CN101156320B - 具有紧密码簿的熵编码设备和方法 - Google Patents

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    • H03M7/42—Conversion to or from variable length codes, e.g. Shannon-Fano code, Huffman code, Morse code using table look-up for the coding or decoding process, e.g. using read-only memory

Abstract

本发明基于如下发现：当把两个或更多个信息值以元组顺序分组到元组中、并使用编码规则时，可以导出用于对信息值进行编码的有效率的码；向具有不同顺序的相同信息值的元组分配相同的码字；以及导出指示元组顺序的顺序信息，使得所述码字与所述顺序信息相关联地输出。

Description

具有紧密码簿的熵编码设备和方法
技术领域
本发明涉及信息值的编码/解码，具体涉及使用紧密码簿进行熵编码以产生有效率的码。 
背景技术
最近以来，多信道音频再现技术越来越显重要，这或许是因为如下事实：例如目前已为人熟知之mp3技术的音频压缩/编码技术，使得利用网络或者其它具有有限带宽的传输信道来分发音频记录成为可能。该mp3编码技术之所以会变的这么有名，系因为如下事实：它可以以立体声格式，亦即以包含第一或者左立体声信道以及第二或者右立体声信道的音频记录的数字表示，来分发记录。 
然而，传统的二声道系统有其基本的缺点，因此，开发出环绕声技术。一种推荐的多信道环绕声表示除了包括两个立体声信道L以及R以外，还包括额外的中央信道C以及两个环绕声道Ls、Rs。该参考声音格式也称为三/二立体声，意谓其具有三个前端信道以及两个环绕声道。一般说来，五个传输信道是必须的。在重放环境中，至少需要把五个扬声器放在五个适当的位置，以获得距离该五个已经适当放置的扬声器特定距离的最佳甜美音点。 
已经有许多为人熟知的技术，可以用来降低传输多信道音频信号所需要的数据量，这些技术称为联合立体声技术。为此目的，请参考第9图，其中显示了一联合立体声设备60。该设备可以是一个用来实行强度立体声(intensity stereo简写为IS)或者立体声提示编码(binauralcue coding简写为BCC)的设备。这样的一个设备通常会接收至少两个信道(CH1、CH2、…CHn)作为输入，并输出至少是单一载波信道以及参数数据。对该参数数据进行定义，使得在解码器中能够计算原始信道 (CH1、CH2、…CHn)的逼近(approximation)。 
一般说来，该载波信道会包含子波段采样、频谱系数、时域采样等，如此一来可以提供基础(underlying)信号的比较良好的表示，而参数数据不包含该频谱系数的采样，但包括控制参数，以控制特定的重建算法，例如乘法加权、时间平移、频率平移、相位平移等。该参数数据因此仅包含该信号或者与其关连的信道的比较粗糙的表示。若以数字来表示，载波信道所需的数据量大约在60kbit/s至70kbit/s的范围内。而一个信道的参数辅助信息所需要的数据量典型地在1.5kbit/s至2.5kbit/s的范围内。几种为人熟知的参数数据包括：缩放因子、强度立体声信息或者立体声提示参数，如同下文所述。 
举例而言，BCC技术在下列文章中有所叙述：AES convention paper5574，“Binaural Cue Coding applied to Stereo and Multi-ChannelAudio Compression”，C.Faller，F.Baumgarte，May 2002，Munich；IEEEWASPAA Paper“Efficient representation of spatial audio usingperceptual parametrization”，October 2001，Mohonk，NY；“Binauralcue coding applied to audio compression with flexible rendering”，C.Faller and F.Baumgarte，AES 113th Convention，LosAngeles，Preprint 5686，October 2002；以及“Binaural cuecoding-Part II：Schemes and applications”，C.Faller和F.Baumgarte，IEEE Trans.on Speech and Audio Proc.，volumelevel.11，no.6，Nov.2003。 
