KR20170054363A - 멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치 및 방법 - Google Patents

멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치 및 방법이 개시된다. 멀티 채널 신호의 부호화 장치 및 방법은 양자화(quantization) 및 무손실 부호화(lossless encoding)를 통해 멀티 채널 신호의 위상 정보를 부호화하고, 멀티 채널 신호의 복호화 장치 및 방법은 역양자화(inverse quantization) 및 무손실 복호화(lossless decoding)를 통해 위상 정보를 복호화한다.

Description

멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치 및 방법{APPARATUS FOR ENCODING/DECODING MULTICHANNEL SIGNAL AND METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예들은 멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양자화(quantization) 및 무손실 부호화(lossless encoding)를 통해 위상 정보를 부호화하는 멀티 채널 신호의 부호화 장치/방법과, 역양자화(inverse quantization) 및 무손실 복호화(lossless decoding)를 통해 위상 정보를 복호화하는 멀티 채널 신호의 복호화 장치/방법에 관한 것이다.
스테레오 신호를 부호화하는데 이용되는 방법으로 파라메트릭 스테레오(PS, Parametric Stereo) 기술이 있다. 파라메트릭 스테레오 기술은 입력되는 스테레오 신호를 다운 믹싱하여 모노 신호를 생성하고, 스테레오 신호에 대한 부가 정보(side information)를 나타내는 스테레오 파라미터를 추출하고, 생성된 모노 신호와 추출된 스테레오 파라미터를 부호화하여 스테레오 신호를 부호화한다.
이 경우 이용되는 스테레오 파라미터에는, 스테레오 신호에 포함된 적어도 두 채널 신호의 에너지 레벨에 따른 강도 차를 나타내는 IID(Inter-channel Intensity Difference) 혹은 CLD(channel level differences), 스테레오 신호에 포함된 적어도 두 채널 신호의 파형의 유사성에 따른 두 채널 신호 사이의 상관도를 나타내는 ICC(Inter-channel Coherence 혹은 Inter-channel Correlation), 스테레오 신호에 포함된 적어도 두 채널 신호 사이의 위상 차를 나타내는 IPD(Inter-channel Phase Difference), 스테레오 신호에 포함된 적어도 두 채널 신호 사이의 위상 차가 모노 신호를 기준으로 두 채널 사이에 어떻게 분포하는지를 나타내는 OPD(Overall Phase Difference) 등이 있다.
본 발명의 일실시예들은 위상 파라미터를 효율적으로 부호화/복호화하기 위한 멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화 장치는 멀티 채널 신호를 구성하는 복수 채널 간의 특성 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 추출하는 파라미터 추출부, 상기 복수의 파라미터를 양자화하는 파라미터 양자화부, 상기 양자화된 복수의 파라미터를 부호화하는 파라미터 부호화부, 상기 멀티 채널 신호를 다운 믹싱한 모노 신호를 부호화하는 모노 신호 부호화부, 및 상기 부호화된 복수의 파라미터 및 상기 부호화된 모노 신호를 이용하여 상기 멀티 채널 신호에 대한 부호화된 비트스트림을 생성하는 비트스트림 생성부를 포함하고, 상기 복수의 파라미터는 위상 파라미터를 포함하고, 상기 파라미터 부호화부는 허프만 코딩 기법을 이용하여 상기 양자화된 위상 파라미터를 부호화한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 복호화 장치는 멀티 채널 신호의 부호화된 비트스트림으로부터 상기 멀티 채널 신호의 다운 믹스 신호인 모노 신호를 복원하는 모노 신호 복호화부, 상기 비트스트림으로부터 상기 멀티 채널 신호를 구성하는 복수 채널 간의 특성 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 복원하는 파라미터 복호화부, 상기 복원된 복수의 파라미터를 이용하여 상기 복원된 모노 신호와 상기 멀티 채널 신호간의 위상 차에 관한 파라미터(OPD: Overall Phase Difference)를 추정하는 파라미터 추정부, 상기 복원된 파라미터 및 상기 추정된 OPD를 역양자화하는 파라미터 역양자화부, 및 상기 역양자화된 복수의 파라미터 및 상기 역양자화된 OPD를 이용하여 상기 모노 신호를 업 믹싱하는 업 믹싱부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화/복호화 장치에 따르면 위상 파라미터를 효율적으로 부호화/복호화하여 위상 파라미터의 표현에 사용되는 비트의 수를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 wrapping property를 갖지 않는 파라미터로 구성된 파라미터 쌍들에 대해 2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 wrapping property를 갖는 위상 파라미터로 구성된 파라미터 쌍들에 대해 2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 복호화 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 USAC(Unified Speech and Audio Coding)에 기반하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 MPS(MPEG Surround) 무손실 부호화 방식에 기반하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 PS(Parametric Stereo) 무손실 부호화 방식에 기반하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)는 파라미터 추출부(110), 파라미터 양자화부(120), 파라미터 부호화부(130), 다운믹싱부(140), 모노 신호 부호화부(150), 및 비트스트림 생성부(160)를 포함한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
여기서, 멀티 채널 신호는 복수의 채널들의 신호를 의미하며, 본 명세서에서는 멀티 채널 신호에 포함된 복수의 채널들 각각을 채널 신호라고 하기로 한다.
