멀티채널 AMR 음성부호화기의 실시간 구현

지덕구,박만호,김형중,윤병식,최송인 한국음향학회 2001 韓國音響學會誌 Vol.20 No.8

DSP-based implementation is pervasive in wireless communication parts for systems and handsets according to developing high-speed and low-power programmable Digital Signal Processor (DSP). In this paper, we present a real-time implementation of multi-channel Adaptive Multi-rate (AMR) speech coder. The real-time implementation of an AMR algorithm is achieved using 32-bit fixed-point TMS320C6202 DSP chip that operates at 250 MHz. We performed cross compile, linear assembly optimization and TMS320C62xx assembly optimization for real-time implementation. Furthermore, speech data input/output function and communication function with external CPU is included in an AMR speech coder. The AMR Speech coder developed using DSP EVM board was evaluated in ETRI IMT-2000 Test-bed system. 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.

TMS320C31을 이용한 2.4 kbps MHSX(Mixed mode Harmonic vecter Stochastic eXcitation)음성부호와기의 실시간 구현

지덕구(Deockgu Jee),김종학(Jonghak Kim),배현덕(Hyundeock Bae),이인성(Insung Lee) 한국통신학회 1999 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.1999 No.11

TMS320C31을 이용한 HVXC의 실시간 구현

지덕구(Deock-gu Jee),김종학(Jonghak-Kim),이인성(In-sung Lee) 한국통신학회 1999 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.1999 No.7

TMS320C5509 DSP를 이용한 AMR-WB 음성부호화기의 실시간 구현

최송인,지덕구,Choi Song-ln,Jee Deock-Gu 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.1

AMR-WB 음성부호화기는 50~7000 Hz의 확장된 대역폭을 갖는 음성신호를 압축/복원하는 광대역 음성부호화기로써 6.60 kbit/s에서 23.85 kbit/s까지 9개의 전송 비트율을 가지고 있다. 본 논문에서는 2개의 MAC (Multimply and-Accumulate) 유닛을 가진 Tl의 16bit 고정소수점 DSP인 TMS320C5509 DSP를 이용한 AMR-WB 음성부호화기의 실시간 구현에 관하여 논한다. 실시간 구현은 intrinsic을 이용한 C수준의 구현 및 어셈블리 코딩에 의한 구현을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 어셈블리 코딩에 의하여 실시간 구현된 AMR-WB 음성부호화기는 23.85 kbit/s 모드에서 42.9 Mclock의 계산량을 가지며, 사용된 프로그램 메모리는 15.1 kword이고, 데이터 ROM 메모리는 9.2 kword이고 데이터 RAM 메모리는 13.9 kword이다. The adaptive multirate wideband (AMR-WB) speech coder has an extended audio bandwidth from 50 Hz to 7 kBz and operates on nine speech coding bit-rates from 6.6 to 23.85 kbit/s. In this Paper, we present the real-time implementation of AMR-WB speech coder using 16bit fixed-point TMS320C5509 that has dual MAC units. Firstly, We implemented AMR-WB speech coder in C 1anguage level using intrinsics, and then performed optimization in assembly language. The computational complexity of the implemented AMR-WB coder at 23.85 kbit/s is 42.9 Mclocks. And this coder needs the program memory of 15.1 kwords, data ROM of 9.2 kwords and data RAM of 13.9 kwords.

