NL8420060A - Datacompressiesysteem en werkwijze voor het verwerken van digitale bemonsterde signalen. - Google Patents

Description

8 ^ L u υ τυ υ N.O. 33361

Datacompressiesysteem en werkwijze voor het verwerken van digitale bemonsterde signalen._

SAMENHANGENDE AANVRAGEN

Dit is een "continuation-in-part" aanvrage van de Amerikaanse octrooiaanvrage, serienummer 202.457, ingediend 31 oktober 1980 door Charles S. Weaver, getiteld Method and Apparatus for Digital Data 5 Compression.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Systemen, welke zijn voorzien van middelen voor het omzetten van analoge signalen in digitale vorm, waarna compressiefiltering en Huffman-codering van de signalen worden toegepast voor opname of voor 10 transmissie naar een verwijderde plaats, tezamen met terugspeel- of ontvangmiddelen, welke een Huffman-decodeerorgaan, een digitaal reconstruct! efil ter en middelen om de gedecodeerde en gefilterde signalen terug te brengen in de analoge vorm omvatten, zijn bekend uit de hiervoor genoemde Amerikaanse octrooiaanvrage, serienummer 202.457 en uit 15 een artikel van U.E. Ruttimann en H.V. Pipberger, getiteld "Compression of the ECG by Prediction or Interpolation and Entropy Encoding", IEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME-26, nr. 11, biz.

613-623, november 1979. Een soortgelijk systeem is bekend uit een artikel van K.L. Ripley en J.R. Cox jr., getiteld "A Computer System for 20 Capturing Transient Electrocardiographic Data", Pro. Comput. Cardiol., biz. 439-445, 1976. Met de onderhavige uitvinding wordt de gemidddelde bitsnelheid van een, van analoog naar digitaal omgezet audiosignaal, zoals een muzieksignaal, een elektrocardiogram- of elektro-encefalo-gramsignaal, voldoende beperkt om een digitale transmissie daarvan over 25 een eenvoudige transmissielijn en/of om een opname en terugspelen van een aanzienlijke hoeveelheid signalen met behulp van een relatief kleine hoeveelheid van een opnamemediurn onder gebruikmaking van bekende digitale opname- en terugspeeltechnieken mogelijk te maken.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

30 Audiosignalen, zoals muziek, die worden uitgezonden of opgenomen worden 'in digitale vorm omgezet door een anal oog-digi taal omzetter. De digitale signalen worden dan toegevoerd aan een digitaal compressiefil-ter om digitale gecomprimeerde signalen te vormen. De gecomprimeerde audiosignalen worden toegevoerd aan een codeerorgaan, zoals een afge-35 kapte Huffman-codeur, om deze signalen te coderen. De digitale uitgangssignalen van dit codeerorgaan worden opgenomen door middel van een digitaal opname-apparaat en/of uitgezonden naar een verwijderd opge- 8420060 2 steld ontvangstation. In een terugspeel apparaat of een ontvangstation wordt het gecodeerde signaal gedecodeerd door een decodeerorgaan, waarna het gedecodeerde signaal wordt toegevoerd aan een digitaal decompress! efil ter. Het uitgangssignaal van het decompress!efilter wordt in 5 analoge vorm omgezet door middel van een digitaal-analoogomzetter om een reproduktie van de audiosignalen te verschaffen. Een zodanige combinatie van een compressie- en een decompress!efilter wordt gebruikt, dat de gemiddelde bitlengte van de opgenomen of uitgezonden digitale signaalwoorden minimaal is. De overdrachtsfunctie van het digitale com-10 pressiefilter heeft nulpunten op de eenheidscirkel in het Z-vlak onder een hoek van nul graden; de overdrachtsfunctie van het digitaal decompress! efil ter heeft polen op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak onder een hoek van nul graden. De compressiefilterbewerking wordt uitgevoerd zonder afkappen of afronden, terwijl de decompressiefilterbe-15 werking met afkappen of afronden plaatsvindt. Buiten de nul graden hoekposities van de nulpunten van de overdrachtsfunctie van het com-pressiefilter kunnen ook nulpunten op de eenheidscirkel in het Z-vlak aanwezig zijn bij ±41,41°, ±60°, ±90°, +120° en/of 180°. Een daarop af-gestemd decompress!efilter wordt gebruikt; dit filter bezit polen op of 20 binnen de eenheidscirkel nabij de plaats van de nulpunten van het com-pressiefilter. De resulterende frequent!ekarakteristiek van het gehele systeem is voor de analoge signalen hoogdoorlatend en kan een of meer geringe hoogfrequente inkepingen omvatten. Voor muzieksignalen heeft het resulterende filter een lage afsnijfrequentie tussen 0-15 Hz om 25 audiofrequente signalen door te laten in een interval van ongeveer 15 Hz tot 20.000 Hz.

Een instabiele combinatie van compressie- en decompressiefilter wordt verkregen wanneer de overdrachtsfunctie van het decompress!efil-ter polen bezit op de eenheidscirkel in het Z-vlak. Voor een dergelijke 30 uitvoering vereist de overdracht van de uitgangssignalen van het

Huffman-codeerorgaan het gebruik van een fout-controlecode en fout-de-tectiemiddelen voor het vaststellen van fouten in de overdracht naar het Huffman-decodeerorgaan. Als gevolg van het vaststellen van een fout in een dergelijke digitale signaaloverdracht wordt een foutsignaal op-35 gewekt, welk foutsignaal wordt toegevoerd aan het decompressiefilter om kortstondig de polen van het filter meer naar binnen te bewegen in de eenheidscirkel, waarbij het mogelijk wordt gemaakt, dat het systeem zich van de toegevoerde foutsignalen herstelt.

De hiervoor beschreven foutsignaaldectie en binnenwaartse beweging 40 van de polen van de overdrachtsfunctie in het Z-vlak van het decompres- 8 A 2 0 0 6 0 3 siefliter als gevolg van de foutdetectie kan worden toegepast in die systemen, die een stabiele combinatie van compressie- en decompress!e-filter bezitten om uit de foutsignalen het herstel te versnellen.

In plaats van een fout-controlecode en fout-signaaldetectiemidde-5 len in die systemen, die een instabiele combinatie van compressie- en decompressiefilter bezitten, kan het systeem werkzaam zijn door periodiek een serie van werkelijke signaalwaarden van de A/D-omzetter aan het reconstructiefilter over te dragen, waarbij het reconstructefilter periodiek wordt opgestart wanneer fouten optreden. In het geval van 10 compressie van muzieksignalen kan een overdracht van werkelijke sig-naalwaarden om bijvoorbeeld de 6 tot 16 milliseconden handzaam zijn.

Het aantal opeenvolgende werkelijke waarden, dat nodig is om periodiek te worden overgedragen, is afhankelijk van de orde van het decompressiefilter; het aantal toegevoerde werkelijke signaalwaarden is gelijk 15 aan deze orde.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

De uitvinding zal uit de hierna volgende beschrijving onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen beter kunnen worden begrepen. In de tekeningen, waar dezelfde delen vanuit verschillende gezichtshoeken 20 door gelijke verwijzingscijfers zijn aangegeven, toont:

Fig. IA tezamen met fig. 1B een blokschema van een datareductiesy-steem; een digitaal opname- en zendgedeelte is afgebeeld in fig. IA en een terugspeel- en ontvanggedeelte is afgebeeld in fig. 1B;

Fig. 2 een golfvorm en grafische voorstelling van signalen, zoals 25 die optreden op de verschillende plaatsen in het datacompressiesysteem afgebeeld in de fig. IA en 1B;

Fig. 2A een frequent!ekarakteristiek van een hoogfrequent verzwak-kings- en een hoogfrequent versterkingsfilter, welke zijn aangebracht aan de ingang, respectievelijk de uitgang van het datareductiesysteem; 30 Fig. 3 een grafische voorstelling van gecodeerde verschil signa!en, welke de gebruikte indeling laten zien, die is toegepast voor het coderen van die verschil signal en, die buiten het tevoren vastgestelde signaal interval liggen;

Fig. 4 een afbeelding, met behulp waarvan de relatie wordt aange-35 toond tussen de waarschijnlijkheid, dat een digitale bemonsterde signaal waarde zal optreden in een zeker kwantisatieniveau en de grootte van het kwantisatieniveau;

Fig. 5 de nulpunten van de overdrachtsfunctie van een tweede orde compressiefilter op de eenheidscirkel in het Z-vlak; 40 Fig. 6 een aantal z-getransformeerde nulpunten, die kunnen worden 84 2 0 0 6 0 4 gebruikt in het, in de onderhavige uitvinding opgenomen compressiefliter;

Fig. 7 een afbeelding, waarin de frequent!ekarakteristiek is gegeven van drie verschillende compressiefliters met nulpunten op de een-5 heidscirkel van de z-getransformeerde in enkele van de in fig. 6 aangegeven posities;

Fig. 8 een blokschema, waarin details van een compressiefilter van het type, dat in de onderhavige uitvinding kan worden toegepast, zijn aangegeven; 10 Fig. 9 een tabel, waarin een afgekapte Huffman-code van het type, dat in de onderhavige uitvinding kan worden toegepast, is aangegeven;

Fig. 10 het nulpunten-polenpatroon van een combinatie van compressie- en reconstructiefliter, dat in het onderhavige systeem kan worden toegepast en dat resulteert in een stabiel systeem zonder de noodzaak 15 van foutdetectie;

Fig. 11 de frequent!ekarakteristiek van de combinatie van compressie- en reconstructiefilter met het in fig. 10 afgebeelde nulpunten-po-1enpatroon;

Fig. 12A met 12B een soortgelijk blokschema als fig. IA met fig.

20 1B; hier bezit het systeem echter een stuurbitgenerator en foutdetec-tiemiddelen om de polen van het reconstructiefilter naar binnen te bewegen wanneer een bitfout is vastgesteld;

Fig. 13 een nul punt-poolpatroon van een combinatie van compressie-en reconstructiefilter, waarbij polen van het reconstructiefilter kort-25 stondig naar binnen zijn bewogen om het herstel van de overgangen te vergemakkelijken;

Fig. 14 een blokschema, waarin details van een reconstructiefilter, dat in de onderhavige uitvinding kan worden gebruikt, zijn weergegeven; 30 Fig. 15 een nul punt-poolpatroon van een andere combinatie van compressie- en reconstructiefilter, die gebruikt kan worden in systemen waar de onderhavige uitvinding is opgenomen; en toont

Fig. 16 een grafische voorstelling van Huffman-gecodeerde signalen, die aanwezig zijn in een systeem, waarin de werkelijke digitale 35 signaalwaarden periodiek worden overgedragen aan het reconstructiefilter, waarbij laatstgenoemd filter periodiek wordt opgestart.

