디지털 오디오 데이터의 부호화 장치

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) Int. Cl.
6
H03M 7/00
(11) 공개번호 특1998-055769
(43) 공개일자 1998년09월25일
(21) 출원번호 특1996-075005
(22) 출원일자 1996년12월28일
(71) 출원인 현대전자산업 주식회사 김영환
경기도 이천시 부발읍 아미리 산 136-1
(72) 발명자 정윤형
경기도 이천시 부발읍 아미리 산 136-1 청운4관 223호
(74) 대리인 유동호, 이용미
심사청구 : 없음
(54) 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치
요약
본 발명은 여러 개의 프로세서를 이용하여 MPEG2 오디오 데이터를 병렬처리함으로써 엔코딩 과정의 복잡
도를 분산시킴과 아울러 전체적인 오디오 데이터의 처리시간을 줄일 수 있도록 한 디지털 오디오 데이터
의 부호화 장치에 것으로, 엔코딩하기 위한 PCM 데이터를 입력하는 제1 버퍼(10)와, 상기 제1 버퍼(10)
에 접속되어 PCM 데이터의 서브밴드 코딩을 수행하고 스케일 팩터 및 최고 스케일 팩터를 계산하며 스케
일 팩터 정보를 검출하는 제1 프로세서(20)와, 상기 제1 버퍼(10)에 접속되어 PCM 데이터의 심리음향 모
델링을 수행하는 제2 프로세서(30)와, 상기 제1 버퍼(10)에 접속되어 메트릭싱, 전송채널 및 비트의 할
당, 에러 체크코드의 생성, 양자화 및 포맷팅 등을 수행하는 제3 프로세서(40)와, 상기 제1
프로세서~제3 프로세서(20~40)가 병렬로 접속되어 상기 제1 프로세서~제3 프로세서(20~40)에서 부호화된
MPEG2 오디오 데이터의 비트 스트림을 출력하는 제2 버퍼(50)로 구성되어, 각각의 프로세서에 의해
MPEG2 오디오 데이터의 엔코딩 과정을 병렬처리함으로써 엔코딩 과정의 복잡도를 분산시키고 전체적인
오디오 데이터의 처리시간을 단축하여 엔코딩 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
대표도
도1
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 의한 MPEG2 오디오 데이터의 부호화 장치의 블록 구성도.
도 2는 도 1의 제1 프로세서의 블록 구성도.
도 3은 도 1의 제2 프로세서의 블록 구성도.
도 4는 도 1의 제3 프로세서의 블록 구성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10:제1 버퍼20:제1 프로세서
21:서브밴드 코딩부22:스케일 팩터 계산부
23:스케일 팩터 정보 검출부30:제2 프로세서
31:FFT부32:유/무음성분 검출부
33:마스킹 임계치 계산부34:음압레벨 검출부
35:SMR 계산부40:제3 프로세서
41:제1 메트릭싱부42:제2 메트릭싱부
43:전송채널 할당부44:비트 할당부
45:에러 체크코드 생성부46:양자화부
47:포맷부50:제2 버퍼
5-1
공개특허특1998-055769
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 MPEG(Moving Picture Experts Group)2 오디오 데이터를 부호화하는 엔코딩 장치에 있어서, 여
러 개의 프로세서를 이용하여 MPEG2 오디오 데이터를 병렬처리함으로써 엔코딩 과정의 복잡도를 분산시
킴과 아울러 전체적인 오디오 데이터의 처리시간을 줄일 수 있도록 한 디지털 오디오 데이터의 부호화
장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 MPEG2 오디오 데이터의 엔코딩 과정은 하나의 프로세서에 의해 순차적으로 데이터 처
리를 수행하고, 이에 따라 부호화되는 비트 스트림을 디코더에 전송하게 된다.
즉, 상기 프로세서가 두 번째 또는 세 번째의 데이터 처리과정을 수행하기 위해서는 첫 번째 처리과정이
수행되어야만 이루어지게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 엔코딩 과정은 MPEG2 오디오 데이터가 서로 관계없이 처리 프로그램이 실행
되는 경우에도 불구하고 전단의 처리과정이 끝날 때까지 기다리는 불필요한 시간이 존재하였고, 이에 따
라 MPEG2 오디오 데이터의 엔코딩 장치의 실시간 구현에 지장을 주게 됨은 물론 전체적인 엔코딩 시스템
의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.
