본 논문에서는 MPEG Surround의 다양한 모드들과 툴들에 대해서 소개한다. MPEG Surround바이노럴 모드의 경우 HRTFs (Head-Related transfer Functions)를 이용하여 가상의 5.1 채널을 지원하기 때문에 휴대용 오디오 기기에서 헤드폰이나 이어폰을 이용하여 재생할 수 있다. 또한, MPEG Surround는 부가 정보 없이 스테레오 채널을 5.1 채널을 지원하는 Enhanced Matrix 모드, 기존의 3D 코딩 신호에 적용할 수 있는 3D 스테레오 모드, 복호화 과정에서 연산량을 크게 줄일 수 있는 저전력 (Low Power)버전 등을 지원한다. 이 외에도, MPEG Surround는 아티스틱 다운믹스 신호에 대해 적용하는 Arbitrary Downmix Gain (ADG)툴, 기존의 행렬 근거 방법들에 의한 다운믹스 신호에 적용되는 행렬 호환성 (Matrix Compatibility)툴, 고비트율을 사용할 수 있을 때 적용되는 잔차 신호 코딩 (Residual Coding)툴, 박수 소리 등 특정 신호에 대해 사용될 수 있는 GES (Guided Envelope Shaping)툴 등을 지원한다. 중요한 모드 및 툴들에 대해 여러 기관에 의해 수행된 청취 평가의 결과도 함께 보이고 있다.
초직교 시공간 격자 부호(Super-Orthogonal Space-Time Trellis Codes; SOSTTC)는 직교 행렬의 집합을 확장하여 부호율의 손실 없이 부호 이득과 다이버시티 이득을 동시에 얻는 방법이다. SOSTTC에서 신호 집합 확장은 부호 행렬의 첫째 열을 회전시킴으로써 이루어진다. 기존에 사용된 회전각은 성능 개선보다 신호 성좌의 확장을 피하기 위한 목적으로 선택되었다. 본 논문에서는 고속 레일리 페이딩 채널에서 SOSTTC의 성능을 개선하기 위해 적당한 회전각을 선택하기 위한 설계 요건을 만들었다. 또한, 적당한 회전각을 사용하여 개선된 SOSTTC를 설계하였다. 그리고 모의실험을 통하여 본 논문에서 설계된 SOSTTC가 기존의 SOSTTC 보다 BER 성능 면에서 더 뛰어남을 입증하였다.
본 논문에서는 다중 셀 하향링크에서 셀간 간섭의 영향을 고려하여 균일 채널 분해를 사용하는 비선형 송신기와 선형 수신기를 설계한다. 기존의 다중사용자 MIMO에 적용된 균일 채널 분해 방식을 다중 셀 다중사용자 MIMO환경으로 확장하여 각 셀 안의 모든 부채널에서 같은 SINR을 갖게 된다. 이 방법은 비트 할당을 하지 않기 때문에 변조/코딩 절차에서 큰 편리함을 제공하고 최대 diversity gain을 얻게 된다. 시뮬레이션 결과로부터 기존의 방법에 비하여 더 낮은 BER을 얻는 것을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 LSF계수의 효율적인 양자화기인 improved PSVQ(IPSVQ) 방식을 제안하고, 이를 CDMA 디지틀 이동통신용 음성부호화기인 8 kbps QCELP에 도입하여 QCELP의 성능을 개선하였다. 프레임당 40 비트의 DPCM 양자화방식 대신 27 비트에서 transparent한 성능을 제공하는 IPSVQ 방식을 이용하여 13 비트를 절약하고, 이렇게 절약된 비트들을 음질에 중요한 영향을 끼치는 계수들에 해당하는 코드북 및 피치이득 계수의 양자화에 추가로 할당하여 QCELP의 전체적인 성능을 개선하였다. 객관적인 평가 방법인 SNR 및 SEGSNR이 각각 0.9 dB와 0.4 dB 정도 개선되었으며, 주관적인 음질시험을 통해서 성능향상을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 두 명의 상호협력 사용자가 추가적인 대역을 사용하지 않고도 서로의 데이터를 공간적으로 다중화 할 수 있는, 공간적으로 좌표 재배열된 직교 설계 기반의 새로운 상호협력 통신 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 기존의 상호협력 통신기법에 비해 다이버시티 이득 (다이버시티 이득 2) 뿐만 아니라 추가적인 코딩 이득을 얻을 수 있음을 보인다. 상호협력 통신에 참여하는 특정 사용자 노드가 자신과 짝을 이루어 동일한 목적지 노드(즉, 셀룰러 네트워크에서의 기지국)와 통신할 수 있는 또 다른 사용자 노드를 찾을 수만 있다면, 제안하는 기법을 통해 셀룰러 네트워크에서 상향링크의 비트 오류율 성능을 향상시킬 수 있음을 시뮬레이션 결과를 통해 확인한다.
