ES2203788T3 - Compresion/expansion de datos mediante un codificador/decodificador de rice. - Google Patents
Compresion/expansion de datos mediante un codificador/decodificador de rice.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN APARATO DE COMPRESION DE DATOS PARA LA COMPRESION DE LOS DATOS DE UNA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL OBTENIDA A PARTIR DE UNA SEÑAL DE AUDIO DIGITAL. LA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL ESTA COMPUESTA POR MUESTRAS DE P BITS, EN DONDE P ES UN ENTERO MAYOR QUE 1. EL APARATO ESTA COMPUESTO POR UNA ENTRADA (16) PARA RECIBIR LA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL, POR UNA UNIDAD DE COMPRESION SIN PERDIDA (18) PARA LLEVAR A CABO UN PASO DE COMPRESION SUSTANCIALMENTE SIN PERDIDA SOBRE LA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL PARA OBTENER UNA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL COMPRIMIDA DE DATOS. LA UNIDAD DE COMPRESION SIN PERDIDA (18) ESTA COMPUESTA POR UN CODIFICADOR DE RICE, SIENDO DISTINGUIBLE DICHO CODIFICADOR DE RICE POR UN PARAMETRO DE CODIGO M. ADEMAS, UN TERMINAL DE SALIDA (22) ESTA DISPONIBLE PARA SUMINISTRAR LA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL COMPRIMIDA DE DATOS. EL CODIFICADOR DE RICE ESTA COMPUESTO POR UNA UNIDAD DE GENERACION (30) PARA GENERAR DICHO PARAMETRO DE CODIGO M A PARTIR DE LAS N MUESTRAS DE LA SEÑAL DE INFORMACION DIGITAL DE ACUERDO CON LA FORMULA (I), EN DONDE A Y B SON CONSTANTES Y X[N] ES LA MUESTRA ENESIMA DE LAS N MUESTRAS, SIENDO N UN ENTERO MAYOR QUE 0. PREFERIBLEMENTE, A = 1 Y B = 1, Y M = M, EN DONDE (II) Y EL SIGNO ''L'' SIGNIFICAN UN REDONDEO DEL VALOR DE M CON EL VALOR DEL ENTERO INFERIOR MAS CERCANO.
Description
Comprensión/expansión de datos mediante un
codificador/decodificador de rice.
La invención se refiere a un aparato para
comprimir los datos de una señal digital de información obtenida a
partir de una señal digital de audio, comprendiendo la señal digital
de información muestras de p-bits, donde p es un
número entero mayor que 1, comprendiendo el aparato
- -
- un medio para recibir la señal digital de información,
- -
- un medio de compresión sin pérdida para llevar a cabo un paso de compresión básicamente sin pérdida en la señal digital de información, para así obtener una señal digital de información con los datos comprimidos, comprendiendo el medio de compresión sin pérdida un codificador de tipo Huffman,
- -
- un medio de salida para suministrar la señal digital de información con los datos comprimidos, a un aparato de expansión de datos para expandir los datos de una señal digital de información con los datos comprimidos, obtenida a partir de una señal digital de audio, comprendiendo el aparato
- -
- un medio de entrada para recibir la señal digital de información con los datos comprimidos,
- -
- un medio de expansión sin pérdida para llevar a cabo un paso de expansión de datos básicamente sin pérdida en la señal digital de información con los datos comprimidos, para así obtener una réplica de la señal digital de información, comprendiendo el medio de expansión sin pérdida un decodificador de tipo Huffman,
- -
- un medio de emisión para suministrar la réplica de la señal digital de información, a un transmisor que comprende el aparato para la compresión de datos, a un receptor que comprende el aparato para la expansión de datos, y a un método para comprimir los datos de dicha señal digital de información.
Los codificadores y decodificadores de tipo
Huffman son ampliamente conocidos en la técnica. A este respecto, se
hace referencia a la publicación "A method for the construction of
minimum-redundancy codes", por D.A. Hufman, en
Proc. of the IRE, vol. 40 (10), septiembre de 1952, documento D1 de
la lista de documentos relacionados que se puede encontrar al final
de esta descripción.
En el momento de realizar este escrito aún se
está estudiando una aplicación que sólo incluye audio, denominada
DVD - Audio, para el DVD (Digital Versatile Disc - Disco Digital
Versátil). Si tiene que darse cabida a todos los deseos del sector
relacionado con el audio respecto al número de canales, la
frecuencia de muestreo, el número de bits por muestra y el tiempo de
reproducción, no es suficiente ni siquiera la capacidad del DVD.
La invención pretende proporcionar un aparato
para la compresión de datos y un aparato para la expansión de datos
que es muy adecuado para comprimir y expandir los datos de una señal
digital de audio.
