DE68925552T2

DE68925552T2 - Kodierer mit veränderlicher Datenrate

Info

Publication number: DE68925552T2
Application number: DE68925552T
Authority: DE
Inventors: Kohei Iseda; Yoshihiro Tomita; Shigeyuki Unagami
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2009-09-27
Also published as: CA1324672C; DE68925552D1; EP0361384B1; EP0631402A3; EP0361384A2; EP0361384A3; JPH0287731A; JPH0783315B2; US5159611A; EP0631402A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Codierer mit variabler Rate zum Transformieren eines Eingangssignals in ein Digitalsignal mit einer niedrigen und adaptiven variablen Bitrate, umfassend: eine Vielzahl von Codierungsschaltungen, die jeweils einen Ausgabequantisierer mit einer unterschiedlichen Ausgabebitrate umfassen und unabhängig das Eingangssignal in ein komprimiertes Digitalsignal transformieren.
Wenn ein Sprachsignal oder ein Bildsignal übertragen wird, dann wird ganz allgemein das ursprüngliche Eingangssignal an der Senderseite durch ein Codierungsverfahren codiert, um die Bitrate auf der Übertragungsleitung zu verkleinern, und das codierte Signal wird empfangen und decodiert, um das ursprüngliche Signal an der Empfängerseite wiederherzustellen.
Bei der obigen Übertragung unter Verwendung einer Codierung wird zusätzlich zu der Anforderung einer niedrigen Bitrate eine ausreichende Qualität des wiederhergestellten Signals gemäß dem Verwendungszweck benötigt.
Insbesondere in Kommunikationssystemen, die Veränderungen der Bitrate erlauben, beispielsweise in einem Paketkommunikationssystem, ist es wünschenswert, ein Eingangssignal auf ein Signal mit einer kleinsten Bitrate zu codieren, das eine ausreichende Qualität des wiederhergestellten Signals hinsichtlich einer Effizienz und einer Qualität aufrechterhält.

