PT1603244E - Transmissão de um sinal em modo binário - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

TRANSMISSÃO DE UM SINAL EM MODO BINÁRIO A invenção diz respeito a um sinal de transmissão compreendendo um sinal em modo binário ("bitstream") residual com dados comprimidos, para um transmissor para transmitir um residual em modo binário de dados comprimidos, para um receptor para receber um sinal em modo binário residual com dados comprimidos, para um suporte de gravação suportando um sinal em modo binário residual com dados comprimidos, para um aparelho de gravação para gravar um sinal em modo binário residual com dados comprimidos num suporte de gravação, e para um aparelho de reprodução para reproduzir um residual em modo binário com dados comprimidos. A transmissão e gravação/reprodução de um sinal áudio são bem conhecidas na técnica. A este respeito é feita referência a EP-A 402 973, documento Dl na lista de documentos relacionados. O documento descreve um codificador de sub-banda no qual um sinal áudio é sujeito a conversão de analógico para digital A/D com uma frequência de discriminação especifica, tal como 44,1 kHz, e as discriminações resultantes na forma, por exemplo, de palavras com extensão de 24 bits do sinal áudio são fornecidas a um filtro separador de sub-banda. O filtro separador de sub-banda separa o sinal áudio digital de banda larga numa pluralidade de sinais de sub-banda com banda relativamente estreita. Utilizando um modelo psico acústico, é derivado um limiar oculto e blocos de discriminações dos sinais de sub-banda são subsequentemente quantificados ("quantised") com um número específico de bits por

discriminação para cada bloco dos sinais de sub-banda, em resposta ao dito limiar oculto, resultando numa significativa compressão de dados do sinal áudio a ser transmitido. A compressão de dados levada a cabo é baseada em 'rejeitar' 1 aqueles componentes no sinal áudio que são inaudíveis e é assim um método de compressão por perda. A compressão de dados descrita no documento Dl é um método de compressão de dados pouco inteligente e requer um número substancial de portas ou instruções, quando realizado em hard ou software respectivamente, pelo que é dispendioso. Além disso, o subsequente aparelho de expansão também requer um substancial número de portas ou instruções, quando realizado em hardware ou software respectivamente. A invenção pretende providenciar um sinal de transmissão compreendendo um sinal residual com dados comprimidos que pode ser obtido por um codificador sem perda de uma maneira relativamente simples e um transmissor para transmitir um sinal áudio tal que ele pode ser comprimido em dados por um codificador sem perda de uma maneira relativamente simples. Além disso, a invenção pretende providenciar um correspondente receptor para receber o sinal em modo binário processado numa réplica do sinal áudio. 0 sinal de transmissão de acordo com a invenção é caracterizado pelas características da reivindicação 1. Um suporte de gravação de acordo com a invenção é caracterizado pelas características da reivindicação 4. A invenção está baseada no reconhecimento seguinte. Os sinais em modo binário ocupam uma considerável quantidade de capacidade. Para ilustrar isto: numa proposta corrente para um novo Standard para um disco óptico áudio, o disco conterá dois canais de sinais áudio convertidos em modo binário, discriminados a 64. fs, onde fs = 44,l kHz. Isto corresponde a uma taxa quatro vezes mais elevada que um disco áudio CD corrente. Como descrito num pedido de patente anteriormente depositado mas ainda não publicado n°. 96202807.2 em nome do 2 requerente, documento D7 na lista de documentos relacionados que pode ser encontrada no final desta descrição, já algoritmos de codificação sem perda de baixa complexidade, tais como a fixada tabela de codificação Huffman, estão aptos a reduzir esta capacidade a uma certa dimensão. Experiências revelaram que mesmo mais elevadas relações de compressão sem perda podem ser obtidas utilizando algoritmos mais sofisticados mais complexos, tais como Lempel-Ziv.

Principalmente em codificação áudio/palavra, a predição linear é conhecida como sendo uma técnica poderosa. Removendo redundância de um sinal palavra/áudio antes de quantificação, a entropia de sinal após quantificação pode ser significativamente reduzida. Os sinais na entrada e na saída de um preditor são numa representação ou em vírgula flutuante ou em multi bit.

Na codificação sem perda de sinais em modo binário, a complexidade do algoritmo, especialmente no lado do descodificador é de importância. Contudo, geralmente, a performance do algoritmo de codificação sem perda está estreitamente relacionada com a sua complexidade.

De acordo com a invenção, é utilizada predição em sinais em modo binário, isto é, sinais com apenas dois diferentes símbolos de representação, ou '0' ou '1'. Isto tem a vantagem de um acréscimo de performance de compressão sem perda, com apenas uma complexidade extra marginal.

Experiências revelaram que já uma predição de terceira ordem tem efeito considerável nas estatísticas do sinal resultante. Por meio de predição, como um passo de processamento, antes da compressão de dados, a probabilidade de um bit '1' pode ser descida de 50% para cerca de 20%. O efeito disto é que a saída do aparelho de acordo com a invenção contém longas 3 séries de 'zeros', o que pode ser explorado por simples codificação Huffman ou codificação expressa em comprimento ("run-length") . 0 sinal áudio pode ser aplicado em forma analógica ou em forma digital. Quando da conversão A/D, de acordo com a invenção, de um sinal áudio analógico com um conversor A/D de 1 bit (também denominado: conversor de modo binário ou modulador sigma-delta), o sinal áudio a sujeitar a conversão A/D é discriminado ("sampled") com uma frequência que é geralmente uma multiplicidade da frequência de 44,1 kHz ou 48 kHz. 0 sinal de saida do conversor A/D de 1 bit é um sinal binário denominado sinal de modo binário ("bitstream”) . Quando o sinal áudio é fornecido em forma digital, discriminado por exemplo a 44,1 kHz, as discriminações sendo expressas em por exemplo 16 bits por discriminação, este sinal áudio digital é sobrediscriminado com uma frequência que é outra vez uma multiplicidade desta frequência de discriminação de 44,1 kHz (ou 48 kHz), o que resulta no sinal em modo binário de 1 bit.

Converter um sinal áudio para um sinal em modo binário de 1 bit tem uma quantidade de vantagens. A conversão em modo binário é um método de codificação de elevada qualidade, com a possibilidade de uma descodificação de elevada qualidade ou uma descodificação de baixa qualidade com a vantagem adicional de um circuito de descodificação mais simples. É feita referência a este respeito às publicações Ά digital decimating filter for analog-to-digital conversion of hi-fi audio signals', por j. j. van der Kam, documento D2 na lista de documentos relacionados, e Ά higher order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters' por Kirk C. H. Chao et al, documento D3 na lista de documentos relacionados. 4

Conversores D/A de 1 bit são utilizados em leitores de CD, como um exemplo, para reconverter o sinal áudio em modo binário num sinal áudio analógico. 0 sinal áudio gravado num disco CD é contudo de dados não comprimidos, antes de gravação no disco. É bem sabido na técnica que o sinal em modo binário resultante do conversor A/D de 1 bit é, grosseiramente dito, um sinal "random" que tem uma frequência especifica 'tipo ruído' ('noisy like') . Tais tipos de sinais são custosos de comprimir dados.

Surpreendentemente, contudo, foi confirmado que aplicando um passo de predição, antes da compressão de dados, por exemplo utilizando um codificador sem perda, uma significativa redução de dados pode ser obtida, a despeito do caracter de ruido do sinal em modo binário do conversor A/D de 1 bit.

Deverá notar-se que US 4,905,002 descreve um método e sistema para comprimir uma fileira bit codificada em modulação delta transformando a dita fileira bit e subsequentemente executando uma codificação expressa em comprimento. Além disso, EP 0 772 364 A2 descreve um aparelho de processamento de informação compreendendo um meio de predição para predizer um valor pixel objectivo, um meio de predição de geração de erro, meios de conversão para converter o erro de valor do erro de predição, na base de quantidade estatística relacionada com os valores de erro de predição e meios de codificação entrópica. Todos os ditos meios estão preparados para processar sinais multi bit.

