KR200158760Y1 - Two-dimensional encoding device of audio signal - Google Patents
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Abstract
본 고안은 오디오신호를 압축부호화하기 위하여 아날로그/디지탈 변환기, 여현변환기, 비트할당기, 호프만부호화기를 포함하는 오디오신호의 부호화장치에 있어서, 디지털 변환기의 출력을 입력하여 일차원신호로 데이터변환하는 데이터변환기 및 상기 데이터변환기의 출력을 입력하여 nxn매트릭스로 변환하는 매트릭스 변환기를 더 구비하여 오디오신호를 이차원신호로 변환하여 압축부호화하므로써 압축율 증가에 따른 왜곡을 개선한 것을 특징으로 한다.The present invention provides an audio signal encoding apparatus including an analog / digital converter, a cosine converter, a bit allocator, and a Hoffman encoder to compress and encode an audio signal. And a matrix converter which inputs the output of the data converter and converts it into an nxn matrix, thereby converting an audio signal into a two-dimensional signal and compressing and encoding the audio signal, thereby improving distortion due to an increase in the compression ratio.
Description
제1도는 종래의 오디오신호 부호화장치를 도시한 블록도이고,1 is a block diagram showing a conventional audio signal encoding apparatus,
제2도는 본 고안에 의한 오디오신호의 이차원 부호화장치를 도시한 블록도이고,2 is a block diagram showing a two-dimensional encoding apparatus of an audio signal according to the present invention,
제3도는 본 고안에 의해 이차원 오디오신호의 구조를 도시한 데이터구조도이고,3 is a data structure diagram showing the structure of a two-dimensional audio signal according to the present invention,
제4도는 제2도의 장치에 의한 동작을 도시한 흐름도이고,4 is a flowchart showing the operation of the apparatus of FIG.
제5도는 본 고안에 따른 효과를 종래와 비교하여 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the effect according to the present invention compared with the prior art.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 아날로그/디지탈 변환기 20 : 데이터변환기10: analog / digital converter 20: data converter
30 : 매트릭스 변환기 40 : 부호화기30 matrix converter 40 encoder
42 : 여현변환기 44 : 비트할당기42: cosine converter 44: bit allocator
46 : 호프만 부호화기46: Hoffman Encoder
본 고안은 오디오신호를 2차원 신호로 만들어 이 2차원신호를 분석처리하여 부호화하는 장치에 관한 것으로, 오디오신호를 연속되는 시간축상에서 뿐만아니라 일정 구간의 블록들간의 관계에 대한 상관관계도 고려하여 압축부호화하는 오디오신호의 이차원 부호화장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device that converts an audio signal into a two-dimensional signal and analyzes and encodes the two-dimensional signal. A two-dimensional encoding apparatus of an audio signal to be encoded.
종래의 오디오신호 압축부호화는 제1도에 도시한 바와 같은 1차원 오디오신호 부호화장치를 사용하여 압축부호화하였다. 즉, 제1도에 있어서, 종래의 압축부호화장치는 아날로그/디지탈 변환기(A/D,10)와 데이터변환기(20)와 부호화기(40)를 구비하여 아날로그 오디오신호(Si)를 디지탈로 변환한 후 데이터 변환을 통해 1차원 오디오신호(S1)를 부호화기(40)에서 부호화하였다. 따라서 오디오신호의 압축을 증가에 따라 심한 왜곡이 발생하는 문제점이 있었다. 즉, 오디오신호를 피시엠변조(PCM:Pulse Code Modulation)하여 64Kbps로 할 경우와 2:1 압축수준인 32Kbps로 어답티브피시엠(ADPCM:ADative PCM)할 경우에는 양호한 통화품질을 유지할 수 있으나, 3:1 이상의 압축수준인 24Kbps ADPCM, 16Kbps ADPCM의 경우에는 왜곡을 수반하여 양호한 통화품질을 유지하지 못하였다. 또한 VSELP, CELP등과 같은 8Kbps이하의 소스코딩방식에서는 매우 큰 왜곡을 유발하였다. 