СИСТЕМА КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ БЕЗ ПОТЕРЬ Российский патент 2000 года по МПК H03M13/29 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе кодирования и декодирования без потерь, и более конкретно, к системе кодирования и декодирования без потерь, включающей устройство кодирования без потерь и устройство декодирования без потерь, в котором закодированные данные могут быть декодированы на основе реального масштаба времени.

Уровень техники
Обычно цифровой аудиосигнал получается из аналогового аудиосигнала посредством способа импульсно-кодовой модуляции для того, чтобы представить аудиоинформацию определенным числом каналов, определенным числом битов и частотой квантования в соответствии со стандартами УЦД (универсального цифрового диска). Однако, поскольку цифровой аудиосигнал включает избыточные данные, требуется использовать способы кодирования со сжатием без потерь для того, чтобы улучшить сокращение времени записи цифрового аудиосигнала относительно универсального цифрового диска (УЦД) и улучшить скорость передачи в битах.

Характерным примером способов кодирования со сжатием без потерь является способ кодирования Хафмана, в котором входным данным, имеющим более высокую частоту распространения, назначается относительно более короткая длина кодового слова, а входным данным, имеющим более низкую частоту распространения, назначается относительно большая длина кодового слова. В случае, когда цифровой аудиосигнал сжимается без потерь способом кодирования Хафмана, он кодируется более эффективно, чем в случае, когда используется только способ линейной импульсно- кодовой модуляции (ИКМ).

Между тем, используется прогнозирующее устройство в случае, когда входные данные имеют прогнозируемые характеристики. Прогнозирующее устройство определяет данные прогнозирования, соответствующие новым входным данным, используя предшествующие входные данные, а затем использует способ для сжатия разности между данными прогнозирования и новыми входными данными. В случае, когда такое прогнозирующее устройство дополнительно используется в вышеописанном устройстве сжатия без потерь, эффективность кодирования относительно цифрового аудиосигнала может быть дополнительно увеличена.

Когда используется вышеописанный традиционный способ кодирования без потерь, скорость передачи в битах закодированных данных изменяется в соответствии со степенью характеристики и произвольности входных данных, хотя скорость передачи в битах входных данных постоянна. Таким образом, поскольку традиционные способы кодирования без потерь требуют очень большой емкости буферов, в случае сжатия и распаковки данных трудно кодировать или декодировать данные в реальном масштабе времени. Кроме того, несмотря на то, что емкость буфера увеличивается для того, чтобы решить вышеупомянутую проблему, все же остается задержка в декодировании.

Сущность изобретения
Для решения вышеупомянутых проблем задачей настоящего изобретения является создание устройства кодирования без потерь для кодирования данных на основе реального масштаба времени.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства декодирования без потерь для декодирования закодированных данных на основе реального масштаба времени.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы кодирования и декодирования без потерь, имеющей устройство кодирования без потерь и устройство декодирования без потерь, в котором закодированные данные могут быть декодированы на основе реального масштаба времени.

Для решения одной задачи настоящего изобретения предлагается устройство кодирования без потерь, содержащее входной буфер для запоминания входных аудиоданных; блок сжатия без потерь для кодирования со сжатием без потерь аудиоданных, запомненных во входном буфере в блоках заданных данных, и вывода закодированных данных в последовательности; выходной буфер для запоминания закодированных аудиоданных, выведенных из блока сжатия без потерь; и контроллер скорости передачи в битах для разделения множества закодированных аудиоданных, запомненных в выходном буфере, на первые данные, имеющие величину данных, превышающую максимальную скорость передачи в битах, и вторые данные, имеющие величину данных, меньшую, чем максимальная скорость передачи в битах, для разделения первых данных на третьи данные, являющиеся закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах, и четвертые данные, являющиеся закодированными данными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах, и для управления выходным буфером так, что четвертые данные выводятся в то же самое время, когда выводятся вторые данные.

Для решения другой задачи, настоящего изобретения также предлагается устройство декодирования без потерь, содержащее входной буфер для запоминания входных данных в их входной последовательности; блок восстановления без потерь для восстановления данных без потерь, выведенных из входного буфера, и для генерирования аудиоданных; контроллер буфера для управления входным буфером таким образом, что первые данные, не имеющие информации идентификации среди данных, запомненных во входном буфере, подаются в блок восстановления без потерь, и вторые данные, имеющие информацию идентификации, объединенные с третьими данными, имеющими информацию идентификации, подаются в блок восстановления без потерь, в котором первые данные имеют величину данных, при которой результирующие, полученные кодированием без потерь аудиоданные блока заданных данных не превышают максимальную скорость передачи в битах, а вторые данные и третьи данные составляют четвертые данные, при которых результирующие полученные кодированием без потерь аудиоданные соответствующего блока заданных данных превышают максимальную скорость передачи в битах, и в котором вторые данные являются закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах среди четвертых данных, а третьи данные являются закодированными аудиоданными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах среди четвертых данных; и выходной буфер для запоминания и вывода аудиоданных, генерируемых в блоке восстановления без потерь.

