임베디드 가변 비트율 광대역 음성 코덱 기술 및 표준화 동향

정규혁,서상원,이인성,Jeong Gyu-Hyeok,Seo Sang-Won,Lee In-Seong 한국통신학회 2006 정보와 통신 Vol.23 No.7

Damping 요소를 첨가한 매칭 퍼슈잇 정현파 모델링

정규혁,김종학,임정우,주기호,이인성,Jeong, Gyu-Hyeok,Kim, Jong-Hark,Lim, Joung-Woo,Joo, Gi-Ho,Lee, In-Sung 대한전자공학회 2007 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.44 No.1

본 논문은 정현파 모델 기반의 코덱을 위한 매칭 퍼슈잇(Matching Pursuit)의 성능을 개선시킨 새로운 정현파 모델링을 제안한다. 제안하는 damping 요소를 첨가한 매칭 퍼슈잇 정현파 모델링은 과거와 현재 프레임에서 파라미터들간의 상관성을 이용하여 damping 요소를 정의하고 현재 프레임에서 보다 정확한 정현파 파라미터를 damping 요소에 따라 매칭 퍼슈잇 방법으로 추출한 후 합성한다. 따라서 인접 프레임과의 보간 없이 현재 프레임에서의 정현파 파라미터만으로 효율적인 모델링이 가능하다. 제안한 모델링 방법은 보간법을 사용한 일반적인 정현파 모델과 달리 추가지연을 가지지 않으면서 유성음 구간 신호뿐만 아니라 모든 구간에서 개선된 음질을 보인다. 제안한 모델링 방법의 성능을 SNR, MOS값, LR(Itakura-Saito likelihood ratio), CD(cepstral distance)를 통해 보간법을 사용한 매칭 퍼슈잇과 비교 평가한다. In this paper, we propose the matching pursuit with damping factors, a new sinusoidal model improving the matching pursuit, for the codecs based on sinusoidal model. The proposed model defines damping factors by using a correlativity of parameters between the current and adjacent frame, and estimates sinusoidal parameters more accurately in analysis frame by using the matching pursuit according to damping factor, and synthesizes the final signal. Then it is possible to model efficiently without interpolation schemes. The proposed sinusoidal model shows a better speech quality without an additional delay than the conventional sinusoidal model with interpolation methods. Through the SNR(signal to noise ratio), the MOS(Mean Opinion Score), LR(Itakura-Saito likelihood ratio), and CD(cepstral distance), we compare the performance of our model with that of matching pursuit using interpolation methods.

광대역 음성부호화기를 위한 매칭퍼슈잇 알고리즘과 CELP 방법을 이용한 고대역 부호화 방법

정규혁,안영욱,김종학,신재현,서상원,황인관,이인성,Jeong Gyu-Hyeok,Ahn Yeong-Uk,Kim Jong-Hark,Shin Jae-Hyun,Seo Sang-Won,Hwang In-Kwan,Lee In-Sung 한국음향학회 2006 韓國音響學會誌 Vol.25 No.1

In this Paper a split bandwidth wideband speech coder and its highband coding method are Proposed. The coder uses a split-band approach. where the wideband input speech signal is split into two equal frequency bands from 0-4kHz and 4-8kHz. The lowband and the highband are coded respectively by the 11.8kb/s G.729 Annex E and the proposed coding method. After the LPC analysis, the highband is divided by two modes according to the properties of signals. In stationary mode. the highband signals are compressed by the mixture excitation model; CELP algorithm and W (Matching Pursuit) algorithm. The others are coded by the only CELP algorithm. We compare the performance of the new wideband speech coder with that of G.722 48kbps SB-ADPCM and G.722.2 12.85kbps in a subjective method. The simulation results show that the Performance of the proposed wideband speech coder has better than that of 48kbps G.722 and no better than that of 12.85kbps G.722.2. 본 논문에서는 대역분활 광대역 음성부호화기와 이를 위한 고대역 부호화 방법과 구조를 제안한다. 제안하는 광대역 음성부호화기는 광대역 입력 음성신호를 저대역 신호 (OHz-4kHz)와 고대역 신호 (4kHz-8kHz)로 나눈다. 저대역 신호는 G.729 Annex E로 부호화하고, 고대역 신호는 4kbps의 전송률로 제안하는 방법으로 압축된다. 고대역 신호는 LPC 분석 후 신호특성에 따라 모드를 분류된다. stationary 모드에서는 매칭퍼슈잇 알고리즘과 CELP 방법으로 부호화하는 다단계 구조의 혼합 여기신호모델이 적용되며, nonstationary 모드에서는 CELP 방법으로 부호화된다. 제안한 광대역 음성부호화기의 성능을 주관적 방법으로 G.722 48kbps SB-ADPCM, G.722.2 12.85kbps ACELP와 비교를 하였다. 제안한 부호화기는 G.722보다 나은 성능을 보이고, G.722.2보다 나쁘지 않은 성능을 가지는 것을 확인하였다.

