KR960003455B1 - 적응적으로 각 채널에 비트 할당하여 부호화 및 복호화하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치 - Google Patents

적응적으로 각 채널에 비트 할당하여 부호화 및 복호화하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

적응적으로 각 채널에 비트 할당하여 부호화 및 복호화하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치
제1도는 본 발명의 엠 에스(Middle Side : MS)스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치를 도시한 블럭도.
제2도는 본 발명의 MS 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치에서 상호 유사성 값에 대한 비트 할당 상태를 나타내는 도면.
제3도는 본 발명의 MS 스테레오 디지탈 오디오 복호화 장치를 도시한 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : MS 매트릭스부 120 : 상호 유사성 계산부
130 : 적응 비트 할당부 140,150 : 제1 및 제2부호기
160 : 다중화부 310 : 역다중화부
320,330 : 제1 및 제2복호기 340 : MS 매트릭스부
350 : 비트 할당 정부 추출부
본 발명은 적응적 채널 비트 할당 미들 사이드 스테레오 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치에 관한 것으로, 특히 MS 매트릭을 수행한 두 채널에 대한 가산 및 차신호를 제1 및 제2(또는 좌측(L) 및 우측(R)) 채널로 입력되는 오디오 신호의 상호 유사성값에 따라 적응적으로 부호화하고 복호화함으로써 부호화 및 복호화 효율을 증대시키는 적응적 채널 비트 할당 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치에 관한 것이다.
현재, 실용화되어 있는 컴팩트 디스크(Compact Disk : CD) 및 디지탈 오디오 테이프 레코더(Digital Audio Tape recoder : DAT)등과 같은 음질수준의 신호 재생을 목표로 개발중에 있는 고화질 텔레비젼(HDTV) 정보 전송 시스템에서는 비교적 좁은 양 6MHZ의 전송 선로를 통하여 영상 및 오디오 신호를 전송하여야 하기 때문에 영상신호에서와 마찬가지로 오디오 신호에 대해서도 효율적인 신호 압축 기법이 요구되어 왔다.
이를 위하여 HDTV 용 고음질 디지탈 오디오 신호 처리 기술로써, 인간의 청각 특성을 반영하는 적응적 변환 부호화(Adaptive Trasform Coding) 기법을 이용하여 낮은 전송률에서 비교적 간단한 수신기로도 전술한 디지탈 오디오 기기 수준의 음질을 재생할 수 있는 알고리즘 및 하드웨어 구현을 위해 활발히 연구되고 있다.
전술한 적응적 변환 부호화 기법으로써, 선행하는 종래의 스테레오 장치로는 제1 및 제2 두 채널의 스테레오 오디오 신호를 전송하기 위해 두 채널 신호의 합과 차신호, 즉 미들(Middle), 사이드(Side) 신호를 전송한 후 수신측에서 역과정으로 분리하여 제1 및 제2 두 채널 신호로 재생하는 MS 스테레오 방식이 있다.
