BRPI0418389B1

BRPI0418389B1 - Esquema de codificação preditiva

Info

Publication number: BRPI0418389B1
Application number: BRPI0418389-4A
Authority: BR
Inventors: Gerald Schuller; Manfred Lutzky; Ulrich Krämer; Stefan WABNIK; Jens Hirschfeld
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2019-06-25
Also published as: IL177124A0; ES2285551T3; CN1914670B; NO338722B1; CA2556024C; CA2556024A1; ATE362169T1; DE102004007185B3; NO20064021L; BRPI0418389A8; US7386446B2; EP1700293A1; BRPI0418389A; CN1914670A; WO2005083683A1; DE502004003807D1; IL177124A; KR20070085059A; RU2345426C2; AU2004316541B2

Abstract

esquema de codificação preditiva se um algaritmo de predição adaptativa controlável por um coeficiente de velocidade parte para operar com uma primeira velocidade de adaptação e uma primeira precisão de adaptação e uma primeira precisão de predição de acompanhamento, no caso em que o coeficiente de velocidade tem um primeiro valor e para operar com uma segunda, comparada com a primeira, menor velocidade de adaptação e uma segunda, mas comparada com a primeira, maior precisão no caso em que o parâmetro de velocidade tem um segundo valor, as durações da adaptação que ocorrem após os tempos de reset, onde os erros da predição são primeiramente aumentados devido aos, ainda não adaptados coeficientes de predição, podem ser reduzidas por um primeiro ajuste do parâmetro de velocidade ao primeiro valor (42) e, após um determinado tempo, ao segundo valor (50). após o parâmetro de velocidade ter novamente sido ajustado ao segundo valor depois de uma duração predeterminada, após os tempos de reset, os erros da predição e portanto os resíduos a serem transmitidos são mais otimizados ou são menores do que seria possível com o primeiro valor do parâmetro de velocidade.

Description

"ESQUEMA DE CODIFICAÇÃO PREDITIVA" Descrição A presente invenção se refere à codificação preditiva de sinais de informações como, por exemplo, sinais de áudio e, em particular à codificação preditiva de adaptação.

Um codificador preditivo - ou transmissor codifica os sinais predizendo um valor corrente do sinal a ser codificado pelos valores anteriores ou precedentes do sinal. No caso de uma predição linear, essa predição ou presunção é feita por meio do valor corrente do sinal por uma soma ponderada dos valores prévios do sinal. A ponderação da predição ou os coeficientes da predição são continuadamente ajustados ou adaptados ao sinal, de maneira que a diferença entre o sinal predito e o sinal real é minimizada de forma predeterminada. Os coeficientes da predição, por exemplo, são otimizados com relação ao quadrado do erro da predição. Entretanto, o critério de erro, ao otimizar o codificador preditivo ou preditor, pode também ser selecionado para ser qualquer outra coisa. Ao invés de usar o critério de erro dos mínimos quadrados, o nivelamento espectral do sinal de erro, isto é, das diferenças ou resíduos pode ser minimizado.

Somente as diferenças entre os valores preditos e os valores reais do sinal são transmitidos para o decodificador ou receptor. Esses valores são mencionados como residuais ou erros da predição. O valor do sinal real pode ser reconstruído no receptor usando o mesmo preditor e somando o valor predito obtido da mesma maneira que no codificador com o erro da predição que foi transmitido pelo codificador.

Os pesos de predição da predição podem ser adaptados ao sinal com uma velocidade predeterminada. No denominado algoritmo dos mínimos quadrados (LMS), é usado um parâmetro para isto. O parâmetro deve ser ajustado de maneira a atuar como uma contrapartida entre a velocidade de adaptação e a precisão dos coeficientes de predição. Esse parâmetro, que por vezes é também denominado de parâmetro de tamanho do passo, assim determina a velocidade que os coeficientes de predição se adaptam a um conjunto ideal de coeficientes de predição, caracterizados pelo fato de que um conjunto de coeficientes de predição não idealmente ajustado resulta em que a predição seja menos precisa, e assim os erros da predição sejam maiores, o que por sua vez, resulta em uma maior taxa de bits para a transmissão do sinal, já que pequenos valores ou pequenos erros ou diferenças da predição podem ser transmitidos por menos bits do que os grandes.

Um problema da codificação preditiva é que, no caso de erros de transmissão, isto é, se ocorrerem erros ou diferenças de predição incorretamente transmitidos, a predição não mais serã a mesma nos lados do transmissor e do receptor. Os valores incorretos serão reconstruídos, jã que, quando um erro da predição primeiro ocorre, é somado no lado do receptor ao valor predito correntemente para obter o valor decodificado do sinal.

Também, os valores subseqüentes são afetados, jã que a predição no lado do receptor é feita com base nos valores dos sinais jã decodificados.

Para obter a re-sincronização ou o ajuste entre transmissor e receptor, os preditores, isto é, os algoritmos de predição são reajustados em um determinado estado nos lados do transmissor e do receptor em tempos predeterminados iguais para ambos os lados, um processo também denominado de "reset".

Entretanto, é problemático que, logo após esse reset, os coeficientes de predição não sejam ajustados ao sinal. A adaptação desses coeficientes de predição, entretanto, sempre precisará de algum tempo a partir dos tempos de reset. Isto aumenta o erro da predição médio, resultando em aumento da taxa de bits ou de qualidade reduzida do sinal, como, por exemplo, devido às distorções.