발명이 이루고자하는 기술적 과제
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 해당 처리 프로그
램을 수행하는 여러 개의 프로세서를 구비하고, 이 구비된 각각의 프로세서에 의해 MPEG2 오디오 데이터
의 엔코딩 과정을 병렬처리함으로써 엔코딩 과정의 복잡도를 분산시키고 전체적인 오디오 데이터의 처리
시간을 단축하여 엔코딩 시스템의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치를
제공하는 데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치는, 서브밴드 코딩을 수행
하는 제1 프로세서와 심리음향 모델링을 수행하는 제2 프로세서 및 상기 제1 프로세서와 제2 프로세서에
서 처리되는 신호를 이용하여 비트할당과 양자화를 수행하는 제3 프로세서에 의해 각각의 해당 처리 프
로그램이 병렬처리됨을 특징으로 한다.
발명의 구성 및 작용
도 1은 본 발명에 의한 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치의 블록 구성도로서, 엔코딩하기 위한
PCM(Pulse Code Modulation) 데이터를 입력하는 제1 버퍼(10)와, 서브밴드 코딩을 수행하고 스케일 팩터
및 최고 스케일 팩터를 계산하며 스케일 팩터 정보를 검출하는 제1 프로세서(20)와, 심리음향 모델링을
수행하는 제2 프로세서(30)와, 메트릭싱, 전송채널 및 비트의 할당, 에러 체크코드의 생성, 양자화 및
포맷팅 등을 수행하는 제3 프로세서(40)와, 상기 제1 프로세서~제3 프로세서(20~40)의 병렬처리 결과인
부호화된 MPEG2 오디오 데이터의 비트 스트림을 출력하는 제2 버퍼(50)로 구성된다.
도 2는 도 1의 제1 프로세서(20)의 블록 구성도로서, 상기 제1 버퍼부(10)로부터 입력되는 PCM 데이터의
서브밴드를 코딩하는 서브밴드 코딩부(21)와, 이 서브밴드 코딩부(21)에 의해 코딩된 서브밴드 데이터의
스케일 팩터와 이 스케일 팩터로부터 나오는 각 서브밴드의 최고 스케일 팩터를 계산하는 스케일 팩터
계산부(22)와, 상기 스케일 팩터의 정보를 검출하는 스케일 팩터 정보 검출부(23)로 구성되고, 도 3은
도 1의 제2 프로세서(30)의 블록 구성도로서, 메트릭싱되어 입력되는 메트릭싱 데이터를 푸리에 변환하
는 FFT(Fast Fourier Transformation)부(21)와, 이 FFT부(21)에 의해 변환된 메트릭싱 데이터의
유음(tonal)성분과 무음성분(nontoanl)을 검출하는 유/무음성분 검출부(32)와, 상기 메트릭싱 데이터의
개별 마스킹 임계치와 전체 마스킹 임계치를 계산하는 마스킹 임계치 계산부(33)와, 각 서브밴드의 최고
스케일 팩터를 이용하여 상기 매트릭싱 데이터의 음압레벨을 계산하는 음압레벨 계산부(34), 상기 메트
릭싱 데이터의 신호대 마스크비(Signal to Mask Ratio ; SMR)를 계산하는 SMR 계산부(35)로 구성된다.
그리고, 도 4는 도 1의 제3 프로세서(30)의 블록 구성도로서, 상기 제1 버퍼(10)로부터 입력되는 PCM 데
이터를 메트릭싱하여 제1 버퍼(10)를 통해 제2 프로세서(30)의 FFT부(31)에 출력하는 제1
메트릭싱부(41)와, 상기 제1 버퍼(10)로부터 입력되는 제1 프로세서(20)의 서브밴드 코딩부(21)에 의해
코딩된 서브밴드 데이터를 메트릭싱하여 제1 버퍼(10)를 통해 스케일 팩터 계산부(22)에 출력하는 제2
메트릭싱부(32)와, 상기 제1 버퍼(10)로부터 입력되는 제1 프로세서(20)의 스케일 팩터 계산부(22)에서
구한 각각의 최고 스케일 팩터를 비교하여 그 중 가장 작은 값을 선택하여 전송채널을 할당하는 전송채
널 할당부(43)와, 이 전송채널 할당부(43)에 의해 할당된 채널에 대해 비트 할당을 수행하는 비트 할당
부(44)와, 에러를 체크하기 위한 에어 체크코드를 생성하는 에러 체크코드 생성부(45)와, 상기 비트 할
당부(44)에 의해 할당된 비트와 상기 에러 체크코드 생성부(45)에 의해 생성된 에러 체크코드로 이루어
진 데이터를 양자화하는 양자화부(46)와, 이 양자화부(46)에서 양자화된 데이터를 MPEG2 비트 스트림으
로 포맷팅하는 포맷부(47)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에서는 제1 프로세서(20)와 제2 프로세서(30)에 서 처리하는 채널의 개수와
제3 프로세서(40)의 채널의 개수가 서로 다른데, 상기 제1 프로세서(20)와 제2 프로세서(30)는 단일 채
널을 처리하고, 상기 제3 프로세서(40)는 입력되는 모든 채널을 처리한다.