또한, 이하에서는, 설명의 편의상 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)에 입력되는 멀티 채널 신호는 좌채널 신호 및 우채널 신호를 포함하는 스테레오 신호인 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)가 스테레오 신호에 한정되지 않고 멀티 채널 신호의 부호화에도 이용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 할 수 있다.
파라미터 추출부(110)는 스테레오 신호를 구성하는 좌채널 신호와 우채널 신호 간의 특성 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 추출한다. 복수의 파라미터에는 상기에서 언급한 CLD, ICC, IPD, OPD 등이 포함될 수 있다. 여기서, IPD 및 OPD는 좌채널 신호와 우채널 신호 간의 위상 정보에 관한 위상 파라미터의 일례이다.
파라미터 양자화부(120)는 추출된 복수의 파라미터를 양자화하고, 파라미터 부호화부(130)는 양자화된 복수의 파라미터를 부호화한다.
이 때, OPD는 다른 파라미터들로부터 추정될 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 파라미터 부호화부(120)는 추출된 복수의 파라미터 중에서 CLD, ICC, 및 IPD 만을 부호화하고, OPD는 부호화하지 않을 수 있다. 즉, 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)는 OPD를 부호화하여 전송하지 않음으로써 전송되는 비트스트림의 비트 수를 줄일 수 있다. OPD의 추정에 대한 보다 상세한 설명은 도 4의 멀티 채널 신호의 복호화 장치(400)에 관한 설명을 참고하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 파라미터 양자화부(120)는 CLD 또는 ICC를 양자화할 수 있다. 이 경우, CLD는 8 레벨(level) 또는 16 레벨로 양자화될 수 있고, ICC는 8레벨로 양자화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 파라미터 양자화부(120)는 CLD 및 ICC 외에 IPD 또는 OPD와 같은 위상 파라미터를 양자화할 수 있다. 이 경우, 위상 파라미터는 8 레벨 또는 16 레벨로 양자화될 수 있다.
파라미터 양자화부(120)에서 CLD 또는 ICC를 양자화한 경우, 파라미터 부호화부(130)는 현재 프레임과 이전 프레임 간의 양자화된 CLD 또는 양자화된 ICC의 변화량(차분; differential value)을 부호화할 수 있다. 즉 파라미터 부호화부는 차분 코딩(differential coding) 기법을 이용하여 CLD 또는 ICC를 부호화할 수 있다.
일례로, 파라미터 양자화부(120)에서 CLD 또는 ICC를 8레벨로 양자화한 경우, CLD 또는 ICC는 -7로부터 7까지의 15단계의 차분 범위(difference range)를 갖고, 파라미터 부호화부(130)는 15단계의 차분 범위를 갖는 CLD 또는 ICC를 부호화할 수 있다. 다른 일례로, 파라미터 양자화부(120)에서 CLD를 16레벨로 양자화한 경우, CLD 또는 ICC는 -15로부터 15까지의 31단계의 차분 범위를 갖고, 파라미터 부호화부(130)는 31단계의 차분 범위를 갖는 CLD를 부호화할 수 있다.
파라미터 양자화부(120)에서 위상 파라미터를 양자화한 경우, 파라미터 부호화부(130)는 현재 프레임과 이전 프레임 간의 양자화된 위상 파라미터의 변화량(차분)을 부호화할 수 있다.
일례로, 파라미터 양자화부(120)에서 위상 파라미터를 8 레벨로 양자화한 경우, 파라미터 부호화부(130)는 15단계의 차분 범위를 갖는 위상 파라미터를 부호화할 수 있다. 다른 일례로, 파라미터 양자화부(120)에서 위상 파라미터를 16 레벨로 양자화한 경우, 파라미터 부호화부(13)는 31단계의 차분 범위를 갖는 위상 파라미터를 부호화할 수 있다
위상은 360°를 기준으로 주기성을 갖는 특징(wrapping property)이 있으므로(일례로, 370°는 10°와 동일함), wrapping property를 이용하여 위상 파라미터를 양자화한다면, 위상 정보의 표현에 할당되는 비트 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 파라미터 부호화부(130)는 wrapping property를 갖는 위상 파라미터의 차분에 대해 모듈러(Modulo) 연산을 적용하여 위상 파라미터의 차분이 향상 양의 값을 갖도록 할 수 있다. 이에 따라, 파라미터 부호화부(130)는 위상 파라미터에 부여되는 부호 값(sign bit)을 전송하지 않게 되어, 위상 파라미터를 표현하는데 사용되는 비트 수를 감소시킬 수 있다. 또한, 모듈러 연산을 적용하는 경우, wrapping property로 인해 위상 파라미터 간에 불연속(discontinuity)이 발생하여 위상 파라미터 분포의 엔트로피(entropy)가 증가하게 되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
파라미터 양자화부(120)에서 8 레벨로 위상 파라미터를 양자화하는 경우, 위상 파라미터는 0으로부터 7까지의 차분 범위를 갖고, 파라미터 양자화부(130)에서 16 레벨로 위상 파라미터를 양자화하는 경우, 위상 파라미터는 0으로부터 15까지의 차분 범위를 갖는다. 표 1은 8 레벨로 양자화된 위상 파라미터의 양자화 값의 일례를 표시하고 있고, 표 2는 16 레벨로 양자화된 위상 파라미터의 양자화 값의 일례를 표시하고 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
일례로서, 위상 파라미터가 8 레벨로 양자화된 IPD인 경우, 파라미터 부호화부(130)는 모듈러-8 연산을 적용하여 위상 파라미터의 차분 값을 연산할 수 있다. 이는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, '
Figure pat00004
'는 현재 프레임에서의 IPD 값, '
Figure pat00005
'는 이전 프레임에서의 IPD 값, '%8'은 Module-8 연산을, '
Figure pat00006
'는 Module?8 연산을 통해 도출된 IPD의 차분 값을 각각 의미한다.