Como conseqüência, é um objeto da presente invenção prover um esquema para a codificação preditiva de um sinal de informações que, por um lado, permita uma maior robustez aos erros no valor ou nos resíduos de diferença do sinal das informações codificadas e, por outro lado, permite um menor aumento de acompanhamento na taxa de bits ou redução na qualidade do sinal.

Esse objeto é alcançado por um dispositivo de acordo com as reivindicações 8 ou 22 ou um método de acordo com as reivindicações 1 ou 15. A presente invenção se baseia na constatação que, até o momento, o ajuste fixo do parâmetro de velocidade do algoritmo de predição adaptativa que atua como base da codificação preditiva deve ser abandonado em favor de um ajuste variável desse parâmetro. Se um algoritmo de predição adaptativa controlável por um coeficiente de velocidade é iniciado para operar com uma primeira velocidade de adaptação e uma primeira precisão de adaptação e uma primeira precisão de predição de acompanhamento no caso em que o coeficiente de velocidade tem um primeiro valor e para operar com um segundo, mas comparado com o primeiro, menor velocidade de adaptação e um segundo, comparado com o primeiro, maior precisão no caso em que o parâmetro de velocidade tem um segundo valor, as durações de adaptação que ocorrem após os tempos de reset onde os erros da predição são primeiramente aumentados devido aos coeficientes de predição que ainda não foram adaptados, podem ser reduzidos por um primeiro ajuste do parâmetro de velocidade para o primeiro valor e, após um certo tempo, para o segundo valor. Após ajustar o parâmetro de velocidade novamente para o segundo valor após uma duração predeterminada depois dos tempos de reset, os erros da predição, e portanto os resíduos a serem transmitidos são mais otimizados ou menores do que seria possível com o primeiro valor do parâmetro de velocidade.

Colocado de maneira diferente, a presente invenção se baseia na constatação de que os erros da predição podem ser minimizados após os tempos de reset, alterando o parâmetro de velocidades, de maneira que, por exemplo, o parâmetro de tamanho do passo de um algoritmo LMS, para uma determinada duração após os tempos de reset, de maneira que a velocidade de adaptação dos pesos seja aumentada para essa duração - é claro, induzindo precisão reduzida.

As configurações preferidas da presente invenção serão agora detalhadas com referência aos desenhos anexos, onde: Fig. 1 mostra um diagrama de circuito de blocos de um codificador preditivo de acordo com uma configuração da presente invenção;

Fig. 2 mostra um diagrama de circuito de blocos para ilustrar o modo de funcionamento do codificador da Fig. 1; * V * ■ »» » - — Fig. 3 mostra um diagrama de circuito de blocos de um decodif icador que corresponde ao codificador da Fig. 1 de acordo com uma configuração da presente invenção;

Fig. 4 mostra um fluxograma para ilustrar o modo de funcionamento do decodificador da Fig. 3;

Fig. 5 mostra um diagrama de circuito de blocos do meio de predição das Figs. 1 e 3 de acordo com uma configuração da presente invenção;

Fig. 6 mostra um diagrama de circuito de blocos do filtro transversal da Fig. 5 de acordo com uma configuração da presente invenção;

Fig. 7 mostra um diagrama de circuito de blocos do controlador de adaptação da Fig. 5 de acordo com uma configuração da presente invenção; e Fig. 8 mostra um diagrama para ilustrar o comportamento do meio de predição da Fig. 5 para dois parâmetros de velocidades ajustados diferentemente.

Antes de discutir as configurações da presente invenção em maiores detalhes com referência às figuras, ê ressaltado que os elementos que ocorrem nas diferentes figuras são providos com os mesmos números de referência, sendo omitida a descrição repetida desses elementos. A Fig. 1 mostra um codificador preditivo 10 de acordo com uma configuração da presente invenção. O codificador 10 inclui uma entrada 12 onde recebe o sinal de informações *s* a ser codificado e uma saída 14 por onde sai o sinal de informações δ codificado. 0 sinal de informações pode ser qualquer sinal, como por exemplo, um sinal de áudio, um sinal de vídeo, um sinal de medição ou similar. O sinal de informações "s" consiste em uma seqüência de valores de informações s (i), íg|n, isto é, valores de áudio, valores de pixels, valores de medição ou similares. O sinal de informações δ codificado inclui, como será discutido abaixo em maiores detalhes, uma seqüência de valores ou resíduos de diferenças ô(i), íg|n, que corresponde aos valores de sinal s(i) da maneira descrita abaixo.

