WO2008039161A1 - Method for multicomponent coding and decoding of electrical signals of different nature - Google Patents
Method for multicomponent coding and decoding of electrical signals of different nature Download PDFInfo
- Publication number
- WO2008039161A1 WO2008039161A1 PCT/UA2007/000056 UA2007000056W WO2008039161A1 WO 2008039161 A1 WO2008039161 A1 WO 2008039161A1 UA 2007000056 W UA2007000056 W UA 2007000056W WO 2008039161 A1 WO2008039161 A1 WO 2008039161A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- values
- sequence
- signal
- signals
- compression
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
- H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
- H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
- H03M7/46—Conversion to or from run-length codes, i.e. by representing the number of consecutive digits, or groups of digits, of the same kind by a code word and a digit indicative of that kind
Definitions
- the invention relates to the field of computer science and can be used in systems for the formation, storage on any medium of information signals in digital form, recognition and transmission of information signals via wired and wireless communication channels.
- a known method of audio compression of MP3 standard MPEG level III with a sufficiently high compression ratio, in which the signal analysis is performed in the spectral region [DE 3 19747119, HOZM7 / 40, publ. 04/29/1999].
- CELP ⁇ odebook- ⁇ wherein, ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , - linear prediction activated by the code book
- vocoder which refers to the type of linear codecs with prediction
- LRS codecs use direct digitization data as input; multicomponent - each subsequent action of the algorithm (model) is based on the results of the previous one and improves the work of the codec; consider a signal in the time domain as a sequence of discrete samples.
- CELP - speech encoders using linear prediction filters (LPF) - can produce high quality speech encoded at a speed above 16 Kbps, but when the speed decreases, the quality deteriorates rapidly.
- LPC encoders can be modified to provide high-quality speech compression at rates from 4.8 to 9.6 Kbps by reducing the synthesis task to a two-step procedure called synthesis through analysis (supirrisis b Corporation aprionlêtsis).
- a 10th-order LPC model is formed for a signal that is valid for a short interval, say every 20 ms.
- a signal that, when applied to the LPC model, forms an output signal that is as close as possible to the original synthesized signal. This task is completed by sequentially applying a suitable activation signal to the model and comparing each synthesized waveform with the original signal, followed by choosing one that minimizes the error between the original signal and the output of the controlled model.
- the CELP codec is a fairly effective way of encoding - compressing and restoring audio signals.
- the compression ratio remains low, that is, transmission can be carried out only at sufficiently high speeds, the quality of work depends on the quantization frequency.
- it focuses only on working with a speech signal. Even audio signals such as music files cannot be mastered by him, not to mention signals of a different origin.
- Decoding is as follows. An encoded signal that activates the LPC model is input to the decoder. The synthesis algorithm checks the possible values of P (the number of delay intervals in the feedback loop) from the list of suitable ones. Two voice parameters are evaluated every 5 ms. The input to the speech filter is extracted from the table of suitable activation sequences. The filter output, in turn, controls the LPC model. A table containing, as a rule, 1024 positions, is called a code book. The codebook is visited every 2.5 ms.
- the disadvantages of this method is that the encoder is forced to deliver parameters describing the LPC 5 model to the decoder;
- the spectral characteristic of LPC filters is very sensitive to quantization of coefficients and is represented using an unacceptably large number of bits, therefore there is an additional conversion of LPC coefficients to another set of parameters that are less sensitive to the quantization frequency and are called linear spectral pairs, which degrades the quality of reconstruction of the original signal.
- the basis of the invention is the task of creating a highly efficient method of multicomponent coding of electrical signals of various nature, both analog and digital, with higher compression ratios, the quality of which does not depend on the quantization frequency and with the restoration (synthesis) of the original signal with a higher degree of accuracy, compared to the prototype.
- the second objective of the invention is the creation of a method of multicomponent decoding of electrical signals of various nature, which restores the encoded encoder signal with a higher a degree of accuracy with more stable characteristics compared to the prototype.
- the conversion of signal values into digital form is carried out at the stage of decreasing their bit depth.
- the second task is solved in that the method of multicomponent decoding of electrical signals of various nature, using time sections according to the invention, involves representing the signal in a limited byte sequence, a sequence of time values and the number of repetitions on a logarithmic scale, taking into account the type of repetition, restoring the values of the amplitudes of local extremes according to the table correspondence of the sequence of time values to the values of local amplitudes and last blowing source signal restoration by linear piecewise approximation function sine / cosine.
- a compressed digital sequence of values is decoded by unarchiving, if archiving was used for encoding.
- the inventive method for multicomponent coding and decoding of electrical signals of various nature is based on the methodological premise that a signal of any nature is an integrity that cannot be reduced to the sum of the properties of its parts. Therefore in In the invention, the signal is considered in the time, and not in the spectral (frequency) region.
- the next methodological premise is that, although all digital values, i.e. time samples of a signal are important and necessary for its existence, transmission and perception, not all of them carry the same information load. Therefore, some of them should be fixed when recording a signal or included as a necessary component in its transmission. Other and most of the values can be restored when playing a signal. Thus, the task is reduced to the search and fixing of information-significant components of the signal and finding an algorithm for restoring the entire set of values based on these components.
- the invention uses the logarithm method, given the fact that the logarithm has the ability to accurately represent slightly different values and significantly reduce values that have significant differences.
