KR100635794B1 - 가변 길이 인코더를 사용하는 송신 시스템 - Google Patents

Abstract

송신 시스템에서, 심벌의 시퀀스의 평균 비트 전송율을 감소시키기 위해 가변 길이 인코더가 사용된다. 코드의 최대 길이를 제한하기 위해, 코딩된 시퀀스의 길이가 미리 정해진 값보다 낮을 경우 심벌의 시퀀스를 코딩된 형태로만 송신하는 것이 제안된다.

허프만 인코더, 허프만 디코더, 가변 길이 인코딩, 가변 길이 디코딩

Description

가변 길이 인코더를 사용하는 송신 시스템{Transmission system using a variable length encoder}

본 발명은, 입력 심벌들의 시퀀스들을 가변 길이 인코딩된 시퀀스들로 인코딩하는 가변 길이 인코더를 갖는 송신 장치를 포함하는 송신 시스템에 관한 것으로서, 상기 송신 장치가 상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스들을 송신 매체를 통해 수신기로 송신하는 송신기를 더 포함하고, 상기 수신기가 가변 길이 인코딩된 심벌들을 디코딩된 심벌들의 시퀀스들로 디코딩하는 가변 길이 디코더를 포함한다.

또한, 본 발명은, 송신기, 수신기, 가변 길이 인코더, 가변 길이 디코더, 가변 길이 인코딩 방법, 가변 길이 디코딩 방법, 상기 방법들을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 유형의 매체 및 가변 길이 인코딩된 심벌들을 포함하는 신호에 관한 것이다.

서두에 따른 송신 시스템은 Robert G. Gallager에 의한 서적 "Information Theory and Reliable Communication"(Chapter 3, Coding for Discrete Sources, pp.38-70, ISBN 471 29048 3)으로부터 공지되어 있다.

서두에 따른 송신 시스템은 동일하지 않은 확률을 갖는 심벌들의 시퀀스들을 송신하기 위해 사용된다. 그런 시퀀스들은, 높은 확률을 갖는 입력 시퀀스들에 대해 짧은 인코딩된 시퀀스들을 사용하고, 더 낮은 확률을 갖는 입력 시퀀스들에 대해 더 긴 인코딩된 시퀀스들을 사용함으로써 더 효과적으로 송신될 수 있다.

가변 길이 코드들의 예로는 공지된 모르스(Morse) 코드 및 허프만(Huffman) 코드가 있다. 일반적으로, 가변 길이 코딩을 사용하면, 입력 심벌들의 특정 시퀀스를 이송하기 위해 송신되어야 하는 심벌들의 수를 감소시킨다. 그러나, 입력 심벌들의 특정 시퀀스를 이송하는데 필요한 심벌들의 수를 코딩되지 않은 메시지보다 실질적으로 더 크게 하는 것도 가능하다. 이것은, 입력 심벌들의 시퀀스가 낮은 확률을 갖는 심벌들을 포함할 경우에 발생할 수 있다. 그런 경우에, 버퍼의 오버플로들 또는 인코딩된 메시지를 메시지에 대해 이용 가능한 제한된 공간만을 갖는 프레임내에 인코딩된 메시지를 두는 것이 불가능한 것과 같은 실질적인 문제점들이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은, 버퍼들의 크기 또는 이용 가능한 프레임 크기를 증가시키지 않으면서 전술한 문제점들이 더 이상 발생되지 않는, 서두에 따른 송신 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 송신 시스템은, 다수의 가변 길이 인코딩된 시퀀스들의 결합 길이가 미리 정해진 값을 초과할 경우 송신 장치가 입력 심벌들의 시퀀스를 송신기에 전달하도록 배열되고, 상기 수는 1 이상이며, 다수의 가변 길이 인코딩된 시퀀스들의 상기 결합 길이가 상기 미리 정해진 값을 초과할 경우 수신기가 디코딩되지 않은 수신된 심벌들의 시퀀스를 출력에 전달하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

가변 길이 인코딩된 시퀀스들의 길이를 결정함으로써, 그리고 가변 길이 인코딩된 시퀀스들의 길이가 미리 정해진 값을 초과할 경우 입력 시퀀스들을 송신함으로써, 송신된 심벌들의 시퀀스를 입력 시퀀스들의 길이로 제한하는 것이 가능하다. 이로써 송신된 심벌들의 시퀀스들의 길이는 미리 정해진 값에 의해 한정된다.

가변 길이 인코딩된 심벌들(예컨대, 워드)의 각각의 개별 시퀀스의 길이를 판정하는 것과, 이 길이가 미리 정해진 값을 초과하는지 아닌지를 결정하는 것이 가능하다. 또한, 다수의 가변 인코딩된 시퀀스의 결합 길이를 판정하는 것과, 이 결합 길이가 (더 큰) 미리 정해진 값을 초과하는지 아닌지를 결정하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예는 상기 미리 정해진 값이 입력 심벌들의 시퀀스들의 결합 길이인 것을 특징으로 한다.