이에 따라, 부호화하는 채널의 개수가 증가할 경우에도 상기 제3 프로세서(40)의 처리시간만이 증가하게
5-2
공개특허특1998-055769
될 뿐, 전체의 시간적인 지연은 크게 일어나지 않게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치의 병렬 처리 과정을 상세히 설명하
면 다음과 같다.
먼저, 제3 프로세서(40)의 제1 메트릭싱부(41)가 제1 버퍼(10)에 입력된 PCM 신호를 메트릭싱하여 이를
상기 제1 버퍼(10)에 출력한다.
이어, 상기 과정이 수행되는 동안 제1 프로세서(20)의 서브밴드 코딩부(21)가 제1 버퍼(10)에 입력된
PCM 데이터의 서브밴드를 코딩하여 이 서브밴드 코딩된 데이터를 제1 버퍼(10)에 출력시켜, 제3 프로세
서(40)의 제2 매트릭싱부(42)가 제1 버퍼(10)의 서브밴드 코딩된 데이터를 읽어와 이를 메트릭싱한다.
이때, 상기 제1 메트릭싱부(41)에 의해 PCM 데이터의 메트릭싱을 수행하는 동안 제1 프로세서(20)에서
서브밴드 코딩부(21)에 의해 서브밴드 코딩을 수행함에 따라 제3 프로세서(40)는 제2 매트릭싱부(42)에
의한 메트릭싱을 수행하기 위해 기다리는 시간이 그만큼 줄어들게 된다.
즉, 본 발명에서는 제3 프로세서(40)가 제1 프로세서(20)와 제2 프로세서(30)에서 처리된 데이터를 가지
고 처리함에 따라 상기 데이터를 기다리는 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해 제3 프로세서(40)가 수
행되는 동안 다음 프레임의 데이터를 제1 프로세서(20)와 제2 프로세서(30)에서 수행하도록 한다.
그리고 나서, 제1 프로세서(20)의 스케일 팩터 계산부(22)는 상기 제3 프로세서(40)의 제2
매트릭싱부(42)에 이해 메트릭싱된 서브밴드 코딩 데이터를 제1 버퍼(10)를 통해 입력하여 스케일 팩터
와 이 스케일 팩터로부터 나오는 각 서브밴드 최고 스케일 팩터를 계산하여 그 값을 제2 버퍼(50)에 출
력한다.
또한, 스케일 팩터 정보 검출부(42)를 통해 상기 메트릭싱된 서브밴드 코딩데이터의 스케일 팩터에 대한
정보를 검출하여 이 값도 제2 버퍼(50)에 출력한다.
한편, MPEG1의 호환 채널을 이용할 경우 메트릭 채널이 늘어나게 됨에 따라 L(Left) 채널과 R(Right)채
널에서의 제1 프로세서(20)는 LO 와 RO 채널 데이터에 대하여 스케일 팩터와 각 서브밴드 최고스케일 팩
터를 각각 계산하고, 스케일 팩터의 정보를 검출한다.
이때, 상기 채널에서 스케일 팩터 및 정보들을 구하는데 걸리는 시간이 제2 프로세서(30)의 심리음량 모
델링에서 SMR을 계산하는 과정보다 짧기 때문에 상기 채널에서는 병렬처리를 수행하지 않고 직렬처리를
수행하게 된다.
상기와 같이 제1 프로세서(20)의 데이타 처리가 수행되는 동안 제2 프로세서(30)에서는 심리음향 모델링
을 수행하게 되는데, 먼저 제1 버퍼(10)로부터 제3 프로세서(40)의 제1 메트릭싱부(41)에 의한 메트릭싱
된 PCM 데이터를 입력하여 FFT부(31)에 의해 고속 푸리에 변환시킨다.