Estes e outros aspectos da invenção serão claros a partir de e elucidados além disso com referência às formas de realização descritas na seguinte descrição das figuras, em que 5 a figura 1 mostra uma forma de realização do aparelho de processamento de dados, a figura 2 mostra parte de uma forma de realização de uma unidade de predição para utilização no aparelho da figura 1, a figura 3 mostra uma forma de realização da unidade de predição e da unidade de combinação de sinal incorporadas no aparelho de processamento de dados, a figura 4 mostra o aparelho de processamento de dados da figura 1 incorporado num aparelho de gravação para gravar o sinal em modo binário residual num suporte de gravação, a figura 5 mostra o aparelho de processamento de dados incorporado num aparelho de transmissão para transmitir o sinal em modo binário residual via um meio de transmissão, a figura 6 mostra uma forma de realização adicional do aparelho de gravação, além disso provido com um codificador de correcção de erro e um codificador de canal, a figura 7 mostra uma forma de realização de um outro aparelho de processamento de dados para reconverter o sinal em modo binário residual numa réplica do sinal áudio original, a figura 8 mostra uma forma de realização da unidade de combinação de sinal e a unidade de predição incorporada no aparelho da figura 7, a figura 9 mostra o aparelho de processamento de dados da figura 7 incorporado num aparelho de reprodução para reproduzir o sinal em modo binário residual a partir de um suporte de gravação, e a figura 10 mostra o aparelho de processamento de dados da figura 7 incorporado num aparelho de recepção para receber o sinal em modo binário residual a partir de um meio de transmissão, 6 a figura 11 mostra uma forma de realização adicional do aparelho de reprodução, além disso provido com um descodificador de canal e uma unidade de correcção de erro, a figura 12 mostra a derivação de uma tabela de conversão para uma outra forma de realização da unidade de predição no aparelho da figura 1, a figura 13 mostra uma outra forma de realização do aparelho de processamento de dados, a figura 14 mostra uma forma de realização de um aparelho de processamento de dados para reconverter o sinal em modo binário residual obtido pelo aparelho da figura 14 numa réplica do sinal áudio original, a figura 15 mostra a aplicação de uma unidade de compressão de dados num aparelho de gravação, a figura 16 mostra a aplicação de uma unidade de expansão de dados num aparelho de reprodução, a figura 17a mostra o espectro de frequência do sinal de saida do conversor A/D de 1 bit da figura 1, e a figura 17b mostra o espectro de frequência do mesmo sinal de saida numa faixa de frequência mais reduzida, a figura 18 mostra uma modificação do aparelho da figura 1, a figura 19 um aparelho de processamento de dados provido com um codificador aritmético, e a figura 20 um aparelho de processamento de dados provido com um descodificador aritmético. A figura 1 mostra uma forma de realização do aparelho de processamento de dados de acordo com a invenção, compreendendo um terminal de entrada 1 para receber o sinal áudio. No presente exemplo, o sinal áudio é um sinal áudio analógico. O terminal de entrada 1 está acoplado a uma entrada 2 de um conversor A/D de 1 bit 4, também denominado: 7 modulador sigma-delta. Uma saída 6 do conversor A/D de 1 bit 4 está acoplada a uma entrada 8 de uma unidade de predição 10 bem como a uma primeira entrada 40 de uma unidade de combinação de sinal 42. Uma saída 12 da unidade de predição 10 está acoplada a uma segunda entrada 44 da unidade de combinação de sinal 42, uma saída 48 da qual está acoplada a um terminal de saída 14. O conversor A/D de 1 bit 4 está adaptado para levar a cabo uma conversão A/D de 1 bit no sinal áudio de maneira a obter um sinal em modo binário que é fornecido à saída 6. Para este fim, o conversor A/D 4 recebe uma frequência de discriminação igual a N.fs via uma entrada 16.fs é uma frequência igual a por exemplo 32 kHz, 44,1 kHz ou 48 kHz e N é um número grande, tal como 64. O sinal áudio é discriminado no conversor A/D 4 com uma frequência de discriminação de por exemplo 2,8224 MHz (64x44,1 kHz). O sinal em modo binário que aparece na saída 6 do conversor a/d tem assim uma velocidade bit de 2,8224 MHz.

Os meios de predição 10 estão adaptados para levar a cabo um passo de predição no sinal em modo binário aplicado à sua entrada 8 de maneira a obter um sinal em modo binário predito na sua saída 12. Os meios de combinação de sinal 42 estão adaptados para combinar o sinal em modo binário aplicado na sua entrada 40 e o sinal em modo binário predito aplicado na sua entrada 44 de maneira a obter um sinal em modo binário resíduo que é fornecido à sua saída 14. A figura 17a mostra um espectro de frequência do sinal em modo binário presente na saída 6 do conversor A/D 4, para um sinal de entrada na forma de uma sinusoide a 5 kHz, discriminado com uma frequência de discriminação de 2,8224 MHz. O espectro assim mostra frequências entre 0 Hz e 1,4 MHz. A figura 17b mostra parte do espectro representado na figura 17a, nomeadamente aquela parte entre 0 Hz e 100 kHz, de maneira a representar mais claramente a sinusoide a 5 kHz compreendida no sinal em modo binário. Claramente visivel é o caracter tipo ruído do sinal em modo binário, especialmente na região de frequência mais elevada, o que parece querer dizer que levando a cabo um passo de predição no dito sinal, com uma subsequente combinação de sinal da versão predita do sinal em modo binário e do sinal em modo binário de maneira a obter o dito sinal residual não resultará num substancial decréscimo de entropia do sinal residual, tal decréscimo de entropia do sinal residual comparada com o sinal de entrada da unidade de predição sendo o desígnio geral de uma unidade de predição.

Contrariamente a isto, investigações tornaram claro que um decréscimo significativo na entropia do sinal em modo binário residual pode ser obtido levando a cabo um passo de predição, a despeito do carácter tipo ruído do sinal em modo binário. A unidade de predição 10 pode ter qualquer forma, e poderá compreender um filtro FIR ou em filtro IIR, onde os coeficientes do filtro são escolhidos (ou derivados) tais, que o sinal de saída da unidade de predição 10 é a versão predita do sinal em modo binário.

Uma outra forma de realização da unidade de predição 10 será além disso exposta com referência à figura 2 e 3. A figura 2 mostra uma parte da unidade de predição 10, que compreende um registo deslocável ("shift”) de três bits 20 tendo uma entrada acoplada à entrada 8 da unidade de predição 10. Com a aplicação de três impulsos de relógio (não representado) ao registo deslocável 20, três subsequentes bits xi, x2, X3 do sinal em modo binário aplicado à entrada 8 são transferidos para o registo deslocável 20. Um detector 22 está presente tendo uma entrada 24 acoplada à entrada 8 da unidade de predição 10. O detector detecta o valor bit do seguinte bit 9 Χ4 seguindo directamente os três subsequentes bits xi, X2, X3 no sinal em modo binário. Além disso, um contador 26 está presente o qual conta o número de vezes que um bit '0' segue uma especifica sequência de bits de três bits χι, X2, X3 e o número de vezes que um bit '1' segue a mesma especifica sequência de bits de três bits. Isto é feito para todas as oito possíveis sequências de bit de três bits χι,χ2,Χ3·

Explicado de uma maneira diferente. Assuma-se que a sequência de três bits '100' é armazenada no registo deslocável 20 e que o detector 24 detecta que o bit seguinte x4 é '0'. Como resultado, o número N4,0 na coluna 28 é acrescido de um. Com o seguinte impulso de relógio aplicado ao registo deslocável 20, a palavra de 3 bits armazenada no registo deslocável 20 é agora igual a '000'. Assuma-se que o bit seguinte x4 é agora igual a '1'. Como resultado, o número N0,i na coluna 30 é acrescido de um.

Este procedimento é continuado para uma porção relativamente grande do sinal em modo binário. Quando a porção do sinal em modo binário foi processada nesta maneira, as colunas 28 e 29 estão preenchidas com números Ni,0, Ν4,ι, os quais indicam o número de ocorrências de um bit '0' ou um bit '1' respectivamente como o seguinte bit seguindo a sequência de 3 bits de ordem i dada na coluna 32, onde i vai de 0 a 7 no presente exemplo.

Em seguida, um valor binário predito x4' é derivado dos números nas colunas 28 e 30 para cada das sequências de 3 bits x4,x2,X3 na coluna 32, tomando o valor binário (ou '0' ou Ί') que resultou no mais elevado dos números de contagem Ni(0 eN1(i, para a sequência de bit de ordem i na coluna 32. Como um exemplo, se N4;0 é igual a 78 e N4,i é igual a 532, o bit predito x4' em resposta à ocorrência da sequência de bit de 3 bits '100' é escolhido igual a ' 1' . Uma tabela de conversão 10 pode assim ser derivada compreendendo as colunas 32 e 34, de maneira que para cada uma das oito possíveis sequências de 3 bits armazenadas no registo deslocável 20, um correspondente bit predito x4' pode ser gerado. Na situação em que iguais valores de contagem Ν1(0 e N1(i foram derivados para uma sequência de três bits i, pode-se escolher um dos dois valores binários '0' ou '1' ao acaso como valor para o bit predito.

