고속 저전력의 DSP (Programmable Digital Signal Processor)가 개발됨에 따라 이동통신 분야에서 시스템 및 단말기 등이 DSP를 사용하여 구현되고 있다. 본 논문에서는 DSP를 사용한 AMR (Adaptive Multi-rate) 음성부호화기의 멀티 채널 실시간 구현에 관하여 논한다. AMR 음성부호화 알고리즘을 250 MHz로 동작하는 32비트 정수형 DSP 칩인 TMS320C6202를 사용하여 구현하였다. 실시간 동작을 위하여 cross compile, 선형 어셈블리 최적화, TMS320C62xx 어셈블리 최적화 작업을 수행하였다. AMR 음성부호화기에 음성 데이터 입출력 기능 및 외부 CPU와의 통신기능을 포함하였다. DSP EVM 보드를 사용하여 AMR 음성부호화기를 개발하였고, ETRI에서 개발중인 비동기 IMT-2000 시스템 상에서 동작 및 기능을 검증하였다.
디지틀 이동 통신 시스템 검토에 있어서 고음질 저전송 속도의 음성 부호화기 연구는 가용 주파수 대역의 제한을 극복하여 통신 서비스를 증대시키기 위한 필수 사항의 하나이다. 본 논문에서는 디지특 이동 통신용 13 kbps RPE LTP 음성 부호화기의 구현에 관하여 다루었다. 하나의 DSP칩을 이용하여 양방향 통신방식으로 실시간 구현(DSP 로딩율 약 75%)이 가능함을 나타냈으며, 또한 H/W 구현을 위한 고정소수점 시뮬레이션 및 채널코딩과의 연계를 고려한 각 전송 파리미티의 비트 중요도 분석 결과를 제시하였다.
본 논문은 음성과 오디오의 혼합 콘텐츠를 대상으로 하는 9.2 kbps 저 전송률 변환여기 부호화기 설계를 목표로 한다. 저 전송률 환경을 위하여 주파수 영역 신호의 중요도에 따른 Band-Selection 방법과 Gain-Shape 양자화를 이용한 Analysis by Synthesis(AbS) 구조를 이용한다. AbS 구조를 이용하는 과정에서 발생하게 되는 연산량을 감소시키기 위하여 밴드별 IDFT를 취하고 합성하는 방법을 이용한다. 전송 되지 않는 구간에 대하여 Comfort Noise를 삽입함으로써 음질 저하 없이 설계한다. 기존의 TCX모드와 비교하여 저 전송률에서 성능의 저하 없는 부호화기를 제안한다.
본 논문에서는, 매우 낮은 전송율이 요구되는 음성통신의 환경하에서 CELP 음성 부호기를 사용할 경우, 스펙트럼에 대한 정보를 어떻게 효과적으로 나타낼 것인가에 대하여 고찰하였다. 구체적으로, 스펙트럼에 대한 정보를 나타내는 LPC 파라메타를 cepstrum으로 변형시키고, 변형된 LPC cepstrum계수들을 효과적으로 벡터 양자화하는 방법을 제시하였다. 벡터 양자화에 사용되는 코드-북의 설계를 위하여, 주파수 대역에서 서로 다른 의미를 갖는 세계의 cepstral distance measure들을 시도하였으며, 각각에 대한 성능이 분석되어졌다. 시뮬레이션을 통하여, 본 논문에서 제시한 LPC cepstral 벡터 양자화 방식이 스펙트럼에 대한 정보를 매우 효과적으로 나타낼 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 음성의 short-term 계수 추출에 대한 새로운 방식을 제안하였으며, 데이타량 9.6Kbits/sec의 멀티 트리 부호기를 실현하였다. 이 트리 부호기는 총 지연시간 2.5msec을 (6.4KHz 샘플링 주파수에서 16샘플) 가지며, 좋은 출력 음질을 가지며, bit 오욜 (BER) $10^{-3}$에서도 견실한 상태를 유지한다. 이 견실성은 short-term 계수 추출을 위해 수신된 여기 신호를 smoothing 하여, 병렬 구성과 함께 사용하므로 가능 하였다. 이 부호기의 출력 음성은 SNR, SNRSEG, 그리고 듣기 시험으로 평가 되었다.
