對於批量數字信息信號的數據壓縮/擴展的製作方法
2023-05-03 15:34:31 1
專利名稱：對於批量數字信息信號的數據壓縮/擴展的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數據壓縮設備，該設備用於對至少第一路和第二路數字信息信號作數據壓縮，至少兩路數字信息信號中的每一路都包含後續樣本，該數據壓縮設備包括-接收第一路和第二路數字信息信號的裝置，-將第一路和第二路數字信息信號合併以得到複合信息信號的信號合併裝置，-對複合信息信號作數據壓縮以得到數據壓縮複合信息信號的數據壓縮裝置，-提供數據壓縮複合信息信號的輸出裝置，它將數據壓縮複合信息信號提供給數據擴展設備，數據擴展設備用來對從至少第一和第二路數字信息信號得到的數據壓縮複合信息信號作數據擴展，該擴展設備包括-接收數據壓縮複合信息信號的輸入裝置，-數據擴展裝置，用於對數據壓縮複合信息信號作數據擴展以得到數據擴展複合信息信號，-還原裝置，從數據擴展複合信息信號中還原得到第一和第二路數字信息信號的複製品，-提供至少第一和第二路數字信息信號複製品的輸出裝置，它可將信號輸出到包含數據壓縮設備的發送器，輸出到包含數據擴展設備的接收器，輸出到用於數據壓縮的方法(method)，輸出到用於數據擴展的方法(method)和輸出到記錄載體。
對立體聲信號作數據壓縮在本技術領域是公知的。本文參考了EP-A 402,973，即所附相關文件目錄中的文件D1。該文件描述了一種子帶編碼器，其中立體聲信號的左右聲道信號成分均以某一特定的採樣頻率如44.1kHz作A/D轉換，則採樣結果為24比特字寬的聲音信號形式，提供給一子帶分離濾波器。該子帶分離濾波器將聲音信號成分分離為許多相關的窄帶子帶信號。利用聽覺心理分析模型(psycho acoustic model)可得到一屏蔽閾值，通過給每個子帶信號塊的每個樣本分配某一特定比特數的方法，子帶信號的樣本塊被數值量化，因上述的屏蔽閾值量化導致大量數據壓縮的聲音信號得以發送。數據壓縮的實現是基於「丟掉」那些聽不見的聲音信號成分，所以這是一種有損壓縮方法。
在強度立體聲模式中，通過對立體聲信號左右聲道信號成分的信號樣本合併在同一子帶中，將它們相加獲得複合子帶信號樣本，然後對該複合子帶信號樣本作數據壓縮，還可以獲得進一步的數據縮減。
文件D1中描述的數據壓縮是一種相對智能化的數據壓縮方法，需要一定數量的門電路或指令，當分別用硬體或軟體實現時，花費是較貴的。並且在分別用硬體或軟體實現時，後續的數據擴展設備也需要一定數量的門電路或指令。
本發明旨在提供一種數據處理設備，它對至少第一路和第二路數字信息信號作數據壓縮，以便信息信號能以一種更簡單的方式被數據壓縮，用一種更簡單的數據壓縮器例如無損編碼器。而且，相應的擴展設備也可更簡單和便宜。
依照本發明的數據壓縮設備包括歸併裝置(merging means)，它將第一路和第二路數字信息信號樣本依次歸併為數據流以獲得所述複合信息信號，該數據壓縮裝置具有一用於接收控制信號的控制輸入端，該數據壓縮裝置用於響應控制信號的改變以用於對複合信息信號的數據壓縮，該控制信號產生裝置用來產生控制信號，所述控制信號產生裝置具有一用於接收複合信息信號的輸入端，並響應複合信息信號來適應於產生控制信號。
該數據壓縮設備、相應的數據擴展設備、包括該數據壓縮設備的發送器、包含該數據擴展設備的接收器和記錄載體的優選實施例，是從屬權利要求的主題。
通過參考下列附圖中給出的實施例可以明了和理解本發明的這些和其它方面特性，其中
