DE19758853B4 - Entropy encoder for compression and expansion of data - includes series of encoding tables which are coupled to receive state information and to encode bits of input data in response to state information - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Datenkompressions- und -dekompressionssysteme; die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Dekoder gemäß Anspruch 1, ein System mit einem Kodierer und einem Dekoder nach Anspruch 8 sowie ein Verfahren zum Dekodieren gemäß Anspruch 9.The The present invention relates to the field of data compression and decompression systems; The present invention relates in particular to a decoder according to claim 1, a system with an encoder and a decoder according to claim 8 and a method for decoding according to claim 9th
Die Datenkompression ist ein äußerst nützliches Werkzeug zum Speichern und Übertragen großer Datenmengen. Zum Beispiel wird die zum Übertragen eines Bildes erforderliche Zeit, wie etwa eine Faksimileübertragung eines Dokuments, äußerst stark verringert, wenn eine Kompression verwendet wird, um die Anzahl von Bits zu verringern, die erforderlich ist, um das Bild zu rekonstruieren.The Data compression is extremely useful Tool for saving and transferring greater Amounts of data. For example, the required to transfer an image Time, such as a facsimile transmission a document, extremely strong decreases when compression is used to reduce the number of Reduce bits required to reconstruct the image.
Bei einigen Kompressionssystemen wird ein Eingabefeld oder Datensatz in eine Abfolge von Entscheidungen unter der Vorgabe eines Entscheidungsmodells übersetzt.at Some compression systems become an input field or record translated into a sequence of decisions under the guidance of a decision model.
Jede Entscheidung hat eine damit verknüpfte Wahrscheinlichkeit und basiert auf dieser Wahrscheinlichkeit, wobei ein Ausgabekode erzeugt wird und dem komprimierten Feld angehängt wird. Um dieses kodierte System zu realisieren, haben Kompressionssysteme drei Teile: ein Entscheidungsmodell, ein Wahrscheinlichkeitsabschätzungsmodell und einen Bitstromgenerator. Das Entscheidungsmodell empfängt die Eingangsdaten und übersetzt die Daten in einen Entscheidungssatz, den das Kompressionssystem verwendet, um die Daten zu kodieren. Auf das Entscheidungsmodell wird üblicherweise als einem Kontektmodell Bezug genommen. Das Wahrscheinlichkeitsabschätzungsverfahren ist eine Prozedur zum Entwickeln der Wahrscheinlichkeitsabschätzung für die Wahrscheinlichkeit jeder Entscheidung. Der Bitstromgenerator führt das letztendliche Bitstromkodieren durch, um den Ausgangskode zu erzeugen, der der komprimierte Datensatz oder das komprimierte Feld ist. Die Kompression kann wirksam in einem oder beiden der Entscheidungsmodelle und dem Bitgenerator auftreten.each Decision has an associated probability and based on this probability, generating an output code is appended to the compressed field. To this coded system compression systems have three parts: a decision model, a probability estimation model and a bitstream generator. The decision model receives the Input data and translated the data into a decision set, the compression system used to encode the data. On the decision model becomes common referred to as a Kontektmodell. The probability estimation method is a procedure for developing the likelihood probability estimate every decision. The bitstream generator performs the final bitstream coding through to produce the output code of the compressed data set or the compressed field. The compression can be effective in one or both of the decision models and the bit generator occur.
Eine Kompressionstechnik, die weithin eingesetzt wird, ist da arithmetische Kodieren. Arithmetisches Kodieren bildet einen Datenstring (d.h. eine "Nachricht") auf einen Kodestring in einer derartigen Weise ab, daß die Originalnachricht aus dem Kodestring bzw. der Kodefolge zurückgewonnen werden kann. Für eine Erörterung des arithmetische Kodierens siehe Glenn G. Langdon, Jr., "An Introduction to Arithmetic Coding", IBM Journal of Research and Development, Band 28, Nr. 2 (März 1984). Ein wünschenswertes Merkmal von einigen älteren arithmetischen Kodiersystemen ist, daß die Kompression in einer einzigen Durchlaufabfolge über die Daten ohne einen festen Satz von Statistiken durchgeführt wird, um die Daten zu kodieren. Auf diese Weise ist das arithmetische Kodieren angepaßt.A Compression technique, which is widely used, is because arithmetic Encode. Arithmetic coding forms a data string (i.e. a "message") on a code string in such a way that the original message from the Kodestring or the code sequence can be recovered. For a discussion of arithmetic coding, see Glenn G. Langdon, Jr., "An Introduction to Arithmetic Coding ", IBM Journal of Research and Development, Vol. 28, No. 2 (March 1984). A desirable one Characteristic of some older ones arithmetic coding systems is that the compression in one single pass sequence over the Data is performed without a fixed set of statistics, to encode the data. This is the arithmetic Coded adapted.
Ein binärer Arithmetikkodierer ist eine Art von arithmetischem Kodiersystem. In einem binären arithmetischen Kodiersystem kann die Auswahl eines Symbols aus einer Liste bzw. einem Satz von Symbolen als eine Abfolge von binären Entscheidungen kodiert werden. Ein Beispiel eines binären Arithmetikkodierers ist der Q-Kodierer, der von IBM von Armonk, New York, entwickelt worden ist.One binary Arithmetic coder is a kind of arithmetic coding system. In a binary Arithmetic coding system can be the selection of a symbol from a List or a set of symbols encoded as a sequence of binary decisions become. An example of a binary Arithmetic Encoder is the Q Encoder developed by IBM by Armonk, New York, has been developed.
Die Maschinenendzustands(FSM)-Kodierer sind im Stand der Technik verwendet worden, um ein wirksames Entropiekodieren für einzelne Bits mit einer verknüpften Wahrscheinlichkeitsabschätzung bereitzustellen. Einige dieser FSM-Kodierer sind als Nachschlagetabellen bzw. Tabellen (LUTs) realisiert worden. Siehe hierzu beispielsweise die US-Patente Nrn. 5,272,478 A und 5,363,099 A Als ein Beispiel einer Endzustandsmaschine, die eine Kanalmodulation und eine Fehlerkorrektur mit Entropiekodieren durchführt, sei auf das US-Patent Nr. 5,475,388 A verwiesen.The Final machine state (FSM) encoders are used in the art to provide efficient entropy coding for individual bits with associated probability estimation. Some of these FSM encoders are lookup tables (LUTs) has been realized. See, for example, the US patents Nos. 5,272,478 A and 5,363,099 A As an example of a final state machine, which encode channel modulation and error correction with entropy performs, Reference is made to U.S. Patent No. 5,475,388.
Im allgemeinen sind Endzustandsmaschinen, die LUTs verwenden, für Mehr-Bitsymbole nicht schnell. Falls z.B. eine Zahl zwischen einschließlich 0 und 7 zu kodieren ist, muß die Zahl in ein Minimum von drei Bits getrennt werden, wodurch drei separate Tabellennachschläge erforderlich werden. Der aufsummierte Aufwand von drei getrennten Nachschlägen verlangsamt den Kodierungsprozeß. Was erforderlich ist, ist, daß mehrere Tabellennachschläge vermieden werden, während Mehr-Bitsymbole kodiert werden.in the In general, final state machines that use LUTs are for multi-bit symbols not fast. If e.g. a number between 0 inclusive and 7 is to be coded, the Number can be separated into a minimum of three bits, creating three separate table lookups be required. The summed effort of three separate lookups slows down the coding process. What is needed is that avoiding multiple table lookups be while Multi-bit symbols are encoded.
Das Kodieren nach Huffman stellt ein m-faches Kodieren zur Verfügung, bei dem ein Mehrfachsymbol kodiert und/oder dekodiert wird. Das Huffman-Kodieren erzeugt Kodes mit variabler Länge, die integrale (nicht bruchstückhafte) Bitzahlen sind. Mit anderen Worten, es gibt keine Zeit, zu der der Kodierer Informationen enthält, die einige der Bits bewirkt, die gerade auszugeben sind. Symbole mit höheren Wahrscheinlichkeiten erhalten kürzere Kodes.Huffman coding provides m-fold coding in which a multiple symbol is encoded and / or decoded. Huffman coding produces variable length codes that are integral (not fragmentary) bit numbers are. In other words, there is no time at which the encoder contains information that causes some of the bits that are currently being output. Symbols with higher probabilities receive shorter codes.