펄스위치 재검색 방법을 이용한 AMR-WB 여기 코드북 검색

許?,李寅誠,池德求,尹炳植,崔松仁 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.40 No.7

We propose a new method to reduce the complexity of excitation codebook search. The preselected excitation pulses by the coarse search method can be updated to pulses with higher quality performance measure. The excitation pulses can arbitrarily be deleted and inserted among the searched pulses until the overall performance achieves. If we use this excitation pulse search method in AMR-WB, the complexity required for excitation codebook search can be reduced to half the original method while the output speech maintains equal speech quality to a conventional method. 3GPP에서 광대역 음성부호화 알고리즘으로 채택한 AMR-WB 부호화기는 8개의 모드로 동작되고 전송률을 23.85 kbps 까지 높임에 따라 음성부호화기 프로그램 및 데이터 메모리 크기가 매우 크게 증가되었으며, 합성필터의 입력신호인 고정 코드북의 펄스 수가 기존의 협대역 AMR 부호화기 보다 5 배 이상 증가함으로써 코드북 검색에 많은 계산량을 요구하고 있다. AMR-WB는 적당한 계산량에서 비교적 좋은 음질을 유지하기 위한 방법으로 depth-first 트리 검색 방법을 사용하고 있다. 본 논문에서는 여기코드북 검색시 레퍼런스 벡터를 중심으로 적당한 계산량을 갖는 검색 방법으로 검색시 기준이 되는 레퍼런스 벡터를 좀 더 정확하게 예측하여 성능 향상을 하였으며, 펄스위치 재검색 알고리즘을 적용하여 depth-first 트리 검색 방법의 문제점을 개선시켜 1/2 이상의 계산량을 줄이면서 같은 성능을 유지하는 AMR-WB 여기코드북 검색기를 설계하였다.

펄스위치 재검색 방법을 이용한 AMR-WB 여기 코드북 검색

허석,이인성,지덕구,윤병식,최송인,Hur, Seok,Lee, In-Sung,Jee, Deock-Gu,Yoon, Byung-Sik,Choi, Song-In 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.40 No.4

3GPP에서 광대역 음성부호화 알고리즘으로 채택한 AMR-WB 부호화기는 8개의 모드로 동작되고 전송률을 23.85 kbps 까지 높임에 따라 음성부호화기 프로그램 및 데이터 메모리 크기가 매우 크게 증가되었으며, 합성필터의 입력신호인 고정 코드북의 펄스 수가 기존의 협대역 AMR 부호화기 보다 5배 이상 증가함으로써 코드북 검색에 많은 계산량을 요구하고 있다. AMR-WB는 적당한 계산량에서 비교적 좋은 음질을 유지하기 위한 방법으로 depth-first 트리 검색 방법을 사용하고 있다. 본 논문에서는 여기코드북 검색시 레퍼런스 벡터를 중심으로 적당한 계산량을 갖는 검색 방법으로 검색시 기준이 되는 레퍼런스 벡터를 좀더 정확하게 예측하여 성능 향상을 하였으며, 펄스위치 재검색 알고리즘을 적용하여 depth-first 트리 검색방법의 문제점을 개선시켜 1/2 이상의 계산량을 줄이면서 같은 성능을 유지하는 AMR-WB 여기코드북 검색기를 설계하였다. We propose a new method to reduce the complexity of excitation codebook search. The preselected excitation pulses by the coarse search method can be updated to pulses with higher quality performance measure. The excitation pulses can arbitrarily be deleted and inserted among the searched pulses until the overall performance achieves. If we use this excitation pulse search method in AMR-WB, the complexity required for excitation codebook search can be reduced to half the original method while the output speech maintains equal speech quality to a conventional method.

광대역 음성부호화기를 위한 백터-스칼라 LSP 파라미터 양자화기 설계

신재현,이인성,지덕구,윤병식,최송인 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.38 No.2

In this Paper, we designed an LSP(Line Spectral Pairs) parameter quantizer with cascaded structure of vector quantizer and scalar quantizer for the wideband speech coder. We have chosen the 16th-order of the LP coefficients. These coefficients are then transformed into the LSP parameters which have the excellent properties for quantization and easy stability checking condition of synthesis filter. In the first stage of quantization, input LSP parameters are split-vector-quantized using two 8-th order codebooks. In the second stage, the components of residual vector are individually quantized by the scalar quantizer utilizing the ordering property of LSP parameters. The designed adaptive VQ-SQ quantizer using 35 bits/frame shows the wideband transparency that the average spectral distortion should be less than 1.6 ㏈ and less than 4% of the frames should have SD above 3 ㏈. The simulation results show that the designed quantizer provides a 2-3 bits/frame saving over the typical vector-scalar quantizer. 본 논문에서는 광대역 음성 부호화기를 위한 VQ-SQ 구조의 LSP(Line Spectral Pairs) 파라미터 양자화기를 설계하였다. 16차 LPC(Linear Prediction Coefficients) 계수를 사용하며, 양자화 특성이 좋고 합성필터의 안정성의 조건을 검사하기 쉬운 LSP 파라미터로 변환/sup [2]/하여 양자화 한다. 설계된 VQ-SQ 양자화기는 첫 번째 단에서 2단 SVQ(Split VQ)로 각각 8차씩 양자화한 뒤, 두 번째 단에서 순서화 특성(OP Ordering Property)을 적용한 SQ를 사용하여 잔여신호(Residual Signal)를 양자화하는 구조로 되어있다. VQ-SQ결합 양자화기의 전체적인 성능개선을 위해 백터 양자화기에서 하나의 최적 벡터를 찾지 않고 5개의 후보백터를 가지고 스칼라 양자화를 수행한 후, 전체적으로 본래의 LSP 파라미터에 가장 가까운 벡터 양자화기 인덱스와 스칼라 양자화기의 인덱스를 결정한다. 순서화 특성을 고려하여 설계된 적응 VQ-SQ 양자화기는 LSP 파라미터에 총 35비트를 할당하여 광대역 명료도(Wideband Transparency)인 평균 1.6㏈ 이하의 스펙트럼 왜곡(SD : Spectral Distortion)과 4%미만의 3㏈가 넘는 프레임의 비율/sup [1]/을 만족하였으며, 기존의 VQ-SQ 양자화기보다 2-3비트를 절약할 수 있었다.

