Earticle

본 논문은 음성합성에서 사용되는 오디오 부호기/복호기 설계 및 구현을 기술한다. 설계된 회로는 원래 음성 샘플대신에 연속되는 음성 샘플의 차를 부호화하는 방식으로 압축율은 4:1 이다. FPGA를 이용해서 각각의 기능을 검 증하고, 0.35㎛ 표준 CMOS 공정을 이용하여 칩으로 제작해서 성능을 측정하였다. 시스템 클럭 주파수는 16.384㎒ 를 사용한다. THD(Total Harmonic Distortion)+n은 주파수에 따라서 -40㏈에서 -80㏈ 값을 지니고, 전력 소모는 전원 전 압 3.3V에서 80㎽로써, 고음질과 저전력 소모를 요구하는 모바일 응용에 적합하다.

In this paper, we describe design and implementation of audio encoder/decoder for voice synthesis. It uses the encoding of difference value of successive samples instead of the original sample value. and has the compression ratio of 4. The function is verified by using FPGA and the performance is measured by the fabricated chip using 0.35㎛ standard CMOS process. The system clock is 16.384㎒. The measured THD+n is from -40㏈ to -80㏈ with frequency variation and the power consumption is about 80㎽. It is suited for the mobile application of high audio quality and low power consumption.

컴퓨터의 보급과 통신의 발달에 따라 많은 자료가 모뎀 등의 장비를 통하여 네트워크 상에서 이동하고, 인간의 음성, 혹은 소리가 컴퓨터에 사용되게 되었다. 이에 따라 소리, 네트워크 상의 자료와 같은 아날로그 신호와 컴퓨터가 처리할 수 있는 디지털 신호간의 변환이 필요하게 되었다. 본 연구에서는 CCITT에서 제안한 아날로그, 디지털 변환 알고리즘인 ADPCM 알고리즘, G.721, G.726에 따라 아날로그, 디지털 변환기를 하드웨어 기술언어인 VHDL을 사용하여 실제적으로 구현하였다.

In this paper, we interconnected the wavelet transformation and ADPCM to improve the image compression ratio and reduce the loss of information in the reconstructed image. Simulation shows the promising results.

본 논문에서는 DRCT 기지국에서 사용하기 위한 4채널 음성 코덱과 반향제거기를 TMS320VC5402 DSP 칩을 이용하여 실시간 구현하였다. 코드 최적화를 통하여 4채널 G.726 ADPCM 코덱과 반향제거기를 76MIPS의 연산량 이내로 실시간 동작 가능하도록 구현하였다. 본 논문에서 구현한 ADPCM 코덱은 ITU-T G.726 Appendix II에서 정의된 모든 테스트 샘플로 검증하였다. 반향제거기는 모의실험 결과 반향신호를 약 20dB 정도 감쇠시켰으며, 실시간 시스템 통화시험을 통해 전체시스템의 안정적인 동작을 확인하였다.

This paper describes the design and implementation results of 40, 32, 24 and 16kbps ADPCM encoder and decoder circuit, based on the protocol CCITT G.726. We verified the ADPCM algorithm using C language and designed the RTL circuit with Verilog HDL. The circuit has been simulated by Verilog-XL, synthesized by Design Compiler and verified using Xilinx FPGA. Since the synthesized circuit includes a small number of gates, it is expected to be used as a core module in the digital voice and image processing SOC.

