본 논문에서는 선형예측 잔여신호에 대한 하모닉 벡터 여기 코딩에, 시간 대역 분리 혼합 코딩을 결합한 4kbps 음성코더를 제안한다. 하모닉 벡터 여기 코딩은 유성음 구간에서 하모닉 여기 코딩을 사용하며, 무성음 구간에 대해서는 분석-합성 구조의 벡터 여기 코딩을 사용한다. 그러나, 이러한 양단 모드 코딩 방법은 유성음과 무성음이 혼재하는 전이 구간에서는 비효과적이므로, 유/무성음 모드 코딩 이외의 새로운 방법이 요구된다. 이에, 전이 구간을 위한 시간 분리 전이 코딩을 설계하였으며, 여기서, 유/무성음 결정 알고리즘은 단위 구간 내의 유성음과 무성음의 존속기간을 결정하고, 이전 구간의 유/무성음 결정에 따라 하모닉-하모닉 코딩과 벡터-하모닉 코딩을 선택적으로 사용한다. 복호화기에서는 하모닉 크기값들의 IFFT 과정을 통해 유성음 여기신호가 효과적으로 합성되며, 무성음 여기신호는 역 벡터 양자화를 통해 만들어진다. 재 복원된 음성 신호는 중첩합산 방법에 의해 합성된다.
A multi-mode harmonic transform coding (MMHTC) for speech and music signals is proposed. Its structure is organized as a linear prediction model with an input of harmonic and transform-based excitation. The proposed coder also utilizes harmonic prediction and an improved quantizer of excitation signal. To efficiently quantize the excitation of music signals, the modulated lapped transform(MLT) is introduced. In other words, the coder combines both the time domain (linear prediction) and the frequency domain technique to achieve the best perceptual quality. The proposed coder showed better speech quality than that of the 8 kbps QCELP coder at a bit-rate of 4 kbps.
본 논문에서는 선형예측 잔여신호에 대한 하모닉 벡터 여기 코딩과 시간 대역 분리 혼합 코딩을 결합한 4kbps EHSX (Enhanced Harmonic Stochastic Excitation) 음성부호화기 실시간 구현한 내용을 기술한다. 유성음 구간에서는 하모닉 여기 코딩에 무성음 구간에 대해서는 분석-합성 구조의 벡터 여기 코딩을 사용하였으며, 유/무성음이 혼재하는 전이구간에서는 시간 분리 전이 코딩을 사용하였다. 이 음성부호화기 구현을 위해 부동소수점과 고정소수점을 모두 지원하는 DSP인 TMS320C6701을 사용하였고, 연산량을 줄이기 위해 IFFT를 사용한 저 복잡도 정현파 합성법을 사용하여 알고리즘의 최적화를 이루었으며, 복잡도의 문제가 되는 부분을 고정소수점으로 변환한 후 파이프라인을 적용한 핸드 어셈블리 코딩을 하여 구현에서의 최적화를 이루었다. 또한, 메모리의 효율성을 극대화하기 위해 캐쉬 메모리 할당과 데이터를 내부 메모리에 할당하였고 수학 연산의 최적화를 위해 FastRTS67x 라이브러리를 사용하였다. 개발 환경은 DSP EVM 보드를 사용하였으며 음성 신호의 입·출력 확인으로 동작 및 기능을 검증하여 실시간 구현하였다.
This paper describes a fast harmonic estimation, referred to as Delta Adjustment (DA), using a low resolution pitch. The presented DA method is based on modification of the Generalized Dual Excitation (GDE) technique[1] which was proposed to improve speech enhancement performance. We introduce the GDE technique and modify it to be suitable for low bit rate harmonic coding that uses only an integer pitch estimate. Unlike the GDE, the DA matches a frequency-warped version of the original spectrum that conforms to a fixed pitch at all harmonic bands. In addition, complexity and performance of the presented method are described in comparison with those of the conventional Fractional Pitch (FP) based harmonic estimation. Experimental results showed that the DA algorithm significantly reduces the complexity of the FP method while maintaining the performance.
본 논문에서는 기존에 제안한 바 있는 EHC(Efficient Harmonic-CELP) 부호화기에 기반한 이중 전송률(2.4/4.0 kbps)의 개선된 하모닉-CELP(Improved Harmonic-CELP: IHC) 음성 부호화기를 제안한다. 제안된 IHC는 유/무성음 판별에 따라 유성음에서는 하모닉 추정, 하모닉 양자화, 하모닉 합성 및 잡음 혼합을 통한 자연성 제어 등의 과정을 통해, 무성음에서는 고속 CELP 방식을 통해 음성신호를 부호화/복호화한다. 또한 제안된 IHC는 EHC의 유/무성음 판별과 하모닉 추정 성능을 개선한다. 피치 이득과 에너지 등을 이용한 유/무성음 판별은 프레임 내의 에너지 변화 등에 의해 재판별된다. 하모닉 부호화에서는 첨점 추출과 델타 조정 방법을 이용하여 정확한 하모닉 추정을 하고, 혼합하는 잡음의 대역과 양을 적절하게 조절하여 자연성을 제어한다. 제안된 IHC 부호화기에 성능평가 결과, 비교 부호화기인 HVXC 연산량의 약 40%이내의 연산량으로 우수한 음질을 보임을 확인하였다.
