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KR100469270B1 - 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법 Download PDF

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KR100469270B1
KR100469270B1 KR10-2002-0044691A KR20020044691A KR100469270B1 KR 100469270 B1 KR100469270 B1 KR 100469270B1 KR 20020044691 A KR20020044691 A KR 20020044691A KR 100469270 B1 KR100469270 B1 KR 100469270B1
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Abstract

본 발명은 유무선 전송 구간을 통하여 음성을 전달할 때 서로 다른 방식의 복호화 기법을 선택적으로 적용하여 전달 구간의 불량에 의해 발생하는 음질의 급격한 저하를 방지할 수 있도록한 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 그 구성은 부호화된 신호를 수신하여 복호화하는 제 1 복호 수단;상기 제 1 복호 수단의 출력 신호를 이용하여 다른 방식으로 복호화하는 제 2 복호 수단;상기 제 1 복호 수단 또는 제 2 복호 수단에서 출력되는 신호를 선택적으로 출력하는 음성 재생 경로 선택부를 포함한다.

Description

통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법{Device and Method for processing speech signal in communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 유무선 전송 구간을 통하여 음성을 전달할 때 서로 다른 방식의 복호화 기법을 선택적으로 적용하여 전달 구간의불량에 의해 발생하는 음질의 급격한 저하를 방지할 수 있도록한 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에 사용되는 음성 부호화(speech coding) 방법은 크게 파형 부호화(waveform coding), 보코딩(vocoding; voice coding) 그리고 혼성 부호화(hybrid coding)로 나눌 수 있다.
첫째, 파형 부호화 방식을 설명하면 다음과 같다.
파형 부호화 방식은 정보 목적지에서 복원된 신호가 정보 발생지에서의 원래 신호의 모양을 그대로 보존하도록 하는데 그 목적이 있다.
이 방식은 음성 신호뿐만 아니라 크기가 제한된 다른 신호(예를 들면, PC 통신에서 사용되는 PSK(Phase Shift Keying)신호)에도 사용할 수 있다.
이와 같은 이유로 파형 부호화기는 보통 한 표본 단위로 동작하며 신호대 잡음비(SNR)와 같은 객관적인 척도로 부호화기의 성능을 측정할 수 있다.
파형 부호화 방식에는 PCM(Pulse Code Modulation), DM(Delta Modulation), APCM(Adaptive PCM), DPCM(Difference PCM), ADPCM(Adaptive Difference PCM)등이 있다.
이와 같이 입력 음성의 파형 자체를 부호화하는 파형 부호화 방식은 부호화와 복호화 과정을 거쳐도 입력 음성의 파형 자체를 거의 완벽하게 재현할 수 있다.
그러나 전송 에러가 없는 유선상의 전송에는 뛰어난 음질을 보장하지만, 전송 에러의 발생 빈도가 높은 무선 구간을 통한 전송에는 음질의 급격한 저하가 발생할 수도 있다.
둘째, 음성 부호화 방법 중에 보코딩(vocoding)에 관하여 설명하면 다음과 같다.
원천 부호화(source coding)는 PCM으로 바뀐 디지털 신호를 보다 효율적인 전송을 위하여 압축하는데 그 목적이 있다.
보코딩은 사람의 음성 신호의 생성 모델에 근거하여 음성 신호로부터 여기원(excitation source)과 성도(vocal tract)의 특성 파라미터를 추출하고, 합성시에는 이 두 특성 파라미터를 이용하여 다시 원래의 음성을 복원하는 방법이다.
보코딩에서는 신호 파형의 모양을 재생해 내는 것이 아니라 사람의 귀로 듣는데 있어서 원래의 신호와 차이가 없도록 소리(sound)만을 재생한다.
따라서 보코더의 성능 평가에는 신호 대 잡음비가 적합하지 않으므로 주관적인 척도인 MOS(Mean Opinion Score)를 이용한다.
셋째, 음성 부호화 방법 중에 혼성 부호화(hybrid coding)에 관하여 설명하면 다음과 같다.