Será notado aqui, que dois contadores para cada combinação de bit de 3 bits são utilizados para contar os números de ' zeros' e 'uns' seguindo a dita combinação de bit de 3 bits. A despeito disto, pode-se utilizar apenas um contador que é capaz de contar para cima quando da ocorrência de um bit 'zero' seguindo a combinação de bit de 3 bits e de contar para baixo em resposta à ocorrência de um bit 'um' seguindo a combinação de bit de 3 bits. Se o valor de contagem no final do procedimento de teste é mais elevado que no início do procedimento de teste, o bit predito será escolhido 'zero'. Se o valor de contagem acontece ser inferior ao valor de contagem no início do procedimento de teste, o bit predito será escolhido 'um'.

Se o sinal a ser processado é substancialmente invariante no tempo, pode ocorrer que, ao derivar uma tabela de conversão a partir de uma porção seguinte de um sinal em modo binário, os mesmos valores preditos x4' serão obtidos. Em tal caso, é suficiente derivar a tabela de conversão uma vez. Para sinais em modo binário tendo propriedades variáveis, pode ser necessário de cada vez derivar a tabela de conversão a partir de uma subsequente porção do sinal em modo binário e predizer aquela porção do modo binário utilizando a sua própria tabela de conversão derivada. 11 A figura 3 representa uma versão elaborada adicional da unidade de predição 10 juntamente com a unidade de combinação de sinal 42. A entrada 8 da unidade de predição 10 está acoplada a uma primeira entrada 40 de uma unidade de combinação de sinal 42. Uma saida 46 dos meios de conversão 26' que compreendem a tabela de conversão derivada pela maneira descrita acima com referência à figura 2, está acoplada a uma segunda entrada 44 da unidade de combinação de sinal 42, uma saída 48 da qual está acoplada à saida 14 do aparelho de processamento de dados. A unidade de combinação de sinal 42 pode ser na forma de um EXOR, mas a unidade de combinação 42 pode ter uma diferente construção, tal como um EXNOR.

Em resposta a uma sequência de bit de três bits xi, x2, X3 armazenada no registo deslocável 20, a unidade de conversão 26' fornece o bit x4' na sua saída 46. Este bit x4' é uma predição do bit x4 presente nas entradas do registo deslocável 20 e da unidade de combinação 42. A unidade de combinação 42 combina os bits x4 e x4' de maneira a obter um bit residual. Com um subsequente sinal de relógio (não representado) o bit x4 presente na entrada do registo deslocável 20 é introduzido no registo deslocável 20, de maneira que uma nova sequência de bit de 3 bits é armazenada no registo deslocável 20. A unidade de combinação 26' gera um novo bit de predição x4' em resposta a esta nova sequência de bit de 3 bits armazenada no registo deslocável 20. A unidade de combinação de sinal 42 combina este novo bit de predição x4' com o novo bit x4 agora presente na entrada 40 de maneira a obter um novo bit residual. Deste modo, é obtido um sinal em modo binário residual.

Assuma-se que a unidade de combinação 42 é um EXOR, o sinal residual tem a seguinte propriedade. Assuma-se que ambos os bits x4 e x4' são o mesmo, isto é, ou '0' ou '1'. O bit 12 residual fornecido pelo EXOR é '0'. Assuma-se agora que os bits x4 e x4' não são iguais um ao outro. Como resultado, é gerado pelo EXOR 42 um bit '1' como um bit residual. A ocorrência dos bits '1' no sinal residual é assim uma medida para os erros entre o sinal em modo binário predito aplicado na entrada 44 da unidade de combinação 42 e o sinal em modo binário aplicado à entrada 40. A figura 4 representa uma forma de realização de um aparelho de gravação compreendendo o aparelho de processamento de dados representado na figura 1, que pode incluir a unidade de predição representada na figura 3. O aparelho de gravação compreende além disso uma unidade de compressão de dados 150 para comprimir dados do sinal em modo binário residual para um sinal em modo binário residual de dados comprimidos e uma unidade de escrita 50 para gravar o sinal em modo binário residual de dados comprimidos numa pista do suporte de gravação 52. No presente exemplo, o suporte de gravação 52 é um suporte de gravação magnético, pelo que a unidade de gravação 50 compreende pelo menos uma cabeça magnética 54 para gravar o sinal em modo binário residual no suporte de gravação 52. O suporte de gravação pode contudo ser um suporte de gravação óptico, tal como um disco CD ou um disco DVD. A figura 5 representa uma forma de realização de um transmissor para transmitir um sinal áudio via um meio de transmissão TRM, compreendendo o aparelho de processamento de dados como representado na figura 1, que pode incluir a unidade de predição representada na figura 3. O transmissor além disso compreende a unidade de compressão de dados 150 e adicionalmente compreende uma unidade de transmissão 60 para aplicar o sinal em modo binário residual de dados comprimidos ao meio de transmissão TRM. A unidade de transmissão 60 pode compreender uma antena 62. 13 A transmissão via um meio de transmissão, tal como um link de rádio frequência ou um suporte de gravação, geralmente requer uma codificação de correcção de erro e uma codificação de canal levada a cabo no sinal residual de dados comprimidos a ser transmitido. A figura 6 representa tais passos de processamento de sinal levados a cabo no sinal residual de dados comprimidos para a disposição de gravação da figura 4. A disposição de gravação da figura 6 compreende por isso um codificador de correcção de erro 56, bem conhecido na técnica, e um codificador de canal 58, também bem conhecido na técnica.

Foi dito acima que, em algumas aplicações, é suficiente utilizar uma tabela de conversão fixa para processar o sinal em modo binário. Com a reconversão do sinal em modo binário residual para uma réplica do sinal em modo binário original, também uma tabela de conversão fixa é suficiente. Numa aplicação onde, para subsequentes porções do sinal em modo binário de cada vez necessita de ser determinada uma correspondente tabela de conversão, para gerar o sinal em modo binário residual, será requerido utilizar as mesmas tabelas de conversão para as porções em questão ao reconverter o sinal em modo binário residual para a réplica do sinal em modo binário original. Em tal situação, pode ser necessário transmitir informação lateral representativa das tabelas de conversão utilizadas para as várias porções subsequentes conjuntamente com o sinal residual de maneira a permitir a reconversão com a recepção.

Como um exemplo adicional, se parece suficiente utilizar apenas duas tabelas de conversão no aparelho de processamento da figura 1, tal informação lateral poderá ser simplesmente um sinal de selecção, seleccionando uma das duas tabelas de conversão. Um aparelho de reconversão correspondente poderá 14 compreender também as duas tabelas de conversão, e o sinal de selecção poderá ser utilizado para seleccionar uma das duas tabelas de conversão de maneira a reconverter o sinal em modo binário residual para a réplica do sinal em modo binário original.

Deverá contudo notar-se que, quando tendo derivado uma tabela de conversão para uma porção do sinal em modo binário, não é absolutamente necessário transmitir informação lateral correspondendo a esta tabela de conversão para um aparelho reconversor. 0 aparelho reconversor pode gerar a tabela de conversão por si próprio. A unidade de predição no aparelho de reconversão terá uma baixa precisão de predição no inicio, mas 'aprenderá' por ela própria de modo a obter uma tabela de conversão de predição, a qual será substancialmente idêntica à tabela de conversão utilizada no aparelho transmissor. A figura 7 representa uma forma de realização esquemática de um segundo aparelho de processamento de dados de acordo com a invenção, o qual é capaz de reconverter o sinal em modo binário residual para a réplica do sinal em modo binário original. 0 aparelho tem um terminal de entrada 70 para receber o sinal em modo binário residual, como fornecido pelo aparelho de processamento de dados da figura 1. O terminal de entrada 70 está acoplado a uma primeira entrada 86 de uma unidade de combinação de sinal 88, que tem uma saida 76 acoplada a uma entrada 72 de uma unidade de predição 74 bem como a uma entrada 78 de um conversor D/A de 1 bit 80. Uma saida 98 da unidade de predição 74 está acoplada a uma segunda entrada 101 da unidade de combinação de sinal 88. Uma saida 82 do conversor D/A 80 está acoplada a um terminal de saida 84. O aparelho da figura 7 recebe o modo binário residual por via da sua entrada 70 o qual é fornecido à entrada 86 da unidade 15 de combinação de sinal 88. A unidade de combinação de sinal 88 combina o sinal em modo binário residuo recebido via sua entrada 86 com um sinal em modo binário predito recebido via sua entrada 101 de maneira a obter um sinal em modo binário reconvertido, e a fornecer o sinal em modo binário reconvertido à sua saida 76. A unidade de predição 74 leva a cabo um passo de predição no sinal em modo binário reconvertido de maneira a obter o dito sinal em modo binário predito na sua saida 98. A unidade conversora D/A 80 leva a cabo uma conversão D/A no sinal em modo binário reconvertido de maneira a obter a réplica do sinal áudio original, que é fornecida ao terminal de saida 84. A unidade de predição 74 pode ter qualquer forma, e poderá compreender um filtro FIR, ou um filtro IIR, onde os coeficientes do filtro são escolhidos (ou derivados), tais que o sinal de saida da unidade de predição 74 é a versão predita do sinal em modo binário.