在BCC编码方式中，首先利用具有重迭窗口的基于离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，简写为DFT)的变换将多个音频输入信道转换为频谱表示。由上述方法得到的均匀频谱被分为不重迭的部分，每一部分的频宽与等效矩形带宽(Equivalent Rectangular Bandwidth，简写为ERB)近似成正比。然后针对每一部分，在两个信道之间进行BCC参数的估测。一般说来，每个信道的BCC参数都相对于参考信道而给出，并且进一步被量化。该传输参数最后再根据指定的方程式(已编码的)进行计算，其也可能依赖于待处理的信号的特定部分。 
多个BCC参数确实存在。举例而言，ICLD参数用来描述两个相比 较的信道所包含能量的差(比值)。信道间相干性/相关性(inter-channel coherence/correlation，简写为ICC)参数用来描述两个信道之间的相关性，其可以理解为两个信道波形的相似性。信道间时间差(inter-channel time difference，简写为ICTD)参数用来描述两个信道之间的全局时移，而信道间相位差(inter-channel phasedifference，简写为IPD)参数则是用来描述信号之间相位的差。 
应当注意的是，在音频信号的帧式处理(frame-wise processing)中，BCC分析也以帧式执行，也就是时变的，而且还以频率式(frequency-wise)而执行。这意味着，对于每一个频谱波段，分别获得BCC参数。这还意味着，如果用声音滤波器组(bank)将输入信号分解为例如32个带通信号，则BCC分析块获得针对此32个波段中每一个的BCC参数组。 
一种相关的技术，也就是所谓的参数立体声，在下列文章中有所描述：J.Breebaart，S.van de Par，A.Kohlrausch，E.Schuijers“High-Quality Parametric Spatial Audio Coding at Low Bitrates”，AES 116thConvention，Berlin，Preprint 6072，May 2004；以及E.Schuijers，J.Breebaart，H.Purnhagen，J.Engdegard，“LowComplexity Parametric Stereo Coding”，AES116th Convention，Berlin，Preprint 6073，May 2004。 
总括来说，多信道音频信号参数编码的新近方法(空间音频编码以及立体声提示编码等)，是借助下混合(downmix)信号(可以是单信道的，或者包括若干信道)以及参数辅助信息(空间提示)来表示多信道音频信号，所述参数辅助信息描述了感知的空间声基宽(sound stage)的特征。通常希望将辅助信息的数据率维持的尽可能低，以便将额外开销信息降至最低，并且为下混合信号的编码留出尽可能多的可用传输容量。 
一种使辅助信息的比特率保持为低的方法是，例如通过向辅助信息应用熵编码算法，对空间音频方案的辅助信息进行无损编码。 
无损编码已经广泛用于一般的音频编码中，以确保量化的频谱系数和辅助信息的最佳紧密表示。适当的编码方案与方法的例子可以在ISO/IEC标准MPEG1第3部分、MPEG2第7部分以及MPEG4第3部分中 找到。 
这些标准以及，例如IEEE paper“Noiseless Coding of QuantizedSpectral Coefficients in MPEG-2 Advanced Audio Coding”S.R.Quackenbush，J.D.Johnston，IEEE WASPAA，Mohonk，NY，October 1997描述了现有技术状态中的技术，包含以如下手段对量化的参数进行无损编码： 
●量化频谱系数的多维霍夫曼(Huffman)编码 
●针对系数组，使用公共(多维)霍夫曼码簿 
●将值编码为一个孔(hole)，或者将符号信息以及数量信息分别进行编码(即针对给定的绝对值仅具有霍夫曼码簿条目，这减小了所需码簿的大小，“带符号的”与“无符号的”码簿的比较) 
●使用具有不同的最大绝对值的替代码簿，亦即在待编码的参数中具有不同的最大绝对值 
●针对每一个LAV，使用具有不同统计分布的替代码簿 
●以辅助信息的方式把霍夫曼码簿的选择发送至解码器 
●使用“分区”(sections)来定义每一个所选霍夫曼码簿的应用范围 
●频率缩放因子的差分编码，以及随后对结果进行霍夫曼编码 
在MPEG1音频标准中，提出另一种将粗略量化值以无损的方式编码为单一PCM码的技术(在该标准内被称作分组(grouping)，并且用于第2层)，这在ISO/IEC标准11172-3：93中有更详细的解释。 