Internamente, o codificador 10 inclui um meio de predição 16, um subtrativo 18 e um meio de controle 20. 0 meio de predição 16 está conectado ã entrada 12, para calcular, como será discutido em maiores detalhes abaixo, um valor predito s' (n) de anteriores valores de sinal s (m) , m<n e meIN, para um valor corrente de sinal s (n) e para fazer sair este em uma saída que, por sua vez, está conectada com uma entrada invertida do subtrativo 18. Uma entrada não invertida do subtrativo 18 está também conectada à entrada 12 para subtrair o valor predito s'(m) do valor do sinal real s (n) - ou simplesmente calcular a diferença entre os dois valores - e para liberar o resultado para a saída 14 como o valor da diferença δ(η) . O meio de predição 16 implementa um algoritmo de predição adaptativa. Para poder fazer a adaptação, recebe o valor da diferença δ(η) - também denominado de erro da predição - em outra entrada por meio de um caminho de feedback 22. Além disso, o meio de predição 16 inclui duas entradas de controle ligadas ao meio de controle 20. Por meio dessas entradas de controle, o meio de controle 20 pode inicializar coeficientes de predição ou coeficientes de filtro C0i do meio de predição 16 em certos momentos, como serã discutido em maior detalhe abaixo, e para mudar um parâmetro de velocidade do algoritmo de predição onde se baseia o meio de predição 16, que subseqüentemente serã denominado de λ.

Após o ajuste do codificador 10 da Fig. 1 ter sido descrito acima com referência à Fig. 1, seu modo de funcionamento serã descrito subseqüentemente com referência à Fig. 2, também com referência à Fig. 1, caracterizado pelo fato de que subseqüentemente serã suposto que está para processar um sinal de informações "s" a ser codificado, isto é, os valores de sinal s(m), m <n, jã foram codificados.

Na etapa 40, o meio de controle 20 primeiro inicializa a predição ou os coeficientes de filtro do meio de predição 16. A inicialização, de acordo com a etapa 40 ocorre em tempos predeterminados de reset. Os tempos de reset ou, mais precisamente, os números do valor do sinal n onde foi feito um reset de acordo com a etapa 40 pode, por exemplo, ocorrer em intervalos fixos de tempo. Os tempos de reset podem ser reconstruídos no lado do decodificador, por exemplo, integrando suas informações no sinal de informações codificadas δ ou padronizando o intervalo fixo de tempo ou o número fixo de valores de sinal entre eles.

Os coeficientes ω± são estabelecidos em quaisquer valores que possam, por exemplo, ser os mesmos em qualquer tempo de reset, isto é, a cada vez que a etapa 40 é executada. De preferência, os coeficientes de predição são inicializados na etapa 40 nos valores que se derivaram euristicamente de sinais de informações representativos típicos e tendo resultado, em média, isto é, no conjunto representativo de sinais de informações, como, por exemplo, uma mistura de trechos de jazz, música clássica, rock etc., em um conjunto ideal de coeficientes de predição.

Na etapa 42, o meio de controle 2 0 estabelece o parâmetro de velocidade λ em um primeiro valor, caracterizado pelo fato de que as etapas 40 e 42 são, de preferência, em essência realizadas simultaneamente com os tempos de reset. Como ficará óbvio subseqüentemente, o estabelecimento do parâmetro de velocidade para o primeiro valor tem o resultado de que o meio de predição 16 realiza uma rápida adaptação dos coeficientes de predição inicializados na etapa 40 - é claro, induzindo reduzida precisão de adaptação.

Na etapa 44, o meio de predição 16 e o subtrativo 18 cooperam como meios de predição para codificarem o sinal de informações "s" e, em particular, o valor corrente de sinal s(n), predizendo-o com o uso da adaptação dos coeficientes de predição CGi. Mais precisamente, a etapa 44 inclui várias sub-etapas, isto é, calculando um valor predito s'(n) para o valor corrente de sinal s (n) pelo meio de predição 16 usando valores de sinal anteriores s(m), m <n, usando os coeficientes de predição Oh correntes, subtraindo o valor s' (n) assim predito do valor do sinal real s (n) pelo subtrativo 18, enviando o valor da diferença resultante δ(η) para a saída 14 como parte do sinal de informações codificadas δ e adaptando ou ajustando os coeficientes ωΑ pelo meio de predição 16 usando o erro da predição ou valor da diferença δ(η) que obtém por meio do caminho de feedback 22. • · * · · · · · W » » W W · ■* w » » O meio de predição 16 usa, para a adaptação ou ajuste dos coeficientes de predição ωχ, o parâmetro de velocidade λ predeterminado ou estabelecido pelo meio de controle 20 que, como será discutido em maiores detalhes abaixo com referência à configuração de um algoritmo LMS, determina quanto o erro da predição de feedback δ(η) por iteração de ajuste, aqui n, influencia a adaptação ou atualiza os coeficientes de predição ωχ ou quanto os coeficientes de predição ωχ podem mudar dependendo do erro da predição δ (n) por iteração de adaptação, isto é, por feedback δ(n) .

