ES2251742T3 - Compresion y expansion de datos de una señal de audio. - Google Patents
Compresion y expansion de datos de una señal de audio.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 AUDIO. EL APARATO DE COMPRESION DE DATOS INCLUYE UN TERMINAL DE ENTRADA (1) PARA RECIBIR LA SEÑAL DE AUDIO, UN CONVERSOR A/D DE 1-BIT (4) PARA LA CONVERSION A/D DE LA SEÑAL DE AUDIO Y OBTENER UNA SEÑAL DE UN TREN DE BITS, UN CODIFICADOR SIN PERDIDA (10) PARA REALIZAR UN PASO SIN PERDIDA DE COMPRESION DE DATOS EN LA SEÑAL DEL TREN DE BITS Y OBTENER UNA SEÑAL DE UN TREN DE BITS COMPRIMIDOS DE DATOS, Y UN TERMINAL DE SALIDA (14) PARA SUMINISTRAR LA SEÑAL DEL TREN DE BITS COMPRIMIDOS DE DATOS. ADICIONALMENTE, SE REVELA UN APARATO DE GRABACION Y UN APARATO TRANSMISOR QUE INCLUYE EL APARATO DE COMPRESION DE DATOS. ADEMAS, SE REVELA UN APARATO DE EXPANSION DE DATOS PARA EXPANDIR LOS DATOS DE LA SEÑAL DEL TREN DE BITS COMPRIMIDOS DE DATOS SUMINISTRADA POR EL APARATO DE COMPRESION DE DATOS, ASI COMO UN APARATO REPRODUCTOR QUE INCLUYE EL APARATO DE EXPANSION DE DATOS.
Description
Compresión y expansión de datos de una señal de
audio.
La invención se refiere a un aparato de
compresión de datos para comprimir los datos de una señal de audio,
a un método de compresión de datos, a un transmisor que comprende
el aparato de compresión de datos, a un soporte de grabación que
tiene grabada en él la señal de audio de datos comprimidos en una
pista de dicho soporte de grabación, a un aparato de expansión de
datos para expandir los datos de una señal de audio de datos
comprimidos, a un método de expansión de datos, a un receptor que
comprende el aparato de expansión de datos y a un aparato
reproductor que comprende el aparato de expansión de datos.
En la técnica es bien conocida la compresión de
datos en una señal de audio. A este respecto se hace referencia al
documento EP-A-402.973, el documento
D1 en la lista de documentos relacionados. El documento describe un
codificador en subbandas, en el que una señal de audio se convierte
de analógica a digital con una frecuencia de muestreo específica,
tal como 44,1 KHz, y las muestra resultantes, en forma de, por
ejemplo, palabras de 24 bits de ancho de la señal de audio, se
suministran a un filtro divisor en subbandas. El filtro divisor en
subbandas divide la señal digital de audio de banda ancha en una
pluralidad de señales de subbanda de banda relativamente estrecha.
Mediante el uso de un modelo psicoacústico, se obtiene un umbral
enmascarado y posteriormente se cuantifican bloques de muestras de
las señales de subbandas con un número específico de bits por
muestra para cada bloque de las señales de subbanda, en respuesta a
dicho umbral enmascarado, lo que resulta en una importante
compresión de datos de la señal de audio a transmitir. La compresión
de datos realizada se basa en "tirar" aquellos componentes en
la señal de audio que son inaudibles, y por tanto es un método de
compresión con pérdidas. La compresión de datos descrita en el
documento D1 es un método de compresión de datos bastante
inteligente y requiere un número sustancial de puertas o
instrucciones, cuando se lleva a cabo en hardware o en software,
respectivamente, de manera que resulta caro. Además, el posterior
aparato de expansión también requiere un número sustancial de
puertas o instrucciones, cuando se lleva a cabo en hardware o en
software, respectivamente.
El documento US 4905002 da a conocer un método y
un sistema para comprimir una secuencia de bits codificada por
modulación delta sumando juntos lógicamente, a la manera mod 2, bits
de secuencia adyacentes para generar una secuencia de bits
transformada que luego se codifica por longitud de ejecución para
proporcionar una secuencia de bits comprimida. Una segunda
realización emplea una transformada de complementación de bits
alternos.
La invención pretende proporcionar un aparato de
compresión de datos para comprimir los datos de una señal de audio
de manera que sea más simple y que el correspondiente aparato
expansor también pueda ser más sencillo y barato.
La invención está definida por las
reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes
definen realizaciones ventajosas de la invención.
