CN106464266A - 具有编码机制的通信系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种通信系统及其操作方法包括：块大小单元，用于接收输入数字数据流；渐进式哥伦布编码器，耦合到块大小单元，用于从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字；以及发射器单元，耦合到渐进式哥伦布编码器，用于将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。

Description

具有编码机制的通信系统及其操作方法
技术领域
本发明一般而言涉及通信系统，并且更具体而言，涉及用于对通信数据应用可变长度编码的系统。
背景技术
视频压缩标准使用各种技术来压缩视频数据。这些技术包括有损和无损压缩。有损压缩利用视频数据中的空间和时间冗余。许多可用的压缩技术提供显著的压缩水平，但是导致视频信号质量的降低。通常，用于传送压缩信息的技术要求压缩信息以恒定的位率进行传送。
能够提供显著的压缩水平同时保持视频信号的期望质量水平的一种压缩技术利用编码的离散余弦变换(DCT)系数数据的自适应调整大小的块和子块。虽然DCT编码可以提供良好的压缩，但是它在运动中的对象的视频流中确实产生边缘效应。
无损压缩包括可变长度编码，包括指数哥伦布(Golomb)码。在解码期间，前述压缩被反转。解码可变长度码的一部分包括将无符号的指数哥伦布码转换为带符号的哥伦布码。解码视频数据优选地实时进行。这需要在短时间内执行大量的计算。
因此，对可以提供位置注册，而没有由标记的手动定位引入的位置误差的通信系统，仍然存在需要。鉴于高清晰度视频和音频通信的日益普及，找到这些问题的答案变得日益重要。鉴于日益增长的商业竞争压力，以及不断增长的消费者预期以及市场上有意义的产品差异机会的减少，为这些问题找到答案至关重要。此外，降低成本、提高效率和性能、以及满足竞争压力的需要为找到这些问题答案的关键必要性添加了甚至更高的紧迫性。
对这些问题的解决方案一直以来都在寻找，但是，此前的发展还没有教导或建议任何解决方案，因此，对这些问题的解决方案长期以来困扰着本领域的技术人员。
发明内容
本发明提供了一种通信系统的操作方法，包括：由块大小单元接收输入数字数据流；从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字；以及将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。
本发明提供了一种通信系统，包括：块大小单元，用于接收输入数字数据流；渐进式哥伦布编码器，耦合到块大小单元，用于从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字；以及发射器单元，耦合到渐进式哥伦布编码器，用于将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。
除了以上提到的那些或者作为其替代，本发明的某些实施例还具有其它的步骤或元素。通过在参考附图时阅读以下具体实施方式，这些步骤和元素对本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是本发明实施例的具有编码机制的通信系统的功能框图。
图2是本发明实施例中的渐进式哥伦布编码器的功能框图。
图3是输入数字流的例子的线图。
图4是本发明另一实施例中的通信系统的操作方法的流程图。
具体实施方式
以下实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够制作和使用本发明。应当理解，基于本公开内容，其它实施例将是显而易见的，并且在不背离本发明的范围的情况下，可以做出系统、过程或机械上的变化。
在以下描述中，给出了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。但是，将显然，本发明没有这些具体细节也可以被实践。为了避免模糊本发明，一些众所周知的电路、系统配置和过程步骤没有被详细地公开。
示出系统的实施例的附图是半图式的并且没有按比例，并且，特别地，一些维度是为了呈现清晰起见并且在附图中被夸大地示出。类似地，虽然为了便于描述在附图中的视图一般示出类似的朝向，但是图中的描绘对于大部分是任意的。通常，本发明可以在任何朝向上操作。
在公开和描述具有一些共同特征的多个实施例的情况下，为了清晰和便于说明、描述以及对其的理解，彼此相似和相同的特征通常将利用类似的标号进行描述。
本文所指的术语“模块”在本发明的实施例中根据其中术语所使用的上下文可以包括软件、硬件或其组合。例如，软件可以是机器代码、固件、嵌入式代码和应用软件。又例如，硬件可以是电路系统、处理器、计算机、集成电路、集成电路核心、压力传感器、惯性传感器、微机电系统(MEMS)、无源设备或其组合。
本文所指的术语“单元”意味着硬件设备，诸如专用集成电路、组合逻辑、核心逻辑或专用处理器。