El aparato para la compresión de los datos según
la invención se caracteriza porque el codificador de tipo Huffman es
un codificador de Rice, distinguiéndose dicho codificador de Rice
por un parámetro m de codificación, con lo que el codificador de
Rice comprende un medio de generación para generar dicho parámetro
de código a partir de N muestras de la señal digital de información
de acuerdo con la siguiente fórmula:
A \cdot log_{2}
\left\{(\frac{B}{N}) \cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
donde A y B son constantes y x[n] es la
muestra de orden n de las N muestras, donde N es un número entero
mayor que 0. Además, un aparato de expansión de datos para expandir
los datos de una señal digital de información con los datos
comprimidos obtenida a partir de una señal digital de audio,
comprendiendo el
aparato
- -
- un medio de entrada para recibir la señal digital de información con los datos comprimidos,
- -
- un medio de expansión sin pérdida para llevar a cabo un paso de expansión de datos básicamente sin pérdida en la señal digital de información con los datos comprimidos, para así obtener una réplica de la señal digital de información, comprendiendo el medio de expansión sin pérdida un decodificador de tipo Huffman,
- -
- un medio de salida para suministrar la réplica de la señal digital de información se caracteriza porque el decodificador de tipo Huffman es un decodificador de Rice, pudiendo distinguirse dicho decodificador de Rice por un parámetro m de código, comprendiendo el decodificador de Rice medio de generación para generar dicho parámetro de código a partir de N muestras de la réplica de la señal digital de información de acuerdo con la siguiente fórmula:
A\cdot log_{2}
\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
donde A y B son constantes y x[n] es la
muestra de orden n de las N muestras, donde N es un número entero
mayor de 0. La invención se basa en el siguiente
reconocimiento.
Se ha propuesto un número de formatos diferentes
para el DVD de audio, todos ellos reivindicando cumplir los
requisitos establecidos por los consumidores, los proveedores de
contenidos, los fabricantes de equipamiento, etc. La mayoría de las
propuestas son mejoras de las actuales parámetros de los CD: mayor
velocidad de muestreo, resolución incrementada, y más canales. Las
limitaciones comunes para todos los formatos de DVD de audio
propuestos son un tiempo de reproducción de al menos el del CD de
audio actual, que es de aproximadamente 75 minutos, y el hecho de
que la compresión con pérdida no es aceptable para el sonido de alta
calidad. Otro requisito propuesto es el de que para adaptarse tanto
a la gente que tiene un equipo de reproducción estéreo de dos
canales como también a aquellos que tienen un equipo de reproducción
de 5 canales, debería estar disponible tanto una señal de dos
canales como una señal multicanal. Puesto que en general estas dos
mezclas se crean en un estudio partiendo de un alto número de
canales, la señal estereofónica no es necesariamente una conversión
down - mix (conversión de multicanal a dos canales estéreos) de la
señal multicanal. Por tanto, la combinación matricial no es una
opción para recuperar la mezcla de dos canales a partir de la mezcla
de 5 canales. Por tanto, se requiere en total 2+5=7 canales
independientes.
Para almacenar estas señales en un DVD dejando
suficiente tiempo de reproducción, es necesario reducir la velocidad
de transferencia de bits.
La codificación sin pérdida puede proporcionar la
reducción de la velocidad de transferencia de bits requerida sin
comprometer de ninguna manera la calidad del sonido. Un importante
requisito establecido es que el DVD debe poder editarse. Esto
significa que el decodificador sin pérdida debería ser capaz de
comenzar la decodificación en cualquier posición de una rejilla
predeterminada, es decir, sin necesidad de decodificar los datos
anteriores. Finalmente, el decodificador no debería ser muy complejo
puesto que estará presente en cualquier reproductor de DVD.
Se propondrá un esquema de codificación de audio
sin pérdida que es capaz de llevar a cabo la proporción de
compresión requerida, por ejemplo, para un DVD de audio.
La codificación sin pérdida es una técnica para
reducir la capacidad de almacenamiento requerida para los datos, tal
como los archivos de texto y los datos de los programas
informáticos. Tras la decodificación, los datos comprimidos se
reconstruyen perfectamente. Los programas y técnicas ampliamente
conocidos para la compresión de datos y texto tales como "Lempel
Ziv", "pkzip", "compress" y "pack" dan como
resultado una proporción de compresión relativamente pobre al
aplicarla a una señal de audio PCM.
La característica específica de una señal de
audio PCM es que el audio se representa como una secuencia de
muestras PCM (de múltiples bits), que hace más eficaz procesar las
muestras PCM, en lugar de procesar los bits o bytes de forma
individual. Entre las muestras PCM consecutivas existen
dependencias. Su descomposición en algoritmos mejorados de
codificación de audio sin pérdida da como resultado una proporción
de compresión mayor.