본 논문에서는 G.726 ADPCM 음성방식을 기존의 단일 압축을 대신 16Kbps 와 40Kbps의 두 가지 압축율을 사용한 가변 압축방식에 의한 음성 코딩 방식을 다루었다. 음성의 묵음 또는 소 신호 부분은 음질의 향상보다는 데이터 비트 수를 줄이기 위한 저 전송 16Kbps 압축율을 적용하였고 임계값 이상의 대 신호 부분은 음질을 향상하기 위하여 40Kbps의 압축율을 적용하여 모든 신호를 단일 압축율로 코팅하는 방식에 비하여 전체적으로 압축율을 높여 전송 비트 수를 줄이면서 음질을 저하시키지 않도록 하였다. 분 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 여러 가지의 임계값에 의한 가변 압축 코딩 방식에 대하여 압축율과 음질의 관계 를 다루었다. 또한 고정된 임계값에 대하여 입력 음성의 크기를 여러 가지로 변동하여 주변 배경잡음과 포화에 의한 음질의 저하를 고찰하여 가변 율에 의한 음성의 코딩방식에서 임계값과 입력의 크기가 음질 및 압축율에 미치는 영향을 다루었다. 각 시뮬레이션의 경우에 대하여 실지 음성의 원음에 대한 음질의 충실 도를 임의의 집단에 대하여 비교하여 음질의 충실 도를 확인하였다. 추후의 연구를 통하여 DSP에 의한 실시간 처리 시스템의 구현을 하고자 한다.

In this paper, the implementation of dual rate ADPCM using G.726 16Kbps and 40Kbps speech codec algorithm is handled. For small signals, the low rate 16Kbps coding algorithm shows almost the same SNR as the high rate 40Kbps coding algorithm , while the high rate 40Kbps coding algorithm shows the higher SNR than the low rate 16Kbps coding algorithm fur large signal. To obtain the good trade-off between the data rate and synthesized speech quality, we applied low rate 16Kbps for the small signal and high rate 40Kbps for the large signal. Various threshold values determining the rate are applied for good trade-off between data rate and speech quality. The simulation result shows the good speech quality at a low rate comparing with 16Kbps & 40Kbps.

In this paper, we proposed quad variable rates ADPCM coding method and its implementation on C6000 DSP, which is modified from the standard ADPCM of ITU G.726 for speech quality improvement considering the environmental noise Four coding rates, 16Kbps, 24Kbps, 32Kbps and 40Kbps are used for speech window samples and the rate decision threshold is decided by the environmental noise level. The object of the proposed method is to reduce the coding rate while retaining the speech quality and the speech quality is considerably close to 40Kbps single rate coder with the coding rate close to 16Kbps single rate coder under the environmental noise. The environmental noise level affects the coding rate and the noise level is calculated per every speech window samples. At high noise level, more samples are coded at higher rates to enhance the quality, but at low noise level, only the big speech signals are coded at higher rates and more speech samples are coded at lower coding rates to reduce the coding rates. The influence of the noise on tile speech signal is considerably high for small signals and the small signal has the higher ZCR (zero crossing rate). The method is simulated in PC and to be implemented on C6000 floating point DSP board in real time operations.

This paper proposed variable threshold dual rate ADPCM coding method which is modified from the standard ADPCM of ITU G.726 for speech quality improvement. The speech quality of variable threshold dual rate ADPCM is better than single rate ADPCM at noisy environment without increasing the complexity by using ZCR(Zero Crossing Rate). In this case, ZCR is used to divide input signal samples into two categories(noisy & speech). The samples with higher ZCR is categorized as the noisy region and the samples with lower ZCR is categorized as the speech region. Noisy region uses higher threshold value to be compressed by 16Kbps for reduced bit rates and the speech region uses lower threshold value to be compressed by 40Kbps for improved speech quality. Comparing with the conventional ADPCM, which adapts the fixed coding rate. the proposed variable threshold dual rate ADPCM coding method improves noise character without increasing the bit rate. For real time applications, ZCR calculation was considered as a simple method to obtain the background noise information for preprocess of speech analysis such as FFT and the experiment showed that the simple calculation of ZCR can be used without complexity increase. Dual rate ADPCM can decrease the amount of transferred data efficiently without increasing complexity nor reducing speech quality. Therefore result of this paper can be applied for real-time speech application such as the internet phone or VoIP.