出版物“Binaural cue coding-Part II：Schemes andapplications”，C.Faller与F.Baumgarte，IEEE Trans.on Speechand Audio Proc.，volume level.11，no.6，Nov.2003提到一些有关BCC参数编码的信息.其提出以如下方式对量化的ICLD参数进行差分编码： 
●在频率上进行差分编码，而且随后对结果进行霍夫曼编码(使用一维霍夫曼码) 
●在时间上进行差分编码，而且随后对结果进行霍夫曼编码(使用一维霍夫曼码) 
最后，选择更有效率的变体(variant)作为原始音频信号的表示。 
如同前面所提到的，已经提出通过在频率上(以及可选地在时间上)进行差分编码、然后选择更有效率的变体而对压缩性能进行优化。然后，通过一些辅助信息将所选变体发信号(signal)至解码器。 
以上所叙述的这些现有技术用于减小例如音频或视频流中所必须传输的数据量。使用之前所叙述的基于熵编码方案的无损耗编码技术通常会产生非恒定比特率的比特流。 
在AAC标准中(Advanced Audio Codec高级音频编解码)，在假设待编码的信息值的概率分布仅取决于待编码的值的数值而不取决于其符号的情况下，提出通过使用“无符号的”码簿以同时减小码字的大小和基础码簿的大小。分别传送符号比特，并将其看作后缀码，将已编码的数值信息映射回实际值(符号×数值)。举例而言，假设四维霍夫曼码簿，则其导致码簿大小减小为16分之一(2的四次方)(假设所有的值均带有符号)。 
已经做出很多工作以通过熵编码来减小代码大小。然而，使用这些现有技术仍然要面对一些主要缺点。举例而言，当使用多维霍夫曼码簿时，可以实现传输某些已编码的信息所需比特率的降低。但是，其代价是必须使用的霍夫曼码簿的大小增大，因为对于每一个附加的维度，该霍夫曼码簿的大小必须增大两倍。这在已编码信息与霍夫曼码簿一同传输的应用中尤其不利；举例而言，某些计算机压缩程序就是这种情况。即便霍夫曼码簿不需要与数据一起传输，它也必须存储在编码器以及解码器中，需要昂贵的储存空间，而可用的存储空间是有限的，特别是在视频或音频流或重放的移动应用中。 
发明内容
本发明的目的旨在提供如下概念：产生和使用更有效率的码来压缩信息值，并减小基础码簿的大小。 
依据本发明的第一方面，这个目的可以由一种用于对信息值进行编码的编码器而实现，所述编码器包括：分组器，用于以元组顺序把两个或更多个信息值分组为元组；码信息产生器，用于产生指示元组顺序的顺序信息，以及使用编码规则产生元组的码字，其中所述编码规则使得向具有不同顺序的相同信息值的元组分配相同的码字；以及输出接口，用于输出码字以及与之相关联的顺序信息。 
依据本发明的第二方面，这个目的可以由一种用于对基于信息值的码字进行解码的解码器而实现，所述解码器包括：输入接口，用于提供码字和与之相关联的顺序信息，所述顺序信息指示元组顺序，而所述元组顺序是具有信息值的元组内两个或更多个信息值的顺序；码处理器，用于使用解码规则来导出元组，所述解码规则取决于用于创建码字的编码规则，其中所述解码规则使得从相同的码字中导出不同的元组，所述不同的元组具有由不同的顺序信息所指示的不同元组顺序的相同信息值；以及去分组器，用于对元组进行去分组，以形成两个或更多个信息值。 
依据本发明的第三方面，这个目的可以由一种用于对信息值进行编码的方法而实现，所述方法包括：按照元组顺序把两个或更多个信息值分组为元组；产生指示元组顺序的顺序信息；使用编码规则产生元组的码字，其中所述编码规则使得向具有不同顺序的相同信息值的元组分配相同的码字；以及输出所述码字以及与之相关联的顺序信息。 
依据本发明的第四方面，这个目的可以由一种用于对基于信息值的码字进行解码的方法而实现，所述方法包括：提供码字以及与之相关联的顺序信息，所述顺序信息指示元组顺序，而所述元组顺序是具有信息值的元组中两个或更多个信息值的顺序；使用解码规则来导出元组，所述解码规则取决于用于创建码字的编码规则，其中所述解码规则使得从与不同的顺序信息相关联的相同码字中导出不同的元组，所述不同的元组具有不同元组顺序的相同信息值；以及对元组进行去分组，以形成两 个或更多个信息值。 
本发明基于如下发现：当把两个或更多个信息值以元组顺序分组到元组中、并使用编码规则时，可以导出用于对信息值进行编码的有效率的码；向具有不同顺序的相同信息值的元组分配相同的码字；以及导出指示元组顺序的顺序信息，并与码字相关联。 
对于使用霍夫曼码的熵编码，可以更有效地实现如上所述的本发明的概念。霍夫曼码簿的大小，不仅取决于可能被编码的数值的数目，而且取决于联合编码的数值的数目(霍夫曼码簿的维度)。为了减小特定应用中表示霍夫曼码簿所需的储存空间，采用待编码数据的机率分布的对称性、使得一个霍夫曼码字表示具有相同概率的联合编码值的组所构成的集合将是有利的。这样，实际的联合编码数值组由特定的后缀码所指定。 
