LPC   Linear Predicative Coding   선형 예측 부호화

(2023-09-14)

Linear Predicative Encoding, 선형 예측 코딩, Prediction, 예측, Linear Prediction, 선형 예측


1. 추정, 예측, 선형 예측 이란

  ※ [용어 비교 : 추정, 예측, 선형 예측]
     - 기지의 관측 데이터(샘플)로부터 미지의 어떤 값을 추정하는 것 : 추정(Estimation)
     - 시간적으로 이전 샘플들로부터 다음 샘플을 예측하는 것 : 예측(Prediction)
     - 선형 모델에 의해 과거 샘플들로부터 현재 샘플 값을 예측 : 선형 예측(Linear Prediction)

  ㅇ 선형 예측 (Linear Prediction)
     - 이전의 샘플값들로부터 선형 모델(선형회귀분석)에 의해 계산하여, 현재 샘플값을 예측
        . 例) 이전 샘플값들의 선형결합(메모리 ,예측 계수로 구성된 탭 지연선)에 의해 예측
         
  ㅇ 선형 예측 부호화 (LPC, Linear Predicative Coding)
     -  선형 예측(인간 발성 모델에 근거함)에 의한 음성 부호화 방식 
     - `음성 발생 모델특징 추출` 및 `음성 신호압축` 모두를 대상으로 함


2. LPC에서의, `음성 발생 모델(Vocal Tract Model)`음성 신호의 특징들에 대한 요소화 (파라미터화)
     - 이득
     - 유성음/무성음으로 음원의 구분
     - 시간에 따라 변화하는 성도시변 필터로써 보고, 필터 계수 및 피치 등으로 파라미터화

  ㅇ 음성의 발성 기관을 하나의 시변시스템(필터)으로 가정 함
     - 성도(Vocal Tract) 기관의 작용을 시변 필터화하고, 
     - 그 필터를 구동하는 입력 신호(여기 신호)로는 
        . 유성음의 경우에는, 임펄스 수열로 
        . 무성음의 경우에는, 백색잡음으로 모델링 함

     - 성도모델링시변 필터의 계수들은 음성을 특징짓는 수치 벡터로 봄
        . 10 ~ 14개 정도로 구성되는 예측 계수로부터 성도 필터 모델링
        . 예측 계수 구하는 방법에는 자기상관함수 방식이나 공분산 방식이 있음 


3. LPC의 구현원리
   
  ㅇ LPC 기본 가정
     - 현재의 음성 샘플이 이전의 음성 샘플들의 근사적인 선형 결합으로 표현 가능
        . 현재 음성 표본값을 과거의 표본값들로부터 예측하고,
        . 그 잔차(차분) 성분 만을 부호화 
           .. 이때문에, 데이터가 작아지므로 압축도 가능

  ㅇ LPC 해석
     - 성도주파수 특성을 변화시켜가면서 각각 다른 음성을 발생시키는 과정을 분석하여,
     - 유성음무성음에 따라 입력 신호의 크기 또는 주기 등의 변화에 대한 각종 계수를
       구하는 과정을 LPC 해석이라고 함

  ㅇ LPC 및 PCM 비교
     - LPC는 매 20 ms 시간 구간 마다, 음성을 160회 샘플링하여,
        . 매 샘플 마다, 분석 및 합성 (Analysis by Synthesis,AbS) 하여, 부호화하는 것에 비해,
     - PCM은 매 20 ms 시간 구간 마다, 음성을 160회 샘플링하여,
        . 매 샘플 마다, 단순히 부호화 (A/D 변환)하는 것임


4. LPC의 특징음성 주파수 스펙트럼 상에서의 특징을,
     - 상대적으로 적은 수의 파라미터(특징) 만으로 비교적 정확하게 표현 가능
  ㅇ 선형 예측 분석에 따른 계산량이 크지 않음


5. LPC의 사용 例이동통신에서는 LPC 변형이나 혼합 방식을 사용함 (例, QCELP 등)

(협대역) 음성 부호화
   1. 음성 부호화   2. 파원 부호화(보코딩)   3. LPC   4. CELP   5. AMR   6. EVRC   7. 분해-합성 기법  


Copyrightⓒ written by 차재복 (Cha Jae Bok)               기술용어해설 후원
"본 웹사이트 내 모든 저작물은 원출처를 밝히는 한 자유롭게 사용(상업화포함) 가능합니다"