This paper presents an improved MELP Coder using Fourier magnitude compensation method chosen the new 2.4 kbit/s U.S. federal Standard. Although the MELP is quite good, it has some distortion for low-pitch male speakers. An improved MELP coder includes a post processing for the fourier magnitude model that allows the MELP to reconstruct the lower frequency spectrum more accurately and improve the speech quality. In this new compensation algorithm, the harmonic magnitudes in the low frequencies are adaptively modified by removing the effect of the two filters. Also, the bit rate of the improved MELP coder is the same as that of the Federal Standard MELP coder. formal quality tests show that the improved MELP coder was preferred over the Federal Standard MELP coder by $80.8\%$.
This paper proposes a novel spectral hole substitution technique for low bit-rate audio coding. The spectral holes frequently occurring in relatively weak energy bands due to zero bit quantization result in severe quality degradation, especially for harmonic signals such as speech vowels. The enhanced aacPlus (EAAC) audio codec artificially adjusts the minimum signal-to-mask ratio (SMR) to reduce the number of spectral holes, but it still produces noisy sound. The proposed method selectively predicts the spectral shapes of hole bands using either intra-band correlation, i.e. harmonically related coefficients nearby or inter-band correlation, i.e. previous frames. For the bands that have low prediction gain, only the energy term is quantized and spectral shapes are replaced by pseudo random values in the decoding stage. To minimize perceptual distortion caused by spectral mismatching, the criterion of the just noticeable level difference (JNLD) and spectral similarity between original and predicted shapes are adopted for quantizing the energy term. Simulation results show that the proposed method implemented into the EAAC baseline coder significantly improves speech quality at low bit-rates while keeping equivalent quality for mixed and music contents.
정보 및 통신의 필요성이 증대되면서 음성 부호화 방법에 관한 연구는 꾸준히 진행되어왔다. 특히, 이동통신에 대한 수요가 증가함에 따라 선진국에서는 기본 표준안을 완성하고, 채널 용량을 확대하기 위한 half-rate 표준화 작업이 한창 진행되고 있다. 본 논문에서는 표준화되거나 표준안으로의 가능성이 높은 음성 부호화 알고리즘들에 대해 서술한다. 또한 이로부터 향후 진행방향에 대해 언급하고자 한다.
This paper presents dispersed-pulse and random codebook for CELP coder. This coder operates on speech frames of 20ms and generates an excitation vector by convoluting dispersion vectors with signed pulses in an algebraic codevector. The improvement of pulse-based fixed codebook is performed at a low bit rate. A high performance fixed-codebook consists of a partial algebraic codebook and a random codebook in unvoiced and stationary noise regions. The proposed CELP coder is quantized with 4kb/s and is compared with G.729 (Bkb/s CS-ACELP). Subjective testing shows better quality than reference coders under some background noise conditions
본 논문에서는 하모닉 부호화기와 CELP(Code Excited Linear Prediction) 부호화기의 장점을 고려한 효율적인 저 전송률 하모닉-CELP 음성 부호화기를 제안한다. 제안된 하모닉-CELP 부호화기에서는 프레임 단위 유/무성음 판별에 따라 무성음 구간에서는 고속 CELP방식으로 부호화하고 유성음 구간에서는 개선된 하모닉 부호화를 수행한다. 제안된 부호화기는 무성음 부호화를 위한 RP-VSELP(Regular Pulse Vector Sum Excited Linear Prediction), 유성음 부호화를 위한 간단한 정수 피치 검색, 정수 단위 피치에서의 고속 하모닉 추정, 가변 차원 하모닉 벡터 양자화, 주파수 해상도를 반영한 인지 가중치, 고속 하모닉 합성, 대역별 유성음 정도에 따른 자연성 제어, 다중 모드 등을 주요한 특징으로 하며, 이러한 특징들로 인해 기존의 HVXC(Harmonic Vector eXeited Coder) 부호화기에 비해서 매우 낮은 복잡도를 갖는다. 주관적인 음질 평가 결과, 제안된 2.4 kbps 하모닉-CELP 부호화기는 낮은 지연과 적은 계산량으로 양호한 음질을 얻을 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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