DE69933519T2

DE69933519T2 - Arithmetische kodierung/dekodierung eines informationssignals

Info

Publication number: DE69933519T2
Application number: DE69933519T
Authority: DE
Inventors: A. Alphons BRUEKERS; Adriaan Rijnberg
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: KR20010012666A; DE69937761T2; KR100630944B1; EP1605596B1; US6275176B1; ATE342612T1; DE69937761D1; CN1555134B; BR9906331B1; DE69933519D1; MY125647A; PT983634E; ES2273474T3; WO1999048211A2; CN1555134A; EP1605596A2; AU757097B2; BR9906331A; ATE381151T1; JP4179638B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine arithmetische Codieranordnung zur arithmetischen Codierung eines digitalen Informationssignals, auf eine arithmetische Decodieranordnung zur arithmetischen Decodierung eines arithmetisch codierten digitalen Informationssignals in ein digitales Informationssignal, auf ein arithmetisches Codierungsverfahren zur arithmetischen Codierung des digitalen Informationssignals und auf einen Aufzeichnungsträger.
Eine arithmetische Codieranordnung der eingangs definierten Art ist in der Veröffentlichung: "Improved lossless coding of 1-bit audio signals" von F. Bruekers u. a. Vorabdruck 4563(1-6), präsentiert bei der 103. "Convention of the AES" den 26.–29. September 1997 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, Maßnahmen zutreffen zur Verbesserung der verlustlosen Codierung unter Anwendung des in dem Stand der Technik beschriebenen arithmetischen Codierers.
Nach der vorliegenden Erfindung umfasst der arithmetische Codierer die Anspruch 1 definierten Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Prädiktionsfilter und die Wahrscheinlichkeitstabelle für eine optimale mittlere Leistung entworfen sind, dass aber die örtliche Leistung keineswegs optimal ist.. Dies kann zu einer geringen Kompressionseffizienz führen. Nach der vorliegenden Erfindung wird der arithmetische Codierer in eine Kompressionsmode geschaltet, so dass er das empfangene Signal in ein codiertes Ausgangssignal codiert, das dem empfangenen Signal im Wesentlichen identisch ist. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass der arithmetische Codierer in eine Codiermode geschaltet wird zum Codieren des empfangenen Signals als wäre dem arithmetischen Codierer ein vorbestimmtes und festes Wahrscheinlichkeitssignal zugeführt worden.
Es hat sich herausgestellt, dass NELSON M u. a.: "The Data Compression Book", 2. Auflage, M&T Books, New York, USA, 1996, ISBN: 1-55851-434-1, in den Kapiteln 5 und 6 und insbesondere auf den Seiten 153-156 und 159-160 einen Algorithmus beschreibt, wobei arithmetische Codierung angewandt wird zur arithmetischen Codierung einer Sequenz von Zeichen. Zum arithmetischen Codieren der Sequenz von Zeichen soll ein Wahrscheinlichkeitswert vorgesehen werden, und zwar zusammen mit den Zeichen der Sequenz von Zeichen, zu einem Modul des Algorithmus, der die Codierung durchführt, nachstehend als "arithmetischer Codierer" bezeichnet. Ein derartiger Wahrscheinlichkeitswert wird anhand einer statistischen Modellierung der Sequenz von Zeichen berechnet, die gleichzeitig mit der Codierung der Sequenz von Zeichen dynamisch aktualisiert wird. Um den Betrag an Speicherraum, erforderlich für die statistische Modellierung zu begrenzen, werden Eingaben für Zeichen, oder Sequenzen davon nur dann geschaffen, wenn die Zeichen zum ersten Mal gefunden worden sind; bevor dies ausgeführt wird, d.h. wenn kein Wahrscheinlichkeitswert bei der statistischen Modellierung berechnet werden konnte, wird dem arithmetischen Codierer eine feste Wahrscheinlichkeit zugeführt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1a einen Schaltplan eines verlustlosen Codierers und 2a einen Schaltplan eines entsprechenden Decoders, wobei lineare Prädiktion und arithmetische Codierung angewandt wird,
2 ein Beispiel einer Wahrscheinlichkeit p₀ einer einwandfreien Prädiktion als Funktion des Prädiktorfilterausgangs |Z|,
3 ein Beispiel eines codierten Signal, wobei die Anzahl Bits dargestellt sind, die übertragen werden in dem Fall, dass:

(a) keine Codierung stattfindet (punktierte Linie)
(b) alle Bits codiert werden, und zwar unter Verwendung der Wahrscheinlichkeitstabelle (gezogene Linie) und
(c) für die ersten 128 Bits der Ausgang der Wahrscheinlichkeitstabelle überstimmt wird durch p₀ = p₁ = 1/2 (gestrichelte Linie), und wobei es sich herausstellt, dass die Überstimmung das Kompressionsverhältnis verbessert,

4 ein anderes Beispiel eines codierten Signals, wobei die Anzahl übertragener Bits dargestellt ist falls:

(a) keine Codierung stattfindet (punktierte Linie)
(b) alle Bits codiert werden, und zwar unter Verwendung der Wahrscheinlichkeitstabelle (gezogene Linie) und
(c) für die ersten 128 Bits der Ausgang der Wahrscheinlichkeitstabelle überstimmt wird durch p₀ = p₁ = 1/2 (gestrichelte Linie), und wobei es sich herausstellt, dass die Überstim mung das Kompressionsverhältnis verschlimmert,

5a ein Schaltbild eines verlustfreien Codierers nach der vorliegenden Erfindung und
5b ein Schaltbild eines entsprechenden Decoders, die beide ein Mittel haben um die Wahrscheinlichkeit zu überstimmen, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geschaffen wird (p|.|),
6a den verlustfreien Codierer nach 5a vorgesehen in einem Sender, der in Form einer Aufzeichnungsanordnung ist, und
6b den verlustfreien Decoder, vorgesehen in einem Empfänger, der in Form einer Wiedergabeanordnung ist.
