数字信息信号的算术编码/解码装置及方法制造方法及图纸

可以使用众所周知的总和－增量调制技术将音频信号从模拟形式转换为数字形式。这样得到的数字信号包括例如是在２８２２４００Ｈｚ（＝６４×４４１００Ｈｚ）频率处的一个１比特采样序列。我们已知无损编码技术会减小这些１比特过采样音频信号所需的存贮或传输容量。使用当前发明专利技术，用于１比特过采样音频信号的无损编码器的性能（压缩比）可得到改善。这是通过将算术编码器切换到编码模式来将所述输入信号的一个或多个码元编码为相应的输出信号码元，该输出信号码元基本与所述输入信号的所述码元相同。在一个优选实施例中这通常是通过否决用于无损编码器的概率信号而实现的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对数字信息信号进行编码的算术编码器装置、涉及将经算术编码的数字信息信号算术解码为数字信息信号的算术解码装置、涉及对数字信息信号进行算术编码的算术编码方法并涉及一个记录载体。
技术介绍
在相关文献表中的文献D1中公开了如上所述的算术编码装置，该文献是由F.Bruekers等写的出版物“Improved lossless codingof 1-bit audio signal”。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种措施，以改善使用已有技术中所公开的算术编码器的无损编码。依据本专利技术，算术编码器包括——输入装置，用于接收数字信息信号，——算术编码器，它具有用来接收一个输入信号的第一输入、用来接收一个概率信号的一个第二输入、以及用来提供一个输出信号的一个输出，该算术编码器用于响应所述概率信号，对输入信号执行一个数据压缩步骤，以便获得输入信号的数据压缩文本，并能向所述输出提供输入信号的该数据压缩文本，——概率信号发生装置，用于产生用在所述算术编码器上的概率信号，其特征在于该装置还包括——用于对算术编码器进行切换使其进入编码模式的装置，这种模式用于将输入信号的一个或多个码元编码为输出信号的相应码元，这种输出信号的码元基本上与输入信号的码元是一致的。本专利技术是基于对预测滤波器以及概率表的认知而作出的，这种预测滤波器和概率表是为得到最佳平均特性而设计的，但它们的局部特性可能会与最佳相去甚远。这会导致低的压缩效率。依据本专利技术，算术编码器被切换为压缩模式，这样它将所接收到的信号编码为实质上与所接收到的信号相一致的编码输出信号。这例如可以通过以下方式实现，即把算术编码器切换到用于对所接收到的信号进行编码的编码模式，就好象是有预定的或固定的概率信号加到该算术编码器那样。附图说明以下将在附图说明中进一步说明本专利技术的这些及其它方面，其中图1a显示了一种无损编码器的电路图，图1b显示了相应的解码器的电路图，它们都使用了线性预测和算术编码，图2显示了作为预测滤波器输出|Z|的函数的一个校正预测的概率P0的一个例子，图3显示了信号被编码的例子，它说明了在以下情况下所传送的比特数(a)没有编码(点线)，(b)对所有位的编码都使用了概率表(实线)，以及(c)对于头128比特，概率表的输出被P0＝P1＝1/2(虚线)所替代，其中这种控制使得改善了压缩率，图4显示了信号被编码的另一个例子，它说明了在以下情况下的比特数(a)没有编码(点线)，(b)对所有位的编码都使用了概率表(实线)，以及(c)对于头128比特，概率表的输出被P0＝P1＝1/2(虚线)所替代，其中这种控制使得压缩率很差，图5a显示了依据本专利技术的无损编码器的电路图，图5b显示了相应的解码器的电路图，它们都具有否决由概率表(P(|.|))所提供的概率的装置，图6显示了包含在表现为记录装置形式的发送器内的图5a的无损编码器，图6a显示了包含在表现为再现装置的接收器内的无损解码器，图6b显示了接收机装置内所采用的图5b的数据扩展装置。具体实施例方式以下，将通过图1简要地说明无损编码和解码的过程，主要是对1比特过采样音频信号的例子进行说明，其中在图1a中显示了算术编码器装置的一个实施例，在图1b中显示了算术解码器装置的一个实施例。图1a的装置内的无损编码是在音频信号的单独部分(帧)上执行的。这样一帧的典型长度为37632比特。输入信号F的两个可能的比特值”1”和”0”分别代表采样值+1和-1。对于每一帧，用于预测滤波器Z-1.A(z)的一组系数例如可以由自动校正方法来确定。该滤波器的输出标记Z确定了所预测的比特FP的值，而滤波器输出信号Z的幅度表明预测为正确的可能性。