La invención se basa en reconocer lo siguiente.
La señal de audio puede aplicarse en forma analógica o en forma
digital. Cuando una señal analógica de audio se convierte de
analógica a digital, según la invención, con un convertidor A/D de
1 bit (también llamado: convertidor de flujo de bits o modulador
sigma-delta), la señal de audio a convertir de
analógica a digital se muestrea con una frecuencia que generalmente
es un múltiplo de la frecuencia de 44,1 KHz o de 48 KHz. La señal
de salida del convertidor A/D de 1 bit es una señal binaria,
llamada señal de flujo de bits. Cuando la señal de audio se
suministra en forma digital, muestreada a, por ejemplo, 44,1 KHz,
expresándose las muestras en, por ejemplo, 16 bits por muestra,
esta señal digital de audio se sobremuestrea con una frecuencia que
de nuevo es un múltiplo de esta frecuencia de muestreo de 44,1 KHz
(o de 48 KHz), lo que resulta en la señal de flujo de bits de 1
bit.
La conversión de una señal de audio en una señal
de flujo de bits de 1 bit presenta una serie de ventajas. La
conversión en flujo de bits es un método de codificación de alta
calidad, con la posibilidad de una decodificación de alta calidad
o una decodificación de baja calidad, con la ventaja adicional de
un circuito decodificador más simple. Se hace referencia a este
respecto a las publicaciones "A digital decimating filter for
analog-to-digital conversion of
hi-fi audio signals", por J.J. van der Kam, el
documento D2 en la lista de documentos relacionados, y "A higher
order topology for interpolative modulators for oversampling A/D
converters", por Kira C.H. Chao et al, el documento D3 en
la lista de documentos relacionados.
En los reproductores de CD, como ejemplo, se
emplean convertidores D/A de 1 bit para reconvertir la señal de
audio de flujo de bits en una señal analógica de audio. La señal de
audio grabada en un disco CD no es, sin embargo, una señal de
flujo de bits de 1 bit de datos comprimidos.
Es bien sabido en la técnica que la señal de
flujo de bits resultante del convertidor A/D de 1 bit es, por así
decirlo, una señal aleatoria que tiene un espectro de frecuencias
"ruidosa". Resulta difícil comprimir los datos de tales tipos
de señales.
Sorprendentemente, sin embargo, se estableció que
usando un codificador sin pérdidas, tal como un codificador de
longitud variable en forma de codificador Huffman o un codificador
aritmético, podría obtenerse una importante reducción de datos, a
pesar del carácter ruidoso de la señal de flujo de bits procedente
del convertidor A/D de 1 bit.
Estos y otros aspectos de la invención quedarán
de manifiesto a partir de, y se dilucidarán con respecto a, las
realizaciones descritas en la siguiente descripción de figuras, en
las que:
La figura 1 muestra una realización del aparato
de compresión de datos,
la figura 2a muestra el espectro de frecuencias
de la señal de salida del cad1 y
la figura 2b muestra el espectro de frecuencias
de la misma señal de salida en un intervalo de frecuencias más
pequeño,
la figura 3 muestra el aparato de compresión de
datos incorporado en un aparato de grabación para grabar la señal
de flujo de bits de 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 de flujo de bits de datos comprimidos a través de un soporte
de transmisión,
la figura 5 muestra una realización del aparato
de expansión de datos,
la figura 6 muestra el aparato de expansión de
datos incorporado en un aparato de reproducción para reproducir la
señal de flujo de bits de datos comprimidos desde un soporte de
grabación, y
la figura 7 muestra el aparato de expansión de
datos incorporado en un aparato de recepción para recibir la señal
de flujo de bits de datos comprimidos desde un soporte de
transmisión,
la figura 8 muestra una realización adicional del
aparato de grabación dotado además de un codificador de corrección
de errores y de un codificador de canal,
la figura 9 muestra una realización adicional del
aparato de reproducción dotado además de un decodificador de canal
y de una unidad de corrección de errores,
la figura 10 muestra una realización del aparato
de compresión de datos en el que el codificador sin pérdidas está
en forma de codificador aritmético, y
la figura 11 muestra una realización del aparato
de expansión de datos en el que el decodificador sin pérdidas está
en forma de decodificador aritmético.