- this pattern is used, for example, in evaluating sound pressure (volume).
- the decibel value is, as you know, 1/10 of the decimal logarithm.
- this unit renders very inaccurate, therefore, the invention uses the logarithm for another
- the method includes the following steps.
- Coding consisting of the following steps:
- Arez. lnA and cx / Ln " V ⁇ ;
- Acenter. Arez.l - ((Arez.l + Apez.2) / 2) where:
- Digital signal decoding consists of: ld.) Data unzipping;
- the claimed invention is implemented in the form of an experimental software and hardware complex, on which during the experiments on encoding-decoding signals of various nature and complexity, the original signals were compressed 78 times. - The result is much higher than all existing compression methods.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
The invention relates to informatics and can be used in systems for forming and storing digital information signals on any carries and for recognising and transmitting signals through wire and wireless communication channels. The inventive method for multicomponent coding of electrical signals of different nature consists in taking the logarithm of signals, in recording and compacting the thus obtained information-significant components of a signal in the form of local extremums and time intervals therebetween, and in compacting the thus obtained values by selecting the repeated sections of a nonce value sequence. The inventive method for decoding said signals consists in representing a byte sequence by means of a nonce value sequence and a number of repeats in a logarithmic scale, in recovering the values of amplitudes of local extremums and in subsequently recovering an initial signal by means of linear spline approximation with the aid of a sine-cosine function. Said invention makes it possible to code and decode analog and digital signals, which have a higher compaction ratio and the operating quality of which does not depend on a sampling rate, and to recover an initial signal with the high degree of accuracy.
Description
СПОСОБ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ METHOD FOR MULTICOMPONENT CODING AND DECODING OF ELECTRICAL SIGNALS OF DIFFERENT NATURE
Изобретение относится к области информатики и может быть использовано в системах формирования, хранения на любом носителе информационных сигналов в цифровом виде, распознавания и передачи информационных сигналов по проводным и беспроводным каналам связи.The invention relates to the field of computer science and can be used in systems for the formation, storage on any medium of information signals in digital form, recognition and transmission of information signals via wired and wireless communication channels.
В мировой практике существуют способы сжатия (компрессии) оцифро- ваного сигнала, рассматривающие его как в частотной (спектральной), так и во временной области.In world practice, there are methods of compression (compression) of a digital signal that consider it both in the frequency (spectral) and in the time domain.
Это способы уменьшения объема информации за счет снижения частоты дискретизации аналогового сигнала и сокращения за счет деления (сдвига) разрядности его представления (например, системы WаvеStudiо или WаvеLаb). Так, обычный СD-формат для передачи по телефонной линии преобразуется следующим образом. Частота дискретизации 44.1 кГц заменяется на 8 кГц, т.е. учитываются не все, а последовательно каждое 6-е, затем 5-е значение, что уменьшает объем передаваемой информации в 5.5 раза; а разрядность сигнала изменяется с 16 bit на 8 bit путем деления исходного значения на 256, что эквивалентно учету только старшего байта в двухбайтном слове (сокращает объем в 2 раза). В результате этих действий объем информации сокращается в 11 раз,
при невысоком качестве воспроизведения преобразованного сигнала, вызванного потерей всей изымаемой информации.These are ways to reduce the amount of information by reducing the sampling frequency of an analog signal and reducing by dividing (shifting) the bit depth of its presentation (for example, the WaveStudio or WaveLab systems). So, the usual CD format for transmission over a telephone line is converted as follows. The sampling frequency of 44.1 kHz is replaced by 8 kHz, i.e. not all are taken into account, but every 6th, then the 5th value is sequentially, which reduces the amount of transmitted information by 5.5 times; and the bit depth of the signal is changed from 16 bit to 8 bit by dividing the original value by 256, which is equivalent to taking into account only the high byte in a two-byte word (it reduces the volume by 2 times). As a result of these actions, the amount of information is reduced by 11 times, with low quality playback of the converted signal caused by the loss of all seized information.
Известен способ аудио-сжатия МРЗ (стандарт MPEG уровень III), обладающий достаточно высоким коэффициентом сжатия, в котором анализ сигнала производится в спектральной области [DE 3 19747119, HOЗM7/40, публ. 29.04.1999]. Известен способ сокращения объемов информации, которая передается или записывается. Это способ линейного предсказания. Суть его заключается в передаче не самих значений уровней сигнала, а только разности (ошибки сигнала) между предсказанными и действительными выборочными данными, что позволяет сократить разрядную сетку представления сигнала на 1 - 2 бита. (Б. Скляр Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - M., СПб., К. - c.855).A known method of audio compression of MP3 (standard MPEG level III) with a sufficiently high compression ratio, in which the signal analysis is performed in the spectral region [DE 3 19747119, HOZM7 / 40, publ. 04/29/1999]. A known method of reducing the amount of information that is transmitted or recorded. This is a linear prediction method. Its essence is not the transmission of the signal level values themselves, but only the difference (signal error) between the predicted and actual sample data, which allows us to reduce the bit grid of the signal representation by 1 - 2 bits. (B. Sklyar Digital Communication. Theoretical Foundations and Practical Application. - M., St. Petersburg, K. - p.855).