圖1表示數據壓縮設備的實施例，圖2表示數據壓縮設備的另一實施例，圖3表示歸併單元的另一實施例，圖4表示圖1中的數據壓縮設備，該數據壓縮設備包含在用於將數據壓縮複合信號錄製在記錄載體上的記錄設備中，圖5表示該數據壓縮設備，該數據壓縮設備包含在用於經傳輸媒介將數據壓縮複合信號發送出去的發送設備中，圖6表示該記錄設備的另一實施例，它還包含糾錯編碼器和信道編碼器，圖7表示數據擴展設備的實施例，數據擴展設備將數據壓縮複合信號擴展為原始信息信號的複製品，圖8表示該數據擴展設備的另一實施例，圖9表示該還原單元的另一實施例，圖10表示圖7中的數據擴展設備，該數據擴展設備包含在用於從記錄載體重新產生數據壓縮複合信號的再生設備中，以及圖11表示圖7中的數據擴展設備，該數據擴展設備包含在用於從傳輸媒介接收數據壓縮複合信號的接收設備中，圖12表示該再生設備的另一實施例，它還包括信道解碼器和糾錯單元，圖1表示依照本發明的數據壓縮設備的實施例，包括用來接收第一路數字信息信號的樣本L0,L1,L2,…的輸入終端1和用來接收第二路數字信息信號的樣本R0,R1,R2,…的輸入終端2。在本例中，第一路和第二路數字信息信號即立體聲信號中相應的左右聲道信號成分。
輸入終端1與歸併單元6的第一個輸入端3連接。輸入終端2與歸併單元6的第二個輸入端4連接。歸併單元6的輸出端8與數據壓縮單元12的輸入端10連接，而數據壓縮單元12的輸出端14與輸出終端16連接。並且，控制信號產生單元18可用，它的輸入端與歸併單元6的輸出端8連接，它的輸出端與數據壓縮單元12的控制信號輸入端19連接。
圖1所示的設備以如下方式運行。立體聲信號左右聲道信號成分的樣本輸入歸併單元6，歸併單元6以某種方法將樣本歸併為一複合數據流，所述樣本在複合數據流中按如下序列排列L0,R0,L1,R1,L2,R2,L3,……這樣得到的複合信號送往數據壓縮單元12，數據壓縮單元最好是無損數據壓縮編碼器，例如哈夫曼類型編碼器或算術編碼器。
無損編碼器的好處是，它們對信息信號作數據壓縮後再用無損解碼器作數據擴展，原先的信息信號能基本上以無損失的方式被還原。也就是說在壓縮一擴展過程後信息基本上沒有丟失。無損編碼器可以為可變長編碼器。可變長編碼器在本技術領域是公知的。這種可變長編碼器的例子為(前面已提及的)哈夫曼編碼器，算術編碼器和Lempel-Ziv編碼器。本文參考了D.A.Huffman著的『一種構造最小冗餘碼的方法』(『A method for the construction of minimum-redundancy codes』)，即相關文件目錄中的文件D2,G.G.Langdon著的『算術編碼初步』(『An introduction to arithmetic coding』)，即相關文件目錄中的文件D3,J.Ziv et al著的『序列數據壓縮的一種通用算法』(『A universal algorithm for sequential datacompression』)，即相關文件目錄中的文件D4。
數據壓縮單元12對複合信號作的數據壓縮受送到其控制輸入端19的控制信號的影響，並在輸出端14產生相對應的數據壓縮複合信號。
控制信號產生單元18響應在歸併單元6的輸出端8上的複合信號而產生控制信號。當壓縮單元12為哈夫曼編碼器時，輸入端19的控制信號是一代表了具有某一幅度的樣本的出現機率的統計信號。當壓縮單元12為算術編碼器時，控制信號同樣是一統計信號，它也代表了複合信號中樣本的出現機率。
