Multi-frame AR model을 이용한 LPC 계수 양자화

Abstract

음성코딩 시 성도는 Linear Predictive Coding (LPC) 계수를 이용해서 모델링 한다. 일반적으로 LPC 계수는 양자화와 선형보간 관점에서 유리한 Line Spectral Frequency (LSF) 파라미터로 변경하여 사용한다. 10차 이상의 다차원 LSF 데이터를 벡터 양자화를 이용하여 직접 코딩하게 되면 벡터 내 상관관계 (intra-frame correlation)를 모두 이용할 수 있으므로 rate-distortion 관점에서는 높은 효율을 기대할 수 있다. 하지만, 계산량과 메모리 요구량이 높아져서 실제 코딩 시스템에서는 사용할 수 없게 되므로, 차원을 나누어 압축하는 Split Vector Quantization (SVQ)이 이용된다. 또한, LSF 데이터는 과거 벡터와의 벡터 간 상관관계 (inter-frame correlation)가 높으므로, 이를 이용한 Predictive Split Vector Quantization (PSVQ)이 사용되고 있다. PSVQ는 SVQ 보다 높은 rate-distortion 성능을 보인다. 본 논문에서는 음성 저장 장치를 위한 최적의 PSVQ를 구현하기 위해서 다수의 과거 프레임 정보와의 벡터 간상관관계 (inter-frame correlation)를 고려한 Multi-Frame AR-model 기반 SVQ (MF-AR-SVQ)를 제안하였다. 기존 PSVQ와 비교해 보았을 때, MF-AR-SVQ는 계산량과 메모리 요구량의 큰 증가 없이, 평균 spectral distortion 관점에서 약 1비트의 성능 향상을 보였다. For speech coding, a vocal tract is modeled using Linear Predictive Coding (LPC) coefficients. The LPC coefficients are typically transformed to Line Spectral Frequency (LSF) parameters which are advantageous for linear interpolation and quantization. If multidimensional LSF data are quantized directly using Vector-Quantization (VQ), high rate-distortion performance can be obtained by fully utilizing intra-frame correlation. In practice, since this direct VQ system cannot be used due to high computational complexity and memory requirement, Split VQ (SVQ) is used where a multidimensional vector is split into multilple sub-vectors for quantization. The LSF parameters also have high inter-frame correlation, and thus Predictive SVQ (PSVQ) is utilized. PSVQ provides better rate-distortion performance than SVQ. In this paper, to implement the optimal predictors in PSVQ for voice storage devices, we propose Multi-Frame AR-model based SVQ (MF-AR-SVQ) that considers the inter-frame correlations with multiple previous frames. Compared with conventional PSVQ, the proposed MF-AR-SVQ provides 1 bit gain in terms of spectral distortion without significant increase in complexity and memory requirement.