PCM

소개글

PCM에 대한 보고서 자료입니다.

목차

▹PCM원리 및 기본 구성
▹고효율 PCM
▹PCM 다중화
▹기저대역 전송
▹디지털 변조(디지털 -> 아날로그)

본문내용

통신을 위해 사용중인 PCM의 전송속도는 64Kps로써, 이것은 대역폭의 사용면에서 볼 때 아날로그의 SSB방식의 4KHz에 비해 비경제적임
이같은 대역폭 문제를 해결하기 위해 음성대역폭 축소에 대한 예측부호화(Predictive Coding) 방식이 ADPCM방식임
DPCM의 양자화 잡음을 줄이기 위해서도 사용함
(나) 예측부호화 원리
ADPCM 예측 부호화 방식의 기본원리는 음성신호가 상관성이 큰 특성을 이용하여 음성신호를 직접 양자화하지 않고, 과거의 음성신호의 Sample을 기준으로 다음에 들어올 신호의 크기를 예측하고 실제의 입력 신호로부터 빼줌으로써 오차 신호를 발생시켜 이 오차 신호를 양자화해 전송함
보통 오차 신호의 진폭은 입력 음성신호의 진폭에 비해 훨 씬 더 작기 때문에 그 만큼 양자화 레벨의수도 감소되어 동일한 성능을 갖게될 경우, 전송속도를 PCM에 비해 약 1/3 정도로 감소시킬 수 있음(8비트 부호화 시 64Kbps 속도, 3비트 부호화시 24Kbps)
(다) 적응양자화 원리
적응 양자화 방식은 양자화의 레벨의 크기를 변화 시키는 것을 가르키고, 적응 예측 방식은 양자화의 레벨의 크기를 고정 시킨 상태에서 예측기의 Fiter계수를 입력되는 신호에 대응해서 변화시키는 것을 말함
적응 양자화기에서 입력되는 신호의 Dynamic Range가 크면 양자화 레벨의 크기를 입력되는 신호의 크기에 비례해서 증가시키고 원래 신호와 예측신호 사이의 오차 신호의 분산은 원래 신호의 분산에 비례하는 성질을 이용하여 적응 예측기의 filter 계수를 입력 신호의 구간 변화 특성에 따라 대응 시킴으로써 오차 신호의 분산을 적게 할 수 있음
(라) 시스템 구성도
적응형 양쟈화기 : 매 표본시마다 양자화 계단 크기를 변화하여 압신 실시
적응형 예측기 : 매 표본시마다 예측기의 필터 계수를 변화
(라) 특징(32kbps ADPCM)
상호 변환으로 직접 연결 가능
PCM
(64Kbps)
ADPCM
(32Kbps)
PCM
(64Kbps)
64/32K변환
32/64K 변환
기존 64Kb/s PCM과 직접 연결이 가능함
음성속도가 32Kb/s(양자화 레벨:2의 4승 개)로서, 기존 PCM의 1/2로 감소됨
음성 정보 이외의 음성 대역 데이터 및 Tone 신호까지도 부호화 할 수 있음
음성신호의 특성에 따라 양자화 레벨의 크기를 변화 시키는 적응식 양자화기와 예측기의 Filter 계수를 변화 시키는 적응식 예측기를 사용함
적응시 양자화기는 매 Sample 단위로 양자화 레벨을 변화 시키는 순간 압신방식을 적용함
적응식 예측기는 매 입력의 Sample 단위로 Filter 계수를 Update시키는 순차 적응방식을 적용함
(마) 비교
구분
PCM
DPCM
ADPCM
DM
ADM
표본화 주파소(KHz)
8
8
8
16
16
표본 당 Bit수
8
4
4
1
1
양자화 단계
28
24
24
21
21
전송속도(kbps)
64
32
32
16
16
System 구성
보통
복잡
매우복잡
매우간단
간단
잡음
양자화
양자화
Granular/ Slope Overload
6. 보코딩(Vocoding : 파원 부호화)
(가) 개요
보코딩은 사람의 음성 신호의 생성모델에 근거하여 음성 신호로부터 여기원(excitation source)과 성도(vocal tract)의 특성 파라미터를 추출하고, 합성시에는 이 두 특성 파라미터를 이용하여 다시 원래의 음성을 복원하는 보코딩에서는 신호 파형의 모양을 재생해 내는 것이 아니라 사람의 귀로 듣는데 있어서 원래의 신호와 차이가 없도록 소리(sound)만을 재생함
보코더는 저전송률 음성 부호화기로 이 분야에서는 주로 4.8Kbps 이하에서 동작하는 음성 부호화기에 대한 연구가 주도적이며 대표적인 보코더는 LPC(Linear Predictive Coding)가 있음
(나) 원리
보코더에서는 CPM에서 만들어진 64kbps의 데이터에서 목소리의 특징만을 QHq아내어 8.6kbps, 4.0kbps, 2.0kbps, 0.8kbps의 4가지 데이터 전송률중 선택적으로 변환시킴
말소리가 빠를때는 8.6kbps의 데이터 전송률로 변환 시키고, 말이 느릴때는 4.0kbps의 데이터 전송률로 변환시키며 말을 거의 하지 않는 경우는 2.0kbps나 0.8kpbs중의 하나로 변환함
보코더는 이렇게 사람이 말을 느리게 하는 경우 데이터를 낮은 전송률로 가변적으로 변환하여 주파수를 효율적으로 사용할 수 있도록 함
(다) 종류
채널 보코더 : 음성 정보를 대역 통과 필터를 통과시켜 여러 개의 서브대역으로 분리하고 정류기와 저역 통과 필터를 통과시켜 서브 대역별로 전력스펙트럼 밀도를 구하고 음성을 분석하여 유성음과 무성음, 유성음의 피치등을 구한 후 이 정보들을 합쳐서 부호화하여 전송함(1,200~2,400bps급)
포먼트 보코더 : 음성 정보의 주파수 영역에서의 공진점의 주파수와 진폭을 추출하여 부호화하는 방식으로 음성 정보의 전력 스펙트럼 밀도상에서 큰 값을 포먼트라고 하며 포먼트 정보 이외에 무성음과 유성음 판별, 유성음의 피치 정보도 부호화됨(500~1,200bps급)
선형예측부호화 : 송신측에서는 선형 예측계수, 유성음 및 무성음 판결, 유성음의 피치 등의 정보를 부호화하여 전송하고, 수신측에서는 선형예측계수를 이용하여 사람의 성도에 알맞은 합성 필터를 구성하여 유성음일 때에는 펄스 발생기를 피치의 주기로, 무성음일 때에는 랜덤 노이즈로 야기시켜 합성음을 만들어 내는 방식임(2,400~4,800bps급)
7. 혼합부호화
(가) CELP 개요
Code Excited Linear Prediction 방식은 유선에서 음성 신호를 전송하기 위해 64kbps의 전송속도가 필요하던 것을 열악한 무선 환경 전송을 위해 8kbps로 보낼 수 있는 기술임
사람의 구강구조를 모델링하여 구한 음성특성의 파라메터만을 추출하여 그 파라메터만을 전송하고 수신측에서는 그 파라메터로부터 음을 다시 재합성 하여 들려 줌으로써 낮은 전송 속도로 효율적인 음성 전송을 가능하게 함
미 퀄컴사에서 개발하여 보통 Q-CELP라고 함
(나) CELP 구조
전송량을 줄이기 위해 음

키워드

PCM,   PCM원리 ,   PCM 다중화,   디지털 변조