본 논문에서는 ARM 프로세서로 설계된 VoWiFi 단말기에서 광대역 음성 서비스를 가능하게 하기 위한 방법으로 ITU-T 표준 코텍인 G.729.1을 실시간으로 구현하고 그 성능을 평가한다. 실시간 G.729.1 코덱 구현은 C 코드 최적화 및 코덱 알고리즘의 고속화를 근간으로 한다. 이렇게 최적화된 코덱의 성능은 VoWiFi 단말기내에서 ARM 프로세서가 요구하는CPU 동작 시간으로 평가된다. 실험 결과, ARM926EJ를 사용하여 최적화된 G.729.1 코덱이 실시간으로 동작함을 확인할 수 있으며, 기존의 G.729에 비해 넓은 대역폭의 음성 전송이 가능함을 보일 수 있다.
본 논문에서는 ITU-T의 SG15에서 채택된 G.729.1 광대역 음성 코덱을 ARM926EJ-S(R) 프로세서 코어에 적용하기 위해 기본연산자 및 산술기능 함수를 포함한 G.729.1 코덱 프로그램 일부를 어셈블리어로 변환하여 실시간으로 동작하도록 구현한 절차 및 결과를 기술하였다. G.729.1은 $8{\sim}32kbps$의 가변 전송률을 갖는 ITU-T 표준 광대역 음성 코덱이며, 입력신호는 8kHz 또는 16 kHz로 샘플링 되어 샘플 당 16 비트로 양자화된 PCM 신호를 입력받는다. 이 코덱은 앞서 표준화된 G.729 및 0.729A와 상호 호환이 가능하며 음질 향상을 위해 기존의 협대역($300{\sim}3,400Hz$)에 비해 대역폭을 광대역($50{\sim}7,000Hz$)으로 확장한 버전이다. 실시간으로 구현된 G.729.1 광대역 음성 코덱은 32kbps에서 인코더와 디코더 부분이 각각 약 31.2 MCPS 및 22.8 MCPS의 복잡도를 가지며, 실제 임베디드 시스템에서의 실행 시간은 인코더와 디코더 평균 6.75ms와 4.76ms로 총 11.5ms가 걸렸다. 또한 이 코덱은 ITU-T에서 제공하는 모든 테스트 벡터에 대해 비트 단위로 정확하게 시험하여 통과하였으며, 실제 인터넷 전화기에 적용한 실시간 음성통화에서 정상적으로 동작하였다.
본 논문에서는 국제 통신 표준화기구인 ITU-T의 SG15에서 채택된 G.729 Annex A (이하G.729A)음성 부호화기를 ARM9 Thumb/sup R/ 프로세서 코어에 적용 가능하도록 전체 모듈을 다양한 최적화방법을 이용하여 어셈블리어로 실시간 구현하였다. G.729A는 8 kbit/s의 전송률을 갖는 ITU-T표준 음성 부호화기이며, 입력신호는 8 kHz로 샘플링되며 샘플당 16 비트로 양자화된 PCM신호이다. G.729A는 앞서 표준화된 G.729와 비트단위로 상호호환 가능하며 계산량을 대폭 감소시킨 버전이다. 구현된 G.729A음성 부호화기는 부호화기와 복호화기 부분이 각각 약 35 MIPS 및 8 MIPS의 복잡도를 나타내며, 사용된 메모리양은 프로그램 ROM 36.5 kBytes, RAM 6.3 kBytes이다 구현된 G.729A 음성 부호화기는 ITU-T에서 제공하는 9개의 테스트 벡터를 모두 통과하였다.
본 논문에서는 ITU-T G.723.1, G.729 부호화기와 MLT(Modulated Lapped Transform) 방법을 이용한 광대역 음성 부호화방법을 제안한다. 제안된 광대역 음성부호화 방법은 16 kHz로 샘플링된 입력신호를 QMF(Quadrature Mirror Filter)사용하여 저대역과 고대역으로 나누며, 각 대역은 8 kHz의 샘플링을 갖는 협대역 음성 신호로 변환된다. 고대역은 MLT변환 후 벡터 양자화하며 또한 MLT를 사용한 ATC(Adaptive Transform Coding)방법을 적용하여 표현하며 저대역은 G.723.1과 G.729 부호화기를 사용한다. 설계된 광대역 음성부호화기의 성능을 평가하기 위하여 MOS (Mean Opinion score)실험을 수행하였다. MOS 실험을 통해 16 kbps G.729-MLT VQ방식이 G.722 56kbps 와 비슷한 음질을 나타내었다.
본 논문에서는 차세대 통신망을 위한 G.729.1 광대역 음성 코덱을 활용한 인터넷 단말을 구현한 절차와 결과에 대해 기술하였다. 이러한 목적을 이루기 위해 먼저 음성 코덱 처리를 위한 DSP 기능을 가지며, 비디오 코덱 처리를 위한 향상된 멀티미디어 가속기 기능을 가진 고성능 RISC 응용 프로세서를 선택하였다. 단말 구현에 사용한 G.729.1 광대역 음성 코덱은 ITU-T에서 최근 표준화 된 것으로 G.729 음성 코덱 표준을 확장한 새로운 스케일러블 음성 및 오디오 코덱이다. G.729.1 코덱의 프로세서에서 처리 시간을 줄이고, 단말에 적용하기 위해 계산량이 많이 필요한 부분의 고정 소수점 C 코드를 어셈블리 언어로 변환하였다. 그 결과 원시 C 코드의 실행 시간을 약 80% 줄여서 단말에서 실시간으로 동작시켰다. 비디오 코덱은 프로세서의 eMMA 하드웨어에서 지원되는 H.263/MPEG-4 코덱을 사용하였다. 실제 망에 접속판 SIP 호 처리 시험에서 단 대 단 지연은 100ms 이하이고, PESQ 장비로 측정한 MOS 값은 평균 3.8 이었으며, 상용 단말들과의 연동 시험에서도 정상적으로 동작하였다.