La figura 1 muestra una realización del aparato
de compresión de datos, que comprende un terminal 1 de entrada
para recibir la señal de audio. En el presente ejemplo, la señal de
audio es una señal de audio analógica. El terminal 1 de entrada
está acoplado a una entrada 2 de un convertidor 4 A/D de 1 bit,
también llamado: modulador sigma-delta. Una salida
6 del convertidor 4 A/D de 1 bit está acoplada a una entrada 8 de
una unidad 10 de compresión de datos. Una salida 12 de la unidad 10
de compresión de datos está acoplada a un terminal 14 de
salida.
El convertidor 4 A/D de 1 bit está adaptado para
llevar a cabo una conversión A/D de un bit sobre la señal de audio
para obtener una señal de flujo de bits, que se suministra a la
salida 6. Con este fin, el convertidor 4 A/D recibe una frecuencia
de muestreo igual a N.f_{m} a través de una entrada 16. f_{m}
es una frecuencia igual a, por ejemplo, 32 KHz, 44,1 KHz o 48 KHz,
y N es un número grande, tal como 64. La señal de audio se muestra
en el convertidor 4 A/D con una frecuencia de muestreo de, por
ejemplo, 2,8224 MHz (64 x 44,1 KHz). La señal de flujo de bits que
aparece en la salida 6 del convertidor A/D tiene por tanto un flujo
de bits de 2,8224 MHz.
La unidad 10 de compresión de datos está en forma
de codificador sin pérdidas. Los codificadores sin pérdidas
presentan la ventaja de que pueden comprimir los datos de la señal
de audio de manera que, tras una expansión de datos por un
decodificador sin pérdidas, la señal de audio original puede
reconstruirse de una manera sustancialmente sin pérdidas. Eso
significa que no hay sustancialmente pérdida de información tras la
compresión-expansión. Los codificadores sin
pérdidas pueden estar en forma de codificador de longitud variable.
Los codificadores de longitud variable son bien conocidos en la
técnica. Los codificadores Huffman, los codificadores aritméticos
y los codificadores Lempel-Ziv son ejemplos de tales
codificadores de longitud variable. Se hace referencia a este
respecto a las publicaciones "A method for the construction of
minimum- redundancy codes", por D.A. Huffman, el documento D4 en
la lista de documentos relacionados, "An introduction to
arithmetic coding", por G.G. Langdon, el documento D5 en la
lista de documentos relacionados, y "A universal algorithm for
sequential data compression", por J. Ziv et al, el
documento D6 en la lista de documentos relacionados.
La unidad 10 de compresión de datos realiza una
compresión de datos sustancialmente sin pérdidas sobre la señal de
flujo de bits para obtener una señal de flujo de bits de datos
comprimidos en su salida 12, la cual se suministra al terminal 14
de salida.
La figura 2a muestra un espectro de frecuencias
de la solidificación presente en la salida 6 del convertidor 4 A/D
para una señal de entrada en forma de sinusoide de 5 KHz, muestreada
con una frecuencia de muestreo de 2,8224 MHz. El espectro muestra
por tanto frecuencias entre 0 Hz y 1,4 MHz. La figura 2b muestra
parte del espectro mostrado en la figura 2a, concretamente la parte
entre 0 Hz y 100 KHz, para mostrar con más claridad la sinusoide
de 5 KHz comprendida en la señal de flujo de bits. Claramente
visible es el carácter ruidoso de la señal de flujo de bits,
especialmente en la región de frecuencias más altas, lo que parece
implicar que llevar a cabo una compresión de datos en dicha señal
no tendrá como resultado una cantidad sustancial de reducción de
datos.
En contra de esto, las investigaciones han dejado
en claro que puede obtenerse una reducción de datos significativa.
En la siguiente tabla se dan los resultados de la compresión de
datos realizada por tres codificadores sin pérdidas para tres
fragmentos musicales distintos:
\vskip1.000000\baselineskip
| fragmento | \delta | ||
| Huffman (8 b) | Huffman (16 b) | Lempel-Ziv | |
| bosanova | 1,31 | 1,45 | 1,73 |
| jazz | 1,35 | 1,50 | 1,77 |
| música clásica | 1,38 | 1,59 | 1,86 |
\vskip1.000000\baselineskip
donde \delta es la relación de
compresión, definida como relación entre la velocidad binaria de la
señal de entrada del codificador y la velocidad binaria de la señal
de salida del
codificador.