Для решения другой задачи настоящего изобретения также предлагается система кодирования и декодирования без потерь, содержащая устройство кодирования без потерь и устройство декодирования без потерь, причем устройство кодирования без потерь содержит первый входной буфер для запоминания входных аудиоданных; блок сжатия без потерь для сжатия-кодирования без потерь аудиоданных, запомненных в первом входном буфере в блоках заданных данных, и вывода закодированных данных в последовательности; первый выходной буфер для запоминания закодированных аудиоданных, выведенных из блока сжатия без потерь; и контроллер скорости передачи в битах для разделения множества закодированных аудиоданных, запомненных в выходном буфере, на первые данные, имеющие величину данных, превышающую максимальную скорость передачи в битах, и вторые данные, имеющие величину данных, меньше, чем максимальная скорость передачи в битах для разделения первых данных на третьи данные, являющиеся закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах, и четвертые данные, являющиеся закодированными данными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах, и для управления первым выходным буфером так, что четвертые данные выводятся в то же самое время, когда выводятся вторые данные, а устройство декодирования без потерь содержит второй входной буфер для запоминания входных данных в их входной последовательности; блок восстановления без потерь для восстановления данных без потерь, выведенных из второго входного буфера, и для генерирования аудиоданных; контроллер буфера для управления вторым входным буфером таким образом, что первые данные, не имеющие информации идентификации среди данных, запомненных во втором входном буфере, подаются в блок восстановления без потерь, а вторые данные, имеющие ин формацию идентификации, объединенные с третьими данными, имеющими информацию идентификации, подаются в блок восстановления без потерь, в котором первые данные имеют величину данных, при которой результирующие полученные кодированием без потерь аудиоданные блока заданных данных, не превышают максимальную скорость передачи в битах, а вторые данные и третьи данные составляют четвертые данные, при которых результирующие полученные кодированием без потерь аудиоданные соответствующего блока заданных данных превышают максимальную скорость передачи в битах, и в котором вторые данные являются закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах среди четвертых данных, а третьи данные являются закодированными аудиоданными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах среди четвертых данных; и второй выходной буфер для запоминания и вывода аудиоданных, генерируемых в блоке восстановления без потерь.

Краткое описание чертежей
Задачи и другие преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при подробном описании структур и функционирований настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 - блок-схема, изображающая устройство кодирования без потерь в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 - концептуальное изображение для объяснения работы контроллера скорости передачи в битах, изображенного на фиг. 1;
фиг. 3 изображает структуру потока битов, выводимого из выходного буфера, изображенного на фиг. 1; и
фиг. 4 - блок-схема, изображающая устройство декодирования без потерь, соответствующее устройству кодирования без потерь фиг. 1.

Подробное описание предпочтительных примеров осуществления
Предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых элементы, имеющие одни и те же ссылочные номера, выполняют одни и те же функции.

На фиг. 1, изображающей устройство кодирования без потерь в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения, входной буфер 11 запоминает цифровые аудиоданные, вводимые из внешнего источника, и подает запомненные аудиоданные в блок 13 сжатия без потерь в той же самой последовательности, как их входная последовательность. Блок 13 сжатия без потерь сжимает и кодирует без потерь аудиоданные, поданные из входного буфера 11 в каждый блок заданных данных. В этом примере осуществления настоящего изобретения, например, в качестве блока заданных данных используется кадр. Также в настоящем изобретении блок 13 сжатия без потерь сжимает и кодирует без потерь аудиоданные посредством способа кодирования со сжатием без потерь, как например, хорошо известного способа кодирования Хафмана. Аудиоданные, закодированные блоком 13 сжатия без потерь вводятся в выходной буфер 15. Выходной буфер 15 запоминает входные закодированные аудиоданные. Выходной буфер 15 запоминает за кодированные аудиоданные в такой конфигурации, чтобы закодированные аудиоданные, соответствующие произвольному кадру, можно было отличить от закодированных аудиоданных, соответствующих другим кадрам. Контроллер 17 скорости передачи в битах запоминает максимальную скорость передачи в битах, определяемую на основе скорости передачи в битах, получающуюся в результате кодирования без потерь всех аудиоданных, соответствующих аудио дорожке. Контроллер 17 скорости передачи в битах управляет выходным буфером 15 таким образом, что закодированные аудиоданные, запомненные в выходном буфере, выводятся с выходной скоростью передачи в битах, которая равна или меньше, чем максимальная скорость передачи в битах.