Na etapa 46, o meio de controle 20 verifica se o parâmetro de velocidade λ deve ser alterado ou não. A determinação da etapa 46 pode ser feita de formas diferentes. Como exemplo, o meio de controle 2 0 determina que uma alteração de parâmetro de velocidade deve ser feita quando uma duração predeterminada tiver passado desde a inicialização ou estabelecida na etapa 40 e 42, respectivamente. De maneira alternativa, o meio de controle 20 para a determinação avalia, na etapa 46, um grau de adaptação do meio de predição 16, de maneira que, por exemplo, a aproximação a um conjunto ideal de coeficientes ωχ com correspondentemente menores erros da predição, como será discutido em maiores detalhes abaixo. É suposto que, em primeiro, nenhuma alteração no parâmetro de velocidade seja reconhecida na etapa 46. Nesse caso, o meio de controle 20 verifica na etapa 48 se existe novamente um tempo de reset, isto é, um tempo em que, por motivos de re-sincronização, os coeficientes de predição devem ser novamente inicializados. Em primeiro, é novamente suposto que não existe tempo de reset. Se não existe tempo de reset, o meio de predição 16 continuará codificando o próximo valor de sinal, como indicado na Fig. 2 por "n—»n+l". Assim, prossegue a codificação do sinal de informações "s" usando a adaptação dos coeficientes de predição cüí com a velocidade de adaptação, como estabelecido pelo parâmetro de velocidade λ, até que finalmente o meio de controle 2 0 determina na etapa 46 ao passar o loop 44, 46, 48 que deve ser feita uma mudança de parâmetro de velocidade. Nesse caso, o meio de controle 20 estabelece o parâmetro de velocidade λ em um segundo valor na etapa 50. Estabelecendo o parâmetro de velocidade λ em um segundo valor, resulta no meio de predição 16, ao passar o loop 44-48, para- realizar, na etapa 44, a adaptação dos coeficientes de predição ωχ com uma menor velocidade de adaptação a partir de então, entretanto, com maior precisão de adaptação, de maneira que nessas passagens após o tempo de alteração do parâmetro de velocidade que se refere a subseqüentes valores de sinal do sinal de informações s, os resíduos resultantes δ (n) se tornarão menores, que sua vez permitem um aumento da taxa de compressão ao integrar os valores δ(η) no sinal codificado.

Depois de ter passado o loop 44-48 várias vezes, o meio de controle 20 reconhecerá em algum momento o tempo de reset na etapa 48, quando o fluxo funcional reinicia novamente na etapa 40.

Também deve ser ressaltado que a maneira pela qual a seqüência de valor das diferenças δ (n) é integrada no sinal de informações codificadas δ não foi descrita em detalhes cima. « » * · · » « vvwva vv vv «v Entretanto, apesar de ser possível integrar o valor das diferenças δ(η) no sinal codificado em representação binária com um comprimento fixo de bits, é mais vantajoso codificar o valor das diferenças δ(η) com um comprimento variável de bits, como por exemplo, a codificação de Huffman ou a codificação aritmética ou outra codificação de entropia. Uma predominância da taxa de bits ou uma predominância de uma menor quantidade de bits requerida para a codificação do sinal de informações "s" resulta no codificador 10 da Fig. 1 pelo fato que após os tempos de reset, o parâmetro de velocidade λ fica primeiro temporariamente ajustado de maneira que a velocidade de adaptação é tão grande que os coeficientes de predição que não tiverem sido adaptados até então são adaptados rapidamente, e então o parâmetro de velocidade é ajustado de maneira que a precisão de adaptação é maior, de maneira que os subsequentes erros da predição são menores.

Agora que a codificação preditiva de acordo com uma configuração da presente invenção foi descrita acima, será descrito subseqüentemente um decodificador correspondendo ao codificador da Fig. 1 em seu ajuste e modo de funcionamento com referência às Figs. 3 e 4, de acordo com uma configuração da presente invenção. O decodificador está indicado na Fig. 3 com referência ao numeral 60. Inclui uma entrada 62 para receber o sinal de informações codificadas δ, consistindo dos valores da diferença ou resíduos δ(n), uma saída 64 para o sinal de informações decodificadas , que corresponde ao sinal de informações originais s(n), exceto para erros de arredondamento na representação do valor da diferença δ (n) e que, correspondentemente consiste em uma seqüência de valores de sinal decodificados (n), meio de predição 66 sendo idêntico, ou tendo a mesma função que a do codificador 10 da Fig. 1, um somador 68 e meio de controle 70. É ressaltado que depois não é feita nenhuma diferenciação entre os valores de sinal decodificados (n) e os valores de sinal original s(n), mas ambos serão denominados de s (n) , caracterizados pelo fato de que o respectivo significado de s(n) se tornará claro a partir do contexto.

Uma entrada do meio de predição 66 está conectada à saída 64 para obter valores de sinal s (n) já decodificados. A partir desses valores de sinal s (m) , m<n, já decodificados, o meio de predição 66 calcula um valor predito s1 (n) para um valor corrente de sinal s (n) a ser decodificado e envia esse valor predito à uma primeira saída do somador 68. Uma segunda entrada do somador 68 esta conectada à entrada 62 para somar o valor predito s' (n) e o valor da diferença δ(η) e para enviar o resultado ou a soma â saída 64 como parte do sinal decodificado e à entrada do meio de predição 66 para predizer o próximo valor de sinal.

Outra entrada do meio de predição 66 está conectada à entrada 62 para obter o valor da diferença δ(η), caracterizado pelo fato de que então usa esse valor para adaptar os coeficientes de predição correntes ωχ. Como no meio de predição 16 da Fig. 1, os coeficientes de predição ωχ podem ser inicializados pelo meio de controle 70, como o parâmetro de velocidade λ pode ser alterado pelo meio de controle 70. O modo de funcionamento do decodificador 60 será descrito subseqüentemente, referindo-se ao mesmo tempo às Figs. 3 e 4. Nas etapas 90 e 92 correspondentes às etapas 40 e 42, o meio de controle 70 em primeiro inicializa os coeficientes de predição (Di do meio de predição 66 e estabelece o seu parâmetro de velocidade λ em um primeiro valor que corresponde a uma maior velocidade de adaptação, mas com uma precisão de adaptação reduzida.