La figura 3 muestra una realización de un aparato
de grabación que comprende el aparato de compresión de datos
mostrado en la figura 1. El aparato de grabación comprende además
una unidad 30 de escritura para escribir la señal de flujo de bits
de datos comprimidos en una pista del soporte 32 de grabación. En
el presente ejemplo, el soporte 32 de grabación es un soporte de
grabación magnético, de manera que la unidad 10 de compresión de
datos comprende al menos una cabeza 34 magnética para escribir la
señal de flujo de bits de datos comprimidos en el soporte 32 de
grabación. El soporte de grabación puede ser sin embargo un soporte
de grabación óptico, 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
soporte TRM de transmisión, que comprende un aparato de compresión
de datos tal como el mostrado en la figura 1. El transmisor
comprende además una unidad 40 de transmisión para aplicar la señal
de flujo de bits de datos comprimidos al soporte TRM de
transmisión. La unidad 40 de transmisión podría comprender una
antena 42.
La transmisión a través de un soporte de
transmisión, tal como un enlace de radiofrecuencia o un soporte de
grabación, requiere generalmente una codificación de corrección de
errores y una codificación de canal realizadas sobre la señal de
flujo de bits de datos comprimidos a transmitir. La figura 8
muestra tales etapas de procesamiento de señal llevadas a cabo
sobre la señal de flujo de bits de datos comprimidos para la
disposición de grabación de la figura 3. La disposición de
grabación de la figura 8 comprende por tanto un codificador 80 de
corrección de errores, bien conocido en la técnica, y un
codificador 82 de canal, también conocido de sobra en la
técnica.
La figura 5 muestra una realización del aparato
de expansión de datos. El aparato tiene un terminal 50 de entrada
para recibir la señal de audio de datos comprimidos que está en
forma de la señal de flujo de bits de datos comprimidos, tal como
es suministrada por el aparato de compresión de datos de la figura
1. El terminal 50 de entrada está acoplado a una entrada 52 de una
unidad 54 de expansión de datos, que tiene una salida 56 que está
acoplada a una entrada 58 de una convertidor 60 D/A de 1 bit. Una
salida 62 del convertidor 60 está acoplada a un terminal 64
de
salida.
salida.
La unidad 54 de expansión de datos es un
decodificador sin pérdidas, tal como un decodificador de longitud
variable en forma de decodificador Huffman o de decodificador
aritmético. Quedará claro que el decodificador en el aparato de
expansión de datos de la figura 5 debería ser el inverso del
codificador empleado en el aparato de compresión de datos de la
figura 1 a fin de realizar una etapa de
codificación-decodificación sustancialmente sin
pérdidas. La unidad 54 de expansión de datos expande el flujo de
bits de datos comprimidos para obtener una réplica del flujo de
bits original, que se suministra a la entrada 58 del convertidor 60
D/A. El convertidor 60 convierte el flujo de bits en una señal de
audio analógica que se suministra al terminal 64.
La figura 6 muestra el aparato de expansión de
datos de la figura 5 incorporado en un aparato de reproducción. El
aparato de reproducción comprende además una unidad 70 de lectura
para leer la señal de flujo de bits de datos comprimidos de una
pista del soporte 32 de grabación. En el presente ejemplo, el
soporte 32 de grabación es un soporte magnético, de manera que la
unidad 70 de lectura comprende al menos una cabeza 72 magnética
para leer la señal de flujo de bits de 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 7 muestra una realización de un
receptor para recibir una señal de audio a través de un soporte
TRM de transmisión, que comprende el aparato de expansión de datos
tal como se muestra en la figura 5. El receptor comprende además
una unidad 75 de recepción para recibir la señal de flujo de bits
de datos comprimidos del soporte de transmisión. La unidad 75 de
recepción podría comprender una antena 77.
Tal como se ha explicado anteriormente, la
transmisión a través de un soporte de transmisión, tal como un
enlace de radiofrecuencia o un soporte de grabación, requiere
generalmente una codificación de corrección de errores y una
codificación de canal realizadas sobre la señal de flujo de bits de
datos comprimidos a transmitir, de manera que puedan llevarse a
cabo unas correspondientes decodificación de canal y corrección de
errores al producirse la recepción. La figura 9 muestra las etapas
de procesamiento de señal de la decodificación de canal y de la
corrección de errores realizadas sobre la señal recibida, recibida
por el medio 70 de lectura para la disposición de reproducción de
la figura 6. La disposición de reproducción de la figura 9
comprende por tanto un decodificador 90 de canal, bien conocido en
la técnica, y una unidad 92 de corrección de errores, también de
sobra conocida en la técnica, para obtener una réplica de la señal
de flujo de bits de datos comprimidos.