Ссылаясь на фиг. 2, ниже будет описана работа контроллера 17 скорости передачи в битах. Контроллер 17 скорости передачи в битах разделяет множество закодированных аудиоданных, запомненных в выходном буфере 15, на первые данные, имеющие величину данных, превышающую максимальную скорость передачи в битах, и вторые данные, имеющие величину данных, не превышающую максимальную скорость передачи в битах. При вышеупомянутом разделении, например, закодированные аудиоданные кадров номеров кадров 6, 7 и 10, изображенных на фиг. 2, определяются как первые данные. Контроллер 17 скорости передачи в битах разделяет соответствующие первые данные на третьи данные, являющиеся закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах, и четвертые данные, являющиеся закодированными аудиоданными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах. Четвертые данные изображены как заштрихованные части на фиг. 2. Контроллер 17 скорости передачи в битах добавляет информацию идентификации, с помощью которой четвертые данные и третьи данные, соответствующие четвертым данным, можно отличить от данных другого кадра, к четвертым данным и третьим данным, соответствующим четвертым данным. Например, номер кадра используют в качестве информации идентификации. Затем контроллер 17 скорости передачи в битах управляет выходным буфером 15 таким образом, что четвертые данные выводятся из выходного буфера 15 в то же самое время, как вторые данные другого кадра. В этом примере осуществления настоящего изобретения контроллер 17 скорости передачи в битах выбирает конкретный кадр, временно предшествующий кадру четвертых данных, и управляет выходным буфером 15 таким образом, что четвертые данные выводятся в то же самое время, как вторые данные выбранного кадра. В этом случае контроллер 17 скорости передачи в битах выбирает предшествующий кадр для того, чтобы добавить четвертые данные на основе скорости передачи в битах, соответствующей заданному числу кадров, предшествующих кадру четвертых данных. В ответ на управление контроллера 17 скорости передачи в битах выходной буфер 15 выводит вторые данные, вторые и четвертые данные вместе или третьи данные в виде потока битов в соответствии с соответствующим, кадром закодированных аудиоданных, поданных из блока 13 сжатия без потерь. Таким образом, в случае кадров, имеющих номера, изображенные на фиг. 2, выходной буфер 15 выводит поток битов, как изображено на фиг. 3. На фиг.3 кадры, которые не заштрихованы, являются кадрами, выведенными из выходного буфера 15 в той же самой последовательности, в которой они вводились в выходной буфер 15 из блока 13 сжатия без потерь, а заштрихованные части изображают четвертые данные, добавленные ко вторым данным кадра, временно предшествующего первоначальному кадру. Аналогично, выходной буфер запоминает закодированные аудиоданные так, что выходная скорость передачи в битах не превышает максимальную скорость передачи в битах при управлении контроллером 17 скорости передачи в битах, и выводит последовательно запомненные данные.

Фиг. 4 является блок-схемой, изображающей устройство декодирования без потерь для восстановления потока битов, выведенного из устройства кодирования без потерь фиг. 1. На фиг. 4 входной буфер 41 запоминает данные потока битов, генерируемые в устройстве кодирования фиг. 1, в той же самой последовательности, как их входная последовательность. Контроллер 43 буфера управляет входным буфером 41 для того, чтобы выводить данные, запомненные во входном буфере 41, в блок восстановления 45 без потерь. Под управлением контроллера 43 буфера вторые данные выводятся в блок восстановления 45 без потерь без изменения, а четвертые данные объединяются с третьими данными и первыми данными, соответствующими четвертым данным, на основе информации идентификации, добавленной к третьим данным и четвертым данным. Объединенные первые данные выводятся в блок восстановления 45 без потерь. Здесь контроллер 43 буфера определяет последовательность первых данных и вторых данных, вместе выведенных в блок восстановления 45 без потерь, на основе вторых данных и третьих данных. Таким образом, в случае, когда вторые данные предшествуют третьим данным среди данных потока битов, введенного во входной буфер 41, вторые данные выводятся в блок восстановления 45 без потерь, а затем первые данные, соответствующие третьим данным выводятся в блок восстановления 45 без потерь. В результате входной буфер 41 может подавать запомненные данные в блок восстановления 45 без потерь так, что блок восстановления 45 без потерь может восстанавливать данные без какой-либо задержки.

Блок восстановления 45 без потерь выполняет обратный процесс обработки сигнала в вышеописанном блоке 13 сжатия без потерь для того, чтобы восстановить аудиоданные, и выводит восстановленные аудиоданные в выходной буфер 47. Выход ной буфер 47 запоминает аудиоданные, поданные из блока восстановления 45 без потерь, и подает запомненные аудиоданные в следующее устройство (не показано).