將圖1設備得到的壓縮率和分別對兩路數字信息信號作數據壓縮得到的壓縮率進行比較，可以知道圖1的設備有4％的更優性能。數據壓縮可以在塊方式的基礎上進行，複合信息信號的批量樣本塊可在數據壓縮單元12中進行數據壓縮。這些獲得的塊包含第一路信息信號的樣本(Li)和隨後的第二路信息信號的樣本(Ri)。這些塊之前可以有一個同步字。有了同步字，才能在相應數據擴展設備中接收的基礎上將複合信號分離為離散的信息信號。
圖2表示依照本發明的壓縮設備的另一實施例。圖2的壓縮設備和圖1的設備有很多相似之處。圖2的設備包括了圖1中已論及的所有組成部分，並且還包括了一個預測單元20，該單元接在歸併單元6和數據壓縮單元12之間。預測單元20包含一個預測器22和一個信號合併單元24，其中信號合併單元24是減法器。預測器對輸入信號作預測並在它的輸出端提供預測結果。信號合併單元24將原始複合信號和預測結果相減得到一殘餘信號，該信號從預測單元20的輸出端26輸出。
圖2還給出了更精細的控制信號產生單元18』，它包括與預測器22和轉換單元21的串聯。轉換單元21從預測器的輸出信號產生統計信號，用作數據原始單元12的控制信號。
這裡應該提及，預測單元20中預測器22和信號合併單元24的電路結構可以與圖2中的電路結構有所不同。例如，預測器22可以連在信號合併單元24的輸出端至本單元第二輸入端的反饋路徑上，參看圖8。在該實施例中，預測器22從殘餘信號產生信號預測結果，提供給合併單元24第一輸入端。
數據壓縮設備的另一實施例的歸併單元如圖3所示。圖3中的歸併單元6』能把三路信息信號歸併為一路複合信號。在本例中，三路信息信號分別為立體聲的左右聲道信號成分和相應的中央信號。這些樣本歸併為如下所示的複合信號數據流L0,R0,C0,L1,R1,C1,L2,R2,C2,…類似地還可以產生其它的序列。例如以不同的順序，或每次歸併例如同一信號的兩個樣本。
圖4表示一個記錄設備的實施例，該記錄設備包括了圖1中所示的數據壓縮設備，而數據壓縮設備又可包含圖2列出的預測單元。記錄設備還包括一寫單元50，用來把數據壓縮複合信號寫在記錄載體52的一個記錄道上。在本例中，記錄載體52是一磁記錄載體，所以寫單元50至少包含一個磁頭54將數據壓縮複合信號寫到記錄載體52上。記錄載體也可以是光記錄載體，例如CD盤或DVD盤。
圖5表示一發送器的實施例，它經由傳輸媒介TRM將數據壓縮複合信號發送出去，該發送器包含圖1所示的數據壓縮設備，而數據壓縮設備也可包含圖2所示的預測單元。發送器還包括一用於將數據壓縮複合信號送至傳輸媒介TRM的發送單元60。發送單元60一般包含一天線62。
經由傳輸媒介的發送，例如經由無線電頻率連結或記錄載體，通常需要在發送之前對數據壓縮複合信號作糾錯編碼和信道編碼。圖6表示在用於圖4中記錄過程的數據壓縮複合信號上所作的這些處理步驟。因而圖6的記錄過程包括了在本技術領域中公知的糾錯編碼器56和信道編碼器58。
圖7表示依照本發明的數據擴展設備的實施例，該擴展設備可將數據壓縮複合信號還原為原始立體聲信號左右聲道信號成分的複製品。它有一用來接收原始數據複合信號的輸入終端70，該原始數據複合信號由圖1中的數據壓縮設備提供。輸入終端70與數據擴展單元74的輸入端72連接，數據擴展單元74的輸出端76與還原單元單元80的輸入端78連接。還原單元80有兩個輸出端82和84，分別與第一和第二輸出終端86和88連接。
該數據擴展單元74還有一用來接收控制信號的控制輸入端73。該數據擴展單元74響應提供給所述控制信號輸入端73的控制信號以用於對數據壓縮複合信號的數據擴展，以便在輸出端76獲得需要的數據擴展複合信息信號。控制信號產生單元75的輸入端與擴展單元的輸出76連接，控制信號產生單元75的輸出端與擴展單元74的輸入73連接。
