UA74323C2 - Пристрій (варіанти) та спосіб (варіанти) кодування цифрового інформаційного сигналу та носій запису - Google Patents

Abstract

В SACD DSD-сигнали кодуються без втрат з використанням кадрування, кодування з прогнозуванням і ентропійного кодування. Крім ефективно закодованих сигналів на SACD-диску необхідно також зберігати велику кількість параметрів, так звану допоміжну інформацію. Така допоміжна інформація включає в себе коефіцієнти для фільтрів з прогнозуванням і таблиці імовірностей, використані при кодуванні, які необхідно передати на декодер. Чим меншим є об'єм пам'яті, необхідний для такої допоміжної інформації, тим вищою є загальна ефективність кодування. Тому для зменшення кількості даних такої допоміжной інформації вона також зазнає кодування. Кадри можуть сегментуватися, і кожний сегмент може мати власні набір коефіцієнтів фільтрування і таблицю імовірностей.

Description

Потрібно зазначити, що відповідно до даного винаходу кодувальний пристрій може бути виконаний без квантифікатору О і блоку 2, дивись попередні патентні публікації з цього приводу.

В БАСО 1-бітові аудіо канали розбиваються на кадри постійної довжини, і для кожного кадру використовується оптимальна стратегія кодування. Кадри можна декодувати незалежно від сусідніх кадрів.

Отже, можна обмежитися розглядом структури даних в одному кадрі.

На Фіг.2 показані паралельні за часом кадри В сигналів двох каналів (або два канальні сигнали), таких як ліва і права складові цифрового стерео аудіо сигналу, позначені ..., В(1,т-1), В(І1,т), В(1,тя1),... для лівої складової сигналу, і ..., В(г,т-1), В(г,т), В(г,тя1),... для правої складової сигналу. Кадри можна розбивати на сегменти, як буде пояснено нижче. Якщо сегментація не застосовується, кадри кодуються як єдине ціле, з одним набором коефіцієнтів для фільтру і однією таблицею імовірностей для всього кадру. При використанні сегментації кожний сегмент кадру може мати свої власні набір коефіцієнтів для фільтру і таблицю імовірностей. Більш того, сегментація в кадрі для коефіцієнтів для фільтру не обов'язково повинна бути тою самою, як і для таблиць імовірностей. Як приклад, на Фіг.З показані два паралельних за часом кадри В(1, т) і

В(г,т) сигналів двох каналів, причому зазначені кадри є сегментовані. Кадр В(1, т) розділений на три сегменти

Тв(1,1), 18(1,2) і т15(1,3), щоб виконати три різних фільтрування з прогнозуванням в даному кадрі. Тут потрібно зазначити, що фільтрування в двох сегментах, таких як сегменти 15(1,1) і 15(1,3), може бути однаковим. Крім того, кадр В(1,т) можна розділити на два сегменти ре(1,1) і ре(1,2), щоб мати дві різні таблиці імовірностей для цих сегментів.

Кадр Віт) розділений на три сегменти і5(г,1), ї5(П2) і ї8(І,3), щоб здійснити в цьому кадрі три різні фільтрування з прогнозуванням. | знову потрібно зазначити, що фільтрування в двох сегментах, таких як сегменти ї8(г,1) і ї5(г,3), може бути однаковим. Кадр В(г,т) сегментований на чотири сегменти рве(г.1), ре(г2), ре(г,3) ії ре(Г4), щоб використати для цих сегментів чотири різні таблиці імовірностей. | знов потрібно зазначити, що для деяких сегментів можна використовувати ту ж саму таблицю імовірностей.

Рішення мати ту ж саму таблицю імовірностей для різних сегментів може бути прийняте заздалегідь користувачем пристрою після аналізу сигналів в таких сегментах. Або ж в самому пристрої може бути передбачена можливість виконування аналізу сигналів і приймання рішення за його результатами. У деяких випадках аналіз сигналів, виконаний в двох сегментах може призвести в результаті до появи таблиць імовірностей, що розрізнюються лише незначно. У такій ситуації може бути прийнято рішення застосувати ту ж саму таблицю імовірностей для обох сегментів. Такою єдиною таблицею імовірностей може стати одна з двох таблиць імовірностей, створених для цих двох сегментів, або може використовуватися усереднений варіант обох таблиць. Те ж саме справедливе і для наборів коефіцієнтів для фільтру для різних сегментів.