Ближайшим аналогом заявляемого способа многокомпонентного кодирования и декодирования электрических сигналов различной природы является CELP (Соdеbооk-Ехсitеd Liпеаr Рrеdiсtivе - линейное предсказание, активируемое кодовой книгой) - вокодер, который относится к типу линейных кодеков с предсказанием (liпеаr рrеdiсtivе соdеr - LPC).The closest analogue of the proposed method of multicomponent coding and decoding of electrical signals of various nature is CELP (Сodebook-Ехситед Ліпеар Ресдістиве - linear prediction activated by the code book) - vocoder, which refers to the type of linear codecs with prediction (lіpеrерередерістиве).
LРС-кодеки используют данные прямой оцифровки в качестве исходных; многокомпонентность - каждое последующее действие алгоритма (модели) основывается на результатах предыдущего и улучшает работу кодека; рассматривают сигнал во временной области как последовательность дискретных отсчетов.
CELP - речевые кодеры, использующие линейные фильтры с предсказанием (liпеаr рrеdiсtivе filtеr - LPF), могут давать высокое качество речи, закодированной со скоростью выше 16 Кбит/с, однако при снижении скорости качество быстро ухудшается. Кодеры LPC могут быть модифицированы с целью получения высококачественного сжатия речи со скоростями от 4,8 до 9,6 Кбит/с посредством приведения задачи синтеза к двухэтапной процедуре, называемой синтез через анализ (sупthеsis bу апаlуsis). На первом этапе образуется модель LPC 10-го порядка для сигнала, действительного на протяжении короткого интервала скажем каждые 20 мс. На втором этапе находится сигнал, который, будучи примененным к модели LPC, образует выходной сигнал, по возможности близкий к исходному синтезируемому сигналу. Завершается эта задача с помощью последовательного применения подходящего сигнала активизации к моде- ли и сравнения каждой синтезированной формы сигнала с исходным сигналом с последующим выбором того, который минимизирует ошибку между исходным сигналом и выходом управляемой модели.LRS codecs use direct digitization data as input; multicomponent - each subsequent action of the algorithm (model) is based on the results of the previous one and improves the work of the codec; consider a signal in the time domain as a sequence of discrete samples. CELP - speech encoders using linear prediction filters (LPF) - can produce high quality speech encoded at a speed above 16 Kbps, but when the speed decreases, the quality deteriorates rapidly. LPC encoders can be modified to provide high-quality speech compression at rates from 4.8 to 9.6 Kbps by reducing the synthesis task to a two-step procedure called synthesis through analysis (supеsis bа apаlуsis). At the first stage, a 10th-order LPC model is formed for a signal that is valid for a short interval, say every 20 ms. At the second stage, there is a signal that, when applied to the LPC model, forms an output signal that is as close as possible to the original synthesized signal. This task is completed by sequentially applying a suitable activation signal to the model and comparing each synthesized waveform with the original signal, followed by choosing one that minimizes the error between the original signal and the output of the controlled model.
Известно, что активизация речи часто состоит из периодических импульсов (образованных посредством вибрации голосовых связок говорящего). Период периодических импульсов P связан с голосом говорящего. Одноотводный рекурсивный фильтр определяется двумя параметрами: P - число интервалов запаздывания в контуре обратной связи и g - коэффициент обратной связи. Импульсная характеристика этого фильтра представляет собой затухающую последовательность с P = 0 выходными выборками между последовательными нену-
левыми выходными выборками. Выход этого фильтра генерирует периодический сигнал активизации, подаваемый на вход модели LPC (Б. Скляр Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - M., СПб., К. - c.889-890).It is known that the activation of speech often consists of periodic impulses (formed by vibration of the vocal cords of the speaker). The period of periodic impulses P is connected with the speaker's voice. A single-tap recursive filter is determined by two parameters: P is the number of delay intervals in the feedback loop and g is the feedback coefficient. The impulse response of this filter is a decaying sequence with P = 0 output samples between consecutive left output samples. The output of this filter generates a periodic activation signal supplied to the input of the LPC model (B. Sklyar Digital Communications. Theoretical Foundations and Practical Applications. - M., St. Petersburg, K. - p. 898-890).
Из вышесказанного становится очевидным, что CELP - кодек является достаточно эффективным способом кодировки - сжатия и восстановления аудио-сигналов. Однако коэффициент сжатия остается низким, то есть передача может осуществляться лишь на достаточно высоких скоростях, качество работы зависит от частоты квантования. К тому же он ориентирован лишь на работу с речевым сигналом. Даже такие аудио-сигналы, как музыкальные файлы, не могут быть им освоены, не говоря уже о сигналах иного происхождения.From the foregoing, it becomes apparent that the CELP codec is a fairly effective way of encoding - compressing and restoring audio signals. However, the compression ratio remains low, that is, transmission can be carried out only at sufficiently high speeds, the quality of work depends on the quantization frequency. In addition, it focuses only on working with a speech signal. Even audio signals such as music files cannot be mastered by him, not to mention signals of a different origin.