En la figura 10 se muestra otro aparato de
compresión de datos. En el aparato de compresión de datos de la
figura 10, la señal de flujo de bits se aplica a una entrada 8 de un
codificador sin pérdidas, que está en forma de codificador
entrópico, tal como un codificador 154 aritmético. Además, la señal
de flujo de bits es también una entrada de una unidad 152 de
filtrado de predicción. Una salida de la unidad 152 de filtrado de
predicción está acoplada a una entrada de una unidad 156 de
determinación de probabilidades. El codificador 154 aritmético
codifica la señal de flujo de bits en una señal de flujo de bits de
datos comprimidos en respuesta a unos valores p de probabilidad
suministrados a su entrada 192. La unidad 156 de determinación de
probabilidades determina un valor de probabilidad que indica la
probabilidad de que un bit en la señal de flujo de bits
suministrada por la unidad 4 de conversión tenga un valor lógico
predeterminado, tal como "1". Este valor de probabilidad,
denotado como p en la figura 10, se suministra al codificador 154
aritmético para permitir la compresión de datos de la señal de
flujo de bits en el codificador 154 aritmético. La unidad 156 de
determinación determina este valor de probabilidad a partir de la
señal de salida del filtro 152 de predicción. El codificador 154
aritmético puede comprimir los datos de la señal de flujo de bits
trama a trama.
El funcionamiento del aparato de la figura 10 es
el siguiente. El filtro 152 de predicción realiza un filtrado
predictivo sobre la señal de flujo de bits para obtener una señal de
salida de múltiples bits. La señal de salida de múltiples bits
tiene una pluralidad de niveles dentro de un intervalo de, por
ejemplo, +3 y -3. Además, para cada uno de una pluralidad de
subintervalos en el intervalo de valores de la señal de salida de
múltiples bits, se determina cuál es la probabilidad de que el
correspondiente bit en la señal de flujo de bits sea, por ejemplo,
un bit "1". Esto puede llevarse a cabo contando el número de
"unos" y "ceros" que se producen en la señal de flujo de
bits durante un intervalo de tiempo específico, cuando la señal de
salida de múltiples bits cae en uno de tales intervalos. Las
probabilidades así obtenidas para los varios valores en la señal
de salida de múltiples bits se suministran posteriormente como la
señal p de probabilidad al codificador 154 aritmético. La señal de
flujo de bits de datos comprimidos es suministrada por el
codificador 154 aritmético a una línea 158 de salida para una
transmisión a través de un soporte TRM de transmisión o un soporte
de grabación.
La figura 11 muestra un correspondiente aparato
de expansión de datos para decodificar la señal de flujo de bits
de datos comprimidos, recibida a través del soporte TRM de
transmisión. El aparato de procesamiento de datos de la figura 11
comprende un decodificador 172 entrópico, que recibe la señal de
flujo de bits de datos comprimidos a través de una entrada 174. En
el presente ejemplo, el decodificador 172 entrópico está en forma
de decodificador aritmético que lleva a cabo una etapa de
decodificación aritmética sobre la señal de flujo de bits de datos
comprimidos bajo la influencia de una señal p de probabilidad,
suministrada a una entrada 176 para generar una réplica de la señal
de flujo de bits original que se suministra en una salida 178. La
réplica se suministra a una entrada 58 de la unidad 60 de
reconversión.
Además, una unidad 180 de suministro de
probabilidades está presente para suministrar la señal p de
probabilidad al decodificador 172 aritmético. La señal p de
probabilidad puede obtenerse de distintas maneras dependiendo de
cómo se haya obtenido en el codificador la señal de probabilidad.
Una manera es obtener la señal p de probabilidad de forma
adaptativa a partir de la señal de salida de un filtro 181 de
predicción. En esta realización, el filtro 181 de predicción es
equivalente al filtro 152 de predicción en el codificador, y la
unidad 180 de suministro de probabilidades es equivalente a la
unidad 156 de determinación de probabilidades en el codificador de
la figura 10. Otra forma de generar la señal p de probabilidad es
utilizando información auxiliar recibida a través del soporte TRM
de transmisión, tal como se explicará de aquí en adelante.
La información auxiliar puede ser generada por el
aparato de la figura 10 para transmitirse al aparato de la figura
11. Tal información auxiliar puede incluir los coeficientes de
filtrado para el filtro 152 que se determinan trama a trama,
coeficientes que se transmiten al correspondiente filtro de
predicción incluido en la unidad 180.
