최적화된 계층구조를 갖는 서브밴드 필터뱅크의 설계

The Design of Optimum Hierarchical Subband Filter Bank

계층적 구조를 갖는 서브밴드 코덱은 그 구조의 간단성과 모듈적인 특성으로 인하여 데이타 압축/복원 시스템에 많이 쓰여왔다. 최근까지 연구되어 오고 있는 대부분의 계층적 서브밴드 코덱은 주로 양자화 영향을 고려하지 않은 상태에서 출력단에서 입력 신호를 복원하기 위한 완전복원(perfet Reconstruction)시스템에 제한되어 왔다. 그러나 실제적인 서브밴드 코덱 시스템에서는 분석 필터 뱅크를 통한 입력 신호가 양자화기를 거쳐 합성필터 뱅크에 전송되므로, 양자화 오차가 발생하게 되어 완전복 원은 불가능하게 된다. 따라서, 이러한 양자화 오차를 최소화하여 출력단에서 가능한 한 원 입력신호에 가깝게 재생할 수 있는 최적의 코덱 시스템을 필요로 하게 된다. 본 논문에서는 그 동안 수학적 이론과 코덱구조의 복합성 때문에 고려되지 않았던 양자화기에 위한 양자화 오차를 수학적으로 분석하여 최적화된 계층적 구조를 갖는 서브밴드 코덱의 설계를 제안한다. 본 논문에서의 최적화의기준은 코덱에서 양자화 기에 의해 발생하는 평균 제곱 오차를 최소화하는 계층적 분석/합성 필터 뱅크와 양자화기의 설계에 있다. 구체적인 최적화 설계 예제는 레벨-1. 레벨-2 계층적 구조를 갖는 코덱에 실제 적용되었으며, 설계된 코덱은 컴퓨터 모의 실험을 통하여 검증하였다.

Hierarchical subband codec has been widely promoted in the field of data compression/decompression because of their simplicity and modular nature. Over the past years, the study has received great attention to the perfect reconstruction (PR)system which perfectly recovers the original input signal at the reconstructed output. However, in the actual subband codec system, the signals that passed through the analysis filter bank are quantized before transmission to the receiver side and reconstructed by the synthesis filter bank. Thus the PR system is impossible and the quantization effects must be carefully considered in the system design such that the system recovers the reconstructed output as possible to the the original input signal with minimum quantization error.In this paper, we propose an optimum hierarchical subband codec structure in the presence of quantizer. The optimality criteria of the code is given to the deign of the hierarchical analysis/synthesis subband filter bank and the quantizer that minimize then output mean square error due to the quantizer in the codec. Specific opti-mum design esamples are shown with level-1, level-2 hierarchical structure. The optimal designs are verified by computer simulation.