정현파 모델 부호화기를 위한 MP(Matching Pursuit) 알고리즘과 파라미터 양자화기

안영욱,정규혁,김종학,양용호,이인성,Ahn Yeong-Uk,Jeong Gyu-Hyeok,Kim Jong-Hak,Yang Yong-Ho,Lee In-Sung 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.7

본 논문에서는 고대역 (4kHz-8kHz)의 주기적 성분이 강하게 나타나는 신호에 대해서 MP (Matching Pursuit) 알고리즘을 이용한 부호화 방법을 제안한다. 또한 분석된 스펙트럼 크기 파라미터와 위상 파라미터의 효율적인 양자화 방법을 제안한다. MP 알고리즘은 오류 상쇄 원리와 정현파 모델에 바탕을 두고 있기 때문에 정확한 피치 주기 예측이 필요하다. 고대역의 정확한 피치 주기 예측을 위해 저대역 (0kHz-4kHz) 신호에서 검출한 피치 주기를 이용함으로써 부호화와 비트할당의 효율을 높일 수 있다. 스펙트럼 크기 계수의 양자화를 위해 계수들에 대해 고정 차원 이산코사인 변환 (MDCT : Modified Discrete Cosine Transform) 및 다단계 (multi-stage) 구조를 결합시킨 양자화 기법을 사용하였고, 위상 값들은 스펙트럼 크기에 따른 가중치 필터와 위상의 $2{\pi}$ 순환 특성을 이용하여 양자화하였다. 또한 제안한 양자화 기법과 부호화 방법을 음성 분석-합성 (analysis-by-synthesis) 시스템에 적용하여, 목적 신호와의 비교를 통해 검증한다. 향후 대역 분할을 기본 구조로 하는 계층 구조의 광대역 음성부호화기에의 적용 가능성을 제시한다. In this paper. we propose a coding method using a matching pursuit algorithm in a strongly periodic highband signal. Also. we propose an efficient quantizer for the estimated parameters : spectral magnitude and phase. Based on the error concealment principle and sinusoidal model. the MP algorithm requires the high-precision pitch period estimation. To estimate more accurate pitch period. the refined pitch obtained from lowband speech is used. which increases the efficiency of bit allocation. The spectral magnitude parameters are quantized by the method which is combined with MDCT (Modified Discrete Cosine Transform) and multi-stage structure. The spectral phase quantizer uses the $2{\pi}$ modular characteristic of phases and the weighted function by spectral magnitudes. To evaluate the efficiency of the proposed method. we applied it to analysis-by-synthesis system. Furthermore we suggest the possibillity of scalable wideband speech codecs based on band-split structure.