상기 미리 정해진 값을 입력 심벌의 시퀀스의 길이와 같도록, 또는 다수의 입력 심벌의 결합 길이와 같도록 함으로써, 심벌의 시퀀스의 길이가 제한될 수 있고, 송신기가 항상 송신 프레임의 이용 가능한 버퍼 또는 공간에 정보를 저장하거나 송신할 수 있는 것이 보장된다.

본 발명의 또다른 실시예는, 송신 장치가, 대응하는 가변 길이 인코딩된 심벌의 시퀀스 대신, 심벌의 적어도 하나의 입력 시퀀스가 송신된다는 것을 나타내는 지시자(indicator)를 송신하도록 되어 있고, 수신기가, 디코딩되지 않은 수신된 심벌의 시퀀스를 자신의 출력에 전달하거나, 수신된 심벌의 시퀀스를 가변 길이 디코더의 입력에 전달하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

송신된 신호에 지시자를 도입함으로써, 수신기가 자신이 수행해야하는 동작( 수신된 심벌의 시퀀스를 디코딩하거나, 상기 수신된 심벌의 시퀀스를 직접 출력에 전달하는 동작)을 결정하는 것이 매우 쉬워진다.

이제 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 송신 시스템을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 송신 시스템용 인코더(5)의 대안적 실시예를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 사용된 허프만 디코더에 사용되는 허프만 디코딩 트리를 도시하는 도면.

도 1에 따른 송신 시스템에서, 송신기(2)는 입력 심벌의 시퀀스들을 인코딩하는 인코더(5)를 포함한다. 상기 입력 심벌의 시퀀스는 미리 정해진 길이를 갖는 워드들을 포함하는데, 이 길이는 그 후속 워드들의 길이와 다를 수도 있다. 입력 워드들은 인코더(5)의 버퍼(8)에 인가된다. 다음에, 버퍼(8)에 저장된 워드들은 가변 길이 인코더(본원에서는 허프만 인코더(10)이다)에 인가된다.

허프만 인코더(10)는 입력 워드에 대응하는 허프만 인코딩된 워드를 그 출력에 제공하는 룩업 테이블에 의해 실현될 수 있다. 또한, 룩업 테이블은 허프만 인코딩된 워드의 길이의 지시자를 출력에 제공한다. 4비트 입력 워드에 대한 그런 룩업 테이블의 예가 표 1에 제공된다.

상기 표 1로부터, 상이한 허프만 인코딩된 코드워드의 길이는 상당히 다르다는 것이 명백하다. 가변 길이 인코딩의 원리에 따라, 가장 짧은 허프만 코드들이 확률이 가장 높은 입력 워드들에 할당된다. 입력 코드 워드 및 허프만 인코더(10)의 출력에서의 허프만 인코딩된 워드가 선택기(12)에 인가된다. 현재 허프만 인코딩된 워드의 길이를 나타내는 허프만 인코더의 출력 신호 부분은 이 길이와 미리 정해진 값을 비교하는 비교기에도 인가된다. 비교기(3)의 출력 신호는 다중화기(14)와 선택기(12)의 입력에 인가된다. 허프만 인코딩된 시퀀스가 미리 정해진 값보다 클 경우, 선택기(12)는 허프만 인코더의 입력 워드를 출력에 전달하도록 명령받는다. 그렇지 않을 경우에는, 허프만 인코더(10)의 출력 신호가 선택기(12)의 출력에 전달된다. 비교기(3)의 출력 신호는 다중화기(14)의 출력 신호에 "허프만 지시자"로 포함되므로, 수신기는 수신된 워드들이 디코딩되어야 하는지 아닌지를 판정할 수 있다. 허프만 인코더(10), 비교기(3), 선택기(12)의 기능은 단일 표로 구현될 수 있다. 이 표는 아래에 표 2로 제공된다.

얼마나 많은 비트들이 출력 신호에 도입될 것인지를 다중화기(14)에 통지하기 위해, 표 2에는 각 출력 워드의 길이도 저장된다. 제공된 예에서는 하나의 표가 사용된다는 것이 관찰된다. 그러나, 그 후속 입력 워드들의 특성들(길이 및 확률들)은 상당히 다를 수도 있다. 그럴 경우, 그 후속 입력 워드에 대해 상이한 코딩 테이블을 사용해야 한다.