由于元组内的两个或更多个值的顺序与该值所表示的内容无关，因此当这些值在某种程度上是不相关的(uncorrelated)，可以假设针对相同值的不同顺序的概率相等(因为这些值是不相关的)。特别地且优选地，对于可变长度码，即具有不同长度码字的码，当把具有不同顺序的相同数值的元组分配给单一码字时，这些相等的概率将导致更小的码簿以及有效率的码。 
因此，在本发明的优选实施例中，首先对将由二维霍夫曼编码器进行编码的信息值进行差分编码，得到具有特定对称性的差分表示，如后文更加详细所述。之后，把多个对称运算施加到该差分表示，减小待编码的可能元组的数目，由此也减小了所需码簿的大小。
若干出版物涉及类似的问题。例如，美国专利5550541涉及编码器/解码器系统的紧密源编码表的产生。通过在编码前对消息内的符号进行排序、并额外地传递顺序信息和所产生的码字，产生比传统表要小的多维霍夫曼编码表。 
Pattichis M.S.等：“On the representation of wideband imagesusing permutations for lossless coding”，PROCEEDINGS OF THE 4THIEEE SOUTHWEST SYMPOSIUM ON IMAGE ANALYSIS AND INTERPRETATION， S.237-241提出一种使用置换(permutation)来表示编码宽带图像的新颖方法。差分编码样本以运行长度(run-length)而编码。 
VASILACHE A.等：“Indexing and entropy coding of lattice codevectors”，2001，IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS，SPEECH，AND SIGNAL PROCESSING PROCEEDINGS，Vol.1 of 6，pages2.605-2.608涉及栅格码矢量的熵编码。提出了一种把霍夫曼编码与固定长度编码进行组合的组合方法。码矢量被分组为类，而使用熵编码对单独类的索引号码进行编码。如更多所提出的，使用固定比率枚举编码对码矢量在单独类中的位置进行编码。 
QUACKENBUSH等：“Noiseless Coding of Quantized SpectralComponents in MPEG-2 Advanced Audio Coding”，IEEE ASSP WORKSHOPON APPLICATIONS OF SIGNAL PROCESSING TO AUDIO AND ACOUSTICS涉及编码量化频谱分量中使用的灵活性霍夫曼编码算法的应用。使用不同的霍夫曼码簿对N个元组进行编码，其中的一些仅需把绝对值存储到码簿存储器中。在该情况下，把每一个非零系数的符号比特附加到码字。 
“Indexing Algorithms for Zn、An、Dn、and Dm++Lattice VectorQuantizers”，Patrick Raul和Christine Guillemont涉及对于视听信号压缩中使用的栅格大类有效的矢量索引算法。矢量在类中被排序，其中每一个类被定义为所谓的“引导矢量”分量的可能的“带符号”置换。使用不带符号的引导矢量需要传输类成员的每一个非零元素的符号比特。 
对具有给定的概率分布的数值分布进行差分编码，将导致以零为中心的不同数值的分布，并且具有对称的概率分布，即具有相同绝对值但是不同符号的数值以相同的概率出现。 
熵编码，例如霍夫曼编码，其基本原理是，考虑到向出现次数最多的信息值分配最短的可能码字，所用码簿尽可能好地表现信息值的给定概率分布。多维霍夫曼编码遵循相同的原理，但是把两个或更多个信息值组合为元组，其中完整的元组与单一码字相关联。 
因此，使用二维霍夫曼编码的组合差分编码会产生两种类型的对称性，该对称性可以加以利用。 
第一对称性由如下观察导出：元组(a，b)出现的概率与元组(-a，-b)出现的概率大致相同。这相当于相对于坐标系原点的点对称性，其中元组的第一个数值定义了X轴，而元组的第二个数值定义了Y轴。 
第二对称性基于如下假设：改变元组中两个数值出现的顺序并不会改变该元组出现的概率，亦即(a，b)与(b，a)是等概的。这相当于相对于坐标系第一和第三象限的二等分线的轴对称，其中该坐标系如上述所定义。 
可以利用这两个对称性，使得霍夫曼码簿的大小减小为大约四分之一，意谓着向对称元组分配相同的码字。对称信息，即原始元组的顺序和原始元组的符号，由顺序信息和符号信息所指示，并连同码字一同传送，从而允许对包括符号和顺序信息的原始元组进行解码和重建。 
回想上文所述二维坐标系中元组的表示，两种对称性均可理解为一具有水平曲线(level curve)(等概曲线)的二维概率分布，其中该水平曲线类似于主轴(principle axis)相对于笛卡尔坐标系旋转45度的椭圆。 
