TWI220336B - Compression rate promotion method of adaptive differential PCM technique - Google Patents

Description

1220336 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可適性差異脈碼調變技術之壓縮率 提升方法，尤指一種依脈碼位元串（Bit string)出現機率高 低而以不同長度的代表碼取代，而可縮短資料長度以進一 步提升壓縮率的可適性差異脈碼調變技術。 【先前技術】 按，脈碼調變（PCM)與可適性差異脈碼調變（ADpcM) 係常用的壓縮音訊處理技術；其中，脈碼調變（PCM Code Modulation)主要原理係將類比信號轉換為數位信號 ，此種方式主要係將語音波形單純地就固定頻率予以取樣 儲存，優點為聲音十分逼真，缺點則在其佔用的記憶體空 f曰J太大。又ADPCM則係一種可適性差異脈碼調變方式， 其透過適當比率對語音進行壓縮，如將16 bit/sampie的波 形以4:1之比率壓縮成4 bit/sample，再以1:4之比率進行 解壓縮，即可還原為16 bit/sample的波形信號，其佔用記 憶體空間較單純的PCM小，但其缺點在於壓縮率偏低。 而在一般的數位音訊處理裝置中，係同時運用了前述 兩種調變技術，如一般可攜式的雷射播放機(cd Wayer)為 確保不受短暫震動影響其播放音質，其内部多設有一電子 防震系統（EASS，Electronic Anti-Shock System)，如第四圖 所不者為一單聲道電子防震系統，其前端經一 ADPCM編 螞裔（7 1 )進行編碼後分別送入一動態隨機記憶體（7 1220336 2 )，再由動態隨機記憶體Γ 7 0 λ w (72)送出的資料得 ADPCM解碼器（7 3 )進 针係由一 延仃解碼，經解碼還原 變信號則送至一音訊處理器（ “的脈碼調 W 4 )處理後予以播放。少 …構下’由動態隨機記憶體 間的資料，以產生一緩衝 子⑽存—段時 _ 震作用’至於防震處理時間的 長短則視編解碼技術的壓縮率斑 、 部手與動悲隨機記憶體的容 小而定。 里八 而前述ADPCM編碼器r 7 1、λα師” 7 ^ 了 1 )的壓縮編碼方式

為4位元模式與3位元模式5而 a 7 ' 而目刖的音訊裝置至少

右兩聲道，則在兩聲道的條件下， J 70棋式下的編碼与 (Bit rate)(以44·1ΚΗζ為取樣頻率時）為： 4(biis) X 44100 X2(聲道）=3 52,800 Kbps 又3位元模式下的編碼率（Bitrate)為： 3(bits)X 44100 Χ2(聲道）=264,6〇〇 Kbps 當前述電子防震系統中的動態隨機記憶體其容量為 16M Bits時，前述兩模式可用的防震處理時間分別為··

4 位元模式·· 16,0〇〇,〇〇〇 + 352,8〇〇=45 35(sec) 3 位元模式：1650005000 + 264,600 = 60.46(sec) 由上述可知，電子防震系統的處理時間長短與記憶體 容量、編碼率存在直接的關聯，由於動態隨機記憶體的成 本高，在不使用更大容量記憶體的前提下，惟有提高資料 的編碼率，但如前揭所述，既有電子防震系統使用的 ADPCM ’其缺點即在於壓縮率偏低，而無法滿足前述需求 ，進而無法節省更多的電力及使電子防震系統具有更理想 1220336 的效率表現。換言之，如能有效提升ADPCM的壓縮率 將有助於增進其應用效率。 【發明内容】 一因此，本發明主要目的在提供一種依脈碼信號中各位 凡串（BU string)出現機率高低而以不同長度的代表碼取代 ’藉以縮短資料長度而進-步提升可適性差異脈碼調變技 術壓縮率之方法。 為達成前述目的採取的主要技術手段主要係令一信號 ㈣ADPCM進行編碼後，又進_步執行—脈碼長度調變 手段’其係以脈碼信號中各位元串的出現機率高低，分別 以不同長度的代表位元串取代，藉此可進—步縮短資料長 度，相對提升其壓縮^又經過該脈料度調變手段處理 的資料可經-脈碼長度還原手段零失誤的還原成原㈣。 2 —圖所示，係本發明—可行實施例的系統示意圖 要係運用於一電子防震系統，其包括有： r — ADPCM編碼器（1 1 )，對信號進行可適性差里 脈碼調變編碼作業； 、丨差”

—動態隨機存取記憶體（1 2 )，係供暫存A

1 )达出的可適性差異調變脈 ⑶仏），以提供緩衝作用； ％琥（ADPCM

一 adpcm解碼器（1 3 )，俜用以脒^ A ;你用以將動態隨機存取 1220336 記憶體（1 2 )送出的可適性差異調變脈碼信號⑽ codes)解碼還原為原始訊號； -可變脈碼長度編碼器（14 )，係設於adpcm編 碼器（1 1 )#動態隨機存取記憶體（丄2)之間，用以