Der Prozess der verlustfreien Codierung und Decodierung für das Beispiel von 1-Bit überabgetastete Audiosignale, wird nachstehend mit Hilfe der 1 kurz erläutert, die eine Ausführungsform der arithmetischen Codieranordnung nach 1 und eine Ausführungsform des arithmetischen Decoders nach 1b zeigt.
Die verlustfreie Codierung in der Anordnung nach 1a wird an isolierten Teilen (Frames) des Audiosignals durchgeführt. Eine typische Länge eines derartigen Frames ist 37632 Bits. Die zwei möglichen Bitwerte des Eingangssignals F, "1" und "0" stellen die Abtastwerte +1 bzw. –1 dar. Je Frame wird der Satz mit Koeffizienten für das Prädiktionsfilter z^–1A(z) mit Hilfe beispielsweise des Autokorrelationsverfahrens ermittelt. Das Vorzeichen des Filterausgangssignals, Z, bestimmt den Wert des vorhergesagten Bits F_p, während die Größe des Filterausgangssignals, Z, eine Anzeige ist für die Wahrscheinlichkeit, dass die Prädiktion einwandfrei ist. Eine einwandfreie Prädiktion, oder F = F_p, entspricht E = 0 in dem Restsignal E. Der Inhalt der Wahrscheinlichkeitstabelle, p(|.|), wird je Frame derart entworfen, dass je möglichen Wert von Z, p₀ die Wahrscheinlichkeit ist, dass E = 0 ist. Ein typischer Inhalt der Wahrscheinlichkeitstabelle ist in 2 dargestellt. Für kleine Werte von |Z| ist die Wahrscheinlichkeit einer einwandfreien Prädiktion nahe bei 0,5 und für große Werte von |Z| liegt die Wahrscheinlichkeit nahe bei 1,0. Die Wahrscheinlichkeit für eine nicht einwandfreie Prädiktion F ≠ F_p oder E1, ist deutlich p₁ = 1 – p₀.
Der arithmetische Codierer (AC Enc.) in der Anordnung nach 1a codiert die Sequenz von Bits von E derart, dass der Code (D) weniger Bits erfordert. Dazu benutzt der arithmetische Codierer die Wahrscheinlichkeit, dass Bit n des Signals E, E[n], einen besonderen Wert hat. Die Anzahl Bits zum Codieren von Bit E[n] = 0 ist: dn = –2log(p0) + ε(bits) (Gl. 1)was praktisch nicht mehr als 1 Bit ist, da p₀ ≥ ½ ist (siehe 1). Die Anzahl Bits zum Codieren von Bit E[n] = 1 ist: dn = –2log(p1) + ε = –2log(1 – p0) + ε(bits) (Gl. 2)was nicht weniger als 1 Bit ist. Das ε in den beiden Gleichungen stellt das nicht optimale Verhalten des arithmetischen Codierers dar, kann aber in der Praxis vernachlässigt werden.
Eine einwandfreie Prädiktion (E[n] = 0) führt zu weniger als 1 Bit und eine nicht einwandfreie Prädiktion (E[n] = 1) führt zu mehr als 1 Bit in dem Code (D). Die Wahrscheinlichkeitstabelle ist derart entworfen, dass im Schnitt für das komplette Frame die Anzahl Bits für den Code D minimal ist.
Nebst dem Code D sollen auch die Koeffizienten des Prädiktionsfilters und der Inhalt der Wahrscheinlichkeitstabelle vom Codierer zum Decoder übertragen werden.
