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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Datenkompressionanordnung zur Datenkompression eines
digitalen Informationssignals, erhalten aus einem digitalen Audio-Signal,
wobei das digitale Informationssignal p-Bit-Abtastwerte enthält, wobei
p eine ganze Zahl größer als
1 ist, wobei diese Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:
- – Mitte
zum Emptangen des digitalen Intormationssignals,
- – verlustfreie
Kompressionsmittel zum Durchführen
eines im Wesentlichen verlustfreien Kompressionsschrittes an dem
digitalen Informationssignal zum Erhalten eines datenkomprimierten
digitalen Informationssignals, wobei die verlustfreien Kompressionsmittel
einen Codierer vom Huffman-Typ enthalten,
- – Ausgangsmittel
zum Liefern des datenkomprimierten digitalen Informationssignals,
auf eine Datenexpansionsanordnung zur Datenexpansion eines datenkomprimierten
digitalen Informationssignals, erhalten aus einem digitalen Audiosignal, wobei
die Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:
- – Eingangsmittel
zum Empfangen des datenkomprimierten digitalen Informationssignals,
- – verlustfreie
Expansionsmittel zum Durchführen eines
im Wesentlichen verlustfreien Datenexpansionsschrittes an dem datenkomprimierten
digitalen Informationssignal, zum Erhalten einer Replik des digitalen
Informationssignals, wobei die verlustfreien Expansionsmittel einen
Decoder vom Huffman-Typ aufweisen,
- – Ausgangsmittel
zum Liefern der Replik des digitalen Informationssignals, auf einen
Sender mit der Datenkompressionsanordnung, auf einem Empfänger mit
der Datenexpansionsanordnung und auf ein Verfahren zur Datenkompression
des genannten digitalen Informationssignals.
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Huffman-Codierer und -Decoder sind
in dem betreffenden technischen Bereich durchaus bekannt. In dieser
Hinsicht sei auf die Veröffentlichung "A Method for the
construction of minimum-redundancy codes" von D. A. Huffman in "Proc. of the IRE", Heft 40(10), September
1952, Dokument D1 in der Liste des Bezugsmaterials am Ende der vorliegenden
Beschreibung verwiesen.
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Für
die DVD ("Digital
Versatile Disc")
ist eine Nur-Audio Applikation, die als DVD-Audio bezeichnet wird,
zu dem Zeitpunkt, wo das vorliegende Dokument geschrieben wird,
ein Diskussionsstück.
Wenn alle Wünsche
für die
Audio-Gemeinschaft in Bezug auf die Anzahl Kanäle, die Abtastfrequenz, die
Anzahl Bits je Abtastwert und die Spielzeit berücksichtigt werden sollen, reicht
sogar die große
Kapazität der
DVD nicht aus.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung eine Datenkompressionsanordnung und eine
Datenexpansionsanordnung zu schaffen, die für Datenkompression bzw. Datenexpansion
eines digitalen Audiosignals durchaus geeignet ist.
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Die Datenkompressionsanordnung nach
der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Huffman-Codierer
ein Rice-Codierer ist, wobei dieser Rice-Codierer durch einen Code-Parameter
m unterschieden werden kann, wobei der Rice-Codierer Generatormittel aufweist zum
Erzeugen des genannten Code-Parameters aus N Abtastwerten des digitalen
Informationssignals entsprechend der nachfolgenden Formel:
wobei A und B Konstanten
sind und x[n] der n. Abtastwert der N Abtastwerte ist, wobei N eine
ganze Zahl größer als
0 ist. Weiterhin eine Expansionsanordnung zur Datenexpansion eines
datenkomprimierten digitalen Informationssignals, erhalten aus einem
digitalen Audiosignal, wobei diese Anordnung die nachfolgenden Elemente
aufweist:
- – Eingangsmittel
zum Empfangen des datenkomprimierten digitalen Informationssignals,
- – verlustfreie
Expansionsmittel zum Durchführen eines
im Wesentlichen verlustfreien Datenexpansionsschrittes an dem datenkomprimierten
digitalen Informationssignal, zum Erhalten einer Replik des digitalen
Informationssignals, wobei die verlustfreien Expansionsmittel einen
Decoder vom Huffman-Typ aufweisen,
- – Ausgangsmittel
zum Liefern der Replik des digitalen Informationssignals, dadurch
gekennzeichnet, dass der Decoder vom Huffinan-Typ ein Rice-Decoder
ist, wobei dieser Rice-Decoder durch einen Codeparameter m unterschieden
werden kann, wobei der Rice-Decoder
Generatormittel aufweist zum Erzeugen des genannten Codeparameters
aus N Abtastwerten der Replik des digitalen Informationssignals
entsprechend der nachfolgenden Formel: wobei A und B Konstanten
sind und x[n] der n. Abtastwert der N Abtastwerte ist, wobei N eine
ganze Zahl größer als
0 ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die nachfolgende Erkenntnis
zugrunde.