Allereerst zij verwezen naar fig. IA, waarin het digitale opnameen transmissiegedeelte van een datacompressiesysteem is afgebeeld en dat is voorzien van een analoog-digitaal omzetter (A/D-omzetter) 20 om 40 een analoog audiosignaal f(t) om te zetten in digitale vorm, waarbij 8420060 5 het n-de monster van de analoog-digitaal omzetter 20 wordt aangeduid met fn. Onder A in fig. 2 is een analoog signaal 22 aangegeven, dat dient als ingangssignaal voor de analoog-digitaal omzetter 20. Bij wijze van voorbeeld zij vermeld dat het audio-ingangssignaal kan bestaan uit een 5 muzieksignaal, dat is gelegen in een frequentie-interval van ongeveer 15 tot 20.000 Hz. De vorm van het uitgangssignaal van de analoog-digi-taalomzetter is afgebeeld onder B in fig. 2 en bevat monsters fn_x tot fn+i van woorden van gelijke lengte. De analoog-digitaal omzetter 20 werkt met een bemonsteringssnelheid, die wordt vastgesteld door 10 stuursignalen van de tijdstuur- en controle-eenheid 24, welke stuursignalen worden toegevoerd over de tijdstuurleiding 26. Zoals hier toegepast stelt de leiding 26 van de tijdstuur- en controle-eenheid 24 een aantal uitgangsleidingen voor van de tijdstuureenheid, waarvan een of meer worden toegevoerd aan de systeemeiementen ten behoeve van een 15 juiste tijdsturing en controle van het systeem. Ook worden ingangssignalen aan de tijdstuur- en controle-eenheid toegevoerd over de leiding 28 om deze te sturen met signalen van verschillende andere systeemeie-menten. De A/D-omzetter 20 werkt op de gebruikelijke manier met een vaste monsteringssnelheid en met een vaste woordlengte-uitgang. Ten be-20 hoeve van de beschrijving en zeker niet als beperking zij vermeld dat de A/D-omzetter werkzaam kan zijn met een bemonsteringssnelheid van 44 KHz en met een 14 bits woordlengte.

Het uitgangssignaal van de A/D-omzetter 20 wordt toegevoerd aan een digitaal compressiefilter 30 en wel via een digitaal filter 23 dat 25 het hoogfrequente gedeelte van het digitale audiofrequente signaal van de A/D-omzetter 20 verzwakt om de signaalentropie te verminderen. De frequentiekarakteristiek van het filter 23 is tezamen met de frequen-tiekarakteristiek van het digitale filter 75, dat is opgenomen in het terugspeel- en ontvanggedeelte van het systeem, afgebeeld in fig. 2A.

30 Ten behoeve van de eenvoud wordt het digitale uitgangssignaal van het filter 23 evenals het digitale ingangssignaal aangegeven met fn. Het zal duidelijk zijn dat een analoog filter met een soortgelijke frequen-tiekarakteriek kan worden opgenomen voor de ingang van de A/D-omzetter 20 in plaats van het digitale filter 23 aan de uitgang daarvan.

35 Voor de hier beschreven doeleinden omvat het digitale compressiefilter zoals afgebeeld een schattingselement 32 en een aftrekschakeling 34. Het schattingselement 32 verschaft een schatting van fn, hier aangegeven met f^, welke schatting is gebaseerd op de werkelijke monsters die optreden zowel voor als na het te schatten monster fn.

A

40 Schatters voor het verschaffen van een dergelijke geschatte waarde fn 8420060 6 zijn natuurlijk bekend. Een verschil signaal Δπ wordt door het com-pressiefilter 30 afgegeven; dit verschil signaal bestaat uit het verschil tussen het werkelijke ingangssignaal fn en de geschatte sig- Λ naalwaarde fn, verkregen door de geschatte waarde van de werkelijke 5 waarde af te trekken in de aftrekschakeling 34 volgens: Δη = ^n " ^n (!)

In de grafische voorstelling van het uitgangssignaal van het com-10 pressiefilter onder C in fig. 2 zijn de verschil signal en Δπ, Δη+1> Δη+2» .....Δη+ι afgebeeld. In overeenstemming met een kenmerk van de onderhavige uitvinding worden de rekenkundige bewerkingen van het digitale compressiefilter 30 uitgevoerd zonder afkappen of afronden, terwijl de rekenkundige bewerkingen van het bijbehorende 15 digitale decompressie- of reconstructiefilter zoals hierna beschreven worden uitgevoerd met afkappen of afronden. Zoals is aangegeven in fig. 2 onder C omvat het uitgangssignaal van het compressiefilter onafgekap-te gecomprimeerde signalen, welke 18 bits lang zijn.

Het zal hier duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding niet is 20 beperkt tot het gebruik van het afgebeelde compressiefilter waarin de uitgang Δη wordt gevormd door het verschil tussen het werkelijke in-

A

gangssignaal fn en een geschatte waarde fn. Andere compressiefliters kunnen worden gebruikt met een verschillende overdracht, waarin de uitgang Δη van het compressiefilter niet een directe functie is van 25 het verschil tussen de werkelijke ingang fn en een geschatte waarde daarvan fn. Het gebruik van de term "verschil"signaalwaarden Δη heeft de bedoeling om ook de uitgang van andere geschikte compressie-fliters aan te geven.

De gecomprimeerde signaalwaarden Δη worden via een schakelaar 35 30 toegevoerd aan een codeerorgaan 40, waarin een afgekapte Huffman-code wordt gebruikt voor het coderen van de toegevoerde signalen. De Huffman-codering is bekend uit de Amerikaanse octrooiaanvrage serienummer 207.728, ingediend 17 november 1980, getiteld "Method and Apparatus for digital Huffman Encoding" door Charles S. Weaver, welke aanvrage is 35 overgedragen aan dezelfde rechthebbende als de onderhavige uitvinding. Alles wat uit deze Amerikaanse octrooiaanvrage serienummer 207.728 bekend is, is specifiek hier opgenomen door verwijzing. Kort samengevat maakt de Huffman-codeertechniek gebruik van het feit dat het compressiefilter de entropie van het uitgangssignaal Δη vermindert zodat een 40 vermindering van het totale aantal bits in het Huffman-gecodeerde sig- 8420060 7 naai ten opzichte van het ingangssignaal kan plaatsvinden. Een enkel codewoord wordt toegewezen aan niet frequent optredende verschil signalen en toegevoerd als een label voor het werkelijke verschil signaal-waarde Δη. In fig. IA is de uitgang van het codeerorgaan 40 aangege-5 ven met h(An) en onder D in fig. 2 stellen de waarden h(An), h(An+i) enz. gecodeerde waarden voor van Δπ, Δη+ι, enz. De meest frequent optredende waarde van Δη (hier nul) wordt gecodeerd met behulp van het kortste codewoord. Een afgekapte Huffman-code is bekend uit de Amerikaanse octrooiaanvrage serienummer 207.728, welke code 10 gemakkelijk kan worden opgenomen door gebruik te maken van een eenvoudig codeerorgaan en decodeerorgaan. De uitgang van het codeerorgaan 40 omvat codewoorden voor de meest frequent optredende waarden van Δπ, tezamen met een gecombineerd codewoordlabel en werkelijke waarde van het gecomprimeerde signaal Δη voor minder frequent optredende waarden 15 van Δη. Ten behoeve van de duidelijkheid zij vermeld, dat wanneer de gecomprimeerde signaalwaarde de waarde ±3 overschrijdt, het werkelijke gecomprimeerde signaal Δη tezamen met een codewoordlabel wordt afgegeven aan de uitgang van het codeerorgaan. Uit fig. 3, waarin verschillende gecodeerde gecomprimeerde waarden zijn afgebeeld, zal het duide-20 lijk zijn, dat de gecodeerde waarde voor Δη+2 een label omvat tezamen met het werkelijke gecomprimeerde signaal Δη+2, waarbij Δη+2 een niet frequent optredende gecomprimeerde signaalwaarde voorstelt; d.i. een waarde buiten het interval van ±3.

De gecodeerde signalen van het codeerorgaan 40 worden opgenomen 25 en/of uitgezonden naar een verwijderd opgestelde ontvanger. Ten behoeve van het opnemen is de uitgang van het codeerorgaan via een schakelaar 48 verbonden met een opname-apparaat 50 om de gecodeerde verschil signalen, als van een label voorziene h(An) signalen, op te nemen. Met de schakelaar 48 in de andere, door een onderbroken lijn aangegeven posi-30 tie, wordt de uitgang van het codeerorgaan toegevoerd aan een bufferge-heugen 52 en vandaar naar een digitale modem 54 voor uitzending over de transmissielijn 56. In bepaalde uitvoeringen van de onderhavige uitvinding worden controlebits gegenereerd om te worden opgenomen en/of te worden uitgezonden met de gecodeerde gecomprimeerde signalen h(4n).

35 In enkele uitvoeringen van de uitvinding worden digitale ingangssignalen fn soms toegevoerd aan de ingang van het Huffman-codeerorgaan via een schakelaar 35, welke signalen dienen voor het opstarten of opnieuw opstarten van het samenwerkende digitale reconstruct!efilter zoals hierna beschreven.

40 Opgenomen gecodeerde digitale signalen, zoals die welke zijn opge- 8420060 δ nomen met het opname-apparaat 50 in fig. IA, worden gereproduceerd onder gebruikmaking van het in fig. 1B afgeheelde systeem, welk systeem een terugspeel eenheid 60 omvat. De van de terugspeel eenheid 60 afkomstige opgenomen gecodeerde digitale signalen worden via een schakelaar 5 64 toegevoerd aan een decodeerorgaan 66 om de door een afgekapte

Huffman-code gecodeerde signalen te decoderen. In het decodeerorgaan 66 worden de Huffman-gecodeerde woorden omgezet in de originele gecomprimeerde signalen Δη. Waar een Huffman-gecodeerd woord een gelabeld werkelijk gecomprimeerd signaal voorstelt, wordt de label hiervan afge-10 nomen en wordt het werkelijke gecomprimeerde signaal zonder de label toegevoerd naar de uitgang van het decodeerorgaan. De codeer- en deco-deerorganen, die kunnen worden gebruikt in de onderhavige uitvinding, zijn in detail omschreven in de hiervoor genoemde Amerikaanse octrooiaanvrage serienummer 207.728. Het coderen en decoderen worden hierna 15 onder het hoofd "Coderen-decoderen" meer in detail beschreven.