Резюмуючи сказане: щоб закодувати невеликий фрагмент аудіо інформації сигналу аудіо каналу, для кодувального алгоритму в ЗАСО-системі потрібний як фільтр з прогнозуванням (далі "фільтр"), так і таблиця імовірностей (далі "таблиця").

Для підвищення ефективності кодування може бути доцільним використати різні фільтри для різних каналів. Але і для одного каналу може бути вигідно використати різні фільтри. Саме тому вводиться концепція сегментування. Канал розбивається на сегменти, і в окремому сегменті використовується окремий фільтр. Для декількох сегментів, також і в інших каналах, можна використати той самий, або інший, фільтр. Крім зберігання фільтрів, що використовуються, доведеться зберігати також інформацію про сегменти (інформація про сегментацію) і інформацію про те, який фільтр в якому сегменті використовується (інформація про призначення).

Що стосується таблиць, застосовується та ж ідея, проте сегментація і призначення таблиць сегментам можуть відрізнятися від сегментації і призначення для фільтрів. У разі однакової сегментації і для фільтрів, і для таблиць, на це відповідним чином вказується. Та ж ідея використовується і для призначення. Якщо сегментація для фільтрів однакова для всіх каналів, на це також вказується. Та ж ідея використовується і для призначення.

Передусім, буде представлений опис вмісту кадру передаваного сигналу, який містить закодовані сигнали каналів і відповідну допоміжну інформацію. На фіг.4 показане схематичне зображення такого кадру. Крім синхронізуючої інформації (не показана), кадр містить два слова мл і м, за якими слідує інформація про сегментацію по фільтрах з прогнозуванням. Згодом йде слово муз, за яким слідує інформація про сегментацію по таблицях імовірностей. Згодом слідує два слова м/4 і мух, за якими слідує інформація про призначення фільтрів з прогнозуванням. Згодом слідує слово мб, за яким слідує інформація про призначення таблиць імовірностей. Згодом слідують коефіцієнти для фільтру і таблиці імовірностей, що надаються відповідно генераторами 12 і 13. Кадр закінчується даними 0, що надаються арифметичним кодером 6.

Довжина слова мл в даному прикладі становить один біт, Її воно може приймати значення "0" або "1", вказуючи на те, чи є інформація про сегментацію однаковою для коефіцієнтів для фільтру і таблиць імовірностей ("1"), чи ні ("0"). Довжина слова мл в даному прикладі становить один біт, і воно може мати значення "0" або "1", вказуючи на те, є інформація про призначення для коефіцієнтів для фільтру і для таблиць імовірностей однаковою ("1"), чи ні ("0"). Довжина слова м2 також становить один біт, воно може приймати значення "0" або "1", вказуючи на те, чи мають сигнали каналів ту ж саму інформацію про сегментування для коефіцієнтів для фільтру з прогнозуванням ("1"), чи ні ("0"). Слово мз (довжиною один біт) може приймати значення "0" або "1", вказуючи на те, чи мають сигнали каналів ту ж саму інформацію про сегментування для таблиць імовірностей ("1"), чи ні ("0"). блово м5 може приймати значення "0" або "17", вказуючи на те, чи мають канальні сигнали одну і ту ж інформацію про призначення для коефіцієнтів для фільтр з прогнозуванням ("1"), чи ні ("0"). Слово мє може приймати значення "0" або "1", вказуючи на те, чи мають сигнали каналів ту ж саму інформацію про призначення для таблиць імовірностей ("17"), чи ні ("0").

Спочатку буде описаний спосіб представлення загальної кількості сегментів 5 в кадрі.

Для того щоб закодувати певне число, наприклад, загальне число сегментів в кадрі конкретного сигналу каналу, застосовується варіант кодування із змінною довжиною кодової строки. Важливо, щоб код був коротким для малих значень 5. Оскільки кількість сегментів в каналі 551, 5-0 кодувати не треба. В БАСО використовуються наведені нижче коди.