(2) Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Ein Versuch, die voranstehend erwähnte Codierung zu realisieren, bei der ein Eingangssignal in ein Signal mit einer kleinsten Bitrate codiert wird, welches eine ausreichende Qualität des wiederhergestellten Signals aufrechterhält, was als Codierer mit variabler Rate bezeichnet wird, ist von T. Taniguchi et al. in der Veröffentlichung "ADPCM with a Multiquantizer for Speech Coding", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 6, Februar 1988, Seiten 410-424 beschrieben.
Der in der voranstehend erwähnten Veröffentlichung beschriebene Codierer umfaßt eine Vielzahl von ADPCM- Codierereinheiten und die Anzahl der Bits des Quantisiererausgangs in jeder Codierereinheit ist unterschiedlich.
Eingangssignale werden in der Vielzahl von Codierereinheiten parallel codiert, die Qualität der Codierung in jeder Codierereinheit wird für jeden Datenrahmen ausgewertet und die Codierereinheit, die von den Codierereinheiten, die eine vorgegebene Qualitätsanforderung erfüllen, eine niedrigste Bitrate bereitstellen, wird zur Verwendung für eine Übertragung gewählt.
Um die obige Auswertung (die Bestimmung, ob der Ausgang jeder Codierereinheit die obige vorgegebene Qualitätsanforderung erfüllt oder nicht> auszuführen, werden in der obigen Veröffentlichung zwei Verfahren beschrieben.
In dem einen Verfahren wird ein Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) für jede Codierereinheit und jeden Datenrahmen ermittelt und der ermittelte SNR-Wert wird mit einer Schwelle des SNR verglichen, die der voranstehenden vorgegebenen Qualitätsanforderung entspricht.
In dem Codierer, der eine Prädiktionscodierung ausführt, wird eine Differenz zwischen einem Eingangssignal und einem Prädiktionswert des Eingangs durch den Quantisierer quantisiert und der Ausgang des Quantisierers wird als der Ausgang des Codierers verwendet. Das SNR in dem Codierer wird durch ein Vielfaches (eine Summation, wenn das SNR als ein Logarithmus ausgedrückt wird> einer Prädiktionsverstärkung und einer Quantisierungsverstärkung ausgedrückt, wenn das Eingangssignal groß genug ist, um die Quantisierungsstufengröße in dem Analog-/Digital-Wandler zu ignorieren, der in der Eingangsstufe des Codierers vorgesehen ist. Wenn die Prädiktionsverstärkung groß ist (die obige Differenz klein ist), ist deshalb nur eine kleine Anzahl von Quantisierungsstufen in dem Quantisierer (eine kleine Anzahl von Ausgangsbits des Quantisierers) erforderlich, um das erforderliche SNR zu erhalten, und wenn die Prädiktionsverstärkung klein ist (die obige Differenz groß ist), dann ist eine große Anzahl der Quantisierungsstufen in dem Quantisierer (eine große Anzahl von Ausgangsbits des Quantisierers) erforderlich, um das erforderliche SNR zu erhalten. Somit ermöglicht die voranstehend erwähnte Auswertung der SNR eine Steuerung der Ausgabebitrate des Codierers.
In dem anderen Verfahren wird ein Rausch-(Fehler)-Pegel für die Auswertung anstelle des SNR verwendet.
Wie in der obigen Veröffentlichung beschrieben, besteht ein Problem darin, daß ein Ausgang mit einer hohen Bitrate gewählt wird für ein Eingangssignal mit einem niedrigen Pegel, wenn eine Auswertung auf Grundlage des SNR verwendet wird und für ein Eingangssignal mit hohem Pegel, wenn eine Auswertung auf Grundlage des Rauschpegels verwendet wird.
Allgemein ist ein Analog-/Digital-Wandler in der Abtaststufe eines Codierers zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in ein digitales Signal vorgesehen, wobei ein fester Amplitudenbereich für Eingangssignale (Dynamikbereich) an dem Eingang des Analog-/Digital-Wandlers zugewiesen wird und die Stufengröße (Auflösung) in dem Analog-/Digital-Wandler konstant ist. Die konstante Stufengröße in dem Analog- /Digital-Wandler begrenzt das SNR in dem Analog-/Digital- Wandler und somit das SNR in dem gesamten Codiererausgang. Insbesondere wenn der Eingangspegel niedriger wird, ist es schwierig, den erforderlichen SNR-Wert zu ermitteln.
Wie voranstehend erwähnt ist die Steuerung der Ausgabebitrate eines Codierers unter Verwendung der Auswertung des SNR effektiv, wenn das Eingangssignal groß genug ist, um die Quantisierungsschrittgröße in dem Analog-/Digital-Wandler zu ignorieren. Wenn allerdings ein SNR-Wert in dem Analog- /Digital-Wandler, der durch den Faktor (Eingangssignalpegel)/(Quantisierungsstufengröße in dem Analog-/Digital-Wandler) bestimmt ist, mit dem für den gesamten Codierer benötigten SNR-Wert (d.h. benötigt für ein Signal, welches auf der Empfängerseite durch den Codierer und einen entsprechenden Decodierer wiederhergestellt wird) vergleichbar ist, dann ist die obige Steuerung der Ausgangsbitrate des Codierers unter Verwendung der Auswertung des SNR nicht effektiv, da ein Anstieg in der Quantisierungsverstärkung in dem Quantisierer nur eine Abnahme in der Prädiktionsverstärkung wiedergewinnen kann, aber nicht das in dem Analog-/Digital-Wandler verschlechterte SNR wiederherstellen kann. Trotzdem wird in dem herkömmlichen Codierer mit variabler Rate die obige Steuerung der Ausgabebitrate des Codierers unter Verwendung der Auswertung des SNR, d.h. einer Zunahme in der Ausgabebitrate des Codierers, wenn das SNR des Codierers kleiner wird, ausgeführt, selbst wenn sich das SNR des Codierers durch das SNR in dem Analog-/Digital-Wandler aufgrund eines Eingangs mit niedrigem Pegel verschlechtert hat.
