Recursive least square algorithm 을 이용한 variable rate 음성부호화에 대한 연구

Abstract

본 논문에서는 RLS lattice filter를 이용한 variable rate 음성 부호화 방식을 제안하고 그 성능에 대한 연구를하였다. 제안된 음성 부호화 방식은 음성신호의 nonstationarity에 따라 음성 전송 frame의 길이를 변화시켜 구성된 유사도가 높은 각 전송 frame마다 한개의 대표 특성벡터를 부호화하여 전송함으로써 어떤 전송속도에 대하여 음질을 높이는 방법이다. 본 음성 부호화 방식에서는 RLS lattice filter를 음성신호에 적용하여 구한 PARCOR 계수를 이용 유사도가 높은 구간으로 분할하였는 바 유성음 영역에서는 pitch 단위로, 무성음 영역에서는 앞서 유성음의 pitch 길이와 같은 구간으로 분할하였다. 다음 각 음성구간에서 대표되는 filter계수 백터를 하나씩 취하여 인접 백터들 간의 유사도에 따라 결합시켜 전송을 위한 frame을 구성한다. 한 전송 frame 구성을 위한 인접 frame들 간의 유사도 측정은 다음 두가지 방법을 사용하였다. 첫째는 인접한 두 백터간에 spectral distortion measure를 적용하여 적절한 임계치를 넘지 않을 경우 유사한 특성을 갖는 구간으로 간주 동일한 frame으로 구성하였다. 두번째는 VQ를 이용하는 방식으로 training 입력신호로 구성한 codebook을 이용하여 작게 분할된 음성구간의 특성백터를 부호화하여 동일한 codeword로 부호화된 구간들로 한 해석 frame을 구성 하였다. 이와같이 한 해석 구간을 설정한 결과 음성의 nonstationarity에 따라 해석 구간의 길이가 변화하는 것을 관측할 수 있었으며 한 해석 구간당 한 특성백터를 추출하여 부호화하므로 전송속도도 음성특성의 변화에 따라 바뀌게 된다. 분할된 한 해석구간에서 추출한 parameter들의 부호화는 스칼라 방식과 VQ에 의거하여 수행하였다. 스칼라 부호화의 경우 기존 LPC10의 부호화 방식을 적용하였으며 한 전송 frame당 parameter의 부호화에 57 bit이 필요하다. 한편 VQ를 이용한 전송 frame의 부호화는 음성의 특성에 따라 별도로 구성한 codebook을 이용하여 수행하였다. 즉 유성음 의 경우 9 bit의 codebook을 수행하였고, 무성음과 비음인 경우에는 10 bit codebook을 사용하여 VQ 부호화를 수행하였다. 따라서 VQ를 사용할 경우 한 전송 frame당 26 bit이 필요하며 앞서 스칼라 방식에 비하여 전송속도가 1/2이하로 줄어든다. 본 논문에서 제안한 음성 부호화 방식의 성능은 스칼라 부호화기를 사용한 경우 전송속도가 2400 bits/s 로 LPC10과 동일할oe? LPC10에 비교하여 음질이 향샹 되었으며, 전송속도를 1500 bits/s까지 줄여도 음질에는 커다란 변화가 없이 좋은 음질을 얻을 수 있었다. 여기에서 더욱 전송속도를 1200 bits/s로 줄인경우 LPC10보다 음질이 저하됨을 관측할 수 있었다.