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Es wurden eine Anzahl verschiedener
Formate vorgeschlagen für
DVD-Audio, die alle
beanspruchen, dass sie Anforderungen durch die Konsumenten, durch
Inhaltsprovider, durch Apparaturhersteller usw. erfüllen. Die
meisten Vorschläge
sind Verbesserungen der heutigen CD-Parameter: höhere Abtastrate, größere Auflösung und
mehr Kanäle.
Die üblichen
Einschränkungen
für alle
der vorgeschlagenen DVD-Audio-Formate sind eine Spielzeit von wenigstens
derjenigen der heutigen CD-Audio, die etwa 75 Minuten beträgt und die
Tatsache, dass verlustbehaftete Kompression für Audio hoher Qualität nicht akzeptierbar
ist. Eine andere formulierte Anforderung ist, dass zwecks ihrer
Eignung für
Leute mit einem Zweikanal-Stereo-Wiedergabegerät sowie für Leute mit einer 5-Kanal-Wiedergabeausrüstung, ein
Zweikanal- und ein Mehrkanalsignal verfügbar sein soll. Da im Allgemeinen
diese zwei Mischungen in einem Studio aus eine Vielzahl von Kanälen erzeugt
werden, ist das Stereosignal nicht unbedingt eine Heruntermischung
des Mehrkanalsignals. Deswegen ist Matrizieren keine Option zum
Wiedergewinnen der 2-Kanalmischung
aus dem 5-Kanalmischung. Auf diese Weise sind 2 + 5 = 7 separate
Kanäle
erforderlich.
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Um diese Signale auf einer DVD zu
speichern, während
genügend
Spielzeit übrig
bleiben soll, soll die Bitrate reduziert werden.
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Verlustfreie Codierung kann die erforderliche Bitratenreduktion
schaffen ohne jegliches Kompromiss an die Audioqualität. Eine
wichtige Anforderung ist, dass es auf einer DVD Editiermöglichkeiten
gegen soll. Dies bedeutet, dass der verlustfreie Decoder imstande
sein soll, das Decodieren an jeder Stelle auf einem vorbestimmten
Gitter zu starten, d. h. ohne die Notwendigkeit vorhergehende Daten
zu decodieren. Zum Schluss soll der Decoder eine geringe Komplexität aufweisen,
da er in jedem DVD-Spieler vorhanden sein wird.
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Es wird ein verlustfreies Audio-Codierungsschema
vorgeschlagen, das imstande ist, das erforderliche Kompressionsverhältnis zu
verwirklichen, beispielsweise für
DVD-Audio.
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Verlustfreie Codierung ist eine Technik
zum Reduzieren der erforderlichen Speicherkapazität für Daten,
wie Textdateien und Computerprogrammdaten. Nach Decodierung werden
die komprimierten Daten einwandfrei rekonstruiert. Bekannte Text-
und Datenkompressionsprogramme und -techniken wie "Lempel Ziv", "pkzip", "compress" und "pack" führen zu
einem relativ kleinen Kompressionsverhältnis, wenn sie auf ein PCM-Audiosignal angewandt
werden.
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Die spezifische Charakteristik eines PCM-Audiosignals
ist, dass Audio als eine Sequenz von PCM (Multi-bit) Abtastwerte
dargestellt wird, was es effektiver macht um die PCM-Abtastwerte
statt der einzelnen Bits oder Bytes zu verarbeiten. Zwischen aufeinander
folgenden PCM-Abtastwerten gibt es Abhängigkeiten. Deren Ausnutzung
in verbesserten verlustfreien Audio-Codierungsalgorithmen führt zu einem
höheren
Kompressionsverhältnis.
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Im Allgemeinen kann ein verlustfreier
Audio-Codierer in zwei Basisvorgänge
aufgeteilt werden, "Quellenmodellierung" mit Hilfe von Prädiktion und
Entropiecodierung.