In this paper, the implementation of dual rate ADPCM using G.723 16Kbps and 40Kbps speech codec algorithm is handled. For small signals, the low rate 16Kbps coding algorithm shows the same SNR as the high rate 40Kbps coding algorithm, while the low rate 16Kbps coding algorithm shows the lower SNR than the high rate 40Kbps coding algorithm for large signal. To obtain the good trade-off between the data rate and synthesized speech quality, we applied low rate 16Kbps for the small signal and high rate 40Kbps for the large signal. Various threshold values determining the rate are tested for good trade off data rate and speech quality. Also the low pass filter effect of speech input and output devices is simulated at several cut-off frequencies. To simulation result shows the good speech quality at a low rate comparing with 16Kbps & 40Kbps.

다중 전송율(16, 24, 32, 40kbps)을 제공하는 G.726 부호화기는 ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) 부호화법을 사용한다. 본논문에서는 G.726 ADPCM 알고리즘을 C&S Technology에서 개발한 음성 신호 처리를 위한 범용 DSP인 CSD17C00A 칩을 이용하여 실시간 응용이 가능하도록 구현하였다. G.726에 대한 양방향 평가는 Codec Loopback test을 통해 수행되었으며, W-T에서 제공한 테스트 절차에 따라 평가되었다. 본 논문에서 구현된 G.726 부호화기는 평균 11 MIPS의 계산 속도를 갖고, 프로그램 메모리 크기는 2.8K Words이고, 데이터 메모리 크기는 550 Words 를 필요로 하였다.

본 논문에서는 파형 코우딩 방식에 속하는 ADPCM을 NEC 7720 DSP를 사용하여 간단하고 성능이 우수하며 유연성 (flexibility)이 뛰어난 ADPCM cosec을 실시간 구현을 하였다. ADPCM 알고리듬은 적응 양자기와 1차의 고정예측기를 사용하였으며 프로그램을 최적화하여 하나의 NEC 7720으로 4 채널을 동시에 부호화 또는 복호화 할 수 있도록 하였다. 실제 전화음성과 RC 정형 Gaussian 잡음 및 1004Ht 정현파를 사용한 컴퓨터 시뮬레이tus으로부터 NEC 7720의 연산 정확도를 조사하였으며, SNR 및 청각조사로 부터 알고리듬 수행에 필요한 값들을 결정하였다. NEC 7720의 소프트웨어는 real-time hardware emulator로 실시간 동작을 확인하였는데 부호기에서 1샘플을 부호화하는데 최대 23. 25μs가 걸리고 4 채널을 모두 부호화하는데 113.5μs가 필요하였으며, 복호기에서는 각각 24. 75μs와 119. 5μs가 소요되었다.

In this paper we have designed and implemented in real time a simple, efficient and flexible AOPCM cosec using a high speed digital processor, NEC 7720. For ADPCM system, we have used an instantaneous adaptive quantizer and a first-order fixed predictor. The software for NEC 7720 has been developed and it was found that the NEC 7720 was capable of performing the entire ADPCAt algorithm for 4 channels in real time as optimizing the program. Computer simulation has born made to investigate a computational accuracr of NEC 7720 and to de-termine necessary parameters for a ADPCM codec. Real telephone speech, RC-shaped Gaussian noise and 1004 Hz tone signal were used for simulation. In simulation, the parameters werc optimized from the computed SNR and the informal listening test. The developed software was tested in real time operation using a hardware emulator for NEC 7720. It took a maximum 23.25$\mu$s to encode one sample and 113.5$\mu$s, including all the necessary 1/0 operations, to encode 4 channels. In the case of decoding process, it took 24.75$\mu$s to decode one sample and 119.5$\mu$s to decode 4 channels.

