数字信息信号的数据压缩和扩展制造技术

公开了用于对数字信息信号进行数据压缩的数据压缩设备。该数据压缩设备包括：输入装置（１），用于接收数字信息信号；概率信号确定装置（１５６），用于从数字信息信号确定概率信号；熵编码装置（１０），用于响应于所述概率信号对数字信息信号进行熵编码，以便得到数据压缩的数字信息信号；以及输出装置（１４），用于提供数据压缩的数字信息信号，以便发送或记录在记录载体上。概率信号确定装置适于从数字信息信号和所述概率信号的至少一个以前确定的值确定所述概率信号的一个新的值。所公开的设备的实施方案没有复杂的除法运算。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于数据压缩数字信息信号的数据压缩设备。该数据压缩设备包括-输入装置，用于接收数字信息信号，-概率信号确定装置，用于从数字信息信号确定概率信号，-熵编码装置，用来响应于所述概率信号熵编码数字信息信号，以便得到数据压缩的数字信息信号，以及-输出装置，用于提供数据压缩的数字信息信号。本专利技术还涉及数据压缩方法；包括数据压缩设备的发射机；包括数据压缩设备的记录设备；记录载体，其上有数据压缩的数字信息信号记录在所述记录载体的轨道中；用于对数据压缩的数字信息信号进行数据扩展的数据扩展设备；数据扩展方法；包括数据扩展设备的接收机；和包括数据扩展设备的的重现设备。数字信息信号的数据压缩在本
是熟知的。在这方面可参考WO 98/16014。该文件描述用于数据压缩音频信号的数据压缩设备。音频信号具有比特流信号的形式。该设备包括算术编码器和概率确定单元。概率确定单元确定概率值，该概率值表示在接收的比特流信号中的比特具有诸如‘1’那样的预定的逻辑值的概率。算术编码器根据提供到它的输入端的概率值p，把比特流信号编码成数据压缩的比特流信号。算术编码是熟知的用于熵编码的技术。为了了解算术编码，读者例如可以参考。当给定输入符号和相关的概率信息时，算术编码器可非常接近于理论下限(被称为熵)地压缩输入符号。对于算术编码的有效的实施方案已进行许多研究，试图找到在实施方案的复杂性与压缩效率之间的最好的平衡(即，效率有多接近于理论极限)。一个特别有效的低复杂性的解决方案在中给出。上述的概率信息可从特定模型得出。根据有关要被压缩的输入符号的特定假设，该模型得出符号的概率分布并把概率信息连同符号一起提供到算术编码器(和译码器)。例如，用于二进制音频信号压缩的模型在中给出。例如在中使用的、用于一般二进制数据的流行的模型是这样估计概率的P(0)=C(0)+ΔC(0)+C(1)+2Δ,---(1)]]>其中P(0)是下一个比特是0的概率，C(0)是已经观测到的0比特的数目，C(1)是已经观测到的1比特的数目，以及Δ是一个常数，它在没有观测到数据时提供初始估值；典型地Δ＝0.5或Δ＝1。(1)的估值隐含地假设，要被压缩的比特序列是稳定的。然而，实际上，统计值将根据比特序列中的位置而改变，所以，常常对于比特计数值C(0)和C(1)施行缩放。例如，当C(0)或C(1)或C(0)+C(1)达到一定的数值时，C(0)和C(1)被简单地除以2。通过具体选择触发缩放的数值，可以在较快地或较慢地适配到改变的统计和概率估值的精确性之间作出折衷。最后，算术编码的实际的实施方案常常使用多个范围(context)(例如，见)；然后，通过使用用于每个范围的不同的计数值C(0)和C(1)和通过按照(1)式使用这些计数值，以对于每个范围得出分别的P(0)，从而可以对于每个不同的范围分别地确定概率。因此，正如从(1)式看到的，为了得到估计的概率需要除法。这大大地增加算术编码的实施方案的复杂性，特别是硬件。事实上，对于算术编码的无乘法的实施方案已经进行了许多研究(例如，见)，而除法的复杂性甚至比起乘法的复杂性高得多。所以，消除这个除法对于得到有效地实施方案是重要的。消除除法的已知的解决方案是把概率估计与算术编码引擎集成在一起，如对于Q编码器所作的一样。然而，这个方法的缺点是，仅仅有限的一组概率可被使用(限制实施该方法所需要的查找表的规模)，这影响算术编码实现方案的压缩效率。而且，它使得模型不灵活。在中公开了另一个已知的解决方案，它使用符号计数(因此，模型仍旧是灵活的)但仍旧对概率进行近似。然而，概率近似减低了所述压缩方法的效率。