使用这两种对称性，霍夫曼码仅需覆盖坐标系中可能条目的大约四分之一(1个象限)。两比特的后缀码确定了四个象限之一的每个数值对以及其在余下的三个象限中相应的数值对之间的唯一映射。注意，对于位于任一象限边界线上的数值对，后缀码仅包括一个比特，或者当该数值对位于两条边界线上时(即处于该分布的中心)，后缀码甚至可以被省略。 
本发明的概念还可以针对未表现出上述对称性的数据而减小霍夫曼码簿的大小。如果对这样的数据进行编码，一方面霍夫曼码簿的大小将会较小，但另一方面已编码的表示可能不是理想压缩的，因为以不同概率出现的数值会由同样的码字来表示，导致比特率的浪费，因为不能调整霍夫曼码簿以最佳的方式适合该数据。 
因此，优选地在应用对称性处理前对数据进行差分编码，因为该差分编码会自动产生有利的对称性。因此，针对每个信息值基础集合，使用本发明的概念可以确保紧密表示以及小的霍夫曼码簿，这是因为，通过使用对称性，能够对信息的差分编码所造成的可能信息值数目加倍的缺点做出平衡。 
附图说明
下文参考附图来描述本发明的优选实施例，其中： 
图1示出了本发明的编码器的框图； 
图2示出了本发明的编码器的优选实施例； 
图3示出了本发明的编码器的另一优选实施例； 
图4a示出了对待编码数据进行第一对称运算； 
图4b示出了对待编码数据进行第二对称运算； 
图5示出了数据的对称表示的推导； 
图6示出了本发明的解码器的框图； 
图7示出了本发明的解码器的优选实施例； 
图8示出了本发明的编码器的另一优选实施例；以及 
图9示出了现有技术的多信道编码器。 
具体实施方式
图1示出了本发明的编码器100，该编码器100包括分组器(grouper)102，以及包括输出接口的码信息产生器104。 
组合器把信息值106分组为信息值元组(tuple)108a至108c。在图1所示的例子中，本发明的概念可以描述为建立每一个均包含两个信息值的元组，亦即使用二维霍夫曼码。 
元组108a至108c被传送至码信息产生器104，其中该码信息产生器实行如下编码规则：向具有不同顺序的相同信息值的元组分配相同的码字。因此元组108a和108c被编码为相同的码字110a和110b，而元组108b被编码为不同的码字112。根据本发明概念，产生不同的顺序信息114a和114b，以保留信息值在元组108a以及108c内进行分组的顺序信息。因此，顺序信息与码字的组合可以用来重建原始元组108a和108c，因而顺序信息与码字相关联地通过输出接口而传送。一般认为，不同的排序方案将得到不同的顺序信息比特。在图1所示的例子中，当元组内的数值以升序出现时，不会记录该元组，如同元组108a和108b的情况。如果还同意向没有被记录的元组分配顺序信息0，则所得到的顺序信息值如同图1中已被分配给码字的顺序信息值。 
图2示出了本发明的优选实施例，其中码信息产生器104包括顺序编码器120和熵编码器122，其中编码器100还包括输出接口124。 
顺序编码器120产生元组的顺序信息114a至114c(指示元组顺序)，并且把顺序信息传送至输出接口124。同时，顺序编码器120对元组108a至108c内的信息值重新排列，以导出把元组顺序改变为预定的元组顺序的元组126a至126c，所述预定的元组顺序针对包括具有相同信息值的组定义了信息值的编码顺序。 
举例而言，通过把元组内两个信息值的位置进行交换的多个后续步骤，也可以针对具有多于两个的信息值的元组进行重新排列。每一个步骤之后，检查顺序编码器的码簿中是否存在针对给定元组顺序的条目。若存在，则可以停止重新排列并产生码字。若不存在，则重复进行上述步骤，直到找到码字为止。例如，该顺序信息可由推导该码字所需的交换次数中导出。类似地，可以使用解码器端的顺序信息，对正确的元组顺序进行重新排列。 
熵编码器对元组126a至126c进行编码，以导出码字110a、110b以及112，并将这些码字传送至输出接口124。 
输出接口最终输出码字110a、110b与112以及与其相关联的顺序信息114a至114c。 
图3示出了本发明的另一优选实施例，其中码信息产生器还包括用于导出符号信息的符号编码器130，所述符号信息指示元组中信息值的符号组合。
图3中所示的本发明的编码器还利用第二对称性，向满足如下条件的元组分配相同的码字：元组中的信息值具有相同的绝对值，而且关于其绝对值具有相同的顺序。因此，符号编码器130针对元组134a至134c中的每一个导出符号信息132a至132c，指出元组内数值的符号。符号编码器130同时改变元组内信息值的符号，以导出预定的符号组合，所述预定的符号组合针对元组内的绝对值的每一个顺序，亦即针对仅在信息值的符号上不同的元组，而定义编码符号组合。 