표 3은 Module-8 연산을 통해 도출된
Figure pat00007
값의 일례들을 나타내고 있다. 표 3에서, 'Previous'는
Figure pat00008
과, 'Current'는
Figure pat00009
와, 'Diff.'은
Figure pat00010
과, 'Diff with 모듈러'는
Figure pat00011
와 각각 대응된다.
Figure pat00012
일반적으로, 'Diff.'가 '0'인 경우, 가장 낮은 비트수를 보이며, 'Diff.'가 '0' 또는 '7'에 가까울수록 비트수가 적어진다. 위상이 변화가 이전 데이터가 천천히 변하므로, 0은 이전 프레임과의 차이가 없음을, 7은 이전 프레임과의 차이가 -1임을, 1은 이전 프레임과의 차이가 1이기 때문에 가장 높은 빈도를 보이며 비트를 적게 할당할 수 있다.
파라미터 부호화부(130)는 무손실 부호화(lossless encoding)를 통해 양자화된 파라미터의 차분을 부화할 수 있다. 일례로 파라미터 부호화부(130)는 허프만 코딩(Huffman coding)을 이용하여 양자화된 파라미터를 부호화할 수 있다.
허프만 코딩은 무손실 부호화에 사용되는 엔트로피 코딩(entropy)의 일 종류로서, 각각의 데이터와 대응되는 심볼(symbol)의 발생 빈도에 따라서 다른 길이의 부호를 사용하는 코딩 알고리즘이다.
허프만 코딩 기법으로는 1D 허프만 코딩 및 2D 허프만 코딩이 있다. 1D 허프만 코딩은 각각의 데이터를 하나의 심볼로 간주하여 부호화하는 방법을 의미하고, 2D 허프만 코딩은 복수의 데이터를 2개의 데이터를 포함하는 복수의 데이터 그룹으로 그룹화하고, 복수의 데이터 그룹(즉 2개의 데이터로 구성된 데이터 쌍(pair))을 하나의 심볼로 간주하여 부호화하는 방법을 의미한다.
다시 말해, 1D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 경우, 파라미터 부호화부(130)는 허프만 코딩 기법에 따라 각각의 파라미터를 직접 부호화한다.
일례로, CLD 또는 ICC를 부호화하고자 하는 경우, 파라미터 부호화부(130)는 복수의 CLD 값 또는 복수의 ICC 값을 각각 하나의 심볼로 간주하여 허프만 코딩을 수행한다.
다른 일례로, 위상 파라미터를 부호화하고자 하는 경우, 파라미터 부호화부(130)는 복수의 위상 파라미터 값을 각각 하나의 심볼로 간주하여 허프만 코딩을 수행한다.
또한, 2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 경우, 파라미터 부호화부(130)는 2개의 파라미터로 구성되는 파라미터 쌍을 허프만 코딩 기법에 따라 부호화한다.
2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 경우, 파라미터 쌍을 구성하는 2개의 파라미터 간의 상관(correlation)이 감소된다. 2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 경우, 파라미터 쌍을 구성하는 2개의 파라미터 간의 두개의 심볼의 조합 확률 (Joint Probability)을 고려하기 때문에 비트율이 감소된다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여 2D 허프만 코딩에 따라 파라미터를 부호화하는 파라미터 부호화부(130)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 파라미터 쌍을 부호화하는 2D 허프만 코딩의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 CLD 또는 ICC와 같은 wrapping property를 갖지 않는 파라미터로 구성된 파라미터 쌍들에 대해 2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 파라미터 쌍은 (X, Y)로 표현된다. X와 Y는 각각 하나의 파라미터와 대응된다. 예를 들어, 파라미터 타입이 CLD인 경우, X와 Y는 각각 하나의 CLD 값과 대응된다.
파라미터 부호화부(130)는 아래의 3 단계에 따라 2D 허프만 코딩을 수행한다.
우선, 파라미터 부호화부(130)는 X의 절대값(absolute value)이 Y의 절대값보다 큰 값을 갖도록, 즉, '│X│〉│Y│'의 관계가 성립하도록 X 또는 Y의 값을 변경한다. '│X│〉│Y│' 관계가 만족하는 경우, X/Y의 심볼 쌍(pair)이 X축에 더 큰 값을 가지게 되므로 데이터가 스큐(skew)되는 정도가 높아지고, 이에 따라 비트률이 감소될 수 있다. 이에 따라, 제2 영역에 존재하는 파라미터들은 제1 영역으로, 제3 영역에 존재하는 파라미터들은 제4 영역으로, 제6 영역에 존재하는 파라미터들은 제5 영역으로, 제7 영역에 존재하는 파라미터들은 제8 영역으로 각각 이동한다. 이 경우, 영역을 이동하는 파라미터 쌍들에 대해 각각 1 비트의 추가 정보가 부여된다.