혼성 부호화법은 파형 부호화 방식과 보코딩 방식의 장점을 결합시킨 부호화 방법으로, 보코딩을 하여 음성 파라미터를 추출해낸 후에 잔여 신호에 대하여 파형 부호화를 하는 것이다.
즉, 분석시에는 보코딩법에서 사용하는 음성 생성 모델을 그대로 적용하여 성도의 특성을 양자화 및 표본화하고, 또한 성도의 특성이 제거된 예측 오차 신호(여기원 신호라고도 함)를 최대한 그 모양을 유지하면서 그대로 전송하고자 방법이다.
현재의 대부분의 이동 통신의 음성 부호화기는 이 혼성 부호화 방식을 사용하고 있으며, Q-CELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction), EVRC(Enhanced Variable Rate Coder)도 모두 혼성 부호화 방식의 음성 부호화기이다.
이 밖의 혼성 부호화 방식에는 유럽 GSM의 표준인 RPE-LTP(Regular Pulse Excited Long Term Prediction), 북미 TDMA와 일본 PDC(Personal Digital Cellular)의 표준인 VSELP(Vector Sum Excited Linear Prediction) 그리고 위성통신인 INMARSAT(International Maritime Telecommunication Satellite Organization) 에서 사용하는 IMBE(Improved Multi-Band Excitation) 등이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 통신 시스템에서 파형 부호화를 이용한 음성 신호 처리에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도이다.
도 1은 음성을 부호화 수단(11)에서 부호화하여 매체를 통하여 전송하고 이를 수신측의 복호 수단(12)에서 받아 복호하여 수신측에서 음성을 수신할 수 있도록한 블록 구성을 나타낸 것이다.
종래 기술에서 부호화 수단(11)으로 파형 부호기를 사용하고 복호화 수단(12)으로 파형 복호기를 사용하는 경우를 예로 하여 설명하면 다음과 같다.
입력 음성을 부호화 수단(11) 즉, 파형 부호기를 이용하여 PCM으로 부호화하고, 전송 매체를 통하여 상대편으로 전송하며, 상대편은 전달된 PCM신호를 복호 수단(12) 즉, 파형 복호기를 이용하여 음성으로 재생한다.
이때, 전송매체가 불량하여 일부의 PCM신호가 불량이 발생되면, 이 신호를 가지고 파형 복호기를 이용하여 음성으로 재생하는 경우 음성이 심하게 손상되어 들리게 된다.
이와 같은 종래 기술의 통신 시스템에서의 음성 부호화 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 파형 부호화 방식을 사용하는 경우에는 전송 에러가 없는 유선상의 전송에는 뛰어난 음질을 보장하지만, 전송 에러의 발생 빈도가 높은 무선 구간을 통한 전송에는 음질의 급격한 저하가 발생할 수도 있다.
둘째, 음성 부호화에 보코딩 방식을 사용하는 경우에는 음성의 발생 원리에 따라 모델링한 파라미터를 이용하여 음성을 만들어 냄으로써, 음질의 급격한 저하를 방지하는 방법을 사용하여 무선상의 전송 불량에 대해서는 우수한 특성을 갖고 있으나 음성이 아닌 모든 입력 파형에 대해서도 보코딩을 하여 신호의 열화가 발생한다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 음성 부호화 방식의 문제를 해결하기 위한 것으로, 유무선 전송 구간을 통하여 음성을 전달할 때 서로 다른 방식의 복호화 기법을 선택적으로 적용하여 전달 구간의 불량에 의해 발생하는 음질의 급격한 저하를 방지할 수 있도록한 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치는 부호화된 신호를 수신하여 복호화하는 제 1 복호 수단; 상기 제 1 복호 수단의 출력 신호를 이용하여 다른 방식으로 복호화하는 제 2 복호 수단; 상기 제 1 복호 수단에 의해 복호화된 데이터의 CRC를 체크하여 불량유무에 따라, 상기 제 1 복호 수단 또는 제 2 복호 수단에서 출력되는 신호를 선택적으로 출력하는 음성 재생 경로 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 의한 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 방법은 수신된 부호화된 음성신호를 제 1 복호방식으로 복호화하는 단계; 상기 제 1 복호방식에 의해 복호화된 데이터의 에러를 확인하는 단계; 전송 불량이 없는 경우, 복호화된 신호를 제 1 경로를 통하여 출력하는 단계; 전송 불량이 있는 경우에 제 2 복호화 방식으로 복호화하고, 제 2 경로를 통하여 재생된 음성신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술의 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 신호 재생을 위한 플로우 차트
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21. 부호화 수단 22. 제 1 복호 수단
23. 제 2 복호 수단 24a. 보코더 부호기
24b. 보코더 복호기 25. 음성 재생 경로 선택부
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 부호화 및 복호화를 위한 구성 블록도이다.
