대역폭 확장
Bandwidth extension |
신호의 대역폭 확장은 감지할 수 있고 유용한 콘텐츠를 포함하는 신호의 주파수 범위(대역폭) 및/또는 그 효과가 있는 주파수 범위를 확장하는 의도적인 과정으로 정의된다. 그것의 최근 몇 년 동안 상당한 발전으로 인해 이 기술은 작은 확성기의 심리음향 베이스 강화와 코딩된 음성 및 오디오의 고주파 강화 등 여러 분야에서 상업적으로 채택되었다.
대역폭 확장은 음성 및 오디오 압축 애플리케이션에서 모두 사용되어 왔다. G.729.1과 SBR(Spectrum Band Replication)에서 사용되는 알고리즘은 현재 사용 중인 대역폭 확장 알고리즘의 많은 예 중 두 가지다. 이러한 방법에서 주파수의 낮은 대역은 기존 코덱을 사용하여 인코딩되는 반면, 높은 대역은 적은 수의 파라미터를 사용하여 거친 파라미터로 파라미터화된다. 이러한 많은 대역폭 확장 알고리즘은 추출된 하위 대역 기능에서 더 넓은 대역 신호를 예측하기 위해 낮은 대역과 높은 대역 사이의 상관관계를 이용한다. 다른 것들은 매우 적은 비트를 사용하여 하이 밴드를 인코딩한다. 낮은 밴드에 비해 높은 밴드의 왜곡에 귀가 덜 민감하기 때문에 충분한 경우가 많다.
소형 확성기의 베이스 향상
대부분의 소형 확성기는 물리적으로 저주파 물질을 재현할 수 없다.[1] 기초가 빠진 것과 같은 정신 음향 현상을 이용하면 저주파에 대한 인식이 크게 높아질 수 있다. 낮은 주파수의 고조파를 생성하고 낮은 주파수 자체를 제거함으로써 이러한 주파수가 여전히 신호에 남아 있다는 제안이 만들어진다. 이 과정은 보통 외부 장비를 통해 적용되거나 디지털 신호 프로세서를 사용하여 스피커 시스템에 내장된다.
고주파 응답은 고조파 발생을 통해서도 향상될 수 있다. 스피커의 재현 가능한 영역 내에 주파수를 매핑하는 대신 스피커 자체를 사용하여 정상적인 재생 가능한 영역 밖에서 주파수를 생성한다. 고주파수를 증가시키고 스피커나 앰프를 약간 과속시킴으로써 더 높은 고조파를 발생시킬 수 있다.
전화 시스템에서의 음성 대역폭 확장
전화 음성 신호는 대개 품질이 매우 저하된다. 이러한 성능 저하의 일부는 전화 시스템에 사용되는 제한된 대역폭 때문이다. 대부분의 시스템에서 250Hz 미만의 주파수는 절단되며 대역폭은 4 또는 8kHz의 주파수까지만 확장된다. 저주파 및 고주파 응답은 필터링 및 파형포착을 사용하여 확장할 수 있다.
최저 옥타브와 반파를 필터링하여 파형을 원래 주파수의 절반으로 수정한다. 파형 저역 통과 필터링의 불연속성으로 인해 모든 고조파 필터링이 필요하다. 이러한 하위 하모닉 신디사이저를 사용하면 125~250Hz 사이의 필수 주파수 대역이 재현되어 신호에 무게를 더한다.
고주파 대역폭을 확장하기 위해, 우리는 고역 통과 필터링을 사용하여 상위 옥타브를 분리하고, 그 다음 이것의 고조파를 생성할 수 있다. 고조파 발생은 단순한 전파 정정을 통해 이루어질 수 있는데, 이는 계산적으로 저렴하고 진폭에 의존하지 않는다. 대체 단일 측대역 변조를 사용할 수 있어 고조파 수와 진폭을 정밀하게 제어할 수 있다. 이론적으로 봉투 추정은 원래의 고주파 봉투의 추출과 소음원을 이용한 고주파 재생에 이용될 수 있다. 작은 대역폭에서 이용할 수 있는 희박한 정보는 아마도 적절한 봉투를 추출하기에는 너무 제한적일 것이다.
오디오의 대역폭 확장
스펙트럼 대역 복제(SBR)는 MP3와 고급 오디오 코덱(Add-on) 등 대중적인 지각형 오디오 코덱에 '애드온(Add-on)'으로 인기를 얻은 새로운 기법이다. SBR과 기존 오디오 코더의 결혼으로 구성된 새로운 오디오 코더, 즉 MP3Pro와 AAC+가 형성되었다. 이 알고리즘에서 하위 스펙트럼은 MP-3 또는 AAC를 사용하여 인코딩되는 반면, 하이밴드는 SBR을 사용하여 인코딩된다. SBR 알고리즘의 키는 신호의 고주파 부분을 설명하는 데 사용되는 정보다. 이 알고리즘의 1차 설계 목표는 앨리어싱 아티팩트를 도입하지 않고 대역 스펙트럼을 재구성하고 좋은 스펙트럼과 시간 분해능을 제공하는 것이다. 분석 부분에는 64밴드 복합치 다상 필터뱅크가 사용된다. 인코더에서 필터뱅크는 원래 입력 신호의 하이밴드의 에너지 샘플을 얻기 위해 사용된다. 그런 다음 이러한 에너지 샘플은 디코더에서 사용되는 봉투 조정 방식의 기준 값으로 사용된다.
참조
- R.M. 아츠, 에릭 라센과 O. Owweltjes(2003), "저주파 및 고주파 대역폭 확장에 대한 통일된 접근법", 컨벤션 문서 5921은 2003년 10월 10일 - 13일, 미국 뉴욕주 오디오 엔지니어링 협회 115 컨벤션에서 발표되었다.
- V. 베리샤와 A. Spanias "정신음향 기준을 사용한 광대역 음성 복구" 오디오, 음성 및 음악 처리 관련 EURASIP 저널, 2007
- V. 베리샤와 A. Spanias "A 확장 가능한 대역폭 확장 알고리즘", 2007년 IEEE 국제 음향, 음성 및 신호 처리에 관한 회의의 진행. 제4권, 페이지: 601-604, 2007년 4월
- A. 맥크리, T. 언노, A. Proc에서 아난다쿠마르, A. 버나드, E. Paksoy, "내장된 적응형 다중 속도 광대역 음성 코더". IEEE Int. Conf. 음향, 음성 신호 처리, 2001년 5월 2일자 페이지 761-764.
- P. 잭스와 P. 2001년 9월 신호이론에 관한 아헨 심포지엄 프락스에서 바리, "대역제한 음성 신호의 강화" 페이지 331-336.
- Proc에서 M. Nilsson과 W. Kleijn, "전화 음성 대역폭 확장의 과대 추정 방지". IEEE Int. 콘프. 음향, 음성 신호 처리, 2001년 5월 2일자 페이지 869-872.