하모닉 코더를 위한 직선과 이산코사인변환 (DCT)을 이용한 하모닉 크기값 (Magnitude) 양자화 기법

최지욱,정규혁,이인성,Choi, Ji-Wook,Jeong, Gyu-Hyeok,Lee, In-Sung 한국음향학회 2008 韓國音響學會誌 Vol.27 No.4

본 논문은 음성신호의 주파수를 반으로 나누어 양자화 계수 추출에 직선과 DCT (Discrete Cosine Transform)를 혼합하여 사용한 양자화 기법을 제안한다. 하모닉 부호화기에서의 하모닉은 가변이므로 저주파에서의 하모닉만을 오버샘플링하여 차원을 고정한다. 고정된 차원의 스펙트럼 포락선을 직선으로 표현한 후 직선이 불연속인 주파수에서의 샘플값만을 전송한다. 이 논문에서는 저주파에서의 하모닉은 복원을 위해 고정된 직선의 계수를 사용하였고 고주파에서의 하모닉은 가변 DCT를 적용하여 직선과 DCT가 격합된 형태의 양자화기법을 제안한다. 제안된 양자화 기법의 성능평가는 스펙트럴의 크기값에 대한 Spectral Distortion (SD)값을 사용하였다. 실험결과 HVXC보다 제안된 양자화 기법의 SD가 0.3dB 정도 개선되었다. This paper presents a method of quantization to extract quantization parameters using the straight-line and DCT (Discrete Cosine Transform) for two splited frequency bands. As the number of harmonic is variable frame to frame, harmonics in low frequency band is oversampled to fix the dimension and straight-lines present a spectral envelope, then the discontinuous points of straight-lines in low frequency is sent to quantizer. Thus, extraction of quantization parameters using the straight-line provides a fixed dimension. Harmonics in high frequency use variable DCT to obtain quantization parameters and this paper proposes a method of quantization combining the straight-line with DCT. The measurement (If proposed method of quantization uses spectral distortion (SD) for spectral magnitudes. As a result, The proposed method of quantization improved 0.3dB in term of SD better than HVXC.

간섭 및 반향신호 제거를 위한 다단계 구조의 다채널 암묵 디콘볼루션

임정우,정규혁,주기호,김영주,이인성,Lim, Joung-Woo,Jeong, Gyu-Hyeok,Joo, Gi-Ho,Kim, Young-Ju,Lee, In-Sung 대한전자공학회 2007 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.44 No.1

다채널 암묵 디콘볼루션을 자기상관 값이 큰 신호에 적용할 경우 분리필터행렬의 주대각 성분에 의해서 분리신호의 시간백색화가 발생한다. 이러한 왜곡을 줄이기 위해 분리필터 행렬의 주대각 성분을 강제하거나 선형예측 잔여신호를 이용하여 분리필터 행렬을 구하는 방법들이 제안되었지만 신호자신의 반향성분이나 간섭신호 분리에 있어서 문제점이 발생된다. 본 논문에서는 이러한 문제들을 해결하기 위해서 간섭신호의 분리를 위한 단계와 신호자신의 반향을 감소시키기 위한 단계를 분리하여 처리하는 구조의 다채널 암묵 디콘볼루션 방법을 제안한다. 모의실험 결과 혼합신호에서 간섭신호를 분리해낼 수 있을 뿐만아니라 신호 자신의 반향 또한 감소됨을 확인하였다. In case that multichannel blind deconvolution (MBD) applies to signals of which autocorrelation has a high level, separated signals are temporally whitened by diagonal elements of a separation filter matrix. In order to reduce this distortion, the algorithms, which are based on either constraining diagonal elements of a separation filter matrix or estimating a separation filter matrix by using linear prediction residual signals, are presented. Still, some problems are generated in these methods, when we separate reverberation of signals themselves or interference signals from mixed signals. To solve these problems, this paper proposes the multichannel blind deconvolution method which divides processing procedure into the stage to separate interference signals and the stage to eliminate a reverberation of signals themselves. In simulation results, we confirm that the proposed algorithm can solve the problems.

SMV와 AMR 음성부호화기를 위한 상호부호화 알고리즘

이덕종,정규혁,이인성,Lee, Duck-Jong,Jeong, Gyu-Hyeok,Lee, In-Sung 한국음향학회 2008 韓國音響學會誌 Vol.27 No.8