4Kbps 시간분리 하모닉 벡터 여기 음성 부호화기 설계 ( Time Seperated Harmonic Vector Excitation Speech Coder at 4Kbps )

김종학,김동주,지덕구,이인성 대한전자공학회 1998 대한전자공학회 학술대회 Vol.1998 No.1

광대역 음성부호화기를 위한 벡터-스칼라 LSP 파라미터 양자화기 설계

申載賢,李寅誠,池德求,尹炳植,崔松仁 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.40 No.7

In this paper, we designed an LSP(Line Spectral Pairs) parameter quantizer with cascaded structure of vector quantizer and scalar quantizer for the wideband speech coder. We have chosen the 16th-order of the LP coefficients. These coefficients are then transformed into the LSP parameters which have the excellent properties for quantization and easy stability checking condition of synthesis filter. In the first stage of quantization, input LSP parameters are split-vector-quantized using two 8-th order codebooks. In the second stage, the components of residual vector are individually quantized by the scalar quantizer utilizing the ordering property of LSP parameters. The designed adaptive VQ-SQ quantizer using 35 bits/frame shows the wideband transparency that the average spectral distortion should be less than 1.6 dB and less than 4% of the frames should have SD above 3 dB. The simulation results show that the designed quantizer provides a 2-3 bits/frame saving over the typical vector-scalar quantizer. 본 논문에서는 광대역 음성 부호화기를 위한 VQ-SQ 구조의 LSP(Line Spectral Pairs) 파라미터 양자화기를 설계하였다. 16차 LPC(Linear Prediction Coefficients) 계수를 사용하며, 양자화 특성이 좋고 합성필터의 안정성의 조건을 검사하기 쉬운 LSP 파라미터로 변환[2]하여 양자화 한다. 설계된 VQ-SQ 양자화기는 첫 번째 단에서 2단 SVQ(Split VQ)로 각각 8차씩 양자화한 뒤, 두 번째 단에서 순서화 특성(OP : Ordering Property)을 적용한 SQ를 사용하여 잔여신호(Residual Signal)를 양자화하는 구조로 되어있다. VQ-SQ결합 양자화기의 전체적인 성능개선을 위해 벡터 양자화기에서 하나의 최적 벡터를 찾지 않고 5개의 후보벡터를 가지고 스칼라 양자화를 수행한 후, 전체적으로 본래의 LSP 파라미터에 가장 가까운 벡터 양자화기 인덱스와 스칼라 양자화기의 인덱스를 결정한다. 순서화 특성을 고려하여 설계된 적응 VQ-SQ 양자화기는 LSP 파라미터에 총 35비트를 할당하여 광대역 명료도(Wideband Transparency)인 평균 1.6dB 이하의 스펙트럼 왜곡(SD : Spectral Distortion)과 4%미만의 3dB가 넘는 프레임의 비율[1]을 만족하였으며, 기존의 VQ-SQ 양자화기보다 2-3비트를 절약할 수 있었다.

시간영역 전이를 고려한 4kbps 하모닉 벡터 여기 음성 부호화기 설계

김종학(Jonghark Kim),김동주(Dongju Kim),지덕구(Deockgu Jee),이인성(Insung Lee) 한국통신학회 1998 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.1998 No.11