對ADPCM編碼器（1 ])鈐山从π A 、丄丄）輸出的可適性差異調變脈碼俨 號(ADPCM codes)進行一脈碼長度調變，令其中的各位元 串(Bit string)依其出現機率的高低，轉換為不同長度的代 表碼，再送至動態隨機存取記憶體（i 2 ); 一可變脈碼長度解碼器（15)，係設於動態隨機存 取記憶體（1 2 )與ADPCM解碼器（工3 )之間，用以 將動態隨機存取記憶體（i 2)《出的代表碼還原為原始 長度的可適性差異調變脈碼㈣，再送至讀⑽解碼器 (1 3 )還原回原信號。 …在前述的電子防震系統中，係在可適性差異調變脈碼 信號（ADPCM codes)送人動態隨機存取記憶體（i 2 )之 前’先改變其位元串的長度，由於此一脈碼長度調變手段 將=一步縮短壓縮資料的長度，故可增加動態隨機存取記 隐妝（1 2 )儲存的資料量，並延長其防震緩衝時間，當 其由動態隨機存取記《( 1 2 )送出時，則利用可變： 碼長度解碼器（1 5 )還原為原始的ADPCM codes，此一 轉換還原過程將無任何失誤，可確保資料的正確性。至於 刖述脈碼長度調節/還原手段的具體技術内容詳如以下所 述： 刖述脈碼長度調變手段主要係採用霍夫曼（Huffman)編 碼原則，令房兔士 現的機率不同的脈碼位元串因在整段資料中出 係令出現機：高二不Γ度的代表碼暫代，其基本原則 機率較低的位元串=;=的代表碼取代，出現 效的縮短資料長/長的代表碼取代，藉此可有 碼方式為例說以下謹以一3位元模式的術㈤編 的脈碼位元串均由三 元串因出現機率的高 ，二個位元組成的位 在3位元模式完成ADPCM編碼 個位元組成，利用前述方法可使各位 低而以不同長度的代表碼取代。首先 元串包括下列幾種： 001 010 °11 100 101 no ηι 吾人假設前列位元串在一段資料的出現機率高低分別 如第二圖所列順序之ni、〇0l、n〇、〇1〇、1〇1_、 100等，其出現機率則S⑴A 〇·35、001加11〇為〇 3、 010加101為0.2、011加100則為015。依其出現機率的 咼低，吾人予出現機率最高的位元串以最短的單一位元〇 取代，出現機率次高的位元串由三個位元1〇s(s為位元串 中隶问位元之值）組成的代表碼取代、至於出現機率第二、 第四之位元串則由四個位元組成的代表碼取代，其分別為 110S及Ills，經轉換後即可得到各位元串對應的代表碼 (如第三圖所示），而經實際轉換後即可達到縮短資料長 度之目的，以下僅取一段資料說明其轉換前後之差異。 假設原始的ADPCM codes係如下列： 011一010一001一ill一〇〇1一110一111 — 111一00LUO—OOUW ⑴ 1220336 前述位元串組成資料長度為3 9位元’而經過再編碼 以代表碼取代後，其資料内容係如下列： ^ 1110一1100—100一0—100一101一〇一〇一100一101—100一101 〇 而送出的資料即為 1 1 101 100100010010100100101 1001010 共計 33 位元 經與轉換前的資料比較，減少了六個位元，換言之其 壓縮率即提升了（39-33)/39 = 0.15。

以前述應用於電子防震系統的實例而言，因動態隨機 存取記憶體（1 2 )前端的壓縮率已經提升，故可提高其 儲存資料量，進而延長其防震緩衝時間。當代表碼由動態 隨機存取記憶體（1 2 )送出時，即再以前述的原則作反 相轉換，即可毫無失誤的還原為原先的資料内容。 由上述可知，本發明主要係對已經過可適性差異脈 調變（ADPCM)編碼的脈碼信號執行一脈碼長度調變手段 使其脈碼信號的位元串隨出現機率高低而有不同長度，： 中出現機率最高的位元串係以最短的代表碼取代，出現4

率較低的位元串則由相對較長的代表碼取代，利用此一; 式可使位7L串的平均位凡數減少而提高其座縮率，當其$ =如電子防震系統之場合時’可增加其動態隨機存取t ^之貧料儲存量而延長其防震時間；由此可見，本發日』 ^可進—步提升可適性差異脈碼調變技術之Μ縮率，Μ ::有技術已具備顯著功效增進’並符合發明專利要件， 友依法提起申請。 4 f Κ 1220336 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 第一圖：係本發明一應用實施例之系統示次 、.¾ 圖。 第一圖·係假設某段脈碼信號之位元奉 t ®現機率表。 弟二圖·係苐一圖中位元串出現機率與代表碼之對照 表。 弟四圖·係習用電子防震系統之方塊圖。 (二） 元件代表符號 (1 1 ) ADPCM編碼器 (1 2 )動態隨機存取記憶體 (1 3 ) ADPCM解碼器 (1 4 )可變脈碼長度編碼器 (1 5 )可變脈碼長度解碼器 (7 1 ) ADPCM編碼器 (7 2 )動態隨機記憶體 (7 3 ) ADPCM解石馬器 (7 4 )音訊處理器 9

Claims (1)

1220336 拾、申請專利範園： 1 · 一種可適把莖 ,海㈤上占〃、脈碼調變技術之壓縮率提升方法 ^ PCM進行編碼後，又進一步執 仃一脈碼長度調變手八 适乂執 度，且A 7脈碼信號中各位元串為不同長 其歷縮率; 串千均長度小於原始長度，藉以提升 别述脈碼長度調，變丰p ^ ^ ^ ^ 又、…5 一脈碼長度還原手段將 即長又的脈碼信號還原成原始的信號。 2二如申請專利範圍第工項所述可適性差異脈石馬調變 技術之壓縮率提升方法， ^ 馬長度凋變手段係根據脈碼 仏琥中各個位元串出頦嬙銮古 饭… 出錢羊冋低，分別以不同長度的代表 、， 钱旱取同的位兀串以最短的代表碼取代 並依出現機率的遞減，使遞辦异 ^使^ ^長度的代表碼取代對應出 現機率的位元串； 、又。亥脈碼長度還原手段係根據前述原則將代表碼還 原為原始的位元串。 3.如申請專利範圍第2項所述可適性差異脈碼調變 ，術之壓縮率提升方法’該脈碼長度調變手段係根據霍夫 叉（HUFFMAN)編碼原則進行編碼。 拾壹、圖式·· 如次頁 10