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Quellenmodellierung wird auf das
Audiosignal angewandt zum Erhalten eines Restes des Audiosignals,
der geeignet ist zur Codierung in einem Entropiecodierer. Das Restsignal
wird datenkomprimiert mit Hilfe von Entropiecodierung. Dies führt zu einem Bitstrom
mit variabler Bitrate, der über
den Kanal übertragen
wird. Der Bitstrom enthält
ebenfalls Quellenmodellparameter und andere Nebeninformation.
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In dem Decoder wird das ursprüngliche
Eingangssignal durch Entropiecodierung und Quellensynthese rekonstruiert.
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Es ist eine Aufgabe des Codierers,
Datenkompression zu optimieren, damit ein maximales Datenkompressionsverhältnis verwirklicht
wird. Die Aufgabe der Decoderseite ist, die Komplexität zu minimieren.
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In einer Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung wird der kurze Ausdruck (pseudo)Unveränderlichkeit von Signalen benutzt
in dem Datenkompressionsschritt, durch Analyse und Verarbeitung
des Signals in Frames. Diese Periode der Pseudo-Unveränderlichkeit ist in der Größenordnung von
25 ms. Der Vorteil der Verarbeitung ei nes Signals in Frames ist,
dass diese Frames als isolierte Blöcke gesehen werden können die
Editiermöglichkeiten schaffen.
In der Praxis variieren die statistischen Eigenschaften eines Audiosignals
und folglich variiert auch die optimale Framelänge. Aber für eine einfache Handhabung
ist die Framelänge
als konstant gewählt
worden.
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Die Framelänge kann beispielsweise für eine 44,1
kHz Abtastfrequenz auf 1024 Abtastwerte gesetzt werden, entsprechend
23 ms. Dies scheint ein gutes Gleichgewicht zwischen Editiermöglichkeiten und
Leistung zu sein. Für
kleinere Framelängen nimmt
die Kompressionsleistung ab und für größere Framelängen wird die Editierbarkeit
unpraktisch.
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Bei einer andren Ausführungsform
wird kein Framing angewandt, aber die Datenkompression eines Abtastwertes
wird durch N vorhergehende Abtastwerte des Informationssignals bestimmt,
das datenkomprimiert werden soll.
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Lineare prädiktive Codierung, auch bekannt als
Intrakanalprädiktion,
wird angewandt zum Entfernen der linearen Abhängigkeiten zwischen aufeinander
folgenden Abtastwerten des Audiosignals. In einem allgemeinen linearen
Prädiktionsschema
wird ein Restsignal x[n] dadurch konstruiert, dass eine Prädiktion
des Audiosignals von dem Audiosignal subtrahiert wird. Die Prädiktion
des aktuellen Abtastwertes des Audiosignals basiert auf vorhergehenden Abtastwerten
des Audiosignals.
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Codierung mit variabler Länge entfernt
letzten Endes Redundanz aus dem Signal x[n]. Auch in diesem ganzen
Prozess geht keine Information verloren. Es gibt mehrere Verfahren
zur Entropiecodierung. Für
eine geringe Komplexität
des Decoders wird nach der vorliegenden Erfindung ein Huffman-ähnlicher
Code verwendet.
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Die Rice-Codes schienen ein hoffnungsvoller
Hilfssatz der Huffman-Codes zu sein, da sie durch nur einen Parameter
m unterschieden werden können.
Für eine
Beschreibung von Rice-Codes wird auf das Dokument D2 in der Liste
mit Bezugsmaterial verwiesen. Der Rice-Code ist im Wesentlichen
der Huffman-Code für
eine Laplace-Wahrscheinlichkeits-Dichte-Funktion
(PDF)
die eine gute Annäherung für das aktuelle
Restsignal x[n] zu sein scheint. Die Laplace PDF wird durch nur einen
Parameter σ an
p(x) angepasst.
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Ein Rice-Codewort, erhalten aus einem
Abtastcodewort des Restsignals x[n] besteht aus vier Teilen. Der
erste Teil ist ein einziges Bit, welches das Vorzeichen des Abtastwertes
angibt. Der zweite Teil besteht aus den m am wenigsten signifikanten
Bits (LSBs) des absoluten Wertes des Abtastwertes. Der dritte Teil
ist die einteilige Darstellung des Abtastwertes ohne die m LSBs.
Der Endteil ist ein Einzelbit-Trennzeichen für die einteilige Notierung.
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In der erstgenannten Ausführungsform
ist der Wert von m für
jedes Frame von N Abtastwerten mit Hilfe der nachfolgenden Formel
optimiert:
wobei A und B Konstanten
sind und x[n] der n. Abtastwert der N Abtastwerte ist, wobei N eine
ganze Zahl größer als
0 ist.