In dem Codierer, bei dem die obige Steuerung der Ausgabebitrate auf Grundlage des Rauschpegels anstelle des SNR ausgeführt wird, wird das voranstehend erwähnte Problem einer hohen Bitrate für einen Eingang mit einem höhen Pegel durch einen konstanten Schwellpegel für Rauschen verursacht, der ein hohes SNR für einen Eingang mit einem hohen Pegel benötigt.
In den herkömmlichen Codierern mit variabler Rate besteht deshalb ein Problem, daß eine hohe Bitrate, die nicht zur Qualität des übertragenen Signals beiträgt, gemäß der Veränderung des Eingangspegels ausgegeben wird, selbst wenn die Ausgabebitrate des Codierer auf Grundlage des SNR oder des Rauschpegels gesteuert wird.
Ferner sind in dem herkömmlichen Codierer mit variabler Rate, wie in der voranstehenden Veröffentlichung von Taniguchi et al. beschrieben, eine Vielzahl von Codierereinheiten vorgesehen, wobei die Anzahl der Codierereinheiten durch das Ausmaß der Veränderung der erforderlichen Bitraten zur Bestimmung einer erforderlichen Qualität bestimmt ist, und ein Eingangssignal wird parallel in allen Codierungseinheiten codiert. Deshalb besteht ein Problem darin, daß der Hardwareaufwand sehr groß ist.
Ferner wird auf die EP-A-0206352 und auf ICASSP 86 Proceedings Volume 3, April 1986, New York, Seiten 1721-1724, Tanaguchi et al. "A High-Efficiency Speach Coding Algorithm" verwiesen, die beide eine Codierungsübertragungseinrichtung offenbaren, die eine Vielzahl von adaptiven Codierungseinheiten (ADPCM-Quantisierern) mit einer unterschiedlichen Verarbeitungscharakteristik enthält. Eine der adaptiven Codierungseinheiten, die die optimale Verarbeitungscharakteristik aufweist, wird auf Grundlage von Quantisierungsfehlern gewählt, die durch eine Fehlerberechnungseinheit berechnet werden. Die Auswahl wird auf Grundlage nur eines Kriteriums (Quantisierungsfehler) durchgeführt. Ferner können die Bitraten der Vielzahl von adaptiven Codierungseinheiten (ADPCM-Quantisierern), die in beiden voranstehend erwähnten Dokumenten offenbart sind, nicht verändert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Codierer mit variabler Rate zur Realisierung einer optimalen Codierung gemäß einer Veränderung eines Eingangspegels hinsichtlich der Qualität und der Bitrate bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Codierer mit variabler Rate zur Realisierung einer optimalen Codierung gemäß einer Veränderung eines Eingangspegels hinsichtlich einer Qualität und einer Bitrate mit einem reduzierten Hardwareaufwand bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Codierer zum Transformieren eines Eingangssignals in ein Digitalsignal mit niedriger Bitrate vorgesehen, umfassend: eine Vielzahl von Codierungseinrichtungen, die jeweils einen Ausgabequantisierer mit einer unterschiedlichen Anzahl von Ausgabebits umfassen und unabhängig das Eingangssignal in ein komprimiertes Digitalsignal transformieren, und eine erste Ausgangsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ausgangs einer der Vielzahl von Codierungseinrichtungen als einen Ausgang des Codierers durch ein individuelles Bestimmungsverfahren, wobei in diesem Verfahren eine Qualität eines Signals, welches aus einem Ausgang jeder Codierungseinrichtung regeneriert wird, durch einen vorgegebenen Qualitätsauswertungsstandard ausgewählt wird, und dann ein Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von Ausgängen der Codierungseinrichtungen, die den Standard erfüllen, als der Ausgang des Codierers bestimmt wird, gekennzeichnet durch eine zweite Ausgangsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ausgangs einer der Vielzahl von Codierungseinrichtungen als einen Ausgang des Codierers durch ein individuelles Bestimmungsverfahren, welches sich von demjenigen der ersten Ausgangsbestimmungseinrichtung unterscheidet, wobei in dem zweiten Verfahren eine Qualität eines Signals, welches aus einem Ausgang jeder Codierungseinrichtung regeneriert wird, durch einen anderen individuellen vorgegebenen Qualitätsauswertungsstandard ausgewertet wird und dann ein Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von Ausgängen der Codierungseinrichtungen, die den letzteren Standard erfüllen, als der Ausgang des Codierers bestimmt wird; und eine Steuerungsbestimmungseinrichtung zum Wählen einer der Ausgangsbestimmungseinrichtungen als eine Einrichtung zum Bestimmen des Ausgangs des Codierers, gemäß der Leistung des Eingangssignals, und eine Ausgangswähleinrichtung, die angeordnet ist, um einen Ausgang einer der Vielzahl von Codierungseinrichtungen als den Ausgang des Codierers gemäß dem Ausgang der Ausgangsbestimmungseinrichtung, die durch die Steuerungsbestimmungseinrichtung gewählt ist, zu wählen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung läßt sich unter beispielhafter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 2 eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor einer Beschreibung der zwei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun das grundlegende Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert.