Uma outra forma de realização da unidade de predição 74 será além disso exposta com referência à figura 8. A entrada 72 da unidade de predição 74 está acoplada a uma entrada 92 de um registo deslocável de três bits 94. As três saídas das três posições de bit no registo deslocável 94 estão acopladas a correspondentes entradas de uma unidade de conversão 96. A unidade de conversão 96 compreende a tabela de conversão descrita e exposta acima com referência às figuras 2 e 3. Uma saída 98 da unidade de conversão 96 está acoplada a uma segunda entrada 101 a unidade de combinação de sinal 88. A unidade de combinação de sinal 88 pode ser na forma de um EXOR, mas a unidade de combinação 88 pode ser de uma construção diferente, tal como um EXNOR. Será claro que, se a unidade de combinação de sinal 42 da figura 3 é um EXOR, a unidade de combinação de sinal 88 da figura 8 deve ser também 16 um EXOR, com vista a regenerar uma réplica do sinal em modo binário original.

Em resposta a uma sequência de bit de três bits x4, x2, x3 armazenada no registo deslocável 94, a unidade de conversão 96 fornece o bit x4' na sua saida 98, na maneira exposta acima com referência às figuras 2 e 3. Este bit x4' é uma predição do bit x4 que será fornecido com o impulso de relógio seguinte pela unidade de combinação 88 e armazenado como o novo bit x3 na posição de armazenamento mais à direita do registo deslocável 94. 0 bit residual presente na entrada 86 da unidade de combinação 88 é combinado com o bit predito x4' de modo a obter a réplica do bit original x4 no sinal em modo binário original. Quando o bit residual é '0' o que significa que uma predição correcta foi efectuada no aparelho das figuras 1 e 3, a combinação do bit residual com o bit predito x4' conduz a que o bivalor do bit x4' apareça na saída on da unidade de combinação 88. Quando o bit residual é '1', o que significa que uma predição incorrecta foi efectuada na aparelho das figuras 1 e 3, a combinação do bit residual com o bit predito x4' conduz a que o valor de bit inverso do bit x4' apareça na saída 90 da unidade de combinação 88 .Em ambos os casos, uma réplica correcta do bit x4 aparecerá na saída 76 da unidade de combinação 88.

Com um subsequente sinal de relógio (não representado) o bit x4 presente na entrada do registo deslocável 94 é introduzido no registo deslocável 94, de maneira que uma nova sequência de bit de três bits é armazenada no registo deslocável 94. A unidade de combinação 96 gera um novo bit de predição x4' em resposta a esta nova sequência de bit de três bits armazenada no registo deslocável 94. A unidade de combinação de sinal 88 combina este novo bit de predição x4' com o bit residual seguinte no sinal em modo binário residual aplicado à entrada 86 de maneira a obter uma réplica do bit x4 seguinte no sinal 17 em modo binário. Desta maneira, é obtida a réplica do sinal em modo binário. A figura 9 representa o aparelho de processamento de dados da figura 7 incorporado com um aparelho de reprodução. 0 aparelho de reprodução além disso compreende uma unidade de expansão de dados 162, para expansão de dados do sinal em modo binário residual com dados comprimidos de maneira a obter uma réplica do sinal em modo binário residual original, e uma unidade de leitura 100 para ler o sinal em modo binário residual com dados comprimidos a partir de uma pista no suporte de gravação 52. No presente exemplo, o suporte de gravação 52 é um suporte de gravação magnético, pelo que a unidade de leitura 100 compreende pelo menos uma cabeça magnética 102 para ler o sinal em modo binário residual com dados comprimidos a partir do suporte de gravação 52. O suporte de gravação pode contudo ser um suporte de gravação óptico, tal como um disco CD ou um disco DVD. A figura 10 representa uma forma de realização de um receptor para receber um sinal áudio via um meio de transmissão TRM, compreendendo o aparelho de processamento de dados como representado na figura 7. O receptor compreende além disso a unidade de expansão de dados 162 e uma unidade de recepção 105 para receber o sinal em modo binário residual com dados comprimidos a partir de um meio de transmissão TRM. A unidade de recepção 105 pode compreender uma antena 107.

Como foi exposto acima, a transmissão via um meio de transmissão, tal como um link de rádio frequência ou um suporte de gravação, geralmente requer uma codificação de correcção de erro e uma codificação de canal efectuada no sinal em modo binário residual com dados comprimidos a ser transmitido, de maneira a que uma correspondente descodificação de canal e correcção de erro possa ser 18 efectuada na recepção. A figura 11 representa os passos de processamento de sinal da descodificação de canal e correcção de erro efectuada no sinal recebido, recebido pelos meios de leitura 100 para a disposição de reprodução da figura 9. A disposição de reprodução da figura 11 por isso compreende um descodificador de canal 110, bem conhecido na técnica, e uma unidade de correcção de erro 112, também bem conhecida na técnica, de modo a obter uma réplica do sinal em modo binário residual com dados comprimidos.

Disse-se também acima que, em algumas aplicações, é suficiente utilizar uma tabela de conversão fixa para processar o sinal em modo binário no aparelho das figuras 1 e 3. Na reconversão do sinal em modo binário residual numa réplica do sinal em modo binário original, também é suficiente uma tabela de conversão fixa, de modo que não necessita de ser transmitida informação lateral ao aparelho de processamento das figuras 7 e 8. Numa aplicação em que, para subsequentes porções do sinal em modo binário de cada vez uma correspondente tabela de conversão necessita de ser determinada no aparelho das figuras 1 e 3, para gerar o sinal em modo binário residual, será requerido utilizar as mesmas tabelas de conversão para as porções em questão ao reconverter o sinal em modo binário residual na réplica do sinal em modo binário original no aparelho das figuras 7 e 8. Em tal situação, será requerido transmitir informação lateral representativa das tabelas de conversão utilizadas para as várias subsequentes porções conjuntamente com o sinal residual de maneira a permitir a reconversão na recepção. Como um exemplo, esta informação lateral necessita assim de ser gravada no suporte de gravação 52, tal como na aplicação em que o aparelho das figuras 1 e 3 está acomodado num aparelho de gravação e o aparelho das figuras 7 e 8 está incorporado num aparelho de reprodução da figura 9 ou 11, e de ser reproduzida a partir do dito suporte de gravação com a reprodução. 19

Se acontece que é suficiente utilizar apenas duas tabelas de conversão no aparelho de processamento da figura 1, tal informação lateral poderá ser simplesmente um sinal de selecção, seleccionando uma das duas tabelas de conversão. Um correspondente aparelho de reconversão também poderá compreender as duas tabelas de conversão, e o sinal de selecção poderá ser utilizado para seleccionar uma das duas tabelas de conversão de maneira a reconverter o sinal em modo binário residual na réplica do sinal em modo binário original.

As formas de realização descritas acima são baseadas na predição de 1 bit (X4') seguindo uma sequência de três subsequentes bits (xi, X2, X3) no sinal em modo binário. Em geral, a unidade de predição pode ser capaz de predizer, a partir de n subsequentes bits no sinal em modo binário, m bits de predição, os ditos m bits de predição sendo versões preditas de m subsequentes bits no sinal em modo binário seguindo os ditos n subsequentes bits no sinal em modo binário, onde nem são inteiros maiores que zero. A figura 12 representa um exemplo de como derivar uma tabela de conversão que é capaz de predizer um ou dois bits de predição a partir de uma sequência de quatro bits consecutivos xi,x2,x3,x4 no sinal em modo binário. A figura 12 representa uma parte de uma outra unidade de predição 10', a qual compreende um registo deslocável de quatro bits 20' tendo uma entrada acoplada à entrada 8 da unidade de predição 10'. Com a aplicação de quatro impulsos de relógio (não representado) ao registo deslocável 20', quatro subsequentes bits xi,x2,X3,X4 do sinal em modo binário aplicado à entrada 8 são introduzidos no registo deslocável 20'. Um detector 22' está presente tendo uma entrada 24 acoplada à entrada 8 da unidade de predição 10'. O detector 22' detecta o valor de 20 bit dos dois bits seguintes x5, x6 seguindo directamente os quatro subsequentes bits xi,x2,X3,X4 no sinal em modo binário. Além disso, um contador 26" está presente o qual conta o número de vezes que um bit '0' segue uma sequência de bit de quatro bits xi, x2, X3, X4 especifica, o número de vezes que um bit '1' segue esta mesma especifica sequência de bit de quatro bits, o número de vezes que uma sequência de bit de dois bits '00' segue a mesma sequência de bit de quatro bits xi, x2, X3, X4, especifica, o número de vezes que uma sequência de bit de dois bits '01' segue aquela mesma sequência de bit de quatro bits especifica, o número de vezes que uma sequência de bit de dois bits ΊΟ' segue a mesma sequência de bit de quatro bits χι, x2, X3, X4 especifica e o número de vezes que uma sequência de bit de dois bits '11' segue a mesma sequência de bit de quatro bits especifica. Notar-se-á aqui que a combinação de bit de dois bits 'bi,b2' será expressa tal que o primeiro bit b2 é o bit x5, onde o segundo bit b2 é o bit x6.