최근 MPEG-2와 갇은 비디오 압축기술과 디지털 전송기술의 발전으로 기존의 일정 비트율 (constant bit rate: CBR) 채널을 통하여 디지털 압축된 다수의 비디오 프로그램들이 전송 가능하다. 본 논문은 이러한 환경에서 전송되는 모든 비디오 프로그램들의 전송률의 합은 일정하지만 각 비디오 프로그램에 대해서는 가변 비트율 (variable bit rate: VBR)을 허용함으로써 VBR 압축의 장점을 얻을 수 있는 결합 비디오 부호화 방식을 제시한다. 본 논문은 다음 두 가지 관점에서 기여한다. 첫째, MPEG-2 비디오에 대한 비트율-왜곡 추정 방식을 제안하는데, 이로 인하여 부호화에 사용되는 양자화 스텝 크기에 따른 한 영상에서 발생하는 비트량과 왜곡을 예측하거나 역으로 발생하는 비트량이나 왜곡에 대한 양자화 스텝 크기를 예측할 수 있다. 제안된 추정 방식의 장점은 실제의 비디오 부호화 응용에 적용할 수 있을 만큼 계산량이 적고 정확하다는 것이다. 둘째, 제안된 비트율-왜곡 추정 결과를 이용한 효율적이고도 정확한 결합 부호화 방식을 제시하고, 실험을 통하여 성능을 검증한다. 실험 결과 제안된 부호화 방식은 소수의 비디오 프로그램이 결합 부호화되어도 한 프로그램뿐만 아니라 프로그램들간에도 일관된 화질이 유지되고, 동일한 채널대역에 추가적인 프로그램의 전송과 같은 두드러진 이득을 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 AMC-V-BLAST(Adaptive Modulation and Coding-Vertical-Bell-lab Layered Space-Time) 결합 시스템에 각 레이어 별로 공통적인 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 적용한 경우와 독립적인 MSC 레벨을 적용한 경우의 시스템 구조를 제시 후 성능을 관찰한다. 그리고 공통적인 MCS 레벨이 적용된 결합 시스템의 성능에 비하여 독립적인 MCS 레벨이 적용된 결합 시스템이 어느 정도의 전송률 향상이 있는가를 살펴본다. 실험결과, 독립적인 MCS 레벨이 적용된 경우가 레이어 별로 각 채널상태에 따라 최대한의 전송률을 얻기 위한 변조 및 코딩 방식이 선택되므로 공통 MCS 레벨을 적용한 경우에 비하여 전송률 성능이 우수함을 보였다. 특히, 약 $7dB{\sim}9dB$ SNR 구간에서 독립적인 MCS 레벨을 적용한 AMC-V-BLAST 결합 시스템의 경우가 공통적인 MCS 레벨을 적용한 경우에 비하여 약 700kbps의 전송률이 개선됨을 확인하였다. 또한, 수신다이버시티를 고려하며 MMSE 무효화 기법을 적용한 AMC-V-BLAST 결합 시스템의 경우 $7dB{\sim}9dB$ SNR 구간에 대하여 독립적인 MCS 레벨을 적용한 시스템과 공통적인 MCS 레벨을 선택한 시스템 간의 전송률 차이가 약 350kpbs 내외로 나타남을 확인할 수 있다.