멀티플렉서(14)의 출력 신호는 송신 수단(16)에 인가되는데, 송신 수단(16)은 멀티플렉스(14)의 출력 신호를 송신 매체(4)를 통해 수신기(6)에 송신하도록 되어 있다. 전송 수단(16)의 태스크는 채널 코딩 및 변조를 포함한다.

수신기(6)에서, 입력 신호는 수신 수단(18)에 의해 처리된다. 수신 수단에 의해 수행된 동작은, 증폭, 복조 및 채널 디코딩을 포함한다. 역다중화기(20)는 "허프만 지시자"와 선택기(12)의 재구성된 출력 신호를 분리한다. 선택기(12)의 출력 신호는 허프만 디코더(22) 및 선택기(24)의 입력에 인가된다. 허프만 디코더(22)의 출력 신호는 선택기(24)의 또다른 입력에 인가된다. "허프만 지시자"의 값에 의존하여, 역다중화기(20)의 (디코딩되지 않은) 출력 신호 또는 허프만 디코더의 허프만 디코딩된 출력 신호가 선택기(24)의 출력에 전달된다.

도 2에 따른 인코더(5)는 다수의 허프만 인코딩된 워드의 길이의 합을 미리 정해진 값과 비교하도록 배열되어 있다. 이것은 다수의 워드가 한 프레임의 제한된 크기의 공간에서 송신되어야 할 경우에 유용할 것이다. 상기 길이의 합을 디코딩되지 않은 워드들의 길이의 합이 될 수 있는 미리 정해진 값과 비교함으로써, 다수의 워드가 허프만 인코딩된 워드로서 완전하게 송신되어야 할지 인코딩되지 않은 워드로서 완전하게 송신되어야 할지를 결정하는 것이 가능하다.

버퍼(30)는 입력 워드를 수신하여 그들을 버퍼(34)의 입력 및 허프만 인코더(32)의 입력에 전달한다. 허프만 인코더(32)의 출력 신호는 길이 카운터(38) 및 버퍼(36)에 전달된다. 길이 카운터(38)는 특정 수의 인코딩된 코드워드들에 대해 허프만 인코딩된 코드워드의 누산된 길이를 카운트한다. 이 수는 예컨대 한 프레임으로 송신되어야 하는 워드들의 수가 될 수 있는 코드워드의 수가 될 수 있다.

상기 다수의 워드가 인코딩되었다면, 길이 카운터(38)는 누산된 길이를 미리 정해진 값과 비교하여, 워드가 허프만 인코딩된 형태로 송신되어야 할지 코딩되지 않은 형태로 송신되어야 할 지를 결정한다. 이 결정은 선택기(40) 및 다중화기(42)에 전달된다.

선택기(40)는 길이 카운터(38)의 결정에 의존하여, 버퍼(34)에 저장된 코딩되지 않은 워드의 완전한 세트 또는 버퍼(36)에 저장된 허프만 인코딩된 워드의 완전한 세트를 출력에 제공한다. 선택기(40)의 출력 신호가 길이 카운터(38)의 출력 신호와 다중화됨으로써, 인코더(5)의 출력 신호가 획득된다. 길이 카운터(38)의 출력 신호는 "허프만 지시자"로서 출력 신호에 포함된다.

도 3에는, 위에서 제공된 허프만 코드의 허프만 트리가 도시된다. 허프만 트리는 하나의 시작 노드(A), 다수의 중간 노드(B 내지 P), 다수의 종단 노드(0 내지 15)를 포함한다. 각 노드는 노드의 유형이 저장되는 데이터 구조로 저장된다. 중간 노드의 경우에는, 상기 노드에서 후속 노드로의 천이에 대응하는 비트의 값과 함께 저장되는 상기 후속 노드들에 대한 포인터도 저장된다. 종단 노드들에 대응하는 디코딩된 워드의 값이 저장된다. 설명하기 위해, 디코딩은 입력 워드 "1010"(십진수 10)에 대응하는 허프만 인코딩된 워드 "1101100"의 디코딩을 처리한다. 디코딩시에, 허프만 인코딩된 워드는 좌측에서 우측으로 처리된다.

디코딩의 시작시에, 처리는 노드(A)에서 초기화된다. 다음에, 제 1 비트(여기서는 "1")가 인코딩된 워드로부터 판독된다. 다음에, 그 후속 노드가 현재 비트의 "1"의 값에 대응하는지가 확인된다. 노드(A)를 나타내는 데이터 구조에 저장된 정보로부터, 노드(B)가 그 후속 노드라는 것이 인지된다. 노드(A)를 나타내는 데이터 구조에 저장된 포인터는 노드(B)를 나타내는 데이터 구조를 인지하는데 사용된다.