Das Datenkodieren und -dekodieren sind äußerst zeitintensive Betätigungen. In vielen Systemen wird die Wahrscheinlichkeitsabschätzung unter Verwendung einer Tabelle durchgeführt. Wenn sowohl die Wahrscheinlichkeitsabschätzung als auch das Entropiekodieren als LUTs realisiert werden, werden separate Nachschläge in Tabellen ohne Parallelität erforderlich. Es ist wünschenswert, getrennte Nachschläge in Tabellen, falls möglich, zu vermeiden, um die Zeitmenge zu verringern, um die Wahrscheinlichkeitsabschätzung und das Entropiekodieren nach dem Stand der Technik durchzuführen.The Data encoding and decoding are extremely time consuming operations. In many systems, the probability estimate is under Using a table performed. If both the probability estimate as also the entropy coding are realized as LUTs, become separate lookups in tables without parallelism required. It is desirable separate lookups in tables, if possible, to reduce the amount of time to the probability estimate and To perform the Entropiekodieren according to the prior art.
Im Stand der Technik ist das Entropiekodieren üblicherweise schnell durchgeführt worden, jedoch ohne die bestmögliche Kompression, über beispielsweise das Kodieren nach Huffman, oder ist vollkommen adaptiv bzw. angepaßt gewesen, z.B. noch langsamer über arithmetisches Kodieren. Es ist wünschenswert, derartige Operationen bzw. Betätigungen zu beschleunigen, während sie angepaßt bzw. adaptiv bleiben.in the In the prior art, entropy coding has usually been done quickly, but without the best possible Compression, over for example, coding according to Huffman, or is completely adaptive or adapted been, e.g. even slower over arithmetic coding. It is desirable to have such operations or actuations to accelerate while they adapted or remain adaptive.
Die vorliegende Erfindung stellt eine erhöhte Geschwindigkeit für das Entropiekodieren unter Verwendung eines Endzustandsmaschinenkodierers bzw. eines Maschinenkodierers mit finitem Zustand zur Verfügung, der dazu in der Lage ist, Eingänge mit n Bits unterzubringen. Die vorliegende Erfindung stellt ferner das Kodieren von m-fachen Symbolen, wie das Kodieren nach Huffman, bereit, mit der Ausnahme einer nicht-integralen Anzahl von Bits (bruchstückhaften bzw. fraktionierten). Die vorliegende Erfindung stellt auch eher einen einzigen Tabellennachschlag sowohl für die Wahrscheinlichkeitsabschätzung als auch die Biterzeugung als zwei getrennte Betätigungen bzw. Operationen zur Verfügung.The The present invention provides increased speed for entropy coding using a final state machine encoder Machine encoder with finite state available, capable of doing so is, inputs to accommodate with n bits. The present invention further provides encoding m-fold symbols, such as Huffman coding, ready, with the exception of a non-integral number of bits (Sketchy or fractionated). The present invention is also more likely a single table lookup for both the probability estimate and also the bit generation as two separate operations for the Available.
Die vorliegende Erfindung löst die eingangs genannten Aufgaben bzw. Nachteile im Stand der Technik durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1, 8 und 9. Vorteilhafte Ausführungsformen dieser unabhängigen Ansprüche werden durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale vorgeschlagen.The present invention solves the tasks and disadvantages mentioned in the prior art by things the independent one claims 1, 8 and 9. Advantageous embodiments this independent claims are proposed by the features listed in the subclaims.
Ein m-facher Endzustandsmaschinenkodierer bzw. Maschinenkodierer mit finitem Zustand wird beschrieben. Bei einer Ausführungsform weist der Kodierer nach der vorliegenden Erfindung eine Kanalzustands-Speichereinrichtung und eine Entropiekodierungs-Nachschlagtabelle auf, die Zustandsinformationen von der Kanalzustands- Speichereinrichtung empfängt. Die Entropiekodierungstabelle kodiert n Bits von Eingangsdaten zu einer Zeit bzw. zur gleichen Zeit in Reaktion auf die Zustandsinformation von der Kanalzustands-Speichereinrichtung, wo bei n ≥ 2 ist.One m-fold final state machine encoder or machine encoder with Finite state is described. In one embodiment, the encoder according to the present invention, a channel state memory device and an entropy coding lookup table on, the state information from the channel state storage device receives. The entropy coding table encodes n bits of input data a time at the same time in response to the state information from the channel state storage device, where n≥2.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der im einzelnen dargelegten Beschreibung zu verstehen sein, die unten angeführt ist, und aus den begleitenden Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die jedoch nicht dazu benutzt werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen einzuschränken, sondern nur zur Erläuterung und zum Verständnis sind.The The present invention will be more fully understood from the detailed the description given below, and from the accompanying drawings of various embodiments of the invention, which, however, should not be used to to limit the invention to the specific embodiments, but for explanation only and for understanding are.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Komprimieren und Dekomprimieren wird beschrieben. In der nachfolgenden, im einzelnen dargelegten Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten in den Vordergrund gerückt, wie etwa Arten von Kodierern, Anzahlen von Bits, Signalnamen usw., um ein sorgfältiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Jedoch wird es dem Fachmann im Stand der Technik vor Augen geführt, daß die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Beispielen sind wohlbekannte Strukturen und Einrichtungen in der Gestalt von Blockdiagrammen eher als im einzelnen gezeigt, um es zu vermeiden, daß die vorliegende Erfindung unklar gemacht wird.One Method and device for compressing and decompressing is described. In the following, detailed Description of the present invention will be numerous specific Details have come to the fore, such as types of encoders, Numbers of bits, signal names, etc., to get a thorough understanding of the to enable the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention Invention be practiced without these specific details can. In other instances, well-known structures and devices are known in the art the shape of block diagrams rather than shown in detail to avoid that present invention is made unclear.
Einige Teile der im einzelnen dargelegten Beschreibungen, die folgen, werden in Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen, die auf Daten innerhalb eines Computerspeichers angewendet werden, dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die durch die Datenverarbeitungsfachleute im Stand der Technik verwendet werden, um das wesentliche bzw. die Substanz ihrer Arbeit anderen Fachleuten im Stand der Technik am wirksamsten zu übermitteln. Ein Algorithmus wird hier und allgemein als eine selbstkonsistente Abfolge von Schritten aufgefaßt, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte sind von der Art, die physikalische Manipulationen von physikalischen Größen bzw. Mengen erfordern. Obwohl dies üblicherweise nicht erforderlich ist, haben die Größen die Gestalt von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anders manipuliert bzw. verändert werden können. Es hat sich vor einiger Zeit als angenehm erwiesen, prinzipiell aus Gründen der allgemeinen Verwendung, auf diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Charakter, Ausdrücke, Zahlen bzw. Ziffern oder dergleichen Bezug zu nehmen.Some Portions of the detailed descriptions that follow will become in algorithms and symbolic representations of operations that to be applied to data within a computer memory. These algorithmic descriptions and representations are the Means provided by the data processing experts in the art be used to the essential or the substance of their work to convey most effectively to others skilled in the art. An algorithm is used here and generally as a self-consistent Sequence of steps taken the one to a desired one Result. The steps are of the nature, the physical manipulations of physical quantities or quantities require. Although this is customary is not necessary, the sizes have the shape of electrical or magnetic signals that are stored, transferred, combined, compared and otherwise manipulated or changed can be. It proved to be pleasant some time ago, in principle for reasons general use, to these signals as bits, values, elements, Symbols, character, expressions, To refer numbers or numbers or the like.
Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, daß all diese und ähnliche Ausdrücke in Verbindung mit passenden physikalischen Größen zu bringen sind und lediglich bequeme Bezeichnungen sind, die diesen Größen zugeordnet sind. Falls es nicht gesondert anders zum Ausdruck gebracht wird, wie es aus der nachfolgenden Erörterung hervorgeht, wird es bevorzugt, daß sich über die vorliegende Erfindung hinweg Erörterungen, die Ausdrücke, wie etwa "Verarbeiten" oder "Berechnen" oder "Rechnen" oder "Bestimmen" oder "Anzeigen" oder dergleichen, verwenden, auf Tätigkeiten und Verfahren eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung beziehen, die Daten, die als physikalische (elektronische) Größen innerhalb eines Registers oder Speichers des Computersystems oder anderen derartigen Informationsspeicher-, -übertragungs- oder -wiedergabeeinrichtungen darstellt, manipuliert oder überträgt. Derartige Computersysteme setzen üblicherweise einen oder mehrere Prozessoren ein, um Daten zu verarbeiten, die an einen oder mehrere Speicher über einen oder mehrere Busse bzw. Datenbusse angekoppelt sind.It However, it should be noted that all these and similar expressions in conjunction with matching physical sizes are and only are convenient labels associated with these quantities. If it is not expressed differently, as it is made the following discussion It will be appreciated that it is preferable to be aware of the present invention away from discussions, the expressions, such as "processing" or "calculating" or "calculating" or "determining" or "displaying" or the like, use on activities and a method of a computer system or similar electronic computing device refer to the data as physical (electronic) sizes within a register or memory of the computer system or other such information storage, transmission or reproduction devices represents, manipulates or transmits. such Computer systems usually set one or more processors to process data that to one or more memories via one or more buses or data buses are coupled.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, um die hier erläuterten Operationen bzw. Betätigungen durchzuführen. Diese Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke konstruiert sein oder sie kann einen Computer für generelle Zwecke aufweisen, der wahlweise aktiviert oder durch ein Computerprogramm, das im Computer gespeichert ist, neu konfiguriert wird. Ein derartiges Computerprogramm kann in einem mit dem Computer lesbaren Speichermedium gespeichert sein, wie etwa eine Art von Scheibe, die Disketten, optische Scheiben, CD-ROMs und magneto-optische Scheiben, statische Speicher (ROMs), Speicher (RAMs) mit wahlfreiem Zugriff, EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten oder irgendeine Art von Medium enthalten, die zur Speicherung elektronischer Befehle geeignet sind, die jeweils an einen Bus des Computersystems angekoppelt sind, wobei die lesbaren Speichermedien nicht auf die vorgenannten beschränkt sind. Die hier dargestellten Algorithmen und Wiedergaben sind nicht inhärent auf irgendeinen bestimmten Computer oder andere Vorrichtungen bezogen. Verschiedene Maschinen für allgemeine Zwecke können mit Programmen gemäß den hier wiedergegebenen Lehren verwendet werden oder es kann sich als passend bzw. bequem erweisen, spezialisiertere Vorrichtungen zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Der erforderliche Aufbau für eine Anzahl dieser Vorrichtungen bzw. Maschinen wird aus der folgenden Beschreibung ersichtlich. Ferner wird die vorliegende Erfindung nicht unter Bezugnahme auf irgendeine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es ist vorzuziehen, daß verschiedene Programmiersprachen verwendet werden können, um die Lehren der hier beschriebenen Erfindung in die Tat umzusetzen.The present invention also relates to an apparatus for carrying out the operations and operations explained herein. This device may be specially constructed for the required purposes, or it may have a general purpose computer which is selectively activated or reconfigured by a computer program stored in the computer. Such a computer program may be stored in a computer readable storage medium such as a kind of disk, floppy disks, optical disks, CD-ROMs and magneto-optical disks, static memories (ROMs), random access memory (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetic or optical cards, or any type of medium suitable for storing electronic commands, each coupled to a bus of the computer system, wherein the readable storage media are not limited to the aforementioned. The algorithms and reproductions presented herein are not inherently related to any particular computer or other device. Various general purpose machines may be used with programs in accordance with the teachings herein, or it may prove convenient to construct more specialized apparatuses to perform the required method steps. The required structure for a number of these devices will become apparent from the following description. Furthermore, the present invention will not be described with reference to any particular programming language. It is preferable that various programming languages can be used to implement the teachings of the invention described herein to implement the act.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Beschleunigung für einen Endzustands-Maschinenkodierer bzw. einen Maschinenkodierer mit finitem Zustand durch Kodieren von n Bits zu einer Zeit zur Verfügung. Mit anderen Worten stellt die vorliegende Erfindung das Kodieren eines Alphabets von M-Symbolen (wobei M > =2) unter Verwendung eines Maschinenkodierers mit finitem Zustand bzw. mit Endzustand zur Verfügung. Das Kodieren von M-Symbolalphabeten führt zu einer erhöhten Geschwindigkeit und einer erhöhten Kompressionsfunktion. Die vorliegende Erfindung führt auch ein Laufkodieren, ein Kodieren nach Huffman und andere Kodierungen mit mehreren Symbolen mit einem FSM-Kodierer durch. Die Kombination des FSM-Kodierers mit dem Mehr-Symbolkodierer bzw. Mehrfach-Symbolkodierer stellt sowohl die Geschwindigkeit der Mehr-Symbolkodes als auch die Kompressionsfunktion zur Verfügung, die typischerweise nur mit arithmetischen Kodes möglich ist.The present invention provides an acceleration for a Finite state machine encoder or machine encoder State available by encoding n bits at a time. With In other words, the present invention provides the coding of a Alphabets of M symbols (where M> = 2) using a machine encoder with finite state or with final state available. Encoding M symbol alphabets results in increased speed and an elevated one Compression function. The present invention also performs a run-coding, Huffman coding and other coding with multiple symbols with a FSM encoder through. The combination of the FSM encoder with the multi-symbol coder represents both the speed of the multi-symbol codes as well The compression feature is available, which typically only possible with arithmetic codes is.
Der. FSM-Kodierer nach der vorliegenden Erfindung kann mehrere Nachschlagtabellen (LUTs) verwenden. Jede LUT ist für die Verwendung in einer bestimmten Situation erzeugt worden. Wie z.B. in weiteren Einzelheiten unten beschrieben, kann eine der Tabellen zur Verwendung mit den letzten signifikanten Bits von Wavelet-Koeffizienten verwendet werden, die typischerweise 50% aus 1 und 50% aus 0 bestehen. Jede der Tabellen wird verwendet, um unterschiedliche Arten von Kodierern in bezug auf den gleichen Bitstrom durchzuführen. Die vorliegende Erfindung verwendet den Kodierer, in dem zwischen diesen Tabellen während des Kodierens zurück- und vorwärts geschaltet wird, während die fraktionalen Bits bzw. die bruchstückhaften bzw. gebrochenen Bits in dem Bitstrom aufrechterhalten werden.Of the. FSM coder according to the present invention may have several look-up tables Use (LUTs). Every LUT is for the use has been generated in a particular situation. As e.g. described in more detail below, one of the tables for use with the last significant bits of wavelet coefficients typically 50% 1 and 50% 0. Each of the tables is used to different kinds of Perform encoders with respect to the same bitstream. The The present invention uses the encoder in which between them Tables during coding back and forward is switched while the fractional bits or the fractional or broken bits be maintained in the bitstream.
Im Stand der Technik kann das auf FSM basierende Kodiersystem drei Tabellen verwenden. Die erste der Tabellen enthält die gegenwärtige Wahrscheinlichkeitsabschätzung und den Wert des wahrscheinlichsten Symbols (MPS) für jeden Kontext, für den eine Abschätzung durchgeführt wird. Die Eingänge in diese Tabelle werden mit jedem Symbol geändert, das in einem Kontext kodiert wird. Eine zweite Tabelle stellt die Aktualisierungen der Wahrscheinlichkeitsabschätzungen bereit. Diese Tabelle ändert sich nicht und aktualisiert Eingänge in die Kontexttabelle. Die dritte Tabelle ist der Satz bzw. die Liste von Zuständen, die legale Ausgänge zu dem Bitstrom beschreibt. Diese Tabelle ändert sich nicht und aktualisiert den gegenwärtigen Zustand für den Kodierer variabel. Die Tabelle zeigt auch an, was für Bits ausgegeben werden sollten.in the In the prior art, the FSM-based coding system can be three Use tables. The first of the tables contains the current probability estimate and the value of the most likely symbol (MPS) for each context, for the one appraisal carried out becomes. The inputs in this table are changed with each symbol in a context is encoded. A second table represents the updates of the probability estimates ready. This table changes not and updates inputs in the context table. The third table is the sentence or the List of states, the legal exits too describes the bit stream. This table does not change and updates the current one Condition for the Encoder variable. The table also indicates what bits are output should be.
Der Dekodierer verwendet die gleichen Tabellen zum Speichern von Wahrscheinlichkeitsabschätzungen und zum Aktualisieren von Wahrscheinlichkeitsabschätzungen, verwendet aber eine andere Tabelle zum Dekodieren. Die dritte Tabelle in dem Dekoder schaut nach Eingangsbits und Wahrscheinlichkeitsabschätzungen nach und bestimmt, ob die MPS auftritt, bestimmt den nächsten Zustand und bestimmt die Anzahl von Bits, durch die der Eingangsstrom zu verschieben ist, um die nächste Dekodieroperation vorzubereiten. Eine Ausführungsform der Größen und Strukturen dieser Tabellen wird in der Tabelle 1 unten angegeben.Of the Decoder uses the same tables to store probability estimates and for updating probability estimates, but uses a different table for decoding. The third table in the decoder looks for input bits and probability estimates and determines if the MPS occurs determines the next state and determines the number of bits through which the input stream to move to the next one To prepare the decoding operation. An embodiment of the sizes and Structures of these tables are given in Table 1 below.
