서브밴드 부호화
Sub-band coding |
신호 처리에서 Sub-Band Coding(SBC; 서브밴드 부호화)은 일반적으로 고속 푸리에 변환을 사용하여 신호를 여러 다른 주파수 대역으로 분할하여 각각 독립적으로 부호화하는 변환 부호화의 한 형태입니다.이 분해는 오디오 및 비디오 신호의 데이터 압축의 첫 번째 단계인 경우가 많습니다.
SBC는 MP3를 포함한 많은 일반적인 손실 오디오 압축 알고리즘에서 사용되는 핵심 기술입니다.
오디오 신호 부호화
오디오 신호를 디지털 부호화하는 가장 간단한 방법은 Pulse-Code Modulation(PCM; 펄스 코드 변조)입니다.이것은 오디오 CD, DAT 녹음 등에 사용됩니다.디지털화는 일정한 간격으로 신호의 진폭을 샘플링하고 사용 가능한 비트 수로 나타낼 수 있는 가장 가까운 값으로 반올림하여 연속 신호를 이산 신호로 변환합니다.이 프로세스는 기본적으로 정확하지 않으며 두 가지 오류, 즉 간격에 따른 샘플링에서의 이산화 오류와 반올림에서의 양자화 오류가 포함됩니다.
각 샘플의 표현에 사용되는 비트가 많을수록 디지털 표현에서의 입도가 미세해지고 양자화 오차가 작아집니다.이러한 양자화 오류는 원래 소스와 바이너리 표현 간의 차이이기 때문에 노이즈의 한 종류로 간주할 수 있습니다.PCM(추진 제어 모듈)을 사용하면 이러한 오류의 가청 효과를 디저트와 충분한 비트를 사용하여 완화하여 신호 자체 또는 기타 노이즈 소스에 의해 노이즈가 마스킹될 수 있을 만큼 충분히 낮습니다.고품질 신호는 가능하지만, 높은 비트 전송률(예를 들어 CD 오디오의 한 채널에 대해 700kbit/s 이상)을 희생해야 합니다.실제로 많은 비트가 신호의 마스킹된 부분을 부호화하는데 낭비됩니다.이는 PCM이 사람의 귀가 어떻게 들리는지 추측하지 않기 때문입니다.
부호화 기술은 청각 시스템의 알려진 특성을 이용하여 비트레이트를 낮춥니다.전형적인 방법은 μ-law 알고리즘과 같은 비선형 PCM입니다.작은 신호는 큰 신호보다 세밀하게 디지털화됩니다.그 결과 신호 강도에 비례하는 노이즈가 추가됩니다.사운드용 Sun의 AU 파일 형식은 mu-law 인코딩의 일반적인 예입니다.8비트 mu-law 인코딩을 사용하면 CD 오디오의 채널별 비트환율이 표준환율의 절반인 약 350kbit/s로 낮아집니다.이 간단한 방법은 마스킹 효과를 최소한으로 활용하기 때문에 원본에 비해 종종 매우 낮은 결과를 생성합니다.
기본 원칙
SBC의 유틸리티는 아마도 특정 예에서 가장 잘 설명될 것입니다.오디오 압축에 사용할 때 SBC는 청각 시스템의 청각 마스킹을 이용한다.인간의 귀는 일반적으로 광범위한 주파수에 민감하지만, 한 주파수에 충분히 큰 신호가 존재할 경우, 가까운 주파수에서는 약한 신호가 들리지 않습니다.우리는 큰 신호가 부드러운 신호를 가린다고 말한다.
SBC의 기본 개념은 마스크된 주파수에 대한 정보를 폐기함으로써 데이터 감소를 가능하게 하는 것입니다.결과는 원래 신호와 다르지만 폐기된 정보를 신중하게 선택하면 차이가 눈에 띄지 않거나 더 중요한 것은 그 차이가 불쾌하다는 것입니다.
우선 디지털 필터 뱅크는 입력 신호 스펙트럼을 몇 개의 서브밴드(예를 들어 32)로 분할한다.심리음향모델은 원래 신호뿐만 아니라 이들 서브밴드 각각의 에너지를 보고 심리음향정보를 사용하여 마스킹 임계값을 계산합니다.각 서브밴드 샘플은 양자화 노이즈가 동적으로 계산된 마스킹 역치 이하로 유지되도록 양자화 및 부호화된다.마지막 단계는 이러한 양자화된 샘플 모두를 프레임이라고 불리는 데이터 그룹으로 포맷하여 디코더에 의한 최종 재생을 용이하게 하는 것입니다.
디코딩은 심리음향모델이 관여하지 않기 때문에 부호화보다 훨씬 쉽습니다.프레임은 압축 해제되고 서브밴드샘플은 디코딩되며 주파수 시간 매핑은 출력 오디오 신호를 재구성합니다.
적용들
1980년대 후반부터 표준화 기관인 MPEG(Moving Picture Experts Group)는 오디오와 비디오의 코딩 표준을 개발했습니다.예를 들어 서브밴드 코딩은 일반적인 MP3 포맷(MPEG-1 오디오레이어 III)의 핵심에 있습니다.
서브밴드 코딩은 64kbit/s의 비트레이트 내에서 Sub-Band Adaptive Differential Pulse Code Modulation(SB-ADPCM)을 사용하는 G.722 코덱에서 사용됩니다.SB-ADPCM 기법은 주파수 대역을 2개의 서브밴드(상위 및 하위)로 분할하고 각 서브밴드 내의 신호를 ADPCM을 이용해 부호화한다.