본 발명은 음성 복호화 단계에서 전송 불량이 발생한 경우와 전송 불량이 발생하지 않은 경우를 구분하여 음성 재생 경로를 선택할 수 있도록한 것이다.
즉, 부호화된 신호를 유무선 구간을 통하여 전송하고, 음성 재생시에는 전송 불량이 발생되지 않은 경우와 전송 불량이 발생한 경우를 구분하여 제 1 복호 수단과 제 2 복호 수단을 선택적으로 사용하여 음성을 재생한다.
여기서, 부호화 수단으로는 파형 부호기, 보코더 부호기를 모두 포함하고 전송 매체를 통하여 수신된 부호화 신호가 PCM, 디지털 신호이면 어떤 부호기를 사용하느냐에 관계없이 적용할 수 있다.
또한, 제 1 복호 수단 역시 도 2에서와 같이 파형 복호기로 한정되는 것이 아니고, 보코더 복호기를 포함하는 다른 복호 수단을 적용할 수 있음은 당연하다.
그리고 제 2 복호 수단 역시 보코더 부호기,보코더 복호기로 한정되지 않고 다른 종류의 보코더 부호기,보코더 복호기를 적용할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치의 일실시예를 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
입력되는 음성 신호를 부호화하는 부호화 수단(21)와, 상기 부호화 수단(21)을 통하여 부호화된 신호를 전송 매체를 통하여 수신하여 복호하는 제 1 복호 수단(22)과, 상기 제 1 복호 수단(22)의 출력 신호를 보코딩 방식으로 부호화하는 보코더 부호기(24a)와 상기 보코딩 방식으로 부호화된 신호에서 음성 파라메터를 추출하여 복호하는 보코더 복호기(24b)를 포함하는 제 2 복호 수단(23)과, 상기 제 1 복호 수단(22),제 2 복호 수단(23)에서 출력되는 신호를 선택적으로 출력하는 음성 재생 경로 선택부(25)를 포함하고 구성된다.
여기서, 음성 재생 경로 선택부(25)는 전송 구간이 양호할 때에는 "A" 경로를 선택하여 제 1 복호 수단(22)를 사용하여 음성을 재생해 내고, 전송 구간이 불량할 때에는 "B" 경로를 선택하여 제 2 복호 수단(23)을 사용하여 음성을 재생해 낸다.
여기서, 본 발명의 일실시예로 부호화 수단(21)으로 파형 부호기를 사용하고 제 1 복호 수단(22)으로 파형 복호기를 사용하고 제 2 복호 수단(23)으로 보코더 부호기(24a),보코더 복호기(24b)를 사용하여 장치를 구성할 수 있다.
또한, 부호화 수단(21),제 1 복호 수단(22)으로 보코더 부호기,보코더 복호기를 적용하는 경우에는 제 2 복호 수단(23)으로 다른 종류의 보코더 부호기,보코더 복호기를 적용하여 장치를 구성할 수 있다.
이는 전체적으로 최상의 음질을 재생하기 위한 것으로 파형 부호화 방식은 전송 불량이 적게 발생하는 유선 등과 같은 전송 매체를 통한 음성 전달에 주로 사용하며, 보코딩 방식은 전송 불량이 다수 발생하는 무선 등과 같은 전송 매체를 통한 음성 전달에 사용하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치의 음성 신호 재생 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서의 음성 신호 재생을 위한 플로우 차트이다.