Tabelle 1 Table 1
Die
Das
gegenwärtige
MPS
Ein
Komparatorblock
Die
Wahrscheinlichkeitsabschätzungstabelle
Eine
Ausführungsform
der Wahrscheinlichkeitsabschätzungstabelle
Tabelle 2 – Eintritt PEM Table 2 - Admission PEM
Die
Entropiekodiertabelle
Basierend
auf ihren Eingängen
gibt die Entropiekodierungstabelle
Bei
einer Ausführungsform
weist die Entropiekodiertabelle
Die
Eine
Reihe von Puffern kann verwendet werden, um die Ausgangsbits
Eine Ausführungsform der Wahrscheinlichkeitsabschätzungs- und der FSM-Kodiertabelle, die verwendet werden, um die Entropiekodierung durchzuführen, werden in den Tabellen 3 und 4 unten gezeigt. Die Tabelle 3 zeigt einen Auszug der Wahrscheinlichkeitsabschätzungstabelle, während die Tabelle 4 Auszüge aus der FSM-Kodiertabelle gibt.A embodiment the probability estimation and the FSM encoding table used to describe the entropy coding perform, are shown in Tables 3 and 4 below. Table 3 shows an excerpt of the probability estimation table while the Table 4 extracts from the FSM encoding table.
Tabelle 3 – Auszüge der Wahrscheinlichkeitsabschätzungstabelle Table 3 - Excerpts from the Probability Estimate Table
Die Tabelle 4 zeigt nur die ersten und letzten paar Reihen bzw. Zeilen und wird durch den Zustand, die Wahrscheinlichkeitsklasse und LPS/MPF befehligt bzw. bestellt. Jeder Eintritt in die Tabelle ist dreifach (nächster Zustand, Ausgang, Ausgangsbits). Das dritte Element läßt die Anzahl der Ausgangsbits erkennen, die zu dem komprimierten Ausgangsstrom addiert werden sollten, was es ermöglicht, 0 und 00 zu unterscheiden.The Table 4 shows only the first and last few rows and is determined by the state, the probability class and LPS / MPF commanded or ordered. Each entry into the table is threefold (next State, output, output bits). The third element leaves the number of the output bits that correspond to the compressed output stream should be added, making it possible to distinguish 0 and 00.
Tabelle 4 – Auszüge aus der Kodiertabelle Table 4 - Excerpts from the coding table
Die
Das
LPS
Das
LPS
Das
LPS
Die
Ausgangsgröße bzw.
Ausgröße
Der Dekoder kann aus dem Kodierer unter Verwendung des unten gezeigten Kodes hergeleitet werden. Gegeben sei die Kodiertabelle von der Form der Tabelle 4, wobei die Funktion maketable (table, 62, 16) zu einer Dekodiertabelle zurückkehren wird, die durch den Zustand, die Wahrscheinlichkeitsklasse und die komprimierten Bits (8 Bit für den komprimierten Datenstrom) in der Gestalt der Tabelle 5 indexiert ist.Of the Decoder can be removed from the encoder using the below Codes are derived. Given the coding table of the Form of Table 4, where the function maketable (table, 62, 16) too return to a decoding table is determined by the state, the probability class and the compressed Bits (8 bits for the compressed data stream) in the form of Table 5 is.
Dekodererzeugungskode Dekodererzeugungskode
Ein Auszug für die Dekodiertabelle ist in der Tabelle 5 unten gezeigt.One Excerpt for the decoding table is shown in Table 5 below.
Tabelle 5 Teil der FSM Dekodiertabelle Table 5 Part of the FSM decoding table
Mehrere Bits bei mehreren WahrscheinlichkeitenSeveral bits at several probabilities
Eine
Entropiekodiertabelle kann aufgebaut werden, die mehrere Bits (gleiche
Indikationen) und mehrere Wahrscheinlichkeiten (Wahrscheinlichkeitsklasse)
zu einer Zeit akzeptiert. Ein Beispiel einer derartigen Tabelle
wird in
Ein Problem bei der Verwendung einer einzigen Tabelle, die mehrere Bits für mehrere Wahrscheinlichkeitsklassen zu einer Zeit unterbringen kann, ist, daß eine solche Tabelle mit der Anzahl der größer werdenden Eingänge sehr groß wird. Auch erfordert eine sehr große Tabelle mehr Bits, um die Tabelle zu adressieren, was ihre Geschwindigkeit verringert.One Problem with using a single table that has multiple bits for many Can accommodate probability classes at a time, is that one Such table with the number of larger inputs very gets big. Also requires a very big one Table more bits to address the table, indicating its speed reduced.
Mehrere Bits bei fester WahrscheinlichkeitSeveral bits at a fixed probability
Die vorliegende Erfindung stellt eine gesteigerte Geschwindigkeit für einen Kodierer zur Verfügung, indem mehrere Bits bei einer fixen Wahrscheinlichkeit zu einer einzigen Entropiekodiertabelle gesandt werden. Die fixe Wahrscheinlichkeit kann eine Wahrscheinlichkeitsklasse aufweisen. Jedoch bringt jede Tabelle, die n Biteingänge (n ≥ 2) unterbringt, nur eine derartige Klasse oder Wahrscheinlichkeit unter. Es sollte bemerkt werden, daß eine Tabelle aufgebaut werden kann, um verschiedene P-Klassen unterzubringen, jedoch die Unterbringung einer gesteigerten Eingangsgröße erfordert.The present invention provides an increased speed for a Encoder available, by turning multiple bits into a single one at a fixed probability Entropiekiertiertabelle be sent. The fixed probability can have a probability class. However, each brings Table, the n bit inputs (n ≥ 2), only one such class or probability below. It should be noticed that one Table can be built to accommodate different P classes, However, the accommodation of an increased input size requires.
Ein
Beispiel einer Tabelle, die mehrere Bits bei der gleichen Zeit unterbringt,
ist eine Tabelle, die Bits handhabt, die bei einer Wahrscheinlichkeit
von 0,5 (oder 50%) liegen. Die
Bei einer anderen Ausführungsform empfängt die Kodiertabelle mehrere Eingänge, die eine fixe Wahrscheinlichkeit haben, die starkt erhöht ist, wie etwa z.B. in dem oberen Bereich von 90% (beispielsweise näherungsweise 98, näherungsweise 99%, usw.).at another embodiment receives the coding table several inputs, who have a fixed probability, which is strongly increased, such as e.g. in the upper range of 90% (for example, approximately 98, approximately 99%, etc.).
Der
FSM-Kodierer der vorliegenden Erfindung kann in ein Kodiersystem
einbezogen werden, wie es etwa in
Tabellenerzeugungtable creation
Tabellen
zum Handhaben mehrerer Bits zu einer Zeit im Gegensatz zu einzelnen
Bits jeweils eines zu einer Zeit, können durch Anlegen einzelner
Bits und Überwachen
der Ausgangsbits und der nächsten
Zustände,
die auftreten, wenn eine Tabelle mit einem Bit zu einer Zeit verwendet
wird, erzeugt werden. Dann können neue
Ausgänge
erzeugt werden, indem die Ausgangsbits von einer Reihe von Zuständen verknüpft bzw.
verkettet werden. Der nächste
Zustand für
die Reihe ist der nächste
Zustand, der von den letzten Ausgangsbits erzeugt wird. Dieses Verfahren
wird durch die unten erörterten
Beispiele deutlich gemacht. Die Tabelle ist häufig größer und enthält Eingänge, die
durch Senden von Bits jeweils eines zu einer Zeit durch den gegenwärtigen Entropiekodierer
bestimmt werden können.
Das heißt,
daß spezifische
Tabellen konstruiert werden können,
indem der Maschinenabschätzer/-Kodierer
mit finitem Zustand bzw. Endzustand nach
Zum Beispiel wird ein beispielhafter FSM-Kodierer in der Tabelle 6 unten dargestellt.To the An example of an exemplary FSM encoder is shown in Table 6 below shown.