전술한 종래의 MS 스테레오 부호화 장치는 제1 및 제2채널로 입력되는 디지탈 오디오 신호를 각 채널에 동일한 비트를 할당하여 부호화 하는 것이 통상적이다. 이러한 방식은 두 채널의 상호 유사성을 이용하므로 때로는 효율적이다. 그러나 M채널 및 S채널 각각에 대한 정보량이 서로 상이한 경우에는 전술한 방식을 이용하는 경우 부호화 및 복호화 효율이 떨어진다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 MS 매트릭을 수행한 오디오 신호를 제1 및 제2채널로 입력되는 오디오 신호의 상호 유사성 값과 응답하여 적응적으로 부호화 및 복호화함으로써 부호화 및 복호화 효율을 증대시키는 적응적 채널 비트 할당 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 및 복호화 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 소정의 샘플링 주파수로 디지날 변환되어 입력되는 제1 및 제2채널에 대한 오디오 신호를 가산하고 소정의 값으로 승산한 미들(Middle : M) 채널의 오디오 신호와, 상기 두 채널의 오디오 신호를 감산하고 소정의 값으로 승산한 사이드(Side : S) 채널의 오디오 신호를 생성하는 미들 사이드(MS) 매트릭스부와 ; 상기 제1 및 제2채널에 대한 오디오 신호를 입력하여 상기 두 채널에 대한 오디오 신호의 상호 유사성 값을 계산하고, 이 값에 대응하여 기설정된 간격의 인덱스(Index) 정보를 생성하는 상호 유사성 계산부와 ; 상기 MSM 매트릭스 부에서 제공되는 M채널에 대한 오디오 신호와 S채널에 대한 오디오 신호를 상기 상호 유사성 계산부에서 제공되는 소정의 인덱스 정보에 대응하는 비트로 부호화하는 부호기와 ; 상기 상호 유사성 계산부에서 제공되는 인덱스 정보에 응답하여 소정의 비트 할당 정보(BM,BS)를 추출하여 상기 부호기로 제공하는 적응 비트 할당부와 ; 상기 부호기에서 제공되는 부호화된 상기 M 및 S채널의 오디오 신호와 상기 유사성 계산부에서 제공되는 비트 할당 정보를 채널 특성에 적합한 비트 스트림을 생성하기 위해 다중화하는 다중화부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 압축 부호화되어 수신되는 비트 스트림을 입력하여 M채널에 대한 오디오 신호 및 S채널에 대한 오디오 신호와 상기 부호화시 할당되는 비트 정보를 복원하기 위해 역다중화하는 역다중화부와 ; 상기 역다중화부에서 제공되는 M 및 S채널에 대한 오디오 신호를 복호화하는 복호기와 ; 상기 역다중화부에서 제공되는 부호화시 할당되는 비트 정보로 상기 M 및 채널 각 채널에 할당되는 비트 정보를 추출하여 상기 복호기로 제공하는 비트 할당 정보 추출부와 ; 상기 복호기에서 제공되는 복호화된 M 및 S채널에 대한 오디오 신호를 원래의 제1 및 제2채널의 오디오 신호로 변환하는 MS 매트릭스부를 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 적응적 채널 비트 할당 MS 스테레오 부호화 장치를 도시한 블럭도인데, 이러한 부호화 장치는 MS 매트릭스부(110), 상호 유사성 계산부(120), 적응 비트 할당부(130), 제1 및 제2부호기(140)(150) 및 다중화부(160)를 포함한다.
MS 매트릭스부(310)는 제1 및 제2채널에 대한 디지탈화된 오디오 신호 x(n)와 y(n)를 입력하여 가산(111)하고, 소정의 값으로 승산(112)하여 제1오디오 신호(M(n))를 출력하며, 또한 두 채널의 오디오 신호를 감산(113)하고 소정의 값으로 승산(114)하여 제2오디오 신호((S(n))를 출력하여 후술하는 제1 및 제2부호기(140)(150)로 제공한다. 상호 유사성 계산부(120)는 제1 및 제2채널에 대한 오디오 입력신호 x(n) 및 y(n)에 대해 후술하는 기법에 의해 유사성 값(Index)을 계산하여 후술하는 적응 비트 할당부(130)로 전달한다.
예컨대, 상호 유사성 계산은 먼저 제1 및 제2채널 각각에 대해 N(여기서, N은 양의 정수)개의 샘플로 구성되는 프레임 단위의 입력신호의 상호 유사성을 계산하는데, N개의 샘플에 대한 x(n), y(n)의 평균이 0이라고 가정하면, 상호 유사성(C)값을 다음 식(1)에 의해 구할 수 있다.
여기서, E{ㆍ}는 기대치로써, 확률적인 평균을 의미한다. 식(1)의 기대치(E{ㆍ})의 계산은 유한개의 데이타를 이용하여 산술 평균을 이용하면 근사적으로 계산할 수 있다.
그리고 N개의 데이타를 이용하여 식(1)의 상호 유사성을 계산하는 방법은 다음 식(2)과 같다.