Generalmente, un codificador de audio sin pérdida
puede estar dividido en dos operaciones básicas "source
modelling" (modelar la fuente) por medio de codificación de
entropía y predicción.
La modelación de la fuente se aplica a la señal
de audio para así obtener una señal residual de la señal de audio,
adecuada para la codificación en un codificador de entropía. Los
datos de la señal residual se comprimen por medio de una
codificación de entropía. Esto da como resultado una corriente de
bits de velocidad variable que se transmite por el canal. La
corriente de bits también contiene parámetros para la modelación de
la fuente y otra información secundaria.
En el decodificador, la señal de entrada original
se reconstruye mediante la decodificación de entropía y la síntesis
de la fuente.
El objetivo del codificador es optimizar la
compresión de datos, para así realizar una proporción de compresión
de datos máxima. El desafío por parte del decodificador consiste en
minimizar la complejidad.
En una realización de la invención, la (pseudo)
estacionalidad de señales a corto plazo se descompone en el paso de
compresión de datos al analizar y procesar la señal en marcos. Este
periodo de pseudo estacionalidad se sitúa en el orden de 25 ms. La
ventaja de procesar una señal en marcos es que estos marcos pueden
verse como bloques aislados que proporcionan capacidad de edición.
En la práctica, las propiedades estadísticas de una señal de audio
varían y, de esta manera, también varía la longitud óptima del
marco. Sin embargo, para un tratamiento sencillo, la longitud del
marco se elige constante.
La longitud del marco puede estar ajustada, a
modo de ejemplo, a 1024 muestras para la frecuencia de muestreo de
44.1 kHz, correspondiente a 23 ms. Esto parece ser un buen
equilibrio entre la capacidad de edición y el rendimiento. Para
longitudes de marco más cortas, disminuye el rendimiento de la
compresión y, para longitudes de marco mayores, la capacidad de
edición ya no es práctica.
En otra realización, no se utiliza la separación
en marcos sino que la compresión de los datos de una muestra se
determina mediante N muestras anteriores de la señal de información
cuyos datos se van a comprimir.
La codificación lineal predictiva, también
conocida como predicción intra - canal, se aplica para eliminar las
dependencias lineales entre muestras sucesivas de la señal de audio.
En un esquema de predicción lineal general, una señal x[n]
residual se construye sustrayendo una predicción de la señal de
audio a partir de la señal de audio. La predicción de la muestra
actual de la señal de audio se basa en muestras anteriores de la
señal de audio.
Finalmente, la codificación de longitud variable
elimina la redundancia de la señal x[n]. Nuevamente, en todo
este proceso no se pierde información. Existen numerosos métodos
disponibles para la codificación de entropía. Para un decodificador
poco complejo según la invención, se utiliza un código del tipo
Huffman.
Los códigos de Rice parecen ser un subconjunto
prometedor de los códigos de Huffman, puesto que pueden distinguirse
mediante un único parámetro m. Para una descripción de los códigos
de Rice se hace referencia al documento D2 de la lista de documentos
relacionados. El código de Rice es básicamente el código Huffman
para una función de densidad de probabilidad (PDF) de operador
laplaciano.
p(x)=
\frac{1}{\sigma\sqrt{2}}exp\frac{-\sqrt{2}|x|}{\sigma}
que viene a ser una buena aproximación para la
verdadera señal x[n] residual. La función de densidad de
probabilidad de operador laplaciano está igualada a p(x)
mediante un único parámetro
\sigma.
Una palabra de código de Rice obtenida a partir
de una muestra de la señal x[n] residual se compone de cuatro
partes. La primera parte es un único bit que indica el signo de la
muestra. La segunda parte se compone de los m bits menos
significativos (LSB) del valor absoluto de la muestra. La tercera
parte es la representación unaria de la muestra sin los m bits menos
significativos. La parte final es un delimitador de un único bit
para la notación unaria.
En la primera realización mencionada, se optimiza
el valor de m para cada marco de las N muestras por medio de la
siguiente fórmula:
A\cdot log_{2}
\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
donde A y B son constantes y x[n] es la
muestra de orden n de las N muestras, donde N es un número entero
mayor que
0.
Preferiblemente, A = 1 y B = 1 y m = _{L} M,
donde
M= A \cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
y el signo "_{L}" significa un redondeo
del valor de M al valor del número entero inferior más
cercano.
Decodificar una palabra codificada de Rice es
sencillo y requiere muy pocos cálculos. El bit de signo y los m bits
menos significativos están disponibles directamente. La parte
restante puede reconstruirse simplemente contando el número de bits
de valor cero anteriores al bit delimitado.