In dem Decoder nach 1b wird genau das Umgekehrte des Codierungsprozesses implementiert, wodurch auf diese Weise ein verlustfreies Codierungssystem geschaffen wird. Der arithmetische Decoder (AC Dec.) ist mit den identischen Wahrscheinlichkeiten wie der arithmetische Codierer versehen, um die richtigen Werte des Signals E zu erfassen. Deswegen enthält der Decoder das gleiche Prädiktionsfilter und die gleiche Wahrscheinlichkeitstabelle wie der Codierer.
Das durch die vorliegende Erfindung gelöste Problem kann nun identifiziert werden. Obschon das Prädiktionsfilter und die Wahrscheinlichkeitstabelle derart entworfen wurden, dass ihre mittlere Leistung optimal ist, kann die örtliche Leistung schlecht sein. Ein Beispiel dafür ist der Start eines Frames, wobei das Prädiktionsfilter keine wirklichen Abtastwerte verfügbar hat um den nächsten Abtastwert vorherzusagen. Deswegen ist das Ausgangssignal des Prädiktionsfilters nicht immer ein zuverlässiger Indikator für die Wahrscheinlichkeit einer einwandfreien Prädiktion.
Dies wird anhand der 3 näher erläutert. Die gezogene Linie in 3 ist die Anzahl Bits des Codewortes D, erforderlich um die ersten n Bits des Signals E zu codieren. Die punktierte Linie zeigt die Anzahl Bits des Codewortes D wenn es keine Kompression gibt. Zum Codieren der ersten 1000 Bits des Signals E sind nur etwa 500 Bits in dem Codewort D erforderlich. Für die ersten 100 Bits des Signals E aber sind etwa 170 Bits in dem Codewort D erforderlich. In diesem letzteren Fall sind in Wirklichkeit mehr Bits erforderlich für den Code als für das ursprüngliche Signal. Für ein anderes Frame sind diesel ben Mengen in 4 dargestellt, wobei bei der Codierung der ersten 100 Bits des Signals E kein Problem auftritt. Auch an anderen Stelle als am Start eines Frames kann es passieren, dass die Codierung schlecht verläuft. In einem derartigen Fall ist es besser, die ursprünglichen Bits von E als die codierte Version D zu übertragen.
Das Problem ist nun, das Codewort D mit Teilen des ursprünglichen Signals W derart zu vermischen, dass der Decoder die richtigen Daten erfassen kann. Dieses Problem wurde wie folgt gelöst.
Aus den Gleichungen 1 und 2 ist ersichtlich, dass für p₀ = 1/2 die Anzahl Bits in dem Codewort, D, wie folgt ist: d_n ≈ –²log(1/2) = 1. Dies bedeutet, dass es praktisch keinen Unterschied macht für das Kompressionsverhältnis des verlustfreien Codierers, ob ein einziges Bit von E unmittelbar oder codiert mit der Wahrscheinlichkeit p₀ = 1/2 übertragen wird. Wenn, auf diese Weise für den Teil des Signals E, wo die Prädiktion schlecht verläuft, die Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, überstimmt wird durch den Wert ½, wird das Kompressionsverhältnis verbessert. Nach dieser Annäherung gibt es kein Problem bei der Mischung des Codeworts D mit dem ursprünglichen Signal E.
In 3 und 4 gibt die gestrichelte Linie die Anzahl Bits des Codewortes D an in dem Fall, dass die ersten 128 Bits (d.h. die Reihenfolge der Prädiktion) mit der Wahrscheinlichkeit p₀ = p₁ = 1/2 codiert werden. Im Falle von 3 verbessert das Kompressionsverhältnis und im Fall von 4 wird das Kompressionsverhältnis schlechter. Diese zwei Beispiele zeigen die Notwendigkeit, dass die Überstimmung der Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle für die ersten Bits des Frames geliefert werden, selektierbar sein soll. Dies kann durch ein einziges Bit in den Steuerdaten angegeben werden, die von dem Codierer zu dem Decoder übertragen werden.
Die Anzahl Bits am Anfang eines Frames, für das die Prädiktion schlecht verläuft und für das es bessert ist, dass die Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, überstimmt wird, ist abhängig von der Reihenfolge des Prädiktionsfilters. Die wirkliche Anzahl Bits, für die es besser ist, dass die Wahrscheinlichkeit überstimmt wird, kann von dem Codierer zu dem Decoder explizit übertragen werden. Es ist auch möglich, diese Anzahl an die Prädiktionsreihenfolge zu koppeln, beispielsweise der Prädiktionsreihenfolge entsprechend oder entsprechend einem bekannten Bruchteil der Prädiktionsreihenfolge.
