CN1216178A - 对于批量数字信息信号的数据压缩/扩展 - Google Patents

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Abstract

一种数据压缩设备拟用于对至少第一路和第二路数字信息信号(L0,L1,L2,…,R0,R1,R2,…)作数据压缩,至少两路数字信息信号中的每一路都包含后续样本。该设备包括一个用来接收第一路和第二路数字信息信号的输入端(1,2),以及一个将第一路和第二路数字信息信号样本依次归并为数据流,以便得到复合信息信号(L0,R0,L1,R1,L2,R2,…)的归并单元(6)。并且,数据压缩单元(12)对该复合信息信号作数据压缩以得到数据压缩复合信息信号,输出端(16)对外提供数据压缩复合信息信号。

Description

对于批量数字信息信号的数据压缩/扩展
本发明涉及一种数据压缩设备，该设备用于对至少第一路和第二路数字信息信号作数据压缩，至少两路数字信息信号中的每一路都包含后续样本，该数据压缩设备包括：
-接收第一路和第二路数字信息信号的装置，
-将第一路和第二路数字信息信号合并以得到复合信息信号的信号合并装置，
-对复合信息信号作数据压缩以得到数据压缩复合信息信号的数据压缩装置，
-提供数据压缩复合信息信号的输出装置，它将数据压缩复合信息信号提供给数据扩展设备，数据扩展设备用来对从至少第一和第二路数字信息信号得到的数据压缩复合信息信号作数据扩展，该扩展设备包括
-接收数据压缩复合信息信号的输入装置，
-数据扩展装置，用于对数据压缩复合信息信号作数据扩展以得到数据扩展复合信息信号，
-还原装置，从数据扩展复合信息信号中还原得到第一和第二路数字信息信号的复制品，
-提供至少第一和第二路数字信息信号复制品的输出装置，它可将信号输出到包含数据压缩设备的发送器，输出到包含数据扩展设备的接收器，输出到用于数据压缩的方法(method)，输出到用于数据扩展的方法(method)和输出到记录载体。
对立体声信号作数据压缩在本技术领域是公知的。本文参考了EP-A 402,973，即所附相关文件目录中的文件D1。该文件描述了一种子带编码器，其中立体声信号的左右声道信号成分均以某一特定的采样频率如44.1kHz作A/D转换，则采样结果为24比特字宽的声音信号形式，提供给一子带分离滤波器。该子带分离滤波器将声音信号成分分离为许多相关的窄带子带信号。利用听觉心理分析模型(psycho acoustic model)可得到一屏蔽阈值，通过给每个子带信号块的每个样本分配某一特定比特数的方法，子带信号的样本块被数值量化，因上述的屏蔽阈值量化导致大量数据压缩的声音信号得以发送。数据压缩的实现是基于“丢掉”那些听不见的声音信号成分，所以这是一种有损压缩方法。
在强度立体声模式中，通过对立体声信号左右声道信号成分的信号样本合并在同一子带中，将它们相加获得复合子带信号样本，然后对该复合子带信号样本作数据压缩，还可以获得进一步的数据缩减。
文件D1中描述的数据压缩是一种相对智能化的数据压缩方法，需要一定数量的门电路或指令，当分别用硬件或软件实现时，花费是较贵的。并且在分别用硬件或软件实现时，后续的数据扩展设备也需要一定数量的门电路或指令。
本发明旨在提供一种数据处理设备，它对至少第一路和第二路数字信息信号作数据压缩，以便信息信号能以一种更简单的方式被数据压缩，用一种更简单的数据压缩器例如无损编码器。而且，相应的扩展设备也可更简单和便宜。
依照本发明的数据压缩设备包括归并装置(merging means)，它将第一路和第二路数字信息信号样本依次归并为数据流以获得所述复合信息信号，该数据压缩装置具有一用于接收控制信号的控制输入端，该数据压缩装置用于响应控制信号的改变以用于对复合信息信号的数据压缩，该控制信号产生装置用来产生控制信号，所述控制信号产生装置具有一用于接收复合信息信号的输入端，并响应复合信息信号来适应于产生控制信号。