Tabelle 6 – FSM-Kodierer Table 6 - FSM Encoder
FSM-Kodierer Kodierer mit Zwei- Zwei-Bit zu einer Zeit erzeugt einen nächsten Zustand und einen Ausgang in Antwort auf Eingänge, die den gegenwärtigen Zustand, zwei Wahrscheinlichkeitsklassen und zwei Ergebnisse aufweisen. Um zu bestimmen, was der nächste Zustand und der Ausgang sein sollte, werden der Ausgang von einem Kodierer mit einem Bit zu einer Zeit und der letzte Zustand nach dem Kodieren von zwei Bits verwendet. In dem Fall der Tabelle 1 z.B. ist anzunehmen, daß der Kodierer mit einem Bit zu einer Zeit in dem Zustand 0 ist und ein MPS in Klasse 1 zu kodieren ist, gefolgt durch ein MPS in Klasse 0. Das erste Bit veranlaßt den Kodierer mit einem zu einer Zeit, keine Bits auszugeben und sich zum Zustand 1 zu bewegen. Das zweite Bit ist im Zustand 1 kodiert und veranlaßt ein 0-Bit, ausgegeben zu werden und kehrt in den Zustand 0 zurück. Der Ausgang der neuen Tabelle für diesen Eingang mit zwei Bit würde 0 sein, was sich aus der Verkettung des Nicht-Bits verknüpft mit dem ersten Bit und dem 0-Bitausgang ergibt, der mit dem zweiten Bit verknüpft wird. Der neue nächste Zustand in dem Kodierer, der zwei zu einer Zeit kodiert, würde für den Eingang mit zwei Bits der Zustand 0 sein. Eine neue Tabelle, die mehrere (2) Bits zu einer Zeit handhabt, die von dem FSM-Kodierer mit einem Zustand nach Tabelle 6 erzeugt wird, wird in Tabelle 7 unten gezeigt.FSM encoder Two-two-bit encoder at a time generates a next state and an output in response to inputs representing the current state, have two probability classes and two results. Around to determine what the next one State and the output should be the output of one Encoder with one bit at a time and the last state after used to encode two bits. In the case of Table 1 e.g. is to assume that the Encoder with one bit at a time in the state is 0 and a MPS is to be coded in class 1 followed by an MPS in class 0. The first bit causes the encoder with one at a time, no bits to spend and to move to state 1. The second bit is encoded in state 1 and causes a 0-bit to be issued and returns to the 0 state. Of the Exit the new table for this input would be with two bits 0, which is linked to the concatenation of the non-bit the first bit and the 0-bit output, that with the second Bit linked becomes. The new next State in the encoder encoding two at a time would be for the input with two bits, the state is 0. A new table, several (2) Handle bits at a time supplied by the FSM encoder with a State as shown in Table 6 is shown in Table 7 below.
Tabelle 7 Table 7
Ein Beispiel eines Kodierers der Klasse 0 mit 3 Bit wird unten in Tabelle 8 gezeigt.One An example of a 3-bit class 0 encoder is shown in the table below 8.
Tabelle 8 – Klasse-0-Kodierer mit 3 Bit Table 8 - 3-bit Class 0 Encoder
Es sollte bemerkt werden, daß das Tabellenerzeugungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um Tabellen von verschieden großen Eingängen zu erzeugen. Jedoch wird ein Zustand für jede mögliche Eingangsbitkombination benötigt.It should be noted that the Table production method of the present invention used can be used to create tables of different sized inputs. However, it will a condition for each possible Input bit combination needed.
Es ist häufig wünschenswert, Tabellen, wie etwa Tabelle 7, schneller zu machen. Jedoch würde, um eine Tabelle mit 64 Zuständen, die 16 Wahrscheinlichkeitsklassen hat, auf viermal so schnell zu beschleunigen, die Tabelle anstelle von 211 Eingängen 226 Eingänge haben müssen, die durch die einfach schnelle Tabelle verwendet werden, und ist in vielen Situationen nicht praktikabel.It is often desirable to make tables, such as Table 7, faster. However, to accelerate a 64-state table having 16 probability classes to four times as fast, the table would need to have 2 26 inputs instead of 2 11 inputs 2 used by the single-quick table and is not in many situations practical.
M-fach-KodierenM-ary encoding
LaufkodesLaufkodes
Bei einer Ausführungsform werden für ein schnelles Kodieren für 50 % Bits (oder 60% Bits) und ein Golumb oder andere Startschritt-Stopp-Kodes bereitgestellt, die einzelne Bits und 50 % Bits verwenden. Ein solcher Kode wird in dem Buch bzw. Aufsatz von Bell, Cleary, Witten, Text Compression, beschrieben. Die Tabelle 9 stellt ein Beispiel eines Start-Schritt-Stopp-Kodes dar:at an embodiment be for a quick coding for 50% bits (or 60% bits) and a Golumb or other start step stop codes provided using single bits and 50% bits. Such a Code is in the book or essay by Bell, Cleary, Witten, text Compression, described. Table 9 shows an example of one Start-stop-stop codes:
Tabelle 9 Table 9
Ein typischer Lauflängenkode wird in der Tabelle 10 gezeigt. Bezugnehmend auf Tabelle 10 ist dieser Kode gut, um einen Ablauf von Nullen mit einer Wahrscheinlichkeit von näherungsweise 0,917 zu kodieren.One typical run length code is shown in Table 10. Referring to Table 10 This code is good for a sequence of zeros with a probability from approximate 0.917 to encode.
Tabelle 10 Table 10
Bei einem derartigen System gibt es zumeist zwei Tabellennachschläge für bis zu acht kodierten Bits. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Laufkode in Tabelle 10 unter Verwendung der FSM-Kodiertabelle für 1 und 4 50% Bits realisiert werden,at Such a system usually has two table lookups for up to eight coded bits. In the present invention, the run code in Table 10 using the FSM coding table for 1 and 4 50% bits are realized
Eine Ausführungsform des Kodes zu Realisierung des Laufkodierers lautet: An embodiment of the code for implementing the run coder is:
Falls die maximale Lautlänge (8 in diesem Fall) auftritt, dann ist nur ein Bit auszugeben. Dies wird durch Kodieren einer 0 bei einer fixen Wahrscheinlichkeit von 50% getan (durchgeführt durch die Funktion FSMCode_bei_50). Dieses Kodieren wird näherungsweise ein Bit verwenden, wird jedoch beliebige Bits von Brüchen von vorherigen Operationen aufrechterhalten. Falls ein Lauf auftritt, der geringer als das Maximum ist, dann muß ein Wert von 4 Bit kodiert werden, der mit einer 1 beginnt. Dies wird unter Verwendung einer Nachschlagtabelle mit einem Bit zu einer Zeit durchgeführt, was der Zugriff über die Funktion FSMCode_4_Bits_bei 50 ist. Die 50 in dem Funktionsnamen bezieht sich auf die Tatsache, daß diese Funktion annimmt, daß die Wahrscheinlichkeit fix bei ein halb oder 50% liegt.If the maximum sound length (8 in this case), then only one bit is to be output. This is coded by coding a 0 at a fixed probability of 50% done (done by the function FSMCode_bei_50). This encoding becomes approximate However, using a bit will result in arbitrary bits of fractions of maintained prior operations. If a run occurs, which is less than the maximum, then a value of 4 bits must be encoded that starts with a 1. This is done using a lookup table done with one bit at a time, giving access over the Function FSMCode_4_Bits_ is 50. The 50 in the function name refers to the fact that this function assumes that the probability fixed at half or 50%.
Eine Ausführungsform des Codes, der verwendet wird, um das Dekodieren zu realisieren, lautet wie folgt: One embodiment of the code used to implement decoding is as follows:
Der Dekodierer weiß im voraus nicht, wann ein Wert mit 4 Bit oder ein Wert mit einem Bit dekodiert werden muß. So dekodiert er zuerst ein Bit bei 50% mit dem Aufruf FSMDekodiere_bei_50(). Falls dieses Bit eine Zahl 1 ist, dann kodiert der Kodierer tatsächlich vier Bits, um einen Lauf zu beschreiben. Die verbleibenden drei Bits werden mit dem Aufruf FSMDekodieren_bei_50() dekodiert und ihr Wert ist die kodierte Lauflänge. Falls das erste dekodierte Bit eine 0 war, dann trat der maximale Lauf auf und es ist nicht nötig, irgendwelche zusätzlichen Bits zu dekodieren.Of the Decoder knows in Do not predict when a 4-bit value or a one-bit value must be decoded. So he first decodes a bit at 50% with the call FSMDekodiere_bei_50 (). If this bit is a number 1, then the encoder actually encodes four Bits to describe a run. The remaining three bits are decoded with the call FSMDecode_in_50 () and their value is the encoded run length. If the first decoded bit was a 0, then the maximum occurred Run on and it is not necessary any additional ones To decode bits.
Huffman-Kodes und Huffman-ähnliche KodesHuffman codes and Huffman-like codes
Die vorliegende Erfindung stellt einen FSM-Kodierer zur Verfügung, der eine Kodiertabelle nach Huffman aufweist. Die Kodiertabelle nach Huffman kann die einzige Tabelle des FSM's sein oder kann eine von mehreren Entropiekodiertabellen in dem FSM sein. Bei einer Ausführungsform haben die Huffman-Bits eine Wahrscheinlichkeit von 50% und sie werden mit einer fixen Wahrscheinlichkeit von 50% kodiert. Dies kann einen Kompressionsvorteil gegenüber Huffman-ähnlichen Kodes zur Verfügung stellen. Bei einer Ausführungsform sind die Bits erhöht bzw. wahrscheinlicher anstelle von 50%.The The present invention provides a FSM encoder which has a Huffman coding table. The coding table after Huffman may be the only table of the FSM or one of several entropy coding tables to be in the FSM. In one embodiment the Huffman bits have a 50% chance and they will coded with a fixed probability of 50%. This can be one Compression advantage over Huffman similar Codes available put. In one embodiment the bits are increased or more likely instead of 50%.
