TW506196B - Arithmetic decoding of an arithmetically ecoded information signal - Google Patents

Description

506196 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 本發明係有關於將一算術編碼的資訊信號算術解碼成包 含一連_ η位元符號資訊信號的方法，其中η是一整數 値’而且η = 1，該方法包含下列步驟·· (a )接收該算術編碼資訊信號， (b)從有限大小的第一及第二暫存器値分別取回一 A及一 C參數，泫A參數具有一間隔値大小的關係，該c參數具 有與該間隔邊界的一關係， (c )產生相關解碼符號的至少一可能値， (d) 響應該至少一可能値、及分別響應從該第一及該第二 暫存取回的A和C値而取回一符號， (e) 更新至少A參數，爲了要獲得間隔的新大小，用以解 碼該資訊信號的下一符號， (i )輸出該解碼的符號， (j) 視情沉可以是， -將更新的A參數重正化，如此便可獲得一重正化a參 數，及 -更新C參數，以致於可獲得更新的c參數， (k) 分別在第一暫存器及第二暫存器儲存在步驟獲得 的A參數與C參數。 本發明#有關於用以解碼該算術编碼資訊信號之一裝 置。 在開始段落所定義的方法可從w〇 99/49579 (酬16 822 ) 知道。算術編碼是用以無損失編碼的_眾所週知技術，而 且介紹可在任何目前原始碼書找到。對於最有關目前工作 ---;---Γ:-----------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- 506196 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2 ) 的算術編碼實施完全了解而言，讀者可參考[Lang84 ]。算 術編碼的歷史廣泛在該文件的附錄描述。 已知方法隨後可解碼從編碼資訊信號接收的符號，以致 於可獲得解碼的符號。有關本發明主題的算術編碼實施係 使用兩有限大小暫存器，該等暫存器通常稱爲C和A。解 碼器流程圖是在圖1顯示。圖2係顯示在圖1所示"輸出符 號......"方塊的流程圖，用於二進位符號必須解碼的情 況。MPS和LPS分別是最很可能符號及最少可能符號。參 數ρ是LPS的可能性。解碼的位元値是放置在b。圖3係顯 不在圖1中表示"重正化.....”的一解碼器方塊流程圖。在 圖1的解碼器流圖中的方塊正常能以專屬的硬體實施，以 允許接收的資訊可被即時解碼信號。圖1係顯示一迴路。 當解碼處理執行迴路一次時，一解碼的符號便可輸出。獲 得一解碼符號所需的時間係視執行在圖丨所示迴路中的3 個操作所需的時間而定。一操作的執行應該不會開始，直 到在迴路中的一先前操作執行結束爲止。若要減少執行時 間，解碼器要以專屬的硬體實施。在一軟體實施方面，，· 重正化A ·.·方塊的執行時間是與參數A的俊有關。圖3係 視A的値而定而顯示迴路必須執行許多次。例如，對於 SACD應用的最大次數而·言，迴路可執行七次。然而，當 以專屬的硬體實施時，執行時間係有關最壞情況的情形， 如此迴路必須執行最大次數的情況。既然最壞情況的情形 在解碼處理只發生數次，”重正化A···"方塊是隨後獲得 一解碼符號所需時間的一限制因素。 ------ii--! h------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5-

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506196 A7 --------— B7__ --___ 五、發明說明（3 ) 本發明的目標是要改善上述算術解碼器。根據本發明， 該方法可將一算術編碼的資訊信號算術解碼成包含一連串 η位元符號的資訊信號，η是一整數値，而且1，該方 法可用來在一解碼週期内從該資訊信號獲得兩隨~後的^出 符號，其包含下列步驟： (a) 接收該算術編碼的資訊信號， (b) 分別從有限大小的第一及第二暫存器値取回一 a及一 C參數，該A參數具有一間隔値大小的關係，該c參數具 有間隔邊界的一關係， (c) 產生一第一解碼符號的第一可能値，該第一可能値係 表示第一符號具為一最小可能値的可能性，並且產生一隨 後解碼符號的第二可能値，該第二可能値係表示第二符號 具有最最小可能値的可能性，該第一解碼符號係假設具有 最可能値， (d )響應該第一可能値，及響應分別從該第一及該第二暫 存器取回的A和C値而取得第一符號， (e) 更新A參數，以致於可獲得一更新的a參數， (f) 將從該第一暫存器取回的A値更新成一暫時A參數 値，其係使用從解碼獲得的第_符號具有最可能値的假 設， - (g) 從該第二暫存器取回的C參數取得一暫時C參數， (h) 響應該第二可能値、及響應暫時a參數與暫時c參數 的値而取得第二符號， (i) 當該第一符號具有最可能値時，便可輸出該第一及該 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297^^7 --丨：---Γ ^------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^υ〇ΐ96