Na etapa 94, o meio de predição 66 decodifica o sinal de informações codificadas δ ou o valor da diferença corrente δ(η) predizendo o sinal de informações usando a adaptação dos coeficientes de predição ωχ. Mais precisamente, a etapa 94 inclui varias sub-etapas. Em primeiro, o meio de predição 66 conhecendo os valores de sinal s (m) jã decodificados, m<n, prediz o valor corrente de sinal a ser daí determinado para obter o valor predito s'(n). Portanto, o meio de predição 66 usa os coeficientes de predição correntes <0i. O valor da diferença corrente δ(η) a ser decodificado é somado pelo somador 68 ao valor predito s'(n) para enviar a soma assim obtida como parte do sinal decodificado à saída 64. Entretanto, a soma é também admitida no meio de predição 66 que usara esse valor s(n) nas próximas predições. Além disso, o meio de predição 66 usa o valor da diferença δ(η) do fluxo de sinal codificado para adaptar os coeficientes de predição correntes Oi, a velocidade de adaptação e a precisão de adaptação sendo predeterminados pelo parâmetro de velocidade λ correntemente estabelecido. Os coeficientes de predição ω± são atualizados ou adaptados dessa maneira.

Na etapa 96 correspondendo à etapa 46 da Fig. 2, o meio de controle verifica se uma alteração de parâmetro de velocidade está para ocorrer. Se não for o caso, na etapa 98 correspondente à etapa 48 o meio de controle 7 0 determinara se existe um tempo de reset. Se este não for o caso, o loop de etapas 94-98 será passado novamente, dessa vez para o próximo valor de sinal s (n) ou o próximo valor da diferença δ(η), como indicado na Fig. 4 por "n-»n+l" .

Se, entretanto, houver um tempo de alteração do parâmetro de velocidade na etapa 96, na etapa 100 o meio de controle 70 estabelecera o parâmetro de velocidade λ em um segundo valor correspondente a uma menor velocidade de adaptação, mas uma maior precisão de adaptação, como j ã discutido com relação à codificação.

Como mencionado, fica garantido seja pelas informações no sinal de informações codificadas 62 ou pela padronização, que as alterações do parâmetro de velocidade e os tempos de reset ocorrem nas mesmas posições ou entre os mesmos valores de sinal ou valores de sinal decodificados, isto é, no lado do transmissor e no lado do receptor.

Após ter sido descrita um esquema de codificação preditiva de acordo com uma configuração da presente invenção, em geral com referência às Figs. 1-4, será descrita uma configuração especial do meio de predição 16 agora com relação às Figs. 5-7, caracterizado pelo fato de que nessa configuração, o meio de predição 16 opera de acordo com um algoritmo de adaptação LMS. A Fig. 5 mostra o ajuste do meio de predição 16 de acordo com a configuração do algoritmo LMS. Com jã descrito com referência às Figs. 1 e 3, o meio de predição 16 inclui uma entrada 120 para valores de sinal s(n), e a entrada 122 para os erros da predição ou valores das diferenças δ (n) , duas entradas de controle 124 e 126 para inicializar os coeficientes <0i ou estabelecer o parâmetro de velocidade δ e uma saída 12 8 para enviar o valor predito s* (n) . Internamente, o meio de predição 16 inclui um filtro transversal 130 e um controlador de adaptação 132. O filtro transversal 130 está conectado entre a entrada 120 e a saída 128. O controlador de adaptação 132 está conectado às duas entradas de controle 124 e 126, e além disso às entradas 120 e 122 e também inclui uma saída para passar os valores de correção δωλ dos coeficientes ωχ para o filtro transversal 130. O algoritmo LMS implementado pelo meio de predição 16 - pode ser em cooperação com o subtrativo 18 (Fig. 1) - é um algoritmo de filtro adaptativo linear que, em geral, consiste em dois processos básicos: 1. Um processo de filtro incluindo (a) o cálculo do sinal de saída s1 (n) de um filtro linear responsivo a um sinal de entrada s(n) pelo filtro transversal 130 e (b) gerar um erro de estimativa δ (n) comparando o sinal de saída s' (n) a uma resposta desejada s (n) pelo subtrativo 18 ou obter um erro de estimativa δ(η) do sinal de informações codificadas Ô. 2. Um processo adaptativo realizado pelo controlador de adaptação 132 e compreendendo o ajuste automático dos coeficientes de filtro ωχ do filtro transversal 130 de acordo com o erro de estimativa δ(η) . A combinação desses dois processos cooperativos resulta em um loop de feedback, como já discutido com referência às Figs. 1-4.