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Vorzugsweise ist A = 1 und B = 1
und m = |
M, wobei
und das Vorzeichen'|_' eine Rundung des
Wertes von M auf den Wert der nächsten
ganzen Zahl bezeichnet.
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Decodierung eines Rice-Codewortes
ist unkompliziert und erfordert sehr wenig Berechnungen. Das Vorzeichenbit
und die m LSBs sind unmittelbar verfügbar. Der restliche Teil kann
dadurch rekonstruiert werden, dass auf einfache Art und Weise die
Anzahl nullwertiger Bits vor dem begrenzenden Bit gezählt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
der Datenkompressionsanordnung,
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2 die
Wahrscheinlichkeit des Auftritts der Abtastwerte eines Signals als
eine Funktion deren Amplitude, für
ein digitales Breitband-Audiosignal und für ein Restsignal, erhalten
aus dem genannten digitalen Breitband-Audiosignal nach der Prädiktion und
Subtraktion des Audiosignals von der vorausgesagten Version,
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3 die
Datenkompressionsanordnung nach 1,
einverleibt in einer Aufzeichnungsanordnung zum Aufzeichnen des
datenkomprimierten Informationssignals auf einem Aufzeichnungsträger,
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4 die
Datenkompressionsanordnung, einverleibt in einer Übertragungsanordnung
zum Übertragen
des datenkomprimierten digitalen Informationssignals über ein Übertragungsmedium,
-
5 eine
weitere Ausführungsform
der Aufzeichnungsanordnung, die weiterhin mit einem Fehlerkorrekturcodierer
und einem Kanalcodierer versehen ist,
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6 eine
Ausführungsform
der Datenexpansionsanordnung zur Neuumwandlung des datenkomprimierten
digitalen Informationssignals in eine Replik des ursprünglichen
Informationssignals,
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7 die
Datenexpansionsanordnung nach Anspruch 6, einverleibt in eine Wiedergabeanordnung
zum Wiedergeben des datenkomprimierten digitalen Informationssignals
von einem Aufzeichnungsträger,
und
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8 die
Datenexpansionsanordnung nach Anspruch 6, einverleibt in einer Empfangsanordnung zum
Empfangen des datenkomprimierten digitalen Informationssignals von
einem Übertragungsmedium,
und
-
9 eine
weitere Ausführungsform
der Wiedergabeanordnung, die weiterhin mit einem Kanaldecoder und
einer Fehlerkorrektureinheit versehen ist.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der Datenkompressionsanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
Die Anordnung hat ein Eingangsterminal 1 zum Empfangen
p-Bit Abtastwerte
eines digitalen Audiosignals, beispielsweise abgetastet mit 44,1 kHz.
Die Anordnung umfasst eine in dem betreffenden technischen Bereich
durchaus bekannte Prädiktionseinheit 2,
die einen Eingang 4 hat, der mit dem Eingangsterminal 1 gekoppelt
ist, und einen Ausgang 6. Der Ausgang 6 der Prädiktionseinheit 2 ist
mit einem Eingang 10 einer Signalkombiniereinheit 10 gekoppelt,
die einen zweiten Eingang 12 hat, der mit dem Eingangsterminal 1 gekoppelt
ist, und einen Ausgang 14. Der Ausgang 14 ist
mit einem Terminal 16 gekoppelt, das der Eingang einer
Datenkompressionseinheit 18 ist. Ein Ausgang 20 der
Datenkompressionseinheit 18 ist mit einem Ausgangsterminal 22 der
Anordnung gekoppelt.
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Die Prädiktionseinheit 2 ist
dazu vorgesehen, eine vorhergesagte Version des digitalen Audiosignals
zu erzeugen, das dem Eingang 4 zugeführt worden ist und die vorhergesagte
Version an dem Ausgang 6 zu liefern. Die Signalkombiniereinheit 10 ist
dazu vorgesehen, das Audiosignal, das dem Eingang 12 zugeführt wird,
und die vorhergesagte Version des Audiosignals, das dem Eingang 8 zugeführt wird,
auf subtraktive Weise zu kombinieren, damit ein Rest-Ausgangssignal
erhalten wird, das dem Ausgang 14 zugeführt wird. Das Ausgangssignal
an dem Ausgang 14 der Kombiniereinheit 10 ist
repräsentativ für den Fehler
zwischen dem digitalen Audiosignal, das dem Eingang 12 zugeführt wird,
und der vorhergesagten Version des Audiosignals, das dem Eingang 8 zugeführt wird.