Ein Eingangssignal wird parallel in der Vielzahl von Codierungseinrichtungen codiert und der Ausgang einer der Vielzahl von Codierungseinrichtungen, die durch eine der Vielzahl von Ausgangsbestimmungseinrichtungen gewählt wird, wird als der Ausgang des Codierers (mit variabler Rate) verwendet. Die obige eine der Ausgangsbestimmungseinrichtungen wird ferner durch die Steuerungsbestimmungseinrichtung entsprechend der Leistung des Eingangssignals gewählt.
Wenn somit die Charakteristik (insbesondere die Anwendbarkeit oder Eignung) der Qualitätssteuerung unter Verwendung des individuellen vorgegebenen Auswertungsstandards durch jede der Ausgangsbestimmungseinrichtungen von der Leistung des Eingangssignals (oder dem Eingangssignalpegel) abhängt, wird eine am besten geeignete oder am besten anwendbare der Qualitätssteuerungen unter Verwendung der individuellen vorgegebenen Auswertungsstandards durch die Ausgabestimmungseinrichtung von der Steuerungsbestimmungseinrichtung entsprechend der Leistung des Eingangssignals (oder dem Eingangssignalpegel) gewählt.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 bezeichnen Bezugszeichen 111, 121 und 131 jeweils eine Codierungseinheit, 112, 122 und 132 bezeichnen jeweils eine Decodierungseinheit, 61, 62 und 63 bezeichnen jeweils einen Addierer, 64, 65, 66 und 67 bezeichnen jeweils einen Leistungsberechner, 21, 22 und 23 bezeichnen jeweils einen Teiler, 4a bezeichnet eine Steuerwählschaltung, 24 bezeichnet eine S/N-Auswertesteuerschaltung, 3a bezeichnet eine Rauschauswertungs-Steuerschaltung, 51 bezeichnet einen Wähler, 52 bezeichnet einen Wähler und Multiplexer, 7 bezeichnet eine Übertragungsleitung, 8 bezeichnet einen Demultiplexer und 9 bezeichnet eine Decodierungseinheit.
Von den obigen Bestandselementen sind der Demultiplexer 8 und die Decodierungseinheit 9 in der Empfängerseite enthalten, während alle anderen Bestandselemente mit Ausnahme der obigen Elemente in der Empfängerseite und die Übertragungsleitung 7 eine Konstruktion in der Senderseite bilden.
Ein Eingangssignal (in Figur 1 mit SIN bezeichnet) wird den Codierungseinheiten 111, 121 und 131 parallel eingegeben.
Die Codierungseinheiten 111, 121 und 131 realisieren die voranstehend erwähnte Vielzahl von Codierungseinrichtungen, besitzen unterschiedliche Anzahlen von Ausgabebits (beispielsweise jeweils drei, vier und fünf) und die Codierungseinheiten 111, 121 und 131 in Figur 1 führen beispielsweise eine ADPCM-Codierung aus. Die ausgegebenen (codierten) Signale (jeweils mit SCOD1, SCOD2 und SCOD3 bezeichnet) von den Codierern 111, 121 und 131 werden dem Wähler und Multiplexer 52 eingegeben.
Die Decodierungseinheiten 112, 122 und 132 decodieren jeweils die Ausgangssignale (jeweils mit SCOD1, SCOD2 und SCOD3 bezeichnet) von den entsprechenden Codierern und deshalb regenerieren jede der Decodierungseinheiten 112, 122 und 132 das Eingangssignal, welches eine mögliche Verschlechterung durch die Codierung und Decodierung durch die jeweilige Codierungseinheit bzw. Decodierungseinheit erleidet.
Die Ausgänge der Decodierungseinheiten 112, 122 und 132 (die voranstehend erwähnten regenerierten Signale, die jeweils mit SDEC1, SDEC2 und SDEC3 bezeichnet sind) werden von dem realen Eingangssignal in den Addieren 61, 62 bzw. 63 subtrahiert und somit werden die Fehlersignale erhalten, die jeweils durch die Codierungseinheiten 111, 121 und 131 und die Decodierungseinheiten 112, 122 bzw. 132 erzeugt werden.
Die sich ergebenden Fehlersignale werden jeweils den Leistungsrechnern 65, 66 bzw. 67 eingegeben und somit werden die Leistungen (jeweils mit PWR1, PWR2 und PWR3 bezeichnet) der obigen Fehlersignale berechnet.
Andererseits wird die Leistung (mit PWR0 bezeichnet) des Eingangssignals in dem Leistungsberechner 64 berechnet und Signal-/Rauschverhältnisse (jeweils mit SN1, SN2 und SN3 bezeichnet) für die Paare der Codierungseinheiten und die entsprechenden Decodierungseinheiten 111 & 112, 121 & 122 und 131 & 132 werden jeweils in den Teilern 21, 22 und 23 berechnet.
Die obigen Signal-/Rausch-Verhältnisse SN1, SN2 und SN3 von den Teilern 21, 22 und 23 werden der S/N- Auswertungssteuerungsschaltung 24 eingegeben.
Die S/N-Auswertungssteuerungsschaltung 24 entspricht einer der voranstehend erwähnten Ausgangsbestimmungseinrichtung in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und bestimmt einen Ausgang einer der Codierungseinheiten 111, 121 und 131 als einen Ausgang des Codierers (d.h. den Ausgang der Senderseite wie in Figur 1 gezeigt) entsprechend den obigen Signal-/Rausch-Verhältnissen SN1, SN2 und SN3.
Genauer gesagt bestimmt die S/N- Auswertungssteuerungsschaltung 24 zunächst die Ausgänge der Codierungseinheiten entsprechend der Ausgänge der Teiler, die eine vorgegebene S/N-Bedingung erfüllen und bestimmt dann den Ausgang der Codierungseinheit mit der kleinsten Anzahl von Ausgangsbits von den Codierungseinheiten, die die vorgegebene S/N-Bedingung erfüllen, als den Ausgang des Codierers.
Die obige S/N-Bedingung ist beispielsweise, daß das Signal/Rausch-Verhältnis größer als eine vorgegebene Schwelle sein muß. Der Schwellwert (mit SNTH in Figur 1 bezeichnet) ist beispielsweise 36 dB.