Estos y otros aspectos de la invención resultarán
obvios a partir de las realizaciones descritas en la siguiente
descripción de la figura y se aclararán adicionalmente en relación
con ésta, en la que
la figura 1 muestra una realización del aparato
de compresión de datos,
la figura 2 muestra la probabilidad de que
concurran las muestras de una señal como una función de su amplitud,
para una señal digital de audio de banda ancha y para una señal
residual obtenida a partir de dicha señal digital de audio de banda
ancha tras la predicción y la sustracción de la señal de audio a
partir de su versión predicha,
la figura 3 muestra el aparato de compresión de
datos de la figura 1 incorporado en un aparato de grabación para
grabar la señal de información con los datos comprimidos en un
soporte de grabación,
la figura 4 muestra el aparato de compresión de
datos incorporado en un aparato de transmisión para transmitir la
señal digital de información con los datos comprimidos a través de
un medio de transmisión,
\newpage
la figura 5 muestra una realización adicional del
aparato de grabación dotado adicionalmente de un codificador de
corrección de errores y un codificador de canales,
la figura 6 muestra una realización del aparato
de expansión de datos para reconvertir la señal digital de
información con los datos comprimidos en una réplica de la señal de
información original,
la figura 7 muestra el aparato de expansión de
datos de la figura 6 incorporado en un aparato de reproducción para
reproducirla señal digital de información con los datos comprimidos
a partir de un soporte de grabación, y
la figura 8 muestra el aparato de expansión de
datos de la figura 6 incorporado en un aparato de recepción para
recibir la señal digital de información con los datos comprimidos a
partir de un medio de transmisión, y
la figura 9 muestra una realización adicional del
aparato de reproducción, dotado adicionalmente con un decodificador
de canales y una unidad de corrección de errores.
La figura 1 muestra una realización del aparato
de compresión de datos según la invención. El aparato tiene un
terminal 1 de entrada para recibir muestras de
p-bits de una señal digital de audio, por ejemplo,
muestreada a 44.1 kHz. El aparato comprende una unidad 2 de
predicción, bien conocida en la técnica, que tiene una entrada 4
acoplada al terminal 1 de entrada, y una salida 6. La salida 6 de la
unidad 2 de predicción está acoplada a una entrada 10 de una unidad
10 de combinación de señales, que tiene una segunda entrada 12
acoplada al terminal 1 de entrada y a una salida 14. La salida 14
está acoplada a un terminal 16 que es la entrada de una unidad 18 de
compresión de datos. Una salida 20 de la unidad 18 de compresión de
datos está acoplada a un terminal 22 de salida del aparato.
La unidad 2 de predicción está adaptada para
generar una versión predicha de la señal digital de audio aplicada a
su entrada 4 y para suministrar la versión predicha a la salida 6.
La unidad 10 de combinación de señales está adaptada para combinar
la señal de audio aplicada a su entrada 12 y la versión predicha de
la señal de audio aplicada, restándola, a su entrada 8, para así
obtener una señal de salida residual que se suministra a la salida
14. La señal de salida presente en la salida 14 de la unidad 10 de
combinación es representativa del error entre la señal digital de
audio aplicada a la entrada 12 y la versión predicha de la señal de
audio aplicada a la entrada 8. Cuando las muestras de la señal
digital de audio y de la versión predicha de la señal digital de
audio se aplican a la unidad 10 de combinación con la misma
polaridad, la unidad 10 de combinación estará en forma de una unidad
de sustracción. Sin embargo, si antes de combinarlas en la unidad 10
de combinación se invierte la polaridad de las muestras de la señal
digital de audio o de la versión predicha de la señal digital de
audio en relación con las muestras de la otra señal de las dos
señales, la unidad 10 de combinación estará en forma de una unidad
adicionadora.
En general, puede decirse que la unidad 2 de
predicción y la unidad 10 de combinación dan como resultado la
disminución de la discrepancia en la distribución en amplitud de la
señal digital de audio. Como ejemplo, la curva 25 de la figura 2
muestra la distribución en amplitud de la señal digital de audio
aplicada a la entrada 1, mientras que la curva 27 muestra la
distribución de amplitud de la señal residual presente en el
terminal 16.
La señal que tiene la distribución en amplitud en
correspondencia con la curva 27 puede codificarse de forma muy
eficaz por medio de una unidad 18 de compresión de datos que es del
tipo Huffman. Más concretamente, puede llevarse a cabo una
codificación aún más eficaz por medio de una unidad 18 de compresión
en forma de un codificador de Rice. El codificador 16 de Rice
incluye un compresor 28 de datos y una unidad 30 de generación para
determinar un parámetro m, que se suministra al compresor 28 de
datos para así permitir la codificación de la señal suministrada a
la entrada 16.