본 논문에서는 16 비트 고정 소수점 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하여 다채널 G.729A 음성 부호화기를 실시간 구현하였으며, 실제로 음성 사서함 서비스(Voice Mailing Service: VMS) 시스템에 응용하였다. DSP는 TI(Texas Instruments)사의 TMS320C549 칩을 사용하였으며, 구현된 G.729A음성 부호화기는 채널 당 부호화기에 14.5 MIPS를, 복호화기에 3.6 MIPS를 소요하였으며, 메모리는 코드 부분에 9.88 K 워드, 데이터 부분에 1.69 K 워드를 필요로 하였다. 결과적으로 개발된 VMS 시스템에는 두 개의 DSP를 사용하여 DSP 당 4 채널씩 총 8 채널을 수용하였다. 실험 결과, 구현된 다채널 부호화기는 ITU-T에서 제공된 테스트 벡터 샘플을 모두 통과하는 일관된 성능을 보였다.
This paper describes a new algorithm for encoding spectral envelope in the time domain alias cancellation (TDAC) part of G.729.1. The spectral envelope and modified discrete cosine transform (MDCT) coefficients of the weighted code-excited linear predictive (CELP) coding error in lower-band and the higher-band input signal are encoded in the TDAC part. In order to reduce allocation bits for spectral envelope coding, a new algorithm using sub-band correlation between adjacent frames is proposed. In addition, to improve the quality of decoded signals, two bit allocation strategies using reduced bits from the proposed algorithm are proposed. The performance of the proposed algorithm is evaluated in terms of objective quality and bit reduction rates. Experimental results show that the proposed algorithm increases the quality of sounds significantly.
한국음향학회 1998년도 제15회 음성통신 및 신호처리 워크샵(KSCSP 98 15권1호)
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pp.142-147
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1998
Recently, 8 kb/s CS-ACELP coder of G.729 is atandardized by ITU-T SG15 and it has been reported that the speech quality of G729 is better than or equal to that of 32kb/s ADPCM. However G.729 is the fixed rate speech coder, and it does not consider the property of voice activity in mutual conversation. If we use the voice activity, we can reduce the average bit rate in half without any degradations of the speech quality. In this paper, we propose an efficient variable rate algorithm for G.729. The variable rate algorithm consists of two main subjects, the rate determination algorithm and algorithm, we combine the energy-thresholding method, the phonetic segmentation method by integration of various feature parameters obtained through the analysis procedure, and the variable hangover period method. Through the analysis of noise features, the 1 kb/s sub rate coder is designed for coding the background noise signal. So, we design the 4 kb/s sub rate coder for the unvoiced parts. The performance of the variable rate algorithm is evaluated by the comparison of speed quality and average bit rate with G.729. Subjective quality test is also done by MOS test. Conclusively, it is verified that the proposed variable rate CS-ACELP coder produced the same speech quality as G.729, at the average bit rate of 4.4 kb/s.
2006년 5월 고품질 인터넷 전화(VoIP) 서비스에 사용할 수 있는 가변대역 광대역 음성 코덱 기술이 ITU-T SG16 회의에서 국제 표준으로 확정되었다. ITU-T에서 표준화된 G.729.1 코덱은 국내 IPR이 포함된 최초 음성 코덱 분야의 표준이다. 이 코덱은 인터넷 전화 서비스에서 가장 널리 사용되는 G.729를 기반으로 8-32kbps 범위 내에서 임베디드 형태로 비트열 계층을 쌓아가는 구조로 협대역 신호(300-3400Hz)부터 광대역 신호(50-7000Hz)를 압축, 복원한다. 이 기술은 기존의 인터넷 전화에서 사용하고 있는 코덱의 낮은 품질, 대역폭 확장, 품질 제어가 곤란한 단점을 개선하여 인터넷전화 서비스 시장을 활성화 할 것으로 기대된다.
광대역 신호는 16 kHz로 표본화되어 50-7000 Hz로 밴드 제한된 신호를 말하며, 전화대역 음성 신호에 비해서 높은 자연성(naturalness)과 명료성(intelligibility)을 가진다. 이런 특징으로 광대역 부호화기는 화상회의, 디지털 AM 방송 및 고음질 음성통신 등에 사용될 수 있다. 본 논문에서는 가변대역 특징을 갖는 광대역 음성 오디오 부호화기를 제안하였다. 제안된 부호화기는 대역분한 구조를 가진다. 저주파 대역은 전화대역 음성 부호화기로 많이 사용되고 있는 8 kbit/s ITU-T G.729나 보다 높은 전송률로 오디오 신호까지 처리할 수 있는 11.8 kbit/s ITU-T G.729 Annex E로 부호화한다. 고주파 대역은 청각 모델을 기반으로 한 파라미터 부호화 방법으로 부호화한다. 제안된 고주파 대역 부호화는 감마톤 필터뱅크(gammatone filterbank)를 이용하여 입력신호를 임계대역으로 분할한 후, 각각의 임계대역 신호를 양자화한다. 저주파 대역 부호화기와 고주파 대역 부호화기는 서로 독립되어 있으므로, 복호화기에서는 채널 조건에 따라 전화대역 합성신호와 광대역 합성신호를 선택할 수 있는 특징이 있다. 성능 평가 결과, 제안된 부호화기는 낮은 전송률과 짧은 지연 시간으로 음성과 오디오 신호 모두에 대해 ITU-T G.722.1 24 kbit/s와 동등한 음질을 제공한다는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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