Ближайшим к заявляемому способу многокомпонентного декодирования электрических сигналов разнообразного происхождения является декодер, который используется в CELP. Декодирование осуществляют следующим образом. На вход декодера подается кодируемый сигнал, который активирует модель LPC. Алгоритм синтеза проверяет возможные значения P (число интервалов запаздывания в контуре обратной связи) из перечня подходящих. Два параметра голоса оцениваются каждые 5 мс. Вход в речевой фильтр извлекается из таблицы подходящих последовательностей активизации. Выход фильтра, в свою очередь, управляет моделью LPC. Таблица, содержащая, как правило, 1024 позиции, называется кодовой книгой. Кодовая книга посещается каждые 2,5 мс. Когда наилучшая комбинация позиций кодовой книги и период голоса определены
с помощью полного поиска, формируется группа, содержащая последовательность параметров голоса, последовательность адресов кодовой книги и информацию о коэффициентах LPC. (Б. Скляр Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - M., СПб., К. - c.889-890).Closest to the claimed method of multicomponent decoding of electrical signals of various origins is a decoder that is used in CELP. Decoding is as follows. An encoded signal that activates the LPC model is input to the decoder. The synthesis algorithm checks the possible values of P (the number of delay intervals in the feedback loop) from the list of suitable ones. Two voice parameters are evaluated every 5 ms. The input to the speech filter is extracted from the table of suitable activation sequences. The filter output, in turn, controls the LPC model. A table containing, as a rule, 1024 positions, is called a code book. The codebook is visited every 2.5 ms. When the best combination of codebook positions and voice period are determined using a full search, a group is formed containing a sequence of voice parameters, a sequence of codebook addresses and information on LPC coefficients. (B. Sklyar Digital Communication. Theoretical Foundations and Practical Application. - M., St. Petersburg, K. - c. 889-890).
Недостатками этого способа является то, что кодер вынужден доставлять параметры, описывающие модель LPC5 на декодер; спектральная характеристика фильтров LPC очень чувствительна к квантованию коэффициентов и представляется с помощью неприемлемо большого числа бит, поэтому существует дополнительное преобразование коэффициентов LPC в иное множество параметров, которые менее чувствительны к частоте квантования и называются линейными спектральными парами, что ухудшает качество восстановления исходного сигнала.The disadvantages of this method is that the encoder is forced to deliver parameters describing the LPC 5 model to the decoder; The spectral characteristic of LPC filters is very sensitive to quantization of coefficients and is represented using an unacceptably large number of bits, therefore there is an additional conversion of LPC coefficients to another set of parameters that are less sensitive to the quantization frequency and are called linear spectral pairs, which degrades the quality of reconstruction of the original signal.
В основу изобретения поставлена задача создания высокоэффективного способа многокомпонентного кодирования электрических сигналов различной природы, как аналоговых, так и цифровых, с более высокими коэффициентами сжатия, качество работы которого не зависит от частоты квантования и с восстановлением (синтезом) исходного сигнала с более высокой степенью точности, по сравнению с прототипом.The basis of the invention is the task of creating a highly efficient method of multicomponent coding of electrical signals of various nature, both analog and digital, with higher compression ratios, the quality of which does not depend on the quantization frequency and with the restoration (synthesis) of the original signal with a higher degree of accuracy, compared to the prototype.
Вторая поставленная в основу изобретения задача - создание способа многокомпонентного декодирования электрических сигналов различной природы, который восстанавливает закодированный кодером сигнал с более высо-
кой степенью точности имея более устойчивые характеристики по сравнению с прототипом.The second objective of the invention is the creation of a method of multicomponent decoding of electrical signals of various nature, which restores the encoded encoder signal with a higher a degree of accuracy with more stable characteristics compared to the prototype.
Поставленная задача решается тем, что в способе многокомпонентного кодирования электрических сигналов различной природы, подразумевающем уменьшение разрядности значений сигналов, рассматриваемых во временной области в соответствии с изобретением, уменьшение разрядности значений сиг-The problem is solved in that in the method of multicomponent coding of electrical signals of various nature, which implies a decrease in the bit depth of the signal values considered in the time domain in accordance with the invention, a decrease in the bit depth of the signal
12 fo налов осуществляют путем логарифмирования (In по основанию ~V ^ ), затем последовательно осуществляют фиксацию и сжатие полученных информационно-значимых компонентов сигнала, которыми являются локальные экстремумы и временные интервалы между ними, при изменении направления движения сигнала с добавлением к ним служебной информации, последующее сжатие полученных значений путем использования значений дискретных отсчетов и исключения соответствующих им значений эффективных амплитуд, последующее сжатие за счет выделения повторяющихся участков последовательности временных значений путем представления их ограниченной байтовой последовательностью.12 f o nals are carried out by logarithm (In base ~ V ^), then the obtained information-significant signal components, which are local extrema and time intervals between them, are fixed and compressed sequentially when changing the direction of signal movement with the addition of service information , subsequent compression of the obtained values by using the values of discrete samples and elimination of the corresponding values of effective amplitudes, subsequent compression by highlighting repetitive portions temporal sequence of values bounded by submitting them byte sequence.
Преобразование значений сигналов в цифровую форму осуществляют на этапе уменьшения их разрядности.The conversion of signal values into digital form is carried out at the stage of decreasing their bit depth.
До этапа сжатия полученных значений путем использования значений дискретных отсчетов и исключения соответствующих им значений эффективных амплитуд проводят сжатие полученных значений за счет выравнивания значений положительной и отрицательной фаз экстремумов.
После этапа сжатия за счет выделения повторяющихся участков последовательности временных значений путем представления их ограниченной байтовой последовательностью осуществляют сжатие путем архивирования.Prior to the stage of compression of the obtained values by using the values of discrete samples and eliminating the corresponding effective amplitudes, they compress the obtained values by aligning the values of the positive and negative phases of the extrema. After the compression step, by highlighting the repeating portions of the sequence of time values by presenting them in a limited byte sequence, compression is performed by archiving.