그리고 나서, 유/무음성분 검출부(32)에 의해 상기 푸리에 변환된 PCM 데이터의 유음성분과 무음성분을
검출하고, 이어 마스킹 임계치 계산부(33)에 의해 PCM 데이터의 개별적인 마스킹 임계치와 전체의 마스
킹 임계치를 계산한다.
그리고, 상기 제1 프로세서(20)에서 제2 버퍼(50)로 출력한 최고 스케일 팩터 값을 이용하여 PCM 데이터
의 음압레벨을 계산한다.
이때, 종래의 단일 프로세싱시 심리음향 모델 2단계, 즉 FFT된 후에 수행되던 상기 음압레벨의 계산을
본 발명의 멀티 프로세싱에서는 마스킹 임계치를 계산한 후에 수행함으로써 제1 프로세서(20)로부터 각
서브밴브의 최고 스케일 팩터 값을 기다리는 지연을 감소시키게 된다.
SMR 계산부(35)에서는 상기에서 계산된 전체 마스킹 임계치와 음압레벨을 가지고 각 밴드의 SMR을 구한
다.
이에, 상기 SMR 계산부(35)에서 구해진 SMR이 제2 버퍼(50)에 출력됨으로써 제2 프로세서(30)의 프로세
싱 과정이 완료된다.
마지막으로, 상기 제1 프로세서(20)와 제2 프로세서(30)가 각각 프로세싱을 수행하는 동안 제3
프로세서(40)에서는 MPEG1과의 호환을 위하여 각 채널을 메트릭싱하여 호환 채널을 전송할 필요가 있게
되며, 이때 호환 채널을 만듦으로써 채널의 개수가 2개 증가하게 된다.
따라서, 증가한 채널에 대한 프로세싱은 제1 프로세서(20)에서나 제2 프로세서(30)에서 수행하게 된다.
즉, 제3 프로세서(40)에서는 제1 메트릭싱부(41)와 제2 매트릭싱부(42)를 수행한 후, 전송채널
할당부(43)에 의해 상기 제1 프로세서(20)와 제2 버퍼(50)로 출력한 최고 스케일 팩터 값을 이용하여 전
송채널을 할당한다.
상기 전송채널의 스위칭은 디코더에서 디메트릭싱을 수행했을 경우 잡음이 더해져서 들리는 것을 방지하
기 위해 이용하는 것으로, 전송채널 할당부(43)에서는 각 채널 각각의 서브밴드에서의 최고 스케일 팩터
를 비교하여 그 중 가장 작은 값을 선택하여 전송패널을 할당한다.
이어, 상기 전송채널 할당부(43)에 의해 할당된 패널에 대해 비트 할당부(44)를 통해 비트 할당을 수행
하고, 에러 체크코드 생성부(45)에 의해 에러를 체크하기 위한 에러 체크코드를 생성하며, 양자화부(46)
상기 비트 할당부(44)에 의해 할당된 비트와 상기 에러 체크코드 생성부(45)에 의해 생성된 에러 체크코
드로 이루어진 데이터를 양자화한다.
이어서, 상기 양자화부(46)에서 양자화된 데이터를 포맷부(47)에 의해 MPEG2 비트 스트림으로 포맷팅하
여 제2 버퍼(50)에 출력하면, 이 제2 버퍼(50)를 통해 MPEG2 비트 스트림으로 포맷된 비트 스트림 데이
5-3
공개특허특1998-055769
터가 출력되게 된다.