다음 단계에서, 파라미터 부호화부(130)는 X와 Y의 합이 '0'보다 작은 값을 갖도록, 즉, '(X+Y)〈 0'의 관계를 갖도록 X 또는 Y 값을 변경한다. '(X+Y)〈 0 '인 경우, X 및 Y의 부호(sign)를 바꿈으로써, 생성되는 심볼의 값이 양의 값을 갖는다.
이에 따라, 제4 영역에 존재하는 파라미터들은 제1 영역으로, 제5 영역에 존재하는 파라미터들은 제8 영역으로 각각 이동한다. 이 경우에도 역시, 영역을 이동하는 파라미터 쌍들에 대해 각각 1 비트의 추가 정보가 부여된다. 제2 단계에서 영역이 이동된 (X, Y)의 쌍을 (X', Y')이라고 한다.
그 다음 단계에서, 파라미터 부호화부(130)는 복수의 파라미터 중에서 최대 절대값(LAV: Largest Absolute Value)을 갖는 파라미터를 이용한 LAV 코딩을 통해 최종적으로 부호화된 파라미터 쌍을 도출한다. LAV는 2D 허프만 코딩을 위한 부가정보로서, 이 또한 허프만 코딩을 통해서 전송된다. LAV는 현재 부호화될 프레임에 해당하는 심볼 중에 가장 큰 절대값을 가지는 값을 의미하며, 이를 통해 2D 허프만 코딩의 코드북을 결정할 수 있다.
LAV는 2D 허프만 코딩을 위한 부가정보로서, LAV 역시 허프만 코딩을 통해서 부호화되어 전송된다. LAV는 현재 부호화될 프레임에 해당하는 심볼 중에 가장 큰 절대값을 가지는 심볼 값을 의미한다. 파라미터 부호화부(130)는 LAV를 통해 2D 허프만 코딩의 코드북을 결정한다.
LAV를 이용한 LAV 코딩은 2D 허프만 코딩에 이용되는 테이블(table)의 크기(size)를 줄이기 위한 코딩 방법으로서, 각각의 파라미터를 '1', '3', '5', '7'로 구성되는 4개의 심볼로 표현한다.
CLD 또는 ICC의 경우, 이전 프레임의 CLD 값 또는 ICC 값과 현재 프레임의 CLD 값 또는 ICC 값의 차이가 클수록 발생 빈도가 적어지므로, LAV가 '7'인 경우가 가장 적게 발생한다. CLD 및 ICC는 동일한 허프만 코드북(Huffman codebook)을 적용할 수 있다. 허프만 코드북에 관한 구문(syntax)은 표 4와 같다.
Figure pat00013
여기서, {0x0, 0x2, 0x6, 0x7}는 코드북을, {1, 2, 3, 3}는 코드북의 길이를, {1, 3, 5, 7}는 LAV를 각각 의미한다.
LAV 코딩에 따라 최종적으로 부호화된 파라미터 쌍 (X", Y")은 표 5에 표시된 알고리즘에 따라 도출될 수 있다.
Figure pat00014
여기서, 'LAV'는 최대 절대값을, '% 2'는 모듈러-2 연산을 각각 의미한다.
도 3은 IPD 또는 OPD와 같은 wrapping property를 갖는 위상 파라미터로 구성된 파라미터 쌍들에 대해 2D 허프만 코딩을 적용하여 파라미터를 부호화하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
이 경우, 2D 허프만 코딩은 앞서 도 2에서 설명한 2D 허프만 코딩과는 달리 아래의 2 단계를 거쳐 수행될 수 있다.
우선, 파라미터 부호화부(130)는 X의 절대값(absolute value)이 Y의 절대값보다 큰 값을 갖도록, 즉, '│X│〉│Y│'의 관계가 성립하도록 X 또는 Y의 값을 변경한다.
상기 언급한 바와 같이, 양자화된 위상 파라미터의 차분에 대해 모듈러(Modulo) 연산을 적용하면 위상 파라미터의 차분이 항상 양의 값을 갖게 되므로, 위상 파라미터는 제1 영역과 제2 영역에만 존재한다. 따라서, 제1 단계에서는 제2 영역에 존재하는 위상 파라미터가 제1 영역으로 이동한다. 이 경우, 영역을 이동하는 파라미터 쌍들에 대해 각각 1 비트의 추가 정보가 부여된다.
상기 단계에서 영역이 이동된 (X, Y)의 쌍을 (X', Y')이라고 하면, X'과 Y'은 하기 수학식 2에 따라 도출될 수 있다.
Figure pat00015
다음 단계에서, 파라미터 부호화부(130)는 복수의 파라미터 중에서 최대 절대값(LAV: Largest Absolute Value)을 갖는 파라미터를 이용한 LAV 코딩을 통해 최종적으로 부호화된 파라미터 쌍을 도출한다.
LAV 코딩에 따라 최종적으로 부호화된 파라미터 쌍 (X", Y")은 앞서 설명한 표 5에 표시된 알고리즘에 따라 도출될 수 있다.
파라미터 부호화부(130)가 위상 파라미터를 부호화하는 경우, CLD 또는 ICC와 같은 파라미터를 부호화하는 경우와 달리 1회의 영역 이동이 발생한다. 따라서, 파라미터 부호화부(130)가 위상 파라미터를 부호화하는 경우, 전송되는 비트의 수가 CLD 또는 ICC와 같은 파라미터를 부호화하는 경우 보다 더 적다.