、發明說明（4 消 付號；或如果該第一符號具有最最小可能値，便只輸 出該第一符號， (j )取得新的A和C參數， ()刀別在第一及第一暫存器中儲存新的A和C參數。 本發明疋根據下列認知。在迴路執行的開始上，A參數 =値是>1/2及<1。解碼第_符號的可能値是一最不可 付唬値，pp 1/2。當假設第一解碼符號具有最可能的符 t根據在圖2中的流程圖，A參數的下一値將會是A ’其中Z = a*Pl。因此，A的下_値=八*(1,)，因此μ T値< 1。此表7F當第一解碼符號具有最可能的符 、：u時’在f正化A · ”方塊中的迴路必須最多執行一 U每解碼週期只解碼一符號，而執行時間係視該功能 :行中迴路最大次數而定時，以專屬硬體執行此·,重正 功能的時間將遠短於執行"重正化（··"功能。 兩隨後輸出符號的第一輸出符號具有刪値的情 %透過根據先前技藝解碼方法於每_解碼週 ^料，獲得該等隨後輸出符號所需的時間將短於^ 獲侍孩寺符號的其中每一者所需的時間。 、 因此’根據本發明，獲得每解碼週期的 前技藝解碼方法的執行m 冑出付就的 .、* 獲传每解碼週期的兩輸出蒋骑 二-万法’其係假設第-解碼符號具有最可能 埶 订。-或兩解碼符號將可每解碼週期丁執 =符號値而定。決定-解碼輸出符號二::： 兩解碼輸出符號之步驟的平行執行結果係假設第 第 能 號 z 化 因 出 續 先 號 解 定 ----· ·!!嘴--------訂--------線· — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί -7 氏張&顧f關家標準（CNS)^^ (細x 297公$ A7 B7 五、發明說明（5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 號具有鹏値，解碼—編碼資訊信號 本發明的這些及其他觀點將 門便可減少。 其中 圖式而更詳細描述， 圖1係顯示一先前技藝算術解碼器的沪浐圖 圖2:顯了的解碼器方塊"輸出符;？·· 圖，對於4位的情況而言，Lps的可能性是p，而且解 碼的位元値是放置在b。 圖3係顯示在圖1中表示"重正化"沾 流程圖， 重化·.·的編碼器方塊之- 圖4係根據本發明而顯示一解碼器的流程圖， 圖5係顯示在圖4中表示"最佳化重正化"的解碼器 塊之一流程圖， 圖6係顯示解碼器裝置的一具體實施例。 圖4係根據適於解碼丨或2位元的本發明而顯示一解碼 的流程圖，其係视解碼的第一位元値而定。當第一位元 爲一 1 (最不可能符號，LPS)時，只有此單一位元可被 碼。然而’當第一位元是零（最可能的符號，MPS)時，“ 個位元始終可被解碼，而不管第二位元的値。因此，解碼 位元（MPS，MPS) = (〇，〇)和（MPS，LPS) = (0，1 )群組可使 用。 流程圖具有兩主要分枝。在左邊顯示的第一分枝是用 解碼單一符號的標準流程。在右邊的第二分枝可解碼第 位元，其係假設第一解碼符號具有MPS値。透過此假設 第一位元的解碼是已在完成第一位元解碼之前開始。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 方 器 成 2 以 因 —\—-I:—-------丨訂----------線# <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 506196 A7 _B7_ 五、發明說明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此，當第一位元確實成爲具有MPS値時，第二位元亦可使 用，而且亦可傳送給輸出。當第一位元成爲具有LPS値 時，第二分枝的結果便可放棄。 現將略詳加描述流程圖。 圖4的”讀Pi* ρ2 ”方塊可回可能値Pi和P2。可能性Pi是始 終用於解碼單一位元的正常値，而且是第一解碼符號具有 LPS値的可能性。可能性？2是解碼的第二符號具有LPS値 的可能性，假設第一解碼符號具有MPS値。一外部模型能 以正常方式產生第二可能性p2，透過填入未知第一位元的 MPS値而可進一步看出。 左邊的分枝現將以平常的方式處理如WO 99/49579 (PHN16.822)中的描述。右邊的分枝可跳過第一位元的解 碼，並且立即調整A就好像第一位元具有MPS値。此調整 値AA然後可像往常一樣重正化。然而，因爲對於二進位 資料而言，MPS (在此情況是零）的可能性始終是至少 1/2，重正化迴路便可重複一次，本質上會造成如圖5的流 程圖所示回路的消失。在執行"最佳化重正化A A..."方塊 之後，第二位元能以正常方式解碼。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當兩平行分枝連結時，它便可檢查第一解碼位元b的値 是否確實具有MPS値。如·果沒有，第二分枝的結果便可完 放棄，而且只有第一位元b可被輸出。如果推測是正確， 而且第一位元具有MPS値，第一（MPS )及第二位元皆可輸 出，而且A和C可被調整，以保持正確値（AA，CC )，在以 傳統連續方式將兩位元解碼之後，該等正確値將與他們具 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 第090106963號專利申請案 中文說明書修正頁(91年5月）