Os detalhes do filtro transversal 130 estão ilustrados na Fig. 6. 0 filtro transversal 13 0 recebe em uma entrada 140 a seqüência de valores de sinal s(n). A entrada 140 é seguida por uma conexão em série de m elementos de retardo 142 de maneira que os valores de sinal s (n-1) ... s (n-m) que precedem o valor corrente de sinal s(n) estão presentes nos nodos de conexão entre os m elementos de retardo 142. Cada um desses valores de sinal s (n-1) ... s (n-m) ou cada um desses nodos de conexão, é aplicado a um dos m meios de ponderação 144, pesando ou multiplicando o respectivo valor do sinal de aplicação por uma respectiva pesagem de predição ou um dos respectivos coeficientes de filtro ωϊζ i = 1 ... m. O meio de ponderação 144 envia seus resultados para um respectivo entre uma pluralidade de somadores 146 conectados em série, de maneira que o valor de estimativa ou valor predito s' (m) resulta em «s(n-i) em uma saída 148 do filtro t ransversal 130 a part ir da soma do últ imo somador da conexão em série.

Em um sentido mais amplo, o valor da estimativa s' (n) fica perto de um valor predito de acordo com a solução de Wiener em um, em sentido mais amplo, ambiente estacionário quando o número de iterações n tende ao infinito. O controlador de adaptação 132 é mostrado em maiores detalhes na Fig. 7. 0 controlador de adaptação 132 portanto inclui uma entrada 160 onde é recebida a seqüência dos valores das diferenças δ(η). São multiplicados no meio de ponderação 162 pelo parâmetro de velocidade λ, que é também denominado de parâmetro de tamanho do passo. O resultado é enviado a uma pluralidade de m meios de multiplicação 164, que o multiplica por um dos valores de sinal s (n-1) ... s (n-m) . Os resultados dos multiplicadores 164 formam valores de correção Ô(0i . Como conseqüência, os valores de correção δα>ι ... ôrnm representam uma versão escalar do produto interno do erro de estimativa δ (n) e o vetor dos valores de sinal s (n-1) ... s (n-m) .

Esses valores de correção são somados antes da próxima etapa de filtro aos coeficientes correntes <<>i ... com de maneira que a próxima etapa de iteração, isto é, para o valor de sinal s(n+l), no filtro transversal 130, é realizada com os novos coeficientes adaptados ®i -» <üi + δωχ. O fator de graduação λ usado no controlador de adaptação 132 e, como jã mencionado, denominado de parâmetro de tamanho do passo, pode ser considerado como sendo uma quantidade positiva e deve obedecer a certas condições relativas ao teor espectral do sinal de informações, de maneira que o algoritmo LMS feito pelo meio 16 das Figs. 5-7 seja estável. Aqui, estabilidade significa que, com o aumento de n, isto é, quando a adaptação é feita com duração infinita, o erro médio quadrado gerado pelo filtro 130 atinge um valor constante. Um algoritmo que esteja de acordo com esta condição é denominado de médio quadrado estável.

Uma alteração do parâmetro de velocidade λ provoca uma alteração na precisão de adaptação, isto é, na precisão, jã que os coeficientes Oi podem ser ajustados em um conjunto ideal de coeficientes. 0 mau ajuste dos coeficientes de filtro resulta em um aumento no erro médio quadrado ou da energia nos valores das diferenças δ no estado contínuo η—>ao. Em particular, o loop de feedback que atua nos pesos o>i atua como um filtro de baixa passagem, cuja constante de duração da determinação é inversamente proporcional ao parâmetro λ. Como conseqüência, o processo adaptativo é retardado estabelecendo o parâmetro λ em um pequeno valor, caracterizado pelo fato de que os efeitos desse ruído gradiente nos pesos coi estão muito filtrados.

Isto tem o efeito inverso de redução do mau ajuste. A Fig. 8 ilustra a influência do ajuste do parâmetro λ em diferentes valores λχ e λ2 no comportamento de adaptação do meio de predição 16 das Figs. 5-7 usando um grafico em que o número de iterações n ou o número de predições e adaptações n é plotado ao longo do eixo x e a energia média dos valores residuais δ(n)ou o erro médio quadrado é plotado ao longo do eixo y. Uma linha contínua se refere a um parâmetro de velocidade λχ. Como pode ser visto, a adaptação a um estado estacionário onde a energia média dos valores residuais permanece basicamente constante, requer um número nx de iterações. A energia dos valores residuais no estado estabelecido ou quase estacionário é Ex. Resulta um gráfico interrompido para um maior parâmetro de velocidade λ2, caracterizado pelo fato de que, como pode ser visto, menos iterações, isto é, n2, são necessárias até que seja alcançado o estado constante, onde o estado constante, entretanto, induz uma maior energia E2 dos valores residuais. O estado estabelecido em Ex ou E2 demonstra não somente o estabelecimento do erro médio quadrado dos valores residuais ou resíduos em um valor assintótico, mas também o estabelecimento dos coeficientes de filtro Oi em um conjunto ideal de coeficientes de filtro com uma determinada precisão que, no caso de λχ é maior e no caso de λ2 é menor.

Se, entretanto, como descrito com referência às Figs. 1-4, o parâmetro de velocidade λ é em primeiro estabelecido no valor λ2, uma adaptação dos coeficientes g>í serã em primeiro atingida mais rapidamente, caracterizado pelo fato de que a alteração para λι após uma determinada duração depois dos tempos de reset, provê então a precisão de adaptação para que a duração a seguir seja aperfeiçoada. De qualquer maneira, é obtido um gráfico de energia do valor residual, que permite uma maior compressão do que por um dos dois estabelecimentos de parâmetro individualmente.