De van het decodeerorgaan 66 afkomstige gecomprimeerde signalen Δπ worden toegevoerd aan een reconstructie- of decompressiefilter 70 en wel via een buffergeheugen 72. De uitgangssignalen van het decodeerorgaan worden verschaft met een licht variërende snelheid, terwijl 20 het buffergeheugen 72 is ingevoegd om gemakkelijk te voldoen aan de in-gangssnelheidsvereisten van het reconstructiefilter 70. Het reconstructief! 1 ter 70 zet de gecomprimeerde signalen Δπ om in monstersignalen fn(uit) met gelijke lengte, welke de ingangsmonstersignalen fn van het compressiefilter 30 zeer dicht benaderen. Zoals hiervoor reeds op-25 gemerkt, is een kenmerk van de onderhavige uitvinding, dat compressie-filtering zonder afbreken en decompressiefiltering met afbreken of afkappen wordt toegepast. In fig. 2 onder F zijn de afgebroken recon-structiefilteruitgangssignalen fn(uit), fn+i(uit) enz. afgebeeld en omvatten woorden van 24 bits. Zonder afbreken zou het reconstruct!e-30 filter de woorden verwerken tot een lengte van ongeveer 36 tot 40 bits, hetgeen voor consumentenprodukten niet beschikbaar is tegen redelijke kosten. In het hierna volgende zal duidelijk worden dat een geschikte datacompressie met een minimale vervorming wordt verkregen door gebruik te maken van een combinatie van een compressie- en een decompressiefil-35 ter, waarbij geen afbreking plaatsvindt bij de compressiefiltering doch wel een afbreking bij de decompressiefiltering.

Een digitaal-analoogomzetter (A/D-omzetter) 74 zet de signaalmon-sters fn(uit) van het digitale reconstructiefilter 70 om in analoge vorm om de analoge signalen te reproduceren. Een digitaal filter 75, 40 dat de hoge frequentiecomponenten van het uitgangssignaal versterkt, is 8420060 9 opgenomen in de verbinding van de uitgang van het digitale reconstructief! 1 ter naar de D/A-omzetter. De frequent!ekarakteristiek van het filter 75 is afgebeeld in fig. 2A tezamen met de frequent!ekarakteristiek van het ingangsfilter 23. Ter wille van de eenvoud wordt hetzelfde 5 symbool fn(uit) gebruikt aan de ingang en de uitgang van het filter 75. Het zal duidelijk zijn dat een analoog filter met een soortgelijke frequent!ekarakteristiek kan worden aangesloten op de uitgang van de D/A-omzetter in plaats van het digitale filter 75. De tijdstuur- en controle-eenheid 76 van de ontvanger verschaft de tijdstuursignalen 10 voor de diverse elementen van de ontvanger over de leiding 78 voor een geëigende tijdsturing ten behoeve van de werking van de ontvanger.

Ook worden stuursignalen van de verschillende elementen van de ontvanger over de leiding 80 toegevoerd aan de eenheid 76 om deze te sturen.

In het geval van transmissie zonder opname worden de gecodeerde 15 signalen uitgezonden over de leiding 56 (van fig. IA naar fig. 1B) naar een digitale modem 82 in de ontvanger. Het uitgangssignaal van de modem wordt opgeslagen in het buffergeheugen 84, terwijl het uitgangssignaal van het buffergeheugen via de schakelaar 64 in de met de onderbroken lijn aangegeven positie wordt toegevoerd aan de decodeur 66 voor het 20 decoderen en daaropvolgend verwerken op de hiervoor beschreven wijze. KWANTISATIE VAN ANALOGE MUZIEKSIGNALEN

Ter wille van de verduidelijking en niet als beperking wordt een analoog muzieksignaal beschouwd als ingangssignaal van het hier beschreven systeem volgens de onderhavige uitvinding.

25 De entropie van een binair, van analoog naar digitaal (A/D) omgezet, x bits lang monster is

2X

H(q) - ΣΖ - Pi 1092^1 (2) 30 i=l waarbij 2X mogelijke waarden van het monster aanwezig zijn en ΡΊ· de waarschijnlijkheid voorstelt, dat de i-de mogelijke waarde zal voorkomen. Als de grootte van het kwantisatieniveau wordt aangegeven met q 35 en, ter wille van de eenvoud, wordt aangenomen, dat de i-de kwantisa-tie, welke de i-de waarde geeft, loopt van q(i-l) tot qi. Dan zal, zoals is aangegeven in fig. 4, het signaal voor de analoog-digitaalomzetting vallen in het interval q(i-l) tot qi. In fig. 4 stelt het donker gemaakte oppervlak de waarschijnlijkheid voor, dat het signaal f(t) in 40 de i-de kwantisatie valt.

8420060 10

Verder zij aangenomen dat de grootte van het kwantisatieniveau q klein is in vergelijking met de standaarddeviatie cr van het analoge muzieksignaal. Als de woordlengte van de A/D-omzetter toeneemt met een bit, dan wordt de grootte van de kwantisatie in tweeën gedeeld en 5 worden zoals in fig. 4 is aangegeven met gestreepte lijnen, twee kwan-tisatiebins gevormd van de oorspronkelijke bin. Voor kleine waarden van q zal het gebied aan beide zijden van de vertikale gestreepte lijn ongeveer gelijk zijn, waarbij de waarschijnlijkheid dat f(t) zal vallen in een van de twee nieuwe bins ongeveer gelijk is aan P-j/2. Vandaar 10 dat de bijdrage van de twee nieuwe bins aan de entropie van het n+1 bits lange woord ongeveer gelijk is aan 15 ^[t1 log2 Y1] = .2[Pi (log2Pi-l)] = - ΡΊ· log2Pi + Pi (3) 20

De entropie van het (x+1) bits lange woord is 25 h(-H= ^ - pl'°92pi + J2 pi - H(q) + 1 (4)

Uit het voorgaande blijkt dat als de bitlengte toeneemt de toename 30 in de entropie zal convergeren naar een bit voor elke bit die aan de woordlengte wordt toegevoegd. Wanneer de eerste kwantisatiebin is gecentreerd rond nul (het gebruikelijke geval), dan is het argument ietwat meer complex; het resultaat is echter hetzelfde.

De Pi en de entropieën zijn geëvalueerd door numerieke inte- 35 gratie met verschillende verhoudingen van <y ten opzichte van q voor de Gaussische verdeling. De hierna volgende tabel 1 van berekende entro-pietoenamen bij verschillende verhoudingen van <y/q, toont aan dat de entropieën zeer dicht toenemen maar een bit telkens als q in tweeën wordt gedeeld of wanneer de woordlengte met een toeneemt.

8420060 11

Tabel 1

BEREKENDE TOENAME IN DE ENTROPIE WANNEER DE GROOTTE VAN DE KWANTISATIE WORDT VERMINDERD

Entropie σ q (bits) 0,5 0,58 1 1,16 2 1,93 4 2,82 8 3,77 16 4,75 32 5,73

COMPRESSIEFILTERING VAN GEKWANTISEERDE MUZIEKSIGNALEN

De gemiddelde woordlengte van een Huffman-codeerorgaan, zoals het codeerorgaan 40, waaraan de uitgang van het compressiefilter 30 wordt toegevoerd is als volgt begrensd: 5 H(q) < gemiddelde woordlengte < H(q) + 1 (5)

Als een coëfficiënt in de vergelijking(en), die is (zijn) gebruikt om het compressiefilter te realiseren, een niet gehele-getals-10 waarde bezit, dan zal het kwantisatieniveau aan de filteruitgang worden beperkt; d.i. het minimum verschil tussen mogelijke uitgangswaarden zal afnemen, terwijl H(q) zal toenemen. Laten bijvoorbeeld de volgende twee compressievergelijkingen worden beschouwd om de compressiefilterover-dracht te realiseren: 15 4n = fn - 2fn-l + fn-2 (6) en 20 Δ„ = f„ - 2fn_! + 2-®+lf„_i +f„-2 - 2-i»+lf„.2 +2-2fflfn-2 (7) waarbij m een positief geheel getal is.

De Z-getransformeerde van vergelijking (6) heeft twee nulpunten 25 bij (1,0) en vergelijking (7) heeft twee nulpunten bij (l-2_m, 0) 8420060 12 in het Z-vlak. De Δη in vergelijking (7) zal waarden bezitten met een onderling verschil van 2-2fflq. Wanneer m groot is, zal de waarde ö* van de beide filters in benadering gelijk zijn maar zal de verhouding van σ/kwantisatieniveau verschillen met een faktor 2-2m. Vandaar 5 dat de entropie van vergelijking (7) ongeveer 2m meer bits zal bedragen dan de entropie van vergelijking (6), en zal de gemiddelde bitlengte na Huffman-codering ongeveer 2m bits langer zijn.

Opgemerkt zij, dat vermenigvuldiging van de rechter zijde van vergelijking (7) met een faktor 22m het kwantisatieniveau terugbrengt 10 tot q, maar dat de standaarddeviatie dan toeneemt met een faktor 22m zodat de verhouding onveranderd blijft.

Filtergewichten tegen woord!engte

De algemene gedaante van een compressiefilter verschil vergelijking is 15

A

Δη = Σ2 aifn-i+l (8) i=l 20 waarbij a-j een constante is. Als a-j kan worden voorgesteld door een binair getal met een eindige lengte, dan kan a-j worden uit gedrukt door 25 a,- - ΣΙ bij2J' (9) j waarbij bij * 0 of +1 en j positieve of negatieve waarden kan bezitten. Een negatieve waarde van j en een waarde van bij ongelijk 30 aan nul betekenen dat fn_i naar rechts wordt geschoven en verhoogd; j0 bits moeten worden toegevoegd aan het minst belangrijke uiteinde van het rekenkundige woord, waarbij j0 de meest negatieve waarde van j is bij een waarde van b-jj die ongelijk is aan nul.

De Z-getransformeerde van vergelijking (6) is 35 G(Z) = (1 - 2z-l + z-2) = (1 - z-l)2 (10) welke kan worden aangegeven door twee nulpunten in (1,0) in het Z-vlak zoals is aangegeven in fig. 5. De frequentiekarakteristiek bij f0 van 40 een digitaal filter met alleen nulpunten (bijvoorbeeld vergelijking (6) of vergelijking (7)) is het produkt van de afstanden van het punt exp 0420060 13 (j2ufT) tot elk van de nulpunten en de versterkingsconstante (gelijk aan 1 in de vergelijking (10)), waarbij f de frequentie voorstelt en T de tijd tussen de monsters. De frequentiekarakteristiek van vergelijking (10) is derhalve: 5 R(f0) - d2 (11)

Wanneer er n nulpunten zijn in (1,0), 10 R(f0) = dn (12)

Deze compressiefliters verminderen de entropie om de volgende reden: als de A/D-bemonsteringssnelheid gelijk is aan 44 x 10^ monsters per seconde,' dan correspondeert het punt (-1,0) op de eenheidscirkel met 15 een frequentie van 22 KHz. De centra van muziekspectra zullen gewoonlijk minder zijn dan 1 KHz, zodat de meeste spectraal punten corresponderen met punten op de eenheidscirkel die liggen nabij (1,0). De waarde van d (en dn) zal veel minder zijn dan een en de integraal van de spectrumtijdswaarde dn als functie van Θ ((waarbij Θ = 2rf) zal 20 minder zijn dan de variantie van het ingangsspectrum (K^l)· Een verminderde variantie betekent een verminderde entropie.