Wenn die Abtastwerte des digitalen Audiosignals und der vorhergesagten
Version des digitalen Audiosignals der Kombiniereinheit 10 mit
der gleichen Polarität
zugeführt
werden, wird die Kombiniereinheit 10 in Form einer Subtrahiereinheit sein.
Wenn aber die Abtastwerte des digitalen Audiosignals oder der vorhergesagten
Version des digitalen Audiosignals in der Polarität gegenüber dem
anderen der beiden Signale invertiert sind, wird die Kombiniereinheit 10 vor
der Kombination derselben in der Kombiniereinheit 10 in
Form einer Addiereinheit sein.
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Im Allgemeinen lässt sich sagen, dass die Prädiktionseinheit 2 und
die Kombiniereinheit 10 zu einer Abnahme der Veränderung
in der Amplitudenverteilung des digitalen Audiosignals führt. So
zeigt beispielsweise die Kurve 25 in 2 die Amplitudenverteilung des digitalen
Audiosignals, das dem Eingang 1 zugeführt wird, während die Kurve 27 die
Amplitudenverteilung des Restsignals an dem Terminal 16 zeigt.
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Das Signal, dessen Amplitudenverteilung der
Kurve 27 entspricht, kann auf sehr effiziente Art und Weise
mit Hilfe einer Datenkompressionseinheit 18 vom Huffman-Typ codiert werden.
Insbesondere kann eine noch effizientere Codierung mit Hilfe einer Kompressionseinheit 18 in
Form eines Rice-Codierers verwirklicht werden. Der Rice-Codierer 16 umfasst
einen Datenkompressor 28 und eine Generatoreinheit 30 zum
Ermitteln eines Parameters m, der dem Datenkompressor 28 zugeführt wird,
damit Codierung des Signals möglich
ist, das dem Eingang 16 zugeführt wird.
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Das Funktionieren des Rice-Codierers 18 ist wie
folgt. Der Parameter m ist ein Wert, der für die mittlere Lage des signifikantesten "1 "-Bits in N Abtastwerten
des dem Eingang 16 zugeführten Informationssignals repräsentativ
ist. Es wird nun vorausgesetzt, dass der Wert von m gleich 3 ist,
und dass ein 16-Bit Abtastwert des dem Eingang 16 zugeführten Informationssignals
in dem Rice-Codierer codiert werden soll. Das Codieren des genannten
16-Bit Abtastwertes in dem Datenkompressor 28 erfolgt dadurch,
dass die (m = 3) am wenigsten signifikanten Bits des 16-Bit Abtastwertes
genommen werden. Der Dezimalwert entsprechend dem restlichen 13
Bit Wort ist der Anzahl "Nullen", die zu den m am wenigsten
signifikanten Bits, denen ein "1"-Bit und ein Vorzeichenbit
folgen, hinzugefügt
werden sollen, gleich, wobei das Vorzeichenbit die Polarität des Abtastwertes
angibt.
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Ein Beispiel: es wird vorausgesetzt,
dass der 16-Bit Abtastwert einen Dezimalwert von 19 hat. Dieser
Abtastwert entspricht auf diese Weise "0000...010011". Mit m = 3 werden die Bits 011 aus dem
Abtastwert wiedergewonnen. Das restliche 13-Bit Wort entspricht "0000...010", der dem Dezimalwert
2 entspricht. Dadurch werden zwei "Nullen" hinzugefügt, denen ein "1"-Bit folgt. Außerdem wird ein "Vorzeichen"-Bit vor der erhaltenen
Bitsequenz hinzugefügt.
Der resultierende Daten-komprimierte Abtastwert entspricht "?011001 ", wobei das Fragezeichen
das Vorzeichen-Bit angibt. Dadurch wird der 16-Bit Abtastwert zu
einem 7-Bit-Wort komprimiert.
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Um den datenkomprimierten Abtastwert
zu datenexpandieren ist es erforderlich, den Wert m zu kennen, so
dass der Wert m auch übertragen
werden soll.
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Es sei aber bemerkt, dass es nicht
immer notwendig ist, den Wert m zu übertragen, und zwar in derartigen
Situationen, in denen m von N Abtastwerten hergeleitet wird, die
dem zu komprimierenden Abtastwert vorhergehen. Dies wird nachstehend
noch näher
erläutert.