Suponha-se que o detector 22' detectou que os dois bits X5, X6 igualam '01'. Como resultado, o contador 26" aumenta de um o valor de contagem Ni;0 na coluna 28' e de um o valor de contagem Nií3 na coluna 30', onde i varia de 0 a 15 e corresponde à sequência de bit de quatro bits de ordem i dada na coluna 32' da tabela da figura 12.

Em seguida, com a aplicação de um número de P impulsos de relógio ao aparelho da figura 12, onde P não precisa necessariamente de ser igual a 2, mas pode ser superior, uma outra sequência de bit de 4 bits x2, x2, x3, x4 do sinal em modo binário é armazenada no registo deslocável 20'. O detector 22' detecta os valores de bit dos dois bits seguintes χ5,Χδ no sinal em modo binário seguindo a dita sequência de bit de 4 bits. Suponha-se que os dois bits seguintes igualam '11'. 21

Como resultado, o contador 26" aumenta de um o valor de contagem Nifl na coluna 29 e de um o valor de contagem Nií5 na coluna 31, onde i corresponde à sequência de bit de 4 bits armazenada no registo deslocável 20', que se assume ser a sequência de bit de quatro bits de ordem i dada na coluna 32' da tabela da figura 12.

Este procedimento á repetido uma pluralidade de vezes, de maneira a que para todas as dezasseis possíveis sequências de bit de 4 bits xi, x2, X3, X4 os valores de contagem Νι,ο a Níí5 tenham sido obtidos. Os valores de contagem Nif0 a Nif5 indicam o número de ocorrências de sequências de bit de um bit e de dois bits seguindo a sequência de 4 bits de ordem i dada na coluna 32'.

Em seguida, ou um valor binário predito x5' ou uma sequência binária de dois bits predita x5, x6 é derivado, baseado nos valores de contagem nas colunas 28', 29, ...a 31, para cada das sequências de 4 bits χι,χ2,χ3,χ4 na coluna 32.

Suponha-se que o valor de contagem Nií0 ou o valor de contagem Nifl dos seis valores de contagem Nií0 a nÍí5 para a sequência de bit de 4 bits de ordem i na coluna 32' é substancialmente maior que todas as outras. Em tal situação, pode-se decidir escolher o bit '0' ou 0 bit '1', respectivamente, como 0 bit de predição x5'. Suponha-se que Nií0 a Nií2 não diferem muito e são maiores que os outros quatro valores de contagem. Em tal situação, pode-se decidir escolher a combinação de bit '00' como os bits de predição x5', x6' para a sequência de bit de ordem i.

Deste modo, a tabela de conversão obtida pode assim compreender uma coluna 33 a qual pode compreender ou um valor bit um como um bit de predição para predizer o bit seguindo 22 uma específica sequência de bit de 4 bits no sinal em modo binário, ou uma palavra binária de 2 bits como uma palavra de predição de 2 bits para predizer a palavra de 2 bits seguindo uma outra específica sequência de bit de 4 bits no sinal em modo binário. A figura 13 representa esquematicamente uma outra forma de realização do aparelho de processamento de dados para processamento de dados de um sinal áudio, que compreende uma unidade de conversão 130 na forma de uma tabela de conversão, tal como a exposta com referência à figura 12. Isto significa que a tabela de conversão compreende as colunas 32' e 33 dadas na figura 12, de modo que com a recepção de uma específica sequência de bit de 4 bits χχ, x2, X3, X4, como dada na coluna 32', um bit de predição específico x5 ou dois bits de predição específicos x5, χε serão gerados na saída 131 da unidade de conversão 130. O funcionamento do aparelho da figura 13 é como se segue. Em resposta a uma sequência de bit de 4 bits específica armazenada no registo deslocável 20' a unidade de conversão 130 gera, como um exemplo, uma palavra de um bit, igual a '1'. Este é o caso quando uma sequência de 4 bits '0000 ' é armazenada no registo deslocável 20'. A coluna 33 mostra que com tal sequência de 4 bits, ver coluna 32' na tabela da figura 12, é predito um bit '1', ver a coluna 33 na tabela da figura 12. 0 bit predito xs' é fornecido à entrada 44 da unidade de combinação 42 na qual o bit predito xs' é combinado com o bit real Xs no modo binário presente na entrada 40. Em seguida, com um impulso de relógio, gerado por uma unidade de processamento central 132, a informação no registo deslocável 20' é deslocada uma posição para a esquerda, de modo que o bit x5 está agora armazenado na localização de armazenamento mais à direita do registo 23 deslocável 20'. Suponha-se que esta bit era de facto um bit '1', como predito.

Em seguida, a unidade de conversão converte a sequência de 4 bits '0001' armazenada no registo deslocável 20' numa palavra de 2 bits '01', ver as colunas 32' e 33 na tabela da figura 12, a qual palavra de 2 bits é fornecida à saida 131. A unidade de processamento central 132 gera agora dois impulsos de relógio de modo que a palavra de predição de 2 bits '01' pode ser combinada na unidade de combinação 42 com os actuais bits x5, x6 no sinal em modo binário. Os dois impulsos de relógio também resultam numa deslocação em duas posições para a esquerda no registo deslocável 20' de maneira que o registo deslocável tem os valores '0' e ‘1' armazenados nas posições no registo deslocável 20' indicadas por xi e X2, e os bits actuais X5 e X6 mencionados acima são agora armazenados como os novos bits X3 e x4 no registo deslocável 20'. Assim, com a predição de um bit, a unidade de processamento central 132 gera um impulso de relógio, após o que um subsequente passo de predição é levado a cabo, visto que, com a predição de uma palavra de 2 bits, a unidade de processamento central 132 gera dois impulsos de relógio antes de um passo de predição subsequente ser levado a cabo.

Suponha-se que, para porções subsequentes do sinal em modo binário, uma correspondente tabela de conversão é derivada primeiro, por exemplo da maneira exposta acima com referência à figura 12, se deseja transmitir a tabela de conversão conjuntamente com 0 sinal em modo binário residual de maneira a permitir reconversão com recepção do sinal em modo binário residual. A figura 13 mostra uma ligação 135 entre a unidade de predição 26'" e a unidade de processamento central 132. Por via desta conexão, a tabela de conversão derivada da maneira descrita com referência à figura 12 pode ser fornecida à 24 unidade de processamento central 132 e subsequentemente fornecida a uma salda 137 para transmissão conjuntamente com o sinal em modo binário residual por via do meio de transmissão. A figura 14 mostra um aparelho correspondente para reconverter o sinal em modo binário residual fornecido pelo aparelho da figura 13. 0 aparelho da figura 14 apresenta uma larga semelhança com o aparelho das figuras 7 e 8, no sentido de que a unidade de combinação de sinal 88 e o conversor D/A 80 são os mesmos que a unidade de combinação de sinal e o conversor D/A respectivamente da figura 7. A entrada 72 da unidade de predição 74' está acoplada a uma entrada 92 de um registo deslocável de quatro bits 94'. As quatro saídas das quatro posições de bit no registo deslocável 94' estão acopladas a correspondentes entradas de uma unidade de conversão 96'. A unidade de conversão 96' compreende a tabela de conversão exposta e explicada acima com referência à figura 12. Uma saída 98 da unidade de conversão 96' está acoplada a uma segunda entrada 101 da unidade de combinação de sinal 88.