종래의 움직임보상 변환 부호화 기술은 부호화기가 복호화기에 비해 매우 복잡한 구조를 갖는다. 하지만 센서네트워크와 같은 에너지 제한 환경을 위한 경량화 부호화기의 필요성이 대두됨에 따라 부호화기 복잡도와 에너지소비의 대부분을 차지했던 움직임 예측/보상과정을 없애기 위한 새로운 부호화 구조에 대한 연구가 이루어져 왔다. Wyner-Ziv 코딩 기술은 이를 가능하게 하는 대표적인 기술로서 터보 코드와 같은 채널 코드를 이용하여 프레임과 보조정보 사이의 잡음을 제거하여 영상을 복원한다. 이때 부호화기는 단순히 현재 프레임에 대한 패리티 정보만을 생성할 뿐 프레임간의 유사성을 이용하는 어떠한 과정도 수행하지 않기 때문에 매우 간단한 구조를 갖게 된다. 하지만 Wyner-Ziv 코딩 구조에서는 잡음이 많은 보조영상을 이용하여 복호화 할 경우 터보 코드의 복호화 오류가 발생한다. 이러한 복호화 오류는 특히 영상 간 움직임이 많거나 occlusion이 존재하는 경우 더 많이 발생하여 마치 복원된 영상에 Salt & Pepper 같은 잡음이 나타난다. 이러한 잡음은 비록 그 발생빈도는 적지만 복원된 영상의 주관적인 화질을 상당히 떨어뜨린다. 본 논문은 심볼단위의 Wyner-Ziv 코딩구조하의 초경량 부호화 기술과, 잘못된 필터 적용으로 영상의 texture를 손상시키는 경우를 최소하기 위하여 복호화 시 각 화소에 터보 코드 복호화 오류가 있는지 여부를 판단하여 선택적으로 미디언 필터를 적용시키는 기술을 제안한다. 제안된 방법은 종래의 움직임보상 변환 부호화 기술과 비교하여 현저하게 연산량이 감소된 경량화 부호화 기술로서 터보 코드 복호화 오류로 발생하는 잡음과 영상의 texture를 구분하여 필터를 적용함으로써 복원된 영상의 주관적인 화질과 PSNR을 동시에 개선한다. 실험결과 PSNR의 경우 평균 최고 약 0.8dB에 달하는 성능이득 효과를 보였다.
계층화 시공간 구조와 시공간 트렐리스 부호를 결합한 시스템은 대역폭 확장없이 디버시티 이득과 부호화 이득 뿐 아니라 높은 전송률을 공급할 수 있다. 본 논문에서는 이 시스템에 적합한 두 가지 계층화 수신기 구조를 제안한다. 제안된 계층화 수신기 중 하나(LSTT-MMSE)는 신호를 interference nulling 과정을 통해, 부호화된 그룹 단위로 분류한 다음 각각의 시공간 트렐리스 복호기를 통해 복호하는 구조를 가지고 있다. 다른 하나의 제안된 수신기(LSTT-Whitening)는 interference nulling을 whitening과정으로 대체한 구조를 가지고 있다. Whitening을 적용한 수신기는 부호화된 시공간 구조에 비해 디버시티 이득과 수신 안테나의 수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 제안된 두 수신기는 간섭 억제(interference suppression) 방식에 따라 다른 복호순서(decoding order) 결정 방법을 사용한다. (4, 3) LSTT-Whitening 수신기는 (4, 4) LSTT-Nulling 수신기와 (4, 4) 부호화된 계층화 시공간 구조에 비해 수신 안테나의 수를 줄여도 여전히 1㏈ 성능 이득을 보인다.
계층화 시공간 구조와 시공간 트렐리스 부호를 결합한 시스템은 대역폭 확장없이 디버시티 이득과 부호화 이득 뿐 아니라 높은 전송률을 공급할 수 있다. 본 논문에서는 이 시스템에 적합한 두 가지 계층화 수신기 구조를 제안한다. 제안된 계층화 수신기 중 하나(LSTT-MMSE)는 신호를 interference nulling 과정을 통해, 부호화된 그룹 단위로 분류한 다음 각각의 시공간 트렐리스 복호기를 통해 복호하는 구조를 가지고 있다. 다른 하나의 제안된 수신기(LSTT-Whitening)는 interference nulling을 whitening과정으로 대체한 구조를 가지고 있다. Whitening을 적용한 수신기는 부호화된 시공간 구조에 비해 디버시티 이득과 수신 안테나의 수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 제안된 두 수신기는 간섭 억제(interference suppression) 방식에 따라 다른 복호순서(decoding order) 결정 방법을 사용한다. (4, 3) LSTT-Whitening 수신기는 (4, 4) LSTT-Nulling 수신기와 (4, 4) 부호화된 계층화 시공간 구조에 비해 수신 안테나의 수를 줄여도 여전히 1㏈ 성능 이득을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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