五 有的值相同。 取後’參數A和C就像往常一樣可被重正化將他們準 備，為了要獲得下一或下兩個解碼輸出符號。 圖6係根據本發明而顯示解碼器裝置的一具體實施例。 该解碼為裝置具有一輸入端12 〇，用以接收編碼的資訊信 號。有限大小的第一及第二暫存器122和124可提供，用以 分別儲存A參數和c參數。 一處理單元126可響應經由一輸入134而提供給處理單元 126的一可能性信號而將在經由它輸入12()接收的編碼資訊 信號上實施算術解碼。可能性信號能以一眾所週知的方式 獲得。取得1位元聲音信號可能性的範例是在[Bruek97]_ 示。在此範例中，可能性可從供應給輸出128的解碼輸出 信號取得，即是透過在一預測濾波器136中的解碼輸出信 號上實施一預測濾波及響應在可能性決定單元138中的預 測滤波器13 6的輸出信號而產生。在未詳細討論的處理單 元126可了解到，此單元包含用以從第一及第二暫存器取 回A和C參數值之電路，及在一符號解碼之後，分別在第 一及第二暫存器122和124中用以儲存a和C的更新與重正 化值之電路1單元126可進一步包含用以實施在圖4、5、 2和3所示步驟的電路。 理想上’解碼器裝置係進一步具有在技藝中眾所周知之 一通道解碼單元132，用以將通道編碼資訊信號通道解碼 (而且，如果需要，錯誤更正）成用於算術解碼器126的算術 編碼資訊信號；及一讀取單元丨3〇，用以從例如磁記錄載 -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506196 A7 B7 五、發明說明（8 ) 體116、或光學記錄載體118的一第二載體讀取該通道編 碼信號。 算術編碼是應用在視訊與聲頻的多數數據機無損失與耗 損编碼方法。它亦可應用在電腦資料（例如，例如，文字 檔案）的壓縮。在此的應用是1位元聲頻信號的無損失可 參考美國專例案號08/966,375，其係對應EP專利應用案 號.97201680.2 (PHN16405 );美國專例案號 08/937,435，其 係對應國際專利號碼IB 97/01156 (PHN16452)。 雖然本發明已參考較佳具體實施例描述，但是可了解到 這些並非是限制的範例。因此，各種不同的修改對於在技 藝中的技術將變得更顯然，而不致於違背如申請專利所定 義的本發明範圍。 此外，本發明是屬於每個及每一新特徵或特徵的組合。 參考 [Lang 84] G.G. Langdon，"An introduction to arithmetic coding”，IBM J. Res. Develop·，Vol. 28，pp. 135-149，March 1984 〇 [Bruek97] F. Bruekers et al，"Improved lossless coding of 1-bit audio signals11, presented at 103rd Convention of the AES, Sept·，26-29，1997, preprint 4563(1-6)。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 506196

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Claims (1)

1. 506196 A8 B8 C8 D8

   第090106963號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年5月） 六、申請專利範圍 1. 一種用以將一算術編碼的資訊信號算術解碼成包含一連 串η位元符號的資訊信號之方法，其中η是整數值，而是 η = 1，該方法可在一解碼週期内獲得資訊信號的兩隨後 輸出符號，而且包含下列步驟： (a)接收該算術編碼的資訊信號， (b )從有限大小的第一及第二暫存器值分別取回一 a 及一 C參數，該A參數具有一間隔值大小的關係，該c參 數具有與該間隔邊界的一關係， (c )產生一第一解碼符號的第一可能值，該第一可能 值係表示第一符號具有一最小可能值的可能性，並且產 生一隨後解碼符號的第二可能值，該第二可能值係表示 第二符號具有最最小可能值的可能性，該第一解碼符號 係假設具有最可能值， (d)響應該第一可能值，及響應分別從該第一及該第 二暫存器取回的A和C值而取得第一符號， (e )更新A參數，以致於可獲得一更新的a參數， (f) 將從該第一暫存器取回的A值更新成一暫時A參 數值，其係使用從解碼獲得的第一符號具有最可能值的 假設， (g) 從該第二暫存器取回的C參數取得一暫時C參 數， (h) 響應該第二可能值、及響應暫時a參數與暫時C 參數的值而取得第二符號， (i) 當該第一符號具有最可能值時，便可輸出該第一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公