Таблиця 1 0001 от

Примітка: тут "1" використовується як роздільник. Зрозуміло, що "0" і "1" можуть мінятися ролями. Основне призначення такого роздільника полягає в перериванні певної послідовності: послідовність "нулів" порушується "одиницею". Інший спосіб полягає, наприклад, в тому, щоб інвертувати кожний наступний розряд, а відсутність інверсії тоді буде видігравати роль роздільника. Це дозволяє уникнути довгих послідовностей розрядів одного значення. Прикладом послідовностей, що інвертуються, які починаються з "1", є (не використовується в БАС): тот 10100 6 | 101011

Далі, буде описаний спосіб представлення розмірів сегментів. Довжина сегмента буде виражена кількістю байтів канального сигналу. В байтів кадру канального сигналу розбиваються на 5 сегментів. Для перших 5-1 сегментів повинна вказуватися кількість байтів в кожному сегменті. Для 5-го сегмента кількість байтів визначається неявно - це кількість байтів, що залишилася в каналі. Кількість байтів в і-тому сегменті становить

В;, так що КВоБдість байтів в останньому сегменті визначається як і

Вез-В- і-0

Оскільки кількість байтів в кожному з перших 5-1 сегментів є кратною В, де "крок" А більший або рівний 1, визначимо: 8-2

УА в-бв і, відповідно: Ве -В- 1-0 5-1 значень Б; і значення А зберігаються в каналі лише за умови, що 551, і якщо А ще не збережене для іншого каналу.

Кількість бітів, необхідна для зберв; енця о, залежить від його можливих значень. в -

О«рі«-бі.тах де, наприклад, бі. тах- і-о так що необхідна для збереження б;; кількість бітів може бути визначена як й Ток з

Яоїв(Бі)-

Перевага цього полягає в тому, що кількість бітів, необхідна для довжини сегмента, може зменшуватися для сегментів, ближчих до кінця кадру. За наявності обмежень, наприклад, на мінімальну довжину сегмента, розрахунок кількості бітів може відповідно коректуватися. Кількість бітів для зберігання кроку А позначимо як яріїв(В).

По-третє, буде описаний спосіб представлення інформації про сегментацію послідовного потоку даних.

Буде використане представлення, описане вище в таблиці 1. Для ілюстрації надамо кілька прикладів.

Щоб розрізняти фільтри від таблиць імовірностей, використовуватимуться підрядкові індекси ї і ї. Щоб розрізняти між собою сегменти різних каналів, використовуватиметься подвійний аргумент: (номер каналу, номер сегмента).

Перший приклад. Для випадку двох каналів застосована різна сегментація для фільтрів і таблиць імовірностей, і різна сегментація для обох каналів. У приведеній нижче таблиці показані параметри потоку.

Таблиця 2 (ми -)0 1 Вказує, що сегментація для фільтрів відрізняється від сегментації для таблиць імовірностей 77771777 |Сегментація для фільтрів

Кожний з каналів має окрему власну інформацію про сегментацію для фільтрів 77777777 71717171 | Сегментація для фільтрів по каналуб (у-0 Перший біт коду (5(0)), який вказує на те, що (5(0))22

Яріїв(ЬЦО0,0)) 77711117 |Сегментаціядля фільтрівпоканалуї.у//-/:/ НСС

Перший біт коду (5(1)), що вказує на те, що 5(1)»2

Останній біт коду (5(1)), що вказує на те, що 5(1)-3 77111171 |Сепментаціядлятаблицьімовірностей.д//-/://////:/С:(;НОСССССССССС1С 77711171 |Сепментаціядлятаблицьімовірностейпоканалуб.д//-/://///СС:(/33о//:6/:;/ССССС 77711111 |Сегментаціядлятаблицьімовірностейпоканалуїї//-/:////://С:(////К808СССИ)

Перший біт коду (5(0)), що вказує на те, що 5(0)22.

Яоїв(6(1,0))

У наведеній вище таблиці 2 перша комбінація (уї,уг), яка дорівнює (0,1), є кодом кодового слова (5) в таблиці 1, наведеній вище, і вказує на те, що в сигналі каналу, позначеного номером 0, для цілей фільтрування з прогнозуванням кадр розділений на два сегменти. Далі, комбінація (УьУ2,Уз), яка дорівнює (0,01), є кодом кодового слова (5) в таблиці 1, наведеній вище, і вказує на те, що в сигналі каналу, позначеного номером 1, для цілей фільтрування з прогнозуванням кадр розділений на три сегменти. Далі ми бачимо комбінацію (уї), яка дорівнює (1), яка є першим кодовим словом в таблиці 1, яка вказує на те, що в сигналі каналу, позначеного номером 0, кадр не розбивається на сегменти для таблиць імовірностей. І, нарешті, бачимо комбінацію (уї,уг,уз), яка дорівнює (0,0,1), яка вказує на те, що кадр сигналу другого каналу розділений на три сегменти, для кожного з яких передбачена відповідна таблиця імовірностей.