圖7的設備從輸入端70接收數據壓縮複合信號，然後將信號傳送到數據擴展單元74的輸入端72。數據擴展單元74對數據壓縮複合信號執行數據擴展步驟，數據擴展步驟也就是圖1所示數據壓縮單元12進行的數據壓縮步驟的反步驟。結果，原始複合信號的複製品被產生，並被送往輸出端76。複合信號的複製品接著送往還原單元80。還原單元80將輸給它的數據流分離為兩路數據流，複合信號中的奇數號樣本輸出到其中的一個輸出端如82，偶數號樣本則輸出到另一輸出端。因而，立體聲信號左右聲道信號成分的複製品分別出現在終端86和終端88。
該控制信號產生器75響應所述擴展數據複合信號而產生控制信號。
圖8表示依照本發明的擴展設備的另一實施例。圖8中的擴展設備與圖7中的設備有很大的相似之處。圖8的設備除包括圖7中設備的所有組成部分外，還包括一預測單元90，它連接在數據擴展單元74、還原單元80和轉換單元77之間。預測單元90包含一個預測器92和一個信號合併單元94，合併單元為加法器。預測器92對輸入的信號進行預測並將預測信號送到輸出端。信號合併單元94將原始殘餘複合信號的複製品加在複合信號的預測值上，得到複合信號的複製品，然後送往預測單元90的輸出端96。
圖8還給出了一個更加精細的控制信號產生單元75』，它包含與預測器92和轉換單元77的串聯連接。轉換單元77從預測器的輸出信號產生統計信號，該統計信號用作數據擴展單元74的控制信號。還應提及，圖8實施例中的預測單元90也可以具有如圖2中所示的電路結構。
數據擴展設備的另一實施例的還原單元如圖9所示。圖9的還原單元80』可從複合信號的複製品中還原出三路信息信號。在本例中，這三路信息信號分別為立體聲信號的左右聲道信號成分和對應的中央信號。
圖10表示圖7所示的數據擴展設備，該數據擴展設備包含在與一再生設備中。該再生設備又包括一個讀取單元100，該讀取單元從記錄載體52的記錄道上讀取數據壓縮複合信號。在本例中，記錄載體52為磁記錄載體，所以讀取單元100至少包含一個磁頭102，用來從記錄載體52讀取數據壓縮複合信號。然而，記錄載體還可以為光記錄載體，例如CD盤或DVD盤。
圖11表示一接收器的實施例，該接收器經由傳輸媒介TRM接收數據壓縮複合信號，該傳輸媒介TRM包含圖7所示的數據擴展設備。該接收器還包括接收單元105，用來從傳輸媒介TRM接收數據壓縮複合信號。該接收單元105可包含天線107。
由以上說明可知，經由傳輸媒介的傳輸，例如經由無線電頻率連結或某一記錄載體，發送前通常需要對殘餘信號作糾錯編碼和信道編碼，所以在接收端也需要作相應的信道解碼碼和糾錯解碼。圖12表示對接收信號作信道解碼和糾錯的處理步驟，而接收信號是由讀取裝置100接收以用於圖10所示的再生設備。因此圖12所示的再生設備包含了在本技術領域中公知的信道解碼器110和糾錯單元112，用來得到數據壓縮複合信號的複製品。
本發明是以優選實施例為參考進行描述的，應理解的是，本發明並不僅限於這些實例。所以，各種不背離由權利要求中限定的本發明範圍的各種修改對於熟悉本技術領域的技術人員來說是顯而易見的。如上所述，將多於兩路的信息信號歸併為一路複合信號以實現數據壓縮是可能的。
並且，本發明還在於它的每一個新穎性特徵或這些特徵的組合。
相關文件目錄(D1)EP-A 402,973(PHN 13.241)(D2)『一種構造最小冗餘碼的方法』，D.A.Huffman著，in Proc.