Wenn somit die Signal-/Rausch-Verhältnisse SN2 und SN3 von den Teilern 22 und 23 36 dB sind und daß Signal-/Rausch- Verhältnis SN1 von dem Teiler 21 unter 36 dB ist, dann wird zunächst bestimmt, daß die Codierungseinheiten 121 und 131 die obige S/N-Bedingung erfüllen und dann wird der Ausgang der Codierungseinheit 121 als der Ausgang des Codierers bestimmt, da die Anzahl von Ausgabebits (4) der Codierungseinheit 121 kleiner als die Anzahl von Ausgabebits (5) der Codierungseinheit 122 ist, nämlich an der Stufe der S/N-Auswertungssteuerschaltung 24. Das Ergebnis der Bestimmung wird in der Form eines Wählersteuersignals (in Figur 1 mit ESN bezeichnet) ausgegeben und dann an einen Eingangsanschluß eines Wählers 51 angelegt.
Andererseits werden die Leistungen der Fehlersignale PWR1, PWR2 und PWR3 der Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a eingegeben.
Die Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a entspricht einer anderen der voranstehend erwähnten Ausgangsbestimmmungseinrichtungen in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und bestimmt einen Ausgang einer der Codierungseinheiten 111, 121 und 131 als einen Ausgang des Codierers (d.h. den Ausgang der Senderseite wie in Figur 1
gezeigt) entsprechend der obigen Leistungen der Fehlersignale PWR1, PWR2 und PWR3.
Genauer gesagt bestimmt die Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a zunächst die Ausgänge der Codierungseinheiten entsprechend den Ausgängen der Teiler, die jeweils die vorgegebene Fehlerbedingungen erfüllen, und dann bestimmt sie einen Ausgang einer Codierungseinheit mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von den Codierungseinheiten, die die vorgegebene Fehlerbedingung erfüllen, als den Ausgang des Codierers.
Die obige Fehlerbedingung ist beispielsweise diejenige, daß die Leistung des Fehlersignals kleiner als ein vorgegebenes Maximum sein muß. Der Maximalwert (in Figur 1 mit NTH bezeichnet> ist beispielsweise -75 dBm0.
Wenn somit die Leistungen der Fehler PWR2 und PWR3 von den Leistungsberechnern 66 und 67 beispielsweise unter -75 dBm0 sind und die Leistungen des Fehlers PWR1 von dem Leistungsberechner 65 über -75 dBm0 sind, dann wird zunächst bestimmt, daß die Codierungseinheiten 121 und 123 die obige Fehlerbedingung erfüllen und dann wird der Ausgang der Codierungseinheit 121 als der Ausgang des Codierers bestimmt, da die Anzahl von Ausgabebits (4) der Codierungseinheit 121 kleiner als die Anzahl von Ausgabebits (5) der Codierungseinheit 122 ist, nämlich an der Stufe der Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a. Das Ergebnis der Bestimmung wird in der Form eines Wählersteuersignals (in Figur 1 mit EN bezeichnet) ausgegeben und wird dann an einen entsprechenden Eingangsanschluß des Wählers 51 angelegt.
Die Steuerungswählschaltung 4a entspricht der voranstehend erwähnten Steuerungsbestimmungseinrichtung in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und wird durch einen Komparator realisiert.
Der Komparator 4a vergleicht die voranstehend erwähnte Leistung PWR0 des Eingangssignals SIN mit einem Schwellwert (in Figur 1 mit SPTH bezeichnet) der Leistung des Eingangssignals. Das Ergebnis des Vergleichs wird in der Form eines Wählersteuersignals (in Figur 1 mit ED bezeichnet) ausgegeben und dann an einen Steuerungseingangsanschluß des Wählers 51 angelegt.
Der obige Schweilpegel der Leistung des Eingangssignals ist beispielsweise auf -50 dBm0 eingestellt.
Wenn somit die Leistung des Eingangssignals größer als der obige Schwellpegel SPTH ist, dann wird der Steuerungsausgang ESN von der S/N-Auswertungssteuerungsschaltung 24 in dem Wähler 51 gewählt. Der Ausgang des Wählers 51 (mit SEL bezeichnet) wird an den Wähler und Multiplexer 52 als ein Steuersignal für einen Wählerabschnitt des Wählers und Multiplexers 52 angelegt. Der Wähler und Multiplexer 52 wählt eines der Ausgangssignale von den Codierungseinheiten 111, 121 und 131 gemäß dem von dem Wähler 51 gelieferten Steuersignal und multiplexiert den gewählten Ausgang einer Codierungseinheit und das obige Steuersignal, um sie durch die Übertragungsleistung 7 zu übertragen. Somit wird die voranstehend erwähnte Steuerung der Ausgangsbitrate des Codierers unter Verwendung der Auswertung eines SNR ausgeführt, um eine Anzahl von Ausgabebits in dem Codierer zu wählen (zum Wählen einer Codierungseinheit).
Wenn die Leistung des Eingangssignals unter dem obigen Schwellwert SPTH liegt, dann wird der Steuerungsausgang EN von der Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a in dem Wähler 51 gewählt. Ahnlich wie im obigen Fall wird der Ausgang des Wählers 51 (mit SEL bezeichnet) an den Wähler und Multiplexer 52 als ein Steuersignal für den Wählerabschnitt des Wählers und Multiplexers 52 angelegt. Der Wähler und Multiplexer 52 wählt eines der Ausgangssignale der Codierungseinheiten 111, 121 und 131 gemäß dem von dem Wähler 51 gelieferten Steuersignal und multiplexiert den gewählten Ausgang einer Codierungseinheit und das obige Steuersignal, um sie durch die Übertragungsleitung 7 zu übertragen. Somit wird die voranstehend erwähnte Steuerung der Ausgabebitrate des Codierers unter Verwendung der Auswertung von Rauschsignalen zur Auswahl einer Anzahl von Ausgabebits in dem Codierer ausgeführt.