Además, el aparato de la figura 10 puede generar
parámetros que describen la conversión de la señal de salida de
múltiples bits del filtro 152 de predicción en la señal p de
probabilidad. Tales parámetros también se incluyen en la
información auxiliar y se transmiten a la unidad 180 de suministro
y al filtro 181 para permitir la regeneración de la señal p de
probabilidad en el aparato de la figura 11 sobre la base de la
señal de salida de múltiples bits proporcionada por el filtro 181
de predicción.
El codificador entrópico utilizado en la
realización de la figura 10 está adaptado para codificar la señal
de flujo de bits empleando una señal de probabilidad a fin de
obtener la señal de flujo de bits de datos comprimidos. Un
codificador entrópico así es el codificador aritmético descrito
anteriormente. Otro tipo de tal codificador entrópico es, como
ejemplo, el bien conocido codificador de estado finito. El
decodificador entrópico utilizado en la realización de la figura 11
está adaptado para decodificar la señal de flujo de bits de datos
comprimidos empleando una señal de probabilidad a fin de obtener
una réplica de la señal de flujo de bits. Un decodificador
entrópico así es el decodificador aritmético descrito anteriormente.
Otro tipo de tal decodificador entrópico es, como ejemplo, el bien
conocido decodificador de estado finito.
Aunque la invención se haya descrito con
referencia a las realizaciones preferidas de la misma, ha de
entenderse que estos no son ejemplos limitativos. Por tanto, a los
expertos en la técnica pueden resultarles evidentes varias
modificaciones sin apartarse del alcance de la invención, tal como
queda definido por las reivindicaciones. Cuando la señal de audio
se suministra en forma digital, tal como muestreada a 44,1 KHz, y
expresándose las muestras en, por ejemplo, 16 bits, el medio de
conversión está adaptado para sobremuestrear la señal de audio
digital con, por ejemplo, la frecuencia de 66 x 44,1 KHz para
obtener la señal de flujo de bits de 1 bit.
Debería indicarse además que la invención también
se aplica a una realización en la que la señal de flujo de bits,
tal como es suministrada por el conversor 4, ha sufrido una etapa
adicional de procesamiento de señales que tiene como resultado una
señal de flujo de bits de 1 bit procesada que se suministra al
codificador 10 sin pérdidas. Tal etapa adicional de procesamiento
de señales podría incluir combinar unas componentes izquierda y
derecha de señal de una señal de audio en estéreo, en forma de flujo
de bits de 1 bit, en una señal de flujo de bits de 1 bit
procesada.
Además, la invención se encuentra en todas las
características o combinaciones de características novedosas.
- (D1)
- EP-A-402.973.
- (D2)
- "A digital decimating filter for analog-to-digital conversion of hi-fi audio signals", por J.J. van der Kam, en Philips Techn. Rev. 42, nº 6/7, Abril \underline{1986}, págs. 230-8.
- (D3)
- "A higher order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters", por Kira C.H. Chao et al, en IEEE Trans. on Circuits and Systems, Vol. 37, nº 3, Marzo \underline{1990}, págs. 309-18.
- (D4)
- "A method for the construction of minimum-redundancy codes", por D.A. Huffman, en Proc. of the IRE, Vol. 40(10), Septiembre \underline{1952}.
- (D5)
- "An introduction to arithmetic coding", por G.G. Langdon, IBM J. Res. Develop., Vol. 28(2) Marzo \underline{1984}.
- (D6)
- "A universal algorithm for sequential data compression", por J. Ziv et al, IEEE, Trans. on Inform. Theory, Vol. IT-23, \underline{1977}.
Claims (22)
1. Aparato de compresión de datos para comprimir
los datos de una señal de audio, comprendiendo el aparato de
compresión de datos:
- un medio (1) de entrada para recibir la señal
de audio,
- un medio (4) de conversión para realizar una
conversión sobre la señal de audio para obtener una señal de flujo
de bits de 1 bit,
- un medio (10) de codificación sin pérdidas para
realizar una compresión de datos sustancialmente sin pérdidas
sobre la señal de flujo de bits para obtener una señal de flujo de
bits de datos comprimidos, y
- un medio (14) de salida para suministrar la
señal de flujo de bits de datos comprimidos,
caracterizado porque el medio de
conversión es un modulador sigma-delta y porque
dicho medio de compresión sin pérdidas comprende:
- un codificador (154) entrópico para codificar
entrópicamente la señal de flujo de bits en respuesta a una señal
de probabilidad para obtener dicha señal de flujo de bits de datos
comprimidos,
- un medio (152) de predicción para realizar una
etapa de predicción sobre la señal de flujo de bits, y
- un medio (156) de determinación de señales de
probabilidad para determinar dicha señal de probabilidad a partir
de la señal de salida de dicho medio de predicción.