한편, 디지탈 컴팩트 카셋트(DCC), 미니디스크(MD), 엠페그(MPEG)등에서 채택한 오디오 부호화방식은 대역폭이 0∼20KHz인 스테레오음향에 대하여 4:1 압축하여 300∼400Kbps를 가지고, 압축률이 높아지면 음질왜곡을 수반하였다.Conventional audio signal compression encoding has been compression encoded using a one-dimensional audio signal encoding apparatus as shown in FIG. That is, in FIG. 1, the conventional compression encoder includes an analog / digital converter (A / D, 10), a data converter 20, and an encoder 40 to convert an analog audio signal Si into digital. After the data conversion, the one-dimensional audio signal S1 is encoded by the encoder 40. Therefore, there is a problem that severe distortion occurs as the compression of the audio signal is increased. In other words, when the audio signal is 64Kbps by PCM (Pulse Code Modulation) and the adaptive PCM (ADPCM: ADPCM) at 32Kbps, which is a 2: 1 compression level, a good call quality can be maintained. In the case of 24Kbps ADPCM and 16Kbps ADPCM, which is 3: 1 or higher compression level, it did not maintain good call quality due to distortion. In addition, the source coding method of 8Kbps or less such as VSELP, CELP, etc. caused very large distortion. On the other hand, the audio coding scheme adopted by digital compact cassette (DCC), minidisc (MD), and MPEG (MPEG) has a compression ratio of 300 to 400 Kbps with 4: 1 compression for stereo sound with a bandwidth of 0 to 20 KHz and a high compression ratio. It was accompanied by surface acoustic distortion.
따라서, 본 고안의 목적은 오디오신호를 이차원신호로 변환하여 부호화하므로써 압축율 증가에 따른 왜곡을 개선한 오디오신호의 이차원부호화장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for encoding a two-dimensional audio signal, which is capable of improving distortion due to an increase in compression rate by converting and encoding an audio signal into a two-dimensional signal.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 장치는 오디오신호를 압축부호화하기 위하여 아날로그/디지탈변환기, 여현변환기, 비트할당기, 호프만부호화기를 포함하는 오디오신호의 부호화장치에 있어서, 상기 디지탈 변환기의 출력을 입력하여 일차원신호로 데이터변환하는 데이터변환기; 및 상기 데이터변환기의 출력을 입력하여 nxn 매트릭스로 변환하는 매트릭스변환기를 더 구비하여 오디오신호를 이차원신호로 변환하여 압축부호화하므로써 압축율 증가에 따른 왜곡을 개선한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an apparatus of the present invention is an audio signal encoding apparatus including an analog / digital converter, a cosine converter, a bit allocator, and a Hoffman encoder to compress and encode an audio signal, the output of the digital converter. A data converter for converting data into a one-dimensional signal by inputting the input signal; And a matrix converter which inputs the output of the data converter and converts the data into an nxn matrix, thereby converting the audio signal into a two-dimensional signal and compressing and encoding the audio signal, thereby improving distortion due to an increase in the compression ratio.
이하, 본 고안을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail.