Com relação à descrição das figures acima, é ressaltado que a presente invenção não se limita às implementações do algoritmo LMS. Apesar da presente invenção, com referência às Figs. 5-8, ter sido descrita em maiores detalhes com relação ao algoritmo LMS como um algoritmo de predição adaptativa, a presente invenção também pode ser aplicada em conexão com outros algoritmos de predição adaptativa onde a combinação entre velocidade de adaptação, por um lado,e a precisão de adaptação, por outro lado, pode ser realizada por meio de um parâmetro de velocidade. Como a precisão de adaptação por sua vez influencia a energia do valor residual, o parâmetro de velocidade sempre pode, primeiramente, ser estabelecido de maneira que a velocidade de adaptação seja grande, quando é então estabelecida em um valor em que a velocidade de adaptação é pequena, mas a precisão de adaptação é maior e assim a energia dos valores residuais é menor. Com tal algoritmo de predições, por exemplo, não precisa haver uma conexão entre a entrada 120 e o controlador de adaptação 132.

Além disso, é ressaltado que, ao invés da duração fixa descrita acima após os da alteração do parâmetro de velocidade, o disparo também pode ser feito dependendo do grau de adaptação, de maneira que, por exemplo, o disparo de uma alteração do parâmetro de velocidade quando os coeficientes de correção δω, como por exemplo, uma soma de seus valores absolutos, cai abaixo de um determinado valor, indicando uma aproximação com o estado quase estacionário, como mostrado na Fig. 8, em um certo grau de aproximação.

Em particular, é ressaltado que, dependendo das circunstâncias, o esquema inventivo também pode ser implementado em software. A implementação pode ser em um meio de armazenamento digital, em particular em um disco ou um CD que tenha sinais de controle que possam ser lidos eletronicamente, que possam cooperar com um sistema de computador programável, de maneira que seja realizado o método correspondente. Em geral, a invenção também se refere a um produto de programa de computador que tem um código de programas armazenado em um portador com leitura por máquina para reali zar o método da invenção, quando o produto de programa de computador opera em um computador. Colocado de maneira diferente, a invenção pode, portanto, também ser realizada como um programa de computador que tem um código de programa para a realização do método quando o programa de computador opera em um computador.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para codificar de maneira preditiva um sinal de informações incluindo uma seqüência de valores de informações por meio de um algoritmo de predição adaptativa, caracterizado pelo fato de que os coeficientes de predição (Oi) podem ser inicializados e que são controláveis por um parâmetro de velocidade (λ) para operar com uma primeira velocidade de adaptação e uma primeira precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um primeiro valor e para operar com uma segunda, comparada com a primeira, menor velocidade de adaptação e uma segunda, comparada com a primeira, maior precisão de adaptação, no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um segundo valor, compreendendo as etapas de: A) inicializar (40) os coeficientes de predição (ω±) ; B) controlar (42) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no primeiro valor; C) codificar (44) sucessivos valores de informações do sinal de informações por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no primeiro valor enquanto uma duração predeterminada após a etapa B) não tiver expirado, para codificar uma primeira parte do sinal de informações; D) após expirar a duração predeterminada após a etapa B) , controlar (50) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no segundo valor; e E) codificar (44) os valores de informações do sinal de informações após os valores de informações codificados na etapa C) por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no segundo valor para codificar uma segunda parte do sinal de informações após a primeira parte.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa C) é realizada usando a adaptação dos coeficientes de predição (ω±) inicializados na etapa A) para obter coeficientes de predição adaptados (ω±) e onde a etapa E) é realizada usando a adaptação dos coeficientes de predição adaptados (ω±) .

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as etapas A)-E) são repetidas de maneira intermitente em tempos predeterminados para codificarem sucessivas seções do sinal de informações.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os tempos predeterminados retornam ciclicamente em um intervalo de tempo predeterminado.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa D) é realizada depois que uma duração predeterminada tiver passado após a etapa B).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a partir de diferenças entre os valores de informações do sinal de informações obtidos nas etapas C) e E), obter uma versão codificada do sinal de informação.

7. Dispositivo para codificar preditivamente um sinal de informações incluindo uma seqüência de valores de informações, caracterizado pelo fato de que compreende: meios (16, 18) para realizar um algoritmo de predição adaptativa, cujos coeficientes de predição (ω±) podem ser inicializados e que são controláveis por um parâmetro de velocidade (λ) para operar com uma primeira velocidade de adaptação e uma primeira precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um primeiro valor e para operar com uma segunda, comparada com a primeira, menor velocidade de adaptação e uma segunda, comparada com a primeira, maior precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um segundo valor; e meio de controle (20) acoplado aos meios para realizar o algoritmo de predição adaptativa e efetivo para: A) inicializar (40) os coeficientes de predição (ω±) ; B) controlar (42) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no primeiro valor; C) codificar (44) os valores de informações sucessivas do sinal de informações por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no primeiro valor enquanto não houver expirado uma duração predeterminada depois do controle B) para codificar uma primeira parte do sinal de informações; D) após terminar a duração predeterminada depois do controle B) , controlar (50) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no segundo valor; e E) codificar (44) os valores de informações do sinal de informações seguindo os valores de informações codificados na codificação C) por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no segundo valor para codificar uma segunda parte do sinal de informações após a primeira parte.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado para fazer a codificação C) usando a adaptação dos coeficientes de predição (ω±) inicializados em A) para obter coeficientes de predição adaptados (ω±) e que a codificação E) seja feita usando a adaptação dos coeficientes de predição adaptados (ω±) .