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Die Herleitung des Wertes für den Parameter m
wird nachstehend beschrieben. Die Generatoreinheit
30 empfängt N Abtastwerte,
die dem Eingang
16 zugeführt werden und leitet den Wert
für m her,
und zwar unter Anwendung der nachstehenden Formel:
wobei A und B Konstanten
sind und x[n] der n. Abtastwert der N Abtastwerte ist, wobei N eine
ganze Zahl größer als
1 ist.
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Insbesondere ist m = |
M, wobei
und das Vorzeichen'|_' eine Rundung des
Wertes von M auf den Wert der nächsten
niedrigeren ganzen Zahl bezeichnet. Es dürfte einleuchten, dass man
bei einer anderen Ausführungsform
M auf einen Wert der nächsten
höheren
ganzen Zahl gerundet wird. Dies würde aber ein kleineres Datenkompressionsverhältnis in
dem Kompressor
28 bedeuten.
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In einer Option kann der Wert m zum
Codieren (zur Datenkompression) eines Abtastwertes von N Abtastwerten
hergeleitet werden, die dem umzuwandelnden Ab tastwert vorhergehen.
In dieser Option erfordert die Codierung der ersten N Abtastwerte eine
Spezialbehandlung. So könnte
beispielsweise dort, wo vorausgesetzt wird, dass N gleich 10 ist,
zum Codieren des ersten Abtastwertes für m ein vorbestimmter Wert
gewählt
werden, beispielsweise gleich p, oder p/2. Zum Codieren des zweiten
Abtastwertes könnte
m dadurch erhalten werden, dass die obenstehende Formel für N = 1
angewandt wird, und zwar unter Verwendung des ersten Abtastwertes.
Zum Codieren des dritten Abtastwertes können m dadurch erhalten werden,
dass die obenstehende Formel für N
= 2 angewandt wird, und zwar unter Verwendung des ersten und des
zweiten Abtastwertes, usw., bis zur Codierung des 11. Abtastwertes
die obenstehende Formel angewandt werden kann für N = 10, und zwar unter Verwendung
der vorhergehenden Abtastwerte.
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In dieser Option gibt es kein Bedürfnis zur Übertragung
der m Werte zu einem entsprechenden Rice-Decoder, wie nachstehend
noch näher
erläutert wird,
wenn ein derartiger Rice-Decoder näher beschrieben wird.
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In einer zweite Option ist die Generatoreinheit 30 dazu
vorgesehen, den Codeparameter m für aufeinander folgende Frames
von N Abtastwerten des digitalen Informationssignals zu erzeugen,
wie durch eine der obenstehenden Formeln gegeben. Der Kompressor 28 codiert
ein Frame von N Abtastwerten entsprechend dem m Wert, hergeleitet
für dieses
Frame. In dieser Option ist es erforderlich den Wert für m für jedes
Frame zusammen mit den datenkomprimierten Abtastwerten in diesem
Frame zu einem entsprechenden Rice-Decoder zu übertragen, damit es ermöglicht wird,
das datenkomprimierte Informationssignal zu decodieren, damit eine
Replik des ursprünglichen
Informationssignals erhalten wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
sind A und B gleich 1 gewählt
worden.
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Codierung des Informationssignals
auf die oben beschriebene Art und Weise bietet eine einfachere Herleitung
des Parameters m, dies im Vergleich zu den bekannten Rice-Codierern,
sowie eine etwas bessere Leistung als die bekannten Rice-Codierer.
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3 zeigt
die Einverleibung der Datenkompressionsanordnung nach 1 in einer Aufzeichnungsanordnung.
Die Aufzeichnungsanordnung umfasst weiterhin eine Schreibeinheit 35 zum
Schreiben des datenkomprimierten Informationssignals in einer Spur
auf dem Aufzeichnungsträger 32.
In dem vorliegenden Beispiel ist der Aufzeichnungsträger 32 ein magnetischer
Aufzeichnungsträger,
so dass die Schreibeinheit 35 wenigstens einen Magnetkopf 34 aufweist
zum Schreiben des datenkomprimierten Informationssignals in dem
Aufzeichnungsträger 32. Der
Aufzeichnungsträger
kann aber ein optischer Aufzeichnungsträger sein, wie eine CD oder
eine DVD.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines Senders zum Übertragen
eines Audiosignals über ein Übertragungsmedium
mit der Kompressionsanordnung nach 1.
Der Sender umfasst weiterhin eine Übertragungseinheit 40 zum
Zuführen
des datenkomprimierten Informationssignals zu dem Übertragungsmedium
TRM. Die Übertragungseinheit 40 könnte eine
Antenne 42 aufweisen.