El funcionamiento del codificador 18 de Rice es
de la siguiente manera. El parámetro m es un valor representativo de
la posición media del bit ``1'' más significativo en N muestras de
la señal de información aplicada a la entrada 16. Supóngase que el
valor de m es igual a 3, y que una muestra de 16 bits de la señal de
información aplicada a la entrada 16 tiene que codificarse en el
codificador de Rice. La codificación de dicha muestra de 16 bits en
el compresor 28 de datos se realiza tomando los bits (m=3) menos
significativos de la muestra de 16 bits. El valor decimal
correspondiente a la palabra de 13 bits restante equivale al número
de "ceros" que se van a añadir a los m bits menos
significativos, seguidos de un bit ``1'' y un bit de signo,
indicando el bit de signo la polaridad de la muestra.
Un ejemplo: supóngase que la muestra de 16 bits
tiene un valor decimal de 19. De esta manera la muestra equivale a
``0000...010011''. Con m = 3, los bits 011 se recuperan de la
muestra. La palabra de 13 bits restante equivale a ``0000...010'',
que corresponde al valor decimal 2. Como resultado, se suman dos
"ceros" seguidos de un bit ``1''. Además, se añade un bit de
signo antes de la secuencia de bits obtenida. La muestra resultante
con los datos comprimidos equivale a ``?011001'', donde el signo ?
indica el bit de signo. Como resultado, la muestra de 16 bits se
comprime en una palabra de 7 bits.
Para expandir los datos de la muestra con los
datos comprimidos, se requiere saber el valor de m, de manera que
también debería transmitirse el valor de m.
Sin embargo, debería tenerse en cuenta que no
siempre es necesario transmitir el valor de m, es decir, en aquellas
situaciones en las que m se obtiene de N muestras que preceden a la
muestra que se va a comprimir. Esto se aclarará posteriormente en
esta descripción.
A continuación se describirá la obtención del
valor para el parámetro m. La unidad 30 de generación recibe N
muestras suministradas a la salida 16 y obtiene el valor para m
utilizando la siguiente fórmula:
A\cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
donde A y B son constantes y x[n] es la
muestra de orden n de las N muestras, donde N es un número entero
mayor de
1.
Mas concretamente, m = _{L} M donde
M=A\cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
y el signo "_{L}" significa un redondeo
del valor de M al valor del número entero inferior más cercano. Se
aclarará que en otra realización puede redondearse M al valor del
número entero superior más cercano. Pero esto podría significar una
proporción de compresión de datos inferior realizada en el compresor
28.
En una opción, el valor m para codificar
(comprimir los datos) una muestra puede obtenerse a partir de N
muestras que preceden a la muestra que se va a convertir. En esta
opción, la codificación de las primeras N muestras requiere un
tratamiento especial. Como ejemplo, si se supone que N es igual a
10, para codificar la primera muestra, m podría seleccionarse como
un valor predeterminado, por ejemplo, igual a p, o p/2. Para
codificar la segunda muestra, m podría obtenerse utilizando la
fórmula anterior para N = 1, empleando el primer valor de muestra.
Para codificar la tercera muestra, m podría obtenerse utilizando la
fórmula anterior para N = 2, empleando el valor de la primera y la
segunda muestra, y así sucesivamente, hasta al codificar la muestra
de orden 11, puede utilizarse la muestra anterior para N = 10,
utilizando los valores de las 10 muestras anteriores.
En esta opción, no existe necesidad de transmitir
m valores a un decodificador de Rice correspondiente, como se
aclarará posteriormente, al explicar este tipo de decodificador de
Rice.
En una segunda opción, la unidad 30 generadora
está adaptada para generar el parámetro m de código para marcos
subsiguientes de N muestras de la señal digital de información, como
por una de las muestras proporcionadas anteriormente. El compresor
28 codifica un marco para N muestras de acuerdo con el valor m
derivado de ese marco. En esta opción, se requiere transmitir el
valor para m para cada marco unto con las muestras con los datos
comprimidos en ese marco a un decodificador de Rice correspondiente
para así permitir una decodificación de la señal de información con
los datos comprimidos, para obtener una réplica de la señal de
información original.
En una realización preferida, A y B se eligen
iguales a 1.
La codificación de la señal de información de la
forma anteriormente descrita ofrece una derivación más simple del
parámetro m, comparada con los codificadores de rice de la técnica
anterior, así como un rendimiento ligeramente menor que el de los
codificadores de Rice de la técnica anterior.