本专利技术的目的是提供具有有效的实施方案的、用于数据压缩/扩展数字信息信号的数据压缩/扩展设备。按照本专利技术的数据压缩设备的特征在于，概率信号确定装置适合于从数字信息信号和概率信号的至少一个以前确定的值来确定概率信号的新的值P。通过使用概率信号的至少一个以前确定的值p来确定新的值P，可以消除复杂的除法。复杂的除法是除以变量的除法或是除以具有≠2m的值的常数的除法(m是大于0的整数)。基本概念是通过“运行平均”滤波运算而不是通过计算符号频率来计算概率估值。这个计算可以通过使用简单的移位和加法运算而被实施，因此它没有复杂的除法。按照本专利技术确定概率值P的方法可以容易地与许多算术编码实施方案相组合并且特别适合于我们以前的无乘法算术编码的解决方案。当这两个解决方案被组合时，就得到没有乘法和除法的、有效的自适应算术编码方案。按照本专利技术的方法的另一个优点是不像WO 98/16014中所公开的那样需要预测滤波器。参照以下的附图说明中所描述的实施例将明白并进一步阐述本专利技术的这些和其他方面，其中图1显示数据压缩设备的第一实施例，图2显示数据扩展设备的第一实施例，图3显示数据压缩设备的第二实施例，图4显示数据扩展设备的第二实施例，图5显示数据压缩设备的第三实施例，图6显示数据扩展设备的第三实施例，图7显示在用于把数据压缩信号记录在记录载体上的记录设备中包含的数据压缩设备，图8显示在用于通过传输媒体发送数据压缩信号的发送设备中包含的数据压缩设备，图9显示在用于重现来自记录载体的数据压缩信号的重现设备中包含的数据扩展设备，图10显示在用于接收来自传输媒体的数据压缩信号的接收设备中包含的数据扩展设备，图11显示还配备有纠错编码器和信道编码器的记录设备的另一个实施例，以及图12显示还配备有信道译码器和纠错单元的重现设备的另一个实施例。图1显示数据压缩设备的实施例，该设备包括用于接收数字信息信号的输入端1。数字信息信号可以是可通过算术编码被压缩的任何数字信号，诸如数字视频信号或数字音频信号。数字信息信号优选地是以比特流信号的形式。输入端子1被耦合到包括算术编码器的数据压缩单元10的第一输入端8。数据压缩单元10的输出端12被耦合到输出端子14。另外，数字信息信号也是概率确定单元156的一个输入。输入端子1被耦合到概率确定单元156的第一输入端16。算术编码器10响应于被提供到它的输入端192的概率值P把比特流信号编码成数据压缩信号。概率确定单元156的输出端被耦合到概率确定单元156的第二输入端18。概率确定单元156确定一个概率值，该概率值表示由变换器单元4提供的比特流信号中的比特具有诸如“1”的预定的逻辑值的概率。这个概率值在图1上表示为P，它被提供到算术编码器10，以便能够数据压缩算术编码器10中的比特流信号。概率确定单元156从数字信息信号和以前确定的概率值确定新的概率值。算术编码器10可以按照逐帧的原则数据压缩比特流信号。图1的设备工作如下。在本实施方案中具有比特流信号的形式的数字信息信号被提供到概率确定单元156。在其中，确定比特流信号中相应的比特(例如是“1”比特)的概率。下文中描述按照本专利技术的各实施方案。这样得到的数字输入信号中各个值的概率以后作为概率信号P被提供到算术编码器10。数据压缩的信号由算术编码器10提供到输出端子14，以便经由传输媒体TRM或记录载体进行传输。现在我们描述在概率确定单元中执行的计算。本例描述二进制情形，以后将讨论扩展到较大的字母表的情形。而且，假设被提供到算术编码引擎的概本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于对数字信息信号进行数据压缩的数据压缩设备，该数据压缩设备包括：－用于接收数字信息信号的输入装置，－用于从数字信息信号确定概率信号的概率信号确定装置，－一种熵编码装置，用于响应于所述概率信号对数字信息信号进行熵编码 ，以便得到数据压缩的数字信息信号，以及－用于提供数据压缩的数字信息信号的输出装置，其特征在于，概率信号确定装置适于从数字信息信号和所述概率信号的至少一个以前确定的值确定所述概率信号的一个新的值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RJ范德维勒坦，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]