Em resposta a uma sequência de bit de 4 bits xi, x2, X3, X4 armazenada no registo deslocável 94', a unidade de conversão 96' fornece ou uma palavra d 1 bit x5' na sua saída 98 ou uma palavra de 2 bits x5', x6', da maneira exposta acima com referência à figura 12. Este bit x5' é uma predição do bit x5 dado pela tabela de conversão 96', que será fornecido com o seguinte impulso de relógio pela unidade de combinação 88 e armazenado como o novo bit Χ4 na posição de armazenamento mais à direita do registo deslocável 94'. O bit residual presente na entrada 86 da unidade de combinação 88 é combinado com o bit x5' predito com o impulso de relógio gerado pela unidade de processamento central 140, de maneira a obter a réplica do bit original xs no sinal em modo binário 25 original. Quando o bit residual é '0', o que significa que foi levada a cabo uma predição correcta no aparelho da figura 13, a combinação do bit residual com o bit predito xs' resulta no direito de o bit x5' aparecer na saida 90 da unidade de combinação 88 como o bit x5. Quando o bit residual é '1', o que significa que foi levada a cabo uma predição incorrecta no aparelho da figura 13, a combinação do bit residual com o bit predito x5' resulta no direito inverso de o bit xs' aparecer na saida 90 da unidade de combinação 88 como o bit x5. Em ambos os casos, uma réplica correcta do bit x5 aparecerá na saida 76 da unidade de combinação 88. A predição de 2 bits x5', xe' é uma predição da palavra de 2 bits xs ,X6 gerada pela tabela de conversão 96', que será fornecida com os dois impulsos de relógio seguintes da unidade de processamento central 140 pela unidade de combinação 88 e armazenada como a nova palavra de 2 bits X3., x4 nas duas posições de armazenamento mais à direita do registo deslocável 94'. Dois bits residuais presentes na entrada 86 da unidade de combinação 88 são combinados com a palavra de 2 bits predita X5 xe' de maneira a obter a réplica da palavra de 2 bits x5,x6 original no sinal em modo binário original. Quando os dois bits residuais são '0,0', o que significa que foi levada a cabo uma predição correcta no aparelho da figura 13, a combinação dos bits residuais com os bits preditos x5', x6' resulta no direito de os dois bits X5', xe' aparecerem na saida 90 da unidade de combinação 88 como os bits X5 , Xg. Quando os bits residuais forem '1,1', o que significa que foi levada a cabo uma predição incorrecta no aparelho da figura 13 em ambos os bits X5 e x6, a combinação dos dois bits residuais com os bits preditos x5', x6' resulta nos valores de bit inversos dos bits x5',x6' aparecerem na saída 90 da unidade de combinação 88 como os bits x5 ,x6. Quando um dos dois bits residuais é '1' e o outro é '0', isto significa que um dos bits de predição está errado e deverá 26 ser invertido com vista a obter dois bits correctos x5,X6· Em todos os casos, uma réplica correcta da palavra de 2 bits x5, x6 aparecerá na saida 76 da unidade de combinação 88.

Na situação em que, para subsequentes porções do sinal em modo binário, uma correspondente tabela de conversão é derivada primeiro no aparelho da figura 13, por exemplo da maneira exposta acima com referência à figura 12, é desejado transmitir a tabela de conversão conjuntamente com o sinal em modo binário residual de maneira a permitir reconversão com recepção do sinal em modo binário residual no aparelho da figura 14. A figura 14 por isso mostra um terminal de entrada 142 para receber a tabela de conversão. 0 terminal de entrada 142 está acoplado à unidade de processamento central 140, a qual tem uma conexão 144 com a unidade de predição 96'. Via esta conexão, a tabela de conversão pode ser fornecida à unidade de predição 96'.

Foi dito mais cedo que um passo de compressão de dados é levado a cabo no sinal em modo binário residual antes da transmissão. Preferivelmente, uma compressão de dados utilizando um codificador sem perda é levada a cabo. Os codificadores sem perda têm a vantagem de que eles podem comprimir dados do sinal áudio de uma maneira tal que, após a expansão de dados por um descodificador sem perdas, o sinal áudio original pode ser reconstruído numa maneira substancialmente sem perda. Isto significa que não existe substancial perda de informação após compressão-expansão. Os codificadores sem perda podem ser na forma de um codificador de extensão variável. Os codificadores de extensão variável são bem conhecidos na técnica. Exemplos de tais codificadores de extensão variável são os codificadores Huffman, codificadores aritméticos e codificadores Lempel-Ziv. Faz-se referência a este respeito às publicações Ά method for the construction of minimum- redundancy codes' por D. A. Huffman, 27 documento D4 na lista de documentos relacionados, 'An introduction to arithmetic coding' por G.G.Langdon, documento D5 na lista de documentos relacionados, e Ά universal algorithm for sequential data compression' por J. Ziv et al, documento D6 na lista de documentos relacionados. A figura 15 mostra uma forma de realização na qual o aparelho da figura 1 é seguido por uma unidade de compressão de dados 150 tal como um codificador sem perda. O sinal em modo binário residual com dados comprimidos é gravado num suporte de gravação óptico 155 por meio de uma unidade de gravação óptica 153. A figura 16 mostra a correspondente reprodução a partir do suporte de gravação óptico 155. O aparelho representado na figura 16 compreende um unidade de expansão de dados 162, tal como um descodficador sem perda, que leva a cabo um passo de expansão de dados no sinal em modo binário residual com dados comprimidos. O sinal em modo binário residual regenerado é fornecido à entrada 70 do aparelho da figura 7.

Uma modificação adicional da forma de realização da figura 1 é como se segue. Nesta modificação, a unidade de predição 10 está acoplada entre a saida da unidade de combinação de sinal 42 e a entrada 44 da unidade de combinação de sinal 42. Nesta modificação, a versão predita do sinal em modo binário é derivada pela unidade de predição a partir do sinal residual, fornecido pela unidade de combinação de sinal 42. Esta modificação está representada na figura 18, a qual é de facto idêntica à construção de circuito da unidade de predição e da unidade de combinação de sinal representadas na figura 7.

De uma maneira equivalente, uma modificação adicional da forma de realização da figura 7 é como se segue. Nesta modificação, a unidade de predição 74 é acoplada entre o 28 terminal de entrada 70 e a entrada 101 da unidade de combinação de sinal 88. Nesta modificação, a versão predita do sinal em modo binário é derivada pela unidade de predição a partir do sinal residual, fornecido ao aparelho de processamento via terminal 70. Esta modificação é de facto idêntica à construção de circuito da unidade de predição e da unidade de combinação de sinal representadas na figura 1.

Um melhoramento adicional do aparelho de processamento de dados pode ser obtido por uma forma de realização especifica da unidade de predição, tal como a unidade de predição 10 na figura 1. Nesta forma de realização especifica, a unidade de predição 10 está provida com um integrador para integrar o sinal de entrada, o qual é uma representação do sinal em modo binário, no sentido que o sinal de entrada tem valores de representação -1 e +1 para representar os bits '0' e '1' no sinal em modo binário. O integrador soma simplesmente todos os valores de representação, de modo que a sua saída instantânea é a soma cumulativa de todos os valores -1 e +1 que ele recebeu. O que a unidade de predição faz de facto, é gerar um pseudo sinal áudio e o bit predito para o sinal em modo binário a ser fornecido à saída 12 é derivado deste pseudo sinal áudio da maneira seguinte. O preditor deriva a partir dos n últimos valores de porção do pseudo sinal áudio gerado pelo integrador um valor de predição para a porção seguinte do pseudo sinal áudio. Em seguida o valor da última porção do pseudo sinal áudio gerado é comparado com o valor predito da porção seguinte. Se, observado ao longo de um eixo de amplitude, o valor da última porção do pseudo sinal áudio é mais pequeno que o valor de predição da porção seguinte, conclui-se que o bit predito seguinte no sinal em modo binário predito corresponde ao valor +1 (ou lógico '1') e quando o valor da última porção do pseudo sinal áudio é maior que o valor de predição da porção 29 seguinte, conclui-se que o bit predito seguinte no sinal em modo binário corresponde ao valor -1 (ou lógico '0')· Os bits preditos são fornecidos à saida da unidade de predição 10 como o sinal em modo binário predito. O valor predito da porção seguinte pode ser obtido aproximando as últimas n (que iguala 40) porções do pseudo sinal áudio com uma linha recta. Entender-se-á que processos de aproximação mais sofisticados (técnicas de filtro) são igualmente bem possíveis para predizer o próximo valor de porção. Em tal situação, como dito mais cedo, coeficientes de filtro para tais filtros serão derivados a partir do sinal numa base de quadro ("frame”) e transmitidos de maneira a permitir uma correspondente descodificação no lado do receptor.