Вторая поставленная задача решается тем, что способ многокомпонентного декодирования электрических сигналов различной природы, использующий временные участки согласно с изобретением, предусматривает представление сигнала ограниченной байтовой последовательностью, последовательностью временных значений и количеством повторов в логарифмическом масштабе с учетом типа повтора, восстановления значений амплитуд локальных экстремумов по таблице соответствия последовательности временных значений, значениям локальных амплитуд и последующее восстановление исходного сигнала путем линейно-кусочной аппроксимации функцией синуса/косинуса.The second task is solved in that the method of multicomponent decoding of electrical signals of various nature, using time sections according to the invention, involves representing the signal in a limited byte sequence, a sequence of time values and the number of repetitions on a logarithmic scale, taking into account the type of repetition, restoring the values of the amplitudes of local extremes according to the table correspondence of the sequence of time values to the values of local amplitudes and last blowing source signal restoration by linear piecewise approximation function sine / cosine.
До представления сигнала ограниченной байтовой последовательностью, последовательностью временных значений и количеством повторов в логарифмическом масштабе с учетом типа повтора осуществляют декодирование сжатой цифровой последовательности значений путем разархивирования, если при кодировании использовалось архивирование.Before the signal is represented in a limited byte sequence, a sequence of time values and the number of repetitions on a logarithmic scale, taking into account the type of repetition, a compressed digital sequence of values is decoded by unarchiving, if archiving was used for encoding.
Заявляемый в изобретении способ многокомпонентного кодирования и декодирования электрических сигналов различной природы основан на методологической предпосылке о том, что сигнал любой природы представляет собой целостность, которая не сводится к сумме свойств его частей. Поэтому в
изобретении сигнал рассматривается во временной, а не в спектральной (частотной) области.The inventive method for multicomponent coding and decoding of electrical signals of various nature is based on the methodological premise that a signal of any nature is an integrity that cannot be reduced to the sum of the properties of its parts. Therefore in In the invention, the signal is considered in the time, and not in the spectral (frequency) region.
Следующая методологическая предпосылка заключается в том, что, хотя все цифровые значения, т.е. временные отсчеты сигнала важны и необходимы для его существования, передачи и восприятия, не все они несут одинаковую информационную нагрузку. Следовательно, часть из них должна быть зафиксирована при записи сигнала или включена как необходимый компонент в его передачу. Другая и большая часть значений может быть восстановлена при воспроизведении сигнала. Таким образом, задача сводится к поиску и фиксации информационно-значимых компонентов сигнала и нахождению алгоритма восстановления всего множества значений, исходя из этих компонентов.The next methodological premise is that, although all digital values, i.e. time samples of a signal are important and necessary for its existence, transmission and perception, not all of them carry the same information load. Therefore, some of them should be fixed when recording a signal or included as a necessary component in its transmission. Other and most of the values can be restored when playing a signal. Thus, the task is reduced to the search and fixing of information-significant components of the signal and finding an algorithm for restoring the entire set of values based on these components.
Однако, как и в других системах сжатия, существует необходимость сокращения количества двоичных разрядов в представлении сигнала. Поскольку традиционный способ деления (сдвига) применить невозможно, т.к. он не позволяет восстановить исходные значения, в изобретении применяется метод логарифмирования, учитывая тот факт, что логарифм обладает свойством достаточно точно представлять малоотличающиеся величины и значительно сокращать величины, имеющие существенные различия.However, as in other compression systems, there is a need to reduce the number of bits in the signal representation. Since the traditional method of division (shift) is impossible to apply, because it does not allow to restore the original values, the invention uses the logarithm method, given the fact that the logarithm has the ability to accurately represent slightly different values and significantly reduce values that have significant differences.
В акустической практике данная закономерность используется, например, в оценке звукового давления (громкости). Величина децибел представляет собой, как известно, 1/10 десятичного логарифма. Однако для целей представления всей совокупности оцифрованных значений сигнала эта единица оказывает-
ся весьма неточной, поэтому в изобретении применен логарифм по другому ос¬In acoustic practice, this pattern is used, for example, in evaluating sound pressure (volume). The decibel value is, as you know, 1/10 of the decimal logarithm. However, for the purpose of representing the totality of the digitized signal values, this unit renders very inaccurate, therefore, the invention uses the logarithm for another
нованию.newcomer.
Таким образом, техническим результом изобретения является:Thus, the technical result of the invention is:
- более высокий коэффициент сжатия;- higher compression ratio;
- отсутствие зависимости качества работы от частоты квантования;- lack of dependence of the quality of work on the frequency of quantization;
- использование для любых электрических сигналов;- use for any electrical signals;
- декодирование с более высокой степенью точности, которая не зависит от- decoding with a higher degree of accuracy, which is independent of
спектральных характеристик.spectral characteristics.
Способ включает в себя следующие действия.The method includes the following steps.
Кодирование, состоящее из следующих этапов:Coding, consisting of the following steps:
1) Преобразование аналогового сигнала, если аналоговый сигнал являет¬1) Converting an analog signal if the analog signal is
ся исходным в цифровой, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) с по¬with the original digital-to-analog-to-digital converter (ADC) with
стоянной частотой дискретизации (fдискр.)fixed sampling rate (fsample)
^дискр* A xвepxняя сигнала.^ Discrete * A x upstream signal.