본 논문에서는 음성 신호기의 4.8 Kbps에서 효율적인 배음 축척과 결합된 트리 부호기를 실현한다. 음성신호를 2대 1 압축하기 위해 TDHS 알고리즘을 사용한다. 이 과정은 4.8 Kbps에서 6.4 KHz 샘플링율을 적용하면 트리 부호기에 1.5 비트/샘플을 할당할 수 있다. 트리 부호기의 견실성은 short-term 예측기의 적응시 사용되는 입력 신호를 효율적 선택함으로써 개선되어진다. 또한 채널에서 전송에러기 트리 부호기의 성능은 피치 예측기에 스무더를 부가함으로써 개선된다. 배음 축척과 결합된 트리 부호기는 4.8 Kbps 전송률에서 좋은 질의 음성을 출력한다.
현재 개발된 4 kbit/s이하의 저 전송율 음성부호화 시스템은 STC(Sinusoidal Transform Coding)나 MBE (Multi-band Excitation Coding)에 바탕을 두고 있다. 이러한 저 전송율 부호화기들은 대표적인 전이구간 신호인 유성음의 시작점과 끝점에서의 혼합신호(onset signal, offset signal), 비주기적인 신호(non-period signal) 등은 정확히 표현하지 못하기 때문에 자연스런 음질을 만들어 내지 못한다. 본 논문에서는 유성음에는 하모닉 모델, 무성음에서는 스토케스틱 모델, 전이구간에는 하모닉 기반의 비주기적인 펄스의 위치를 추적하는 방식을 사용하여 효과적으로 전이구간을 모델링 하는 방법과 2.4 kbit/s 다중모드 부호화방법을 제안한다. 제안한 방법은 원본신호에서 선형예측 부호화 방법으로 추출된 잔여신호를 신호의 성격에 따라 모델을 달리하는 방법이며, 자각의 신호의 성격에 따라 좋은 성능을 나타내는 모델을 사용하였다. 또한 효율적인 전이구간 모델링 방법의 도입으로 저 전송율에서 CELP(Code Excitation Linear Predictive) 부호화 방식에 의해 시간축에서 합성되는 여기신호와 선형위상을 이용한 하모닉 부호화 방식에 의해 주파수축에서 합성되는 여기신호를 효율적으로 결합이 가능하다는 것이 제안된 2.4 kbit/s 다중모드 부호화기의 장점이다. 제안된 방법의 2.4kbit/s 다중모드 부호화기는 미국 연방 표준부호화기인 2.4 kbit/s MELP(Mixed Excitation Linear Prediction) 부호화기보다 더 좋은 성능을 나타낸다.
본 논문은 주파수 전이신호와 시간 전이 신호에 대해서 고조파 잡음 여기 방법과 시간 분리 여기 방법을 적용한 2.4 kbps 음성부호화 방법을 제안한다. 혼합 여기 부호화 방법은 주기 신호와 비 주기 신호를 효과적으로 표현하기 위해 하모닉 잡음 모델을 사용한다. 혼합신호에 대한 잡음 성분은 캡스트럴 분석 방법을 사용함으로써 추출되고, AR (Autoregressive Model) 모델에 의해 표현된다. 시간 전이구간 신호에서의 모호한 음성을 효과적으로 제거하기 위한 또 다른 방법이 제안된다. 제안된 시간 분리 방법은 시간 에너지 변화정도를 관찰함으로써 전이 시점을 감지하고 다른 시간 길이를 가지는 두 블록으로 분리하여 분석한다. 시간 분리 방법은 분석을 위한 비대칭 윈도우와 합성에서의 위상 합성 방법을 포함한다. 제안된 방법을 사용한 2.4 kbps 음성부호화 방법은 주관적 음질 평가에서 전이구간에서의 지각적 음질의 향상을 보여주었으며, 원본 음성 스펙트럼과의 고조파 비 매칭에 의한 윙윙거리는 기계적인 잡음을 감소시킨다.
IAS는 대게 사용자가 자신의 취향에 맞는 음악을 직접 제작 및 편집 가능한 기능을 제공하는 서비스이다. SAOC는 낮은 전송률로 IAS가 가능한 다객체 오디오 코딩 기술이다. 하지만 SAOC 기법은 특정 객체를 제거하는 경우, 특히 보컬 객체를 제거하는 경우 배경음악에 보컬 객체의 하모닉이 남아있는 문제점이 있다. 그래서 본 논문은 하모닉 추출과 제거를 사용한 보컬 객체 제거 기법을 제안한다. 제안 하는 기법은 부호화기에서 추출한 하모닉 정보를 이용하여 복호화기에서 보컬 객체 신호를 다운믹스 신호에서 제거하는 기법이다. 하모닉 정보로써, 기본 주파수, MVF, 하모닉 크기를 사용한다. 성능평가로 객관적, 주관적 실험을 수행하였으며 모든 실험 결과를 통해 SAOC 기법보다 제안하는 기법이 우수함을 확인한다.
In speech synthesis, LF model is widely used for excitation signal for voice source coding system. But LF model does not represent the harmonic frequencies of excitation signal. We propose an effective method which use sinusoidal functions for representing the harmonics of voice source signal. The proposed method could achieve more exact voice source waveform and better synthesized speech quality than LF model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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