IPD는 CLD 또는 ICC와 LAV의 분포가 상이하다. IPD는 차분이 '7'인 경우, 발생 빈도가 가장 높다. 일례로, IPD는 표 6과 같은 LAV 분포를 가질 수 있다.
Figure pat00016
허프만 코딩의 특성인, 확률 분포에 따른 코드북 길이 할당은 실제 심볼과 코드북의 길이가 반영이 되어야 한다. 만일 심볼의 실제 분포와 허프만 코드북의 길이가 매칭되지 않을 경우 최적의 성능을 나타낼 수 없다. 따라서, 파라미터 부호화부(130)는 심볼을 리매핑(remapping)하고, 리매핑된 심볼을 부호화함으로써 심볼 분포의 미스매치(distribution mismatching) 문제를 해결할 수 있다. 이 경우, 파라미터 부호화부(130)는 수학식 3에 따라 심볼을 리매핑할 수 있다.
Figure pat00017
여기서,'sym'은 심볼을, '%4'는 모듈러-4 연산을 각각 의미한다.
심볼 리매핑 후의 심볼과 허프만 코드북과의 관계는 표 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00018
표 8 내지 표 10은 본 발명의 일실시예에 따라서, 위상 파라미터를 부호화하는 1D 허프만 코딩과 2D 허프만 코딩에 대한 구문(syntax)을 보여준다.
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
또는, 다음과 같이 LavIdx를 매핑(mapping)하는 테이블을 정의하는 방법이 있다. LavIdx는 실제 허프만 디코딩을 통해 출력된 심볼을 의미하며, lavTabIPD는 상기 심볼의 실제 LAV를 의미한다. 이 경우, 상기 심볼의 리매핑(remapping)은 표 11의 테이블에 기초하여 수행될 수 있다.
LavIdx lavTabIPD[ LavIdx ]
0 7
1 1
2 3
3 5
다시 도 1을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)에 대해 설명한다.
다운 믹싱부(140)는 스테레오 신호를 다운 믹싱하여 모노 신호를 출력한다.
다운 믹싱(Down-Mixing)은 두 채널 이상의 스테레오 신호로부터 한 채널의 모노 신호를 생성하는 것이며, 다운 믹싱을 통하여 부호화 과정에 생성되는 비트스트림의 비트 수를 줄일 수 있다. 이 때, 모노 신호는 스테레오 신호를 대표하는 신호일 수 있다. 다시 말해, 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)에서는 스테레오 신호에 포함된 좌채널 신호 및 우채널 신호 각각을 부호화하지 않고, 대표적으로 모노 신호만을 부호화하여 전송할 수 있다.
예를 들어, 모노 신호의 크기는 좌채널 신호 및 우채널 신호의 크기의 평균 값으로 구할 수 있고, 모노 신호의 위상은 좌채널 신호 및 우채널 신호의 위상의 평균 값으로 구할 수 있다.
모노 신호 부호화부(150)는 다운 믹싱부(140)에서 출력된 모노 신호를 부호화한다.
일례로서, 스테레오 신호가 음성(voice) 신호인 경우, 모노 신호 부호화부(120)는 모노 신호를 CELP(Code Excited Linear Prediction) 방식으로 부호화할 수 있다.
또한, 다른 일례로서, 스테레오 신호가 음악(music) 신호인 경우, 모노 신호 부호화부(120)는 기존의 MPEG-2/4 AAC나 mp3와 유사한 방법을 사용하여 모노 신호를 부호화할 수 있다.
비트스트림 생성부(160)는 부호화된 복수의 파라미터 및 부호화된 모노 신호를 이용하여 스테레오 신호에 대한 부호화된 비트스트림을 생성한다.
이상에서는 양자화 및 무손실 부호화를 통해 멀티 채널 신호의 위상 정보를 부호화하고, 부호화된 위상 정보를 포함하는 비트스트림을 생성하는 멀티 채널 신호의 부호화 장치(100)에 대해 설명하였다. 이하에서는 도 4를 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 복호화 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 복호화 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 복호화 장치(400)는 모노 신호 복호화부(410), 파라미터 복호화부(420), 파라미터 역양자화부(430), 파라미터 추정부(440), 및 업 믹싱부(450)를 포함한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
이하에서도, 설명의 편의상, 멀티 채널 신호의 복호화 장치(300)에 입력되는 비트스트림은 스테레오 신호의 부호화된 비트스트림인 것으로 가정한다.
모노 신호 복호화부(410)는 스테레오 신호의 부호화된 비트스트림으로부터 상기 멀티 채널 신호의 다운 믹스 신호인 모노 신호를 복원한다. 구체적으로, 모노 신호 복호화부(410)는 모노 신호가 시간 도메인에서 부호화된 경우에는 부호화된 모노 신호를 시간 도메인에서 복호화하고, 모노 신호가 주파수 도메인에서 부호화된 경우에는 부호화된 모노 신호를 주파수 도메인에서 복호화할 수 있다.