Zum Identifizieren einer ersten Stelle anderswo in dem Frame, wo die Prädiktion schlecht verläuft und für die es besser ist, wenn die Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, überstimmt wird, sind viele Verfahren geeignet. So können beispielsweise der Index des ersten Bits und die gesamte Anzahl Bits, für welche die Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, in den Steuerdaten spezifiziert werden kann, die von dem Codierer zu dem Decoder übertragen werden.
Zum Identifizieren einer nächsten Stelle in dem Frame, wo die Prädiktion schlecht verläuft und für die es besser ist, dass die Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, überstimmt wird, kann dasselbe Verfahren wie für die erste Stelle angewandt werden. Es kann aber vorteilhaft sein, den Start dieser nächsten Stelle nicht in absoluten Termen zu identifizieren, aber gegenüber der vorhergehenden Stelle, wobei es besser wäre die Wahrscheinlichkeit, wie diese durch die Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, zu überstimmen. In 5a und 5b ist dargestellt, dass zum Überstimmen des Wahrscheinlichkeitssignals ein Multiplexer verwendet werden kann.
Es kann vorteilhaft für das Kompressionsverhältnis des verlustfreien Codierers sein, die Wahrscheinlichkeit, die diese von der Wahrscheinlichkeitsstabelle geliefert wird, mit einem anderen Wert als dem Wert ½ zu überstimmen. In dem Fall soll der wirkliche Wert irgendwie von dem Codierer zu dem Decoder übertragen werden.
Die Entscheidung, ob die Wahrscheinlichkeit, wie diese von der Wahrscheinlichkeitstabelle geliefert wird, überstimmt werden soll um das Kompressionsverhältnis zu verbessern, kann getroffen werden, ohne dass die Daten wirklich codiert werden. Auf Basis der Gleichung 1 und 2 kann bestimmt werden, welche Entscheidung optimal ist.
6a zeigt eine Ausführungsform einer Übertragungsanordnung, die in Form einer Aufzeichnungsanordnung ist. Die Aufzeichnungsanordnung umfasst die Datenkompressionsanordnung aus 5a. Die Aufzeichnungsanordnung umfasst weiterhin eine Schreibeinheit 106 zum Schreiben des datenkomprimierten Informationssignals in eine Spur auf dem Aufzeichnungsträger 108. In dem vorliegenden Beispiel ist der Aufzeichnungsträger 108 ein magnetischer Aufzeichnungsträger, so dass die Schreibeinheit 106 wenigstens einen Magnetkopf 110 zum Schreiben des datenkomprimierten Informationssignals in den Aufzeichnungsträger 108 aufweist.
Übertragung über ein Übertragungsmedium, wie eine Funkfrequenzverbindung oder einen Aufzeichnungsträger, erfordert im Allgemeinen eine Fehlerkorrekturcodierung und eine Kanalcodierung, durchgeführt an dem zu übertragenden datenkomprimierten Informationssignal. 6a zeigt derartige Signalverarbeitungsschritte. Die Aufzeichnungsanordnung nach 6a umfasst dazu einen in dem Stand der Technik durchaus bekannten Fehlerkorrekturcodierer 102, und einen ebenfalls durchaus bekannten Kanalcodierer 104.
6b zeigt die Datenexpansionsanordnung nach 5b, einverleibt in eine Empfangsanordnung, die in Form einer Wiedergabeanordnung ist. Die Wiedergabeanordnung umfasst weiterhin eine Leseeinheit 112 zum Auslesen des datenkomprimierten Informationssignals aus einer Spur auf dem Aufzeichnungsträger 108. In dem vorliegenden Beispiel ist der Aufzeichnungsträger 108 ein magnetischer Aufzeichnungsträger, so dass die Leseeinheit 112 wenigstens einen Magnetkopf 114 zum Auslesen des datenkomprimierten Informationssignals aus dem Aufzeichnungsträger 108 umfasst. Der Aufzeichnungsträger kann aber ein optischer Aufzeichnungsträger, wie eine CD oder eine DVD 108' sein.
Wie oben erläutert, erfordert die Übertragung über ein Übertragungsmedium, wie einer Funkfrequenzverbindung oder einen Aufzeichnungsträger im Allgemeinen eine Fehlerkorrekturcodierung und eine Kanalcodierung, durchgeführt an dem zu übertragenden datenkomprimierten n-Pegel Informationssignal, so dass bei Empfang eine entsprechende Kanaldecodierung und eine Fehlerkorrektur durchgeführt werden kann. 6b zeigt die Signalverarbeitungsschritte der Kanaldecodierung und der Fehlerkorrektur, durchgeführt an dem empfangenen Signal, empfangen von den Auslesemitteln 112. Die Wiedergabeanordnung nach 6b umfasst dazu einen durchaus bekannten Kanaldecoder 116, und eine ebenfalls bekannte Fehlerkorrektureinheit 118 zum Erhalten einer Replik des datenkomprimierten Informationssignals.