2. Aparato de compresión de datos según la
reivindicación 1, en el que la señal de audio es una señal de audio
analógica y estando el medio de conversión en forma de un medio de
conversión A/D para realizar una conversión A/D de 1 bit sobre la
señal de audio analógica para obtener dicha señal de flujo de
bits.
3. Aparato de compresión de datos según la
reivindicación 1 ó 2, en el que el medio de predicción comprende
un medio de filtrado para realizar una operación de filtrado de
predicción sobre la señal de flujo de bits para obtener una señal
de salida de múltiples valores, y en el que dicho medio de
determinación de probabilidades está adaptado para obtener dicha
señal de probabilidad a partir de dicha señal de salida de
múltiples valores.
4. Aparato de compresión de datos según la
reivindicación 1, en el que el codificador entrópico es un
codificador aritmético.
5. Método de compresión de datos para comprimir
los datos de una señal de audio, comprendiendo el método de
compresión de datos las etapas de:
- recibir la señal de audio,
- para realizar una conversión sobre la señal de
audio para obtener una señal de flujo de bits de 1 bit,
- realizar una compresión de datos
sustancialmente sin pérdidas sobre la señal de flujo de bits para
obtener una señal de flujo de bits de datos comprimidos, y
- suministrar la señal de flujo de bits de datos
comprimidos,
caracterizado porque la conversión es una
conversión de modulación sigma- delta y porque dicha etapa de
compresión sin pérdidas comprende las subetapas de:
- codificar entrópicamente la señal de flujo de
bits en respuesta a una señal de probabilidad para obtener dicha
señal de flujo de bits de datos comprimidos,
- realizar una etapa de predicción sobre la señal
de flujo de bits, y
- determinar dicha señal de probabilidad a partir
de la señal de salida de dicha etapa de predicción.
6. Método de compresión de datos según la
reivindicación 5, en el que la etapa de predicción comprende la
subetapa de realizar una operación de filtrado de predicción sobre
la señal de flujo de bits para obtener una señal de salida de
múltiples valores, y en el que dicha etapa de determinación de
probabilidades comprende la subetapa de obtener dicha señal de
probabilidad a partir de dicha señal de salida de múltiples
valores.
7. Transmisor para transmitir una señal de audio
a través de un soporte de transmisión, que comprende al aparato de
compresión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
4, en el que el transmisor comprende además:
- un medio (40) de transmisión para aplicar la
señal de flujo de bits de datos comprimidos al soporte de
transmisión.
8. Aparato de grabación para grabar una señal de
audio en un soporte de grabación, que comprende el aparato de
compresión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
4, en el que el aparato de grabación comprende además:
- un medio (30) de escritura para escribir la
señal de flujo de bits de datos comprimidos en una pista en el
soporte de grabación.
9. Aparato de grabación según la reivindicación
8, en el que el soporte de grabación es un soporte de grabación
óptico o magnético.
10. Soporte de grabación caracterizado
porque tiene una señal de flujo de bits de datos comprimidos
grabado en él en una pista de dicho soporte de grabación, señal de
flujo de bits de datos comprimidos que se ha obtenido realizando
una compresión de datos sustancialmente sin pérdidas sobre una señal
de flujo de bits de 1 bit, la señal de flujo de bits de 1 bit se
ha obtenido realizando una conversión sobre una señal de audio,
caracterizado porque la conversión es una conversión de
modulación sigma-delta y porque la etapa en la que
se ha realizado la compresión de datos sustancialmente sin pérdidas
mediante las siguientes subetapas:
- codificar entrópicamente la señal de flujo de
bits en respuesta a una señal de probabilidad para obtener dicha
señal de flujo de bits de datos comprimidos,
- realizar una etapa de predicción sobre la señal
de flujo de bits, y
- determinar dicha señal de probabilidad a partir
de la señal de salida de dicha etapa de predicción.