Далі слідує ще один приклад, для випадку 5 каналів. Припустимо, що для цього випадку сегментація для фільтрів і таблиць є однаковою, і ця сегментація є такою самою для всіх каналів.

ІмОовІрНнОоСстТеИ 01771111 |Сегментацядляфільтрів./:.:/:./:/:/:///с1111с1 77111171 |Сепментаціядля фільтрівпоканалуб.//-/:/ /:/-:/бСС:(«)38н8/ С: /еУ (00) | йойв(Б(0.0)) |Довжинапершого сегмента вканалі 0 становить МІРОЮ) байтів.-././:////: 77111117 |Сепментаціядля фільтрівпоканалус.:-уУЯ/С/:(/////С:;Он4848ооС:(;)31ї/:/О:КЛЯНС:(//ССС(" С 10771111 ь(е0б-Ь(ооО (с) дляїсоїї/////777777777777771111111111111111111с1с1 77111171 |Сегментаціядлятаблицьімовірностейпоканалус:/:-/:///:/:2СС:(/ 42/11 77771111 (сьо) вс) НОМ), для Охох5

Примітка: окремі біти коду (5), що введені в інформацію про сегментацію, можна тлумачити як "буде визначений ще один сегмент" у випадку "0", або "сегментів більше визначено не буде" у випадку "17.

Далі буде описано призначення.

Для кожного з сегментів, при розгляді разом всіх сегментів всіх каналів, необхідно визначити, який фільтр або яка таблиця буде використовуватися в ньому (буде йому призначений). Сегменти впорядковують таким чином: спочатку сегменти каналу 0, за ними слідують сегменти каналу 1, і так далі. ща ерв ерільтра або таблиці для сегмента 5, М(5), визначається як: ій « М(5) « Мах (5) де Мтах(з), максимально можливий номер сегмента, визначається як:

Мтах(5)-1 -тах(М(ї)), Охі«в

Необхідна товка зберігання М(5) дорівнює:

Яріїв(М(5))-

Кількість бітів, яка потрібна для зберігання номера фільтра або таблиці відповідно до даного способу, залежить від множини номерів, які вже призначені.

Якщо для таблиць використовується таке саме призначення, як і для фільтрів, що не завжди можливо, на це вказується. Особливо вказується також на той випадок, коли для всіх каналів використовується однакове призначення.

Цю ідею ілюструють два приклади.

Приклад З

Припустимо, що є 7 сегментів (з 0 до 6 включно), і для деяких використовується такий самий фільтр, а для деяких використовується унікальний фільтр. Припустимо також, що для таблиць використовується таке саме призначення, як і для фільтрів.

Номер Номер Номер помери Кількість каналу | сегмента | фільтра фільтрів бітів 0 0 01 - о 1! 1 ЇЇ 0 | Оабосї1ї | т /

І 3 | 6 | 1 0.1,2.Забо4| з кількість бітів

У сегменті номер 0 за визначенням використовується фільтр номер 0, отже, для вказування на це не потрібний жоден біт. У сегменті номер 1 може використовуватися раніше використаний фільтр (0) або наступний в зростаючому порядку ще не використаний фільтр (1), так що для вказування на це необхідний 1 біт. У даному прикладі в сегменті номер 1 використовується фільтр номер 0. У сегменті номер 2 може використовуватися раніше використаний фільтр (0) або наступний в зростаючому порядку ще не використаний фільтр (1), так що для вказування на це необхідний 71 біт. У даному прикладі в сегменті номер 2 використовується фільтр номер 1.

У сегменті номер З може використовуватися раніше використаний фільтр (0 або 1), або наступний в зростаючому порядку ще не використаний фільтр (2), так що для вказування на це необхідні 2 біти. У даному прикладі в сегменті номер З використовується фільтр номер 2.