该数据压缩设备、相应的数据扩展设备、包括该数据压缩设备的发送器、包含该数据扩展设备的接收器和记录载体的优选实施例，是从属权利要求的主题。
通过参考下列附图中给出的实施例可以明了和理解本发明的这些和其它方面特性，其中
图1表示数据压缩设备的实施例，
图2表示数据压缩设备的另一实施例，
图3表示归并单元的另一实施例，
图4表示图1中的数据压缩设备，该数据压缩设备包含在用于将数据压缩复合信号录制在记录载体上的记录设备中，
图5表示该数据压缩设备，该数据压缩设备包含在用于经传输媒介将数据压缩复合信号发送出去的发送设备中，
图6表示该记录设备的另一实施例，它还包含纠错编码器和信道编码器，
图7表示数据扩展设备的实施例，数据扩展设备将数据压缩复合信号扩展为原始信息信号的复制品，
图8表示该数据扩展设备的另一实施例，
图9表示该还原单元的另一实施例，
图10表示图7中的数据扩展设备，该数据扩展设备包含在用于从记录载体重新产生数据压缩复合信号的再生设备中，以及
图11表示图7中的数据扩展设备，该数据扩展设备包含在用于从传输媒介接收数据压缩复合信号的接收设备中，
图12表示该再生设备的另一实施例，它还包括信道解码器和纠错单元，
图1表示依照本发明的数据压缩设备的实施例，包括用来接收第一路数字信息信号的样本L0,L1,L2,…的输入终端1和用来接收第二路数字信息信号的样本R0,R1,R2,…的输入终端2。在本例中，第一路和第二路数字信息信号即立体声信号中相应的左右声道信号成分。
输入终端1与归并单元6的第一个输入端3连接。输入终端2与归并单元6的第二个输入端4连接。归并单元6的输出端8与数据压缩单元12的输入端10连接，而数据压缩单元12的输出端14与输出终端16连接。并且，控制信号产生单元18可用，它的输入端与归并单元6的输出端8连接，它的输出端与数据压缩单元12的控制信号输入端19连接。
图1所示的设备以如下方式运行。立体声信号左右声道信号成分的样本输入归并单元6，归并单元6以某种方法将样本归并为一复合数据流，所述样本在复合数据流中按如下序列排列：
L0,R0,L1,R1,L2,R2,L3,……
这样得到的复合信号送往数据压缩单元12，数据压缩单元最好是无损数据压缩编码器，例如哈夫曼类型编码器或算术编码器。
无损编码器的好处是，它们对信息信号作数据压缩后再用无损解码器作数据扩展，原先的信息信号能基本上以无损失的方式被还原。也就是说在压缩一扩展过程后信息基本上没有丢失。无损编码器可以为可变长编码器。可变长编码器在本技术领域是公知的。这种可变长编码器的例子为(前面已提及的)哈夫曼编码器，算术编码器和Lempel-Ziv编码器。本文参考了D.A.Huffman著的‘一种构造最小冗余码的方法’(‘A method for the construction of minimum-redundancy codes’)，即相关文件目录中的文件D2,G.G.Langdon著的‘算术编码初步’(‘An introduction to arithmetic coding’)，即相关文件目录中的文件D3,J.Ziv et al著的‘序列数据压缩的一种通用算法’(‘A universal algorithm for sequential datacompression’)，即相关文件目录中的文件D4。
数据压缩单元12对复合信号作的数据压缩受送到其控制输入端19的控制信号的影响，并在输出端14产生相对应的数据压缩复合信号。
控制信号产生单元18响应在归并单元6的输出端8上的复合信号而产生控制信号。当压缩单元12为哈夫曼编码器时，输入端19的控制信号是一代表了具有某一幅度的样本的出现几率的统计信号。当压缩单元12为算术编码器时，控制信号同样是一统计信号，它也代表了复合信号中样本的出现几率。