of the IRE,Vol.40(10),September 1952.(D3)『算術編碼初步』，G.G.Langdon著，IBM J.Res.Develop.,Vol.28(2),March 1984.(D4)『序列數據壓縮的一種通用算法』，J.Ziv等人著，IEEE Trans.
on Inform.Theory,Vol.IT-23,1997．
權利要求
1．一種用於對至少第一路和第二路數字信息信號作數據壓縮的數據壓縮設備，至少兩路信息信號中的每一路都包含後續樣本，該設備包括-接收第一路和第二路數字信息信號的裝置，-將第一路和第二路數字信息信號合併以得到複合信息信號的信號合併裝置，-對複合信息信號作數據壓縮以得到數據壓縮複合信息信號的數據壓縮裝置，-提供數據壓縮複合信息信號的輸出裝置，其特徵在於該信號合併裝置包含了歸併裝置，該歸併裝置用來將第一路和第二路數字信息信號依次歸併為一路數據流，以獲得上述的複合信息信號，上述數據壓縮裝置有一用來接收控制信號的控制輸入端，並響應該控制信號以用於對複合信息信號的數據壓縮，而控制信號產生裝置用來產生控制信號，該控制信號產生裝置有一輸入端用來接收複合信息信號，並響應複合信息信號以用於產生控制信號。
2．權利要求1所述的數據壓縮設備，其中，該控制信號代表了複合信號的一個統計參數。
3．權利要求1或2所述的設備，對n個數字信息信號作數據壓縮，其中n≥2，其特徵在於，信號合併裝置能循環地將n個數字信息信號中每個信號的樣本依次歸併為複合信息信號。
4．權利要求1,2或3所述的設備，其特徵在於該數據壓縮裝置包含了無損壓縮裝置。
5．權利要求4所述的設備，其特徵在於該數據壓縮裝置還包括預測裝置和無損壓縮裝置，其中該預測裝置用來對複合信息信號作預測並獲得殘餘複合信號，該無損壓縮裝置能對殘餘複合信號作無損壓縮以獲得壓縮數據複合信息信號。
6．權利要求4或5所述的設備，其特徵在於該無損壓縮裝置包含一哈夫曼類型編碼器或算術編碼器。
7．發送器經由傳輸媒介發送壓縮數據數字信息信號，發送器包括了在前述任一權利要求中所述的數據壓縮設備，發送器還包括將數據壓縮複合信息信號應用於傳輸媒介的設備。
8．權利要求7所述的發送器，其中的發送器還包括糾錯編碼裝置和/或信道編碼裝置，因為在將數據壓縮複合信息信號作用於傳輸媒介之前，必須對數據壓縮複合信息信號進行糾錯編碼和/或信道編碼。
9．權利要求7或8所述的發送器，它以記錄設備的形式出現，把數據壓縮複合信息信號錄製在記錄載體的記錄道上，該發送器還包括將數據壓縮複合信息信號寫於記錄載體的寫裝置。
10．數據擴展設備用來對從至少第一路和第二路數字信息信號得到的數據壓縮複合信息信號作數據擴展，該數據擴展設備包括-接收數據壓縮複合信息信號的輸入裝置，-數據擴展裝置，用於對數據壓縮複合信息信號作數據擴展以得到數據擴展複合信息信號，-還原裝置，從數據擴展複合信息信號中還原得到第一路和第二路數字信息信號的複製品，-提供至少第一路和第二路數字信息信號的複製品的輸出裝置，其特徵在於，還原裝置能從擴展數據複合信號中還原出個別的樣本，以便得到至少第一路和第二路數字信息信號的複製品，上述數據擴展裝置還有一接收控制信號的控制輸入端，擴展裝置響應所述控制信號以用於對數據壓縮複合信息信號作數據擴展，以便獲得數據擴展複合信息信號，而控制信號產生裝置用來產生所述控制信號，該控制信號產生裝置有一用來接收數據擴展複合信息信號的輸入端，並響應所述數據擴展複合信息信號以用於產生所述控制信號。