발명의 효과
이상, 상기 설명에서와 같이 본 발명은 제1 프로세서(20)와 제2 프로세서(30)를 수행하는 동안 제3 프로
세서(40) 역시 병렬적으로 전 프레임에 대해 수행함으로써, 제3 프로세서(40)가 제1 프로세서(20)와 제2
프로세서(30)에서 처리된 데이터가 입력될 때까지 기다려야 하는 시간을 최대 줄여 전체의 엔코딩 프로
세싱 시간을 단축시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 발생되는 MPEG2 비트 스트림은 DVD, VOD, HDTV, DBS 등의 MPEG 오디오 데이터를
채용하는 시스템에 적용 가능하다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
엔코딩하기 위한 PCM 데이터를 입력하는 제1 버퍼(10)와, 상기 제1 버퍼(10)에 접속되어 PCM 데이터의
서브밴드 코딩을 수행하고 스케일 팩터 및 최고 스케일 팩터를 계산하며 스케일 팩터 정보를 검출하는
제1 프로세서(20)와, 상기 제1 버퍼(10)에 접속되어 PCM 데이터의 심리음향 모델링을 수행하는 제2 프로
세서(30)와, 상기 제1 버퍼(10)에 접속되어 메트릭싱, 전송채널 및 비트의 할당, 에러 체크코드의 생성,
양자화 및 포맷팅 등을 수행하는 제3 프로세서(40)와, 상기 제1 프로세서~제3 프로세서(20~40)가 병렬로
접속되어 상기 제1 프로세서~제3 프로세서(20~40)에서 부호화된 MPEG2 오디오 데이터의 비트 스트림을
출력하는 제2 버퍼(50)로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 제1 프로세서(20)는 상기 제1 버퍼부(10)로부터 입력되는 PCM 데이터의 서브밴드를 코딩하는 서브
밴드 코딩부(21)와, 상기 제3 프로세서(40)로부터 메트릭싱되어 입력되는 메트릭싱 서브밴드 코딩 데이
터를 제1 버퍼(10)를 통해 입력하여 상기 메트릭싱 서브밴드 코딩 데이터의 스케일 팩터와 이 스케일 팩
터로부터 나오는 각 서브밴드의 최고 스케일 팩터를 계산하여 제2 버퍼(50)에 출력하는 스케일 팩터 계
산부(22)와, 상기 스케일 팩터의 정보를 검출하여 제2 버퍼(50)에 출력하는 스케일 팩터 정보
검출부(23)로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치.
청구항 3
제1항에 있어서,
상기 제2 프로세서(30)는 상기 제3 프로세서(40)로부터 메트릭싱되어 입력되는 메트릭싱 데이터를 푸리
에 변환하는 FFT부(21)와, 상기 FFT부(21)에 의해 변환된 메트릭싱 데이터의 유음성분과 무음성분을 검
출하는 유/무음성분 검출부(32)와, 상기 메트릭싱 데이터의 개별 마스킹 임계치와 전체 마스킹 임계치를
계산하는 마스킹 임계치 계산부(33)와, 상기 제1 프로세서(20)의 스케일 팩터 계산부(22)에서 계산된 각
서브밴드의 최고 스케일 팩터를 제1 버퍼(10)를 통해 입력하여 상기 매트릭싱 데이터의 음압레벨을 계산
하는 음압레벨 계산부(34)와, 상기 메트릭싱 데이터의 SMR를 계산하는 SMR 계산부(35)로 구성됨을 특징
으로 하는 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치.
청구항 4
제1항에 있어서,
상기 제3 프로세서(30)는 상기 제1 버퍼(10)로부터 입력되는 PCM 데이터를 메트릭싱하여 제1 버퍼(10)를
통해 제2 프로세서(30)의 FFT부(31)에 출력하는 제1 메트릭싱부(41)와, 상기 제1 버퍼(10)로부터 입력되
는 제1 프로세서(20)의 서브밴드 코딩부(21)에 의해 코딩된 서브밴드 데이터를 메트릭싱하여 제1
버퍼(10)를 통해 스케일 팩터 계산부(22)에 출력하는 제2 메트릭싱부(32)와, 상기 제1 버퍼(10)로부터
입력되는 제1 프로세서(20)의 스케일 팩터 계산부(22)에서 구한 각각의 최고 스케일 팩터를 비교하여 그
중 가장 작은 값을 선택하여 전송채널을 할당하는 전송채널 할당부(43)와, 상기 전송채널 할당부(43)에
의해 할당된 패널에 대해 비트 할당을 수행하는 비트 할당부(44)와, 에러를 체크하기 위한 에러 체크코
드를 생성하는 에러 체크코드 생성부(45)와, 상기 비트 할당부(44)에 의해 할당된 비트와 상기 에러 체
크코드 생성부(45)에 의해 생성된 에어 체크코드로 이루어진 데이터를 양자화하는 양자화부(46)와, 상기
양자화부(46)에서 양자화된 데이터를 MPEG2 비트 스트림으로 포맷팅하는 포맷부(47)로 구성됨을 특징으
로 하는 디지털 오디오 데이터의 부호화 장치.
도면
5-4
공개특허특1998-055769
도면1
도면2
도면3
도면4
5-5
공개특허특1998-055769