一个正确的预测或F＝FP等价于残余信号E内的E＝0。每一帧都计算概率表P(|.|)内容，这样Z的每一个可能的值P0都是E＝0时的概率。在图2中显示了概率表的典型内容。对于小的|Z|值，正确预测的概率近似为0.5，对于大的|Z|值，正确预测的概率近似为1.0。很清楚，不能正确预测的概率为P1＝1-P0，其中F≠FP或E＝1。图1a的装置内的算术编码器(AC Enc.)对E的比特序列进行编码，这样代码(D)只需要较少的比特。由此，算术编码器使用信号E的位n-E(n)-具有一个特定值的概率。用于对位E＝0进行编码的比特数为dn＝-2log(P0)+ε(比特) (等式1)由于P0≥1/2(见图2)，所以它实际上最多为1比特。对位E＝1进行编码的比特数为dn＝-2log(P1)+ε＝-2log(1-P0)+ε(比特) (等式2)它不少于1比特。在两个等式中的ε表示算术编码器的非最佳状态，但在实际上是可被忽略的。正确预测(E＝0)使得在编码(D)中少于1比特，而不正确预测使得在编码(D)中多于1比特。如此设计概率表，使得对完整帧的平均量来说，用于编码D的比特数是最少的。除编码D外，预测滤波器的系数以及概率表的内容也必须被从编码器传送到解码器。在图1b的解码器装置中，由于它刚好是所执行的编码器处理的逆处理，这样就建立了一个无损编码系统。对于重现信号E的正确值，算术解码器(AC Dec.)具有与算术编码器一致的概率。因此，解码器包括与编码器相同的预测滤波器以及概率表。现在，可以认定用本专利技术能解决问题。虽然预测滤波器和概率表的设计都使它们的平均特性为最佳，但它们的局部特性可能很差。这种情况的一个例子就是帧的起点，在该点，预测滤波器不具有可以用来预测下一个采样的实际采样。因此，预测滤波器的输出信号不总是对正确预测的概率的一个可靠的指示符。这一点将参照图3进行进一步的说明。图3中的实线是对信号E的前n个比特进行编码所需的代码字D的比特数。点线给出了在没有压缩的情况下的代码字D内的比特数。为了对信号E的前1000比特进行编码，在代码字D中仅需要500比特。但是对于同一信号E的前100比特，在代码字D中需要大约170比特。在后一种情况中，代码会需要比原始信号更多的比特。对于另一帧，图4显示了分别使用与图3中相同比特数的情况，其中在对信号E的前100比特进行编码时没有遇到什么问题。同样在其它位置而不是在帧的起始处，也会出现编码执行的很差的情况。在这种情况下，最好传输E的原始比特而不是D的编码文本。现在的问题是合并代码字D和原始信号E的一部分，这样解码器可检查出正确数据。这可以通过以下方式得到解决。从等式1和等式2中，可看出对于P0＝1/2，代码字D内的比特数为dn≈-2log(1/2)＝1。这意味着实际上，无论是被直接传输的E的信号比特，还是被编码的具有概率P0＝1/2的E的单个比特，其无损编码器的压缩比没有差别。这样，如果对于预测执行得很差的信号E的一部分，由概率表所提供的概率被值1/2所替换，则压缩比得到改善。依据这一方案，在代码字D和原始信号E的一部分进行合并时不会出现问题。在图3和图4中，虚线给出了在用概率P0＝P1＝1/2对前128比特(即预测的阶数)进行编码的情况下的代码字D的比特数。在图3的情况下，压缩比提高了，在图4的情况下，压缩比变差了。这两个例子显示出具有选择性的必要性，例如对帧的前几个比特，否决由概率表所提供的概率。这可以由从编码器发送到解码器的控制数据内的一个单个比特来表示。对于预测执行得很差且最好否本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对数字信息信号进行算术编码的算术编码器装置，包括：　　　　－－输入装置，用于接收数字信息信号，　　　　－－算术编码器，具有用于接收一个输入信号的第一输入、用于接收一个概率信号的第二输入、以及用于提供一个输出信号的一个输出，该算术编码器用于根据所述概率信号而对所述输入信号执行数据压缩步骤，以便得到所述输入信号的数据压缩文本，并将所述输入信号的所述数据压缩文本提供给所述输出端，　　　　－－概率信号发生装置，用于产生用于所述算术编码器上的所述概率信号，其特征在于该算术编码器装置还包括将算术编码器切换到编码模式中的装置，以便将所述输入信号的原始码元发送到输出端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AAML布鲁克斯，A赖恩伯格，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]