제2도는 본 고안에 의한 오디오신호의 이차원 부호화장치를 도시한 블록도이다. 제2도에 있어서, 본 고안의 장치는 아나로그/디지탈변환기(10)와 데이터 변환기(20)와 매트릭스 변환기(30)와 부호화기(40)를 구비하고, 부호화기(40)는 여현변환기(42)와 비트할당기(44)와 호프만부화기(46)를 포함하여 구성된다. 제2도에 도시된 각 블록의 동작을 설명하면, 아날로그/디지탈 변환기(10)는 아날로그 오디오신호를 입력하여 디지탈로 변환한다. 데이터변환기(20)는 아날로그/디지탈 변환기(10)의 출력을 입력하여 데이터 변환한다. 즉, 디지탈로 변환된 오디오신호(S0)는 입력신호(Si)가 양자화되어 입력신호가 없는 경우에는 '0'이 되고, 입력신호가 '양'이면 '양'의 디지탈 값으로, 입력신호가 '음'이면 '음'의 디지탈값이 된다. 이러한 양과 음의 부호를 가진 값은 부호화과정에서 효율을 떨어뜨리므로, 최대 크기를 '0'으로 하여 순차적으로 재배치한다. 즉, 8비트 데이터일 경우에는 -127∼128을 255∼0으로 변환한다. 매트릭스 변환기(30)는 데이터 변환된 일차원의 오디오신호(S1)를 가로축 방향으로 적재하여 nxn 매트릭스 구조를 형성한다. 여현변환기(42)는 nxn매트릭스 데이터블럭을 여현변환하여 출력하고, 비트할당기(44)에서 매트릭스내의 각각의 구성원소의 값의 다이나믹 레인지(Dynamic range)에 따라 최소비트를 할당한다. 호프만 부호화기(46)는 일차 여현변환된 데이터(S1)를 호프만 부호화하여 이차로 압축한다. 이러한 여현변환기(42)와 비트할당기(44)와 호프만 부호화기(46)는 이미 널리 알려진 바와 같다.2 is a block diagram showing a two-dimensional encoding apparatus of an audio signal according to the present invention. 2, the apparatus of the present invention includes an analog / digital converter 10, a data converter 20, a matrix converter 30, and an encoder 40, and the encoder 40 has a cosine transformer 42. And a bit allocator 44 and a Hoffman incubator 46. Referring to the operation of each block shown in FIG. 2, the analog-to-digital converter 10 converts an analog audio signal into digital. The data converter 20 converts data by inputting the output of the analog / digital converter 10. In other words, the digitally converted audio signal S0 is '0' when the input signal Si is quantized and there is no input signal. When the input signal is 'positive', the audio signal S0 is a 'positive' digital value. 'Negative' is the digital value of 'negative'. These positive and negative values reduce efficiency in the encoding process, so they are rearranged sequentially with a maximum size of '0'. That is, in the case of 8-bit data, -127 to 128 are converted to 255 to 0. The matrix converter 30 loads the data-converted one-dimensional audio signal S1 in the horizontal axis direction to form an nxn matrix structure. The cosine transformer 42 cosine-converts and outputs the nxn matrix data block, and allocates the minimum bit in the bit allocator 44 according to the dynamic range of the values of the respective elements in the matrix. The Huffman encoder 46 compresses the first cosine-transformed data S1 by Huffman encoding and secondarily. The cosine transformer 42, the bit allocator 44, and the Hoffman encoder 46 are as well known.
제3도는 본 고안에 의해 이차원 오디오신호의 구조를 도시한 데이터구조도이다. 제3도에 있어서, x1∼xN은 디지탈 변환된 오디오신호를 나타내고, y1∼yN은 다음 식1에 따라 상기 디지탈 변환된 오디오신호를 데이터 변환한 오디오신호이다.3 is a data structure diagram showing the structure of a two-dimensional audio signal according to the present invention. In Fig. 3, x 1 to x N represent a digitally converted audio signal, and y 1 to y N are audio signals obtained by data conversion of the digitally converted audio signal according to the following equation (1).
여기서, 'B'는 원하는 샘플당 비트수(bits/sample)이고, 'C'는 원래의 샘플당 비트수(bits/sample)이다.Here, 'B' is the desired number of bits per sample (bits / sample), and 'C' is the original number of bits per sample (bits / sample).
한편, 데이터 변환된 오디오신호는 매트릭스변환기(제2도의 30)에서 nxn 매트릭스형태로 변환되어 여현변환기(42)에서 여현변환된다. nxn 매트릭스를 형성하는 데이터를 y1,1∼ yN,N으로 표시한다.On the other hand, the data-converted audio signal is converted into an nxn matrix form by a matrix converter (30 in FIG. 2) and cosine-converted by the cosine converter 42. Data forming the nxn matrix is represented by y 1,1 to y N, N.