먼저, 복호화된 데이터가 입력되면(S301) 복호화 데이터를 이용하여 전송 불량이 발생하였는가를 판단한다.(S302)
전송 불량의 판단은 입력 데이터의 CRC(Cyclic Redundancy Check)값을 체크하는 방법을 사용할 수 있다.
이 단계에서 전송 불량이 없는 경우에는 음성 재생 경로 선택부(25)의 스위치를 "A"에 연결하여 재생된 음성 신호를 제 1 경로를 통하여 출력한다.(S303)
그리고 전송 불량이 있는 경우에는 보코더 기술을 사용하여 LPC(Linear Predictive Coding), 피치(Pitch) 등의 음성 파라미터를 추출하여 음성 신호를 재생하고(S304) 제 2 경로를 이용하여 재생된 음성 신호를 출력한다.(S305)
이와 같은 본 발명에 따른 음성 신호 처리 방법에서 음성 신호 부호화 단계에서 파형 부호화 방식을 사용하고 제 1 복호 수단(22)으로 파형 복호기를, 제 2 복호 수단(23)으로 보코딩 방식을 사용하는 경우에 손상된 PCM 신호를 대체하기 위해 음성 신호 출력을 1~20 msec정도 지연해서 출력할 수 있다.
여기서, 보코더 기술을 사용하여 추출해낸 음성 파라미터를 사용하여 음성을 만들어 내고 음성 재생 경로 선택부(25)의 스위치를 "B"에 연결하여 음성을 출력하는 경우에서, 보코더 기술은 보코딩 방식과 혼성 부호화 방식을 모두 포함하는 것이다.
이와 같은 본 발명은 음성 신호 재생 단계에서 전송 불량의 유무에 따라 서로 다른 방식의 복호화 방식을 선택적으로 적용하여 전송 에러에 의한 음질 저하를 막을 수 있도록한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 음성 신호 재생 단계에서 서로 다른 방식의 복호화 기술을 선택적으로 적용하여 유선 구간에서의 전송 에러 발생 억제 및 무선 구간에서의 음질의 급격한 저하를 억제한다.
이는 유무선 전송 구간이 혼재된 전송 매체에서의 뛰어난 음질을 보장하는 음성 신호의 전송 처리를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 부호화된 신호를 수신하여 복호화하는 제 1 복호 수단;
    상기 제 1 복호 수단의 출력 신호를 이용하여 다른 방식으로 복호화하는 제 2 복호 수단;
    상기 제 1 복호 수단에 의해 복호화된 데이터의 CRC를 체크하여 불량유무에 따라, 상기 제 1 복호 수단 또는 제 2 복호 수단에서 출력되는 신호를 선택적으로 출력하는 음성 재생 경로 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 음성 재생 경로 선택부는 제 1 복호 수단에 의한 복호화된 데이터의 CRC를 체크하여 불량이 없는 경우에는 제 1 복호 수단을 선택하고, 불량이 있는 경우에는 제 2 복호 수단을 선택하여 재생된 음성 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 복호수단으로 파형복호기를 사용하고, 제 2 복호수단으로 보코더 부호기 및 보코더 복호기를 사용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치.
  4. 수신된 부호화된 음성신호를 제 1 복호방식으로 복호화하는 단계;
    상기 제 1 복호방식에 의해 복호화된 데이터의 에러를 확인하는 단계;
    전송 불량이 없는 경우, 복호화된 신호를 제 1 경로를 통하여 출력하는 단계;
    전송 불량이 있는 경우에 제 2 복호화 방식으로 복호화하고, 제 2 경로를 통하여 재생된 음성신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 음성 신호 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 음성 신호의 재생을 위하여 제 1 방식으로 파형 복호화 방식을 사용하고 제 2 방식으로 보코더 복호화 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 음성 신호 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 복호수단으로 보코더 복호기를 사용하고, 제 2 복호수단으로 상기 제 1 복호수단의 보코더와 다른 종류의 보코더 부호기 및 보코더 복호기를 사용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 음성 신호 처리 장치.
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