Während die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, dürfte es einleuchten, dass es sich dabei nicht um begrenzende Beispiele handelt. Auf diese Weise könnten dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, mehrere Modifikationen einfallen.
So befasste sich beispielsweise das oben beschriebene Verfahren mit Signalen mit nur zwei Pegeln. In der betreffenden Situation ist ein Wahrscheinlichkeitssignal in Form nur eines einzigen Wahrscheinlichkeitswertes für jedes zu codierende Symbol erforderlich. Das von der Wahrscheinlichkeitssignalgeneratoreinheit erzeugte Wahrscheinlich keitssignal, das durch p(|.|) bezeichnet wird, wurde durch ein Wahrscheinlichkeitssignal gleich ½ überstimmt. Die präsentierte Idee ist aber auch anwendbar im Falle von Mehrpegelsignalen. Das Wahrscheinlichkeitssignal in Form des Wertes p = ½ sollte dann durch ein anderes Wahrscheinlichkeitssignal ersetzt werden, das für diese Situation optimal ist. Ein Beispiel: für ein in dem arithmetischen Codierer zu codierendes N-Pegelsignal ist ein Wahrscheinlichkeitssignal in Form von N-1 Wahrscheinlichkeitswerten erforderlich zu Lieferung zu dem Wahrscheinlichkeitssignaleingang des arithmetischen Codierers. Das Wahrscheinlichkeitssignal zur Überstimmung des von der Wahrscheinlichkeitssignalerzeugungseinheit erzeugten Wahrscheinlichkeitssignals, durch p(|.|) bezeichnet, könnte derart sein, dass alle genannten N-1 Wahrscheinlichkeitswerte gleich 1/N sind.

6a

102: EECO Codierer
104: Kanalcodierer

6a

116: Kanaldecoder

Claims

Arithmetischer Codierer zum arithmetischen Codieren eines digitalen Informationssignals (F), wobei das digitale Informationssignal aus einer Sequenz von Symbolen besteht, die in Frames aufgeteilt sind, wobei der Codierer Folgendes umfasst: – Eingangsmittel zum Empfangen des digitalen Informationssignals (F), – Prädiktionsfiltermittel (z^–1A(z)) zum Herleiten einer vorausgesagten Version (Z) des genannten digitalen Informationssignals von dem genannten digitalen Informationssignal (F), wobei die Prädiktionsfiltermittel ein Prädiktionsfilter aufweisen zum Herleiten eines mehrwertigen Prädiktionssignals von dem genannten digitalen Informationssignal und Quantisierungsmittel zum Quantisieren der genannten mehrwertigen Prädiktion zum Erhalten der genannten vorhergesagten Version des genannten digitalen Informationssignals, – Signalkombinationsmittel (⊕) zum Kombinieren des digitalen Informationssignals (F) mit der genannten vorhergesagten Version (Z) des digitalen Informationssignals zum Erhalten eines Restsignals, – einen arithmetischen Codierer (AC Enc.) mit einem ersten Eingang, der ein Eingangssignal (E) empfängt, wobei das genannte Eingangssignal (E) das genannte Restsignal ist, mit einem zweiten Eingang zum Empfangen eines Wahrscheinlichkeitssignals (Po), und mit einem Ausgang zum Liefern eines Ausgangssignals (D), wobei der arithmetischer Codierer dazu vorgesehen ist, einen Datenkompressionsschritt an dem Eingangssignal durchzuführen, und zwar in Reaktion auf das genannte Wahrscheinlichkeitssignal zum Erhalten einer datenkomprimierten Version des Eingangssignals, und zum Liefern der datenkomprimierten Version des Eingangssignals zu dem Ausgang, – Wahrscheinlichkeitssignalerzeugungsmittel (p(|.|)) zum Erzeugen des genannten Wahrscheinlichkeitssignals (Po) für den genannten arithmetischen Codierer (AC Enc.) aus dem genannten mehrwertigen Prädiktionssignal, – Mittel zum Umschalten des arithmetischen Codierers (AC Enc.) in eine Codierungsmode zum Codieren eines oder mehrerer Symbole des Eingangssignals (E) in entsprechende Symbole eines Ausgangssignals (D), die im Wesentlichen den genannten Symbolen des Eingangssignals entsprechen, wobei die genannten Umschaltmittel dazu vorgesehen sind, den arithmetischen Codierer in die genannte Codierungsmode umzuschalten, als würde ein vorbestimmtes und festes Wahrscheinlichkeitssignal (1/2) dem genannten arithmetischen Codierer zugeführt, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Umschaltmittel überstimmende Mittel aufweisen zum Überstimmen des Wahrscheinlichkeitssignals (Po) zu dem arithmetischen Codierer (AC Enc.) und zum Zuführen des genannten vorbestimmten und festen Wahrscheinlichkeitssignals (1/2) zu dem genannten arithmetischen Codierer zum Codieren der genannten Symbole des Eingangssignals (E) am Anfang eines Frames für eine Anzahl Symbole, die mit der Ordnung des Prädiktionsfilters gekoppelt sind.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) am Anfang des Frames zu überstimmen, wenn die genannte Überstimmung eine Verbesserung in dem Kompressionsverhältnis erfordert.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) an einer anderen Stelle zu überstimmen, wenn die genannte weitere Überstimmung eine Verbesserung in dem Kompressionsverhältnis erfordert.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal (E) ein digitales n-Pegel-Signal ist und dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, dem genannten arithmetischen ein Wahrscheinlichkeitssignal zuzuführen, wobei das genannte Wahrscheinlichkeitssignal wenigstens einen Wahrscheinlichkeitswert gleich 1/n aufweist, und zwar zum Codieren des einen Symbols oder einiger Symbole in dem Eingangssignal.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass n = 2 ist.