符号信息132a至132c额外地被传送至输出接口124，该输出接口124还从顺序编码器120接收顺序信息，并从熵编码器122接收码字。这样，输出接口124提供码字以及与码字相关联的顺序信息和符号信息。 
图4a示出了符号编码器130如何导出符号信息，以及关于符号的对称性如何用于减小所需霍夫曼码簿的大小。 
图中所示为元组(a，b)的可能值，由矩阵以图形化的方式表示，其中X轴上表示a的值，而在Y轴上表示b的值。a与b的值关于零对称(例如通过先前的差分编码)，且每一个的范围介于-4至4之间。 
该矩阵示出参数值a与b所有可能的81种组合。还示出指示矩阵条目的第一轴150，在第一轴150上a与b之和(a+b)等于零。该图还示出了第二轴152，在第二轴152上a与b之差(a-b)等于零。可以看出，这二个轴150与152将矩阵划分为被标示为1至4的四个象限(quadrant)。 
第一对称性(假设组合(a，b)与组合(-a，-b)具有相等的概率)相当于关于原点对称的点，在图中明确地由该矩阵中两个任意的条目154a(-2，-1)与154b(2，1)表示。 
通过执行对称运算，把第三象限的条目镜像(mirror)至第一象限并把第四象限的条目镜像至第二象限，本发明的编码器能够把所需霍夫曼码簿的大小减小为大约是原来的二分之一。因此，当符号编码器130额外地通过符号信息指示元组来自哪一个象限时，能够节省第三和第四象限的码簿条目。 
图4b示出顺序编码器如何利用第二对称性把霍夫曼码簿的大小再减小至大约二分之一。第二对称性(意味着元组(a，b)与(b，a)有相等的概率)等同于剩余矩阵条目关于轴152的镜像。例如以两个矩阵条目156a和156b示出，表示把元组(0，2)镜像至元组(2，0)。因此，通过向第二和第一象限的相应条目分配相同的码字，可以把码簿大小减小为原来的二分之一。顺序编码器120导出顺序信息，以保留原始元组是来自于第一象限还是来自于第二象限的信息。 
如图4a和4b所示，合并有符号编码器和顺序编码器的本发明的编码器允许霍夫曼码仅需覆盖四个象限中的一个。两比特的后缀码(postfix code)确定了四个象限之一中的每个数值对与其在余下的三个象限中相应的数值对之间的唯一映射。注意，对于位于任一象限边界线上的数值对，后缀码仅包括一个比特，或者在数值对位于两个边界线上(即处于矩阵的中心)的情况下可以省略后缀码。 
遵循图4a和4b中所示的对称运算，为了实际原因，把剩余象限中的数值对重新排列(映射)为二次矩阵(quadratic matrix)是有利的，这是因为对二次表示执行算法更为便利。 
图5示出了本发明的一个实施例中所具有的映射策略。该图的左侧示出第一象限将被映射为二次矩阵160的原始矩阵。二次矩阵160还具有针对X轴上的参数a的参数值，以及针对Y轴上的参数b的参数值。图中示出了遵循所述映射算法的重新排列，其中每一个矩阵元素均被标上唯一的数字。需要注意的是，信息值之和为偶数的元组(a+b为偶数，这对第1象限中所有浅阴影的矩阵元素均成立)将被重新排列至二次矩阵160的左下方，而信息值之和为奇数的元组(不带阴影的元素)将被重新排列至矩阵160的右上方，在图5中不带阴影。 
经过上述映像过程之后，将由霍夫曼编码的元组以二次表示而给出，因此容易处理。 
图6示出了本发明的解码器的框图，该解码器用于对基于信息值的码字进行解码。 
解码器200包括输入接口202、码处理器204以及去分组器(degrouper)206。输入接口202提供码字210a、210b与212，以及与其 相关联的顺序信息214a、214b以及216，两者均被传送至码处理器204。 
码处理器使用解码规则导出信息值元组218a、218b以及218c，其中该解码规则使得从相同的码字导出不同的元组，该不同的元组具有不同元组顺序的相同信息值，该不同的元组顺序由不同的顺序信息来指示。 
因此，不同的元组218a和218c从相同的码字210a和210b中导出，因为其与不同的顺序信息214a和214b相关联。信息值元组218a至218c随后经去分组器206进行去分组，以产生信息值220。 
图7示出了优选的本发明的解码器，其中码处理器204包括熵解码器222和顺序解码器224。 
熵解码器222使用霍夫曼码簿，把码字210a、210b以及212中分别分配给元组226a至226c。元组226a至226c被传送至顺序解码器224，该顺序解码器224还接收相关联的顺序信息。顺序解码器224根据顺序信息的指示导出修改元组226a至226c的信息值。然后把导出的最终元组228a至228c传送至去分组器206，去分组器206对元组228a至228c进行去分组，以导出信息值220。 
图8示出了本发明的解码器200的另一优选实施例，其中码处理器204还包括符号解码器230。 
输入接口提供三个相同的码字232a至232c、符号信息比特234a至234c以及顺序信息比特236a至236c。 