Bei dem obigen Multiplexierungsbetrieb können codierte Daten als ein Paket mit einem Anfangs- oder Headerabschnitt und einem Informationsabschnitt gebildet werden. In dem Headerabschnitt kann das obige Steuersignal SEL enthalten sein, welches anzeigt, welche der Ausgänge der Codierungseinheiten für die Übertragung gewählt werden, und in dem Informationsabschnitt sind beispielsweise ADPCM-Codes (der obige gewählte Ausgang) für 16 Datenabtastwerte enthalten.
Der auf der Empfängerseite gezeigte Decodierer 9 enthält den gleichen Aufbau von 3 Decodierungseinheiten wie Decodierungseinheiten 112, 122 und 132 auf der Senderseite, und wenn auf der Empfängerseite ein Datenrahmen empfangen wird, wird das voranstehend erwähnte Steuersignal SEL, welches in dem Headerabschnitt übertragen wird, abgeteilt und an den Decodierer 9 geliefert, um eine der voranstehend erwähnten Decodierungseinheiten entsprechend der Auswahl in der Senderseite auszuwählen. Somit kann das regenerierte Signal (mit REG bezeichnet) auf der Empfängerseite erhalten werden.
In der obigen Ausführungsform können für jeden Rahmen die Berechnungen und Steuerungen in der obigen Konstruktion (und somit ein Umschalten für die Auswahl einer Bitrate) ausgeführt werden.
Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Diese zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist als eine Variation der obigen Ausführungsform realisiert. Der einzige Unterschied im Aufbau zwischen den beiden Ausführungsformen ist die Funktion der Steuerungswählschaltung. In Figur 2 empfängt die Steuerungswählschaltung 4a' die Steuerausgänge ESN und EN von der S/N-Auswertungssteuerungsschaltung 24 und der Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a und arbeitet wie folgt.
Der Bereich der Leistung des Eingangssignals wird in drei Bereiche durch erste und zweite vorgegebene Schwellwerte (in Figur 2 mit SPTH1 und SPTH2 bezeichnet) aufgeteilt, wobei der erste vorgegebene Schwellwert größer als der zweite vorgegebene Schwellwert ist.
Die Steuerungsbestimmungseinrichtung (die durch die Steuerungswählschaltung 4a' in Figur 2 realisiert werden kann) in dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt als einen Ausgang des Codierers einen Ausgang einer Codierungseinheit, die durch die S/N-Steuerungsausgangs- Bestimmungseinrichtung (die durch die S/N- Auswertungssteuerungsschaltung 24 in Figur 2 realisiert werden kann) bestimmt wird, wenn die Leistung des Eingangssignals größer als ein erster vorgegebener Wert SPTH1 ist, die obige Steuerungsbestimmungseinrichtung (die Steuerungswählschaltung 4a' in Figur 2) bestimmt als den Ausgang des Codierers einen Ausgang einer Codierungseinheit, die durch die obige Fehlerpegelsteuerungs- Ausgabebestimmungseinrichtung (die durch die Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a in Figur 2 realisiert werden kann) bestimmt wird, wenn die Leistung des Eingangssignals nicht größer als ein zweiter vorgegebener Wert SPTH2 ist und die obige Steuerungsbestimmungseinrichtung (die Steuerungswählschaltung 4a' in Figur 2) bestimmt als einen Ausgang des Codierers einen Ausgang einer Codierungseinheit mit einer kleineren Anzahl von Ausgabebits zwischen dem Ausgang, der durch die S/N- Steuerungsausgabebestimmungseinrichtung (der Steuerungswählschaltung 4a' in Figur 2) bestimmt wird und dem obigen Ausgang, der durch die obige Fehlerpegelsteuerungsausgabebestimmungseinrichtung (die Rauschauswertungssteuerungsschaltung 3a in Figur 2) bestimmt wird, wenn die obige Leistung des Eingangssignals zwischen den obigen ersten und zweiten vorgegebenen Werten SPTH1 und SPTH2 ist.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Spielraum zur Bestimmung des Schwellpegels der Leistung des Eingangssignals gegeben. Die ersten und zweiten Schwellpegel SPTH1 und SPTH2 in dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können auf ±6 dB des Schwellpegels in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingestellt werden.
In den ersten und zweiten Aspekten der vorliegenden Erfindung sind die Anzahlen von Ausgabebits (Bitrate) in der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (Einheiten) in den Codierer mit variabler Rate jeweils fest und deshalb wird die Anzahl der Codierungseinheiten durch das Ausmaß der Veränderung der erforderlichen Bitraten zum Erhalten einer benötigten Qualität bestimmt.
Da die Konstruktion beider obigen Ausführungsformen durch Digitalsignalprozessoren realisiert wird, sind die obigen Transformationstabellen für vorgegebene Anzahlen von Ausgabebits (Zahl von Quantisierungsstufen) vorher für jeden Quantisierer und einen entsprechenden Umkehrquantisierer eingerichtet.
Wie voranstehend erwähnt, wird gemäß den obigen offenbarten Codierern mit variable Rate die am besten geeignete Bitratensteuerung entsprechend einer Veränderung des Eingangspegels (Leistung) gewählt und die vorliegende Erfindung ist auf alle Typen von Codierern anwendbar.
Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen dem besseren Verständnis und engen den Umfang nicht ein.
Es sei auf die europäische Anmeldung 94 113 064.3 der Anmelder verwiesen, die auf einen Gegenstand gerichtet ist, der aus der vorliegenden Anmeldung herausgeteilt ist.