또한, N개의 샘플에 대하여 평균이 0이 아닌 일반적인 경우에는 상호 유사성(C)값은 다음식(3)에 의해 구한다.
여기서, mean(ㆍ)은 산술 평균을 나타내며, 다음식(4)과 같다.
x(n)의 평균 및 y(n)의 평균을 각각 Mx, My라고 하면, 전술한 식(3)의 상호 유사성(C)은 다음 식(5)과 같이 나타낼 수 있다.
식(5)의 상호 유사성(C)은 두 채널 x(n), y(n)의 상호 유사성(또는 상관성)의 크기를 나타내며 이 값에 따라 각 채널 M(n) 및 S(n)에 비트 할당에 대한 가중치를 부여하는 방법은 후술하는 바와 같다.
제2도를 참조하면, 전술한 식(5)에 의해 산출된 상호 유사성(C)에 응답하여 예를들어 3구간으로 분류하여 각 채널에 비트 할당함을 예시한다. 즉, 적응 비트 할당부(130)에서는 도시된 바와 같이 전술한 식(5)을 통해 구한 C값이 0.5와 0.5 사이인 경우에는 Ⅰ2, 또한 C값이 -0.5 이하이면 Ⅰ1, 또한 0.5 이상이면 Ⅰ3의 인덱스(Index)를 출력하는데, 이 인덱스에 대응하는 비트 할당량은 다음 표 1과 같다.
[표 1]
즉, 표 1은 한 채널당 평균 128Kbps의 전송률로 부호화하는 경우를 예로 들었다. 본 발명은 표 1과 같은 인텍스(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)에 대응하여 할당되는 BM, BS를 사전에 설정하여 전술한 상호 유사성 계산부(120)에서 출력하여 제1 및 제2부호기(140)(150)와 다중화부(160)로 각각 제공한다.
그리고, 제1 및 제2부호기(140)(150)는 적응 비트 할당부(130)에서 제공되는 비트 할당 정보를 알려진 부호화 방식에 의해 각기 부호화하여 다중화부(370)로 제공한다. 다중화(MUX)부(370)는 제1 및 제2부호기(350)(360)에서 제공되는 부호화된 디지탈 오디오 신호와 적응 비트 할당부(130)에서 제공되는 비트 할당 정보를 입력하여 채널 특성에 적합하도록 다중화하여 비트 스트림을 출력한다.
제3도는 본 발명의 적응적 채널 비트 할당 MS 스테레오 복호화 장치를 도시한 블럭도로써, 역다중화부(310), 제1 및 제2복호기(320)(330), MS 매트릭스부(340) 및 비트 할당 정보 추출부(350)를 포함한다. 역다중화부(410)는 부호화 장치에서 압축 부호화하여 전송되 온 비트 스트림을 입력하여 인덱스에 대응하는 비트 할당 정보와 전술한 부호화 장치에 부호화한 M 및 S채널의 오디오 신호로 역다중화하여 제1 및 제2복호기(320)(330)와 비트 할당 정보 추출부(350)로 각기 제공한다. 제1 및 제2복호기(320)(330)는 역다중화부(310)에서 제공되는 부호화된 스테레오 오디오 신호를 알려진 복호화 방식에 의해 복호화(M'(n), S'(n))하여 MS 매트릭스(340)로 제공한다.
MS 매트릭스부(340)는 제1 및 제2복호기(320)(330)에서 제공되는 복호화된 M 및 S채널의 디지탈 오디오 신호를 입력하여 전술한 부호화 장치와 동일한 동작을 수행하여 최종 오디오 신호(x'(n), y'(n))를 출력한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 채널 비트 할당 MS 스테레오 부호화 및 복호화 장치에 의하면, MS 매트릭을 수행한 두 채널에 대한 가산 및 차신호를 제1 및 제2두채널로 입력되는 오디오 신호의 상호 유사성 값에 응답하여 적응적으로 부호화하고 복호화함으로써 부호화 및 복호화 효율을 증대시키는 커다란 잇점이 있다.