Arithmetischer Codierer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Überstimmungsmittel Multiplexermittel (MUX) aufweisen, die zwischen den genannten Wahrscheinlichkeitssignalerzeugungsmitteln (p(|.|)) und dem genannten Eingang des arithmetischen Codierers (AC Enc.) vorgesehen sind, wobei die genannten Multiplexermittel dazu vorgesehen sind, das genannte vorbestimmte Wahrscheinlichkeitssignal (1/2) in Reaktion auf ein Steuersignal (control) zu dem Ausgang zu multiplexen zur Ermöglichung der Codierung des genannten einen Symbols oder einiger Symbole in dem Eingangssignal (E).
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Symbole der Ordnung des Prädiktionsfilters oder einem bekannten Bruchteil davon entspricht.
Arithmetischer Codierer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin Fehlerkorrekturcodierungsmittel (102) aufweist zum Durchführen einer Fehlerkorrekturcodierung an dem Ausgangssignal (D) des arithmetischen Codierers (AC Enc.) und/oder Kanalcodierungsmittel (104) zum Durchführen eins Kanalcodierungsschrittes an dem genannten Ausgangssignal um eine Übertragung des Ausgangssignals über ein Übertragungsmedium zu ermöglichen.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin Mittel zum Übertragen von Steuerdaten aufweist.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten ein Bit aufweisen, das indikativ dafür ist, ob das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) während der Codierung am Anfang des Frames überstimmt worden ist.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten die Anzahl Symbole aufweisen, für die das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) während der Codierung am Anfang des Frames überstimmt worden ist.
Arithmetische Codierer nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten einen Index des ersten Symbols und einer Anzahl Symbole auf weisen, für die das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) während der Codierung an einer anderen Stelle in dem Frame überstimmt worden ist.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmedium ein Aufzeichnungsträger (108) ist, wie ein optischer oder ein magnetischer Aufzeichnungsträger, und dass der Codierer weiterhin Schreibmittel (110) aufweist zum Schreiben des Ausgangssignals (D) auf dem genannten Aufzeichnungsträger.
Arithmetischer Codierer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin Umwandlungsmittel aufweist zum Aufzeichnen eines Signals, das repräsentativ ist für das Steuersignal (control) auf dem Aufzeichnungsträger (108).
Arithmetisches Codierungsverfahren zur arithmetischen Codierung eines digitalen Informationssignals (F), wobei dieses digitale Informationssignal aus einer Sequenz von Symbolen besteht, die in Frames aufgeteilt sind, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Empfangen des digitalen Informationssignals (F), – das Herleiten einer vorhergesagten Version (Z) des genannten digitalen Informationssignals von dem genannten digitalen Informationssignal (F), wobei dieser Verfahrensschritt das Herleiten eines mehrwertigen Prädiktionssignals von dem genannten digitalen Informationssignal und das Quantisieren der genannten mehrwertigen Prädiktion zum Erhalten der genannten vorhergesagten Version des genannten digitalen Informationssignals umfasst, – das Kombinieren des digitalen Informationssignals (F) mit der genannten vorhergesagten Version (Z) des digitalen Informationssignals zum Erhalten eines Restsignals, – das Durchführen eines Datenkompressionsschrittes in einem arithmetischen Codierer (AC Enc.) an einem Eingangssignal (E), wobei das genannte Eingangssignal (E) das genannte Restsignal ist, und zwar in Reaktion auf das genannte Wahrscheinlichkeitssignal (Po) zum Erhalten einer datenkomprimierten Version des Eingangssignals, – das Liefern der datenkomprimierten Version des Eingangssignals zu dem Ausgang, – das Erzeugen des genannten Wahrscheinlichkeitssignals (Po) für den genannten arithmetischen Codierungsschritt aus dem genannten mehrwertigen Prädiktionssignal, – das Umschalten des arithmetischen Codierers (AC Enc.) in eine Codierungsmode zum Codieren eines oder mehrerer Symbole des Eingangssignals (E) in entsprechende Symbole eines Ausgangssignals (D), die im Wesentlichen den genannten Symbolen des Eingangssignals entsprechen, als würde ein vorbestimmtes und festes Wahrscheinlichkeitssignal (1/2) dem genannten arithmetischen Codierer zugeführt, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Umschaltschritt das Überstimmen des Wahrscheinlichkeitssignals (Po) zu dem arithmetischen Codierer (AC Enc.) und das Zuführen des genannten vorbestimmten und festen Wahrscheinlichkeitssignals (1/2) zu dem genannten arithmetischen Codierer zum Codieren der genannten Symbole des Eingangssignals (E) am Anfang eines Frames für eine Anzahl Symbole, die mit der Ordnung des Prädiktionsfilters gekoppelt sind.
