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This paper proposes a novel algorithm for hybrid lossless audio coding, which employs integer discrete cosine transform. The proposed algorithm divides the input signal into frames of a proper length, decorrelates the framed data using the integer DCT and finally entropy-codes the frame data. In particular, the adaptive Golomb-Rice coding method used for the entropy coding selects an optimal option which gives the best compression efficiency. Since the proposed algorithm uses integer operations, it significantly improves the computation speed in comparison with an algorithm using real or floating-point operations. When the coding algorithm is implemented in hardware, the system complexity as well as the power consumption is remarkably reduced. Finally, because each frame is independently coded and is byte-aligned with respect to the frame header, it is convenient to move, search, and edit the coded data.

The MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) standard belongs to the family MPEG-4 audio coding standards. In contrast to lossy codecs such as AAC, which merely strive to preserve the subjective audio quality, lossless coding preserves every single bit of the original audio data. The ALS core codec is based on forward-adaptive linear prediction, which combines remarkable compression with low complexity. Additional features include long-term prediction, multichannel coding, and compression of floating-point audio material. This paper describes the basic elements of the ALS codec with a focus on prediction, entropy coding, and related tools and points out the most important applications of this standardized lossless audio format.

오디오 신호를 무손실 압축하여 휴대용 멀티미디어 기기에서 최고의 오디오 품질을 제공하는 기기들이 등장하고 있으며, 무손실 오디오 압축을 위한 기술에서는 2006년 MPEG-4 audio lessless coding(ALS)와 MPEG-4 scalable lossless coding(SLS)가 국제 표준으로 채택 되었다. 2009년에는 MPEG에서 최대 스테레오 음원까지만 지원하는 MPEG-4 ALS simple profile을 정의하였다. 표준화된 무손실 오디오 코덱이 휴대용 멀티미디어 기기에서 널리 이용되기 위해서는 휴대용 멀티미디어 기기에서 가장 널리 쓰이는 스테레오 조건에서 낮은 복잡도를 보여야 한다. 하지만 기존 연구에서는 MPEG-4 ALS의 압축률을 향상시키거나, 혹은 다채널 환경에서의 복잡도를 개선하기 위한 연구들이 주로 이루어졌다. 본 논문에서는 MPEG-4 ALS 인코더의 복잡도와 압축률을 분석하고, 이를 바탕으로 MPEG-4 ALS simple profile 조건에서 MPEG-4 ALS 인코더의 복잡도를 개선하기 위한 방법을 제안한다. 분석 결과 MPEG-4 ALS 인코더의 analysis 블록에서 전체 복잡도의 75% 발생하므로, 기존의 연구에서 개발된 저 복잡도 필터를 인코더에 적용하여 복잡도를 감소시키며, joint coding의 압축 효율과 여기 신호의 상호상관계수의 관계를 기반으로 joint coding 결정 방법을 제안한다. 제안된 방법과 저 복잡도 필터가 포함된 MPEG-4 ALS 인코더의 성능은 MPEG-4 conformance test 파일과 일반 음악 파일을 이용하여 복잡도 및 압축률로써 평가된다. 실험 결과 제안된 방법이 적용되었을 경우 압축률은 유사하면서 인코더 복잡도가 24% 감소한다. 이를 통해 본 논문에서 제안된 방법이 MPEG-4 ALS 인코더의 복잡도 감소에 탁월한 성능을 가짐을 보였다.