熵解码器222把这三个相同的码字232a至232c解码为三个相同的元组238a至238c，然后把这三个元组传送至符号解码器230。 
符号解码器230额外接收符号信息234a至234c，并且根据符号信息234a至234c的指示来修改元组238a至238c，以导出元组240a至240c，这些元组现在具有带有正确符号的信息值。 
元组240a至240c被传送至顺序解码器224，顺序解码器224额外接收顺序信息236a至236c，并改变元组240a至240c内信息值的顺序，以正确地接收正确排序的元组242a至242c。然后把元组242a至242c传送至去分组器206，去分组器206通过对元组242a至242c进行去分组而导出信息值220。 
虽然图2和3中所示的本发明的编码器的优选实施例中提出，顺序编码器120和符号编码器130获取顺序或符号信息并同时改变元组，然而另一种可能是，顺序编码器120和符号编码器130获取顺序或符号信息而不改变元组。这样，必须设计霍夫曼码簿，使得向具有不同的符号和顺序信息的元组分配相同的码字。 
虽然这些图中示出的本发明的优选实施例通过使用二维霍夫曼码簿详细地描述了本发明的概念，然而使用分组值并利用其对称性的本发明的原理也可以与其它的无损编码方法相结合，特别是与更高维度的霍夫曼码簿(即构建具有两个以上信息值的元组)相结合。 
图4a和4b示出了导出对称信息的方法，用于实现更小的霍夫曼码簿。在第一步骤中，给定矩阵的第三和第四象限被映射至第一和第二象限。另一种可能是，把两个相邻象限的其他组合映射至余下的两个象限，只要能够保留该对称信息以对映射进行反转。这对于图4a中所示的第二对称运算也同样成立。 
图5示出了把矩阵的一个象限映射至二次矩阵的方法，其中该二次矩阵允许描述大小减小的码簿。这个映射是多种可能的映射方案的示例，其中这些映射仅需满足其是唯一的且可以被反转。 
取决于本发明的方法的特定实现要求，本发明的方法可以以硬件或者软件实现。该实现可以使用数字储存媒介来执行，特别是其上存储有电可读控制信号的盘、DVD或CD，其与可编程计算机系统一同操作，从而执行本发明的方法。因此大体上说，本发明是在机器可读载体上存储有程序代码的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可以用于执行本发明的方法。换句话说，本发明的方法是具有程序代码的计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，该程序代码可用于执行本发明的方法中至少一种方法。 
虽然在上文中参考特定实施例进行了特定的示出与描述，本领域的技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上做出各种其他的改变。应当理解的是，在不背离这里所公开的以及由所附权利要求所包括的更宽的概念的前提下，可做出各种改变以适应不同的实施例。 

Claims (21)

1.一种用于对信息值进行编码的编码器，包括：
差分编码器，用于对输入值进行差分编码，以获得所述输入值的差分编码表示作为信息值；
分组器，用于以元组顺序把两个或更多个信息值分组为元组；
符号编码器，用于导出指示元组内信息值的符号组合的符号信息；
码信息产生器，用于产生指示元组顺序的顺序信息，以及使用编码规则产生元组的码字，其中所述编码规则使用减小的码簿，使得向具有不同顺序的相同信息值的不同元组分配相同的码字，而且所述编码规则还使得向具有如下信息值的不同元组分配相同的码字：该信息值具有相同顺序的相同绝对值，其不同之处在于元组中每一个信息值的符号；以及
输出接口，用于输出码字以及与之相关联的顺序信息和符号信息。
2.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述码信息产生器包括：顺序编码器，用于导出顺序信息；以及熵编码器，使用码簿来导出码字，所述码簿向具有不同顺序的相同信息值的元组分配相同的码字。
3.根据权利要求2所述的编码器，其中，所述顺序编码器可将元组内的信息值重新排列，把所述元组的元组顺序改变为预定的元组顺序，所述预定的元组顺序定义了针对具有相同信息值的元组的组的信息值编码顺序，而且所述顺序编码器可对元组顺序与编码顺序的偏差进行检测和编码；以及
所述熵编码器具有减小的码簿，向具有以编码顺序而排列的信息值的元组分配码字。
4.根据权利要求3所述的编码器，其中，所述顺序编码器可通过把第一信息值与第二信息值进行交换而对元组内的信息值进行重新排列。
5.根据权利要求4所述的编码器，其中
所述符号编码器可以改变元组内信息值的符号，以将符号组合改变为预定的符号组合，所述预定的符号组合针对仅在信息值的单独符号中有所不同的元组内信息值的顺序定义了编码符号组合；以及
所述码信息产生器具有熵编码器，所述熵编码器具有减小的码簿，向具有信息值绝对值的相同顺序的元组分配相同的码字。