Man bemerke, daß jedoch in diesem Fall diese Kompressionsfunktion nicht besser werden würde als bei einem Zeitverfahren.you notice, however, that in this case this compression function would not get better than at a time trial.
Man
nehme an, ein Lauf bzw. eine Reihe von stark erhöhten oder wahrscheinlichem
Bits sei zu kodieren. Zum Beispiel ist es mit 98% wahrscheinlich,
daß Bits
0 sind und der Kodierer ist so zu konfigurieren, daß er einen
Lauf bzw. Durchgang der Länge
0–5 kodiert,
wie es in Tabelle 11 gezeigt ist. Tabelle
11 wobei jeder Ast des Huffman-Baums näherungsweise
98% sein sollte, jedoch die Wahrscheinlichkeitsklasse nur eine Erhöhungseffizient
von 90 % ermöglichen
kann. Ein Huffman-Baum
mit diesen Wahrscheinlichkeiten wird in
Wird
das FSM mit zwei Zuständen,
wo die p-Klasse 0 für
Wahrscheinlichkeiten von weniger als 0,618 verwendet wird und der
Huffman-Baum nach
Tabelle 12 Table 12
Die
Eine Entropiekodiertabelle mit mehreren TabellenAn entropy coding table with several tables
Die vorliegende Erfindung stellt verschiedene Untersätze einer größeren Beschleunigungstabelle zur Verfügung, die nützlich sind. Das heißt, in einer Ausführungsform wird die Entropiekodiertabelle mit n Bit zu einer Zeit nur eine einer Anzahl von Nachschlagtabellen sein, die durch das Entropiekodier-FSM eingesetzt wird. Das FSM kann mehrere Tabellen einsetzen, die konstruiert sind, um eine unterschiedliche Anzahl von Bits (zwei oder größer) für individuell fixierte Wahrscheinlichkeiten unterzubringen. Ein System kann eine Tabelle mit einem zu einer Zeit und eine Tabelle enthalten, um verschiedene Bits mit der gleichen Wahrscheinlichkeit zu kodieren. Auf diese Weise werden mehrere Bits mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kodiert, so wie z.B., wenn die Wahrscheinlichkeit 50% beträgt oder sehr stark abgeschrägt bzw. erhöht ist (z.B. 99%). Eine spezielle Tabelle für eine beliebige fixe Wahrscheinlichkeit oder selbst ein fixes Muster von Wahrscheinlichkeiten könnte leicht erzeugt werden (z.B. ein 50 %iges Bit, dann ein 99 %iges Bit, dann zwei 60 %ige Bits).The The present invention provides different subsets of a larger acceleration table to disposal, the useful are. This means, in one embodiment For example, the n-bit entropy encoding table becomes only one at a time a number of lookup tables generated by the entropy coding FSM is used. The FSM can use several tables that are constructed are to make a different number of bits (two or more) for individually accommodate fixed probabilities. A system can have one Table with one at a time and a table included to different Encode bits with the same probability. To this Way, multiple bits are encoded with the same probability such as when the probability is 50% or very steeply sloped or increased is (e.g., 99%). A special table for any fixed probability or even a fixed pattern of probabilities could be easy generated (e.g., a 50% bit, then a 99% bit, then two 60% bits).
In einer Ausführungsform verwendet die vorliegende Erfindung eine LUT mit einem Bit zu einer Zeit in Verbindung mit einem oder mehreren LUTs mit n Bits zu einer Zeit mit fixer Wahrscheinlichkeit, um Wavelet-Koeffizienten zu kodieren. Die zwei letzten signifikanten Bits der Wavelet-Koeffizienten sind typischerweise mit 50 %iger Wahrscheinlichkeit bzw. 50%igem Zufall 1 oder 0 (d.h. die Wahrscheinlichkeiten sind nahe bei 0,5). Die oberen Bits bzw. Kopfbits in dem Koeffizienten, die in dem Artikel von Edward L. Schwartz, Ahmad Zandi, Martin Boliek, "Implementation of Compression with Reversible Embedded Wavelets", Proc. of SPIE 40th Annual Meeting, Band 2564, San Diego, CA, Juli 1995, sind stark abgeschrägt, näherungsweise bei 99 % Nullen. Eine getrennte LUT bringt mehrere Kopfbits zu einer Zeit unter.In an embodiment For example, the present invention uses a one bit LUT to one Time associated with one or more n bits with n bits to one Fixed-time time to encode wavelet coefficients. The last two significant bits of the wavelet coefficients are typically 50% chance or 50% chance 1 or 0 (i.e., the probabilities are close to 0.5). The upper bits in the coefficient contained in the article Edward L. Schwartz, Ahmad Zandi, Martin Boliek, "Implementation of Compression with Reversible Embedded Wavelets ", Proc. Of SPIE 40th Annual Meeting, Volume 2564, San Diego, CA, July 1995, are heavily sloped, approximate at 99% zeros. A separate LUT brings several bits of head to one Time under.
Wenn mehrere Tabellen verwendet werden, um den FSM-Kodierer zu realisieren, hält die vorliegende Erfindung die gleichen Kanalzustände als einen Eingang zu sämtlichen der Tabellen aufrecht. In einer Ausführungsform gibt ein einzelnes Kanalzustandsregister dieselbe Zustandsinformation als einen Eingang zu sämtlichen der Tabellen aus. In einer Ausführungsform wird der nächste Zustand, der von der Tabelle ausgegeben wird, als Rückkopplung zu den Kanalzustandsregistern für sämtliche Tabellen verwendet. Man bemerke, daß dies erfordert, daß sämtliche der Tabellen denselben Zustand haben müssen. Die Steuerlogik kann verwendet werden, um zu steuern, auf welche Tabelle auf der Grundlage der Eingänge durch Schalten zwischen den Tabellen zugegriffen wird. Die Steuerlogik kann eine Reaktion über das Passen bzw. Zutreffen für die Eingänge aufweisen. In einer anderen Ausführungsform wird auf sämtliche der Tabellen zu jeder Zeit zugegriffen, wobei jedoch der Ausgang von sämtlichen der Tabellen einem Multiplexen unterzogen wird. In diesem Fall wählt die Steuerlogik nur einen Satz von Eingängen als die Ausgänge des FSM-Kodierers aus. Indem der gleiche Kanalzustand für jede der Tabellen verwendet wird, werden keine Bruchbits verloren, wenn zwischen den Kodierern geschaltet wird.When multiple tables are used to implement the FSM encoder, the present invention maintains the same channel states as one input to all of the tables. In one embodiment, a single channel state register outputs the same state information as an input to all of the tables. In one embodiment, the next state output from the table is used as feedback to the channel state registers for all tables. Note that this requires all tables to have the same state. The control logic can be used to control which table is accessed based on the inputs by switching between the tables. The control logic may have a response via the fit for the inputs. In another embodiment, all of the tables are accessed at all times, but the output is multiplexed by all of the tables. In this case, the control logic selects only one set of inputs as the outputs of the FSM encoder. By using the same channel state for each of the tables, no fractional bits are lost when switching between the encoders.
Bei einer Ausführungsform, in der das Kopfbit bzw. das führende Bit und die letzten signifikanten Bits der Koeffizienten (Schwanzbits) mit einer n Bit-Tabelle (n > 2) kodiert werden, kann eine Tabelle mit einem Bit zu einer Zeit für jene Bits zwischen dem führenden und den Schwanzbits verwendet werden.at an embodiment, in which the head bit or the leading one Bit and the last significant bits of the coefficients (tail bits) with an n-bit table (n> 2) can be a table with one bit at a time for those bits between the leading and the tail bits.
Man bemerke, daß derartige Tabellen nicht übermäßig groß sind, weil die Anzahl der Bits, die erforderlich sind, um die Wahrscheinlichkeit darzustellen (z.B. 4 Bits), sich nicht für jedes der Eingangsbits ändert. Die Wahrscheinlichkeit braucht nur einmal gesendet zu werden, anstelle mit jedem Bit, das zu kodieren ist.you note that such Tables are not overly large, because the number of bits that are required to get the probability represent (e.g., 4 bits) does not change for each of the input bits. The Probability only needs to be sent once, instead of with every bit that needs to be encoded.
