NO338722B1 - Prediktiv koding og dekoding - Google Patents

Description

Fagfelt

Den foreliggende oppfinnelse relateres til prediktiv koding av informasjonssignaler, slik som, for eksempel, lydsignaler, og spesielt til adaptiv prediktiv koding.

Bakgrunn

En prediktiv koder - eller sender - koder signaler ved å prediktere en nåværende verdi av signalet som skal bli kodet ved de tidligere eller foregående verdier av signalet. I tilfellet med lineær prediksjon, er denne prediksjon eller antagelse fullført via den nåværende verdi av signalet med en vektet sum av de tidligere verdier av signalet. Prediksjonsvektene eller prediksjonskoeffisientene er kontinuerlig justert eller adaptert til signalet slik at forskjellen mellom det forutsagte signal og det virkelige signal er minimalisert på en forhåndsbestemt måte. Prediksjonskoeffisientene, for eksempel, er optimalisert med hensyn til kvadratet av prediksjonsfeilen. Feilkriteriet når en optimaliserer den prediktive koder eller prediktoren, kan likevel også bli valgt til å være noe annet. Istedenfor å bruke det minste kvadrat feilkriterium, kan spektralplanhet av feilsignalet, dvs. av forskjellene eller restene, bli minimalisert.

Bare forskjellene mellom de forutsagte verdier og de virkelige verdier av signalet er sendt til dekoderen eller mottakeren. Disse verdier er referert til som rester eller prediksjonsfeil. Den virkelige signalverdi kan bli rekonstruert i mottakeren ved å bruke den samme predikter og ved å legge til den forutsagte verdi fått på den samme måte som i koderen til prediksjonsfeilen som har blitt sendt av koderen.

Prediksjonsvektene for prediksjonen kan bli adaptert til signalet med en forhåndsbestemt hastighet. I den såkalte minste middelkvadrater (LMS) algoritme, er en parameter brukt til dette. Parameteren må bli justert på en måte som virker som en avveiing mellom adapsjonshastighet og presisjon av de forutsagte koeffisienter. Denne parameter, som også noen ganger er referert til som trinnstørrelsesparameter, avgjør på denne måte hvor raskt prediksjonskoeffisientene adapterer til et optimalt sett av prediksjonskoeffisienter, hvor et sett av prediksjonskoeffisienter som ikke er justert optimalt resulterer i at prediksjonen blir mindre presis og derfor blir prediksjonsfeilene større, som igjen resulterer i en økt bithastighet for å sende signalet siden små verdier eller små prediksjonsfeil eller forskjeller kan bli sendt med færre bits enn de større.

Et problem i prediktiv koding er at i tilfellet med å sende feil, dvs. hvis uriktige sendte prediksjonsawik eller feil inntreffer, vil ikke prediksjon lenger være den samme på sender- og mottakersiden. Uriktige verdier vil bli rekonstruert siden, når en prediksjonsfeil først inntreffer, blir den lagt til på mottakersiden til den nåværende forutsagte verdi for å få den dekodede verdi av signalet. Etterfølgende verdier er også påvirket siden prediksjonen på mottakersiden er utført basert på signalverdiene som allerede er dekodet.

For å oppnå omsynkronisering eller justering mellom sender og mottaker, så er prediktorene, dvs. prediksjonsalgoritmene, resatt til en viss tilstand på sender- og mottakersidene ved forhåndsbestemte tider like for begge sider, en prosess også referert til som resett.

Likevel, det er problematisk at rett etter en slik resett så er ikke prediksjonskoeffisientene justert til signalet i det hele tatt. Adapsjonen av disse prediksjonskoeffisienter vil likevel alltid kreve noe tid som starter fra resettingstidene. Dette øker middelprediksjonsfeilen som resulterer i en økt bithastighet eller redusert signalkvalitet, slik som, for eksempel, på grunn av forvrengninger.

Tidligere kjent teknikk fremlegger patentdokument US6104996 hvor en koder innbefatter en prediktiv kodmgsanordning for koding av elektriske signaler beskrives.

Følgelig, det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å gi et system for prediktiv koding av et informasjonssignal som, på den ene side, gir mer tilstrekkelig robusthet for feil i awiksverdien eller restene av det kodede informasjonssignal og, på den annen side, tillate en lavere ledsagende økning i bithastigheten eller avtagning i signalkvalitet.

Oppsummering

Dette målet er oppnådd ved en anordning i henhold til krav 8 eller 22 eller en fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 15.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på funnet at, opp til nå, den faste setting av hastighetsparameteren til den adaptive prediksjonsalgoritme som virker som grunnlaget til prediktiv koding må oppgis til fordel for en variabel setting av denne parameter. Hvis en adaptiv prediksjonsalgoritme som er kontrollerbar med en hastighetskoeffisient er startet fra å operere med en første adapsjonshastighet og en første adapsjonspresisjon og en medfølgende første prediksjonspresisjon i tilfellet hvor hastighetskoeffisienten har en første verdi og til å operere med en andre, men sammenlignet med den første, lavere adapsjonshastighet og en andre, sammenlignet med den første, høyere presisjon i tilfellet hvor hastighetsparameteren har en andre verdi, kan adapsjonsvarighetene som inntreffer etter resettingstidene hvor prediksjonsfeilene først er økt på grunn av prediksjonskoeffisientene som ennå ikke har blitt adaptert, bli minket ved å først sette hastighetsparameteren til den første verdi og, etter en stund, til den andre verdi. Etter å ha satt hastighetsparameteren igjen til den andre verdi etter en forhåndsbestemt varighet etter resettingstidene, er prediksjonsfeilene og derfor restene som skal sendes, mer optimaliserte eller mindre enn ville vært mulig med den første hastighetsparameterverdi.