Поскольку для специалистов в данной области техники очевидно, что вышеупомянутое устройство кодирования без потерь и вышеупомянутое устройство декодирования без потерь могут быть использованы в системе кодирования и декодирования без потерь, несмотря на то, что она не изображена на чертежах и не описана в описании, подробное описание этого будет опущено.

Как описано выше, система кодирования и декодирования без потерь, включающая устройство кодирования без потерь и устройство декодирования без потерь управляет скоростью передачи в битах закодированных аудиоданных так, что закодированные аудиоданные могут быть декодированы на основе реального масштаба времени. Таким образом, настоящее изобретение может быть использовано в системе реального масштаба времени с ограниченной скоростью передачи в битах, как в устройстве воспроизведения диска или канале связи,

Изобретение относится к системе кодирования и декодирования без потерь и восстанавливает закодированные со сжатием без потерь аудиоданные на основе реального масштаба времени. Техническим результатом является создание устройства кодирования без потерь для кодирования данных на основе реального масштаба времени и создание устройства декодирования без потерь для декодирования закодированных данных на основе реального масштаба времени. Устройство кодирования без потерь включает блок сжатия без потерь для кодирования со сжатием без потерь аудиоданных и для вывода закодированных данных в последовательности, выходной буфер для запоминания закодированных аудиоданных. Устройство декодирования без потерь содержит входной буфер для запоминания входных данных в их входной последовательности, блок восстановления без потерь для восстановления данных без потерь, контроллер буфера для управления входным буфером, выходной буфер для запоминания и вывода аудиоданных. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство кодирования без потерь, содержащее входной буфер для запоминания входных аудиоданных, блок сжатия без потерь для кодирования со сжатием без потерь аудиоданных, запомненных во входном буфере в блоках заданных данных, и вывода закодированных данных в последовательности, выходной буфер для запоминания закодированных аудиоданных, выведенных из блока сжатия без потерь, и контроллер скорости передачи в битах для разделения множества закодированных аудиоданных, запомненных в выходном буфере, на первые данные, имеющие величину данных, превышающую максимальную скорость передачи в битах, и вторые данные, имеющие величину данных, меньшую, чем максимальная скорость передачи в битах, для разделения первых данных на третьи данные, являющиеся закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах, и четвертые данные, являющиеся закодированными данными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах, и для управления выходным буфером так, что четвертые данные выводятся в то же самое время, когда выводятся вторые данные. 2. Устройство кодирования без потерь по п.1, отличающееся тем, что выходной буфер последовательно выводит запомненные данные с помощью контроллера скорости передачи в битах с выходной скоростью передачи в битах, которая равна или меньше, чем максимальная скорость передачи в битах. 3. Устройство кодирования без потерь по п.1, отличающееся тем, что контроллер скорости передачи в битах добавляет четвертые данные к кадру вторых данных, предшествующему кадру четвертых данных. 4. Устройство кодирования без потерь по п.1, отличающееся тем, что контроллер скорости передачи в битах управляет выходным буфером таким образом, что вторые данные, вторые и четвертые данные вместе или третьи данные могут быть выведены в той же самой последовательности, с которой закодированные аудиоданные подаются из блока сжатия без потерь. 5. Устройство кодирования без потерь по п.1, отличающееся тем, что контроллер скорости передачи в битах добавляет информацию идентификации к третьим данным и четвертым данным, соответствующим третьим данным. 6. Устройство кодирования без потерь по п.1, отличающееся тем, что информацией идентификации является номер кадра. 7. Устройство декодирования без потерь, содержащее входной буфер для запоминания входных данных в их входной последовательности, блок восстановления без потерь для восстановления данных без потерь, выведенных из входного буфера, и для генерирования аудиоданных, контроллер буфера для управления входным буфером таким образом, что первые данные, не имеющие информации идентификации среди данных, запомненных во входном буфере, подаются в блок восстановления без потерь, и вторые данные, имеющие информацию идентификации, объединенные с третьими данными, имеющими информацию идентификации, подаются в блок восстановления без потерь, в котором первые данные имеют величину данных, при которой результирующие полученные кодированием без потерь аудиоданные блока заданных данных не превышают максимальную скорость передачи в битах, а вторые данные и третьи данные составляют четвертые данные, при которых результирующие полученные кодированием без потерь аудиоданные соответствующего блока заданных данных превышают максимальную скорость передачи в битах, и в котором вторые данные являются закодированными аудиоданными, имеющими величину данных максимальной скорости передачи в битах среди четвертых данных, а третьи данные являются закодированными аудиоданными части, превышающей максимальную скорость передачи в битах среди четвертых данных, и выходной буфер для запоминания и вывода аудиоданных, генерируемых в блоке восстановления без потерь.