제4도는 제2도의 장치에 의하나 동작을 도시한 흐름도이다. 제4도에 있어서, 본 고안에 의한 장치의 동작을 살펴보면, 디지탈 변환된 데이터를 입력하여(100) 데이터변환기에서 데이터 변환을 하고(101), 이를 매트릭스 변환기(30)에서 nxn매트릭스를 구성한다(102). nxn 매트릭스 구성이 완료되었는가를 판단하여 완료되었으면(103), 블록단위로 여현변환하여(104) 비트를 할당하고(105), 이를 호프만 코딩한(106) 후 압축된 데이터를 출력한다(107). 만일 nxn매트릭스 구성이 완료되지 않았으면(103), 데이터 입력단계(100)로 돌아가 다음 데이터를 입력하여 100,101,102단계를 반복한다. 또한 데이터를 출력(107)한 후에는 다음 nxn매트릭스 블록을 형성하기 위하여 데이터입력단계로 돌아가 전과정을 계속하여 반복한다.4 is a flow chart showing operation by the apparatus of FIG. In FIG. 4, the operation of the apparatus according to the present invention is described by inputting the digitally converted data (100) to perform data conversion in the data converter (101), and constructing the nxn matrix in the matrix converter (30) ( 102). When it is determined by determining whether the nxn matrix configuration is completed (103), cosine transform the block by block (104), allocate bits (105), Huffman code it (106), and output compressed data (107). If the configuration of the nxn matrix is not completed (103), the process returns to the data input step 100 and inputs the next data to repeat steps 100, 101, and 102. After outputting the data 107, the process returns to the data input step to form the next nxn matrix block and repeats the whole process.
제5도는 본 고안에 따른 효과를 종래와 비교하여 도시한 그래프이다. 제5도에 있어서, 횡축은 초당비트수(단위 Kbps)를 나타내며 압축의 정도를 보여주고, 종축은 신호대잡음비(SNR,단위 dB)를 나타낸다. 또한 그래프1(G1)은 종래방식에 의한 압축률 변화에 따른 신호대잡음비의 저하를 보여주고, 그래프2(G2)는 본 고안에 의한 압축률 변화에 따른 신호대잡음비(SNR)의 저하를 보여준다. 그래프1(G1)과 그래프2(G2)를 비교해 보면, 8Kbps에서 본 고안에 의하면 종래방식에 의한 것보다 10dB정도 개선된 것을 알 수 있고, 4Kbps에서 15dB정도 개선된 것을 알 수 있다. 즉, 본 고안에 의하면 종래방식에서 보다 압축율의 증가에 따라 신호대잡음비가 완만하게 저하되는 것을 알 수 있다.5 is a graph showing the effect according to the present invention compared with the prior art. In FIG. 5, the horizontal axis represents bits per second (unit Kbps) and shows the degree of compression, and the vertical axis represents signal to noise ratio (SNR, unit dB). In addition, graph 1 (G1) shows the decrease in the signal-to-noise ratio according to the compression rate change according to the conventional method, graph 2 (G2) shows the decrease in the signal-to-noise ratio (SNR) according to the compression rate change according to the present invention. Comparing Graph 1 (G1) and Graph 2 (G2), it can be seen that according to the present invention at 8 Kbps improved by about 10dB than the conventional method, it can be seen that improved by about 15dB at 4Kbps. That is, according to the present invention, it can be seen that the signal-to-noise ratio is gradually lowered as the compression ratio is increased than in the conventional method.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 음향기기, 통신기기 그리고 디지탈 텔레비젼 등에 적용될 수 있으며 음성신호를 이차원적으로 변환하여 부호화하므로써 압축율 증가에 따른 오디오신호의 왜곡을 방지하는 효과가 있다.As described above, the present invention can be applied to an audio device, a communication device, and a digital television. The present invention has an effect of preventing distortion of an audio signal due to an increase in compression rate by encoding and converting an audio signal two-dimensionally.
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