파라미터 복호화부(420)는 스테레오 신호의 부호화된 비트스트림으로부터 상기 멀티 채널 신호를 구성하는 복수 채널간의 특성 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 복원한다. 이 때, 복수의 파라미터는 CLD, ICC, 및 IPD를 포함할 수는 있으나, OPD는 포함하지 않을 수 있다.
파라미터 추정부(430)는 복수의 파라미터에 OPD가 포함되지 않은 경우, 복원된 복수의 파라미터를 이용하여 OPD를 추정한다.
이하에서는 OPD를 추정하는 파라미터 추정부(430)의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 후술된 수학식들은 본 발명의 일실시예에 불과하고, 후술된 수학식들은 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 할 수 있다.
먼저, 파라미터 추정부(430)는 수학식 4에 따라서, CLD를 이용하여 제1 중간 변수 c를 구한다.
Figure pat00022
여기서, b는 주파수 밴드의 인덱스를 나타낸다. 수학식 4와 같이, 제1 중간 변수 c는 특정 주파수 밴드에서의 IID 값을 20으로 나눈 수를 10의 지수 형태로 표현함으로써 구할 수 있다. 이 때, 제1 중간 변수 c를 이용하여 다음 수학식 5 및 6과 같이 제2 중간 변수 c1 및 제3 중간 변수 c2를 구할 수 있다.
Figure pat00023
Figure pat00024
즉, 제3 중간 변수 c2는 제2 중간 변수 c1의 값에 c를 곱한 값으로 구할 수 있다.
다음으로, 파라미터 추정부(430)는 복원된 모노 신호와, 수학식 5 및 수학식 6에서 구한 제2 중간 변수 및 제3 중간 변수를 이용하여 제1 우채널 신호와 제1 좌채널 신호를 구한다. 제1 우채널 신호 및 제1 좌채널 신호는 하기 수학식 7 및 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00025
여기서, n은 시간 슬롯 인덱스이며, k는 파라미터 밴드 인덱스를 나타낸다. 제1 우채널 신호
Figure pat00026
는 제2 중간 변수 c1과 복원된 모노 신호 M의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00027
제1 좌채널 신호
Figure pat00028
는 제2 중간 변수 c2와 복원된 모노 신호 M의 곱으로 나타낼 수 있다.
이 때, IPD를
Figure pat00029
라고 하면, 제1 모노 신호
Figure pat00030
는 제1 우채널 신호
Figure pat00031
및 제2 좌채널 신호
Figure pat00032
를 이용하여 다음 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00033
또한, 수학식 6 내지 9를 이용하여, 시간 슬롯과 파라미터 밴드에 따른 제4 중간 변수 p는 다음 수학식 10과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00034
여기서, 제4 중간 변수 p는 제1 좌채널 신호, 제1 우채널 신호, 및 제1 모노 신호의 크기의 합을 2로 나눈 값으로 한다. 이 때, OPD의 값을
Figure pat00035
라 할 때, OPD는 다음 수학식 11과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00036
또한, OPD와 IPD의 차에 해당하는 값을
Figure pat00037
라 할 때,
Figure pat00038
은 다음 수학식 12와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00039
수학식 11에서 구한 OPD의 값인
Figure pat00040
은 복호화된 모노 신호와 업믹싱될 좌채널 신호 사이의 위상 차이고, 수학식 12에서 구한 값인
Figure pat00041
는 복호화된 모노 신호와 업믹싱될 우채널 신호 사이의 위상 차를 나타낸다.
수학식 11 및 수학식 12는 수학식 13과 같이 등가적으로 구현될 수 있다.
Figure pat00042
with
Figure pat00043
여기에서 l, m은 각 서브밴드 인덱스와 파라미터 셋을 의미한다.
이와 같이, 파라미터 추정부(430)는 스테레오 신호의 채널 간 크기 차를 나타내는 IID를 이용하여 복원된 모노 신호로부터 좌채널 신호 및 우채널 신호에 대한 제1 좌채널 신호 및 제1 우채널 신호를 생성하고, 스테레오 신호의 채널 간 위상 차를 나타내는 IPD를 이용하여 제1 좌채널 신호 및 제1 우채널 신호로부터 제1 모노 신호를 생성하며, 생성된 제1 좌채널 신호, 제1 우채널 신호, 및 제1 모노 신호를 이용하여 복원된 모노 신호와 스테레오 신호의 위상 차를 나타내는 OPD의 값을 추정할 수 있다.
파라미터 역양자화부(440)는 복호화된 파라미터 및 복호화된 파라미터들로부터 추정된 파라미터를 역양자화한다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참고하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부(440)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 USAC(Unified Speech and Audio Coding)에 기반하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부(440)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 단계(501)에서는 파라미터의 타입(type)이 위상 파라미터인지를 판단한다.
만약, 단계(501)에서 파라미터 타입이 위상 파라미터가 아닌 것으로 판단한 경우, 단계(502)에서는 MPS(MPEG Surround) 무손실 코딩 방법에 기초하여 위상 파라미터 이외의 파라미터인 제2 파라미터를 역양자화한다.
만약, 단계(501)에서 파라미터 타입이 위상 파라미터인 것으로 판단한 경우, 단계(503)에서는 위상 파라미터의 부호화 모드를 판단한다. 보다 상세하게는, 단계(503)에서는 위상 파라미터의 부호화 모드가 1D 허프만 코딩인지, 2D 허프만 코딩인지를 판단한다.
단계(503)에서 위상 파라미터의 부호화 모드가 1D 허프만 코딩이라고 판단한 경우, 단계(504)에서는 dT 또는 dF를 결정한다. dT는 이전 프레임에서 같은 밴드의 양자화된 위상정보를 기준으로 차이를 계산하는 것을 의미하고, dF는 현재 프레임의 이전 밴드의 양자화된 위상정보를 기준으로 차이를 계산하는 것을 의미한다
이 후, 단계(505)에서는 단계(504)에서 결정된 dT 또는 dF에 따라서 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 호프만 코드북에 따라 위상 파라미터에 대해 1D 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(506)에서는 이전 위상 파라미터와 현재 위상 파라미터를 dT 또는 dF에 따라 모듈러 연산하여 양자화된 위상 파라미터를 복원한다.
만약, 단계(503)에서, 위상 파라미터의 부호화 모드가 2D 허프만 코딩이라고 판단한 경우, 단계(507)에서는 LAV 디코딩을 수행한다.
이 후, 단계(508)에서는 LAV에 따라 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 허프만 코드북에 따라 위상 파라미터에 대해 2D 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(509)에서는 2D 허프만 디코딩에 의해 복호화된 X 및 Y의 크기의 대소관계에 대한 정보를 복원하고, 복원된 대소 관계에 대한 정보에 기초하여 X 및 Y의 순서를 조절한다.
단계(510)에서는 순서가 조절된 X 및 Y를 모듈러 연산하여 양자화된 위상 파라미터를 복원한다.
단계(511)에서는 단계(506) 또는 단계(508)에서 복원된 양자화된 위상 파라미터를 역양자화하여 위상 파라미터를 복원한다.
도 6 및 도 7은 MPS(MPEG Surround) 무손실 부호화 방식에 기반하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부(440)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 단계(601)에서는 파라미터의 타입(type)이 위상 파라미터인지를 판단한다.
만약, 단계(601)에서 파라미터 타입이 위상 파라미터인 것으로 판단한 경우, 단계(603)에서는 위상 파라미터의 부호화 모드를 판단한다. 즉, 단계(603)에서는 위상 파라미터의 부호화 모드가 1D 허프만 코딩인지, 2D 허프만 코딩인지를 판단한다.
단계(603)에서 위상 파라미터의 부호화 모드가 1D 허프만 코딩이라고 판단한 경우, 단계(604)에서는 dT1 또는 dF1를 결정한다.
이 후, 단계(605)에서는 단계(604)에서 결정된 dT1 또는 dF1에 따라서 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 호프만 코드북에 따라 위상 파라미터에 대해 1D 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(606)에서는 dT1 또는 dF1에 기초하여 역 차분 복호화 및 모듈러 연산을 통해 이전 위상 파라미터와 현재 위상 파라미터로부터 양자화된 위상 파라미터를 복원한다.
만약, 단계(603)에서, 위상 파라미터의 부호화 모드가 2D 허프만 코딩이라고 판단한 경우, 단계(607)에서는 LAV 디코딩을 수행한다.
이 후, 단계(608)에서는 LAV에 따라 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 허프만 코드북에 따라 위상 파라미터에 대해 2D 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(609)에서는 2D 허프만 디코딩에 의해 복호화된 X 및 Y의 크기의 대소관계에 대한 정보를 복원하고, 복원된 대소 관계에 대한 정보에 기초하여 X 및 Y의 순서를 조절한다.
단계(610)에서는 역 차분 복호화 및 모듈러 연산을 통해 순서가 조절된 X 및 Y로부터 양자화된 위상 파라미터를 복원한다.
단계(611)에서는 단계(606) 또는 단계(610)에서 복원된 양자화된 위상 파라미터를 역양자화하여 위상 파라미터를 복원한다.
처음으로 돌아가서, 만약 단계(601)에서 파라미터 타입이 위상 파라미터가 아닌 것으로 판단한 경우, 단계(602)에서는 위상 파라미터 이외의 파라미터인 제2 파라미터를 역양자화한다.
도 7을 참고하여 단계(602)에 대해 상세히 설명하면 아래와 같다.
단계(60201)에서는 제2 파라미터의 부호화 모드를 판단한다. 보다 상세하게는, 단계(6021)에서는 제2 파라미터의 부호화 모드가 1D 허프만 코딩인지, 2D 허프만 코딩인지를 판단한다.
단계(60201)에서 제2 파라미터의 부호화 모드가 1D 허프만 코딩이라고 판단한 경우, 단계(60202)에서는 dT2 또는 dF2를 결정한다.
이 후, 단계(60203)에서는 dT2 또는 dF2에 따라 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 허프만 코드북에 따라 제2 파라미터에 대하 1D 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(60204)에서는 현재 제2 파라미터와 이전 제2 파라미터 간의 차의 부호(sign)를 복호화한다.
단계(60205)에서는 dT2 또는 dF2에 기초하여 역차분 복호화를 통해 이전 제2 파라미터 및 현재 제2 파라미터로부터 양자화된 제2 파라미터를 복원한다.
만약, 단계(60201)에서 제2 파라미터의 부호화 모드가 2D 허프만 코딩이라고 판단한 경우, 단계(60206)에서는 LAV 디코딩을 수행한다.