11. Aparato de expansión de datos para expandir
los datos de una señal de audio de datos comprimidos para obtener
una réplica de una señal de audio original, obtenida la señal de
audio de datos comprimidos comprimiendo sin pérdidas una señal de
flujo de bits generada por un modulador, comprendiendo el aparato
de expansión de datos:
- un medio (50) de entrada para recibir la señal
de audio de datos comprimidos que está en forma de señal de flujo
de bits de datos comprimidos,
- un medio (54) de decodificación sin pérdidas
para realizar una etapa de expansión de datos sustancialmente sin
pérdidas sobre la señal de flujo de bits de datos comprimidos para
obtener la señal de flujo de bits,
- un medio (60) de conversión D/A para realizar
una conversión D/A sobre la señal de flujo de bits para obtener la
réplica de la señal de audio original,
- un medio (64) de salida para suministrar la
réplica de la señal de audio original,
caracterizado porque el flujo de bits es
generado por un modulador sigma- delta y porque dicho medio de
decodificación sin pérdidas comprende:
- un codificador (172) entrópico para decodificar
entrópicamente la señal de flujo de bits de datos comprimidos en
respuesta a una señal de probabilidad para obtener dicha señal de
flujo de bits, y
- un medio (180) de generación de señales de
probabilidad para suministrar dicha señal de probabilidad.
12. Aparato de expansión de datos según la
reivindicación 11, en el que dicho decodificador entrópico es un
decodificador aritmético.
13. Aparato de expansión de datos según la
reivindicación 11, en el que el medio de conversión D/A comprende
un demodulador sigma-delta.
14. Aparato de expansión de datos según la
reivindicación 11, en el que el decodificador entrópico es un
decodificador aritmético.
15. Método de expansión de datos para expandir
los datos de una señal de audio de datos comprimidos para obtener
una réplica de una señal de audio original, obtenida la señal de
audio de datos comprimidos comprimiendo sin pérdidas una señal de
flujo de bits generada por un modulador, comprendiendo el método de
expansión de datos las etapas de:
- recibir la señal de audio de datos comprimidos
que está en forma de señal de flujo de bits de datos
comprimidos,
- realizar una etapa de expansión de datos
sustancialmente sin pérdidas sobre la señal de flujo de bits de
datos comprimidos para obtener la señal de flujo de bits,
- realizar una conversión D/A sobre la señal de
flujo de bits para obtener la réplica de la señal de audio
original,
- suministrar la réplica de la señal de audio
original,
caracterizado porque el flujo de bits es
generado por un modulador sigma- delta y porque dicha etapa de
decodificación sin pérdidas comprende las subetapas de:
- decodificar entrópicamente la señal de flujo de
bits de datos comprimidos en respuesta a una señal de probabilidad
para obtener dicha señal de flujo de bits, y
- suministrar dicha señal de probabilidad.
16. Método de expansión de datos según la
reivindicación 15, en el que dicha etapa de decodificación
entrópica comprende una etapa de decodificación aritmética.
17. Receptor para recibir una señal de audio a
través de un soporte de transmisión, que comprende al aparato de
expansión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a
14, en el que el receptor comprende además:
- un medio (75) de recepción para recibir la
señal de flujo de bits de datos comprimidos del soporte de
transmisión.
18. Aparato de reproducción para reproducir una
señal de audio de un soporte de grabación, que comprende el aparato
de expansión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones
11 a 14, en el que el aparato de reproducción comprende además:
- un medio (70) de lectura para leer la señal de
flujo de bits de datos comprimidos de una pista en el soporte de
grabación.
19. Transmisor según la reivindicación 7, en el
que el transmisor comprende además un medio (80) de codificación
de corrección de errores y/o un medio (82) de codificación de canal
para codificar con corrección de errores y/o codificar en canal la
señal de flujo de bits de datos comprimidos antes de aplicar la
señal de flujo de bits de datos comprimidos al soporte de
transmisión.
20. Aparato de grabación según la reivindicación
8, que comprende además un medio (80) de codificación de
corrección de errores y/o un medio (82) de codificación de canal
para codificar con corrección de errores y/o codificar en canal la
señal de flujo de bits de datos comprimidos antes de escribir la
señal de flujo de bits de datos comprimidos en el soporte de
grabación.
21. Receptor según la reivindicación 17, en el
que el receptor comprende además un medio (90) de decodificación
de canal y/o un medio (92) de corrección de errores para decodificar
en canal o corregir en errores la señal recuperada del soporte de
transmisión para obtener dicha señal de flujo de bits de datos
comprimidos.
22. Aparato de reproducción según la
reivindicación 18, que comprende además un medio (90) de
decodificación de canal y/o un medio (92) de corrección de errores
para decodificar en canal o corregir en errores la señal leída del
soporte de grabación para obtener dicha señal de flujo de bits de
datos comprimidos.
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