Arithmetisches Codierungsverfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Überstimmung des Wahrscheinlichkeitssignals (Po) am Anfang des Frames, wenn das genannte Überstimmen eine Verbesserung in dem Kompressionsverhältnis erfordert.
Arithmetisches Codierungsverfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch weitere Überstimmung des Wahrscheinlichkeitssignals (Po) an einer anderen Stelle des Frames, wenn das genannte weitere Überstimmen eine Verbesserung in dem Kompressionsverhältnis erfordert.
Arithmetisches Codierungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Schritt der Aufzeichnung des Ausgangssignals auf einem Aufzeichnungsträger (108), wie auf einem optischen oder magnetischen Aufzeichnungsträger umfasst.
Arithmetisches Codierungsverfahren nach Anspruch 18, wobei dieses Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt der Aufzeichnung von Steuerdaten auf dem Aufzeichnungsträger (108) umfasst.
Aufzeichnungsträger (108), auf dem mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 18 das Ausgangssignal aufgezeichnet worden ist.
Aufzeichnungsträger (108), auf dem mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 18 das Ausgangssignal und die Steuerdaten aufgezeichnet worden sind.
Aufzeichnungsträger (108) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten ein Bit aufweisen, das indikativ dafür ist, ob das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) während der Codierung am Anfang des Frames überstimmt worden ist.
Aufzeichnungsträger (108) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten die Anzahl Symbole aufweisen, für die das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) während der Codierung am Anfang des Frames überstimmt worden ist.
Aufzeichnungsträger (108) nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten einen Index des ersten Symbols und einer Anzahl Symbole aufweisen, für die das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) während der Codierung an einer anderen Stelle in dem Frame überstimmt worden ist.
Arithmetischer Decoder zum arithmetischen Decodieren eines arithmetisch codierten digitalen Informationssignals (D) i ein digitales Informationssignal (F), wobei das digitale Informationssignal aus einer Sequenz von Symbolen besteht, die in Frames aufgeteilt sind, wobei dieses Decoder die nachfolgenden Elemente umfasst: – Eingangsmittel zum Empfangen des arithmetisch codierten digitalen Informationssignals (D), – einen arithmetischen Decoder (AC Dec.) mit einem ersten Eingang zum Empfangen des arithmetisch codierten Informationssignals (D), einem zweiten Eingang zum Empfangen eines Wahrscheinlichkeitssignals (Po), und einem Ausgang zum Liefern eines Ausgangssignals (E), wobei der arithmetische Decoder dazu vorgesehen ist, in Reaktion auf das genannte Wahrscheinlichkeitssignal zum Erhalten des genannten Ausgangssignals einen Datenexpansionsschritt an dem arithmetisch codierten digitalen Informationssignal durchzuführen, – Wahrscheinlichkeitssignalerzeugungsmittel (p(|.|)) zum Erzeugen des genannten Wahrscheinlichkeitssignals für den genannten arithmetischen Decoder (AC Dec.), – Prädiktionsfiltermittel (z^–1A(z)) zum Herleiten einer vorhergesagten Version (Z) des ge nannten digitalen Informationssignals von dem genannten digitalen Informationssignal (F), mit einem Prädiktionsfilter zum Herleiten eines mehrwertigen Prädiktionssignals von dem genannten digitalen Informationssignal, und mit Quantisierungsmitteln zum Quantisieren des genannten mehrwertigen Prädiktionssignals zum Erhalten der genannten vorhergesagten Version des genannten digitalen Informationssignals, wobei die genannten Wahrscheinlichkeitssignalerzeugungsmittel (p(|.