이 후, 단계(60207)에서는 LAV에 따라 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 허프만 코드북에 따라 위상 파라미터에 대해 2D 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(60208)에서는 2D 허프만 디코딩에 의해 복호화된 X 및 Y의 크기의 대소 관계에 대한 정보를 복원하고, 복원된 대소 관계에 대한 정보에 기초하여 X 및 Y의 순서를 조절한다.
단계(60209)에서는 순서가 조절된 X 및 Y의 부호(sign)을 복호화한다.
단계(60210)에서는 역 차분 복호화를 통해 순서가 조절된 X 및 Y로부터 양자화된 제2 파라미터를 복원한다.
이 후, 단계(60211)에서는 단계(60205) 또는 단계(60210)에서 복원된 양자화된 제2 파라미터를 역양자화하여 제2 파라미터를 복원한다.
단계(611)에서는 단계(606) 또는 단계(608)에서 복원된 양자화된 위상 파라미터를 역양자화하여 위상 파라미터를 복원한다.
도 8은 PS(Parametric Stereo) 무손실 부호화 방식에 기반하여 파라미터를 역양자화하는 파라미터 역양자화부(440)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 단계(801)에서는 파라미터의 타입이 IPD인지를 판단한다.
만약, 단계(801)에서 파라미터의 타입이 IPD인 것으로 판단한 경우, 단계(802)에서는 dT1 또는 dF1를 결정한다.
이후, 단계(803)에서는 결정된 dT1 또는 dF1에 따라서 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 허프만 코드북에 따라 IPD에 대해 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(804)에서는 dT1 또는 dF1에 기초하여 역 차분 복호화 및 모듈러 연산을 통해 이전 IPD 및 현재 IPD로부터 양자화된 IPD를 복원한다.
단계(805)에서는 양자화된 IPD를 역양자화하여 IPD를 복원한다.
처음으로 돌아가서, 단계(801)에서 파라미터의 타입이 IPD가 아닌 것으로 판단한 경우, 단계(806)에서는 dT2 또는 dF2를 결정한다.
이 후, 단계(807)에서는 dT2 또는 dF2에 따라서 허프만 코드북을 결정하고, 결정된 허프만 코드북에 따라 IPD 이외의 파라미터인 제2 파라미터에 대해 허프만 디코딩을 수행한다.
단계(808)에서는 현재 제2 파라미터와 이전 제2 파라미터 간의 차의 부호(sign)를 복호화한다.
단계(809)에서는 dT2 또는 dF2에 기초하여 역 차분 복호화를 통해 이전 제2 파라미터 및 현재 제2 파라미터로부터 양자화된 제2 파라미터를 복원한다.
단계(810)에서는 양자화된 제2 파라미터를 역양자화하여 제2 파라미터를 복원한다.
다시, 도 4를 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 채널 신호의 복호화 장치(400)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
업 믹싱부(450)는 복원된 파라미터 및 추정된 파라미터(OPD)를 이용하여 모노 신호를 업 믹싱한다.
업 믹싱은 한 채널의 모노 신호로부터 두 채널 이상의 스테레오 신호를 생성하는 것으로 다운 믹싱과 대응된다. 이하에서는 CLD, ICC, IPD 및 OPD를 이용하여 모노 신호를 업 믹싱하는 업 믹싱부(450)의 구체적인 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 업 믹싱부(450)는 ICC의 값이
Figure pat00044
일 때, 제2 및 제3 중간 변수 c1 및 c2를 이용하여 제1 위상
Figure pat00045
및 제2 위상
Figure pat00046
을 다음 수학식 14 및 15과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00047
Figure pat00048
다음으로, 업 믹싱부(450)는 복원된 모노 신호가 M이고, 디코릴레이션된 신호가 D일 때, 수학식 14 및 수학식 15를 통해 구한 제1 및 제2 위상, 제2 및 제3 중간 변수 c1 및 c2 및 수학식 11에서 구한 OPD의 값인
Figure pat00049
, 수학식 12에서 구한 값인
Figure pat00050
을 이용하여 아래의 수학식 16 및 수학식 17과 같이 업 믹싱된 좌채널 신호 및 우채널 신호를 구할 수 있다.
Figure pat00051
Figure pat00052
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
410 ... 모노신호 복호화부 420 ... 파라미터 복호화부
430 ... 파라미터 추정부 440 ... 파라미터 역양자화부
450 ... 업믹싱부

Claims (1)

  1. 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는
    비트스트림으로부터 모노 다운믹스 신호를 복호화하고,
    상기 비트스트림으로부터 채널들 간의 특성 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 복호화하고,
    상기 복호화된 복수의 파라미터에 근거하여 상기 모노 다운믹스 신호를 스테레오 신호로 업믹싱하고,
    상기 복호화된 복수의 파라미터는 위상 파라미터를 포함하고, 상기 복수의 파라미터를 복호화하는 단계는 상기 비트스트림으로부터 상기 위상 파라미터의 LAV(La의 est Absolute Value)에 대한 인덱스를 획득하고, 상기 인덱스로부터 상기 위상 파라미터의 LAV를 획득하고, 상기 LAV에 근거하여 허프만 코드북을 결정하고, 상기 결정된 허프만 코드북에 근거하여 상기 위상 파라미터의 심볼들을 복호화하고, 상기 복호화된 심볼로부터 양자화된 위상 파라미터를 획득하는 복호화장치.
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