De waarde van d is groter dan een wanneer θ>60° (f = 7,33 KHz), zodat spectraal componenten boven de 7,33 KHz worden versterkt met dn bij filters waarvan alle nulpunten liggen in (1,0). Er is een waarde 25 van n zodanig, dat bij een toename van n boven deze waarde de totale energie boven de 7,33 KHz meer wordt versterkt dan dat de totale energie beneden de 7,33 KHz wordt verzwakt. Deze waarde van n minimaliseert de uitgangsvariantie en de entropie omdat de ingang en de uitgang q gelijk zijn wanneer K = 1. Dit blijkt uit het volgende: 30 G(Z) = K(1 - z-l)n 35 - ‘ £ Htf&TT * <13> n = K J2. 9ιζ"ί i=0 40 waarbij a·,· de constanten zijn die in vergelijking (8) worden gebruikt en K een versterkingsconstante is. De a-j zijn gehele getallen die kunnen worden ontwikkeld (zoals in vergelijking (9)) zonder negatieve 8420060 14 waarde van j, waardoor derhalve q niet wordt verminderd.

Opgemerkt zij dat verschillende waarden van K de verhouding <r/q of de entropie niet doet veranderen wanneer K een macht van twee is omdat het ingangswoord dan alleen wordt verschoven. De waarde van n die 5 de entropie voor K = 1 minimaliseert, minimaliseert deze ook voor andere waarden van K terwijl de minimale entropie wordt verkregen wanneer K een macht van twee is.

Twee andere nul posities op de eenheidscirkel die q niet verminderen zijn in (-1,0) en (het complexe paar) in (0,1) en (0,-1). De Z-ge-10 transformeerden zijn: G(Z) = (1 + z'1)11 (14) [n nulpunten in (-1,0)] en 15 G(Z) = (1 - z-2)n (15) [n nulpunten in (0,1) en n nulpunten in (0,-1)].

De andere twee complexe paren posities, die q niet veranderen, 20 hebben de volgende getransformeerden: (G(Z) = (1 - z-1 + z-2)n (16) (waardoor n nulpunten op de eenheidscirkel onder hoeken van +60° worden 25 geplaatst ten opzichte van de oorsprong en n nulpunten onder -60°) en G(Z) = (1 + z-1 + z‘2)n (17) (waardoor n nulpunten onder +120° worden geplaatst en n nulpunten onder 30 -120°). De bovengenoemde zijn de enige nulpuntposities binnen of op de eenheidscirkel die q niet doen afnemen. Er zijn er geen buiten de eenheidscirkel, die resulteren in een bevredigend reconstructiefilter.

Een andere nulpuntpositie, die van belang is voor muziekdatacom-pressie, is het complexe paar onder hoeken van ±41,41° op de eenheids-35 cirkel. De getransformeerde is G(Z) = 1 - l,5z"l + z-2 (18)

Deze hoek correspondeert met 5,06 KHz terwijl q is gedeeld door 2 voor 40 elk complex paar.

8420060 15

In overeenstemming met een aspect van de onderhavige uitvinding wordt een compressiefilter gebruikt, waarbij de Z-getransformeerde daarvan nulpunten heeft in (1,0) en op de eenheidscirkel en tenminste een van de bovengenoemde complexe paarposities (dit zijn +41,41°, ±60°, 5 ±90°, ±120° en 180°). De bovengenoemde nulpuntposities zijn afgebeeld in fig. 6. Zoals hiervoor reeds genoemd minimaliseren deze nulpuntposities op de eenheidscirkel de entropie, terwijl de combinatie van nulpuntposities die wordt gebruikt afhankelijk is van het spectrum van het te comprimeren signaal. Nulpunten kunnen bijvoorbeeld worden geplaatst 10 onder ±60° om het deel van de uitgangsvariantie te verminderen dat het gevolg is van hoge frequenties (van ongeveer 3 tot 14 KHz) zodat meer nulpunten kunnen worden toegepast in 1,0. In fig. 7 is de frequentieka-rakteristiek van drie verschillende compressiefilters afgebeeld, welke filters nulpunten op de eenheidscirkel van de Z-getransformeerde bij 15 0°; 0° en ±60°; en 0°, ±90° en ±120° hebben. Het zal blijken dat de bruikbare nulpuntpositie voor entropie-minimalisering een ontwerp van een compressiefilter mogelijk maken met een breed bereik van frequen-ti ekarakteri sti eken.

Natuurlijk zijn er beperkingen aanwezig wanneer het aantal nulpun-20 ten toeneemt. De hoeveelheid benodigde berekeningen is direct evenredig met het aantal nulpunten, terwijl de rekenkundige filterwoordlengte toeneemt met tenminste een voor elk additioneel nulpunt. Ook zal het herstel tijdens de reconstructie van bitfouten meer tijd in beslag nemen als het aantal nulpunten is toegenomen.

25 Nadat de compressiefilter overdrachtsfunctie is gekozen, dan kan de entropie die zal worden verkregen, op de volgende wijze worden geschat: het muziekspectrum S(f) wordt gemeten en de integraal ƒ |G(Z)|2 Sz (ej2irfT) dz (19) 30 wordt geïntegreerd langs de eenheidscirkel van (1,0) tot (-1,0), waarbij

Sz (eJ'2irfT) = S(f).

35

De vierkantswortel van de integraal is de <r van de compressiefilter-uitgang. Tabel 1 kan nu worden gebruikt om H(q) te schatten. Compressiefilter

Hoewel het duidelijk zal zijn dat standaard digitale technieken 40 kunnen worden gebruikt voor het realiseren van de hiervoor beschreven 8420060 16 compressiefilter-overdrachtsfuncties, inclusief het gebruik van een geprogrammeerde digitale rekenaar, is een blokdiagram van een tweede orde digitaal compressiefilter, dat geschikt is voor het realiseren van de vergelijking (6), afgebeeld in fig. 8, naar welke figuur nu verder 5 wordt verwezen. Het afgebeelde compressiefilter omvat een serie van schuifregisters 102, 104 en 106 waarin de opeenvolgende monstersignalen van de A/D-omzetter via het filter 23 worden doorgeschoven. In fig. 8 zijn ter wille van de beschrijving de registers 102, 104 en 106 afgebeeld met respectievelijke monsters fn, fn_i en fn-2· Voor 10 14 bits monsters worden 14 bits registers gebruikt. De registeruitgan-gen zijn verbonden met een digitale multiplexer 108 voor een selectieve verbinding van de monstersignalen met een rekenkundige en logische eenheid (ALU) 110. De multiplexer 108 en de ALU 110 staan onder controle van de tijdstuur- en controle-eenheid 24.

15 Zoals hiervoor opgemerkt in de beschrijving van fig. IA kan het digitale compressiefilter 30 een schattingselement 32 omvatten, waarvan

A

het uitgangssignaal wordt gevormd door een geschatte monsterwaarde fn gebaseerd op de werkelijke monsterwaarden fn_i en fn+i, welke verschijnen voor en na het te schatten monster fn. Vaak worden beken-20 de schattingselementen gebruikt welke een uitgangssignaal % = alfn+l + a2fn-l (20) verschaffen, waarbij de coëfficiënten ai en a2 worden gekozen om 25 de gemiddelde kwadratische fout van het verschil Δη te minimaliseren, met Δη = fn - f“n, zoals aangegeven in de voornoemde vergelijking (1). Voor ai = a2 = 1 kunnen de vergelijkingen (1) en (20) worden gecombineerd tot 30 Δπ = fn+i - 2fn + fn_i (21) (Hierbij zij opgemerkt dat de vergelijkingen (6) en (21) equivalent zijn).

De vergelijking (21) kan worden gebruikt door het afgebeelde com-35 pressiefilter voor het genereren van het gecomprimeerde signaal δπ.

Een geschatte waarde van het monster fn wordt verkregen met behulp van de monsters, gelegen aan weerszijden van fn, dit zijn de monsters fn_i en fn+i, maar niet fn zelf. Onder sturing van de eenheid 24 worden de woorden fn_i en fn+i in de ALU 110 40 gebracht via de multiplexer 108 en aldaar opgeteld. Het werkelijke mon- 8420060 17 ster fn wordt dan naar de ALU 110 gevoerd via de multiplexer 108 en vermenigvuldigd met 2. Vermenigvuldigen met 2 houdt eenvoudig een verschuiving in van de bits naar de meest significante bit. Het met 2 ver-

A

menigvuldigde werkelijke monster wordt afgetrokken van fn om de ge-5 comprimeerde signaalwaarde Δη aan de uitgang van de ALU 110 te verschaffen, welke signaalwaarde daarna wordt toegevoerd aan het codeeror-gaan 40. Het rekenwerk in de ALU 110 wordt verricht met een woord!engte, die voldoende lang is om afbreek- of afrondfouten te vermijden. Het zal duidelijk zijn, dat datacompressie in de hier beschreven inrichting 10 het schatten van een monsterwaarde door interpolatie omvat.

HUFFMAN CODEREN EN DECODEREN

Zoals hiervoor opgemerkt zijn Huffman codeer- en decodeerorganen, die geschikt zijn voor gebruik in het onderhavige systeem van coderen en decoderen van de compressiefilteruitgang, bekend uit de lopende Ame-15 rikaanse octrooiaanvrage serienummer 207.728, ingediend 17 november 1980, getiteld "Method and Apparatus for Digital Huffman Encoding" op naam van de uitvinder van deze aanvrage, welke aanvrage door verwijzing hierin is opgenomen.

Verwezen wordt naar fig. 9, waarin ter toelichting en niet ter be-20 perking een voorbeeld van een afgebroken Huffman-code is afgebeeld. Aangegeven is een tabel van gecomprimeerde signalen Δη, lopende van ±3 tezamen met een codewoord voor deze signalen, de lengte van het codewoord en de relatieve waarschijnlijkheid van optreden van deze gecomprimeerde signalen. De gecomprimeerde signalen Δη, die het meest 25 voorkomen (hier die tussen ±3) krijgen een codewoord toegewezen. De waarschijnlijkheid dat Δη een waarde bezit, waaraan een codewoord is toegewezen, is groot, bijv. 0,98. Aan deze gecomprimeerde signalen worden codewoorden van verschillende lengte toegewezen, waarbij het gecomprimeerde signaal, dat het meest frequent optreedt, het kortste code-30 woord krijgt toegewezen. In de tabel is aan het meest frequent optredende gecomprimeerde signaal, Δπ = 0, het kortste codewoord toegewezen en aan het minst frequent optredende gecomprimeerde signaal, Δη = -3, het langste codewoord toegewezen. Alle andere gecomprimeerde signalen buiten het interval van ±3 worden aangeduid met "elders" in de ta-35 bel; aan deze signalen wordt een codewoord toegewezen, dat, zoals hiervoor werd omschreven onder verwijzing naar de fig. 2 en 3, een label bevat voor de werkelijke gecomprimeerde signaalwaarde Δπ, die daarop wordt overgedragen naar het Huffman-decodeerorgaan door middel van opname, transmissie over een verbindingsleiding of iets dergelijks. Het 40 systeem is duidelijk niet beperkt tot een gebruik met de aangegeven af- 8420060 18 gebroken Huffman-code. Extra gecomprimeerde signalen Δη kunnen een codewoord toegewezen krijgen, terwijl ook andere codewoorden kunnen worden gebruikt.