La figura 3 muestra la incorporación del aparato
de compresión de datos de la figura 1 en un aparato de grabación. El
aparato de grabación comprende además una unidad 35 de escritura
para escribir la señal de información con los datos comprimidos en
una pista de la portadora 32 de grabación. En el presente ejemplo,
la portadora 32 de grabación es una portadora de grabación
magnética, de manera que la unidad 35 de escritura comprende al
menos un cabezal 34 magnético para escribir la señal de información
con los datos comprimidos en la portadora 32 de grabación. Sin
embargo, la portadora de grabación puede ser una portadora de
grabación óptica, tal como un disco CD o un disco DVD.
La figura 4 muestra una realización de un
transmisor para transmitir una señal de audio a través de un medio
de transmisión TRM, que comprende el aparato de compresión de datos
mostrado en la figura 1. El transmisor comprende además una unidad
40 de transmisión para aplicar la señal de información con los datos
comprimidos al medio TRM de transmisión. La unidad 40 de transmisión
podría comprender una antena 42.
La transmisión a través de un medio de
transmisión, tal como un enlace de frecuencia de radio o una
portadora de grabación, normalmente requiere una codificación de
corrección de errores y una codificación de canales realizada en la
señal de información con los datos comprimidos que se va a
transmitir. La figura 5 muestra este tipo de pasos de procesamiento
de señales realizados en la señal residual para la disposición de
grabación de la figura 3. la disposición de grabación de la figura 5
comprende por tanto un codificador 50 de corrección de errores, bien
conocido en la técnica, y un codificador 52 de canales, también bien
conocido en la técnica.
La figura 6 muestra una realización del aparato
de expansión de datos según la invención. El aparato tiene un
terminal 55 de entrada para recibir las palabras con los datos
comprimidos de la señal de información con los datos comprimidos. El
terminal 55 de entrada está acoplado a una entrada de una unidad 50
de expansión de datos que es del tipo Huffman. Más concretamente, la
unidad 58 de expansión está en forma de un decodificador de Rice. El
decodificador 58 de Rice incluye un dispositivo 60 de expansión de
los datos y una unidad 52 generadora para determinar un parámetro
m, que se suministra al dispositivo 60 de expansión de datos para
así permitir la decodificación de la señal suministrada a la entrada
55. El decodificador 58 de Rice suministra una réplica de una señal
de información a su salida 64, estando acoplada dicha salida 64 a
una primera entrada 66 de una unidad 68 de combinación de señales.
Una salida de la unidad 68 de combinación de señales está acoplada c
una entrada de una unidad 57 de predicción, bien conocida en la
técnica. Un salida de la unidad 57 de predicción está acoplada al
terminal 69 de salida así como a una segunda entrada 67 de la unidad
68 de combinación. El funcionamiento de la unidad 68 de combinación
y de la unidad 57 de predicción es bien conocido en la técnica, en
el sentido de que, como respuesta a la señal de información
suministrada a la entrada 66, cuya señal de información es una
réplica de la señal residual presente en la salida 14 de la unidad
de combinación del aparato de a figura 1, se obtiene una réplica de
la señal de audio original en el terminal 69 de salida.
El funcionamiento del decodificador 58 de Rice se
explica posteriormente. La unidad 62 generadora es idéntica a la
unidad 30 generadora del codificador de Rice de la figura 1, y, por
tanto, deriva el parámetro m para decodificar una muestra en la
señal de información con los datos comprimidos a partir de N
muestras de la señal de información anteriormente decodificada, de
la misma manera que la unidad 30 generadora de la figura 1.
La expansión de datos en el dispositivo 60 de
expansión de datos de una muestra con los datos comprimidos de la
señal de entrada con los datos comprimidos al terminal 55 se lleva a
cabo de la siguiente manera, para así obtener una muestra de audio
de 16 bits, como en el ejemplo proporcionado anteriormente. Se hará
uso de la palabra ``?011001`` con los datos comprimidos, obtenida
anteriormente, donde m era igual a 3. El dispositivo 60 de expansión
de datos recupera los tres primeros bits ``011'' de la palabra con
los datos comprimidos que sigue al bit - signo "?", siendo
dichos tres bits los tres bits menos significativos de la muestra de
16 bits reconvertida. Los dos bits "cero" en la palabra ``001''
que permanece indican que la palabra de 13 bits que permanece de la
muestra de audio, tras haber extraído los tres bits menos
significativos, tiene un valor decimal de 2, lo que da como
resultado una palabra de 13 bits ``0000...10''. De esta manera, la
muestra de audio de 16 bits reconvertida equivale a
``0000...10011'', donde el bit "?" indica la polaridad de la
muestra.