将图1设备得到的压缩率和分别对两路数字信息信号作数据压缩得到的压缩率进行比较，可以知道图1的设备有4％的更优性能。数据压缩可以在块方式的基础上进行，复合信息信号的批量样本块可在数据压缩单元12中进行数据压缩。这些获得的块包含第一路信息信号的样本(Li)和随后的第二路信息信号的样本(Ri)。这些块之前可以有一个同步字。有了同步字，才能在相应数据扩展设备中接收的基础上将复合信号分离为离散的信息信号。
图2表示依照本发明的压缩设备的另一实施例。图2的压缩设备和图1的设备有很多相似之处。图2的设备包括了图1中已论及的所有组成部分，并且还包括了一个预测单元20，该单元接在归并单元6和数据压缩单元12之间。预测单元20包含一个预测器22和一个信号合并单元24，其中信号合并单元24是减法器。预测器对输入信号作预测并在它的输出端提供预测结果。信号合并单元24将原始复合信号和预测结果相减得到一残余信号，该信号从预测单元20的输出端26输出。
图2还给出了更精细的控制信号产生单元18’，它包括与预测器22和转换单元21的串联。转换单元21从预测器的输出信号产生统计信号，用作数据原始单元12的控制信号。
这里应该提及，预测单元20中预测器22和信号合并单元24的电路结构可以与图2中的电路结构有所不同。例如，预测器22可以连在信号合并单元24的输出端至本单元第二输入端的反馈路径上，参看图8。在该实施例中，预测器22从残余信号产生信号预测结果，提供给合并单元24第一输入端。
数据压缩设备的另一实施例的归并单元如图3所示。图3中的归并单元6’能把三路信息信号归并为一路复合信号。在本例中，三路信息信号分别为立体声的左右声道信号成分和相应的中央信号。这些样本归并为如下所示的复合信号数据流：
L0,R0,C0,L1,R1,C1,L2,R2,C2,…
类似地还可以产生其它的序列。例如以不同的顺序，或每次归并例如同一信号的两个样本。
图4表示一个记录设备的实施例，该记录设备包括了图1中所示的数据压缩设备，而数据压缩设备又可包含图2列出的预测单元。记录设备还包括一写单元50，用来把数据压缩复合信号写在记录载体52的一个记录道上。在本例中，记录载体52是一磁记录载体，所以写单元50至少包含一个磁头54将数据压缩复合信号写到记录载体52上。记录载体也可以是光记录载体，例如CD盘或DVD盘。
图5表示一发送器的实施例，它经由传输媒介TRM将数据压缩复合信号发送出去，该发送器包含图1所示的数据压缩设备，而数据压缩设备也可包含图2所示的预测单元。发送器还包括一用于将数据压缩复合信号送至传输媒介TRM的发送单元60。发送单元60一般包含一天线62。
经由传输媒介的发送，例如经由无线电频率链接或记录载体，通常需要在发送之前对数据压缩复合信号作纠错编码和信道编码。图6表示在用于图4中记录过程的数据压缩复合信号上所作的这些处理步骤。因而图6的记录过程包括了在本技术领域中公知的纠错编码器56和信道编码器58。
图7表示依照本发明的数据扩展设备的实施例，该扩展设备可将数据压缩复合信号还原为原始立体声信号左右声道信号成分的复制品。它有一用来接收原始数据复合信号的输入终端70，该原始数据复合信号由图1中的数据压缩设备提供。输入终端70与数据扩展单元74的输入端72连接，数据扩展单元74的输出端76与还原单元单元80的输入端78连接。还原单元80有两个输出端82和84，分别与第一和第二输出终端86和88连接。
该数据扩展单元74还有一用来接收控制信号的控制输入端73。该数据扩展单元74响应提供给所述控制信号输入端73的控制信号以用于对数据压缩复合信号的数据扩展，以便在输出端76获得需要的数据扩展复合信息信号。控制信号产生单元75的输入端与扩展单元的输出76连接，控制信号产生单元75的输出端与扩展单元74的输入73连接。