|)) dazu vorgesehen sind, das genannte Wahrscheinlichkeitssignal (Po) von dem genannten mehrwertigen Prädiktionssignal herzuleiten, – Signalkombinationsmittel (⊕) zum Kombinieren des Ausgangssignals (E) mit der genannten vorhergesagten Version (Z) des digitalen Informationssignals zum Erhalten eines digitalen Informationssignals (F), – Ausgangsmittel zum Liefern des genannten digitalen Informationssignals (F), – Mittel zum Umschalten des arithmetischen Decoders (AC Dec.) in eine Decodierungsmode zum Decodieren eines oder mehrerer Symbole in dem arithmetisch codierten digitalen Informationssignal (D) in entsprechende Symbole des Ausgangssignals, die im Wesentlichen den genannten Symbolen des arithmetisch codierten digitalen Informationssignals entsprechen, wobei die genannten Umschaltmittel dazu vorgesehen sind, den arithmetischen Decoder in die genannte Decodierungsmode umzuschalten als wäre ein vorbestimmtes und festes Wahrscheinlichkeitssignal (1.2) dem genannten arithmetischen Decoder zugeführt, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Umschaltmittel überstimmende Mittel aufweisen zum Überstimmen des Wahrscheinlichkeitssignals (Po) zu dem arithmetischen Decoder (AC Dec.) und zum Zuführen des genannten vorbestimmten und festen Wahrscheinlichkeitssignals (1/2) zu dem genannten arithmetischen Decoder zum Decodieren des genannten einen Symbols oder mehrerer Symbole des arithmetisch codierten digitalen Informationssignals (D) am Anfang eines Frames für eine Anzahl Symbole, die mit der Ordnung des Prädiktionsfilters gekoppelt sind.
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsmittel dazu vorgesehen sind, auch Steuerdaten zu empfangen.
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) am Anfang des Frames zu überstimmen, und zwar in Abhängigkeit von einem Bit in den Steuerdaten, das indikativ dafür ist, ob das Wahrscheinlichkeitssignal während der Codierung am Anfang des Frames überstimmt worden ist.
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) am Anfang des Frames für eine Anzahl Symbole, für die das Wahrscheinlichkeitssignal während der Codierung überstimmt wurde, zu überstimmen, wobei die Anzahl Symbole in den Steuerdaten spezifiziert ist.
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, das Wahrscheinlichkeitssignal (Po) an einer anderen Stelle in dem Frame zu überstimmen, wenn in den Steuerdaten ein Index des ersten Symbols und einer Anzahl Symbole vorhanden ist, für die das Wahrscheinlichkeitssignal während der Codierung an einer anderen Stelle in dem Frame überstimmt wurde.
Arithmetischer Decoder nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (E) ein digitales n-Pegelsignal ist und dass die Überstimmungsmittel dazu vorgesehen sind, ein Wahrscheinlichkeitssignal zuzuführen, wobei das genannte Wahrscheinlichkeitssignal wenigstens einen Wahrscheinlichkeitswert gleich 1/n aufweist, und zwar zu dem arithmetischen Decoder zum decodieren des einen Symbols oder mehrerer Symbole in dem codierten digitalen Informationssignal (D).
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass n = 2 ist.
Arithmetischer Decoder nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Überstimmungsmittel Multiplexermittel (MUX) aufweisen, die zwischen den genannten Wahrscheinlichkeitssignalerzeugungsmitteln (p(|.|)) und dem genannten zweiten Eingang des arithmetischen Decoders (AC Dec.) vorgesehen sind, wobei die genannten Multiplexermittel dazu vorgesehen sind, das genannte vorbestimmte Wahrscheinlichkeitssignal (1/2) zu dem Ausgang zu multiplexen, und zwar in Reaktion auf ein Steuersignal (control) um die Decodierung des genannten einen Symbols oder der genannten Symbole in dem codierten digitalen Informationssignal (D) zu ermöglichen.
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Symbole der Ordnung des Prädiktionsfilters oder einem bekannten Bruchteil davon entspricht.
Arithmetischer Decoder nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin Fehlerkorrekturmittel (118) aufweist zum Durchführen einer Fehlerkorrektur an dem codierten digitalen Informationssignal (D) und/oder Kanaldecodiermittel (116) zum Durchführen eines Kanaldecodierschrittes an dem genannten codierten digitalen Informationssignal vor der Lieferung des codierten digitalen Informationssignal zu dem genannten ersten Eingang des arithmetischen Decoders (AC Dec.).
Arithmetischer Decoder nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät weiterhin Lesemittel (114) aufweist zum Auslesen des codierten digitalen Informationssignals (D) aus einem Aufzeichnungsträger (108), wie einem optischen oder einem magnetischen Aufzeichnungsträger.
System mit einem Aufzeichnungsträger nach Anspruch 20 und einem arithmetischen Decoder nach Anspruch 25.