RECONSTRUCTIEFILTERING

5 Entropie tegen reconstructiefilterstabiliteit

Voor een nauwkeurige reconstructie van het digitale muzieksignaal, dat is toegevoerd aan het digitale compressiefilter 30, moet de overdrachtsfunctie van het reconstructiefilter 70 de inverse zijn van de overdrachtsfunctie van het compressiefilter 30. (Twee andere noodzake-10 lijke voorwaarden voor een nauwkeurige reconstructie zijn dat er geen over- of onderschrijdingsfouten in de filterrekenbewerking optreden en dat de woordlengte van de compressiefilteruitgang niet wordt afgebroken. )

Zoals hiervoor aangegeven, wordt de minimale entropie verkregen 15 wanneer de nulpunten van de compressiefilteroverdrachtsfunctie op de eenheidscirkel liggen. De exacte inverse heeft polen op de eenheidscir-kel in dezelfde posities als de nulpunten van het compressiefilter. Een dergelijk reconstructiefilter is instabiel. Een dergelijke instabiliteit voldoet totdat een bitfout optreedt, waarna op foutieve en wille-20 keurige wijze "beginvoorwaarden" bewerkstelligen, dat het reconstructiefilter naar de verzadiging divergeert. Hierna worden twee verschillende systemen beschreven voor gebruik in een inrichting, waarbij de compressie-reconstructiefiltercombinatie instabiel is, welke systemen de gevolgen van bitfouten herstellen.

25 In het kort gezegd omvat een systeem de periodieke overdracht van een aantal werkelijke digitale signaalwaarden fn aan het digitale reconstructiefilter 70 om dit periodiek weer op te starten. Dit vereist natuurlijk een blokken van het signaal en zonder al te complexe en zeer snelle logica, het verlies van data vanaf het punt waar de fout op-30 treedt tot het einde van het blok.

Een ander systeem omvat het gebruik van controlebits en foutdetec-tiemiddelen voor het opwekken van een bitfoutsignaal steeds wanneer een fout is vastgesteld. Het foutsignaal wordt gebruikt om kortstondig de polen van het compressiefilter 70 naar binnen in de eenheidscirkel te 35 bewegen; in deze korte tijd herstelt het filter van de gevolgen van fouten zonder dat de noodzaak aanwezig is om het filter opnieuw op te starten met werkelijke signaalwaarden fn. Door de polen van het reconstructiefilter binnen de eenheidscirkel te plaatsen, wordt het filter stabiel en zullen foutieve "beginvoorwaarden", die het gevolg zijn 40 van fouten, uitdempen. Onder deze voorwaarden is het filter stabiel en 8420060 19 is geen blokken vereist voor het herstel van de fouten. Stabiele fil-tercombinaties van dit type worden hierna eveneens meer gedetailleerd beschreven.

Compressiefilternulpunten binnen de eenheidscirkel 5 onvoldoende

Hier zij opgemerkt, dat de polen van een exacte inverse niet op de eenheidscirkel liggen als de nulpunten van het compressiefilter niet op de eenheidscirkel liggen. Een dergelijke compressie-reconstructiefil-tercombinatie is, zoals uit het volgende voorbeeld duidelijk zal wor-10 den, voor muziekdatacompressie niet praktisch. Als de overdrachtsfunctie van het compressiefilter twee reële nulpunten bezit nabij het punt (1,0), dan moeten deze liggen op een afstand van de eenheidscirkel, die minder is dan π x 200/22000 (de afstand rond de eenheidscirkel correspondeert met 200 Hz). Een grotere afstand betekent, dat de lage 15 frequentiecomponenten niet even sterk zullen worden verzwakt. Aangezien 0,00909π k 2"?, zal het nulpunt worden bepaald door tl - (1 - 2-7) z-1].

20 Vandaar, dat als twee nulpunten werden toegepast een coëfficiënt van 2~14 aanwezig zou zijn en 14 bits zouden moeten worden toegevoegd aan het minst belangrijke einde van het filterrekenwerk. Zonder afbreking zouden ongeveer 14 bits moeten worden toegevoegd aan de entropie en zal maar een geringe datacompressie mogelijk worden.

25 Een andere compressie-reconstructiefiltercombinatie, die niet geschikt is voor toepassing in het onderhavige systeem, omvat eveneens een opbouw, waarbij de beide nulpunten van het compressiefilter en de polen van het reconstruct!efilter van de eenheidscirkel af liggen. Met deze opbouw is er geen rekenkundige afbreking van de woordlengte, doch 30 het uitgangssignaal van het compressiefilter wordt afgebroken op een lengte, die een of twee bits langer is dan de lengte van het woord van de A/D-omzetter. Als het uitgangskwantisatieniveau gelijk is aan q0, dan zal het kwantisatieruisvermogen een variantie hebben van 35 t - # <22> en zal de ruis wit zijn. De reconstruct!evervorming zal gelijk zijn aan 40 de uitgangsruis veroorzaakt door een ruisgenerator aan de ingang van het reconstructiefilter, welke een variantie heeft, die wordt bepaald 8420060 20 door vergelijking (22).

Aangezien de ingangsruismonsters wit zijn en statistisch onafhankelijk, kan worden aangetoond, dat de uitgangsruisvariantie is σο2 - £ Si2 (23) i=o of 10 / » \ 1/2 ff0 - *q0 ( 5Z 9i2 ) (24) 15 waarbij g-j de i-de waarde (op het i-de monstertijdstip) van de impulsresponsie van het reconstruct!efilter voorstelt. Met andere woorden, de vierkantswortel van de som van de kwadraten van de impulsres-ponsiemonsters is de standaard deviatie-vermenigvuldigfaktor. Deze ver-menigvuldigfaktor is berekend voor verschillende pool posities door het 20 oplossen van de desbetreffende verschil vergelijking. Uit berekeningen is vastgesteld, dat het ruisvermogen, dat door een dergelijk afbreken van het uitgangssignaal van het compressiefilter wordt teweeggebracht, te groot is of geconcentreerd is in een zodanig klein gedeelte van de signaal bandbreedte, dat een ongewenste toon in de muziekuitgangssigna-25 len optreedt. Aldus is een afbreken van de uitgangswoorden van het compressiefilter onbevredigend voor muziekdatacompressie.

Reconstructief!Iter niet een exacte inversie van het compressiefilter

Als er geen bitfouten zijn in de overdracht van het uitgangssignaal van het compressiefilter 30 naar de ingang van het digitaal recon-30 structiefilter en er geen afbreken van het uitgangssignaal van het compressiefilter 30 plaatsvindt, dan is het uitgangssignaal van het Huffman decodeerorgaan 66 identiek aan het uitgangssignaal van het compressiefilter 30. Het zal dan ook duidelijk zijn, dat de overdracht vanaf de ingang van het compressiefilter 30 naar de uitgang van het re-35 constructief!Iter 70 eenvoudig het produkt is van de overdrachtsfuncties van de twee filters 30 en 70. Een ander datacompressiesysteem, waarin de onderhavige uitvinding is toegepast, omvat een compressie-re-constructiefiltercombinatie, waarin de nulpunten van het compressiefilter op bepaalde posities op de eenheidscirkel zijn gelegen om de entro-40 pie te verminderen en de corresponderende polen van het reconstructie-filter zijn gelegen binnen de eenheidscirkel nabij de genoemde nulpun- 8420060 21 ten ter wille van de stabiliteit. De frequentieresponsie en de stabiliteit van dergelijke compressie-reconstructiefiltercombinaties kunnen gemakkelijk worden berekend. Beschouwd wordt bijvoorbeeld een compres-sie-reconstructiefiltercombinatie, waarin het compressiefilter twee 5 nulpunten heeft in (1,0), terwijl het reconstructief!1ter twee polen heeft in (1-0,00195,0). Het polen-nulpuntenpatroon van een dergelijk compressiefilter in cascadeschakeling met een reconstructiefilter is afgebeeld in fig. 10, terwijl de frequentieresponsie van de filtercom-binatie is afgebeeld in fig. 11. Zoals blijkt uit fig. 11, levert de 10 combinatie een zeer vlak verlopend hoogdoorlaatfilter met een afsnij-frequentie van 18 Hz. Met deze filtercombinatie is een herstel van bit-fouten mogelijk binnen 20-30 ms. Hier zij opgemerkt, dat het hier gebruikte reconstructiefilter 70 bij voorkeur een digitale rekenaar omvat, die is geprogrammeerd voor de gewenste reconstruct!efilterbewer-15 king.

Beschouwingen over de woord!engte in het reconstructiefilter

Een stabiel reconstructiefilter, dat werkt zonder afkappen, zal een grote reken-woordlengte vereisen. Het hiervoor beschreven 18 Hz filter met reële polen bijvoorbeeld vereist tenminste 34 bits voor de 20 rekenbewerking (0,00195 = 2"^), tenminste 9 bits per pool aan het minst belangrijke einde en 1 bit per pool aan het meest belangrijke einde wanneer de woordlengte van de A/D-omzetter 14 bits is. Een 4-pools configuratie zal aldus een veel langere reken-woordlengte vereisen. Momenteel zijn rekenaars, die met een dergelijke lange woord-25 lengte werken, niet praktisch voor muziekdatacompressie voor de consument.

Gelukkig kunnen de rekenwoorden van het reconstructiefilter worden afgebroken tot een praktische lengte onder een verwaarloosbare systeem-verslechtering. De rekenwoordafkapruis wordt op nagenoeg dezelfde wijze 30 geanalyseerd als de kwantisatie-analyse. Voor deze analyse worden ruisgeneratoren met een ruisvermogen q2/12 (een generator voor elke coëfficiënt) toegevoegd aan de filteringang en wordt de ingang-uitgang standaarddeviatie vermenigvuldigfaktor berekend. De waarde van q is het kwantisatieniveau van het afgebroken rekenwoord.