Al comenzar la expansión de los datos no es
posible derivar un valor m a partir de las muestras de audio
previamente reconvertidas. De esta manera, para obtener la primera
muestra reconvertida del dispositivo 60 de expansión de datos, se
elige m igual a un valor predeterminado, por ejemplo, igual a p, o
p/2. Para decodificar (reconversión / expansión de datos) la segunda
muestra, m podría obtenerse utilizando la muestra anterior para N=
1, utilizando el valor de la primera muestra reconvertida. Para
decodificar la tercera muestra, m podría obtenerse utilizando la
muestra anterior para N = 2, utilizando el valor de la primera y la
segunda muestra reconvertida, y así sucesivamente, hasta decodificar
la muestra de orden 11, puede utilizarse la fórmula para N = 10,
utilizando los valores de las 10 muestras anteriormente
reconvertidas.
En la segunda opción, descrita anteriormente para
el aparato de compresión de datos, el aparato de expansión de datos
decodifica bloques de datos de muestras con los datos comprimidos
utilizando un valor - m recibido del medio de transmisión.
La figura 7 muestra el aparato de expansión de
datos de la figura 6 incorporado en un aparato de reproducción. El
aparato de reproducción comprende además una unidad 70 de lectura
para leer la señal de información con los datos comprimidos
procedente de una pista de un soporte 52 de grabación. En el
presente ejemplo, el soporte 32 de grabación es un soporte de
grabación magnético, de manera que la unidad 70 de lectura comprende
al menos un cabezal 72 magnético para leer la señal de información
con los datos comprimidos del soporte 32 de grabación. Sin embargo,
el soporte de grabación puede ser un soporte de grabación óptico,
tal como un disco CD o un disco DVD.
La figura 8 muestra una realización de un
receptor para recibir una señal de audio a través de un medio TRM de
transmisión, que comprende el aparato de expansión de datos según se
muestra en la figura 6. El receptor comprende además una unidad 75
de recepción para recibir la señal con los datos comprimidos del
medio TRM de transmisión. La unidad 75 de recepción podría
comprender una antena 77.
Como se ha explicado anteriormente, la
transmisión a través de un medio de transmisión, tal como un enlace
de frecuencia de radio o un soporte de grabación, normalmente
requiere una codificación de corrección de errores y una
codificación de canales que se llevan a cabo en la información con
los datos comprimidos que se va a transmitir, de manera que puede
llevarse a cabo una correspondiente decodificación de canales y
corrección de errores al recibirla. La figura 9 muestra los pasos
para el procesamiento de la señal de la decodificación de canales y
de la corrección de errores realizados en la señal recibida, que se
ha recibido por el medio 70 de lectura para la disposición de
reproducción de la figura 7. La disposición de reproducción de la
figura 9 comprende, por tanto, un decodificador 80 de canales, bien
conocido en la técnica, y una unidad 82 de corrección de errores,
también bien conocida en la técnica, para así obtener una réplica de
la señal de audio original.
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Claims (15)
1. Aparato de compresión de datos para comprimir
los datos de una señal digital de información obtenida a partir de
una señal digital de audio, comprendiendo la señal digital de
información muestras de p bits, donde p es un número entero mayor
que 1, comprendiendo el aparato
- un medio para recibir la señal digital de
información,
- un medio de compresión sin pérdida para llevar
a cabo un paso de compresión sustancialmente sin pérdida en la señal
digital de información para así obtener una señal digital de
información con los datos comprimidos, comprendiendo el medio de
compresión sin pérdida un codificador de tipo Huffman,
- un medio de salida para suministrar la señal
digital de información con los datos comprimidos,
caracterizado porque el codificador de tipo Huffman es un
codificador de Rice, pudiendo distinguirse dicho codificador de Rice
por un parámetro m de código, comprendiendo el codificador de Rice
un medio de generación para generar dicho parámetro de código a
partir de N muestras de la señal digital de información con la
siguiente fórmula:
A\cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
en la que A y B son constantes y x[n] es
la muestra de orden n de las N muestras, en la que N es un número
entero mayor que
0.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el medio de generación está adaptado para generar dicho parámetro de
código para marcos posteriores de N muestras de la señal digital de
información, estando adaptado el medio de generación para generar el
parámetro de código para un marco según dicha fórmula, en la que
x[n] es la muestra de orden n en dicho marco y en la que N es
mayor que 1.
3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en el
que m = _{L} M, donde
M=A \cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
y el símbolo “_{L}” indica un redondeo del
valor de M al valor del número entero inferior más
cercano.
4. Aparato según la reivindicación 1, 2 ó 3, en
el que A = 1 y B = 1.
5. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un medio
de predicción que tiene una entrada para recibir la señal digital de
audio, y un medio de combinación de señales, estando adaptado el
medio de predicción para recibir la señal digital de audio y para
generar una señal de salida que es una versión predicha de la señal
digital de audio, estando adaptado el medio de combinación de
señales para combinar la señal de audio y la versión predicha de la
señal de audio de una manera sustractiva para así obtener dicha
señal digital de información y para suministrar la señal digital de
información a dicho medio terminal.