본 논문에서는 SMV와 AMR 음성부호화기를 위한 상호부호화 알고리즘을 제안한다. 각기 다른 통신망에서 음성부호화기간의 효율적인 연동을 위해 가장 간단한 방법인 tandem 방식이 있지만 긴 지연시간과 많은 연산량, 그리고 음질 저하의 문제점들을 해결하기위해 상호부호화 방법을 사용한다. 제안하는 상호부호화 알고리즘은 LSP (Line Spectral Pairs) 변환, 피치 변환, 그리고 고속 고정 코드북 탐색을 수행한다. 실험 결과, $20\sim50%$의 적은 계산량과 $5\sim10$ ms의 지연 시간을 줄이면서도 동등한 음질을 확인할 수 있었다. In this paper, a transcoding algorithm for SMV and AMR speech coder is proposed. In the application requiring the interoperability of different networks, two speech coders must work together with the structure of cascaded connection, tandem. The tandem which is one of the simplest methods has several problems such as long delay, high complexity and the quality degradation due to twice complete encoding/decoding process. These problems can be solved by using transcoding algorithm. The proposed algorithm consists of LSP (Line Spectral Pair) conversion, pitch delay conversion, and fast fixed codebook search. The evaluation results show that the proposed algorithm achieves equivalent speech quality to that of tandem with reduced computational complexity and delay.

적응적인 확장된 코드북을 이용한 분할 벡터 양자화기 구조의 ISF 양자화기 개선

임종하,정규혁,홍기봉,이인성,Lim, Jong-Ha,Jeong, Gyu-Hyeok,Hong, Gi-Bong,Lee, In-Sung 한국음향학회 2011 韓國音響學會誌 Vol.30 No.1

본 논문에서는 ISF 계수의 순서화 성질을 이용하여 분할구조 벡터양자화기의 단점을 보완하여 ISF 계수 양자화의 성능을 높이는 알고리듬을 제안하고, 이를 이용한 광대역 음성 부호화기용 ISF 계수 양자화기를 설계한다. 16차 이상의 광대역 코덱의 ISF 계수는 계산량과 메모리 사용을 줄이기 위해서 분할구조의 벡터 양자화기를 사용한다. 분할구조 양자화기는 ISF 계수간의 상관도를 충분히 활용하지 못하는 단점이 발생한다. 제안하는 알고리듬은 이러한 단점을 극복하기 위하여 ISF 계수의 순서화 성질을 이용한다. ISF 계수의 순서화 성질을 이용하여 각 서브벡터의 불필요한 코드북 (Codebook Redundancy)을 검색할 수 있다. 이러한 불필요한 코드북은 ISF 계수의 순서화 성질, ISF 계수 예측과정과 기존 코드북의 보간법 (Interpolation)을 통해 적응적인 확장된 코드북으로 교체되어 양자화기의 성능을 향상시킨다. 제안된 알고리듬은 기존의 분할구조 양자화기에서 사용되지 못했던 17 %가량의 불필요한 코드북 인덱스를 적응적인 확장된 코드북에 할당하여, 표준화된 코덱인 AMR-WB의 ISF 계수 양자화기에 비해서 주파수 왜곡 관점에서 약 2 bit 가량의 이득을 보는 결과를 얻었다. This paper presents a method for improving the performance of ISF coefficients quantizer through compensating the defect of the split structure vector quantization using the ordering property of ISF coefficients. And design the ISF coefficients quantizer for wideband speech codec using proposed method. The wideband speech codec uses split structure vector quantizer which could not use the correlation between ISF coefficients fully to reduce complexity and the size of codebook. The proposed algorithm uses the ordering property of ISF coefficients to overcome the defect. Using the ordering property, the codebook redundancy could be figured out. The codebook redundancy is replaced by the adaptive-extended codebook to improve the performance of the quantizer through using the ordering property, ISF coefficient prediction and interpolation of existing codebook. As a result, the proposed algorithm shows that the adaptive-extended codebook algorithm could get about 2 bit gains in comparison with the existing split structure ISF quantizer of AMR-WB (G.722.2) in the points of spectral distortion.