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Übertragung über ein Übertragungsmedium, wie
eine Funkfrequenzverbindung oder einen Aufzeichnungsträger, erfordert
im Allgemeinen eine Fehlerkorrekturcodierung und eine Kanalcodierung, durchgeführt an dem
zu übertragenden
datenkomprimierten Informationssignal. 5 zeigt derartige Signalverarbeitungsschritte,
durchgeführt
an dem Restsignal für
die Aufzeichnungsanordnung nach 3.
Die Aufzeichnungsanordnung nach 5 umfasst
dazu einen in dem betreffenden technischen Bereich durchaus bekannten
Fehlerkorrekturcodierer 50, und einen ebenfalls durchaus
bekannten Kanalcodierer 52.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
der Datenexpansionsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Die
Anordnung hat ein Eingangsterminal 55 zum Empfangen der
datenkomprimierten Worte des datenkomprimierten Informationssignals.
Das Eingangsterminal 55 ist an einen Eingang einer Datenexpansionseinheit 58 gekoppelt,
die von dem Huffinan-Typ ist. Insbesondere ist die Expansionseinheit 58 in
Form eines Rice-Decoders. Der Rice-Decoder 58 umfasst einen
Datenexpander 60 und eine Generatoreinheit 62 zum
Ermitteln eines Parameters m, der in dem Datenexpander 60 geliefert
wird um eine Decodierung des Signals zu ermöglichen, das dem Eingang 55 zugeführt wird.
Der Rice-Decoder 58 liefert
eine Replik des Informationssignals an dem Ausgang 64,
wobei dieser Ausgangs 64 mit einem ersten Eingang 66 einer
Signalkombinationseinheit 68 gekoppelt ist. Ein Ausgang
der Signalkombinationseinheit 68 ist mit einem Eingang
einer in dem betreffenden technischen Bereich durchaus bekannten
Prädiktionseinheit 57 gekoppelt.
Ein Ausgang der Prädiktionseinheit 57 ist
mit dem Ausgangsterminal 69 sowie mit einem zweiten Eingang 67 der
Kombinationseinheit 68 gekoppelt. Das Funktionieren der
Kombinationseinheit 68 und der Prädiktionseinheit 57 ist in
dem betreffenden technischen Bereich durchaus bekannt, und zwar
in dem Sinne, dass in Reaktion auf das dem Eingang 66 zugeführten Informationssignals,
das eine Replik des Restsignals an dem Ausgang 14 der Kom binationseinheit 10 der
Anordnung nach 1 ist,
eine Replik des ursprünglichen
Audiosignals an dem Ausgangsterminal 69 erhalten wird.
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Das Funktionieren des Rice-Decoders 58 wird
nachstehend noch näher
erläutert.
Die Generatoreinheit 62 entspricht der Generatoreinheit 30 in dem
Rice-Codierer nach 1 und
leitet folglich den Parameter m für die Decodierung eines Abtastwertes in
dem datenkomprimierten Informationssignal aus N Abtastwerten des
vorher decodierten Informationssignals, und zwar auf dieselbe An
und Weise wie die Generatoreinheit 30 in
-
1.
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Die Datenexpansion in dem Datenexpander 60 eines
datenkomprimierten Abtastwertes des datenkomprimierten Eingangssignals,
das dem Terminal 55 geliefert wird, wird wie folgt verwirklicht
zum Erhalten eines 16-Bit Audio-Abtastwertes, wie in dem obenstehenden
BeBeispielegeben. Dabei wird das oben erhaltene datenkomprimierte
Wort "?011001" benutzt, wobei m
gleich 3 war. Der Datenexpander 60 gewinnt die ersten drei
Bits "011" des datenkomprimierten
Wortes nach dem Vorzeichenbit "?" wieder, wobei diese
drei Bits die drei am wenigsten signifikanten Bits des zurückverwandelten
16-Bit Abtastwertes ist. Die zwei "Null"-Bits
in dem restlichen Wort "001" geben an, dass das
restliche 13-Bit Wort des Audio-Abtastwertes, nachdem die drei am
wenigsten signifikanten Bits extrahiert worden sind, hatte einen Dezimalwert
von 2, was zu einem 13-Bit Wort "0000...10" führt. Der
zurückverwandelte
16-Bit Audio-Abtastwert ist auf diese Weise gleich "0000...10011 ", wobei das "?"-Bit die Polarität des Abtastwertes angibt.