Sagt på en annen måte, den foreliggende oppfinnelse er basert på funnet at prediksjonsfeil kan bli minimalisert etter resettingstider ved å endre hastighets-parameterne, slik som, for eksempel, trinnstørrelsesparameteren til en LMS-algoritme, for en viss varighet etter resettingstidene slik at hastigheten av adapsjonen av vektene er økt for denne varighet - selvsagt medførende redusert presisjon.

Kort beskrivelse av figurene

Foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil bli detaljert beskrevet i det følgende med referanse til de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser et sperrekretsdiagram av en prediktiv koder i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 viser et sperrekretsdiagram for å illustrere funksjonsmodusen til koderen i Fig. 1; Fig. 3 viser et sperrekretsdiagram av en dekoder som korresponderer med koderen i Fig. 1 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 viser et flytskjema for å illustrere funksjonsmodus til dekoderen i Fig. 3; Fig. 5 viser et sperrekretsdiagram av prediksjonsmidlene i Fig. 1 og 3 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 6 viser et sperrekretsdiagram av det transversale filteret i Fig. 5 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 7 viser et sperrekretsdiagram av adapsjonskontrolleren i Fig. 5 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og Fig. 8 viser et diagram for å illustrere oppførselen til prediksjonsmidlene i

Fig. 5 for to forskjellige fast satte hastighetsparametere.

Detaljert beskrivelse av fortrukne utførelsesformer

Før diskusjon av utførelser av den foreliggende oppfinnelse i større detalj med referanse til figurene, er det gjort oppmerksom på at elementer som forekommer i forskjellige figurer er gitt med samme referansenumre og at en gjentatt beskrivelse av disse elementene er utelatt.

Fig. 1 viser en prediktiv koder 10 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Koderen 10 omfatter en inngang 12 hvor den mottar informasjonssignalet s som skal bli kodet og en utgang 14 hvor den gir ut det kodede informasjonssignal 8.

Informasjonssignalet kan være et hvilket som helst signal, slik som, for eksempel, et lydsignal, et videosignal, et målingssignal eller lignende. Informasjonssignalet s består av en sekvens med informasjonsverdier s(i), ie|N, dvs. lydverdier, pikselverdier, målingsverdier eller lignende. Det kodede informasjonssignal 8 omfatter, som vil bli diskutert i større detalj under, en sekvens av awiksverdier eller rester 8(i), ie|N, som korresponderer med signalverdiene s(i) på måten beskrevet under.

Internt omfatter koderen 10 prediksjonsmidler 16, en subtraherer 18 og kontrollmidler 20. Prediksjonsmidlene 16 er koblet til inngangen 12 for å beregne, som vil bli diskutert i større detalj under, en prediktert verdi s'(n) fra tidligere signalverdier s(m), m<n og me IN, for en nåværende signalverdi s(n) og til å gå ut samme til en utgang som i rekkefølge er koblet til en inverterende inngang av subtrahereren 18. En ikke-inverterende inngang av subtrahereren 18 er også koblet til inngangen 12 for å subtrahere den forutsagte verdi s'(m) fra den virkelige signalverdi s(n) - eller ganske enkelt for å beregne forskjellen mellom de to verdier - og å gi ut resultatet i utgangen 14 som awiksverdien 8(n).

Prediksjonsmidlene 16 implementerer en adaptiv prediksjonsalgoritme. For å være i stand til å utføre adapsjonen, mottar den awiksverdien 8(n) - også referert til som prediksjonsfeil - i en annen inngang via en tilbakemeldingsbane 22. I tillegg omfatter prediksjonsmidlene 16 to kontrollinnganger koblet til kontrollmidlene 20. Ved hjelp av disse kontrollinnganger, er kontrollmidlene 20 i stand til å initialisere prediksjonskoeffisienter eller filterkoeffisienter ©; av prediksjonsmidlene 16 ved visse tider, som vil bli diskutert i større detalj under, og til å endre en hastighetsparameter av prediksjonsalgoritmen som prediksjonsmidlene 16 er basert på, som i det følgende bli vil referert til ved X.

Etter oppsettet av koderen 10 i Fig. 1 har blitt beskrevet over referert til Fig. 1, vil funksjonsmodusen derav bli beskrevet i det følgende med referanse til Fig. 2, også med referanse til Fig. 1, hvor den i det følgende er antatt at den er i ferd med å prosessere et informasjonssignal s som skal bli kodet, dvs. signalverdier s(m), m<n, har allerede blitt kodet.

I trinn 40 initialiserer kontrollmidlene 20 først prediksjons- eller filterkoeffisientene ©; av prediksjonsmidlene 16. Initialiseringen i henhold til trinn 40 finner sted ved forhåndsbestemte resettingstider. Resettingstidene eller, mer presist, signalverditallene n hvor en resetting i henhold til trinn 40 har blitt utført kan, for eksempel, inntreffe i faste tidsintervaller. Resettingstidene kan bli rekonstruert på dekodersiden, for eksempel ved å integrere informasjon om det samme i det kodede informasjonssignal 8 eller ved å standardisere det faste tidsintervall eller det faste antall av signalverdier mellom det samme.

Koeffisientene©i er satt til hvilke som helst verdier som kan, for eksempel, være de samme ved en hvilken som helst resettingstid, dvs. hver gang trinn 40 er utført. Fortrinnsvis er prediksjonsverdiene initialisert i trinn 40 til verdier som har blitt avledet heuristisk fra typiske representative informasjonssignaler og som har resultert i, på et gjennomsnitt, dvs. over det representative sett av informasjons signaler, slik som, for eksempel, en blanding av jazz, klassisk, rock, etc. deler av musikk, i et optimalt sett av prediksjonskoeffisienter.

I trinn 42 setter kontrollmidlene 20 hastighetsparameteren X til en første verdi, hvori trinn 40 og 42 er fortrinnsvis utført vesentlig samtidig med resettingstidene. Som i det følgende vil bli tydelig, har settingen av hastighetsparameteren til den første verdi resultatet at prediksjonsmidlene 16 utfører en rask adapsjon av prediksjonskoeffisienter co; initialisert i trinn 40 - selvsagt men følgende redusert adapsj onspresisj on.

I trinn 44 samarbeider prediksjonsmidlene 16 og subtrahereren 18 som prediksjonsmidler for å kode informasjonssignalet s og, spesielt, den nåværende signalverdi s(n) ved å forutsi samme ved å bruke adapsjon av prediksjonskoeffisientene Mer presist, trinn 44 omfatter flere undertrinn, nemlig å beregne en forutsagt verdi s'(n) for den nåværende signalverdi s(n) ved prediksjonsmidlene 16 ved å bruke tidligere signalverdier s(m), m<n, ved å bruke de nåværende prediksjonskoeffisientene å subtrahere verdien s'(n) forutsagt på denne måte fra den virkelige signalverdi s(n) ved subtrahereren 18, å gi ut den resulterende avviksverdi 8(n) i utgangen 14 som del av det kodede informasjonssignal 5 og å adaptere eller justere koeffisientene©i ved prediksjonsmidlene 16 ved å bruke prediksjonsfeilen eller awiksverdien 8(n) som den får via tilbakemeldingsbanen 22.

Prediksjonsmidlene 16 bruker, for adapsjon eller justering av prediksjonskoeffisientene©;, hastighetsparameteren X forhåndsbestemt eller satt av kontrollmidlene 20 som, som vil bli diskutert i større detalj under med referanse til utførelsen av en LMS-algoritme, avgjør hvor sterkt tilbakemeldingsprediksjonsfeilen 8(n) per justeringsiterasjon, her n, påvirker adapsjonen eller oppdateringen av prediksjonskoeffisientene ©; eller hvor sterkt prediksjonskoeffisientene©; kan endres avhengig av prediksjonsfeilen 8(n) per adapsjonsiterasjon, dvs. per 8(n) tilbakemeldt.

I trinn 46 sjekker kontrollmidlene 20 om hastighetsparameteren X skal endres eller ikke. Avgjørelsen i trinn 46 kan bli utført på forskjellige måter. Som eksempel avgjør kontrollmidlene 20 at en hastighetsparameterendring skal utføres når en forhåndsbestemt varighet har passert siden initialiseringen eller settingen i trinn 40 og 42, henholdsvis. Alternativt evaluerer, i trinn 46, kontrollmidlene 20 for å bestemme, en adapsjonsgrad av prediksjonsmidlene 16, slik at, for eksempel, approksimeringen til et optimalt sett av koeffisienter©; med korresponderende lave middelverdi prediksjonsfeil, som vil bli diskutert i større detalj under.

Det er antatt at det først ikke er gjenkjent noen hastighetsparameterendring i trinn 46. I dette tilfelle sjekker kontrollmidlene 20 i trinn 48 om det igjen er en resettingstid, dvs. et tidspunkt da prediksjonskoeffisientene må initieres på ny på grunn av resynkronisering. Først er det igjen antatt at det ikke er noen resttingstid. Hvis det er ingen resettingstid, vil prediksjonsmidlene 16 fortsette å kode den neste signalverdi, som indikert i Fig. 2 ved "n—>n+l". På denne måte er koding av informasjonssignalet s ved å bruke adapsjon av prediksjonskoeffisientene©i med adapsj onshastigheten, som er satt av hastighetsparameteren X, er fortsatt inntil kontrollmidlene 20 til slutt i trinn 46 avgjør når de passerer løkken 44, 46, 48 at en hastighetsparameterendring må bli utført. I dette tilfelle setter kontrollmidlene 20 hastighetsparameteren X til en andre verdi i trinn 50. Å sette hastighetsparameteren X til den andre verdi resulterer i prediksjonsmidlene 16, når passering av løkken 44-48, til å utføre, i trinn 44, adapsjonen av prediksjonskoeffisientene ©; med en lavere adapsjonshastighet fra da av, likevel, med økt adapsjonspresisjon slik at i disse passeringer som følger hastighetsparameterendringstiden som refererer til senere signalverdier av informasjonssignalet s, de resulterende rester 8(n) vil bli mindre, som igjen tillater en økt komprimeringsrate når integrering av verdiene 8(n) i det kodede signal.

Etter å ha passert løkken 44-48 flere ganger, vil kontrollmidlene 20 en eller annen gang gjenkjenne en resettingstid i trinn 48, hvorpå den funksjonelle flyt starter om igjen i trinn 40.

Det må også påpekes at måten som sekvensen av awiksverdier 8(n) er integrert i det kodede informasjonssignal 8 ikke har blitt beskrevet i detalj over. Selv om det ville være mulig å integrere awiksverdiene 8(n) i det kodede signal i en binær representasjon som har en fast bit-lengde, er det likevel mer fordelaktig å kode awiksverdiene 8(n) med en variabel bit-lengde, slik som, for eksempel, Huffman koding eller aritmetisk koding eller en annen entropikoding. En fordel med bit-rate eller en fordel av en mindre mengde av bits påkrevd for å kode informasjonssignalet s resulterer i koderen 10 i Fig. 1 ved kjennsgjerningen at etter resettingstidene er hastighetsparameteren X midlertidig først satt slik at adapsj onshastigheten er større slik at prediksjonskoeffisientene som ikke har blitt adaptert så langt blir adaptert raskt, og deretter er hastighetsparameteren satt slik at adapsj onspresisj onen blir større slik at senere prediksjonsfeil blir mindre.

Nå som den prediktive koding i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet over, vil en dekoder som korresponderer med koderen i Fig. 1 bli beskrevet i det følgende i dens oppsett og funksjonsmodus med referanse til Fig. 3 og 4 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Dekoderen er indikert i Fig. 3 med referansenummeret 60. Den omfatter en inngang 62 for å motta det kodede informasjonssignal 8 som består av awiksverdiene eller restene 8(n), en utgang 64 for å gi ut det dekodede informasjonssignal s som korresponderer med det originale informasjonssignal s(n) unntatt for avrundingsfeil i representasjonen av awiksverdien 8(n) og består korresponderende av en sekvens av dekodede signalverdier s(n), prediksjonsmidler 66 som blir like med eller som har den samme funksjon som den av koderen 10 i Fig. 1, en adderer 68 og kontrollmidler 70. Det er bemerket at det senere ikke er gjort noen differensiering mellom de dekodede signalverdier s(n) og de originale signalverdier s(n), men begge vil bli referert til som s(n), hvor den respektive mening av s(n) vil være klar ut ifra sammenhengen.

En inngang av prediksjonsmidler 66 er koblet til utgangen 64 for å få signalverdier s(n) som allerede er dekodede. Fra disse signalverdier s(m), m<n, allerede dekodet beregner prediksjonsmidlene 66 en forutsagt verdi s'(n) for en nåværende signalverdi s(n) som skal dekodes og gir ut denne forutsagte verdi til en første inngang av addereren 68. En andre inngang av addereren 68 er koblet til inngangen 62 for å legge til den forutsagte verdi s'(n) og awiksverdien 5(n) og for å gi ut resultatet eller summen til utgangen 64 som en del av det dekodede signal s og til inngangen av prediksjonsmidlene 66 for å forutsi den neste signalverdi.

En annen inngang av prediksjonsmidlene 66 er koblet til inngangen 62 for å få awiksverdien 5(n), hvor den så bruker denne verdi for å adaptere de nåværende prediksjonskoeffisienter ©i. Som for prediksjonsmidlene 16 i Fig.l, kan prediksjonskoeffisientene co; være initialisert av kontrollmidlene 70, slik som hastighetsparameteren kan bli variert av kontrollmidlene 70.

Funksjonsmodusen til dekoderen 60 vil bli beskrevet i det følgende med referanse på samme tid til Fig. 3 og Fig. 4. I trinn 90 og 92 som korresponderer med trinn 40 og 42, initialiserer kontrollmidlene 70 først prediksjonskoeffisientene©; til prediksjonsmidlene 66 og setter hastighetsparameteren X derav til en første verdi som korresponderer med en høyere adapsjonshastighet, men en redusert adapsj onshastighet.

I trinn 94 dekoder prediksjonsmidlene 66 det kodede informasjonssignal 8 eller den nåværende avviksverdi 8(n) ved å forutsi informasjonssignalet ved å bruke adapsjon av prediksjonskoeffisientene Mer presist, trinn 94 omfatter flere undertrinn. Først, prediksjons signalene 66 som kjenner signalverdiene s(m) som allerede er dekodet, m<n, forutsier den nåværende signalverdi som skal bli bestemt derfra til å få den forutsagte verdi s'(n). På denne måte bruker prediksjonsmidlene 66 de nåværende prediksjonskoeffisienter Den nåværende awiksverdi 5(n) som skal bli dekodet er lagt til av addereren 68 til den forutsagte verdi s'(n) til å gi ut summen fått på denne måte som en del av det dekodede signal s i utgangen 64. Likevel, summen er også gitt inn i prediksjonsmidlene 66 som vil bruke denne verdi s(n) i de neste prediksjoner. I tillegg bruker prediksjonsmidlene 66 awiksverdien 5(n) fra den kodede signalstrøm til å adaptere de nåværende prediksjonskoeffisienter adapsj onshastigheten og adapsj onspresisj onen som blir bestemt av den nåværende satte hastighetsparameter X. Prediksjonskoeffisientene©; er oppdatert eller adaptert på denne måte.

I trinn 96 som korresponderer med trinn 46 i Fig. 2, så sjekker kontrollmidlene om en hastighetsparameterendring skal finne sted. Hvis dette ikke er tilfelle, vil i trinn 98 som korresponderer med trinn 48, kontrollmidlene 70 avgjøre om det er en resettingstid. Hvis dette ikke er tilfelle vil løkken med trinn 94-98 bli gjort på ny, denne gang for den neste signalverdi s(n) eller den neste awiksverdi 8(n), som er indikert i Fig. 4 ved "n—>n+l".

Hvis det likevel er en hastighetsparameterendringstid i trinn 96, vil kontrollmidlene 70 i trinn 100 sette hastighetsparameteren X til en andre verdi som korresponderer med en lavere adapsjonshastighet med høyere adapsj onspresisj on, som allerede har blitt diskutert med hensyn til koding.

Som har blitt nevnt, er det sørget for enten ved informasjon i det kodede informasjonssignal 62 eller ved standardisering at hastighetsparameterendringer og resettingstider inntreffer i de samme posisjoner eller mellom de samme signalverdier eller dekodede signalverdier, nemlig på sendersiden og mottakersiden.

Etter et prediktivt kodesystem i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet generelt med referanse til Fig. 1 -4, vil en spesiell ut-førelse av prediksjonsmidlene 16 bli beskrevet nå med referanse til Fig. 5-7, hvor prediksjonsmidlene 16 i denne utførelse opererer i henhold til en LMS-adapsj ons-algoritme.

Fig. 5 viser oppsettet av prediksjonsmidler 16 i henhold til LMS-algoritme-utførelsen. Som det allerede har blitt beskrevet med referanse til Fig. 1 og 3, omfatter prediksjonsmidlene 16 en inngang 120 for signalverdier s(n), og inngang 122 for prediksjonsfeil eller avviksverdier 5(n), to kontrollinnganger 124 og 126 for å initialisere koeffisientene©i eller å sette hastighetsparameteren 5 og en utgang 128 for å gi ut den forutsagte verdi s'(n). Internt omfatter prediksjonsmidlene 16 et transversalt filter 130 og en adapsjonskontroller 132. Det transversale filter 130 er koblet mellom inngangen 120 og utgangen 128. Adapsjonskontrolleren 132 er koblet til to kontrollinnganger 124 og 126 og i tillegg til inngangene 120 og 122 og omfatter også en utgang til å sende korreksjonsverdier 8©; for koeffisientene©; til det transversale filter 130.

LMS-algoritmen implementert ved prediksjonsmidlene 16 - kanskje i samarbeid med subtrahereren 18 (Fig. 1) - er en lineær adaptiv filteralgoritme som, generelt sagt, består av to grunnprosesser: 1. En filterprosess som omfatter (a) å beregne utgangssignalet s'(n) av et lineært filter som reagerer på et inngangssignal s(n) ved det transverselle filter 130 og (b) å generere en estimeringsfeil 8(n) ved å sammenligne utgangssignalet s'(n) med et ønsket svar s(n) ved subtrahereren 18 eller å oppnå estimeringsfeilen 8(n) fra det kodede informasjonssignal 8. 2. En adaptiv prosess utført av adapsjonskontrolleren 132 og som innbefatter automatisk justering av filterkoeffisientene©i av det transverselle filter 130 i henhold til estimeringsfeilen 8(n).

Kombinasjonen av disse to samarbeidende prosesser resulterer i en tilbakemeldingsløkke, som allerede har blitt diskutert med referanse til Fig. 1 -4.

Detaljer av det transverselle filter 130 er illustrert i Fig. 6. Det transverselle filter 130 mottar i en inngang 140 sekvensen av signalverdier s(n). Inngangen 140 er fulgt av en seriekobling av m forsinkelseselementer 142 slik at signalverdiene s(n-l) ... s(n-m) foregående den nåværende signalverdi s(n) er tilstedeværende i forbindende noder mellom de m forsinkelseselementer 142. Hver av disse signalverdier s(n-l) ... s(n-m) eller hver av disse forbindende noder er anvendt på en av m veiingsmidler 144 som veier eller multipliserer den respektive anvendende signalverdi med en respektiv prediksjonsveiing eller en respektiv en av filterkoeffisientene©i, i = 1 ... m. Veiingsmidlene 144 gir ut sine resultater til en respektiv en av et mangfold av adderere 146 koblet i serier slik at estimeringsverdien eller forutsagt verdi s'(m) resulterer i XZo6?> '5(w-^ i en utgang 148 av det transverselle filter 130 fra summen av den siste adderer av seriekoblingen.

I en bredere mening kommer estimeringsverdien s'(n) nærme en verdi forutsagt i henhold til Wiener-løsningen i en, i en bredere mening, stasjonær omgivelse når antallet iterasjoner n når uendelig.

Adapsjonskontrolleren 132 er vist i større detalj i Fig. 7. Adapsjonskontrolleren 132 omfatter derfor en inngang 160 hvor sekvensen av avviksverdier 8(n) er mottatt. De er multiplisert i veiingsmidler 162 med hastighetsparameteren X, som også er referert til som trinnstørrelsesparameter. Resultatet er matet til et mangfold av m multiplikasjonsmidler 164 som multipliserer det med en av signalverdiene s(n-l) ... s(n-m). Resultatene av multiplikatorene 164 danner korreksjonsverdier 8©; ... 8©m. Følgelig representerer korreksjonsverdiene 8©; ... 8©m en skalar versjon av indreproduktet av estimeringsfeilen 8(n) og vektoren fra signalverdiene s(n-l)... s(n-m). Disse korreksjonsverdier er lagt til før neste filtertrinn til de nåværende koeffisienter©; ...©m slik at det neste iterasjonstrinn, dvs. for signalverdien s(n+l), i det transverselle filter 130 er utført med de nye adapterte koeffisienter©; —>©; + 8©;.

Skaleringsfaktoren X brukt i adapsj onskontrolleren 132 og, som det allerede har blitt nevnt, referert til som trinnstørrelsesparameter kan bli betraktet til å være en positiv størrelse og bør møte visse betingelser relative til spektralinnholdet av informasjonssignalet for at LMS-algoritmen realisert av midlene 16 i Fig. 5-7 skal være stabile. Her menes det med stabilitet at med økende n, dvs. når adapsjonen er utført med uendelig varighet, når middelkvadratfeilen generert av filteret 130 en konstant verdi. En algoritme som oppfyller denne betingelse er referert til som et stabilt middelkvadrat.

En endring av hastighetsparameteren X forårsaker en endring i adapsj ons-presisjonen, dvs. i presisjon, siden koeffisientene©i kan bli justert til et optimalt sett av koeffisienter. Feiljusteringer av filterkoeffisientene resulterer i en ølcning i middelkvadratfeilen eller energien i awiksverdiene 8 i den stabile tilstand n—>a>. Spesielt virker tilbakemeldingsløkken som virker på vektene ©; som et lavpassfilter, bestemmelsesvarighetskonstanten av hvilke er inverst proporsjonalt til parameteren X. Følgelig er adaptivprosessen saktnet ned ved å sette parameteren X til en liten verdi, hvor effektene av denne gradientstøy på vektene©; er i stor utstrekning filtrert ut. Dette har den motsatte effekt av å redusere feiljustering.

Fig. 8 illustrerer påvkkningen av å sette parameteren X til forskjellige verdier Xi og X2på adapsjonsoppførselen til prediksjonsmidlene 16 i Fig. 5-7 ved å bruke en graf hvor antallet iterasjoner n eller antallet av prediksjoner og adapsjoner n er plottet langs x-aksen og gjennomsnittsenergien av restverdiene 8(n) eller middelkvadratfeilen er plottet langs y-aksen. En kontinuerlig linje referer til en hastighetsparameter Xi. Som kan bli sett, så krever adapsjonen til en stasjonær tilstand hvor gjennomsnittsenergien til restverdiene i grunnen forblir konstant, et antall n! av iterasjoner. Energien til restverdiene i den bebodde eller kvasi-stasjonære tilstand er Ei. En brutt graf resulterer for en større hastighetsparameter X2, hvor, som kan bli sett, færre iterasjoner, nemlig X2, er påkrevd inntil den stabile tilstand er nådd, hvor den stabile tilstand likevel medfører en høyere energi E2av restverdiene. Den bebodde tilstand i E! og E2fremstiller ikke bare beboelse av middelkvadratfeilen til restverdiene eller restene til en asymptotisk verdi, men også beboelse av filterkoeffisienter ©; til det optimale sett av filterkoeffisienter med en viss presisjon som i dette tilfelle av Xi er høyere og i tilfellet med X2er lavere.

Hvis, likevel, som har blitt beskrevet med referanse til Fig. 1-4, hastighetsparameteren X først er satt til verdien X2, vil en adapsjon av koeffisientene a>iførst bli oppnådd raskere, hvor endringen til Xi etter en viss varighet etter resettingstidene så tillater adapsj onspresisj onen for den følgende varighet å bli forbedret. Alt i alt, en restverdienergigraf som tillater en høyere komprimering enn av en av de to parametersettinger alene er oppnådd.

Med hensyn til beskrivelsen over av figurene, er det bemerket at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til LMS-algoritmeimplementasjoner. Selv om, med referanse til Fig 5-8, den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i større detalj med hensyn til LMS-algoritmen som en adaptiv prediksjonsalgoritme, kan den foreliggende oppfinnelse også bli anvendt i sammenheng med andre adaptive prediksjonsalgoritmer hvor tilpasning mellom adapsjonshastighet på den ene side og adapsjonspresisjon på den annen side, kan bli utført via en hastighetsparameter. Siden adapsjonspresisjonen i sin tur påvirker energien til restverdien, kan hastighetsparameteren alltid først bli satt slik at adapsj onshastigheten er stor, hvorpå den deretter er satt til en verdi hvor adapsj onshastigheten er liten, men adapsjonspresisjonen er større og derfor er energien til restverdiene mindre. Med slike prediksjonsalgoritmer, for eksempel, trengs det ikke å være en kobling mellom inngangen 120 og adapsj onskontrolleren 132.

I tillegg er det bemerket at i stedet for den faste varighet beskrevet over etter resettingstidene for å utløse hastighetsparameterendringen, så kan utløsningen også bli utført avhengig av adapsj onsgraden, slik som, for eksempel, å utløse en hastighetsparameterendring når koeffisientkorreksj onene 8©, slik som, for eksempel, en sum av absoluttverdiene derav, faller under en viss verd, som indikerer en tilnærming til den kvasi-stasjonære tilstand, som vist i Fig. 8, til en viss grad av tilnærming.

Spesielt er det bemerket at avhengig av omstendighetene kan det oppfinneriske system også bli implementert i software. Implementeringen kan være på et digitalt lagringsmedium, spesielt på en disk eller en CD som har kontrollsignaler som kan bli lest ut elektronisk som kan samarbeide med et programmerbart datasystem slik at den korresponderende fremgangsmåte vil bli utført. Generelt, oppfinnelsen er derfor også i et datamaskinprogramprodukt som har en programkode lagret på en maskinlesbar bærer for å utføre den oppfinnsomme fremgangsmåte når datamaskinprogramproduktet kjører på en datamaskin. Sagt på en annen måte, oppfinnelsen kan derfor også bli realisert som et datamaskinprogram som har en programkode for å utføre fremgangsmåten når datamaskinprogrammet kjører på en datamaskin.

Claims (25)

1 Fremgangsmåte for å kode et informasjonssignal (s) prediktivt, omfattende en sekvens av informasjonsverdier (s(i), ie|N) ved hjelp av en adaptiv prediksjonsalgoritme, der prediksjonskoeffisientene (©;) kan bli initialisert av og er kontrollerbar med en hastighetsparameter ( X) til å operere med en første adapsjonshastighet og en første adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en første verdi og til å operere med en andre, sammenlignet med den første, lavere adapsjonshastighet og en andre, sammenlignet med den første, høyere adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en andre verdi,karakterisert vedat den innbefatter trinnene: A) å initialisere (40) prediksjonskoeffisientene (©;); B) å kontrollere (42) den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den første verdi; C) å kode (44) etterfølgende informasjonsverdier av informasjonssignalet (s) ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den første verdi så lenge som en forhåndsbestemt varighet etter trinn B) ikke har utløpt for å kode en første del av informasjonssignalet (s); D) etter utløp av den forhåndsbestemte varighet etter trinn B), å kontrollere (50) den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den andre verdi; og E) å kode (44) informasjonsverdier av informasjonssignalet (s) som følger informasjonsverdiene kodet i trinn C) ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den andre verdi til å kode en andre del av informasjonssignalet (s) som følger den første del.

2 Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat trinn C) blir utført ved å bruke adapsjon av prediksjonskoeffisientene (co;) initialisert i trinn A) for å oppnå adapterte prediksjonskoeffisienter (co;) og hvor trinn E) blir utført ved å bruke adapsjon av de adapterte prediksjonskoeffisienter

3 Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat trinn A)-E) blir repetert periodisk ved forhåndsbestemte tider for å kode etterfølgende seksjoner av informasjonssignalet (s).

4 Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert vedat de forhåndsbestemte tider returnerer syklisk i et forhåndsbestemt tidsintervall.

5 Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav, karakterisert vedat trinn D) er utført etter en forhåndsbestemt varighet har passert etter trinn B).

6 Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav, karakterisert vedat fra trinn C) og E) er forskjellene mellom informasjonsverdier av informasjonssignalet (s) og forutsagte verdier fremskaffet hvilket representerer en kodet versjon av informasjonssignalet (s).

7 Anordning for å kode et informasjonssignal (s) prediktivt som omfatter en sekvens av informasjonsverdier (s(i), ie|N),karakterisert vedat den innbefatter: midler (16, 18) for å utføre en adaptiv prediksjonsalgoritme hvor prediksjonskoeffisientene (co;) kan bli initialisert og som er kontrollerbare ved en hastighetsparameter til å operere med en første adapsjonshastighet og en første adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en første verdi og til å operere med en andre, sammenlignet med den første, lavere adapsjonshastighet og en andre, sammenlignet med den første, høyere adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en andre verdi; og kontrollmidler (20) koblet til midlene (16, 18) for å utføre den adaptive prediksjonsalgoritme og effektivt til å forårsake: A) initiering (40) av prediksjonskoeffisientene (©;); B) kontroll (42) av den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den første verdi; C) koding (44) av etterfølgende informasjonsverdier av informasjonssignalet (s) ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den første verdi så lenge som en forhåndsbestemt varighet etter kontrollen B) ikke har utløpt til å kode en første del av informasjonssignalet (s); D) etter utløp av den forhåndsbestemte varighet etter kontrollen B), kontroll (50) av den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den andre verdi; og E) koding (44) av informasjonsverdier av informasjonssignalet (s) som følger informasjonsverdiene kodet i kodingen C) ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den andre verdi til å kode en andre del av informasjonssignalet (s) som følger den første del.

8 Anordning i henhold til krav 7, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet for å forårsake koding C) til å være utført ved bruk av adapsjon av prediksjonskoeffisientene (©i) initialisert i A) for å oppnå adapterte prediksjonskoeffisienter (©i) og koding E) til å være utført ved å bruke adapsjon av de adapterte prediksjonskoeffisienter (coi).

9 Anordning i henhold til et av krav 6 til 8, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet for å forårsake trinn A)-E) til å bli repetert periodisk ved forhåndsbestemte tider for å kode etterfølgende seksjoner av informasjonssignalet (s).

10 Anordning i henhold til krav 9, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet slik at de forhåndsbestemte tider returnerer syklisk i et forhåndsbestemt tidsintervall.

11 Anordning i henhold til krav 9 eller 10, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet slik at trinn D) er utført etter en viss varighet etter trinn B) har passert.

12 Anordning i henhold til et av krav 7-11, karakterisert vedat midlene (16, 18) for å utføre en adaptiv prediksjonsalgoritme er formet for å oppnå forskjeller mellom informasjonsverdier av informasjonssignalet (s) og forutsagte verdier som representerer en kodet versjon av informasjonssignalet (s).