다음에, 대응하는 데이터 구조에 저장된 정보를 사용함으로써 노드(B)의 유형이 검사된다. B는 중간 노드이므로, 다음 비트(여기서는 "1")가 인코딩된 워드로부터 판독된다. 노드(B)를 나타내는 데이터 구조로부터 인지된 정보로부터, 현재 비트의 값 "1"에 대응하는 후속 노드가 노드(D)라는 것이 인지된다.

이런 방식으로, 트리가 노드(A)에서 노드들(B,D,E,F,G)을 통해 노드(H)로 횡단된다. 노드(H)에서, 노드(10)가 종료 비트 값"0"에 대응하는 후속 노드라고 설정된다. 노드(10)를 나타내는 데이터 구조로부터, 노드(10)가 종단 노드라는 것이 인지된다. 따라서, 디코딩 처리는 정지되고, 노드(10)에 대응하는 데이터 구조에 저장된 출력 워드 "1010"이 출력에 제공된다.

Claims (10)

1. 입력 심벌들의 시퀀스를 가변 길이 인코딩된 시퀀스로 인코딩하기 위한 가변 길이 인코더(5)를 갖는 송신 장치(2)를 포함하는 송신 시스템으로서, 상기 송신 장치는 상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스를 송신 매체(4)를 통해 수신기(6)에 송신하기 위한 송신기(16)를 더 포함하고, 상기 수신기(6)는 상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스를 심벌들의 디코딩된 시퀀스로 디코딩하기 위한 가변 길이 디코더(22)를 포함하는 상기 송신 시스템에 있어서,

   상기 송신 장치(2)는, 상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스의 길이가 입력 심벌들의 시퀀스의 길이를 초과하면 상기 송신기(16)에 입력 심벌들의 시퀀스를 지시자(indicator)와 함께 전달하도록 구성되고, 상기 지시자는 입력 심벌들의 상기 시퀀스가 대응하는 가변 길이 인코딩된 시퀀스 대신에 송신됨을 지시하며,

   상기 수신기(6)는, 상기 지시자가 수신되면 디코딩되지 않은 심벌들의 수신된 시퀀스를 출력(24)으로 전달하도록 구성되고, 상기 지시자가 수신되지 않으면 심벌들의 상기 수신된 시퀀스를 상기 가변 길이 디코더(22)의 입력으로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 송신 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 길이 인코더(5)는 허프만 인코더(Huffman encoder)를 포함하고, 상기 가변 길이 디코더(22)는 허프만 디코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 길이 인코더(5)는 후속 시퀀스 입력 심벌들에 대해 상이한 코딩 테이블들을 사용하는 것을 특징으로 하는 송신 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 적어도 다수의 입력 심벌들은 상이한 길이들을 갖는 것을 특징으로 하는 송신 시스템.
5. 입력 심벌들의 시퀀스를 가변 길이 인코딩된 시퀀스로 인코딩하기 위한 가변길이 인코더(5)와, 상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스를 송신 매체(4)를 통하여 수신기(6)에 송신하기 위한 송신기(16)를 포함하는 송신 장치(2)에 있어서,

   상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스의 길이가 입력 심벌들의 상기 시퀀스의 길이를 초과하면, 입력 심벌들의 상기 시퀀스를 지시자와 함께 상기 송신기(16)에 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
6. 송신 매체(4)를 통하여 심벌들의 시퀀스를 수신하도록 구성되고, 가변 길이 인코딩된 시퀀스를 심벌들의 디코딩된 시퀀스로 디코딩하기 위한 가변 길이 디코더(22)를 포함하는 수신기(6)에 있어서,

   상기 수신된 시퀀스가 지시자를 포함하면 디코딩되지 않은 심벌들의 수신된 시퀀스를 출력(24)으로 전달하도록 구성되고, 상기 수신된 시퀀스가 지시자를 포함하지 않으면 심벌들의 상기 수신된 시퀀스를 상기 가변 길이 디코더(22)의 입력으로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수신기.
7. 입력 심벌들의 시퀀스를 가변 길이 인코딩된 시퀀스로 인코딩하는 단계를 포함하는 인코딩 방법에 있어서,

   상기 가변 길이 인코딩된 시퀀스의 길이가 입력 심벌들의 상기 시퀀스의 길이를 초과하면 코딩되지 않은 입력 심벌들의 시퀀스를 지시자와 함께 출력으로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인코딩 방법.
8. 가변 길이 인코딩된 시퀀스를 심벌들의 디코딩된 시퀀스로 디코딩하는 단계를 포함하는 디코딩 방법에 있어서,

   상기 수신된 시퀀스가 지시자를 포함하면 디코딩되지 않은 심벌들의 수신된 시퀀스를 출력으로 전달하고, 상기 수신된 시퀀스가 지시자를 포함하지 않으면 심벌들의 상기 수신된 시퀀스를 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디코딩 방법.
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