Portable multi-media products which can service the highest audio-quality by using lossless audio codec has been released and the international lossless codecs, MPEG-4 audio lossless coding(ALS) and MPEG-4 scalable lossless coding(SLS), were standardized by MPEG in 2006. The simple profile of MPEG-4 ALS, it supports up to stereo, was defined by MPEG in 2009. The lossless audio codec should have low-complexity in stereo to be widely used in portable multi-media products. But the previous researches of MPEG-4 ALS have focused on an improvement of compression ratio, a complexity reduction in multi-channels coding, and a selection of linear prediction coefficients(LPCs) order. In this paper, the complexity and compression ratio of MPEG-4 ALS encoder is analyzed in simple profile of MPEG-4 ALS, the method to reduce a complexity of MPEG-4 ALS encoder is proposed. Based on an analysis of complexity of MPEG-4 ALS encoder, the complexity of short-term prediction filter of MPEG-4 ALS encoder is reduced by using the low-complexity filter that is proposed in previous research to reduce the complexity of MPEG-4 ALS decoder. Also, we propose a joint coding decision method, it reduces the complexity and keeps the compression ratio of MPEG-4 ALS encoder. In proposed method, the operation of joint coding is decided based on the relation between cross-correlation of residual and compression ratio of joint coding. The performance of MPEG-4 ALS encoder that has the method and low-complexity filter is evaluated by using the MPEG-4 ALS conformance test file and normal music files. The complexity of MPEG-4 ALS encoder is reduced by about 24% by comparing with MPEG-4 ALS reference encoder, while the compression ratio by the proposed method is comparable to MPEG-4 ALS reference encoder.

무손실 오디오 부호화기에 있어서 선형예측기 및 이에 적합한 엔트로피 부호화기의 설계가 가장 중요한 부분이다. 본 논문에서는 공분산 방법에 콜레스키 분해를 이용하여 선형예측기의 계수를 계산하였고, 그 결과를 다항 예측기와 비교하여 예측 에러가 최소화되는 선형예측기를 선택하도록 하였다. 엔트로피 부호화기는 골롬-라이스 부호를 사용하였고, 골롬-라이스 부호화기의 매개변수를 계산하기 위해 블록기반 매개변수 예측 방법과 LOCO-I, RLGR의 순차 적응 방법을 적용하였다. 실험 결과 블록기반 매개변수 예측 방법과 제안 방식의 예측기를 이용하면 자기상관 방법과 레빈슨-더빈을 사용하는 FLAC 무손실 부호화기보다 $2.2879%{\sim}0.3413%$ 압축률이 향상되는 결과를 나타내었고, 제안 방식의 예측기와 LOCO-I 순차 적응 방법을 이용한 경우는 $2.2381%{\sim}0.0214%$ 압축률이 향상되는 결과를 나타내었다. 그러나 제안 방식의 예측기와 RLGR 순차 적응 방법을 이용한 경우는 특정 신호에서만 압축률이 향상되었다.

Design of a linear predictor and matching of an entropy coder is the art of lossless audio coding. In this paper, we use the covariance method and the Choleskey decomposition for calculating linear prediction coefficients instead of the autocorreation method and the Levinson-Durbin recursion. These results are compared to the polynomial predictor. Both of them, the predictor which has small prediction error is selected. For the entropy coding, we use the Golomb-Rice coder using the block-based parameter estimation method and the sequential adaptation method with LOCO-land RLGR. The proposed predictor and the block-based parameter estimation have $2.2879%{\sim}0.3413%$ improved compression ratios compared to FLAC lossless audio coder which use the autocorrelation method and the Levinson-Durbin recursion. The proposed predictor and the LOCO-I adaptation method could improved by $2.2879%{\sim}0.3413%$. But the proposed predictor and the RLGR adaptation method got better results with specific signals.

오늘날 오디오 포맷의 대부분은 마스킹 효과를 이용한 손실 압축 기법(lossy coding)이다. 그러나 고음질을 요구하는 매니아가 있고 DVD등 차세대 멀티미디어 포맷으로 무손실 오디오 압축기법이 요구되고 있고 이를 위해 일반적인 무손실 데이터 압축방법인 PkZip 등으로 압축할 경우 압축비가 약 1.07:1 밖에 되지 않으므로 적절하지 못하여, 디지털 오디오 데이터를 위한 무손실 압축 알고리즘의 연구가 필요하게 되었다. 본 논문에서는 플래이밍(Framing), 상호상관제거(intrachannel decorrelation), 엔트로피 코딩(Entropy coding) 의 세가지 단계로 구성되는 일반적인 오디오 무손실 압축 기법을 효율적으로 압축하기 위해 wavelet transform을 적용한 알고리즘은 제안한다.