35 Voor een 18 Hz reconstructiefilter met twee reële polen is de vermenigvuldigfaktor 3227. De reken-woordlengte moet dan 12 bits langer zijn dan de woordlengte van de A/D-omzetter of het reken-afkapruisver-mogen zal groter zijn dan het A/D-kwantisatieruisvermogen. Een 14 bits A/D-omzetting vereist een 26 of 27 bits reconstruct!efilterrekenbewer-40 king. Als het compressiefilter twee reële nulpunten heeft in (1,0) en 8420060 22 twee complexe polen bij 7 KHz op de eenheidscirkel, dan kan een reconstruct! efilter worden gebruikt met een complex polenpaar in de 20 Hz Butterworth-positie en een complex paar bij 7,33 KHz langs de eenheids-cirkel en 100 Hz van de eenheidscirkel af. De standaarddeviatie-verme-5 nigvuldigfaktor van een dergelijk reconstruct!efilter is 32, ofwel 5 bits, terwijl de frequent!eresponsie van de compressie-reconstructie-filtercombinatie nagenoeg dezelfde is als in fig. 11, uitgezonderd een nauwe inkeping bij 7 KHz. Bij een 24 bits rekenbewerking treedt vrijwel geen kwaliteitsvermindering op van het signaal. Digitale rekenaars met 10 bijvoorbeeld een 24 bits rekenbewerking voor reconstruct!efiltering zijn tegen acceptabele kosten beschikbaar voor een systeem volgens de uitvinding.

SYSTEEM MET FOUTDETECTIE EN BEWEEGBARE RECONSTRUCT!EFILTERPOLEN

In de fig. 12A en 12B is een gemodificeerde uitvoering van de uit-15 vinding afgebeeld, waarbij controlebits worden opgewekt voor opname en/of transmissie tezamen met de gecodeerde digitale gecomprimeerde signalen. Bij het terugspeel apparaat en/of de ontvangeenheid wordt op grond van de, met behulp van de controlebits gedetecteerde fouten een foutsignaal opgewekt, dat wordt gebruikt om de polen van het digitale 20 reconstruct!efilter kortstondig naar binnen of verder naar binnen de eenheidscirkel in het z-vlak te bewegen zonder de pool hoek te veranderen. Voor een instabiel reconstruct!efilter resulteert een kortstondige binnenwaartse beweging van de polen vanaf de eenheidscirkel in een stabiele filtercombinatie, waardoor fouten bij het terugspelen en/of de 25 transmissie hersteld worden zonder de noodzaak het filter opnieuw op te starten. Voor een stabiel reconstruct!efilter betekent een kortstondige binnenwaartse beweging van de polen vanaf de eenheidscirkel een versneld herstel van foutieve signalen.

Allereerst zij verwezen naar fig. 12A, waarin het digitale opname-30 en transmissiegedeelte van een gemodificeerde uitvoeringsvorm van een datacompressiesysteem is afgebeeld, welke gemodificeerde vorm het gebruik van controlebits omvat. Het in fig. 12A afgebeelde systeem is gelijk aan dat in fig. IA en omvat een analoog-digitaalomzetter 20, een digitaal compressiefilter 30, een Huffman-codeerorgaan 40, een schake-35 laar 48, een opname-apparaat 50, een buffergeheugen 52, een modem 54 en een tijdstuur- en controle-eenheid 24, welke alle van hetzelfde type kunnen zijn als afgebeeld in fig. IA en hiervoor beschreven. Opgemerkt zij, dat een analoog hoogfrequent verzwakkingsfilter 23A is toegepast aan de ingang van de A/D-omzetter, welk filter dezelfde functie heeft 40 als het digitale filter 23 in fig. IA.

8420060 23

In de in fig. 12A afgeheelde uitvoeringsvorm van de uitvinding is een controlebitgenerator 90 aanwezig in de verbinding van het Huffman-gecodeerde signaal h(Δη) naar het opname-apparaat 50 of de modem 54, afhankelijk van de stand van de schakelaar 48. De door de controlebit-5 generator 90 opgewekte controlebits worden toegevoegd aan de stroom Huffman-gecodeerde signalen voor opname en/of transmissie tezamen met de genoemde gecodeerde digitale gecomprimeerde signalen. Numerieke schema's voor het opwekken van controlebits en voor foutdetectie met behulp van dergelijke controlebits zijn algemeen bekend en vereisen 10 geen gedetailleerde beschrijving. Hier zij opgemerkt, dat opnameapparaten en modems vaak controlebitgeneratormiddelen voor het opwekken van controlebits, die moeten worden gevoegd met de op te nemen of uit te zenden datastroom, omvatten.

De opgenomen gecodeerde digitale signalen tezamen met controle-15 bits, zoals opgenomen met behulp van het opname-apparaat 50 worden gereproduceerd met behulp van de in fig. 12B afgeheelde terugspeeleenheid 60, naar welke figuur nu verder wordt verwezen. De door de modem 54 (fig. 12A) uitgezonden signalen worden via de leiding 56 naar de modem 82 (fig. 12B) overgebracht. De schakelaar 64 verbindt de uitgang van 20 het terugspeel apparaat of de uitgang van de modem met een foutcontrole-schakeling 92, alwaar de signaalstroom wordt gecontroleerd op bitfou-ten. Wanneer een fout wordt vastgesteld, wordt een bitfoutsignaal opgewekt, welk signaal over de leiding 94 en via de schakelaar 96 wordt toegevoerd aan het digitaal reconstructiefilter om kortstondig de polen 25 van het filter naar binnen te schuiven.

Controlebitsignalen worden van de signalen van het terugspeel apparaat 60 en/of de modem 82 afgenomen door de foutcontrolemiddelen 92, en de Huffman-gecodeerde digitale gecomprimeerde signaalstroom h(An) van de foutdetector wordt toegevoerd aan het Huffman-decodeerorgaan 66, 30 welk decodeerorgaan van het type kan zijn als in fig. 1B hiervoor beschreven. Van het Huffman-decodeerorgaan worden de digitale gecomprimeerde signalen Δη via het buffergeheugen 72 toegevoerd aan het digitale reconstructiefilter 70A. Evenals het reconstructiefilter 70 in fig. 1B, werkt het reconstructiefilter 70A met afbreken en zet dit het 35 gecomprimeerde ingangssignaal Δη om in monstersignalen fn(uit) van gelijke lengte, welke monstersignalen de ingangsmonstersignalen fn van het compressiefilter 30 (fig. 12A) zeer dicht benaderen. Een digitaal -analoogomzetter 74 zet de signaalmonsters fn(uit) om in analoge vorm f(t) uit. Een analoog hoogfrequent versterkingsfilter 75A is aan-40 wezig aan de uitgang van de D/A-omzetter, welk filter dezelfde functie 8420060 24 heeft als het filter 75 in fig. 1B; te weten het herstellen van de amplitude van de hoogfrequents!gnalen die waren verzwakt in het filter 23A.

Polen binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak 5 Zoals hiervoor reeds opgemerkt, wordt in een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding een compressie-reconstructiefiltercombinatie toegepast, waarbij de nulpunten van het compressiefilter op bepaalde punten op de eenheidscirkel zijn gelegen om de entropie te verminderen, terwijl het reconstruct!efilter corresponderende polen binnen de een-10 heidscirkel nabij de genoemde nulpunten bezit ter wille van een stabiele werking. Het herstel van het reconstruct!efilter van bitfouten wordt versneld door de polen van het reconstruct!efilter kortstondig naar binnen van de eenheidscirkel in het Z-vlak af te bewegen steeds wanneer een foutsignaal wordt vastgesteld in de foutcontroleschakeling 92.

15 In fig. 13 zijn de nulpunten en de polen van de overdrachtsfunctie van een compressie-reconstructiefiltercombinatie afgebeeld. De nulpunten van het compressiefilter zijn aangegeven op de eenheidscirkel onder nul graden, terwijl een paar reconstruct!efilterpolen is afgebeeld nabij de nulpunten en normaal op een afstand van 0,00195 binnen de een-20 heidscirkel. Opgemerkt zij, dat deze combinatie van nulpunten en polen gelijk is aan die in fig. 10 hiervoor beschreven. In het in fig. 13 af-gebeelde systeem echter worden de reconstruct!efilterpolen kortstondig naar binnen bewogen na ontvangst van een bitfoutsignaal van de foutcontroleschakeling 92 via de leiding 94. Ter wille van de verduidelijking 25 zijn de polen afgebeeld nadat zij zijn bewogen naar een punt 0,0625 binnen de eenheidscirkel om een snel herstel van de fout te verkrijgen. Na een korte tijd, bijvoorbeeld 50 ms, keren de polen van het reconstruct! efil ter weer terug naar hun normale positie, dat is het punt 0,00195 binnen de eenheidscirkel onder nul graden.

30 Verschil vergelijkingen voor een reconstruct!efiHer met twee polen onder 0° binnen de eenheidscirkel zijn: yn = 2Δη + ayn-i = 2δπ + yn-l -2-rayn-l (25) 35 ^n = -Vn + a^n-l = -Vn + ^n-1 “2“m^n-l (26) 40 waarbij: a = l-2“m en m = een geheel getal.

Een reconstruct!efilter dat voldoet aan de vergelijkingen (25) en 8420060 25 (26) is afgebeeld in fig. 14, naar welke figuur nu verder wordt verwezen. Het afgebeelde reconstructiefilter 70A omvat een 4 naar 1 digitale multiplexer 130 met een ingang 132, waaraan gecomprimeerde signalen Δη worden toegevoerd vanaf het decodeerorgaan 66. Het uitgangssignaal 5 van de multiplexer 130 wordt toegevoerd aan een reken- en logische eenheid, ALU, 134, alwaar de vereiste vermenigvuldigingen door schuiven, optellen en aftrekken plaatsvinden onder sturing van de tijdstuur- en controle-eenheid 76A.

De uitgang van de ALU 134 is aangesloten op de ingang van een 1 10 naar 2 digitale demultiplexer 138. Een uitgang van de demultiplexer 138 is verbonden met een register behorende tot een paar van in serie op elkaar aangesloten schuifregisters 140 en 142 en wel via een leiding 144. De andere demultiplexeruitgang is via een leiding 146 verbonden met een enkel schuifregister 148. De waarde van yn, bepaald in de 15 ALU, wordt opgenomen in het register 140, terwijl de vorige waarde van yn wordt geschoven van het register 140 naar het register 142. Aan het derde register 148 wordt de monsterwaarde fn(uit), zoals deze is berekend in de ALU 134, toegevoerd.