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Beim Start der Datenexpansion ist
es nicht möglich,
einen Wert für
m aus vorher zurückverwandelten
Audio-Abtastwerten herzuleiten. Auf diese Weise wird zum Erhalten
des ersten zurückverwandelten
Abtastwertes aus dem Datenexpander 60 m gleich einem vorbestimmten
Wert gewählt,
beispielsweise gleich p, oder p/2. Zum Decodieren (Zurückverwandlung/Datenexpansion)
des zweiten Abtastwertes könnte
m dadurch erhalten werden, dass die obenstehende Formel für N = 1
verwendet wird, wobei der erste zurückverwandelte Abtastwert verwendet
wird. Zum Decodieren des dritten Abtastwertes könnte m dadurch erhalten werden,
dass die obenstehende Formel für
N = 2 angewandt wird, wobei der erste und der zweite zurückverwandelte
Abtastwert verwendet wird, usw., bis bei der Codierung des 11. Abtastwertes
die obenstehende Formel für
N = 10 angewandt werden kann, wobei die vorhergehenden zehn zurückverwandelten
Abtastwerte verwendet werden.
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In der zweiten Option, obenstehend
beschrieben für
die Datenkompressionsanordnung, decodiert die Datenexpansionsanordnung
Blöcke
von datenkomprimierten Abtastwerten, und zwar unter Verwendung einen
m-Wertes, erhalten aus dem Übertragungsmedium.
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7 zeigt
die Datenexpansionsanordnung nach 6,
einverleibt in einer Wiedergabeanordnung. Die Wiedergabeanordnung
umfasst weiterhin eine Leseeinheit 70 zum Auslesen des
datenkomprimierten Informationssignals aus einer Spur auf dem Aufzeichnungsträger 52.
In dem vorliegenden Beispiel ist der Aufzeichnungsträger 32 ein
magnetischer Aufzeichnungsträger,
so dass die Leseeinheit 70 wenigstens einen Magnetkopf 72 umfasst
zum Auslesen des datenkomprimierten Informationssignals aus dem
Aufzeichnungsträger 32.
Der Aufzeichnungsträger
kann aber ein optischer Aufzeichnungsträger sein, wie eine CD oder
eine DVD.
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8 zeigt
eine Ausführungsform
eines Empfängers
zum Empfangen eines Audiosignals über ein Übertragungsmedium TRM mit der
Datenexpansionsanordnung nach 6.
Der Empfänger
umfasst weiterhin eine Empfangseinheit 75 zum Empfangen
des datenkomprimierten Signals von dem Übertragungsmedium TRM. Die
Empfangseinheit 75 könnte
eine Antenne 77 enthalten.
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Wie oben erläutert, erfordert Übertragung über ein Übertragungsmediumm
wie eine Funkfrequenzverbindung oder einen Aufzeichnungsträger eine
Fehlerkorrekturcodierung und eine Kanalcodierung, durchgeführt an der
zu übertragenden
datenkomprimierten Information, so dass eine entsprechende Kanaldecodierung
und Fehlerkorrektur bei Empfang durchgeführt werden kann. 9 zeigt die Signalverarbeitungsschritte
der Kanaldecodierung und Fehlerkorrektur, durchgeführt an dem
empfangenen Signal, empfangen durch die Lesemittel 70 für die Wiedergabeanordnung
nach 7. Die Wiedergabeanordnung
nach 9 umfasst dazu
einen durchaus bekannten Kanaldecoder 80 und eine ebenfalls
bekannte Fehlerkorrektureinheit 82 zum Erhalten einer Replik
des ursprünglichen
Audiosignals.
-
Liste des Bezugsmaterials
-
- (D1) "A
method for the construction of minimum-redundancy codes" von D. A. Huffman
in "Proc. of the IRE", Heft 40(10), September
1952.
- (D2) "Adaptive
variable-length coding for efficient compression of spacecraft television
data" von R. F. Rice
u. a. in "IEEE Trans
ob CT", Heft 16(9),
Seiten 889–897,
1971.
-
Text in der Zeichnung
-
1
- 2
- Prädiktionseinheit
- 10
- Signalkombinationseinheit
- 18
- Rice-Codierer
- 28
- Kompressor
- 30
- Generatoreinheit
-
2
-
- Amplitude
- Wahrscheinlichkeit des Auftritts
-
5
- 50
- Fehlerkorrekturcodierer
- 52
- Kanalcodierer
-
6
- 60
- Expander
- 62
- Generatoreinheit
- 68
- Signalkombinationseinheit
- 57
- Prädiktionseinheit
-
9
- 80
- Kanaldecodereinheit
- 82
- Fehlerkorrektureinheit