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado para fazer que as etapas A)-E) sejam repetidas de maneira intermitente em tempos predeterminados para codificar seções sucessivas do sinal de informações.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado de maneira que tempos predeterminados retornem ciclicamente em um intervalo de tempo predeterminado.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado de maneira que a etapa D) é realizada após uma determinada duração da etapa B) ter passado.

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato de que são formados os meios para a realização de um algoritmo de predição adaptativa para obter as diferenças entre os valores de informações do sinal de informações e os valores preditos que representam uma versão codificada do sinal de informações.

13. Método para a decodif icação de um sinal de informações preditivamente codificado, caracterizado pelo fato de inclui uma seqüência de valores de diferenças por meio de um algoritmo de predição adaptativa, cujos coeficientes de predição ((Oi) podem ser inicializados e sendo controláveis por um parâmetro de velocidade (λ) para operar com uma primeira velocidade de adaptação e uma primeira precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um primeiro valor e para operar com uma segunda, comparada com a primeira, menor velocidade de adaptação e uma segunda, comparada com a primeira, maior precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um segundo valor, compreendendo as etapas de: F) inicializar (90) os coeficientes de predição (ω±) ; G) controlar (92) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no primeiro valor; H) decodificar (94) os sucessivos valores de diferenças do sinal de informações preditivamente codificado por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no primeiro valor, enquanto não tiver expirado uma duração predeterminada após a etapa G) para decodificar uma primeira parte do sinal de informações preditivamente codificado; I) após o término da duração predeterminada depois da etapa G) , controlar (100) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no segundo valor; e J) decodificar (94) os valores de diferenças do sinal de informações preditivamente codificado seguindo o valor de diferenças decodificado na etapa H) por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no segundo valor para decodificar uma segunda parte do sinal de informações preditivamente codificado.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa H) é realizada usando a adaptação dos coeficientes de predição (ω±) inicializados na etapa F) para obter os coeficientes de predição adaptados (ω±) , e onde a etapa J) é realizada usando a adaptação dos coeficientes de predição adaptados ((Oi) .

15. Método, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que as etapas F)-J) são repetidas de maneira intermitente em tempos predeterminados para decodificar seções sucessivas do sinal de informações preditivamente codificado.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os tempos predeterminados retornam ciclicamente em um intervalo de tempo predeterminado.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que a etapa I) é realizada após ter passado uma duração predeterminada após a etapa G) .

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de que as etapas H) e J) incluem a soma de diferenças no sinal de informações preditivamente codificado e nos valores preditos.

19. Dispositivo para a decodificação de um sinal de informações preditivamente codificado incluindo uma seqüência de valores de diferenças, caracterizado pelo fato de que compreende: meios (16, 18) para implementar um algoritmo de predição adaptativa, cujos coeficientes de predição (Oi) podem ser inicializados e que são controláveis por um parâmetro de velocidade (λ) para operar com uma primeira velocidade de adaptação e uma primeira precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um primeiro valor e para operar com uma segunda, comparada com a primeira, menor velocidade de adaptação e uma segunda, comparada com a primeira, maior precisão de adaptação no caso em que o parâmetro de velocidade (λ) tem um segundo valor; e meio de controle (20) acoplado ao meio para implementar o algoritmo de predição adaptativa e efetivo para: F) inicializar (40) os coeficientes de predição (ω±) ; G) controlar (42) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no primeiro valor; H) decodificar (44) os sucessivos valores de diferenças do sinal de informações preditivamente codificado por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no primeiro valor, enquanto não tiver expirado uma duração predeterminada após o controle da etapa G) para decodificar uma primeira parte do sinal de informações preditivamente codificado; I) após o término da duração predeterminada depois do controle G) , controlar (50) o algoritmo de predição adaptativa para estabelecer o parâmetro de velocidade (λ) no segundo valor; e J) decodificar (44) os valores de diferenças do sinal de informações preditivamente codificado seguindo o valor de diferenças decodificado na decodificação H) por meio do algoritmo de predição adaptativa com o parâmetro de velocidade (λ) estabelecido no segundo valor para decodificar uma segunda parte do sinal de informações preditivamente codificado.

20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado para fazer com que a codificação H) seja feita usando a adaptação dos coeficientes de predição (ω±) inicializados em F) para obter coeficientes de predição adaptados (ω±), e a codificação J) ser realizada usando a adaptação dos coeficientes de predição adaptados (ω±) .

21. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado para fazer que as etapas F)-J) sejam repetidas de maneira intermitente em tempos predeterminados para decodificar seções sucessivas do sinal de informações preditivamente codificado.

22. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado de maneira que os tempos predeterminados ciclicamente retornam em um intervalo de tempo predeterminado.

23. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 22, caracterizado pelo fato de que o meio de controle (20) é formado de maneira que a etapa I) é realizada após a uma duração predeterminada depois da passagem da etapa G).

24. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 23, caracterizado pelo fato de que o meio para a realização do algoritmo de predição adaptativa inclui meios para a soma de diferenças no sinal de informações preditivamente codificado e nos valores preditos.