2) Организация счетчика дискретных отсчетов (времени) - (СДО), бу¬2) Organization of the counter of discrete samples (time) - (SDO), bu¬
ферной памяти для записи, хранения, чтения необходимой информации: значе¬memory for recording, storing, reading the necessary information:
ний СДО - Z, последовательности результирующих значений - Apeз., последо¬SDO - Z, the sequence of resulting values - A rez. last
вательности точек локальных экстремумов исходного сигнала - Epeз;the abilities of the points of local extremes of the initial signal — E pez ;
3) Уменьшение разрядности значений сигналов за счет логарифмирования3) Decrease in bit depth of signal values due to logarithm
12 fy12 fy
(In по основанию ~* ^ )(In base ~ * ^)
12 Гo 12 g o
Арез. = lnAиcx /Ln "V ^ ;Arez. = lnA and cx / Ln " V ^;
где Аисх. - исходные значения сигнала в прямой оцифровке.
4) Определение (В) - локальных экстремумов сигнала путем сравнения текущего значения (Apeз.т.) и (Apeз.п.) - предыдущего значения и записи в память значений Аратах., Apeз.min.5 и соответствующих им значений Z (или времени, за которое достигается Amax. локальный или Amin.лoкaльный) в точках локальных экстремумов при изменении направления движения с последующим обнулением СДО;where is Aish. - initial signal values in direct digitization. 4) Determination of (B) - local extrema signal by comparing the current value (Ap ez .T) and (Ap ez it dry) -.. The previous value and writing into the memory and that the values of Ap x, A pez .min.. 5 and their corresponding values of Z (or the time for which A max . Local or A min . Local ) is reached at the points of local extremes when the direction of movement changes, followed by zeroing of the SDO;
5д) Центровка значений сжатой информации относительно оси «X» декартовой системы координат по формуле:5d) Centering the values of compressed information relative to the “X” axis of the Cartesian coordinate system according to the formula:
Ацентр. = Арез.l — ((Арез.l + Apeз.2)/2) где:Acenter. = Arez.l - ((Arez.l + Apez.2) / 2) where:
Ацентр. — центрирующее значение Арез.1 - значение первой точки локального экстремумаAcenter. - the centering value of Arez. 1 - the value of the first point of the local extremum
Apeз.2 — значение второй точки локального экстремума, при этом в память записывается:Apez.2 - the value of the second point of the local extremum, while in memory is written:
Zцентр- = Zт.i + Zт.2 где:Zcenter- = Z t .i + Z t .2 where:
Zцентр. - суммарное значение,Zce NTR - total value
ZтЛ - значение СДО в первой точке локальных экстремумов, Zx-2 - значение СДО во второй точке локальных экстремумов; при этом содержание буферной памяти переписывается за счет удаления значений локальных экстремумов Aцeнтp.;
6) Уменьшение объема информации за счет выделения повторяющихся участков последовательности Zцeнтp. (временных значений) с сохранением в памяти значений «Zцeнтp.» и количества их повторений;Z tL - LMS value at the first point of local extremes, Z x-2 - LMS value at the second point of local extremes; the contents of the buffer memory are overwritten by removing the values of the local extrema of the A center. ; 6) Reducing the amount of information by highlighting the repeating sections of the sequence Z center. (temporary values) with preservation in memory of values of "Z center. "And the number of repetitions;
7д) Заключительная компрессия любым архиватором.7d) Final compression by any archiver.
Цифрами с буквой «д» в данной последовательности обозначены действия, которые, хотя и помогают достичь заявленного результата, не являются обязательными.The numbers with the letter “d” in this sequence indicate actions that, although they help to achieve the stated result, are not mandatory.
Декодирование цифрового сигнала, состоит из: lд.) Разархивации данных;Digital signal decoding, consists of: ld.) Data unzipping;
2) Обработки ограниченных по объему байтовых последовательностей, величина каждой из которых может составлять 2 - 17 байт, имеющих следующую структуру: 4 старших бита первого байта, (диапазон значений от 0 до 15) - служебная информация, описывающая тип и форму сигнала; 4 младших бита (диапа- 5oн значений от 0 до 15) - описывают тип повтора, указывающий на то, сколько элементов (байт) повторяется, при этом 0 означает отсутствие повтора и второй 5aйт представляет Z в логарифмическом масштабе:2) Processing of volume-limited byte sequences, the value of each of which can be 2 - 17 bytes, having the following structure: 4 high-order bits of the first byte, (range of values from 0 to 15) - service information describing the type and shape of the signal; 4 low-order bits (range from 0 to 15) - describe the type of repeat, indicating how many elements (bytes) are repeated, while 0 means no repeat and the second 5-byte represents Z in a logarithmic scale:
ZBOcт. = exp(LnZ *Ln1V2 );Z BST = exp (LnZ * Ln 1 V2);
"1" означает повторение Z содержащегося, во втором байте при той же формуле расчета Zвост., в этом случае третий байт последовательности означает количество повторений, представленное в логарифмическом масштабе по ранее указанному основанию:"1" means the repetition of Z contained, in the second byte with the same formula for calculating Z tail., In this case, the third byte of the sequence means the number of repetitions, presented on a logarithmic scale at the previously indicated basis:
12 Пу kвост. = exp(Lnk * Ln ~v ^ )
где квост. — количество повторов элемента; k — значение третьего байта в принятой для декодирования последовательности, если значение 4 младших бит больше 1 и равно п - это означает, что за первым байтом следует группа из п байт логарифмированных Z, а следующий за ними байт показывает количество повторений этой группы;12 Pu tail. = exp (Lnk * Ln ~ v ^) where to in art. - the number of repetitions of the element; k is the value of the third byte in the sequence accepted for decoding, if the value of the least significant 4 bits is greater than 1 and equal to n, this means that the first byte is followed by a group of p bytes of logarithmized Z, and the next byte indicates the number of repetitions of this group;
3.) Восстановление по таблице соответствия амплитуд и временных значений сигналов локальных экстремумов, соответствующих значениям Zвocт , получение значений Apeз.;3.) Restore from the table of correspondence of amplitudes and time values of signals of local extrema corresponding to Z values , obtain A pez values . ;
4.) Получение значений AB0Cт.:4.) Obtaining values of A B0C t:
Авост. = exp(LnApeз.* Ln 12 ~* f zh )Avost. = exp (LnApez. * Ln 12 ~ * f z h)
- восстановление всей совокупности значений исходного сигнала посредством представления их с помощью функции siп (соs), при значении «0» в 5-ом разряде первого байта и значение линейной зависимости при наличии «1» в 5-ом разряде первого байта.- restoration of the entire set of values of the original signal by presenting them using the sip (cs) function, with a value of “0” in the 5th digit of the first byte and the value of the linear dependence in the presence of “1” in the 5th bit of the first byte.
