CN1115784C - 对传输系统中的数据的预测 - Google Patents

Abstract

公开了一种通过传输介质来发射数字信息的发射机。该数字信息信号被压缩为编码信号以及系数数据。对系数数据进行预测，并产生一个预测信号。系数数据与该预测信号合并为一个数据信号。通过传输介质，将编码信号和数据信号都发射出去。

Description

对传输系统中的数据的预测

本发明涉及一种通过传输介质来发射数字信息信号的发射设备，它包括：

——一个自适应编码器，将数字信息信号适当地压缩为一个编码信号，并产生一个参数信号，

——一个第一信号合并单元，将编码信号和参数信号的表示适当地合并在一起，以便得到能通过传输介质进行传输的发射信号。

本发明还涉及接收传输信号的接收设备，并涉及通过传输介质发射数字信息信号以及参数信号表示的方法，并且还涉及由发射设备或依据本发明的方法所得到的一个记录载波。

可以从以下文章中了解在上述公开章节中所定义的那种发射和接收设备，这些文章是《民间声学工程协会(J.Audio Eng.Soc)》，第44卷，1996年第9期，第706-719页，以及第103次AES会议(美国纽约)的AES预印本4563，由Fons Bruekers等写的“ImprovedLossless of 1-Bit Audio Signals”。已知的发射设备都是企图有效地减少发射数字信息信号的比特率。这样所得到的发射信号包括数字信息信号的编码译文以及参数信号的表示法。参数信号包括接收设备中所需的参数，以便能将数字信息信号的编码译文解码为数字信息信号。目前，用已知发射设备得到的发射信号只需要来自传输介质的较少的容量。参数信号可以包括自适应预测滤波器中所用的系数或编码器内所提供的概率表中所用的系数。这些系数通过传输介质被发射出去。在已知的接收设备中，发射信号被处理过，以便能产生原始数字信息信号的副本。

本发明的一个目的是提供一种发射以及/或接收设备，它能更有效地降低发射数字信息信号的比特率。

为此，依据本发明的发射设备的特征在于该发射设备包括：

——一个设备，包括用于导出预测信号的一个预测滤波器，该预测信号是对参数信号的近似值，

——一个第二信号组合单元，用于将预测信号和参数信号合并，以获得该参数信号的表示。

依据本发明的一个接收设备，其特征在于该接收设备包括

——一个信号组合单元，用于将参数信号的表示与预测信号相组合，以形成参数信号，

——一个预测滤波器，用于导出作为参数信号的近似值的预测信号。

依据本发明的一种方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

——导出作为参数信号的近似值的一个预测信号，

——将该预测信号与参数进行组合，以获得对该参数的表示。

本发明是基于对这样一种事实的认识而作出的，即可通过使用预测滤波器来减少用于发射信号所需的比特数。由于这一原因，已知的发射设备使用一个预测滤波器来有效地压缩数字信息信号。令人吃惊的是，直到现在，在传输参数时，对这些参数使用预测以减少比特数仍然是必要的。

以下，将参照图1到5对本发明的这些以及其它方面进行更详细的说明。

图1显示了依据本发明的发射设备的第一实施例的框图。

图2显示了依据本发明的发射设备的第二实施例的框图。

图3显示了依据本发明的接收设备的第一实施例的框图。

图4显示了表现为记录装置的发射设备的框图。

图5显示了表现为重放装置的接收设备。

图1显示了依据本发明的发射设备的一个实施例。该发射机具有一个输入端2，用于接收象数字音频信号这样的数字信息信号。可通过将一个模拟形式的数字信息信号在模拟—数字转换器内转换为一个数字信息信号，从而得到该数字信息信号。输入端2与编码器6的一个输入端4相连。该编码器6用于将加到输入端4的一个数字信号转换为可加到编码器6的第一输出8上的一个编码信号。编码器6还用于产生一个参数信号，并将其提供给第二输出10。这种参数信号可以包括例如是用在编码器6内的一个自适应预测滤波器中的滤波器系数，或是包括在编码器6内的算术编码器中所用的真值表的值。发射设备使用以下文章中所提到的两种参数类型，该文章是第103次AEC会议(美国纽约)的AES预印本4563，由Fons Bruekers等写的“Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals”。