Ähnlich zu
der oben erörterten,
kann die Multi-Symboltabelle bzw. Mehrfach-Symboltabelle nach
Kombinieren von TabellenCombine of tables
In
einer Ausführungsform
kann die Anzahl der Tabellen in einem System, wie etwa die Tabellen
in
Eine
Ausführungsform,
die diese kombinierte Tabelle hat, wird in
Die
verbundene Wahrscheinlichkeitsabschätzungs- und Entropiekodiertabelle
Eine
Ausführungsform
der verbundenen Wahrscheinlichkeitsabschätzungs- und Entropiekodiertabelle
Tabelle 13 Verbundenen Wahrscheinlichkeitsabschätzungs- und Entropiekodiertabelle Table 13 Connected probability estimation and entropy coding table
Die Dekodertabelle ist unterschiedlich, weil die Kodier- und Dekodier-Kodierertabellen unterschiedlich sind. Zum Beispiel enthält der Dekodierer die folgenden Eingänge. Einen Eingang für komprimierte Bits, der den komprimierten Bitstrom darstellt, einen Eingang für den Kanalzustand, der den Kanalzustand darstellt, und einen Eingang für den p-Zustand, der den Wahrscheinlichkeitsabschätzungszustand darstellt. Die Ausgänge der Dekoder enthalten das folgende: einen Verschiebungsbetrag, der einen Betrag anzeigt, um den eingegebenen komprimierten Bitstrom zu verschieben, eine MPS-Anzeige, einen Neu_p-Zustand, der den nächsten wahrscheinlichen Befehlszustand anzeigt, und eine Nächst_Zustandsanzeige, die den neuen Wahrscheinlichkeitsabschätzungszustand darstellt.The Decoder table is different because the encoder and decoder encoder tables are different. For example, the decoder includes the following Inputs. An entrance for compressed bits representing the compressed bitstream, a Entrance for the channel state, which represents the channel state, and an input for the p state representing the probability estimation state. The Outputs of the Decoders include the following: a shift amount that includes a Indicates amount to shift the input compressed bitstream, an MPS indicator, a new_p state, which is the next likely instruction state and a next_status indicator, which represents the new probability estimation state.
Für eine Pseudo-Zufallswahrscheinlichkeitsabschätzungstabelle ist der verbundene Tabellenkodierer von einer realisierbaren Größe. Die Verwendung einer einzigen Tabelle kann etwas Rechenzeit zu Lasten von Speicher einsparen.For a pseudorandom probability estimation table, the linked table encoder is of a realizable size. Using a single table can take some computing time at the expense of Save memory.
Die
Bezugnehmend
auf
Die
Wahrscheinlichkeitsabschätzungstabelle
Tabelle 14 – PEM mit XOR und enthaltendem Vergleich Table 14 - PEM with XOR and containing comparison
Die
Entropiekodiertabelle
In
Form von Software ist es vernünftig,
ein fixes Feld mit einem Bit mit einem Feld mit neun Bits zu kombinieren,
so daß der
Kontextspeicher
Systemanwendungensystem applications
Der hier beschriebene Entropiekodierer kann bei einer Vielzahl von Kompressionssystemen verwendet werden. Zum Beispiel könnte der Entropiekodierer in dem JPEGSystem verwendet werden. In einer Ausführungsform können der SSM-Kodierer und die Wahrscheinlichkeitsabschätzung den QM-Kodierer des Standard-JPEG-Systems ersetzen. Diese Ersetzung würde wahrscheinlich nur von den kombinierten Abschätzungs- und Entropiekodiertabellen profitieren. Eine alternative Ausführungsform könnte den Huffman-Kode von dem JPEG-Standard mit der M-fachen Version des hier beschriebenen FSM ersetzen. In der Tat verwendet der JPEG-Standard "Mantissenbits" und "Make-up-Bits" bzw. "Aufmachungsbits" in den Kodes. Die "Mantissenbits" könnten durch das M-fach-FSM kodiert werden und die "Aufmachungsbits" könnten durch das fixe N bei einer zeitlichen 50%igen Bittabelle kodiert werden.The entropy coder described herein may be used in a variety of compression systems. For example, the entropy coder could be used in the JPEG system. In an off For example, the SSM encoder and the probability estimator can replace the QM encoder of the standard JPEG system. This replacement would probably only benefit from the combined estimation and entropy coding tables. An alternative embodiment could replace the Huffman code from the JPEG standard with the M-fold version of the FSM described herein. In fact, the JPEG standard uses "mantissa bits" and "make-up bits" in the codes. The "mantissa bits" could be coded by the M-times FSM and the "make-bits" coded by the fixed N at a 50% time-related bitmap.
Gleichermaßen könnte der Entropiekodierer mit dem CREW-Wavelet-Kompressionssystem verwendet werden, wie es in dem Artikel von Edward L. Schwartz, Ahmad Zandi, Martin Boliek, "Implementation of Compression with Reversible Embedded Wavelets", Proc. of SPIE 40th Annual Meeting, Band 2564, San Diego, CA, Juli 1995, beschrieben. In dem CREW-System gibt es führende Bits bzw. Kopfbits, von denen es sehr wahrscheinlich ist, daß sie 0 sind. Diese führenden Bits bzw. Kopfbits könnten ein Kode sein, der eine fixe Wahrscheinlichkeit von z.B. 95% durch einen FSM-Kodierer mit n Bits zu einer Zeit verwendet. Ähnlich sind viele der "Schwanz bits" gleichermaßen wahrscheinlich gleich 0 oder 1 und könnten unter Verwendung eines FSM-Kodierers mit n Bits zu einer Zeit für eine 50 %ige Wahrscheinlichkeit kodiert werden. Es gibt verschiedene Wege, über die die Kopf- oder Schwanzbits kodiert werden könnten. Zum Beispiel könnten vier Schwanzbits von einem einzigen Koeffizienten zusammen kodiert werden. Alternativ könnten die vier letzten signifikanten Bits von vier verschiedenen Koeffizienten zusammen kodiert werden. Es gibt viele andere Möglichkeiten, die den Fachleuten im Stand der Technik ersichtlich sind. Es ist deutlich, daß andere Wavelet-Bildkompressionssysteme und selbst Text- oder Schall-Kompressionssysteme die verschiedenen Kodierungsmöglichkeiten des FSM-Kodierers der vorliegenden Erfindung verwenden können.Similarly, the Entropy coder used with the CREW wavelet compression system as described in the article by Edward L. Schwartz, Ahmad Zandi, Martin Boliek, "Implementation of Compression with Reversible Embedded Wavelets ", Proc. of SPIE 40th Annual Meeting, Vol. 2564, San Diego, CA, July 1995. In the CREW system there are leading ones Bits that are very likely to be 0 are. These leading Bits or head bits could be a code having a fixed probability of e.g. 95% through uses an FSM encoder with n bits at a time. Many are similar the "tail bits" equally likely equal to 0 or 1 and could using an FSM coder with n bits at a time for a 50 % probability be coded. There are different ways about which the head or tail bits could be coded. For example, four could Tail bits are coded together by a single coefficient. Alternatively, could the last four significant bits of four different coefficients coded together. There are many other options available to the professionals can be seen in the prior art. It is clear that others Wavelet image compression systems and even text or sound compression systems the different coding possibilities of the FSM encoder the can use present invention.
Während viele Abänderungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung einem Fachmann im Stand der Technik ohne Zweifel vor Augen geführt werden, so er die voranstehende Beschreibung liest, ist es zu verstehen, daß die besondere Ausführungsform, die im Wege einer Illustration gezeigt und beschrieben worden ist, nicht dazu gedacht ist, als einschränkend in Betracht gezogen zu werden. Deshalb ist es nicht beabsichtigt, daß Bezugnahmen auf Einzelheiten der vorliegenden Ausführungsform den Schutzbereich der Ansprüche beschränken, die in sich selbst nur jene Merkmale wiedergeben, die für die Erfindung als wesentlich angesehen werden.While many amendments and modifications of the present invention to a person skilled in the art The technology will no doubt be brought to mind, he said the preceding Description, it is to be understood that the particular embodiment, which has been shown and described by way of illustration not intended to be considered restrictive become. Therefore, it is not intended that references to details the present embodiment the scope of the claims restrict, which in themselves reflect only those features that are essential to the invention considered essential.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kodieren und/oder Dekodieren, die zum Komprimieren bzw. zum Expandieren bzw. Dekomprimieren von Daten verwendet wird. Eine Maschine mit finitem Zustand bzw. mit endlichem Zustand weist eine Anzahl von Tabellen auf, die zusammen mehrere Zustände haben. Eine der Tabellen kodiert Symbole mit mehreren Bits für fixe Wahrscheinlichkeiten.The The present invention relates to a device for coding and / or Decoding for compression or expansion or decompression used by data. A machine with finite state or finite state has a number of tables together have several states. One of the tables encodes multi-bit symbols for fixed probabilities.