   瑕瑕小可能值 及4第一符號；或如果該第一符號具有 便只輸出該第_符號， (J )取得新的A和C參數， :k)分別在第一及第二暫存器中儲存新的A和。參 2·如申請專利範圍第！項之方法，其特徵為該步驟 連串步驟（f)、（g)、和（h)平行實施。 3·如申請專利範圍第丨或2項之方法，其特徵為在步驟 的心况中，只有該第一符號輸出，該步驟（j)包含下列+ 驟： 灭 -從步驟（e )獲得的該更新A參數取得新的a參數，及 -從步驟（d)的該第二暫存器取回的c參數而取得該 新的C參數。 4·如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵為在步驟（i) 的情況中，該等第一及第二符號可輸出，該步驟（j )包含 下列步驟： -從步驟（f)取得的該暫時A參數而取得新的A參數， 及 -從步驟（g )取得的暫時C參數而取得該新的C參數。 5.如申請專利範圍第4項之方法，其特徵為取得新A和B參 數的該步驟係包含下列步驟·· -更新該暫時A參數，如此便可獲得一中間A參數， -在步驟（h)取得的該第二符號具有最小可能值的情 況中，更新暫時C參數，以致於可獲得一中間的C參 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 506196 A8 B8 C8 D8

   #、申請專利範圍 數， -從該中間A參數取得新的A參數，及 •從該中間的C參數取得新的C參數。 6.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為該步騾（f)包含 下列步騾： -將從該第一暫存器取得的A參數乘以該第一可能 值，以致於可獲得一第一參數值， -從A的值減去該第一參數值，如此便可獲得一第二 A參數值， -使該暫時A參數等於該第二參數值，或將該第二參 數值乘以一第一常數，如此便可獲得暫時A參數的值。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其特徵為該步驟（g )包含 下列步騾： (g 1 )將該第二A參數值與一第二常數值相比較，而 且如果該第二A參數值小於該第二常數值， (g 2 )讀取該算術編碼資訊信號的1位元 (g3)透過將該c參數的位元移動1位元位置而將c參 數乘意該第一常數，及 (g 4 )將在步驟（g 2 )獲得的算術編碼資訊信號的1位 元加到在步驟（g 3 )獲得的c參數，如此便可獲得該暫時 C參數，而且如果該第二A參數值大於或等於該第二常 數值， (g 5 )使该暫時的c參數等於從步驟（b )的第二暫存器 取回的C參數。 " -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐） D8 π、申請專利範圍 8· —種解碼裝置，用以將_算術編碼資訊信號解碼成包含 一連串η位元符號的資訊信號，其中η是一整數值，而且 η = 1 ’琢裝置可在一解碼週期内獲得該資訊信號的兩隨 後輸出符號，而且包含： -輸入裝置（120 )’用以接收該算術編碼資訊信號， -有限大小的第一及第二暫存器（122，124)，該第— 暫存器可用以儲存一 Α參數，該a參數具有與一間隔值 大小的關係，該第二暫存器可用以儲存一 c參數，該c 參數具與該間隔邊界的一關係， -取回裝置，用以分別從該等第一及第二暫存器取回 A和C參數的值， -產生器裝置（138)，用以產生一第一解碼符號的第 一可能值，該第一可能值係表示該第一符號具有一最小 可能值的可能性；及用以產生一隨後解碼符號的第二可 能值，該第二可能值係表示該第二符號具有最小可能值 的可能性’該第一解碼符號是假設具有最可能值， -第一取得裝置，用以響應該第一可能值，及分別響 應從該等第一及該第二暫存器取回的A和C值而取得該 第一符號， -第一更新裝置，用以更新該A參數，以致於可獲得 一更新A參數， -第二更新裝置，透過使用假設從解碼獲得的第一符 號具有最可能值，而用以將從該第一暫存器取回的A值 更新成一暫時A參數的值， -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 506196

   -第—取得裝置，用以從該第二暫存器取回的該c參 數而取得一暫時c參數， -第二取得裝置，用以響應該第二可能值，及響應該 暫時A參數與暫時c參數的值而取得該第二符號， -輸出裝置（128)，當該第一符號具有最可能值時， 可用以輸出第一及第二符號；或只有如果該第一符號具 有最小可能值，便輸出該第一符號， -第四取得裝置，用以取得新的A和C參數， -裝置，用以分別在有限大小的第一及第二暫存器中 儲存新的A和C參數。 9·如申清專利範圍第8項之解碼裝置，其特徵為可進一步 包含通道解碼裝置（132 )，用以通道解碼一通道編碼的 算術編碼資訊信號，如此便可在算術解碼前獲得算術編 碼的資訊信號。 10·如申請專利範圍第9項之解碼裝置，其特徵為可進一步 包含讀裝置（130 ),用以從一記綠載體讀取該通道編碼 算術編碼資訊信號。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)