6.根据权利要求5所述的编码器，其中，所述符号编码器可以改变元组中第一和第二信息值的符号。
7.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述差分编码表示是在时间或频率上差分编码的输入值的表示。
8.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述信息值包括描述视频信号或音频信号的帧的信息值。
9.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述信息值包括描述第一和第二音频信道之间的空间相关性的BCC参数，而且所述BCC参数从如下BCC参数列表中选择：
信道间相干性(ICC)，
信道间电平差(ICLD)，
信道间时间差(ICTD)，
信道间相位差(IPD)。
10.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述编码规则使得信息值的编码导致具有不同长度的码字的序列。
11.一种用于对基于信息值的码字进行解码的解码器，包括：
输入接口，用于提供码字和与之相关联的顺序信息和符号信息，所述顺序信息指示元组顺序，而所述元组顺序是具有信息值的元组内两个或更多个信息值的顺序，所述符号信息指示元组内信息值的符号组合；
码处理器，用于使用解码规则来导出元组，所述解码规则取决于用于创建码字的编码规则，其中所述解码规则使用减小的码簿，使得从与不同的顺序信息相关联的相同码字中导出具有不同顺序的相同信息值的不同元组，而从与不同的符号信息相关联的相同码字中导出具有如下信息值的不同元组：该信息值具有相同顺序的相同绝对值，其不同之处在于元组中每一个信息值的符号；以及
差分解码器，用于对信息值进行差分解码，以获得所述信息值的差分解码表示。
12.根据权利要求11所述的解码器，其中，所述码处理器包括：
熵解码器，使用向预备元组分配每一个码字的码簿导出预备元组；以及
顺序解码器，根据所述顺序信息的指示，通过重新排列所述预备元组内的信息值而导出元组。
13.根据权利要求12所述的解码器，其中，所述顺序解码器可以通过把第一信息值与第二信息值进行交换而重新排列所述预备元组内的信息值。
14.根据权利要求13所述的解码器，其中
所述码处理器还包括符号解码器，所述符号解码器根据所述符号信息的指示而改变所述预备元组内信息值的符号，以便从所述预备元组中导出元组。
15.根据权利要求14所述的解码器，其中，所述符号解码器可以改变所述预备元组内每一个信息值的符号。
16.根据权利要求14所述的解码器，其中，所述符号解码器可以改变所述预备元组内第一和第二信息值的符号。
17.根据权利要求11所述的解码器，其中，所述信息值的差分解码表示是在时间或频率上进行的差分解码。
18.根据权利要求11所述的解码器，其中，所述信息值包括描述视频信号或音频信号的帧的信息值。
19.根据权利要求11所述的解码器，其中，所述信息值包括描述第一和第二音频信道之间的空间相关性的BCC参数，而且所述BCC参数从如下BCC参数列表中选择：
信道间相干性(ICC)，
信道间电平差(ICLD)，
信道间时间差(ICTD)，
信道间相位差(IPD)。
20.一种用于对信息值进行编码的方法，所述方法包括：
对输入值进行差分编码，以获得所述输入值的差分编码表示作为信息值；
按照元组顺序把两个或更多个信息值分组为元组；
产生指示元组顺序的顺序信息；
产生指示元组中信息值的符号的符号信息；
使用编码规则产生元组的码字，其中所述编码规则使用减小的码簿，使得向具有不同顺序的相同信息值的不同元组分配相同的码字，而且所述编码规则还使得向具有如下信息值的不同元组分配相同的码字：该信息值具有相同顺序的相同绝对值，其不同之处在于元组中每一个信息值的符号；以及
输出所述码字以及与之相关联的顺序信息和符号信息。
21.一种用于对基于信息值的码字进行解码的方法，所述方法包括：
提供码字以及与之相关联的顺序信息和符号信息，所述顺序信息指示元组顺序，而所述元组顺序是具有信息值的元组中两个或更多个信息值的顺序，所述符号信息指示元组内信息值的符号组合；
使用解码规则来导出元组，所述解码规则取决于用于创建码字的编码规则，其中所述解码规则使用减小的码簿，使得从与不同的顺序信息相关联的相同码字中导出具有不同顺序的相同信息值的不同元组，而从与不同的符号信息相关联的相同码字中导出具有如下信息值的不同元组：该信息值具有相同顺序的相同绝对值，其不同之处在于元组中每一个信息值的符号；
对元组进行去分组，以形成两个或更多个信息值；以及
对信息值进行差分解码，以获得所述信息值的差分解码表示。
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