现在参考图1，其中示出了本发明实施例中具有编码机制的通信系统100的功能框图。通信系统100的功能框图绘出了耦合到块大小单元104的输入数字数据流102，诸如像素流、视频数据流、音频流或其组合。块大小单元104可以监视输入数字输入流102，以便确定用于输入数字数据流102的当前段的块大小。块大小单元104可以通过检测输入数字数据流102中出现的零之前的一的数量或一之前的零的数量来分析输入数字数据流102以便确定块边界105。
块大小单元104可以将位流和块指示符传递给渐进式哥伦布编码器106，诸如硬件数学阵列，用于对输入数字数据流102进行编码和压缩。渐进式哥伦布编码器106可以最小化渐进式哥伦布码字107的平均值的位长度。渐进式哥伦布编码器106可以支持比可能使用例如哥伦布-莱斯(Golomb-Rice)编码的现有技术解决方案更高的带宽，因为渐进式哥伦布编码器106的分组大小可以被参数化，以匹配输入数字数据流102的分布。与需要分组大小为2的幂(1、2、4、8、16、32、64等)的哥伦布-莱斯编码不同，渐进式哥伦布编码器106可以具有其它分组大小。
渐进式哥伦布码字107可以耦合到发射器单元108，发射器单元108可以将渐进式哥伦布码字107传送到输出设备110。输出设备110可以是硬件(诸如有线或无线传输信道)或硬介质(诸如光盘、数字视频盘或非易失性存储器设备)。
渐进式哥伦布码字107可以通过输出设备110运送到接收器模块112，其可以将输出设备110变换回码字107。接收器模块112可以耦合到渐进式哥伦布解码器114，诸如硬件数学阵列，以运送渐进式哥伦布码字107。渐进式哥伦布解码器114可以反转渐进式哥伦布编码器106的操作，而不降低来自输入数字数据流102的任何质量。
渐进式哥伦布解码器114可以耦合到用于重建块边界105的块重建模块116，用于组装交付的数字数据流118。从输入数字数据流102到交付的数字数据流118的全部传送在没有信号质量损失的情况下执行。
已经发现，通信系统100可以参数化编码结构的分组大小，以便使渐进式哥伦布码字107的平均位长度最小化。通信系统100可以以相等的效率压缩视频或音频流。分组大小可以基于应用被预先选择和固定，或者它们可以被动态调整以与输入数据流匹配。
现在参考图2，其中示出了本发明实施例中的渐进式哥伦布编码器106的功能框图。渐进式哥伦布编码器106的功能框图绘出了输入到分组检测器模块204的输入数字流202。分组检测器模块204可以扫描输入数字流202，以确定哪个分组将执行输入数字流202的编码。分组大小参数模块206可以提供分组大小参数207，用于与输入数字流202的特性匹配。分组大小参数207可以提供固定边界或动态可调整分组大小，其不必是2的幂的边界，诸如1、2、4、8、16等如哥伦布-莱斯编码所要求的。
作为例子，分组检测器模块204的实施例可以识别如由分组检测器模块204提供的具有3、4、12和无限大小的四个分组中的一个。具有大小为3的第一分组可以使用具有m＝1的除数的一元编码。具有大小为4的第二分组可以实现具有m＝2的除数的哥伦布-2码。具有大小为12的第三分组可以实现具有m＝4的除数的哥伦布-4码。具有无限大小的第四分组可以实现具有m＝8的除数的哥伦布-8码。对具有3、4、12和无限大小的四个分组的选择可以针对具有带单个峰值的高斯分布的输入数字流202进行优化。输入数字流202的其它分布可以由不同的分组大小来表示。
分组检测器模块204可以耦合到商生成器模块208，用于通过将输入数字流202除以与由分组检测器模块204识别的分组相关联的m的值来生成商部分210。分组检测器模块204和商生成器模块208之间的通信可以包括分组标识符和数字流。当动态调整过程在分组大小参数模块206中实现时，分组大小参数模块206可以耦合到商生成器模块208，用于帮助商部分210的生成。
表1：渐进式哥伦布编码的例子
商生成器模块208可以耦合到余数生成器模块212，用于在商部分210已被去除之后从输入数字流202确定残余一元计数。余数生成器模块212可以计算余数部分214。商部分210和余数部分214两者都耦合到串行器(serializer)模块216。串行器模块216可以连接商部分210和余数部分214，用于形成渐进式哥伦布码字107，诸如最小位长度一元串。
如从表1中可以看到的，分组大小可以是任何正整数，而不必将大小限制为2的幂。在表1的例子中，商部分210和余数部分214由连字符分隔仅仅是为了清晰起见。结果得到的渐进式哥伦布码字107可以具有比诸如哥伦布-莱斯编码方法或哥伦布-M编码方法的其它可变长度编码方法更短的位长度一元串。
现在参考图3，其中示出了输入数字流202的例子的线图301。输入数字流202的例子的线图301绘出了表示输入数字流202的值X的水平轴302和表示与输入数字流202相关的F(X)的值的垂直轴304。模式均值306可以由位于水平轴302上的C指示。