정현파 크기로 가중치 된 위상 오류 함수를 사용한 음성의 중첩합산 정현파 합성 방법

박종배,김규진,정규혁,김종학,이인성,Park, Jong-Bae,Kim, Gyu-Jin,Hyeok, Jeong-Gyu,Kim, Jong-Hark,Lee, In-Sung 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.12c

In this paper, we propose a new overlap and add speech synthesis method which demonstrates improved continuity performance. The proposed method uses a weighted phase error function and minimizes the wave discontinuity of the synthesis signal, rather than the phase discontinuity, to estimate the mid-point phase. Experimental results show that the proposed method improves the continuity between the synthesized signals relative to the existing method. 본 논문에서는 음성신호의 정현파 합성방법 중 하나인 선형위상을 사용한 중첩합산방법에 대하여 합성응성의 연속성을 개선시킨 새로운 방법을 제안한다. 기존의 중첩합산 정현파 합성방법은 프레임의 중간 지점에 대한 위상 값을 예측하기 위해 합성 파형의 경계면에 대한 위상 차이를 최소화하는 방법을 사용하였으나, 제안된 방법은 중간지점의 위상만이 아닌 최종 합성된 신호들 간의 차이를 최소화하는 방법을 사용한다. 이러한 합성신호의 오차 함수를 최소화하는 과정은 정현파 크기 값을 가중치로 사용한 위상오차 함수로 근사화 될 수 있다. 제안된 합성 방법의 연속성에 대한 성능을 검증하기 위해 합성신호의 전 구간에 대한 합성 신호들 간의 평균 오차 값 및 청취자 테스트를 하였다. 기존의 위상 오차함수와 비교하여 개선된 연속성 성능을 얻을 수 있었다.

CELP 부호화기를 위한 양방향 패킷 손실 은닉 알고리즘

이인성,황정준,정규혁,Lee In-Sung,Hwang Jeong-Joon,Jeong Gyu-Hyeok 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.12

VoIP에서 패킷의 손실은 음성의 품질에 영향을 주는 가장 중요한 요인이다. 따라서 수신된 정보로부터 손실된 패킷을 복구하는 것은 중요하다. 따라서 본 논문은 VoIP에서 가장 많이 사용되는 CELP 부호화기를 위한 수신측 기반의 손실 패킷 복구방법을 제안한다. 제안하는 WSOLA(Waveform Shift OverLab Add)기반의 BS-PLC (Both Side Packet Loss Concealment) 방법은 패킷 손실이 발생하였을 경우 미래 패킷을 이용할 수 있는 경우와 그렇지 않을 경우로 나누고, LP(Linear prediction) 파라미터와 여기 신호를 복구한다. 미래 패킷을 이용할 수 없는 경우에는 과거에 전송된 정상 패킷만을 가지고 복원을 하며, 미래 패킷을 이용할 수 있을 경우에는 과거의 정상 패킷과 미래의 정상 패킷을 동시에 이용하여 손실된 패킷을 복구한다. 연속 패킷 손실 환경은 Gilbert 모델로 설정하였고, 제안한 알고리즘을 VoIP에서 가장 많이 사용되는 CELP 음성부호화기인 G.729에 적용하여 성능을 비교한다. 성능 비교를 위해 손실율을 변화시키면서 SNR(Signal to Noise)와 MOS(Mean Opinion Score)측정하였고, 제안한 방법을 G.729의 패킷 손실 은닉 방법과 비교하였다. 실험 결과, 평균 손실률이 $20\%$에서도 SNR은 2dB, MOS값은 0.3정도로의 음질 개선을 보였다. Lost packet robustness is an most important quality measure for voice over IP networks(VoIP). Recovery of the lost packet from the received information is crucial to realize this robustness. So, this paper proposes the lost packet recovery method from the received information for real-time communication for CELP coder. The proposed BS-PLC (Both Side Packet Loss Concealment) based WSOLA(Waveform Shift OverLab Add) allow the lost packet to be recovered from both the 'previous' and 'next' good packet as the LP parameter and the excitation signal are respectively recovered. The burst of packet loss is modeled by Gilbert model. The proposed scheme is applied to G.729 most used in VoIP and is evaluated through the SNR(signal to noise) and the MOS(Mean Opinion Score) test. As a simulation result, The proposed scheme provide 0.3 higher in Mean Opinion Score and 2 dB higher in terms of SNR than an error concealment procedure in the decoder of G.729 at $20\%$ average packet loss rate.