6. Transmisor para transmitir una señal digital
de información con los datos comprimidos, mediante un medio de
transmisión, en el que el transmisor comprende el aparato de
compresión de datos según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, comprendiendo adicionalmente el transmisor un medio para
aplicar la señal digital de información con los datos comprimidos,
al medio de transmisión.
7. Transmisor según la reivindicación 6, en el
que el transmisor comprende adicionalmente un medio de codificación
con corrección de errores y / o un medio de codificación de canales
para la codificación con corrección de errores y /o la codificación
de canales de la señal digital de información con los datos
comprimidos, antes de aplicar la señal digital de información con
los datos comprimidos al medio de transmisión.
8. Transmisor según las reivindicaciones 6 ó 7,
que está en forma de un aparato de grabación para grabar la señal
digital de información con los datos comprimidos en una pista en un
soporte de grabación, que comprende un medio de escritura para
grabar la señal digital de información con los datos comprimidos en
el soporte de grabación.
9. Aparato de expansión de datos para la
expansión de datos de una señal digital de información con los datos
comprimidos, obtenida a partir de una señal digital de audio,
comprendiendo el aparato
- un medio de entrada para recibir la señal
digital de información con los datos comprimidos,
\newpage
- un medio de expansión sin pérdida para llevar a
cabo una paso de expansión de datos sustancialmente sin pérdida en
la señal digital de información con los datos comprimidos, para así
obtener una réplica de la señal digital de información,
comprendiendo el medio de expansión sin pérdida un decodificador de
tipo Huffman,
- un medio de salida para suministrar la réplica
de la señal digital de información, caracterizado porque el
decodificador de tipo Huffman es un decodificador de Rice, pudiendo
distinguirse dicho decodificador de Rice por un parámetro m de
código, comprendiendo el decodificador de Rice un medio de
generación para generar dicho parámetro de código a partir de N
muestras de la réplica de la señal digital de información según la
siguiente fórmula:
A\cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
en la que A y B son constantes y x[n] es
la muestra de orden n de las N muestras, en la que N es un número
entero mayor que
0.
10. Aparato según la reivindicación 9, en el que
m = _{L} M, donde
M=A\cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot
\sum\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
y el símbolo “_{L}” indica un redondeo del
valor de M al valor del número entero inferior más
cercano.
11. Aparato según la reivindicación 9 ó 10, en el
que A = 1 y B = 1.
12. Receptor para recibir una señal digital de
información con los datos comprimidos procedente de un medio de
transmisión, en el que el receptor comprende el aparato de expansión
de datos según la reivindicación 9, 10 u 11, comprendiendo
adicionalmente el receptor un medio para recuperar la señal digital
de información con los datos comprimidos a partir del medio de
transmisión.
13. Receptor según la reivindicación 12, en el
que el receptor comprende adicionalmente un medio de decodificación
de canales y / o un medio de corrección de errores, para la
decodificación de canales y / o la corrección de los errores de la
señal digital de información con los datos comprimidos, antes de la
expansión de los datos de la señal digital de información con los
datos comprimidos.
14. Receptor según la reivindicación 12 ó 13, que
está en forma de un aparato de reproducción para reproducir la señal
digital de información con los datos comprimidos procedente de una
pista en un soporte de grabación, que comprende un medio de lectura
para leer la señal digital de información con los datos comprimidos,
procedente del soporte de grabación.
15. Método para la compresión de datos de una
señal digital de información obtenida a partir de una señal digital
de audio, con lo que la señal digital de información comprende
muestras de p bits, donde p es un número entero mayor que 1,
comprendiendo el método los pasos de
- recibir la señal digital de información,
- llevar a cabo un paso de compresión
sustancialmente sin pérdida en la señal digital de información para
así obtener una señal digital de información con los datos
comprimidos, comprendiendo el medio de compresión sin pérdida un
paso de codificación de tipo Huffman,
- suministrar la señal digital de información con
los datos comprimidos, caracterizado porque el paso de
codificación de tipo Huffman es un paso de codificación que emplea
un codificador de Rice, pudiendo distinguirse el codificador de Rice
por un parámetro m de código, comprendiendo el paso de codificación
de Rice el paso secundario de generar dicho parámetro de código a
partir de N muestras de la señal digital de información según la
siguiente fórmula:
\newpage
A\cdot
log_{2}\left\{(\frac{B}{N})\cdot \sum
\limits_{n=1}^{N}|x[n]|\right\}
en la que A y B son constantes y x[n] es
la muestra de orden n de las N muestras, en la que N es un número
entero mayor que
0.
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