图7的设备从输入端70接收数据压缩复合信号，然后将信号传送到数据扩展单元74的输入端72。数据扩展单元74对数据压缩复合信号执行数据扩展步骤，数据扩展步骤也就是图1所示数据压缩单元12进行的数据压缩步骤的反步骤。结果，原始复合信号的复制品被产生，并被送往输出端76。复合信号的复制品接着送往还原单元80。还原单元80将输给它的数据流分离为两路数据流，复合信号中的奇数号样本输出到其中的一个输出端如82，偶数号样本则输出到另一输出端。因而，立体声信号左右声道信号成分的复制品分别出现在终端86和终端88。
该控制信号产生器75响应所述扩展数据复合信号而产生控制信号。
图8表示依照本发明的扩展设备的另一实施例。图8中的扩展设备与图7中的设备有很大的相似之处。图8的设备除包括图7中设备的所有组成部分外，还包括一预测单元90，它连接在数据扩展单元74、还原单元80和转换单元77之间。预测单元90包含一个预测器92和一个信号合并单元94，合并单元为加法器。预测器92对输入的信号进行预测并将预测信号送到输出端。信号合并单元94将原始残余复合信号的复制品加在复合信号的预测值上，得到复合信号的复制品，然后送往预测单元90的输出端96。
图8还给出了一个更加精细的控制信号产生单元75’，它包含与预测器92和转换单元77的串联连接。转换单元77从预测器的输出信号产生统计信号，该统计信号用作数据扩展单元74的控制信号。还应提及，图8实施例中的预测单元90也可以具有如图2中所示的电路结构。
数据扩展设备的另一实施例的还原单元如图9所示。图9的还原单元80’可从复合信号的复制品中还原出三路信息信号。在本例中，这三路信息信号分别为立体声信号的左右声道信号成分和对应的中央信号。
图10表示图7所示的数据扩展设备，该数据扩展设备包含在与一再生设备中。该再生设备又包括一个读取单元100，该读取单元从记录载体52的记录道上读取数据压缩复合信号。在本例中，记录载体52为磁记录载体，所以读取单元100至少包含一个磁头102，用来从记录载体52读取数据压缩复合信号。然而，记录载体还可以为光记录载体，例如CD盘或DVD盘。
图11表示一接收器的实施例，该接收器经由传输媒介TRM接收数据压缩复合信号，该传输媒介TRM包含图7所示的数据扩展设备。该接收器还包括接收单元105，用来从传输媒介TRM接收数据压缩复合信号。该接收单元105可包含天线107。
由以上说明可知，经由传输媒介的传输，例如经由无线电频率链接或某一记录载体，发送前通常需要对残余信号作纠错编码和信道编码，所以在接收端也需要作相应的信道解码码和纠错解码。图12表示对接收信号作信道解码和纠错的处理步骤，而接收信号是由读取装置100接收以用于图10所示的再生设备。因此图12所示的再生设备包含了在本技术领域中公知的信道解码器110和纠错单元112，用来得到数据压缩复合信号的复制品。
本发明是以优选实施例为参考进行描述的，应理解的是，本发明并不仅限于这些实例。所以，各种不背离由权利要求中限定的本发明范围的各种修改对于熟悉本技术领域的技术人员来说是显而易见的。如上所述，将多于两路的信息信号归并为一路复合信号以实现数据压缩是可能的。
并且，本发明还在于它的每一个新颖性特征或这些特征的组合。
                  相关文件目录(D1)EP-A 402,973(PHN 13.241)(D2)‘一种构造最小冗余码的方法’，D.A.Huffman著，in Proc.
of the IRE,Vol.40(10),September 1952.(D3)‘算术编码初步’，G.G.Langdon著，IBM J.Res.Develop.,
Vol.28(2),March 1984.(D4)‘序列数据压缩的一种通用算法’，J.Ziv等人著，IEEE Trans.
on Inform.Theory,Vol.IT-23,1997．

