Audio Quality Enhancement at a Low-bit Rate Perceptual Audio Coding

Low-titrate audio coding enables a number of Internet and mobile multimedia streaming service more efficiently. For the help of next-generation mobile telephone technologies and digital audio/video compression algorithm, we can enjoy the real-time multimedia contents on our mobile devices (cellular phone, PDA notebook, etc). But the limited available bandwidth of mobile communication network prohibits transmitting high-qualify AV contents. In addition, most bandwidth is assigned to transmit video contents. In this paper, we design a novel and simple method for reproducing high frequency components. The spectrum of high frequency components, which are lost by down-sampling, are modeled by the energy rate with low frequency band in Bark scale, and these values are multiplexed with conventional coded bitstream. At the decoder side, the high frequency components are reconstructed by duplicating with low frequency band spectrum at a rate of decoded energy rates. As a result of segmental SNR and MOS test, we convinced that our proposed method enhances the subjective sound quality only 10%∼20% additional bits. In addition, this proposed method can apply all kinds of frequency domain audio compression algorithms, such as MPEG-1/2, AAC, AC-3, and etc.

저비트율로 압축된 오디오의 음질 개선 방법

이동통신망과 같이 제한된 대역폭에서 실시간 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하기 위해서는 보다 낮은 비트율로 비디오와 오디오 데이터를 압축하여야 한다. 또한 대부분의 대역이 비디오 데이터를 위해 할당되어 있으므로 제한된 대역폭만이 오디오에 할당되게 된다. 오디오 데이터를 낮은 비트율로 압축하기 위해서는 압축율이 높은 알고리즘을 사용하거나, 표본화 주파수 (sampling frequency)를 낮춤으로써 데이터 양을 줄여 낮은 비트율로 부호화하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해서 낮은 표본화 주파수로 오디오 신호를 압축하고, 낮은 표본화주파수를 사용함으로서 발생하는 대역폭의 손실은 소량의 부가정보를 이용하여 복원해 줌으로써 음질을 향상시키는 알고리즘을 제안한다. 높은 주파수의 스펙트럼을 복원하기 위하여 부호화단에서 낮은 주파수 대역과 다운 샘플링 과정 중에 손실되는 높은 주파수 대역간의 에너지비를 바크밴드에 구한 후 이를 부호화하여 복호화 단으로 전달하고 이를 이용하여 높은 주파수 성분을 복원하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법을 이용하면 10%∼20% 정도의 추가적인 비트를 사용하면서 기존의 방식보다 세그멘탈 신호대 잡음비는 1㏈∼3㏈의 성능 개선을 보였으며, 주관적인 MOS 듣기 평가를 수행한 결과 기존의 방식보다 음질이 향상됨을 확인하였다. 또한 본 논문에서 제안한 방법은 주파수 영역에서 압축을 수행하는 모든 오디오 부호화 방식에도 적용이 가능하다.