Sound Enhancement of low Sample rate Audio Using LMS in DWT Domain

In order to mitigate the problems in storage space and network bandwidth for the full CD quality audio, current digital audio is always restricted by sampling rate and bandwidth. This restriction normally results in low sample rate audio or calls for the data compression scheme such as MP3. However, they can only reproduce a lower frequency range than a regular CD quality because of the Nyquist sampling theory. Consequently they lose rich spatial information embedded in high frequency. The propose of this paper is to propose efficient high frequency enhancement of low sample rate audio using n adaptive filtering and DWT analysis and synthesis. The proposed algorithm uses the LMS adaptive algorithm to estimate the missing high frequency contents in DWT domain and it then reconstructs the spectrally enhanced audio by using the DWT synthesis procedure. Several experiments with real speech and audio are performed and compared with other algorithm. From the experimental results of spectrogram and sonic test, we confirm that the proposed algorithm outperforms the other algorithm and reasonably works well for the most of audio cases.

DWT영역에서 LMS를 이용한 저 샘플링 비율 오디오 신호의 음질 향상

44.1 kHz 샘플링 비율의 표준 CD음질의 오디오 신호를 인터넷 상에서 전송 및 분배하기 위해서 네트워크 대역폭과 저장 공간의 제한점을 고려해야 한다. 이러한 제한은 오디오 신호의 샘플링 비율을 낮추거나 MP3와 같은 오디오 데이터 압축 기법을 이용하여 해결할 수 있지만, 공통적으로 고 주파수 (High frequency) 대역의 정보가 손실 된다는 문제가 발생한다. 이러한 고 주파수 손실은 결국 저 샘플링 비율의 오디오 신호를 생성하게 되며 표준 CD음질을 가지는 오디오 신호보다 제한된 저 주파수 대역만을 재생할 수 있게 된다. 일반적으로 오디오 신호의 고주파 성분은 위치정보와 명료도, 재생 환경 등에 대한 음의 풍부한 정보를 제공한다. 본 논문의 목적은 LMS 적응 필터링과 DWT 분석/합성을 이용하여 저 샘플링 비율을 가지는 오디오 신호로부터 고 주파수 대역의 정보를 효과적으로 추정하는 것이다. 제안된 알고리즘은 DWT 영역에서 LMS 적응 알고리즘을 이용하여 고 주파수 정보를 추정하고 DWT 합성을 이용하여 고 주파수 정보가 강화된 고음질의 오디오 신호를 재생한다. 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위해 실제 음성신호와 음악 신호를 이용하여 컴퓨터 모의 실험과 청취 평가를 수행하여 기존 알고리즘과 비교하였으며, 실험 결과 제안된 알고리즘의 우수성을 확인하였다.