De uitgangssignalen van de registers 140, 142 en 148 vormen via de 20 multiplexer 130 de ingangssignalen voor de ALU 134. In gebruik stelt de waarde, die in het register 148 is opgeslagen, het signaal fn-i(uit) voor. Uit vergelijking (25) blijkt, dat de waarde yn wordt berekend met behulp van de aan de ALU 134 over de leiding 132 toegevoerde en van het register 142 afkomstige ingangssignalen Δη, 25 respectievelijk yn-l· Uit vergelijking (26) blijkt, dat de monsterwaarde fn(uit) wordt berekend met behulp van de, van de registers 140 en 148 afkomstige ingangssignalen yn, respectievelijk fn-l(uit)·

Zolang m gelijk is aan een eindig geheel getal, werkt het recon-30 structiefilter 70A stabiel en is opstarten of opnieuw opstarten van het filter niet nodig. Zijn geen bitfouten aanwezig, dan werkt het filter met een relatief grote waarde van m, bijvoorbeeld m = 9, om de polen van het filter opzij van de eenheidscirkel te plaatsen op 0,00195 van de eenheidscirkel af. Wanneer door de foutcontroleschakeling 92 een 35 fout wordt vastgesteld, wordt een kleinere waarde van m gebruikt, bijvoorbeeld m = 4, waarbij de polen van het filter naar binnen worden bewogen naar een punt 0,0625 van de eenheidscirkel af. Het van de foutcontroleschakeling 92 (fig. 12B) afkomstige bitfoutsignaal, dat over de leiding 94 is toegevoerd aan de ALU 134, regelt de waarde van m, die 40 wordt gebruikt bij de implementatie van de vergelijkingen (25) en (26) 8420060 26 en wel door eenvoudig het aantal plaatsen, waarover geschoven moet worden om de aangegeven vermenigvuldiging met de faktor 2"ra uit te voeren, te regelen. Wanneer een fout is gedetecteerd, wordt de inhoud van een desbetreffend ALU-register niet zover naar rechts geschoven ge-5 durende een nominale tijdswaarde (bijvoorbeeld 50 ms) bij het uitvoeren van de vermenigvuldigingen met 2_m, waarbij de reconstructiefilter-polen binnenwaarts van de eenheidscirkel af worden bewogen om een herstel van de overdracht te versnellen. Na deze korte tijdsperiode, keert de normale werking van het reconstructiefilter met polen vlakbij de 10 eenheidscirkel terug.

Polen normaal op de eenheidscirkel in het Z-vlak

Zoals hiervoor opgemerkt, houdt een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding een compressie-reconstructiefiltercombinatie in, waarbij de nulpunten van het compressiefilter zijn gelegen in bepaalde 15 posities op de eenheidscirkel om de entropie te verminderen, en het reconstructiefilter corresponderende polen heeft, die ook gedurende de normale werking op de eenheidscirkel zijn gelegen in dezelfde posities als de nulpunten; dat wil zeggen zolang tijdens de werking bitfouten achterwege blijven. Wanneer echter door de foutcontroleschakeling 92 20 een bitfout wordt gedetecteerd, worden de polen van het reconstructiefilter 70A kortstondig naar binnen de eenheidscirkel bewogen om een stabiele reconstructief!lterwerking en een herstel van de fout te verkrijgen. Deze uitvoering kan gerealiseerd worden door gebruik te maken van de hiervoor beschreven ontvangeenheid of het terugspeel apparaat, 25 afgebeeld in fig. 12B en het in fig. 14 afgebeelde reconstructiefilter 70A. Nu werkt het reconstructiefilter 70A echter, bij afwezigheid van transiënten, met polen op de eenheidscirkel, zoals afgebeeld in fig.

15. In fig. 15 zijn twee nulpunten van het compressiefilter 30 afgebeeld, aangebracht op de eenheidscirkel in het Z-vlak onder nul graden, 30 terwijl tijdens de werking zonder dat bitfouten optreden, de twee polen van het reconstructiefilter 70A zijn gelegen in dezelfde positie op de eenheidscirkel, in een punt waar m oneindig is.

Is een van de foutcontroleschakeling 92 afkomstig bitfoutsignaal aanwezig, dan worden de reconstruct!efilterpolen kortstondig naar bin-35 nen van de eenheidscirkel af bewogen bij nul graden. Ter wille van de verduidelijking zij m, zoals afgebeeld, veranderd in de waarde 4. Onder deze voorwaarden herstelt het reconstructiefilter snel van de fout zonder de noodzaak van opstarten of opnieuw opstarten van het filter door de overdracht daaraan van werkelijke signaalwaarden fn. Hier zij op-40 gemerkt, dat bij het starten van de werking de reconstruct!efilterpolen 8420060 27 kortstondig naar binnen de eenheidscirkel zijn bewogen om het opwekken van een willekeurige zaagbandfunctie aan de uitgang daarvan te voorkomen.

De uitvinding is duidelijk niet beperkt tot het naar binnen bewe-5 gen van de reconstruct!efilterpolen naar een enkele plaats in de aanwezigheid van een foutsignaal. Verschillende waarden van m kunnen worden gebruikt, waarbij de filterwerking tijdens het herstel van bitfouten getrapt verloopt langs verscheidene verschillende poolplaatsen. Zo kunnen bijvoorbeeld waarden van m gelijk aan 2, 4 en 7 worden gebruikt, 10 waarbij tijdens de werking eerst wordt geschakeld naar m is 2, dan naar m is 4 en tenslotte naar m is 7, alvorens terug te gaan naar de oorspronkelijke waarde van m op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak.

SYSTEEM MET PERIODIEKE OVERDRACHT VAN fn 15 Een andere uitvoering van de onderhavige uitvinding maakt gebruik van een compressie-reconstructiefiltercombinatie, waarin de nulpunten van het compressiefilter zijn gelegen in specifieke punten op de eenheidscirkel in het Z-vlak om de entropie te verminderen, en het reconstruct! efil ter corresponderende polen heeft op de eenheidscirkel in de-20 zelfde plaatsen als de nulpunten, welke polen vast zijn en niet naar binnen worden bewogen. Zoals hiervoor opgemerkt, is een dergelijke com-pressie-reconstructiefiltercombinatie instabiel en resulteren welke transiënten dan ook in een willekeurig uitgangssignaal van het reconstruct! efil ter. Om de effecten van dergelijke transiënten te minima-25 liseren, wordt het reconstruct!efilter tijdens de werking periodiek weer opgestart door hieraan een aantal werkelijke signaalwaarden fn toe te voegen. De in de fig. IA en 1B afgebeelde inrichting kan voor een dergelijke bewerking worden gebruikt.

De voor deze bewerking overgedragen signaal stroom is afgebeeld in 30 fig. 16, naar welke figuur nu zij verwezen. Aanvullend op de Huffman- gecodeerde verschil signal en h(An+2) .....h(4n+j) worden

Huffman-gecodeerde signaalwaarden h(fn), h(fn+i), enz. periodiek overgedragen door de schakelaar 35 periodiek in de, in fig. IA afgebeelde met de onderbroken lijn aangegeven positie te brengen. Met de 35 schakelaar 35 in de met de onderbroken lijn aangegeven positie wordt een serie werkelijke signaalwaarden fn periodiek toegevoerd aan het Huffman-codeerorgaan 40 om te worden gecodeerd en daarna te worden opgenomen of uitgezonden. Het aantal uitgezonden opeenvolgende signaalwaarden fn is gelijk aan de orde van het reconstruct!efilter.

40 In de in fig. 16 afgebeelde signaal stroom worden periodiek twee 8420060 28 opeenvolgende signaalwaarden fn gecodeerd om een tweede orde reconstruct! efilter 70 periodiek weer op te starten. De gecodeerde signalen h(fn) enz. zijn afgebeeld met een label en de werkelijke signaalwaar-de fn. De gebruikte label verschilt van de "elders" label, gebruikt 5 om die signalen aan te duiden, die buiten het tevoren bepaalde interval van gecomprimeerde signaalwaarden Δη zijn gelegen. Het label deel van de gecodeerde signalen h(fn) is in fig. 16 aangegeven met label #2 om deze te onderscheiden van de "elders" label.

Het vereiste aantal gecodeerde signaalwaarden h(fn) wordt perio-10 diek overgedragen, bijvoorbeeld elke 10 milliseconden, zoals aangegeven in fig. 16 om het bijbehorende digitaal reconstruct!efilter 70 periodiek weer op te starten. Door dit periodiek weer opstarten van het reconstruct! efil ter, is het niet nodig om het reconstruct!efilter te laten werken met polen binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak, aangezien elk 15 zaagtandvormig uitgangssignaal, veroorzaakt door transiëntsignalen, binnen de 0 tot 10 milliseconden wordt geëlimineerd.

De uitvinding is hier in detail beschreven in overeenstemming met de eisen in de "Patent Statutes", waarbij verschillende andere wijzigingen en modificaties zichzelf wijzen voor deskundigen op dit gebied. 20 Zo kunnen bijvoorbeeld vele van de beschreven functies worden gerealiseerd door gebruik te maken van een digitale rekenaar met geschikte rekenroutines. Het is de bedoeling, dat deze en andere dergelijke wijzigingen en modificaties zullen vallen binnen de geest en de omvang van de uitvinding, zoals deze is gedefinieerd in de bijgaande conclusies.

8420060

Claims (26)

1. Datacompressiesysteem voor het verwerken van digitale bemonsterde signalen met een vaste lengte, voorzien van een digitaal compressiefilter, dat reagerend op de digitale bemon-5 sterde signalen gecomprimeerde signalen verschaft, waarbij de overdrachtsfunctie van het digitale compressiefilter nulpunten heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak op in wezen nul graden vanaf de oorsprong, welk digitaal compressiefilter een versterking heeft, die een macht van twee is en rekenkundige bewerkingen uitvoert zonder afkappen of afron-10 den, een digitaal codeerorgaan, dat reageert op de uitgang van het digitale compressiefilter en een afgekapte Huffman-code aanbrengt, welk digitaal codeerorgaan alleen die gecomprimeerde signalen codeert, die in een tevoren bepaald signaal interval zijn gelegen, en welk die gecom-15 primeerde signalen van een label voorziet, die buiten dit tevoren bepaalde interval zijn gelegen, een digitaal decodeerorgaan, middelen om het uitgangssignaal van het digitale codeerorgaan over te dragen aan het digitale decodeerorgaan om dat te decoderen, en 20 een digitaal reconstruct!efilter, dat reageert op het uitgangssignaal van het digitale decodeerorgaan voor een reconstruct!efiltering van het uitgangssignaal daarvan, van welk digitaal reconstruct!efilter de overdrachtsfunctie polen heeft op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak op nagenoeg nul graden vanaf de oorsprong, welk digitaal recon-25 structiefilter rekenkundige bewerkingen uitvoert, waarbij een afkappen plaatsvindt om afkapfouten in het uitgangssignaal daarvan te verkrijgen.

2. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 30 de overdrachtsfunctie van het digitale compressiefilter eveneens nulpunten heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak onder hoeken vanaf de oorsprong van tenminste een van de volgende paren van hoekwaarden: ±41,41°, ±60°, ±90°, ±120° en ±180°, de overdrachtsfunctie van het digitale reconstruct!efilter polen 35 op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak met hoekposities, die in wezen overeenkomen met de nulpunten van de overdrachtsfunctie van het digitaal compressiefilter.

3. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 40 de overdrachtsmiddelen gebruik maken van een foutcontrolecode en 8420060 foutdetectiemiddelen voor het detecteren van fouten in de overdracht van de uitgang van het digitale codeerorgaan naar het digitale deco-deerorgaan en voor het opwekken van een foutsignaal wanneer een fout in de overdracht is gedetecteerd, 5 middelen aanwezig zijn, die reageren op een foutsignaal van de foutdetectiemiddelen om kortstondig de polen van het digitale reconstructief ilter naar binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak te bewegen, zonder dat de pool hoek wordt veranderd, om uit de gedetecteerde fouten een herstel van het digitale reconstructiefilter te vergemakkelijken.

4. Datacompressiesysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de overdrachtsfunctie van het digitale reconstruct!efilter polen heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak, welke polen, reagerend op een foutsignaal van de foutdetectiemiddelen, kortstondig naar binnen de eenheidscirkel worden bewogen.

5. Datacompressiesysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de overdrachtsfunctie van het digitale reconstruct!efilter polen heeft binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak, welke polen, reagerend op een foutsignaal van de foutdetectiemiddelen, kortstondig verder naar binnen de eenheidscirkel worden bewogen.

6. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrachtsfunctie van het digitale reconstruct!efilter polen heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak onder hoekposities, die in wezen overeenkomen met de nulpunten van de overdrachtsfunctie van het digitale compressiefilter, en dat middelen aanwezig zijn om periodiek een 25 aantal opeenvolgende digitale bemonsterde signalen toe te voeren aan het digitale reconstructiefilter om de werking daarvan periodiek weer op te starten.

7. Datacompressiesysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de digitale bemonsterde signalen, die zijn toegevoerd aan het digitale 30 reconstructiefilter, hieraan zijn toegevoerd via het digitale codeerorgaan, het digitale decodeerorgaan en de overdrachtsmiddelen.

8. Datacompressiesysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het digitale codeerorgaan periodiek werkzaam is voor het periodiek van een label voorzien van een aantal opeenvolgende digitale bemonsterde 35 signalen om deze via de overdrachtsmiddelen en het digitale decodeerorgaan over te dragen aan het digitale reconstructiefilter.

9. Datacompressiesysteem volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het digitale codeerorgaan elke 6 tot 16 milliseconden werkzaam is voor het periodiek toevoeren van opeenvolgende digitale bemonsterde signalen 40 aan het digitale reconstructiefilter. 8420060

10. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk» dat de gecomprimeerde signalen van het digitale compressiefilter in relatie staan tot het verschil tussen het bemonsterde ingangssignaal daarvan en een daarvan geschatte waarde, welk geschat digitaal bemon- 5 sterd signaal wordt verkregen door gebruik te maken van bemonsterde signalen aan weerszijden van het te schatten digitale bemonsterde signaal.

11. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een analoog-digitaal omzetter aanwezig is, waaruit digitale bemon- 10 sterde signalen worden verkregen door een analoog-digitaalomzetting van analoge signalen, alsmede een digitaal-analoogomzetter om de digitale uitgangssignalen van het digitale reconstructiefilter om te zetten in analoge vorm.

12. Datacompressiesysteem volgens conclusie 11, met het kenmerk, 15 dat de analoge signalen muzieksignalen omvatten.

13. Datacompressiesysteem volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de digitale bemonsterde signalen uit de analoog-digitaalomzetter worden verkregen met een snelheid tussen de 30 en 50 KHz.

14. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat de overdrachtsmiddelen zijn voorzien van middelen om het gecodeerde signaal van het digitale codeerorgaan op te nemen en van middelen om het, door de opnamemiddelen opgenomen signaal terug te spelen.

15. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrachtsmiddelen zijn voorzien van een eerste en tweede modem 25 en een transmissielijn om de modems met elkaar te verbinden.

16. Datacompressiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een ingangsfilter aanwezig is voor het verzwakken van hoge frequenties in het ingangssignaal voor het digitale compressiefilter, alsmede een uitgangsfilter voor het versterken van hoge frequenties in het uit- 30 gangssignaal van het digitale reconstructiefilter.

17. Datacompressiesysteem volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het in- en uitgangsfilter digitaal zijn.

18. Systeem voor digitale datacompressie, voorzien van een bron voor digitale bemonsterde datasignalen met een vaste lengte, een com- 35 pressiefilter voor het opwekken van gecomprimeerde signalen, een reconstructiefilter, dat reagerend op gecomprimeerde signalen van het compressiefilter de digitale datasignalen reproduceert, en middelen om het uitgangssignaal van het compressiefilter over te dragen aan de ingang van het reconstructiefilter, en een methode voor de bewerking van het 40 compressie- en reconstructiefilter om een vermindering in signaalentro- 8420060 pie met geringe signaal vervorming te verkrijgen, en de verbetering omvattend de bewerking van het digitale compressiefilter 1) met een overdrachtsfunctie met nulpunten op de eenheidscirkel in het Z-vlak onder tenminste een hoek van 0° gemeten vanaf de oorsprong, 2) met een ver-5 sterking die een macht van twee is, en 3) zonder afkapping van het signaal, en de bewerking van het reconstruct!efilter 1) met een overdrachtsfunctie met polen op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak onder dezelfde hoekposities gemeten ten opzichte van de oorsprong als de nulpunten van het digitale compressiefilter, en 2) met een rekenkun-10 dige afkapping van de woordlengte ter verkrijging van afkapfouten in het uitgangssignaal van het digitale reconstructiefilter.

19. Werkwijze zoals deze is omschreven in conclusie 18, waarbij het digitale compressiefilter werkt met een overdrachtsfunctie met additionele nulpunten op de eenheidscirkel onder tenminste een van de 15 volgende paren van hoekposities gemeten vanaf de oorsprong: ±41,41°, ±60°, ±90°, ±120° en ±180°, en waarbij het digitale reconstructiefilter werkt met een overdrachtsfunctie met additionele polen op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak onder dezelfde additionele hoekposities als de nulpunten van het digitale compressiefilter.

20. Werkwijze zoals deze is omschreven in conclusie 18, waarbij de polen van het reconstructiefilter kortstondig naar binnen van de eenheidscirkel in het Z-vlak af worden bewogen als gevolg van transiënt-fouten in de overdracht van het uitgangssignaal van het compressiefilter naar de ingang van het reconstructiefilter teneinde het herstel van 25 de fouten in de werking van het reconstructiefilter te versnellen.

21. Werkwijze zoals deze is omschreven in conclusie 18, waarbij het digitale reconstructiefilter werkt met polen op de eenheidscirkel in het Z-vlak en waarbij periodiek een aantal opeenvolgende digitale bemonsterde signalen aan het reconstructiefilter worden toegevoerd om 30 de werking daarvan periodiek weer op te starten, terwijl het aantal opeenvolgende digitale bemonsterde signalen, dat wordt toegevoerd aan het reconstructiefilter, gelijk is aan de orde van het reconstructiefilter.

22. Datacompressiesysteem voor het verwerken van een stroom van 35 digitale bemonsterde signalen, voorzien van een digitaal compressiefilter, dat reagerend op de digitale bemonsterde signalen gecomprimeerde signalen verschaft, waarbij de overdrachtsfunctie van het digitale compressiefilter nulpunten heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak onder een hoek van 0° en onder tenminste 40 een van de volgende paren van hoekwaarden, gemeten vanaf de oorsprong: 8420060 ±41,41°, ±60°, ±90°, ±120° en ±180°, een digitaal reconstruct!efilter met een overdrachtsfunctie met polen op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak onder in wezen dezelfde hoekposities als de nulpunten van het digitaal compressiefilter, 5 en middelen om het uitgangssignaal van het digitale compressiefilter over te dragen aan het digitale reconstruct!efilter.

23. Datacompressiesysteem volgens conclusie 22, met het kenmerk. dat de overdrachtsmiddelen zijn voorzien van een Huffman-codeerorgaan 10 voor een afgekapte Huffman-codering van het uitgangssignaal van het digitale compressiefilter en middelen, welke reagerend op het uitgangssignaal van het codeerorgaan dit decoderen.

24. Datacompressiesysteem volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de overdrachtsmiddelen zijn voorzien van een bitcontrolegenerator 15 en van middelen voor het opwekken van een foutsignaal wanneer een tran-siëntfout aanwezig is, en van door dit foutsignaal gestuurde middelen voor het kortstondig bewegen van de polen van het reconstruct!efilter naar binnen de eenheidscirkel zonder dat de hoekposities daarbij veranderd worden teneinde een versneld herstel van de gedetecteerde tran-20 siëntfouten te verkrijgen.

25. Datacompressiesysteem voor het verwerken van een stroom digitale bemonsterde signalen, voorzien van een digitaal compressiefilter, dat reagerend op de digitale bemonsterde signalen gecomprimeerde signalen verschaft, waarbij de over-25 drachtsfunctie van het digitale compressiefilter nulpunten heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak, een digitaal reconstruct!efilter met een overdrachtsfunctie met polen op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak onder in wezen dezelfde hoekposities als de nulpunten van het digitale compressiefil-30 ter, middelen om het uitgangssignaal van het digitale compressiefilter over te dragen aan het digitale reconstruct!efilter, en middelen, die reagerend op transiëntfouten in de overdracht van het uitgangssignaal van het digitale compressiefilter aan het digitale 35 reconstruct!efilter kortstondig de polen van het reconstruct!efilter naar binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak bewegen zonder dat de hoekposities van de polen in wezen worden veranderd teneinde het herstel van de transiëntfouten te vergemakkelijken. +++++++ 8420060 GEWIJZIGDE CONCLUSIES [alleen conclusie 1 gewijzigd (1 blad)]

1. Datacompressiesysteem voor het verwerken van digitale bemonsterde signalen met een vaste lengte, voorzien van 5 een digitaal compressiefilter, dat reagerend op de digitale bemonsterde signalen gecomprimeerde signalen verschaft, waarbij de overdrachtsfunctie van het digitale compressiefilter nulpunten heeft op de eenheidscirkel in het Z-vlak op in wezen nul graden vanaf de oorsprong, welk digitaal compressiefilter een versterking heeft, die een macht van 10 twee is en rekenkundige bewerkingen uitvoert zonder afkappen of afronden, een digitaal codeerorgaan, dat reageert op de uitgang van het digitale compressiefilter en een code met variabele woordlengte implementeert , 15 een digitaal decodeerorgaan, middelen om het uitgangssignaal van het digitale codeerorgaan over te dragen aan het digitale decodeerorgaan om dat te decoderen, en een digitaal reconstructiefilter, dat reageert op het uitgangssignaal van het digitale decodeerorgaan voor een reconstruct!efiltering 20 van het uitgangssignaal daarvan, van welk digitaal reconstruct!efilter de overdrachtsfunctie polen heeft op of binnen de eenheidscirkel in het Z-vlak op nagenoeg nul graden vanaf de oorsprong, welk digitaal reconstruct! efil ter rekenkundige bewerkingen uitvoert, waarbij een afkappen plaatsvindt om afkapfouten in het uitgangssignaal daarvan te verkrij-25 gen. +++++++ 8420060