Claims (6)

  1. 소정의 샘플링 주파수로 디지탈 변환되어 입력되는 제1 및 제2채널에 대한 오디오 신호를 가산하고 소정의 값으로 승산한 미들(Middle : M)채널의 오디오 신호화, 상기 두 채널의 오디오 신호를 감산하고 소정의 값으로 승산한 사이드(Side : S)채널의 오디오 신호를 생성하는 미들 사이드(MS) 매트릭스부와 ; 상기 제1 및 제2채널에 대한 오디오 신호를 입력하여 상기 두 채널에 대한 오디오 신호의 상호 유사성 값을 계산하고, 이 값에 대응하여 기설정된 간격의 인덱스(Index) 정보를 생성하는 상호 유사성 계산부 ; 상기 MS 매트릭스부에서 제공되는 M채널에 대한 오디오 신호와 S채널에 대한 오디오 신호를 상기 상호 유사성 계산부에서 제공되는 소정의 인덱스 정보에 대응하는 비트로 부호화하는 부호기와 ; 상기 상호 유사성 계산부에서 제공되는 인덱스 정보에 응답하여 소정의 비트 할당 정보(BM,BS)를 추출하여 상기 부호기로 제공하는 적응 비트 할당부와 ; 상기 부호기에서 제공되는 부호화된 상기 M 및 S채널의 오디오 신호와 상기 유사성 계산부에서 제공되는 비트 할당 정보를 채널 특성에 적합한 비트 스트림을 생성하기 위해 다중화하는 다중화부를 포함하는 적응적으로 각 채널에 비트 할당하여 부호화하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상호 유사성 계산부에는 의해 상호 유사성 값(C)이 다음과 같은 수식에 결정되며,
    여기서, M2및 My는 입력신호 x(n) 및 y(n)의 평균값을 나타내고, x1및 y1는 디지탈 오디오 입력신호에 대해 순차적으로 가산하기 위한 값을 나타냄을 특징으로 하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상호 유사성 계산부에서 제공되는 인덱스 정보는 3개의 구간(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)으로 설정함을 특징으로 하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 3개의 구간을 나타내는 인덱스 정보에서, Ⅰ1은 상기 상호 유사성 값이 -0.5이하인 경우이고, Ⅰ2는 상기 유사성 값이 -0.5에서 0.5 사이인 경우이며, Ⅰ3은 0.5 이상인 경우를 나타냄을 특징으로 하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 적응 비트 할당부에서 상기 부호기로 제공하는 M 및 S채널의 비트 할당 정보(BM,BS)는 상기 3개의 인덱스 정보(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)에 각각 대응하여 Ⅰ1인 경우에는 상기 BM은 96Kbps, BS는 160Kbps로 설정하고, Ⅰ2인 경우에는 상기 BM은 128Kbps, BS는 128Kbps로 설정하며, Ⅰ3인 경우에는 상기 BM은 160Kbps, BS는 96Kbps로 설정함을 특징으로 하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치.
  6. 압축 부호화되어 수신되는 비트 스트림을 입력하여 M채널에 대한 오디오 신호 및 S채널에 대한 오디오 신호와 상기 부호화시 할당되는 비트 정보를 복원하기 위해 역다중화하는 역다중화부와 ; 상기 역다중화부에서 제공되는 M 및 S채널에 대한 오디오 신호를 복호화하는 복호화기와 ; 상기 역다중화부에서 제공되는 부호화시 할당되는 비트 정보로 상기 M 및 S채널에 할당되는 비트 정보를 추출하여 상기 복호기로 제공하는 비트 할당 정보 추출부와 ; 상기 복호기에서 제공되는 복호화된 N 및 S채널에 대한 오디오 신호를 원래의 제1 및 제2채널의 오디오 신호로 변환하는 MS 매트릭스부를 포함하는 엠 에스 스테레오 디지탈 오디오 부호화 장치.
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