11．權利要求10所述的數據擴展設備，其中的控制信號代表了擴展數據複合信號的一個統計參數。
12．權利要求10或11所述的設備，對從n個數字信息信號得到的數據壓縮複合信息信號作數據擴展，其中n≥2，其特徵在於該還原裝置能循環地從數據擴展複合信息信號依次還原n個數字信息信號中每個信號的樣本。
13．權利要求10,11或12所述的設備，其特徵在於該數據擴展裝置包含無損擴展裝置。
14．權利要求13所述的設備，其特徵在於該數據擴展裝置還包括預測裝置，該預測裝置通過該無損擴展裝置對信號作預測步驟，以便得到所述數據擴展複合信息信號。
15．接收器用來接收來自傳輸媒介的數據壓縮複合信息信號，其中，該接收器包含了權利要求10到14中的任一權利要求的數據擴展設備，該接收器還包括由傳輸媒介接收數據壓縮複合信息信號的裝置。
16．權利要求15所述的接收器，其中該接收器還包括信道解碼裝置和/或糾錯裝置，因為在對數據壓縮複合信息信號作數據擴展之前，需對數據壓縮複合信息信號作信道解碼和/或糾錯。
17．權利要求15或16所述的接收器，它以再生設備的形式出現，從記錄載體的記錄道再生數據壓縮複合信息信號，該接收器還包括用來從記錄載體讀取數據壓縮複合信息信號的讀取裝置。
18．一種用來對至少第一路和第二路數字信息信號作數據壓縮的方法，至少兩路數字信息信號的每一路都包含後續樣本，該方法包括以下步驟-接收複合信息信號，該複合信息信號包含被依次歸併為一路數據流的第一路和第二路數字信息信號的樣本，-從所述複合信息信號產生控制信號，-響應所述控制信號以對該複合信息信號作數據壓縮，以便獲得數據壓縮複合信息信號，-提供數據壓縮複合信息信號，
19．權利要求18的方法，其特徵在於接收步驟包括以下子步驟-接收第一路和第二路數字信息信號，-將第一路和第二路數字信息信號依次歸併為一路數據流以獲得複合信息信號。
20．一種數據擴展的方法，對從至少第一路和第二路數字信息信號得到的數據壓縮複合信息信號進行數據擴展，該方法包括以下步驟-接收數據壓縮複合信息信號，-響應控制信號以對數據壓縮複合信息信號作數據擴展，以便得到數據擴展複合信息信號，該數據擴展複合信息信號包含被依次歸併為一路數據流的第一路和第二路數字信息信號的樣本，以及一從數據擴展複合信息信號產生所述控制信號。
21．權利要求20所述的方法，其特徵還在於如下步驟-從擴展數據複合信號還原每個單獨的樣本，以便獲得至少第一路和第二路數字信息信號的複製品，-提供至少第一路和第二路數字信息信號的複製品。
22．由權利要求9所述的發送器得到的記錄載體，包含了錄製在所述記錄載體記錄道上的數據壓縮複合信號。
全文摘要
一種數據壓縮設備擬用於對至少第一路和第二路數字信息信號(L
文檔編號G10L19/008GK1216178SQ98800034
公開日1999年5月5日 申請日期1998年1月7日 優先權日1997年1月16日
發明者A·A·M·L·布呂克爾斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司