Um outro aparelho de processamento de dados está representado na figura 19. No aparelho de processamento de dados da figura 19, o sinal em modo binário é fornecido à entrada 44 da unidade de combinação de sinal 42, e via um filtro de predição 10' e um quantificador Q à entrada 40 da unidade de combinação de sinal 42. O aparelho está provido além disso com uma unidade de compressão de dados 150' a qual compreende um codificador entrópico 154 e uma unidade de determinação de probabilidade 156. No presente exemplo, o codificador entrópico 154 é na forma de um codificador aritmético para codificar o sinal em modo binário residual num sinal em modo binário residual de dados comprimidos em resposta a valores de probabilidade p fornecidos à sua entrada 192. A unidade de determinação de probabilidade 156 determina um valor de probabilidade indicando a probabilidade de um bit no sinal em modo binário residual fornecido pela unidade de combinação 42 ter um valor lógico pré-determinado, tal como ‘1' . Este valor de probabilidade, referenciado por p na figura 19, é fornecido ao codificador aritmético 154 de maneira a permitir a compressão de dados do sinal em modo binário residual no 30 codificador aritmético 154. A unidade de determinação 156 determina este valor de probabilidade a partir do sinal de saida do filtro de predição 10'. isto é diferente do que se esperaria quando utilizando um codificador aritmético na unidade de compressão de dados 150, tal como na figura 4 ou 15, para comprimir o sinal em modo binário residual. Quando se utiliza um codificador aritmético na unidade de compressão 150, a unidade de probabilidade 156 derivará o valor de probabilidade a partir do próprio sinal em modo binário residual. Na forma de realização da figura 19, contudo, a unidade de determinação de probabilidade 156 deriva o valor de probabilidade a partir do sinal de saida gerado pelo filtro de predição 10'. Isto tem uma vantagem, que consiste em poder ser obtida uma mais elevada taxa de compressão com o codificador aritmético 154. O codific ador aritmético 154 pode comprimir dados do sinal em modo binário residual numa base de quadro. O funcionamento do aparelho da figura 19 é como segue. O filtro de predição 10' realiza uma filtragem de predição no sinal em modo binário de modo a obter um sinal de saida de vários bits. O sinal de saida de vários bits tem uma pluralidade de níveis dentro de uma faixa de por exemplo +3 e -3. Um quantificador Q recebe o sinal de saída de vários bits e gera daí um sinal em modo binário, por exemplo alocando um bit de um valor lógico '1' se o sinal de saída de vários bits tem um valor positivo e alocando um bit de valor lógico '0' se o sinal de saída de vários bits tem um valor negativo. Além disso, para cada um de uma pluralidade de subintervalos na faixa de valores do sinal de saída de vários bits, é determinado qual é a probabilidade de o correspondente bit no sinal residual ser por exemplo um bit '1'. Isto pode ser realizado contando o número de 'uns' e 'zeros' ocorrendo no sinal em modo binário residual durante um intervalo de tempo especifico, quando o sinal de saída de vários bits cai numa 31 de tais faixas. As probabilidades assim obtidas para os vários valores do sinal de saida de vários bits são subsequentemente fornecidas como o sinal de probabilidade p ao codificador aritmético 154. 0 sinal em modo binário residual de dados comprimidos é fornecido pelo codificador aritmético 154 a uma linha de saida 158, para transmissão via um meio de transmissão TRM. A figura 20 mostra um correspondente aparelho de processamento de dados para descodificar o sinal em modo binário residual de dados comprimidos, recebido via meio de transmissão TRM. O aparelho de processamento de dados da figura 20 compreende um descodificador entrópico 172, que recebe o sinal em modo binário residual de dados comprimidos via uma entrada 174. No presente exemplo, o descodificador entrópico 172 está na forma de um descodificador aritmético que executa um passo de descodificação aritmética no sinal em modo binário de dados comprimidos sob a influência de um sinal de probabilidade p, fornecido a uma entrada 176 de maneira a gerar uma réplica do sinal em modo binário residual original que é fornecido a uma saida 178. A réplica é fornecida a uma entrada 86 da unidade de combinação de sinal 88. A unidade de combinação de sinal 88 recebe além disso uma versão predita do sinal em modo binário por via da entrada 101 e gera a réplica do sinal em modo binário original na sua saida 76. A saida 76 está acoplada via um filtro de predição 74' e um quantificador Q à entrada 101 da unidade de combinação de sinal 88. O funcionamento do filtro de predição 74' e do quantif icador Q pode ser idêntico ao funcionamento do filtro de predição 10' e do quantificador Q da figura 19, isto é: o filtro de predição 74' deriva os seus coeficientes de filtro a partir do sinal de entrada que ele recebe via sua entrada 72. Numa outra forma de realização, o filtro de predição 74' recebe os coeficientes de filtro a partir de informação lateral recebida por via do meio de transmissão 32 TRM do aparelho codificador da figura 19, como será exposto abaixo.

Além disso, uma unidade de fornecimento de probabilidade 180 está presente para fornecer o sinal de probabilidade p ao descodificador aritmético 172. O sinal de probabilidade p pode ser obtido de diferentes maneiras. Uma maneira é, derivar o sinal de probabilidade p a partir do sinal de saida do filtro de predição 74', da mesma maneira que a unidade de determinação de probabilidade 156 determina então o sinal de probabilidade p a partir do filtro de predição 10' da figura 19. Em tal situação, a unidade de fornecimento 180 da figura 20 pode ser idêntica à unidade de determinação 156 da figura 19, e a unidade de fornecimento 180 tem uma entrada acoplada à saída do filtro de predição 74'. Uma outra maneira de gerar o sinal de probabilidade p, é utilizando informação lateral recebida por via do meio de transmissão TRM, como será exposto aqui adiante. A informação lateral pode ser gerada pelo aparelho da figura 19 para transmissão para o aparelho da figura 20. Tal informação lateral pode incluir os coeficientes de filtro para o filtro 10' que são determinados num quadro por base de quadro, os quais coeficientes são transmitidos ao filtro 74' para fixar as correctas características de filtro do filtro 74'. Além disso, o aparelho da figura 19 pode gerar parâmetros que descrevem a conversão do sinal de saída de vários bits do filtro de predição 10' no sinal de probabilidade p. Tais parâmetros são também incluídos na informação lateral e transmitidos à unidade de fornecimento 180, de maneira a permitir a regeneração do sinal de probabilidade p no aparelho da figura 20.

Na formas de realização acima descritas das figuras 19 e 20, está explanado como o sinal de probabilidade p pode ser 33 derivado a partir do sinal de saida de vários bits do filtro de predição 10' e 74' respectivamente. Deverá contudo notar-se que a aplicação de um codificador aritmético é também possível nos aparelhos de processamento de dados que derivam o sinal predito de uma maneira diferente. É feita referência a este respeito à forma de realização representada na figura 1, onde a unidade de predição 10 está na forma exposta nas figuras 2 ou 12. Agora uma outra maneira de derivar o sinal de probabilidade p é requerida. Será claro que, nas formas de realização da unidade de predição como representadas nas figuras 2 e 12, o sinal de probabilidade p pode ser derivado a partir dos números de contagem derivados no detector 22 e 22' respectivamente. O codificador entrópico utilizado na forma de realização da figura 19 está adaptado para codificar o sinal em modo binário residual utilizando um sinal de probabilidade com vista a obter o sinal em modo binário residual de dados comprimidos. Um de tais codificadores entrópicos é o codificador aritmético descrito acima. Um outro tipo de tal codificador entrópico é, por exemplo, o bem conhecido codificador de estado finito. O descodificador entrópico utilizado na forma de realização da figura 20 está adaptado para descodificar o sinal em modo binário residual de dados comprimidos utilizando um sinal de probabilidade com vista a obter uma réplica do sinal em modo binário residual. Um de tais descodificadores entrópicos é o descodificador aritmético descrito acima. Um outro tipo de tal descodificador entrópico é, por exemplo, o bem conhecido descodificador de estado finito.

Ainda que a invenção tenha sido descrita com referência a suas formas de realização preferidas, deve entender-se que estas não são exemplos limitativos. Assim, várias modificações podem tornar-se claras para aqueles peritos na técnica, sem 34 afastamento do âmbito da invenção, como definido pelas reivindicações. Quando o sinal áudio é fornecido em forma digital, tal como discriminado a 44,1 kHz e as discriminações sendo expressas em por exemplo 16 bits, os meios de conversão A/D estão adaptados para sobrediscriminar o sinal áudio digital com por exemplo a frequência de 64x44,1 kHz de maneira a obter o sinal em modo binário de 1 bit o qual é fornecido à unidade de predição 10.

Além disso, quanto às tabelas de conversão, tais como a representada e descrita na figura 12, pode dizer-se o seguinte. Na fase de derivar a tabela de conversão, pode ocorrer que, como um exemplo, os valores de contagem são tais que as sequências de bit 0, 0,0,0 e 0, 0, 1, 0 resultem no mesmo bit(s) de predição, que as sequências de bit 0,0,0,1 e 0,0,1, 1 resultem no mesmo bit(s) de predição, que as sequências de bit 0,1,0,0 e 0,1,1,0 resultem no mesmo bit(s) de predição, que as sequências de bit 1,0,0,0 e 1,0,1, 0 resultem no mesmo bit(s) de predição, que as sequências de bit 1,1,0,0 e 1,1,1, 0 resultem no mesmo bit(s) de predição, que as sequências de bit 1,0,0,1 e 1,0,1,1 resultem no mesmo bit(s) de predição, que as sequências de bit 1,1,0,1 e 1,1,1,1 resultem no mesmo bit(s) de predição, e que as sequências de bit 0,1,0,1 e 0,1, 1,1 resultem no mesmo bit(s) de predição. Nesta situação, o bit x3 é de facto um bit não cuidado e o bit(s) de predição x4 ou x4, X5 pode ser predito a partir da combinação de bit xlr x2, X3 apenas.

Além disso, a invenção repousa em cada e todas as novas caracteristicas ou combinação de caracteristicas.

Lista de documentos relacionados (Dl) EP-A 402973 (PHN 13.241) (D2).'A digital decimating filter for analog-to-digital 35 conversion of hi-fi audio signals' por J.J. van der Kam em Philips Techn. Rev. 42, n° 6/7, Abril de 1986, pp. 230-8 (D3) Ά higter order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters' por Kirk C. H. Chao et al em IEEE Trans. on Circuits and Systems, Vol 37, n° 3, Março de 1990, pp. 309-18. (D4) 'A method for the construction of minimum-redundancy codes' por D. A. Huffman em Proc. of the IRE, Vol. 40(10), Setembro de 1952. (D5) 'An introduction to arithmetic coding' por G. G. Langdon, IBM J. Res. Develop., Vol. 28(2), Março de 1984. (D6) Ά universal algorithm for sequential data compression' por J. Ziv et al, IEEE TRans. on Inform. Theory, Vol. IT-23, 1977. (D7) Pedido de Patente EP n.° 96202807.2, data de depósito 10-10-96 (PHN 16.029) 12-11-2007 36

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Sinal de transmissão compreendendo um sinal em modo binário residual com dados comprimidos, o sinal em modo binário residual com dados comprimidos sendo obtido comprimindo dados num sinal em modo binário residual, o sinal em modo binário residual sendo obtido combinando um sinal em modo binário de 1 bit e um sinal em modo binário predito, o sinal em modo binário predito sendo obtido executando um passo de predição sobre o sinal em modo binário de 1 bit ou sobre o sinal em modo binário residual, caracterizado por o sinal em modo binário de 1 bit ser gerado por meio de um modulador sigma-delta e sinal em modo binário residual com dados comprimidos ser obtido codificando por codificação entrópica o sinal em modo binário residual em resposta a um sinal de probabilidade, no qual o sinal de probabilidade é derivado do sinal em modo binário predito.
2. 2. Emissor para transmitir um sinal em modo binário, o emissor compreendendo - meio de entrada para receber um sinal em modo binário de 1 bit, meio de predição (10') para executar um passo de predição sobre o sinal em modo binário de 1 bit de maneira a obter um sinal em modo binário predito, - meio de combinação de sinal (42) para combinar o sinal em modo binário e o sinal em modo binário predito de maneira a obter um sinal em modo binário residual, e - meio de compressão de dados (154) para comprimir os dados do sinal em modo binário residual de maneira a obter um sinal em modo binário residual com dados comprimidos, e - meio de transmissão (60) para fornecer o sinal em modo binário residual com dados comprimidos a um meio de transmissão (TRM), 1 caracterizado por o sinal em modo binário de 1 bit ser gerado por meio de um modulador sigma-delta e o meio de compressão de dados se apresentar sob a forma de um codificador entrópico para codificar por codificação entrópica o sinal em modo binário residual em resposta a um sinal de probabilidade (P), e o aparelho compreender além disso meio de determinação de sinal de probabilidade (156) para determinar o dito sinal de probabilidade provindo do dito meio de predição.
3. 3. Receptor para receber um sinal em modo binário residual com dados comprimidos de maneira a obter uma réplica de um sinal em modo binário, o receptor compreendendo - meio de recepção (105) para receber o sinal em modo binário residual com dados comprimidos do suporte de transmissão (TRM), - meio de descompressão de dados (172) para descomprimir o sinal em modo binário residual com dados comprimidos de maneira a obter um sinal em modo binário residual, - meio de combinação de sinais (88) para combinar o sinal em modo binário residual com um sinal em modo binário predito de maneira a obter a réplica de um sinal em modo binário, - meio de predição (74') para executar um passo de predição sobre a réplica de um sinal em modo binário de maneira a obter o dito sinal em modo binário predito, - meio de saída para fornecer a réplica de um sinal em modo binário, caracterizado por o sinal em modo binário de 1 bit ser gerado por meio de um modulador sigma-delta, o meio de descompressão de dados (172) se apresentar sob a forma de um descodificador entrópico e estar preparado para descodificação entrópica do sinal em modo binário residual com dados comprimidos em resposta a um sinal de probabilidade, o aparelho de tratamento de dados compreende além disso 2 - meio de fornecimento de probabilidade (180) para gerar o dito sinal de probabilidade vindo do meio de predição (74') .
4. 4. Suporte de gravação comportando um sinal em modo binário residual com dados comprimidos, o sinal em modo binário residual com dados comprimidos sendo obtido comprimindo os dados de um sinal em modo binário residual, o sinal em modo binário residual sendo obtido combinando um sinal em modo binário de 1 bit e um sinal em modo binário predito, o sinal em modo binário predito sendo obtido executando um passo de predição sobre o sinal em modo binário de 1 bit ou sobre o sinal em modo binário residual, caracterizado por o sinal em modo binário de 1 bit ser gerado por meio de um modulador sigma-delta e o sinal em modo binário residual com dados comprimidos ser obtido codificando por codificação entrópica o sinal em modo binário residual em resposta a um sinal de probabilidade, no qual o sinal de probabilidade é derivado do sinal em modo binário predito.
5. 5. Aparelho de gravação para gravar um sinal em modo binário sobre um suporte de gravação, o emissor compreendendo - meio de entrada para receber um sinal em modo binário de 1 bit, - meio de predição (10') para executar um passo de predição sobre o sinal em modo binário de 1 bit de maneira a obter um sinal em modo binário predito, - meio de combinação de sinais (42) para combinar o sinal em modo binário e o sinal em modo binário predito de maneira a obter um sinal em modo binário residual, e - meio de compressão de dados (154) para comprimir os dados do sinal em modo binário residual de maneira a obter um sinal em modo binário residual com dados comprimidos, e 3 - meio de gravação (60) para gravar o sinal em modo binário residual com dados comprimidos sobre o dito suporte de gravação, caracterizado por o sinal em modo binário de 1 bit ser gerado por meio de um modulador sigma-delta e o meio de compressão de dados se apresentar na forma de um codificador entrópico para codificação entrópica do sinal em modo binário residual em resposta a um sinal de probabilidade (P), e o aparelho compreender além disso meio de determinação de sinal de probabilidade (156) para determinar o dito sinal de probabilidade provindo do dito meio de predição.
6. 6. Aparelho de reprodução para reproduzir um sinal em modo binário residual com dados comprimidos a partir de um suporte de gravação (52) de maneira a obter uma réplica de um sinal em modo binário, o receptor compreendendo - meio de leitura (100) para receber o sinal em modo binário residual com dados comprimidos do suporte de gravação (52), - meio de descompressão de dados (172) para descomprimir o sinal em modo binário residual com dados comprimidos de maneira a obter um sinal em modo binário residual, - meio de combinação de sinais (88) para combinar o sinal em modo binário residual com um sinal em modo binário predito de maneira a obter a réplica de um sinal em modo binário, - meio de predição (74') para executar um passo de predição sobre a réplica de um sinal em modo binário de maneira a obter o dito sinal em modo binário predito, - meio de saída para fornecer a réplica de um sinal em modo binário caracterizado por o sinal em modo binário de 1 bit ser gerado por meio de um modulador sigma-delta, o meio de descompressão de dados (172) se apresentar na forma de um descodificador 4 entrópico e estar preparado para descodificação entrópica do sinal em modo binário residual com dados comprimidos em resposta a um sinal de probabilidade, o aparelho de tratamento de dados compreende além disso - meio de fornecimento de probabilidade (180) para gerar o dito sinal de probabilidade provindo do meio de predição (74'). 12-11-2007 5