Заявляемое изобретение реализовано в виде экспериментального программно - аппаратного комплекса, на котором в ходе экспериментов по кодированию-декодированию сигналов различной природы и сложности исходные сигналы были сжаты в 78 раз. — результат, на много превышающий все существующие способы сжатия.
The claimed invention is implemented in the form of an experimental software and hardware complex, on which during the experiments on encoding-decoding signals of various nature and complexity, the original signals were compressed 78 times. - The result is much higher than all existing compression methods.
Claims
1. Способ многокомпонентного кодирования электрических сигналов различной природы, подразумевающий уменьшение разрядности значений сигналов, рассматриваемых во временной области, отличающийся тем, что уменьшение разрядности значений сигналов осуществляют путем логарифмирования (In 
по основанию "V ^- ), затем последовательно осуществляют фиксацию и сжатие полученных информационно-значимых компонентов сигнала, которыми являются локальные экстремумы и временные интервалы между ними, при изменении направления движения сигнала с добавлением к ним служебной информации, осуществляют последующее сжатие полученных значений путем использования значений дискретных отсчетов и исключения соответствующих им значений эффективных амплитуд и сжатие за счет выделения повторяющихся участков последовательности временных значений путем представления их ограниченной байтовой последовательностью.1. The method of multicomponent coding of electrical signals of various nature, implying a decrease in the bit depth of the signal values considered in the time domain, characterized in that the decrease in the bit depth of the signal values is carried out by logarithm (In on the basis of " V ^ -), then fixation and compression of the obtained information-significant signal components, which are local extrema and time intervals between them, are carried out sequentially, when changing the direction of signal movement with the addition of service information, they further compress the obtained values by using values of discrete samples and the elimination of the corresponding values of effective amplitudes and compression due to the allocation of repeating sections of the sequence of time values by representing them in a limited byte sequence.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значения сигналов преобразуют в цифровую форму на этапе уменьшения их разрядности.2. The method according to p. 1, characterized in that the values of the signals are converted to digital form at the stage of reducing their capacity.
3. Способ по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что до этапа сжатия полученных значений путем использования значений дискретных отсчетов и исключения соответствующих им значений эффективных амплитуд проводят сжатие полученных значений за счет выравнивания значений положительной и отрицательной фаз экстремумов. 3. The method according to PP. 1 or 2, characterized in that prior to the stage of compression of the obtained values by using the values of discrete samples and eliminating the corresponding values of the effective amplitudes, the obtained values are compressed by aligning the values of the positive and negative phases of the extrema.
4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что после этапа сжатия за счет выделения повторяющихся участков последовательности временных значений путем представления их ограниченной байтовой последовательностью проводят сжатие за счет архивирования.4. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that after the compression step, by highlighting the repeating portions of the sequence of time values by presenting them in a limited byte sequence, compression is performed by archiving.