13 Fremgangsmåte for å dekode et prediktivt kodet informasjonssignal som omfatter en sekvens av awiksverdier (8(i), ie|N) ved hjelp av en adaptiv prediksjonsalgoritme som prediksjonskoeffisientene (©i) kan bli initialisert av og som er kontrollerbar med en hastighetsparameter ( X) til å operere med en første adapsjonshastighet og en første adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en første verdi og til å operere med en andre, sammenlignet med den første, lavere adapsjonshastighet og en andre, sammenlignet med den første, høyere adapsjonspresisjon i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en andre verdi,karakterisertved at den innbefatter trinnene med: F) å initialisere (90) prediksjonskoeffisientene (©;); G) å kontrollere (92) den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den første verdi; H) å dekode (94) etterfølgende awiksverdier av det prediktivt kodede informasjonssignal ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den første verdi så lenge som en forhåndsbestemt varighet etter trinn G) ikke har utløpt for å dekode en første del av det prediktivt kodede informasjonssignal; I) etter utløp av den forhåndsbestemte varighet etter trinn G), å kontrollere (100) den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den andre verdi; og J) å dekode (94) awiksverdier av det prediktivt kodede informasjonssignal som følger awiksverdiene dekodet i trinn H) ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den andre verdi til å dekode en andre del av det prediktivt kodede informasjonssignal.

14 Fremgangsmåte i henhold til krav 13, karakterisert vedat trinn H) er utført ved å bruke adapsjon av prediksjonskoeffisientene (©i) initialisert i trinn F) for å oppnå adapterte prediksjonskoeffisienter (©i) og hvor trinn J) er utført ved å bruke adapsjon av de adapterte prediksjonskoeffisienter (©;).

15 Fremgangsmåte i henhold til krav 13 eller 14, karakterisert vedat trinn F)-J) er repetert periodisk ved forhåndsbestemte tider for å dekode etterfølgende seksjoner av det prediktivt kodede informasjonssignal.

16 Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat de forhåndsbestemte tider returnerer syklisk i et forhåndsbestemt tidsintervall.

17 Fremgangsmåte i henhold til et av krav 13 til 16, karakterisert vedat trinn I) er utført etter en forhåndsbestemt varighet har passert etter trinn G).

18 Fremgangsmåte i henhold til et av krav 13 til 17, karakterisert vedat trinn H) og J) omfatter å legge til forskjeller i det prediktivt kodede informasjonssignal og forutsagte verdier.

19 Anordning for å dekode et prediktivt kodet informasjonssignal som omfatter en sekvens av awiksverdier (8(i), ie|N),karakterisert vedat den innbefatter: midler (16, 18) for å utføre en adaptiv prediksjonsalgoritme hvor prediksjonskoeffisientene (©i) kan bli initialisert og som er kontrollerbar ved en hastighetsparameter ( X) til å operere med en første adapsjonshastighet og en første adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en første verdi og til å operere med en andre, sammenlignet med den første, lavere adapsjonshastighet og en andre, sammenlignet med den første, høyere adapsj onspresisj on i tilfellet hvor hastighetsparameteren ( X) har en andre verdi; og kontrollmidler (20) koblet til midlene (16, 18) for å utføre den adaptive prediksjonsalgoritme og effektivt til å forårsake: F) initiering (40) av prediksjonskoeffisientene (©;); G) kontroll (42) av den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den første verdi; H) dekoding (44) av etterfølgende awiksverdier av det prediktivt kodede informasjonssignal ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den første verdi så lenge som en forhåndsbestemt varighet etter kontrollen G) ikke har utløpt til å dekode en første del av det prediktivt kodede informasjonssignal; I) etter utløp av den forhåndsbestemte varighet etter kontrollen G), kontroll (50) av den adaptive prediksjonsalgoritme til å sette hastighetsparameteren ( X) til den andre verdi; og J) dekoding (44) av awiksverdier av det prediktivt kodede informasjonssignal som følger awiksverdiene dekodet i dekodingen H) ved hjelp av den adaptive prediksjonsalgoritme med hastighetsparameteren ( X) satt til den andre verdi til å dekode en andre del av det prediktivt kodede informasjonssignal.

20 Anordning i henhold til krav 19, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet for å forårsake kodingen H) til å bli utført ved å bruke adapsjon av prediksjonskoeffisientene (©;) initialisert i F) for å oppnå adapterte prediksjonskoeffisienter (coj), og kodingen J) til å bli utført ved å bruke adapsjon av de adapterte prediksjonskoeffisienter (©;).

21 Anordning i henhold til krav 19 eller 20, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet for å forårsake trinn F)-J) til å bli repetert periodisk ved forhåndsbestemte tider for å dekode etterfølgende seksjoner av det prediktivt kodede informasjonssignal.

22 Anordning i henhold til krav 21, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet slik at de forhåndsbestemte tider returnerer syklisk i et forhåndsbestemt tidsintervall.

23 Anordning i henhold til et av krav 19 til 22, karakterisert vedat kontrollmidlene (20) er formet slik at trinn I) er utført etter en forhåndsbestemt varighet etter trinn G) har passert.

24 Anordning i henhold til et av krav 19-23, karakterisert vedat midlene (16, 18) for å utføre en adaptiv prediksjonsalgoritme omfatter midler for å legge til forskjeller i det prediktivt kodede informasjonssignal og forutsagte verdier.

25 Dataprogram,karakterisert vedat det har en programkode for å utføre fremgangsmåten i henhold til et av krav 1 til 6 eller i henhold til et av krav 13 til 18 når dataprogrammet kjører på en datamaskin.