预测滤波器14具有与编码器6的输出10相耦合的一个输入12。通常可从已有技术的情况中了解预测滤波器。信号组合单元18具有与编码器6的输出10相耦合的第一输入16、与预测滤波器14的输出22耦合的第二输入20，并具有一个输出24。信号组合单元用于将在输入16和20处所接收到的信号组合为一个残余信号，并提供给输出24。在当前例子中，信号组合单元18是以减法器电路的形式出现的，它用在第一输入16所接收到的信号中减去在第二输入20所接收到的信号。

电路框34用来处理在输入36所接收到的残余信号，并将其提供给输出38。该信号可以是在输出端的信号的不变传送。在另一个实施例中，该电路框可以包括一个熵编码器。熵编码器压缩在输入36所接收到的信号，以便形成一个可提供给输出38的压缩信号。

第二信号组合单元26具有与编码器6的输出8耦合的第一输入28、具有与电路框34的输出38耦合的第二输入30，并具有一个输出端32。第二信号组合单元用于将在第一输入和在第二输入所接收到的信号相组合，以形成可通过传输介质TRM进行发射的发射信号。

如上所述的发射设备是如下工作的。加到输入端2上的数字信息信号被提供给编码器6。数字信息信号包括连续的数据块。编码器6将数字信息信号转换为一个编码信号。该编码信号被提供给编码器的输出8。编码器6包括系数选择装置。系数选择装置从数字信息信号的每个连续的数据中推导出系数或参数，这些系数或参数例如可以用在编码器内的自适应预测滤波器中，或是用在算术编码器用的概率表中。所选出的参数被传送给输出10。预测滤波器14从这些参数中导出一个预测信号。随后，第一信号组合单元18从这些系数中减去这一预测信号，以形成一个残余信号，它就是参数信号的表示法。通过形成一个参数的预测，并将其从该参数中减去，从而得到的一个残余信号，这样降低了幅度范围。预测滤波器14的第一传输函数例如可以是H(z)＝2z^-1-z^-2。预测滤波器的第二传输函数例如可以是H(z)＝3z^-1-3z^-2+z^-3。我们发现预测滤波器的一个传输函数H(z)＝9/8z^-1+5/8z^-2-6/8z^-3既提供了良好的压缩系数，又使硬件乘法系数得以相对简单地实现。有时参数信号具有很高的频率波动。在这种情况下，使用具有H(z)＝-z^-1的传输函数的预测滤波器，会产生一种残余信号，该残余信号的幅度范围具有所需的减小。如果电路框34将不变的信号传送到输出38，则由于残余信号的幅度范围的减小，而使发射残余信号所需的比特数比发射参数信号所需的比特数要小。如果电路框34包括熵编码器，则用于再现残余信号所需的比特数可进一步降低。从已有技术的情况中，我们知道熵编码器例如可以是一个Rice编码器。熵编码器压缩残余信号，以便形成一个压缩信号。为传输该压缩信号，需要比传输残余信号所需的比特数更少的比特数。熵编码器减少不减少比特数依赖于参数信号。同样，通过使用包括熵编码器而不是预测滤波器的发射设备，也可实现极大地减少用于参数信号的比特数。

在第二信号组合单元26中，在这些输入端所接收的信号被组合而形成传输信号。可通过下文中所要说明的相关的接收设备，而从这一传输信号中重建出数字信息信号。与利用不包括预测滤波器14的设备相比，在利用如前所述的发射设备来发射数字信息信号的情况时，所获得的比特率更低。由于传输介质所需的带宽是比特率的线性函数，所以依据本发明的发射设备需要更小的带宽来传输数字信息信号。换句话说，依据本发明的发射设备可通过具有固定带宽的传输介质在单位时间内可发射更多的信息。由于我们从已有技术中已经了解了第二信号组合单元26，所以不再详细地对其进行说明。

传输介质可以是一个传输信道或象磁记录载体或光记录载体这样的记录载体。传输信号通过传输介质TRM被传送到接收设备。

图2显示了依据本发明的发射设备的第二实施例。它与第一实施例的区别在于预测滤波器14的输入12与编码器6的输出10的耦合方式不同。出于这一原因，该设备包括第三信号组合单元40。第一输入42与第一信号组合单元18的输出24相耦合。第二输入44与预测滤波器14的输出22相耦合。第三信号组合单元用于将加到第一输入42和第二输入44上的信号与一个信号组合，以将其提供给输出46。第三信号组合单元40的输出46与预测滤波器14的输入12相耦合。在当前的例子中，信号组合单元表现为加法器信号组合单元，用于将在两个输入端所接收到的信号相加。第一实施例的功能与第二实施例的功能相同。

图3显示了用于接收传输信号的一个接收设备的实施例。该接收设备从所接收到的传输信号中得出原始信号的副本。

传输信号TRM在多路分离单元62的输入60被接收。多路分离单元62从传输信号TRM中得到编码信号和参数信号的表示。该编码信号被加到第一输出端64。该参数信号的表示被加到第二输出端66。

多路分离单元62具有与自适应译码器70的一个输入72耦合的第一输出64。自适应译码器70用于将在输入72上所接收的信号扩展为数字信息信号的的副本，而与在第二输入76上所接收的系数无关。这一副本被加到译码器70的一个输出74上。可依据第103次AES会议(美国纽约)的AES预印本4563，由Fons Bruekers等写的“ImprovedLossless Coding of 1-Bit Audio Signals”的说明了解一种译码器。输出74与接收设备的输出90耦合。

电路框92具有与输出66耦合的输入94，用于处理在输入94所接收到的信号，并将经处理的信号加到输出96上。这种处理可以是在输出96上的对信号的未经改变的传输。在另一个实施例中电路框92可以包括一个熵译码器。熵译码器对输入94上接收到的信号进行扩展，以形成可提供给输出96的一个扩展信号。熵译码器可以取Rice译码器的形式。

信号组合单元82具有与电路框92的输出96耦合的第一输入84、具有与预测滤波器78的一个输出80耦合的一个第二输入86，以及具有一个输出88。信号组合电路82用于将在第一输入84接收到的信号与在第二输入86接收到的信号相组合，以便形成一个参数信号，该参数信号被提供给输出88。信号组合单元82可以取加法器电路的形式，用于将在第二输入86接收到的信号与在第一输入84接收的信号相加。这一和信号被提供给输出88。预测滤波器78的结构与发射传输信号的发射设备中所用的预测滤波器14的结构相同。

图3所示的接收设备如下操作。多路信号分离单元62将输入60接收到的传输信号分为一个编码信号和一个参数信号的表示。这种参数信号的表示被提供给电路框92，并处理这一信号，以形成一个残余信号。残余信号和预测信号被加在一起，以在信号组合单元88中形成一个参数信号。该参数信号被提供给预测滤波器78和自适应译码器70。在预测滤波器78中，由参数信号中得到预测信号。在自适应译码器70中，编码信号被转换为数字信息信号的副本。在输入76上接收自适应译码器中的可调参数。可调参数例如可以是预测滤波器的系数或概率表中的值。

依据发射设备的实施例，接收设备仅包括一个预测滤波器78、或是一个预测滤波器78和以熵译码器形式出现的电路框92、或仅仅是以熵译码器形式出现的一个电路框92。

图4显示了取装置形式的发射设备，用于将数字信息信号记录在记录载体上。用图4中的电路框500替换图1中的框图。图4中的输入端2与图1中的输入端2相同，电路框500的输出32与图1中信号组合单元30的输出32相同。记录装置进一步包括一个误差校正编码器502、一个信道编码器504以及用于将信号写入记录载体508上的一个写入装置506。一般可从已有技术中了解到误差校正编码器和信道编码器。记录载体508可以是电磁式的。在这种情况下，写入装置506包括一个或多个磁头510，用于将信息写入记录载体508的轨迹上。在另一个实施例中，记录载体508是一个光信息载体。现在写入装置506包括一个光写入头510，用于将信息写入记录载体508的轨迹。

图5显示了取一种装置的形式的接收设备，用于从记录载体上重放数字信息信号。图5中的电路框600替换了图3的框图。电路框600的输入60与图3中的多路分离单元62内的输入60相同，图5中的输出90与图3中接收设备的输出90相同。重放装置还包括读取装置602、信道译码器606，如果可能还包括用于检测和校正信号内误差的装置608。信道译码器和误差检测/校正装置一般可由已有技术中得知。读取装置用于读出记录在记录载体508上的信号，并将该读出信号提供给信道译码器606。记录载体508可以是电磁型的。在这种情况下，读取装置602包括一个或多个磁头604，用于读取来自记录载体508的轨迹上的信息。在另一个实施例中，记录载体508是一个光信息载体。读取装置602现在包括一个光读取头604，用于读出来自记录载体508的一个轨迹上的信息。

依据本发明的装置既可包括发射设备又可包括接收设备。图4和图5所示的若干装置的组合构成了一个装置，它使数字信息信号能存储在记录载体上，并且稍后能读取并再现来自记录载体的数字信息信号。另一种可能是：既包括传输设备也包括接收设备的两个装置通过一个或多个传输介质相互进行通信。第一装置通过一个或多个传输介质，通过其发射设备向第二装置发射数字信息信号。第二装置利用接收设备接收这一信号，并在输出端再现这一信号。与此相似，第二装置可以通过第二传输介质向第二装置发射数字信息信号。依据传输介质的实际形式，可以使用一个或多个传输介质。

虽然是对通过举例给出的有限几个实施例进行说明，从而说明本发明，但是显然本发明并不仅限于这些例子。本领域的技术人员能够在未脱离权利要求书中所定义的本发明的范围内想象出各种修改。

本发明还在于其任意一个新颖的特性特征或多种特性特征的组合。

Claims (17)

1.一种通过传输介质发射数字信息信号的发射设备，包括：

——自适应编码器，用于将数字信息信号压缩为一个编码信号，并产生一个参数信号，

——第一信号组合单元，用于将编码信号与参数信号的表示法进行组合，以得到一个传输信号，用于通过传输介质进行传输，

其特征在于该发射设备包括：

——包括一个预测滤波器的一个设备，用于导出作为参数信号近似值的一个预测信号，

——第二信号组合单元，用于将预测信号和参数信号进行组合，以获得参数信号的表示。

2.如权利要求1所述的发射设备，其特征在于自适应编码器是一个算术编码器。

3.如权利要求1或2所述的发射设备，其特征在于所述自适应编码器包括一种自适应预测滤波器。

4.如权利要求1、2或3所述的发射设备，其特征在于所述参数信号包括自适应编码器的系数。

5.如前述权利要求之中任意一个权利要求所述的发射设备，该发射设备表现为一种用于向记录载体上记录传输信号的设备，且该发射设备包括一个误差校正编码器以及/或一个信道编码器单元。

6.一种用于接收包括编码信号和参数信号表示的传输信号的接收设备，该接收设备包括：

——用于接收来自传输介质的传输信号的接收装置，

——多路分离装置，用于从传输信号中导出编码信号和参数信号的表示，

——自适应译码器，用于将编码信号扩展为数字信息信号，而与参数信号无关，

其特征在于：

——信号组合单元，用于将参数信号表示与预测信号相组合，以形成一个参数信号，

——一个预测滤波器，用于导出作为参数信号近似值的预测信号。

7.如权利要求6所述的接收设备，其特征在于所述自适应译码器是一种算术译码器。

8.如权利要求6或7所述的接收设备，其特征在于所述自适应译码器包括一个自适应预测滤波器。

9.如权利要求6、7或8所述的接收设备，该接收设备表现为一种设备，用于再现记录在记录载体上的传输信号，且该接收设备包括一个信道译码器以及/或一个误差校正编码器。

10.如权利要求1所述的发射设备或如权利要求6所述的接收设备，其特征在于预测滤波器的传输函数至少为2。

11.如权利要求1所述的发射设备或如权利要求6所述的接收设备，其特征在于所述预测滤波器具有传输函数H(z)＝2z^-1-z^-2。

12.如权利要求1所述的发射设备或如权利要求6所述的接收设备，其特征在于预测滤波器具有传输函数H(z)＝3z^-1-3z^-2+z^-3。

13.如权利要求1所述的发射设备或如权利要求6所述的接收设备，其特征在于预测滤波器具有传输函数H(z)＝9/8z^-1+5/8z^-2-6/8z^-3。

14.如权利要求1所述的发射设备或如权利要求6所述的接收设备，其特征在于所述预测滤波器具有传输函数H(z)＝-z^-1。

15.一种包括如权利要求5所述的发射设备以及如权利要求9中所述的接收设备的装置。

16.一种通过传输介质发射一个数字信息信号和一个参数信号表示的方法，该方法包括以下步骤：

——接收数字信息信号，

——将数字信息信号压缩为一个编码信号以及一个参数信号，

——将所述编码信号和所述参数信号的一个表示组合为一个传输函数，以用于通过传输介质进行传输，

其特征在于该方法还包括以下步骤：

——导出作为所述参数信号近似值的一个预测信号，

——对所述预测信号和所述参数信号进行组合，以便得到参数信号的表示。

17.如权利要求16所述的方法，其中传输信号被存储在一个记录载体上。