作为例子，图2的分组检测器模块204可以使用以下等式来确定样本应当利用哪个分组进行编码。选择的分组大小与以上例子相同(3、4、12、无限大小)。
If|X-C|≤1then选择分组1(一元码)；
Elseif|X-C|≤3then选择组2(哥伦布-2码)；(EQ 1)
Elseif|X-C|≤9then选择组3(哥伦布-4码)；
Else选择组4(哥伦布-8码)
如从表1中的数据可以看到的，这个编码方案具有负偏差，因为负的非零值在列表中首先出现。该偏差也可以通过利用图2的分组大小参数模块206进行参数化，以便最小化图1的渐进式哥伦布码字107的位长度并且与输入数字流202的特性匹配。
现在参考图4，其中示出了本发明另一实施例中的通信系统100的操作方法400的流程图。方法400包括：在方框402中由块大小单元接收输入数字数据流；在方框404中从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字；以及在方框406中将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。
结果得到的方法、过程、装置、设备、产品和/或系统直接明了、具有成本效益、不复杂、高度通用、准确、灵敏和有效，并且可以通过采用用于现成、高效和经济制造、应用和利用的已知部件来实现。
本发明的另一个重要方面是它有价值地支持并服务于降低成本、简化系统和提高性能的历史趋势。
本发明的这些和其它有价值的方面因此使技术的状态前进到至少新的水平。
虽然本发明已结合特定的最佳模式进行了描述，但是应当理解，鉴于前面的描述，许多替代、修改和变化对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，旨在包括属于所附权利要求的范围内的所有这些替代、修改和变化。至此，在附图中阐述或示出的所有事项都要以说明性和非限制性的意义进行解释。

Claims (20)

1.一种通信系统的操作方法，包括：
由块大小单元接收输入数字数据流；
从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字；及
将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。
2.如权利要求1所述的方法，其中接收输入数字数据流包括接收视频数据流。
3.如权利要求1所述的方法，还包括从输入数字数据流确定块大小。
4.如权利要求1所述的方法，还包括通过解码渐进式哥伦布码字来组装交付的数字数据流。
5.如权利要求1所述的方法，其中传送到输出设备包括在传输信道上传送。
6.一种通信系统的操作方法，包括：
由块大小单元接收输入数字数据流；
从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字包括建立用于与输入数字数据流匹配的分组大小参数；以及
将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。
7.如权利要求6所述的方法，其中接收输入数字数据流包括接收视频数据流、音频数据流或其组合。
8.如权利要求6所述的方法，还包括从输入数字数据流确定块大小，包括通过分析输入数字数据流来确定块边界。
9.如权利要求6所述的方法，还包括通过解码渐进式哥伦布码字组装交付的数字数据流，包括从渐进式哥伦布码字重建块边界。
10.如权利要求6所述的方法，其中传送到输出设备包括在有线或无线传输信道、光盘或数字视频盘上传送。
11.一种通信系统，包括：
块大小单元，用于接收输入数字数据流；
渐进式哥伦布编码器，耦合到块大小单元，用于从输入数字数据流编码渐进式哥伦布码字；以及
发射器单元，耦合到渐进式哥伦布编码器，用于将渐进式哥伦布码字传送到输出设备。
12.如权利要求11所述的系统，其中用于接收输入数字数据流的块大小单元包括耦合到数字视频流的块大小单元。
13.如权利要求11所述的系统，其中块大小单元被配置为生成耦合到渐进式哥伦布编码器的块边界。
14.如权利要求11所述的系统，还包括配置为从渐进式哥伦布码字组装交付的数字数据流的块重建模块。
15.如权利要求11所述的系统，还包括耦合到发射器单元的输出介质。
16.如权利要求11所述的系统，其中渐进式哥伦布编码器包括用于与输入数字数据流的特性匹配的分组大小参数模块。
17.如权利要求16所述的系统，其中用于接收输入数字数据流的块大小单元包括耦合到数字视频流、音频流或其组合的块大小单元。
18.如权利要求16所述的系统，其中块大小单元被配置为生成耦合到渐进式哥伦布编码器的块边界。
19.如权利要求16所述的系统，还包括配置为从渐进式哥伦布码字组装交付的数字数据流的块重建模块包括耦合到块重建模块的渐进式哥伦布解码器。
20.如权利要求16所述的系统，还包括耦合到发射器单元的输出介质包括有线或无线传输信道、光盘或数字视频盘。
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