CCITT G.721, G.723 standard ADPCM algorithm is implemented by using TI's fixed point DSP start kit (DSK). ADPCM can be implemented on a various rates, such as 16K, 24K, 32K and 40K. The ADPCM is sample based compression technique and its complexity is not so high as the other speech compression techniques such as CELP, VSELP and GSM, etc. ADPCM is widely applicable to most of the low cost speech compression application and they are tapeless answering machine, simultaneous voice and fax modem, digital phone, etc. TMS320C50 DSP is a low cost fixed point DSP chip and C50 DSK system has an AIC (analog interface chip) which operates as a single chip A/D and D/A converter with 14 bit resolution, C50 DSP chip with on-chip memory of 10K and RS232C interface module. ADPCM C code is compiled by TI C50 C-compiler and implemented on the DSK on-chip memory. Speech signal input is converted into 14 bit linear PCM data and encoded into ADPCM data and the data is sent to PC through RS232C. The ADPCM data on PC is received by the DSK through RS232C and then decoded to generate the 14 bit linear PCM data and converted into the speech signal. The DSK system has audio in/out jack and we can input and out the speech signal.

본 논문에서는 ADPCM 시스템의 noisy channel에서의 성능 개선을 위한 새로운 방법을 제시하였다. 이 방법은 robust quantiser를 사용하면서 주기적으로 maximum step sixte를 수신측에 보내준다. 또한 수신측 버퍼에서는 MSB 에러검출·수정을 행한다. Noisy channel 상태에서 실제의 음성에 대해 컴퓨터 시뮬레이션한 결과 제안된 시스템의 성능은 원래의 ADPCM의 성능보다 크게 향상되었다.

In this paper a new method of improving the performance of ADPCM in noisy channel is proposed. The proposed method employs a robust quantizer, and transmits the information regarding the maximum step size periodically. Also, a scheme to correct most significant bit (MSB) errors is used in the receiver buffer. According to our computer simulation with real speech, the proposed ADPCM with error control yields an improvement of about 4 to 5 dB in noisy channel over the conventional ADPCM without error control.

This paper describes $\mu$-law PCM/ADPCM Code Conversion System. The system algorithm is computer-simulated, and with the result of simulation the system is designed by using the Am 2900 family's Bit-Slice Microprocessors which have a high-speed processing power. The ADPCM algorithm is based on Jayant's model and the converting algorithm between $\mu$-law PCM and linear PCM is developed according to the CCITT Recommendation G. 711.

본 논문에서는 ADPCM을 이용하여 보다 효율적인 음성전송을 위한 4배속 가변임계값을 갖는 음성 부호화법을 제안하였으며 TMS320C6711-DSP를 사용하여 제안된 알고리즘의 실시간 음성 처리 구현을 다루었다. 본 논문에서는 ADPCM 알고리즘을 개선하여 입력 신호 및 주변 환경에 따라 변환율을 16[kbps], 24[kbps], 32[kbps], 40[kbps]로 가변하는 음성부호화 방법을 제시하고 이를 DSP를 이용하여 Encoding과 Decoding을 실시간으로 구현하여 좋은 음질의 음성 신호를 보다 적은 비트 수로 전송하고자 하였다. 이를 위하여 영교차율(Zero Crossing Rate)을 이용하여 소음의 우세한 정도를 구분하여, 임계값을 가변 시키도록 하였으며 소음이 우세한 환경에서는 4가지 변환율 가운데 낮은 변환율을 사용하도록 하여 전송 비트 수를 줄이도록 하였으며, 소음이 열세한 환경에서는 높은 변환율을 사용하도록 하여 좋은 음질을 갖도록 하였다. 음성 대화의 많은 구간이 거의 묵음인 구간이 많으므로, 음질은 40[kbps] 수준의 음질을 유지하면서 이 보다 낮은 데이터 비트수를 유지할 수 있음을 시뮬레이션과 실험으로 보였다. 구현에 사용된 TMS320C6711-DSK board는 128[K]의 플래쉬 메모리를 가지고 있고 1333MIPS의 처리속도를 가지므로 제안된 알고리즘을 실시간 구현하기에 충분한 조건을 가지고 있다.