Claims (22)

1．一种用于对至少第一路和第二路数字信息信号作数据压缩的数据压缩设备，至少两路信息信号中的每一路都包含后续样本，该设备包括：
-接收第一路和第二路数字信息信号的装置，
-将第一路和第二路数字信息信号合并以得到复合信息信号的信号合并装置，
-对复合信息信号作数据压缩以得到数据压缩复合信息信号的数据压缩装置，
-提供数据压缩复合信息信号的输出装置，
其特征在于该信号合并装置包含了归并装置，该归并装置用来将第一路和第二路数字信息信号依次归并为一路数据流，以获得上述的复合信息信号，
上述数据压缩装置有一用来接收控制信号的控制输入端，并响应该控制信号以用于对复合信息信号的数据压缩，而控制信号产生装置用来产生控制信号，该控制信号产生装置有一输入端用来接收复合信息信号，并响应复合信息信号以用于产生控制信号。
2．权利要求1所述的数据压缩设备，其中，该控制信号代表了复合信号的一个统计参数。
3．权利要求1或2所述的设备，对n个数字信息信号作数据压缩，其中n≥2，其特征在于，信号合并装置能循环地将n个数字信息信号中每个信号的样本依次归并为复合信息信号。
4．权利要求1,2或3所述的设备，其特征在于该数据压缩装置包含了无损压缩装置。
5．权利要求4所述的设备，其特征在于该数据压缩装置还包括预测装置和无损压缩装置，其中该预测装置用来对复合信息信号作预测并获得残余复合信号，该无损压缩装置能对残余复合信号作无损压缩以获得压缩数据复合信息信号。
6．权利要求4或5所述的设备，其特征在于该无损压缩装置包含一哈夫曼类型编码器或算术编码器。
7．发送器经由传输媒介发送压缩数据数字信息信号，发送器包括了在前述任一权利要求中所述的数据压缩设备，发送器还包括将数据压缩复合信息信号应用于传输媒介的设备。
8．权利要求7所述的发送器，其中的发送器还包括纠错编码装置和/或信道编码装置，因为在将数据压缩复合信息信号作用于传输媒介之前，必须对数据压缩复合信息信号进行纠错编码和/或信道编码。
9．权利要求7或8所述的发送器，它以记录设备的形式出现，把数据压缩复合信息信号录制在记录载体的记录道上，该发送器还包括将数据压缩复合信息信号写于记录载体的写装置。
10．数据扩展设备用来对从至少第一路和第二路数字信息信号得到的数据压缩复合信息信号作数据扩展，该数据扩展设备包括
-接收数据压缩复合信息信号的输入装置，
-数据扩展装置，用于对数据压缩复合信息信号作数据扩展以得到数据扩展复合信息信号，
-还原装置，从数据扩展复合信息信号中还原得到第一路和第二路数字信息信号的复制品，
-提供至少第一路和第二路数字信息信号的复制品的输出装置，
其特征在于，还原装置能从扩展数据复合信号中还原出个别的样本，以便得到至少第一路和第二路数字信息信号的复制品，
上述数据扩展装置还有一接收控制信号的控制输入端，扩展装置响应所述控制信号以用于对数据压缩复合信息信号作数据扩展，以便获得数据扩展复合信息信号，而控制信号产生装置用来产生所述控制信号，该控制信号产生装置有一用来接收数据扩展复合信息信号的输入端，并响应所述数据扩展复合信息信号以用于产生所述控制信号。
11．权利要求10所述的数据扩展设备，其中的控制信号代表了扩展数据复合信号的一个统计参数。
12．权利要求10或11所述的设备，对从n个数字信息信号得到的数据压缩复合信息信号作数据扩展，其中n≥2，其特征在于该还原装置能循环地从数据扩展复合信息信号依次还原n个数字信息信号中每个信号的样本。
13．权利要求10,11或12所述的设备，其特征在于该数据扩展装置包含无损扩展装置。
14．权利要求13所述的设备，其特征在于该数据扩展装置还包括预测装置，该预测装置通过该无损扩展装置对信号作预测步骤，以便得到所述数据扩展复合信息信号。
15．接收器用来接收来自传输媒介的数据压缩复合信息信号，其中，该接收器包含了权利要求10到14中的任一权利要求的数据扩展设备，该接收器还包括由传输媒介接收数据压缩复合信息信号的装置。
16．权利要求15所述的接收器，其中该接收器还包括信道解码装置和/或纠错装置，因为在对数据压缩复合信息信号作数据扩展之前，需对数据压缩复合信息信号作信道解码和/或纠错。
17．权利要求15或16所述的接收器，它以再生设备的形式出现，从记录载体的记录道再生数据压缩复合信息信号，该接收器还包括用来从记录载体读取数据压缩复合信息信号的读取装置。
18．一种用来对至少第一路和第二路数字信息信号作数据压缩的方法，至少两路数字信息信号的每一路都包含后续样本，该方法包括以下步骤：
-接收复合信息信号，该复合信息信号包含被依次归并为一路数据流的第一路和第二路数字信息信号的样本，
-从所述复合信息信号产生控制信号，
-响应所述控制信号以对该复合信息信号作数据压缩，以便获得数据压缩复合信息信号，
-提供数据压缩复合信息信号，
19．权利要求18的方法，其特征在于接收步骤包括以下子步骤
-接收第一路和第二路数字信息信号，
-将第一路和第二路数字信息信号依次归并为一路数据流以获得复合信息信号。
20．一种数据扩展的方法，对从至少第一路和第二路数字信息信号得到的数据压缩复合信息信号进行数据扩展，该方法包括以下步骤：
-接收数据压缩复合信息信号，
-响应控制信号以对数据压缩复合信息信号作数据扩展，以便得到数据扩展复合信息信号，该数据扩展复合信息信号包含被依次归并为一路数据流的第一路和第二路数字信息信号的样本，以及一从数据扩展复合信息信号产生所述控制信号。
21．权利要求20所述的方法，其特征还在于如下步骤：
-从扩展数据复合信号还原每个单独的样本，以便获得至少第一路和第二路数字信息信号的复制品，
-提供至少第一路和第二路数字信息信号的复制品。
22．由权利要求9所述的发送器得到的记录载体，包含了录制在所述记录载体记录道上的数据压缩复合信号。
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Contract fulfillment period: From September 10, 2002 to September 10, 2012

Contract record no.: 051000030031

Denomination of invention: Data compression / expansion for bulk digital information signals

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License type: General permission

Record date: 20050221

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Name of requester: SHENZHEN SHAN LING DIGITAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT

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