У сегменті номер 4 може використовуватися раніше використаний фільтр (0, 1 або 2) або наступний в зростаючому порядку ще не використаний фільтр (3), так що для вказування на це необхідні 2 біти. У даному прикладі в сегменті номер 4 використовується фільтр номер 3. У сегменті номер 5 може використовуватися раніше використаний фільтр (0, 1, 2 або 3) або наступний в зростаючому порядку ще не використаний фільтр (4), так що для вказування на це необхідні З біти. У даному прикладі в сегменті номер 5 використовується фільтр номер 3.

У сегменті номер 6 може використовуватися раніше використаний фільтр (0, 1, 2 або 3) або наступний в зростаючому порядку ще не використаний фільтр (4), так що для вказування на це необхідні З біти. У даному прикладі в сегменті номер 6 використовується фільтр номер 1.

Загалом, для зберігання інформації про призначення потрібні 12 бітів.

Загальна кількість сегментів (в даному прикладі 7 сегментів) відома в даній точці потоку. призначення 70001771 (Призначення фільтрівзпрогнозуванням.-./:;//С/С/:(/У/БРу///ССС/С//ССС/7С71 71011 Ї717111010 |НомеромфільтрадлясегментабєО'завизначенням.д//:///::ее:Гечое

Яойв(МЦЗ))

Яойв(М5)) 11117711 |Призначеннятаблицьімовірностей.д///://СССС:(У4ОЯУССССССССССсС1С 11111111 щем 111

Розглянемо інший приклад. Припустимо, що загалом є 6 каналів, в кожному з яких по 1 сегменту, і для кожного сегмента використовується такий самий фільтр з прогнозуванням і така сама таблиця імовірностей.

Знані би | 000000000000000опяеня

Значення біті Пояснення

ІГІВ призначення 01017711 Призначення фільтрівзпрогнозуванням.//:///:/С:(К«ннН81 7771111 Ї171110 |Номеромофільтрадлясегментай є"О'завизначенням.б//:/ ///:;43//://:/:/ ОУу 11110171 Призначення фільтразпрогнозуваннямдлясегментаії.ї//:///77771 ни п СТОЯТИ 11110171 |Призначеннятаблиціімовірностейдлясегментаї.Ї//://////:-:;6.4//С:/:/0СССС::С и ши п СТО ТОНИ

Загалом для зберігання інформації про призначення потрібні 2 біти.

Зауваження: вказування на те, що певна специфікація також використовується для іншого застосування (наприклад, для таблиць застосована така ж сегментація, як і для фільтрів), дозволяє спростити декодер.

Хоч даний винахід був описаний з посиланням на переважні варіанти його втілення, само собою зрозуміло, що даними прикладами воно не обмежується. Таким чином, фахівцям будуть очевидні різні модифікації, які не будуть виходить за межі цього винаходу, як він визначений формулою винаходу. Як приклад, даний винахід можна було б реалізовувати у варіанті втілення, в якому кодуються кадри паралельних за часом сигналів, без застосування сегментації. У такому варіанті втілення послідовний потік даних, що одержується, подібний потоку, представленому на Ффіг.4, буде позбавлений інформації про сегментацію, описаної вище для фільтрів і таблиць імовірностей, так само як і деяких слів-вказівників, таких як слова м, му» і муз. Крім того, суть винаходу полягає в кожній новій ознаці і в їх поєднанні.

Енн е АГ

Н т ї НЕ де м г- Щ-, ; п ; 3 ТЬ с ТЬ А

ИЙ »

Н ОН Н килех міх оте хі? і ра Й якм- ши твор Ї ши Н ап ри

Бдринння 7 і 5 Лде

ФІГ. а - Б ддпплннтнтнєнняяюй х з Еш г Е яоко: ча 23 ази АК м 7 ; 1

Длю шко Ако во : 2 іх сек в щі к ше кА -- тик о ж жжнуютжжинт хи ни о Ї

ФІГ. ІВ

Зботя ЕНН ВО ож ен вий Віа

ФІГ, 2

БВ во) 3) нан З а пови иа

ВДТ) 77 1 нн ння Гн он птн чию пк нн рови) реа ві) (ве НУК нн інн попа нн піні поповнити повні

ГЕО ДНО В п о о вн пн ув А Вина Я реф) рег) РИ) рефя) підем Іоромня ШО мер тебя СЕ У? сон МИХ кону, ду рідню ну кі ння

Ка шт Ме --- Кс --- 4

ФІГ. З