Die
folgenden Ausführungsformen
der Erfindung sind ebenfalls Bestandteile der Beschreibung:
A
Kodierer zum Kodieren von Dateneingängen, wobei der Kodierer aufweist:
eine
Kanalzustandsspeichereinrichtung; und
eine Entropiekodiertabelle,
die angeschlossen bzw. angekoppelt ist, um Zustandsinformationen
von der Kanalzustandsspeichereinrichtung zu empfangen, und die konfiguriert
ist, um n Bits von den Eingangsdaten zu einer Zeit in Reaktion auf
die Zustandsinformationen zu kodieren, wobei n größer als
oder gleich 2 ist.
B Kodierer nach Merkmal A, wobei die Entropiekodiertabelle
n Bits bei einer fixen Wahrscheinlichkeit kodiert.
C Kodierer
nach einem der Merkmale A oder B, wobei die n Bits ein Symbol aufweisen.
D
Kodierer nach einem der Merkmale A bis C, wobei die Entropiekodiertabelle
einen Huffman-Kodierer aufweist.
E Kodierer nach einem der
Merkmale A bis D, wobei die Entropiekodiertabelle einen Lauflängenkodierer
aufweist.
F Kodierer nach einem der Merkmale A bis E, wobei
die Entropiekodiertabelle letzte signifikante Bits von Koeffizienten
kodiert.
G Kodierer nach einem der Merkmale A bis F, wobei
die Entropiekodiertabelle führende
Bits bzw. Kopfbits von Koeffizienten in dem Dateneingang kodiert.
H
System zum Kodieren von Eingangsdaten, insbesondere mit dem Kodierer
nach einem der Merkmale A bis G, wobei das System aufweist:
ein
Kontextmodell, das konfiguriert ist, um eine Reihe von binären Entscheidungen
in Reaktion auf Kontexte zu erzeugen;
ein Wahrscheinlichkeitsabschätzungsmodell,
das an das Kontextmodell angekoppelt bzw. angeschlossen ist, um
Wahrscheinlichkeitsabschätzungen
für die
Reihen von binären
Entscheidungen zu erzeugen;
eine Kanalzustandsspeichereinrichtung;
und
mehrere Entropiekodiertabellen, die angekoppelt sind, um
Zustandsinformationen von dem Kanalzustandsspeicher zu empfangen,
und konfiguriert sind, um Bits von den Eingangsdaten in Reaktion
auf die Zustandsinformationen zu kodieren, wobei eine der mehreren
Entropiekodiertabellen konfiguriert ist, um n Bits zu einer Zeit
bzw. zur gleichen Zeit zu kodieren, wobei n größer als oder gleich 2 ist.
I
System nach Merkmal H, wobei die eine der mehreren der Entropiekodiertabellen
n Bits bei einer fixen Wahrscheinlichkeit kodiert.
J System
nach einem der Merkmale H bis I, wobei die eine der mehreren der
Entropiekodiertabellen einen Huffman-Kodierer aufweist.
K System
nach einem der Merkmale H bis J, wobei die eine der mehreren der
Entropiekodiertabellen einen Lauflängenkodierer aufweist.
L
System nach einem der Merkmale H bis K, wobei die eine der mehreren
der Entropiekodiertabellen die letzten signifikanten Bits der Koeffizientenschwänze bzw.
-enden kodiert.
M System nach einem der Merkmale H bis L, wobei
die eine der mehreren der Entropiekodiertabellen vorderte Bits bzw.
Kopfbits der Koeffizienten in dem Dateneingang kodiert bzw. verschlüsselt.
N
System nach einem der Merkmale H bis M, wobei zumindest eine der
mehreren der Entropiekodiertabellen eine verbundene Wahrscheinlichkeitsabschätzungs-
und Entropiekodiertabelle aufweist.
O System nach einem der
Merkmale H bis N, das ferner einen Schalter aufweist, der konfiguriert
ist, um einzelne Tabellen der mehreren der Entropiekodiertabellen
auszuwählen,
um eines oder mehrere Bits der Eingangsdaten auf der Grundlage der
Wahrscheinlichkeit zu kodieren.
P System nach einem der Merkmale
H bis O, wobei das Wahrscheinlichkeitsabschätzungsmodell eine Tabelle aufweist.
Q
System nach Merkmal P, wobei das Kontextmodell eine Wahrscheinlichkeitszustandsanzeige
zur Verfügung stellt,
die eine Anzeige für
ein wahrscheinlichstes Symbol (MPS) darin hat.
R Kodierer zum
Kodieren von Dateneingängen,
insbesondere für
ein System nach einem der Merkmal H bis Q, wobei der Kodierer aufweist:
eine
Kanalzustandsspeichereinrichtung; und
eine verbundene Wahrscheinlichkeitsabschätzungs-
und Entropiekodiertabelle, die angekoppelt bzw. angeschlossen ist,
um Zustandsinformationen von der Kanalzustandsspeichereinrichtung
zu empfangen, und konfiguriert ist, um n Bits der Eingangsdaten
zu einer Zeit in Reaktion auf die Zustandsinformationen zu kodieren bzw.
zu verschlüsseln,
wobei n größer als
oder gleich 2 ist.
S Kodierer nach Merkmal R, wobei die Entropiekodiertabeller
n Bits bei einer fixen Wahrscheinlichkeit kodiert.
T Kodierer
nach Merkmal R oder S, wobei die n Bits ein Symbol aufweisen.
U
Kodierer nach einem der Merkmale R bis T, wobei die Entropiekodiertabelle
einen Huffman-Kodierer aufweist.
V Kodierer nach einem der
Merkmale R bis U, wobei die Entropiekodiertabelle einen Lauflängenkodierer
aufweist.
W Kodierer nach einem der Merkmale R bis V bzw. nach
Merkmal H, wobei die Entropiekodiertabelle am wenigsten signifikante
Bits von Koeffizienten kodiert.The following embodiments of the invention are also part of the description:
An encoder for encoding data inputs, the encoder comprising:
a channel state storage device; and
an entropy coding table coupled to receive state information from the channel state storage device and configured to encode n bits of the input data at a time in response to the state information, where n is greater than or equal to 2.
B coder according to feature A, wherein the entropy coding table encodes n bits at a fixed probability.
C Encoder according to one of the features A or B, wherein the n bits have a symbol.
D coder according to one of the features A to C, wherein the entropy coding table comprises a Huffman coder.
An encoder according to any of features A to D, wherein the entropy coding table comprises a run-length encoder.
F coder according to any of features A to E, wherein the entropy coding table encodes last significant bits of coefficients.
A coder according to any one of features A to F, wherein the entropy coding table encodes leading bits of coefficients in the data input.
H system for encoding input data, in particular with the encoder according to one of the features A to G, the system comprising:
a context model configured to generate a series of binary decisions in response to contexts;
a probability estimation model coupled to the context model to generate probability estimates for the series of binary decisions;
a channel state storage device; and
a plurality of entropy coding tables coupled to state information of the channel state memory and configured to encode bits from the input data in response to the state information, wherein one of the plurality of entropy encoding tables is configured to encode n bits at a time, wherein n is greater than or equal to 2 is.
I System according to feature H, wherein the one of the plurality of entropy coding tables encodes n bits at a fixed probability.
A system according to any of features H to I, wherein the one of the plurality of entropy coding tables comprises a Huffman encoder.
K system according to one of the features H to J, wherein the one of the plurality of Entropiekoderiertabellen has a run-length encoder.
L system according to one of the features H to K, wherein the one of the plurality of Entropiekoderiertabellen encodes the last significant bits of the coefficient tails and ends.
M system according to one of the features H to L, wherein the one of the plurality of Entropiekodiertabellen coded front or bits of the coefficients in the data input.
N system according to one of the features H to M, wherein at least one of the plurality of Entropiekodiertabellen has a combined probability estimation and entropy coding.
The system of any one of features H to N, further comprising a switch configured to select individual tables of the plurality of entropy coding tables to encode one or more bits of the input data based on the likelihood.
P system according to one of the features H to O, wherein the probability estimation model comprises a table.
Q System of feature P, wherein the context model provides a probability state indicator having a Most Probable Icon (MPS) indicator therein.
R encoder for encoding data inputs, in particular for a system according to one of the features H to Q, wherein the encoder comprises:
a channel state storage device; and
a linked probability estimation and entropy coding table coupled to receive state information from the channel state memory device and configured to encode n bits of the input data at a time in response to the state information, where n is greater than or equal to 2.
S Encoder according to feature R, wherein the Entropiekodiertabeller encodes n bits at a fixed probability.
T encoder according to feature R or S, wherein the n bits have a symbol.
U coder according to one of the features R to T, wherein the entropy coding table comprises a Huffman coder.
V coder according to one of the features R to U, wherein the entropy coding table comprises a run length coder.
W coder according to one of the features R to V or feature H, wherein the entropy coding table encodes the least significant bits of coefficients.
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