In this paper, we proposed quad variable rates ADPCM coding method for efficient speech transmission and real time porcessing is implemented on TMS320C6711-DSP. The modified ADPCM with four variable coding rates, 16[kbps], 24[kbps], 32[kbps] and 40[kbps] are used for speech window samples for good quality speech transmission at a small data bits and real time encoding and decoding is implemented using DSP. ZCR is used to identify the influence of the noise on the speech signal and to decide the rate change threshold. For noise superior signals, low coding rates are applied to minimize data bit and for noise inferior signals, high coding rates are applied to enhance the speech quality. In most speech telecommunications, silent period takes more than half of the signals, speech quality close to 40[kbps] can be obtained at comparabley low data bits and this is shown by simulation and experiments. TMS320C6711-DSK board has 128K flash memory and performance of 1333MIPS and has meets the requirements for real time implementation of proposed coding algorithm.

본 논문에서는 ITU G.726 규격을 만족하는 표준형 ADPCM 부호화 법을 이용하여 배경잡음의 크기에 따라 음성의 부호화율이 두가지로 가변하도록 함으로써, 낮은 데이터 전송률을 가지고도 단일 부호화율의 경우보다 개선된 음질을 갖는 부호화 기법을 제안하였다. 이를 위하여 배경잡음보다 큰 음성신호에 대하여는 데이터의 양이 커지더라도 음질을 향상시키기 위하여 40 [Kbps]로 압축하고, 작은 음성신호에 대하여는 16[Kbps]로 압축하여 데이터의 양을 줄이도록 하여 전체적으로 압축데이터의 양을 줄이면서 음질을 개선하도록 하였다. 입력된 음성신호에 대하여 두가지 압축율을 결정하기 위하여 영교차율(ZCR)을 사용하여 처리속도를 빠르도록 하였다.

In this paper, we proposed variable threshold dual rate ADPCM coding method which adapts two coding rates of the standard ADPCM of ITU G.726 for speech quality improvement at a comparably low coding rates. The ZCR(Zero Crossing Rate) is computed for speecd data and under the noisy environment, noise data dominant region showed higher ZCR and speech data dominant region showed lower ZCR. The speech data with the higher ZCR is encoded by low coding rate for reduced coded data and the speech data with the lower ZCR is encoded by high coding rate for speech quality improvements. For coded data, 2 bits are assigned for low coding rate of 16[Kbps] and 5 bits are is assigned for high coding rate of 40[Kbps]. Through the simulation, the proposed idea is evaluated and shown that the variable dual rate ADPCM coding technique shows the qood speech quality at low coding rate.

본 논문에서는 음성신호의 디지탈화와 대역폭축소의 한 방법으로 예측부호화 원리를 사용하는 adaptive differential pulse code modulation(ADPCM)과 adoptive delta modulation(ADM)에 관하여 고찰하였다. ADPCM에서 사용되는 대표적인 적응양자기의 원리를 설명하고 적응예측기의 계수를 얻는 두 방법, 즉 브록해석과 연차해석 방법을 검토하였다. 또한 ADM에서 사용되는 세가지 압신방법(instantaneous, syllabic, hybrid commanding)을 구체적으로 설명하고 그의 성능을 비교하였다. 마지막으로 ADPCM과 ADM을 음성신호의 부호화기로 쓸 때의 성능과 장단점들을 비교 검토하였다.

This paper deals with speech digitization and bandwidth compression techniques, particularly two predictive coding methods-namely, adaptive diferentia1 pulse code modulation(ADPCM) and adaptive delta modulation (ADM). The principle of a typical adoptive quantizer that is used in ADPCM is explained, and two analysis methods for the adaptive predictor coefficents, block and sequential analyses, are discussed. Also, three companding methods (instantaneous, syllabic, and hybrid companding) that are used in ADM are explained in detail, and their performances are compared. In addition, the performances of ADPCM and ADM as speech coders are compared, and the merits of each coder are discussed.