Claims

1. Codierer zum Transformieren eines Eingangssignals in ein Digitalsignal mit niedriger Bitrate, umfassend:

eine Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131), die jeweils einen Ausgabequantisierer mit einer unterschiedlichen Anzahl von Ausgabebits umfassen und unabhängig das Eingangssignal in ein komprimiertes Digitalsignal transformieren; und

eine erste Ausgangsbestimmungseinrichtung (24) zum Bestimmen eines Ausgangs der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als einen Ausgang des Codierers durch ein individuelles Bestimmungsverfahren, wobei bei diesem Verfahren eine Qualität eines Signals, welches aus einem Ausgang jeder Codierungseinrichtung regeneriert wird, durch einen vorgegebenen Qualitätsauswertungsstandard ausgewertet wird und dann ein Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von Ausgängen von Codierungseinrichtungen, die den Standard erfüllen, als der Ausgang des Codierers bestimmt wird;

gekennzeichnet durch:

eine zweite Ausgangsbestimmungseinrichtung (3a) zum Bestimmen eines Ausgangs einer der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als einen Ausgang des Codierers durch ein individuelles Bestimmungsverfahren, welches sich von demjenigen der ersten Ausgangsbestimmungseinrichtung (24) unterscheidet, wobei bei dem zweiten Verfahren eine Qualität eines Signals, welches aus einem Ausgang jeder Codierungseinrichtung regeneriert wird, durch einen anderen individuellen vorgegebenen Qualitätsauswertungsstandard ausgewertet wird und dann ein Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von Ausgängen von Codierungseinrichtungen, die den letzteren Standard erfüllen, als der Ausgang des Codierers bestimmt wird; und

eine Steuerungsbestimmungseinrichtung (4a) zum Wählen einer der Ausgangsbestimmungseinrichtungen (24, 3a) als eine Einrichtung zum Bestimmen des Ausgangs des Codierers, gemäß der Leistungen des Eingangssignals; und

eine Ausgangswähleinrichtung (51, 52), die angeordnet ist, um einen Ausgang einer der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als den Ausgang des Codierers zu wählen, gemäß dem Ausgang der Ausgangsbestimmungseinrichtung, die durch die Steuerungsbestimmungseinrichtung (4a) gewählt wird.

2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

eine Vielzahl von Decodierungseinrichtungen (112, 122, 132) entsprechend der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) vorgesehen ist;

eine Vielzahl von Fehlerermittlungs einrichtungen (61, 62, 63, 65, 66, 67) entsprechend der Vielzahl von Decodierungseinrichtungen (111, 121, 131) vorgesehen sind und jeweils einen Fehler ermitteln, der durch die entsprechende Codierungseinrichtung und die entsprechende Decodierungseinrichtung erzeugt wird, auf Grundlage des Eingangssignals und eines Ausgangs der entsprechenden Decodierungseinrichtung;

eine Vielzahl von S/N-Ermittlungseinrichtungen (21, 22, 23) vorgesehen sind, die der Vielzahl von Decodierungseinrichtungen (111, 121, 131) entsprechen und jeweils ein Signal-/Rausch-Verhältnis auf Grundlage der Leistung des Eingangssignals und der Leistung eines Ausgangs einer entsprechenden Fehlerermittlungseinrichtung ermitteln;

die erste Steuerungsausgabebestimmungseinrichtung (24) angeordnet ist, um einen Ausgang einer Codierungseinrichtung von der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als einen Ausgang des Codierers zu bestimmen, gemäß der Ausgänge der Vielzahl von S/N-Ermittlungseinrichtungen (21, 22, 23); und

die zweite Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (3a) angeordnet ist, um einen Ausgang einer Codierungseinrichtung von der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als einen Ausgang des Codierers zu bestimmen, gemäß der Ausgänge der Vielzahl von Fehlerermittlungseinrichtungen (61, 62, 63, 65, 66, 67).

3. Codierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsbestimmungseinrichtung (4a) die S/N- Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (24) als eine Einrichtung zum Bestimmen des Ausgangs des Codierers wählt, wenn die Leistung des Eingangssignals größer als der vorgegebene Wert ist, und die Steuerungsbestimmungseinrichtung die Fehlerpegelsteuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (3a) als eine Einrichtung zum Bestimmen des Ausgangs des Codierers wählt, wenn die Leistung des Eingangssignals nicht größer als der vorgegebene Wert ist.

4. Codierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die S/N-Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (24) die Ausgänge der Codierungseinrichtung entsprechend der Ausgänge der S/N-Ermittlungseinrichtungen, die jeweils eine vorgegebene S/N-Bedingung erfüllen, bestimmt, und dann einen Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von den Codierungseinrichtungen, die die vorgegebene S/N- Bedingung erfüllen, als den Ausgang des Codierers bestimmt.

5. Codierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene S/N-Bedingung ist, daß das Signal/Rausch-Verhältnis größer als eine vorgegebene Schwelle ist.

6. Codierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerpegelsteuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (3a) zunächst eine Codierungseinrichtung entsprechend der Ausgänge der Fehlerermittlungseinrichtungen, die jeweils eine vorgegebene Fehlerbedingung erfüllen, bestimmt, wenn die Ausgänge jeweis durch die entsprechende Decodierungseinrichtung decodiert werden und die entsprechenden Fehler jeweils in der Fehlerermittlungseinrichtung ermittelt werden, und dann einen Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleinsten Anzahl von Ausgabebits von den Ausgängen von Codierungseinrichtungen, die die vorgegebene Fehlerbedingung erfüllen, als den Ausgang des Codierers bestimmt.

7. Codierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Fehlerbedingung für einen Fehler ist, daß der Fehler nicht größer als ein vorgegebenes Maximum ist.

8. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

eine Vielzahl von Decodierungseinrichtungen (111, 121, 131) entsprechend der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) vgrgesehen ist;

eine Vielzahl von Fehlerermittlungseinrichtungen (61, 62, 63, 65, 66, 67) vorgesehen ist, die der Vielzahl von Decodierungseinrichtungen (111, 121, 131) entsprechen und jeweils einen Fehler ermitteln, der durch eine entsprechende Codierungseinrichtung und entsprechende Decodierungseinrichtung erzeugt wird, auf Grundlage des Eingangssignals und eines Ausgangs der entsprechenden Decodierungseinrichtung;

eine Vielzahl von S/N-Ermittlungseinrichtungen (21, 22, 23) vorgesehen ist, die der Vielzahl von Decodierungseinrichtungen (111, 121, 131) entsprechen und jeweils ein Signal-/Rausch-Verhältnis auf Grundlage der Leistung des Eingangssignals und der Leistung eines Ausgangs einer entsprechenden Fehlerermittlungseinrichtung ermittelt;

die erste Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (24) angeordnet ist, um einen Ausgang einer Codierungseinrichtung von den Ausgängen der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als einen Ausgang des Codierers gemäß der Ausgänge der Vielzahl von S/N-Ermittlungseinrichtungen (21, 22, 23) zu bestimmen;

die zweite Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (3a) vorgesehen ist, um einen Ausgang einer Codierungseinrichtung von den Ausgängen der Vielzahl von Codierungseinrichtungen (111, 121, 131) als einen Ausgang des Codierers auf Grundlage der Ausgänge der Vielzahl von Fehlerermittlungseinrichtungen (61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) zu bestimmen; und

die Steuerungsbestimmungseinrichtung (4a) angeordnet ist, um als einen Ausgang des Codierers einen Ausgang einer Codierungseinrichtung zu bestimmen, die durch die S/N-Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (24) bestimmt ist, wenn die Leistung des Eingangssignals größer als ein erster vorgegebener Wert ist, die Steuerungsbestimmungseinrichtung angeordnet ist, um als den Ausgang des Codierers einen Ausgang einer Codierungseinrichtung zu bestimmen, die durch die Fehlerpegelsteuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (3a) bestimmt ist, wenn die Leistung des Eingangssignals nicht größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist, und die Steuerungsbestimmungseinrichtung angeordnet ist, um als einen Ausgang des Codierers einen Ausgang einer Codierungseinrichtung mit einer kleineren Anzahl von Ausgabebits zwischen dem durch die S/N- Steuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (24) bestimmten Ausgang und dem durch die Fehlerpegelsteuerungsausgangsbestimmungseinrichtung (3a) bestimmten Ausgang zu bestimmen, wenn die Leistung des Eingangssignals zwischen den ersten und zweiten vorgegebenen Werten ist.