증배기(93)의 제 2 입력에 접속된다. 상기 증배기(92)의 출력은 가산기(94)의 제 1 입력에 접속되고, 상기 증배기(93)의 출력은 상기 가산기(94)의 제 2 입력에 접속된다. 상기 가산기(94)의 출력은, 상기 ACB의 입력에 접속되고, 상기 합성 필터(88)의 입력에 접속된다.
도 5에 따른 상기 음성 디코딩 수단(18)에서, 상기 서브프레임 보간기(87)는 각 서브프레임에 대해 보간된 예측 계수를 얻고, 그 예측 계수는 상기 합성 필터(88)에 제공된다.
상기 합성 필터에 대한 여기 신호는 상기 FCB(90)와 상기 ACB(91)의 출력 신호들의 가중 합과 동일하다. 상기 가중은 상기 증배기(92 및 93)에서 행해진다. 상기 코드북 인덱스(FI 및 AI)는 상기 디멀티플렉서(89)에 의해 상기 신호(EX)로부터 추출된다. 상기 가중 계수 FCBG(Fixed CodeBook Gain) 및 ACBG(Adaptive CodeBook Gain)도 모두 상기 디멀티플렉서(89)에 의해 상기 신호(EX)로부터 추출된다. 상기 가산기(94)의 출력 신호는 조정하기 위해 상기 적응 코드북으로 이동된다.

Claims (10)

  1. 음성 인코더를 구비한 전송기를 포함하는 전송 시스템으로서, 상기 음성 인코더는 입력 음성 신호로부터 분석 계수를 결정하기 위한 분석 수단을 포함하고, 상기 전송기는 음성 신호를 나타내는 데이터의 프레임을 전송 매체를 통해 수신기로 전송하도록 구성되며, 상기 프레임의 일부분은 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하고, 상기 수신기는 상기 음성 신호를 나타내는 데이터의 프레임으로부터 재구성된 음성 신호를 유도하는 음성 디코더를 포함하는, 상기 전송 시스템에 있어서,
    상기 음성 인코더는, 비트레이트 설정에 따라, 상기 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 상기 프레임의 일부분을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 실제 비트레이트 값과 상기 비트레이트 설정 값을 비교하는 비교 수단을 포함하고, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 작으면, 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 상기 프레임의 능동 부분(actual fraction)을 증가시키고, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 크면, 상기 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 상기 프레임의 능동 부분을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 임계값을 초과하는 주변 프레임에 전송된 분석 계수로부터 보간된 값과의 차이 값을 갖는 분석 계수를 나타내도록 구성되며, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 작으면, 상기 임계값을 감소시키고, 상기 실제 비트레이트 값이 상기 비트레이트 설정 값보다 크면, 상기 임계값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 프레임의 부분이, 0.5보다 크거나 같고 1보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음성 인코더는, 코스(coarse) 비트레이트 설정에 응답하여, 다수의 프레임 길이 중 하나의 프레임 길이 및 다수의 프레임 당 여기 서브프레임 중 하나의 프레임 당 여기 서브프레임을 선택하는 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 프레임 길이는 적어도 10ms와 15ms 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 10ms의 프레임 길이에 대한 상기 다수의 여기 서브프레임은 적어도 4를 포함하고, 15ms의 프레임 길이에 대한 상기 다수의 여기 서브프레임은 적어도 6, 8, 10을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 시스템.
  8. 음성 인코더를 구비한 전송기로서, 상기 음성 인코더는 입력 음성 신호로부터 분석 계수를 결정하기 위한 분석 수단을 포함하고, 상기 전송기는 음성 신호를 나타내는 데이터의 프레임을 전송하도록 구성되며, 상기 프레임의 일부는 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는, 상기 전송기에 있어서,
    상기 음성 인코더는 비트레이트 설정에 따라 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 프레임의 부분을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송기.
  9. 입력 음성 신호로부터 분석 계수를 결정하기 위한 분석 수단을 구비한 음성 인코더로서, 상기 음성 인코더는 상기 음성 신호를 나타내는 데이터의 프레임을 발생하도록 구성되며, 상기 프레임의 일부는 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는, 상기 음성 인코더에 있어서,
    상기 음성 인코더는 비트레이트 설정에 따라 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 프레임의 부분을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송기.
  10. 입력 음성 신호로부터 분석 계수를 결정하는 것과, 상기 음성 신호를 나타내는 데이터의 프레임을 발생하는 것을 포함하며, 상기 프레임의 일부는 나머지 프레임보다 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는, 음성 인코딩 방법에 있어서,
    비트레이트 설정에 따라 상기 분석 계수에 관한 더 많은 정보를 전달하는 프레임의 부분을 제어하는 것을 특징으로 하는 음성 인코딩 방법.
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