5. Способ многокомпонентного декодирования электрических сигналов различной природы, использующий временные участки, отличающийся тем, что предусматривает представление ограниченной байтовой последовательностью, последовательностью временных значений и количеством повторений в логарифмическом масштабе, с учетом типа повтора, восстановление значений амплитуд локальных экстремумов по таблице соответствия последовательности временных значений локальным амплитудам и дальнейшее восстановление исходного сигнала посредством линейно-кусочной аппроксимации функцией синуса /косинуса.5. A method of multicomponent decoding of electrical signals of various nature, using time sections, characterized in that it provides a limited byte sequence, a sequence of time values and the number of repetitions on a logarithmic scale, taking into account the type of repetition, restoring the amplitudes of local extrema from the correspondence table of the sequence of time values local amplitudes and further restoration of the original signal by linear piecewise approximation of a function of the sine / cosine.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что до представление ограниченной байтовой последовательностью, последовательностью временных значений и количеством повторений в логарифмическом масштабе, с учетом типа повтора, проводят декодирование сжатой цифровой последовательности данных путем разархивирования, если при кодировании использовалось архивирование. 6. The method according to claim 5, characterized in that prior to being represented by a limited byte sequence, a sequence of time values and the number of repetitions on a logarithmic scale, taking into account the type of repetition, decoding the compressed digital data sequence by unzipping if archiving was used in the encoding.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200610390 | 2006-09-29 | ||
| UAA200610390A UA91827C2 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Method of multi-component coding and decoding electric signals of different origin |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2008039161A1 true WO2008039161A1 (en) | 2008-04-03 |
Family
ID=39230473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2007/000056 WO2008039161A1 (en) | 2006-09-29 | 2007-09-11 | Method for multicomponent coding and decoding of electrical signals of different nature |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA91827C2 (en) |
| WO (1) | WO2008039161A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107147398A (en) * | 2017-05-03 | 2017-09-08 | 兰州空间技术物理研究所 | The method and system of lossy compression method is carried out using spline function |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2280827A (en) * | 1993-07-13 | 1995-02-08 | Nokia Mobile Phones Ltd | Speech compression and reconstruction |
| RU2071123C1 (en) * | 1993-07-06 | 1996-12-27 | Валерий Леонидович Воронцов | Method for compression of telemeasurement data and device for its realization |
| WO1998021842A2 (en) * | 1996-11-14 | 1998-05-22 | Ericsson Inc. | Despreading of direct sequence spread spectrum communications signals |
| RU2214048C2 (en) * | 1997-03-14 | 2003-10-10 | Диджитал Войс Системз, Инк. | Voice coding method (alternatives), coding and decoding devices |
| RU2270528C1 (en) * | 2004-08-12 | 2006-02-20 | Борис Иванович Волков | Method for compressing and restoring digital data and device for realization of said method |
-
2006
- 2006-09-29 UA UAA200610390A patent/UA91827C2/en unknown
-
2007
- 2007-09-11 WO PCT/UA2007/000056 patent/WO2008039161A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2071123C1 (en) * | 1993-07-06 | 1996-12-27 | Валерий Леонидович Воронцов | Method for compression of telemeasurement data and device for its realization |
| GB2280827A (en) * | 1993-07-13 | 1995-02-08 | Nokia Mobile Phones Ltd | Speech compression and reconstruction |
| WO1998021842A2 (en) * | 1996-11-14 | 1998-05-22 | Ericsson Inc. | Despreading of direct sequence spread spectrum communications signals |
| RU2214048C2 (en) * | 1997-03-14 | 2003-10-10 | Диджитал Войс Системз, Инк. | Voice coding method (alternatives), coding and decoding devices |
| RU2270528C1 (en) * | 2004-08-12 | 2006-02-20 | Борис Иванович Волков | Method for compressing and restoring digital data and device for realization of said method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107147398A (en) * | 2017-05-03 | 2017-09-08 | 兰州空间技术物理研究所 | The method and system of lossy compression method is carried out using spline function |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA91827C2 (en) | 2010-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102306494B (en) | Method and apparatus for encoding/decoding audio signal | |
| RU2677453C2 (en) | Methods, encoder and decoder for linear predictive encoding and decoding of sound signals upon transition between frames having different sampling rates | |
| JP2005157390A (en) | Method and apparatus for encoding/decoding mpeg-4 bsac audio bitstream having ancillary information | |
| JPS63113600A (en) | Method and apparatus for encoding and decoding voice signal | |
| JPH04506575A (en) | Adaptive transform coding device with long-term predictor | |
| JP2001184080A (en) | Method and system of electronic watermark of compressed audio data | |
| CN1262990C (en) | Audio coding method and apparatus using harmonic extraction | |
| KR19980042556A (en) | Voice encoding method, voice decoding method, voice encoding device, voice decoding device, telephone device, pitch conversion method and medium | |
| US7983346B2 (en) | Method of and apparatus for encoding/decoding digital signal using linear quantization by sections | |
| JP2009532734A (en) | Input signal quantization and inverse quantization method and apparatus, and input signal encoding and decoding method and apparatus | |
| US5355430A (en) | Method for encoding and decoding a human speech signal by using a set of parameters | |
| JP4359949B2 (en) | Signal encoding apparatus and method, and signal decoding apparatus and method | |
| JP4281131B2 (en) | Signal encoding apparatus and method, and signal decoding apparatus and method | |
| CN1222190C (en) | Method of voice compressing in mobile terminal | |
| WO2008039161A1 (en) | Method for multicomponent coding and decoding of electrical signals of different nature | |
| CN100343895C (en) | Audio coding | |
| CN1265354C (en) | Audio processing method and audio processor | |
| JP4736699B2 (en) | Audio signal compression apparatus, audio signal restoration apparatus, audio signal compression method, audio signal restoration method, and program | |
| JP2007142547A (en) | Coding method and decoding method, and coder and decoder employing same | |
| JP2000099009A (en) | Acoustic signal coding method | |
| US8626494B2 (en) | Data compression format | |
| WO2004088634A1 (en) | Speech signal compression device, speech signal compression method, and program | |
| JPH03233500A (en) | Voice synthesis system and device used for same | |
| JP4618823B2 (en) | Signal encoding apparatus and method | |
| JP3010655B2 (en) | Compression encoding apparatus and method, and decoding apparatus and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07808969 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07808969 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |