專利名稱：信息字的平均信息量編碼設備和方法,平均信息量編碼信息字的解碼設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及平均信息量編碼理論和相應的平均信息量編碼信息字的解碼理論。具體地說，本發(fā)明涉及音頻信號的錯誤防范(error-safe)平均信息量編碼和相應的解碼。
分別按照例如標準MPEG層3工作的現(xiàn)代音頻編碼和解碼方法能夠把音頻信號的數(shù)據(jù)速率壓縮到原量的例如十二分之一，而不會顯著地降低音頻信號的質量。為了獲得這樣高的數(shù)據(jù)簡化，對音頻信號采樣，從而得到時間離散的一系列采樣值。本領域中已知，借助適當?shù)拇翱诤瘮?shù)，對該系列時間離散的采樣值進行窗口截取，從而得到多組窗口截取時間采樣值。隨后，借助改進的離散余弦變換(MDCT)或另一適當裝置，一組時間窗口截取采樣值被變換為頻域，以便獲得在該頻域中整個代表音頻信號，即由該組時間離散采樣值確定的時間窗口的頻譜值。通常，借助MDCT，重疊50％的時間組被產生并被變換為頻域，從而，由于MDCT的特殊性質的緣故，例如1024個時間離散采樣值總是導致1024個頻譜值。
已知人耳的感受性依賴于音頻信號自身的瞬時頻譜。在所謂的心理聲學模型中提到了這種依賴性，對于非常多的時間，借助該模型已能夠根據(jù)瞬時頻譜計算屏蔽門限值。屏蔽意味著例如，如果相鄰的頻譜區(qū)具有相當高的能量，則特定的聲音或頻譜分量被隱蔽。屏蔽事實被用于盡可能粗略地量化變換后存在的頻譜值。于是，一方面需要盡力避免再次解碼的音頻信號中聽得見的干擾，另一方面，需要盡可能地利用盡量少的二進制位對音頻信號編碼，或者說在量化音頻信號的情況下，需要盡可能地利用盡量少的二進制位。量化引入的干擾，即量化噪聲應低于屏蔽門限值，從而應是不可聽見的。根據(jù)已知方法，把譜值分類為所謂的比例因子帶，比例因子帶被假定為對應于人耳的頻率組。把一個譜值組內的譜值乘以一個比例因子，以便整體地按比例縮放一個比例因子帶的譜值。隨后量化乘以該比例因子的比例因子帶，從而形成量化譜值。當然，分成比例因子帶并不是決定性的。但是，在標準MPEG層3和標準MPEG-2 AAC(AAC＝先進音頻編碼)中采用了它。
數(shù)據(jù)簡化的一個非常基本的方面在于量化后進行的量化譜值的平均信息量編碼。對于平均信息量編碼，通常采用霍夫曼編碼。霍夫曼編碼被認為是一種可變長度編碼，即，用于要被編碼值的代碼字的長度取決于其出現(xiàn)概率。邏輯上，最可能的符號具有分配給它的最短代碼，即，最短的代碼字，從而借助霍夫曼編碼，可實現(xiàn)很好的冗余縮減。眾所周知的通用長度的編碼技術的一個例子是Morse代碼。
在音頻編碼中，霍夫曼代碼被用于對量化譜值編碼。按照，例如標準MPEG-2 AAC工作的一種現(xiàn)代音頻編碼器按照特定的標準，把以分段方式分配給頻譜的各個霍夫曼代碼表用于對量化的譜值進行編碼。在一個代碼字中，通?？偸谴嬖?或4個譜值。
根據(jù)MPEG-2 ACC的方法與根據(jù)MPEG層3的方法的差別在于不同的比例因子帶，即不同的譜值被分成任意數(shù)目的頻譜段。在AAC情況下，頻譜段包括至少四個譜值，但是最好多于四個譜值。這樣譜值的整個頻率范圍被分成相鄰的區(qū)段，一個區(qū)段代表一個頻帶，從而所有區(qū)段一起構成由變換后的譜值覆蓋的整個頻率范圍。
為了得到最大的冗余縮減，如同MPEG層3方法中一樣，把多個所謂的霍夫曼表中的一個霍夫曼表分配給一個區(qū)段。在通常具有1024個譜值的AAC方法的位流中，現(xiàn)在存在按頻率升序排列的用于譜值的霍夫曼代碼字。在輔助信息中傳送關于每個頻率區(qū)段中使用的霍夫曼表的信息。
除了譜值外，就標準MPEG-2-AAC(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 IS13818.7)而論，還對比例因子進行霍夫曼編碼，以便進一步降低要傳送的二進制位的數(shù)量。為了進一步提高效率，對幀內的多個比例因子，即具有相關的變換為頻域的窗口截取采樣值塊的幀內的比例因子進行差分編碼。從起始值開始，通常無條件地從給定幀的第一個比例因子開始，確定差值。由于一個比例因子與下一比例因子之間的微小改變非常相似，因此對于壓縮來說，這是特別有效的。
使用的霍夫曼代碼中的缺陷是它實質上不具有冗余。雖然出于節(jié)約二進制位及數(shù)據(jù)壓縮的原因，這是絕對需要的，但是其結果是不存在任何可用冗余，通過這種可用冗余，可獲得錯誤防范性。
如果經(jīng)過遭受錯誤的頻道傳送霍夫曼編碼信號，則在發(fā)生錯誤之后，在解碼器幾乎不可能仍然“存有”可能的有效值。下面將借助霍夫曼編碼比例因子，對此進行簡要說明。如同已經(jīng)提到的一樣，霍夫曼代碼是可變長度代碼。這是霍夫曼代碼的要點，意思是頻繁產生的值具有分配給其的最短代碼字，而產生頻率較低的值具有分配給其的較長或很長代碼字。按照所涉及的音頻編碼器的位流語法，霍夫曼代碼字被連續(xù)寫入幀的位流中。只有當正確地識別，即正確地譯解相應的前代碼時，也可確定比例因子的代碼字的起點。
這意味著，例如在一幀內存在40～100個比例因子，取決于已產生了多少比例因子帶。這也意味著每個比例因子帶，約40～100個比例因子經(jīng)受霍夫曼編碼。單個比例因子的代碼按升序被連續(xù)寫入位流中。如果經(jīng)過遭受錯誤的頻道，例如無線電頻道的位流傳送導致改變分配給頭一個比例因子的代碼字的長度的位錯誤，則由于解碼器不可能確定第二個比例因子的代碼字的起點，因此不可能以無錯誤的方式譯解整幀的比例因子。這樣，雖然除了位于起點處的比例因子之外，所有其它比例因子均被正確傳送(在例子中，位于起點處的比例因子受到了干擾)，編碼器也不可能譯解正確傳送的比例因子。
美國專利No.5488616A涉及一種提供可逆的可變長度代碼的系統(tǒng)。為此，由僅僅臨時產生的不可逆的可變長度代碼產生非對稱的可逆代碼。不可逆的可變長度代碼進一步被轉換為對稱的可逆代碼。選擇裝置或者選擇非對稱的可逆代碼作為輸出信號，或者選擇對稱的可逆代碼作為輸出信號。對稱的可逆代碼用完整的代碼樹表示，在該代碼樹中，所有的分支或者由對稱代碼字終止，或者由分支點終止，這些分支點又被對稱代碼字終止，或者產生更多的分支點。這樣，代碼樹排他地含有有效的，即對稱的代碼字。
Goran Bang和Goran Roth為1996年7月的ISO/IEC JTC1/SC29/WG11提出的技術性出版物“用于產生誤比特回復VLC表的工具”涉及利用可變長度代碼(VLC)對視頻信息和音頻信息編碼和解碼的構思，它適于和對錯誤敏感的信道一起使用。如果沿接收位流的正向方向檢測到位錯誤，則沿相反方向進行解碼。如果在相反方向解碼過程中也檢測到位錯誤，則終止沿相反方向的解碼。采用的代碼是非對稱的固定長度代碼，其中混合有對稱的可變長度代碼，以致特定數(shù)目二進制位的固定長度代碼字之后跟隨一個二進制位的對稱的可變長度代碼字。對稱的可變長度代碼字僅僅用于提供錯誤防范性，并不攜帶有用信息。在接收器機，首先抽取對稱的可變長度代碼字，并且就傳輸錯誤，分析該對稱的可變長度代碼字。
這種混合代碼的缺陷在于由于只檢查對稱的可變長度代碼字，因此不能確定在固定長度代碼字中產生的錯誤。另一方面，如果相關的可變長度代碼字含有干擾，則無干擾的固定長度代碼字可被確定為遭受錯誤的代碼字。
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)信息字的平均信息量編碼及對平均信息量編碼信息字的解碼的構思，在經(jīng)過遭受錯誤的信道傳送平均信息量編碼信息字的情況下，它可改進錯誤識別。
該發(fā)明目的是通過根據(jù)權利要求1或36所述的平均信息量編碼設備，根據(jù)權利要求10所述的平均信息量編碼信息字的解碼設備，根據(jù)權利要求24所述的平均信息量編碼方法，以及根據(jù)權利要求33所述的解碼方法實現(xiàn)的。
本發(fā)明以下述發(fā)現(xiàn)為基礎，即，只有借助可逆的，例如對稱代碼字編碼的那些信息字才可以有效地防范錯誤的方式被傳輸。只有可逆代碼字才使與一系列信息字明確相關的一系列代碼字的正向編碼和反向編碼成為可能。和具有不對稱代碼字，但是出于數(shù)據(jù)壓縮的原因，幾乎是最佳的霍夫曼代碼相反，對稱代碼具有更高的冗余。該冗余可用于錯誤識別。但是，為了不因獲得錯誤防范性而損失太多的壓縮增益，根據(jù)本發(fā)明并不借助對稱代碼字對所有的信息字編碼，而只是利用對稱代碼字對位于特定的信息字區(qū)域內的那些信息字編碼。并不借助對稱代碼對位于該區(qū)域外的信息字編碼，但是，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，可對這些信息字進行霍夫曼編碼。這樣，在錯誤防范性和數(shù)據(jù)壓縮之間實現(xiàn)一種折衷。
借助對稱代碼字編碼的信息字的區(qū)域大小的另一重要方面在于對于錯誤定位來說，短代碼，即小的代碼表是最理想的。該區(qū)域的大小隱含地確定了最長代碼字的長度，因為隨著表中代碼字的數(shù)目的增大，有效代碼字的長度也將增大。
根據(jù)本發(fā)明，錯誤定位是這樣進行的，解碼器識別無效的，即不可逆的代碼字，并據(jù)此斷定這里存在一個傳輸錯誤，因為在編碼器中并不產生這種代碼。當只存在少量的代碼字時，干擾導致無效代碼字的概率最高。如果存在大量的代碼字，則由于無效代碼字的長度逐漸變長，因此干擾導致無效代碼字的概率逐漸變小。
在要編碼的信息字基本位于一個區(qū)域內，并且信息字位于該區(qū)域外的概率很小的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法特別有利。該區(qū)域越小，必需的對稱代碼字越少，并且錯誤檢測越好，可通過添加人造無效代碼字增大它。這樣，在有效的錯誤定位的意義上，設法選擇盡可能小的由對稱代碼字編碼的信息字區(qū)域，但是盡管如此，選擇的該區(qū)域仍要足夠大，以便信息字以極大的概率位于該區(qū)域內，從而提供整體的足夠的錯誤防范性。
本發(fā)明的一種優(yōu)選應用在于變換編碼音頻信號的比例因子的平均信息量編碼，因為借助這種應用，產生的98％的比例因子值位于可利用長度不太長的對稱代碼字編碼的可獲取(graspable)區(qū)域內。如果要對位于該區(qū)域外的信息字進行平均信息量編碼，則傳輸稱為“換碼(escape)”的一個附加值。最好對該換碼值進行霍夫曼編碼，并且獨立于音頻位流中的對稱編碼比例因子，傳送該換碼值。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的平均信息量編碼的意義在于即使是較小的RVLC表，也能夠覆蓋較大的代碼字區(qū)域，同時具有良好的錯誤識別性能。由于很少產生換碼編碼值，在提及的優(yōu)選應用中，編碼效率幾乎不受影響。
由于如同已知的一樣，比例因子以乘法方式加權幾條譜線，因此在由非理想信道引起的比例因子方面的較小干擾導致可聽見的強干擾的情況下，本發(fā)明應用于變換編碼的音頻信號的比例因子特別有利。此外，由于和編碼譜值相比，比例因子僅構成整個二進制位數(shù)量的相當小的一部分，冗余代碼對比例因子的保護不會導致相當大的二進制位額外消耗。根據(jù)比例因子的錯誤保護，這種輕微的額外消耗被證明是很合理的，和其二進制位數(shù)量相比，比例因子可能把很大的干擾引入音頻信號中。
但是，本發(fā)明并不局限于比例因子的平均信息量編碼和解碼，還可用于要被編碼的信息字以較高的概率位于一個區(qū)域中，從而可利用相當短的對稱代碼字進行編碼，而不會極大的降低效率，并且可借助換碼序列對位于所述區(qū)域外的值編碼的所有情況。
下面將參考附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的編碼器的示意方框圖；圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的解碼器的示意方框圖；圖3表示了圖2中所示的解碼器處理的代碼字流的示意圖；圖4A-4C表示了現(xiàn)有技術的對稱代碼；圖5表示了根據(jù)本發(fā)明的可逆代碼。
但是，在詳細說明附圖之前，應指出平均信息量編碼的一些一般特征。特別地，應討論對差分編碼值進行編碼的特殊方面，借助對稱代碼字和換碼值，它可和編碼結合在一起。
根據(jù)本發(fā)明的代碼代表平均信息量代碼，類似于通常采用的霍夫曼代碼，平均信息量代碼把短代碼字分配給頻繁出現(xiàn)的值，并把長代碼字分配給很少出現(xiàn)的值。但是，根據(jù)本發(fā)明的代碼在下述方面不同于霍夫曼代碼和霍夫曼編碼相反，采用的編碼技術允許首先從兩側(正向和反向)解碼。在技術術語上，這也稱為“可逆的可變長度編碼(RVLC)”。如果采用可逆的，例如對稱的代碼字，即如果采用具有可逆代碼字的代碼簿或代碼表，則反向解碼是可能的。
此外，使用RVL代碼使得代碼表，即可用代碼字的數(shù)量不會構成“完全樹”。這樣，存在產生無效代碼字，即產生非對稱代碼字的代碼符號序列。
樹中出現(xiàn)的間隙可用于檢測傳輸錯誤，因為它們指出接收的代碼字從未被發(fā)射器產生過。
由于就信息理論而言，霍夫曼編碼是最佳的，當唯一的目的在于使數(shù)據(jù)壓縮達到最大時，使用不同的代碼是沒有意義的。但是，如果目的在于在以盡可能小的壓縮效率損失的情況下，降低錯誤靈敏性，則霍夫曼代碼不是有利的。通過利用可變長度代碼字進行編碼，錯誤可從被干擾代碼擴散到所有后續(xù)代碼字。這樣，一個位錯誤使代碼字的長度失真，其結果是再也不能譯解代碼字序列中的所有后續(xù)代碼字，因為解碼器不知道相應的代碼字從何處開始。
如果不是諸如霍夫曼代碼之類的可變長度代碼，而是采用可逆的可變長度代碼，則由于存在無效的代碼字，因此通常能夠很迅速地診斷改變代碼字長度的錯誤。如果顯示出無效代碼字，則解碼被停止。就霍夫曼編碼來說，這是不可能的，因為所有的代碼字都是有效的，不存在無效的代碼字。此外，RVLC允許進行反向編碼，從而能夠改進錯誤的定位。對此，下面將舉例說明。例如，根據(jù)本發(fā)明的代碼表可表示如下信息字 代碼字3110011211011111100-1 101-2 1001
-3 10001這樣，借助對稱代碼字，可單獨利用那些代碼表編碼的信息字的區(qū)域為-2-+2。位于這些極限之外的值，即數(shù)值大于2的值被分別提供除-3和+3的對稱代碼字之外的一個換碼值。
不可能在所示代碼表中出現(xiàn)的代碼字是下述一些代碼字100001100011001011010下面將參考圖5，討論根據(jù)本發(fā)明的代碼的詳細表示。
下面，將把一系列數(shù)字1，-3，1，2，-1看作虛構的例子，將通過曹受錯誤的信道傳輸該系列數(shù)字表2信息字序列 1， -3，1， 2，-1代碼字序列 111 10001 111，11011 101考慮到信道產生的錯誤引發(fā)12個二進制位的干擾，下述位序列形成受干擾的代碼字序列111，10001，111，01011，101五個值的正向解碼得到11，10001，111，0，101，即1，-3，1，0，-1。
但是，后向解碼得到下述序列101，11010，即，只有-1和一個無效的代碼字。從這個簡單的例子可看出，通過反向解碼，無效代碼字01011被很快識別出。此外，通過在無效代碼字之后停止解碼操作，可很快地定位和識別錯誤。這樣，反向解碼報告從后數(shù)起，最后一個二進制位到第八個二進制位的區(qū)域中的一個錯誤。
該數(shù)字序列的兩個解碼序列如下所示。下表中的粗體字表明這些數(shù)值可能含有錯誤
正向1 -3 1 0 -1反向x x x x -1這里，錯誤定位的可能程度取決于錯誤的類型和所執(zhí)行的錯誤隱蔽技術。已知的錯誤隱蔽技術包括用鄰近錯誤值的完好值替換該錯誤值。另一方面，如果已知鄰近錯誤的兩個完好值，則從左手邊或右手邊的加權平均值可用于人工替代，即隱蔽該錯誤值。另一些錯誤隱蔽技術通過利用其間存在錯誤的兩個相鄰值，采用插值方法。另外還可使用從前面或從后面開始的單向推算，以便用“可能的相對完好的”值替代錯誤值。
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的平均信息量編碼器。要編碼的信息字被輸入判定裝置10。在前面的表中，出于簡單的目的，信息字僅僅由整數(shù)組成。在音頻編碼器中，要進行平均信息量編碼的信息字，例如比例因子，將以8位二進制值的形式存在。從而術語“信息字”被假定為包括任意類型的表示法，其中可表現(xiàn)要編碼的信息。
在所述判定裝置10中，判斷信息字是在信息字區(qū)域內還是在該信息字區(qū)域外。該區(qū)域由編碼器中實現(xiàn)的代碼表確定。如果在所述判定裝置中判定要編碼的信息字在該區(qū)域內，則所述信息字被傳送給分配一組對稱代碼字，即代碼表中的一個對稱代碼字的裝置12，從而把一個對稱代碼字分配給該信息字。但是，如果判定裝置10判定該信息字在代碼表確定的區(qū)域之外，則判定裝置10把該信息字傳送給產生附加值的裝置14，從而在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，裝置14確定換碼值。根據(jù)原則，裝置14具有兩個輸出，即用于把換碼值寫入位流的換碼區(qū)的輸出，及與位流格式化器16相連的輸出，位流格式化器產生與輸送給判定裝置10的輸入端的信息字序列相關的代碼字流或一系列代碼字。
為了更詳細地說明圖1中以附圖標記14表示的用于產生附加值或換碼值的裝置的操作方式，請參考附圖3。圖3表示了“潛在的”對稱代碼字的連續(xù)流30，術語“潛在的”被假定為指出已通過非理想的信道，即無線電通路傳送該代碼字流，從而可能已發(fā)生位干擾。該代碼字流包括單個的對稱代碼字30a，30b，30c等，這些代碼字都在由包括對稱代碼字的代碼表確定的區(qū)域內。但是，潛在的對稱代碼字流還包括代表位于該區(qū)域邊緣的信息字的對稱代碼字31，32。代碼字30a-30c由分配裝置12產生，并被輸送給位流格式化器16。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，考慮到該區(qū)域邊緣處的信息字而存在的代碼字由裝置14產生，并從裝置14被輸送給位流格式化器16，位流格式化器16形成圖3中描繪的流30。代碼字30a-30c及31和32表示從-7-+7的信息字，即具有分配給其的對稱代碼字的信息字。如果要編碼的信息字的值例如為+12，則對稱代碼字31和換碼值之和得到值12。
遇到代碼字31的解碼器將立即識別出該代碼字是位于區(qū)域邊緣的代碼字，于是譯解信息字的解碼器通過鏈路A“轉到”換碼區(qū)，以便發(fā)現(xiàn)在其中存在為5(本例中)的換碼值。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，產生裝置14實現(xiàn)兩個功能。一方面，它把相對于區(qū)域邊緣的代碼字傳送給對稱代碼字流30。另一方面，它形成要編碼的信息字和位于區(qū)域邊緣的代碼字之間的差值，并產生代表該差值的換碼值。當然，可利用根據(jù)本發(fā)明的編碼方法，再次對該換碼值進行平均信息量編碼。但是，出于數(shù)據(jù)壓縮的原因，最好利用霍夫曼代碼對換碼值編碼。此外，從圖3可看出，換碼值不被寫入對稱代碼字流，而是被寫入位流中的一個不同位置。
如果要對值-12編碼，則判定裝置10將確定該值在具有對稱代碼字的代碼表確定的區(qū)域之外。這樣，產生附加值的裝置14一方面將把值-7的代碼字輸出給位流格式化器16，另一方面，將把差值，即5寫入換碼區(qū)。隨后借助箭頭B所示的鏈路，結合值-7，例如在圖3中為代碼字32和換碼值34，得到值-12。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，值+7將被編碼為關于+7的代碼字，即編碼為代碼字31，和換碼區(qū)中的0，即換碼值33。
不同于上面描述的實施例，產生附加值的裝置14確定要編碼的信息字和位于區(qū)域邊緣的信息字之間的差值，并且一方面把對稱代碼字寫入對稱代碼字流30，另一方面把該差值寫入換碼區(qū)中，這并不是恰到好處的。作為一種比較方案，也可把整個信息字寫入換碼區(qū)，對稱代碼字流只具有由裝置14或由位流格式化器16插入其中的虛設的或特定的位組合等等，以便發(fā)信號通知下游的解碼器，在位流中的該位置，它必須切換到換碼區(qū)。但是，所示方法的優(yōu)點在于借助對稱代碼字，至少位于被對稱代碼字覆蓋的區(qū)域中的該部分信息字被編碼，從而只有借助，例如霍夫曼代碼編碼的差值的保護或錯誤防范程度稍低。與之相反，比較方法的優(yōu)點在于不必添加或形成差值，對于區(qū)域外的信息字來說，使用的冗余代碼較少。但是，其缺陷是不能對位于區(qū)域外的信息字進行反向解碼。但是能夠利用本領域中已知的方法或者根據(jù)本發(fā)明的方法，保護換碼區(qū)，從而也產生安全狀態(tài)。
圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的解碼器的一個優(yōu)選實施例。一系列代碼字或“潛在的對稱代碼字”流30被輸入存儲器20，存儲器20可被分析存儲器20中存儲的序列的分析器21訪問。分析器21包括從代碼字序列30中檢測出對稱代碼字的裝置，以及檢測代碼字序列30中的預定代碼的裝置。如果分析器21檢測到一個完好的對稱代碼字，它將把該代碼字傳送給裝置22，裝置22根據(jù)必須對應于編碼器(圖1)中使用的代碼表的已知代碼表，把特定的信息字分配給該代碼字。但是，如果分析器21檢測到預定的代碼，在本例中，預定代碼是關于區(qū)域邊緣的信息字的代碼字，則分析器21將把該代碼字傳給裝置23，裝置23確定位于該區(qū)域外的附加信息字。在優(yōu)選實施例中，當在流30中出現(xiàn)代碼字31時，裝置23將訪問換碼區(qū)，并從換碼區(qū)取回相應的換碼值，并使對應于代碼字31的信息值與該換碼值相加或相減。
可以不同的方式把預定的代碼(在實施例中，是關于區(qū)域邊緣的信息字的代碼字)分配給換碼區(qū)中的代碼字。一種最簡單的可能方法是在使換碼區(qū)和流30同步的情況下，使用連續(xù)指針。在本發(fā)明的對比例因子進行平均信息量編碼的優(yōu)選實施例中，這種同步是這樣建立的，即始終處理一組或一幀音頻信號。對于每幀音頻信號，初始化換碼區(qū)和對稱代碼字流30，從而連續(xù)指針的使用產生正確的結果。
根據(jù)本發(fā)明的編碼器還包括倒轉由分析器21啟動的解碼器序列的裝置24。如果分析器21在流30中找到一個非對稱代碼字，則它將啟動倒轉解碼器序列的所述裝置24，因為非對稱代碼字不可能出現(xiàn)在潛在的對稱代碼字流30中。隨后分配裝置22和確定裝置23按照相反順序從代碼字序列的另一端開始工作，以便通過反向解碼確定錯誤的位置，從而將只有盡可能少的值才需借助錯誤隱蔽來替代。
事實上，由于干擾并不導致無效的代碼字，因此平均信息量解碼器可能不能立即識別出錯誤的代碼字。這樣，將越過該錯誤(beyond theerror)進行解碼，直到由于一個后續(xù)錯誤的緣故，解碼器遇到一個無效代碼字并且隨后停止編碼時為止。隨后反向解碼器從另一端解碼，可能也將越過該錯誤的代碼字，并在某一時刻，停止于一個無效代碼字。從而產生一個重疊區(qū)域，平均信息量正向解碼器和平均信息量反向解碼器均把輸出值輸入該區(qū)域中。這樣，錯誤被定位于該重疊區(qū)域，并可確定位于重疊區(qū)域之外的解碼值是正確的。
如果在編碼器中進行了差分編碼，則相應的解碼器還包括差分解碼器25，差分解碼器25消除編碼器中產生的差分編碼。根據(jù)本發(fā)明，差分解碼器25也由序列倒轉裝置24啟動，以執(zhí)行反向差分解碼，從而根據(jù)由裝置22和23傳送給裝置25的差分編碼信息字產生完全反向解碼的信息字。要指出的是反向差分解碼器和正向差分解碼器可以是獨立的裝置，或者在正向差分解碼中執(zhí)行加法，而在反向差分解碼中進行減法的情況下，可由單個裝置實現(xiàn)。
差分編碼與根據(jù)本發(fā)明的編碼方法的結合是特別有利的，因為只有利用適當選擇的差分構成的起始值的差分編碼導致絕對信息字將被，例如與零對稱的區(qū)域“移位”。
但是，為了允許從信息字序列的另一端反向進行差分解碼，必須在編碼器中，在該信息字序列的末端添加一個附加值，從而差分解碼器知道反向差分編碼將從哪里開始。如果在差分編碼中使用了固定的起始值，則可根據(jù)位于該差分編碼信息字序列的末端的附加差分值，產生附加值，該附加值指示出最后的信息字與固定或預定的起始值的差值。當然，該差值也被進行平均信息量編碼，并且最好借助對稱信息字，對其進行平均信息量編碼，從而該值得到很好的保護，以便允許反向解碼。如果在編碼器中，信息字序列的第一個信息字被用作差分編碼的起始值，則把最后一個信息字的絕對值作為附加值添加在該序列的末端將是有利的。該最后一個數(shù)值將肯定不在利用對稱代碼字編碼的信息字的區(qū)域內。
如同已經(jīng)指出的一樣，本發(fā)明的優(yōu)選應用在于對比例因子編碼，迄今為止，這些比例因子首先進行差分編碼，隨后進行霍夫曼編碼。現(xiàn)有技術利用具有121個代碼字的霍夫曼表，以便能夠對-60-+60區(qū)域內的值進行編碼。由于與譜值數(shù)目相比，要編碼的比例因子的數(shù)目很小，該值通常為40，絕對需要相當“快速”的錯誤檢測，從而僅僅在譯解幾個數(shù)值之后，解碼器就停止解碼，從而可提供相當好的錯誤定位。這就是采用“小”代碼表的原因，這意味著對稱RVLC代碼字的數(shù)目應較小。
代碼表或代碼簿越小，越可能較早識別錯誤。于是對稱編碼的信息字的區(qū)域從-7延伸到+7。為從7-60區(qū)域中的值傳送換碼值。最好對換碼值進行霍夫曼編碼。這樣“換碼”表由關于0-53之間的數(shù)值的54個條目組成。這樣，接收器每次譯解-7或+7時，它必須譯解相關的換碼值，并分別執(zhí)行加法和減法。
從統(tǒng)計觀點來看，-7-+7的距離覆蓋了產生的98％的比例因子值，從而并不是經(jīng)常產生換碼值。如果應更頻繁地產生換碼值，或者甚至更注意防范錯誤，則可采用各種已知方法及根據(jù)本發(fā)明的方法提供具有更高錯誤防范性的換碼值。
為了說明根據(jù)本發(fā)明的可逆的可變長度代碼，首先將涉及圖4A，圖4A表示了例如在最初提及的Goran Bang和Goran Roth的技術出版物中公開的已知對稱代碼。該代碼由具有根40和分支點42的代碼樹確定。由于涉及二進制代碼，根具有加于其上的兩個分支43，44，分支43使樹40與確定有效代碼字“1”的端點相連。分支44使根40與分支點42相連，分支點42具有從其延伸出的兩個分支45，46。分支46與確定該代碼的第二個有效代碼字“00”的端點相連，而分支45確定該代碼的無效代碼字，即“01”。代碼字“01”是無效的，因為它是非對稱的。就進一步的表示法而言，圖4A和4B及圖5中的無效代碼字均包括在方框中。這樣，圖4A中所示的代碼只包括兩個有效代碼字，即“1”和“00”，并且只包括一個無效代碼字，即“01”，它和第二個有效代碼字“00”具有相同的長度。
圖4B中圖解說明了一個稍長的代碼。和圖4A相反，圖4B中的代碼含有附加的有效代碼字“010”及一個無效代碼字，該無效代碼字和附加的有效代碼字一樣，長度也是3個二進制位，其值為“011”。不同于圖4A，分支45不與端點相連，而是與附加的分支點47相連，分支點47具有從其延伸出的兩個分支，其第一個分支延伸到附加的有效代碼字“010”，另一分支延伸到唯一的無效代碼字“011”。
圖4C是圖4A和4B的邏輯延續(xù)，因為現(xiàn)在分支點47與附加的分支點48相連，從分支點再次延伸出兩個分支，一個分支確定附加的對稱代碼字“0110”，而另一分支的端點確定唯一的無效代碼字“0111”，該無效代碼字的長度和代碼樹，即代碼表的最長代碼字的長度相同(4位)。
另外，圖4C表示了不存在相同長度的有效代碼字。這也適用于圖4A和4B中的代碼。
圖4A-4C圖解說明的Goran Bang和Goran Roth的技術出版物中的代碼僅被用作安全模式，并不被用作對信息編碼的代碼，因為根據(jù)圖中所示的代碼的邏輯延續(xù)易于認識到，在相當大量的代碼字的情況下，這樣的代碼變得很長。此外，相對較長代碼的錯誤防范性很低，因為始終只存在一個無效代碼字，此外，該無效代碼字的長度和最長的有效代碼字相同。這樣，如果將對恰當區(qū)域的信息值編碼，由于代碼字變得很長，并且由于始終只存在一個代碼字，該代碼字也很長，因此利用已知的代碼對信息編碼是不可取的。這樣，在遇到無效的代碼字并停止解碼之前，解碼器不能快速識別出錯誤，并提交大量的后續(xù)錯誤。于是，對錯誤的定位很差。
圖5中所示的根據(jù)本發(fā)明的代碼表克服了這些缺點，因為該代碼樹至少具有一個這樣的分支點，從該分支點散發(fā)出兩個分支，這兩個分支均與一個分支點相連，而不是與端點相連。在如圖5中所示的關于可逆的可變長度代碼的優(yōu)選實施例中，存在分支點50a，50b，50c和50d。圖5中的代碼樹還包括從其延伸出兩個分支53和54的根52，分支53與確定第一個并且是最短的代碼字0的端點相連，在該優(yōu)選實施例中，該代碼字具有分配給它的信息值“0”。代碼字0具有最短的長度，從而對平均信息量編碼來說，最頻繁地與出現(xiàn)的信息值相聯(lián)系。在根據(jù)本發(fā)明的對信息值進行差分編碼的優(yōu)選實施例中，已證明在比例因子的差分編碼中，值0的出現(xiàn)概率最高。
根據(jù)本發(fā)明，從根52散出的另一分支，即分支54并不終止于長度為2位的代碼字，而是通向分支點50a，分支點50a又經(jīng)過兩個分支55，56與附加的連接點57，58相連。連接點57和58再經(jīng)過相應的分支59，60與確定有效代碼字101和111的端點相連。和現(xiàn)有技術相反，這里可看出，通過省去長度為2位的一個代碼字，可得到長度(即圖5中的3個二進制位)相同的兩個代碼字。它們是代碼字101和111。在圖5中所示的代碼表中，這兩個代碼字被分配給信息值“-1”和“1”。了解平均信息量編碼的一個特征，即還為幾乎以相同的頻率出現(xiàn)的兩個信息值提供長度相同的代碼字是有利的。
從圖5中可看出，連接點50c具有始于其的兩個分支62，63，分支63與連接點64相連，連接點64經(jīng)過分支與有效代碼字110011相連，并與無效代碼字110010相連。例如，如果隨后解碼器遇到無效代碼字110010，則解碼器將停止編碼操作，因為這樣的代碼字是不可逆的，并且在編碼器中從未產生過這種代碼字。
從圖5中可看出附加代碼字的產生，及把附加代碼字分配給信息值的情況。不過，下面將提到一個特殊特征。如圖5中所示的根據(jù)本發(fā)明的代碼的優(yōu)選應用在于連同換碼值一起的可逆代碼的應用。如同已經(jīng)指出的一樣，將借助位于區(qū)域“-7”-“+7”邊緣的相應信息值的代碼字對位于該區(qū)域外的信息值編碼，并將在換碼表中對該區(qū)域外的差值編碼。這樣，在編碼位流中，很可能必須分別對位于該區(qū)域邊緣的值，即“-7”和“+7”編碼。此外，“-7”或“+7”出現(xiàn)的概率同樣較高。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，分別用長度相同的代碼字，即1000001和1100011對信息字“-7”和“+7”編碼，同時在同一時刻，這些代碼字的長度比出現(xiàn)的最長的代碼字(在本例中為“-6”和“+6”的代碼字)的長度短，以便提供在平均信息量方面盡可能好的代碼表。
此外，從圖5中可看出存在8個無效的代碼字66a-66h，而根據(jù)現(xiàn)有技術的可逆代碼在任意時刻只具有或只可具有一個代碼字。大量的無效代碼字，尤其是較短的無效代碼字，例如代碼字66e，66f提供高的錯誤防范性，以致在錯誤信息字之后，解碼器盡可能快地停止解碼，從而可把錯誤限制在盡可能窄的范圍內。
最后，應總結的是圖5中所示的可逆的可變長度代碼特別適于信息字的防范錯誤的平均信息量編碼，因為一方面存在相當多的短的無效代碼字，并且另一方面，在損失一個較短的代碼字(本例中為代碼字“11”)的情況下，得到了兩個代碼字(本例中為101和111)，這兩個代碼字雖然較長，但是具有相同的概率。雖然對于平均信息量編碼來說，實現(xiàn)上應避免省去一個有效短代碼，不過根據(jù)本發(fā)明，這為其中要進行防范錯誤的平均信息量編碼，并且另外要出現(xiàn)具有相當高的概率，尤其是幾乎具有相同概率的兩個信息值的應用提供了一種較好的解決方案。就呈樹狀的代碼表表示法而論，所述省去是通過存在從其散發(fā)出兩個分支的特殊分支點，而散發(fā)出的兩個分支不是與一個端點相連，而是都與附加的分支點相連來實現(xiàn)的。
權利要求
1.一種信息字的平均信息量編碼設備，包括從一組可逆代碼字中把一個可逆代碼字分配給位于信息字區(qū)域中的一個信息字的裝置(12)，該組可逆代碼字被設計成對于該區(qū)域中的每個信息字，都提供了一個特定的可逆代碼字；及為位于信息字區(qū)域外的信息字產生附加值(33，34)的裝置(14)。
2.按照權利要求1所述的設備，其中可逆的代碼字是對稱代碼字。
3.按照權利要求1或2所述的設備，其中產生裝置(14)被安排成它還為位于所述信息字區(qū)域邊界的信息字產生一個附加值。
4.按照任一前述權利要求所述的設備，該設備被設計成使出現(xiàn)概率較高的信息字位于所述區(qū)域內。
5.按照任一前述權利要求所述的設備，其中分配裝置被安排成根據(jù)要編碼的信息字，確定所述區(qū)域的大小，從而具有較高概率的代碼字的干擾具有這樣的效果，即由于所述干擾的緣故，該代碼字變成不可逆的代碼字。
6.按照任一前述權利要求所述的設備，其中產生附加值的裝置(14)被安排成作為附加值形成信息字與位于所述區(qū)域的最近邊界的信息字之間的差值。
7.按照任一前述權利要求所述的設備，還包括從一組附加的代碼字中把一個代碼字分配給所述附加值(33，34)的裝置。
8.按照權利要求7所述的設備，該設備被這樣安排，對于位于所述區(qū)域邊界的信息字或者位于所述區(qū)域外的信息字的平均信息量編碼來說，分配裝置(12)把對應于位于所述區(qū)域的最近邊界的信息字的代碼字分配給該信息字；及產生裝置(14)產生要編碼的信息字和位于所述區(qū)域邊界的信息字之間的差值，差值的符號由該位于所述區(qū)域邊界的信息字的符號確定，從而要編碼的信息字由位于所述區(qū)域邊界的信息字的可逆代碼字和表現(xiàn)為附加值(33，34)的無符號差值表示。
9.按照任一前述權利要求所述的設備，還包括把可逆代碼字寫入位流的第一區(qū)域，并把附加值寫入位流的第二區(qū)域(33，34)的位流格式化裝置(16)。
10.按照任一前述權利要求所述的設備，還包括對信息進行差分編碼的裝置，該裝置根據(jù)起始值，產生差分編碼信息字，連續(xù)的差分編碼信息字代表差分值序列。
11.按照權利要求10所述的設備，其中差分編碼裝置還包括把附加元素添加到差分值序列的末端的裝置，附加元素被確定成使得能夠執(zhí)行差分值序列的反向解碼。
12.一種對利用可逆代碼字進行平均信息量編碼的信息字解碼的設備，一定區(qū)域內的信息字具有分配給其的可逆代碼字，而位于所述區(qū)域外的信息字由附加值表示，該設備包括從代碼字序列(30)中檢測可逆代碼字(30a，30b，30c)的裝置(21)；根據(jù)代碼表，把特定的信息字分配給檢測到的代碼字的裝置(22)；在代碼字序列(30)中檢測預定代碼(31，32)的裝置(21)；及根據(jù)預定代碼(31，32)，確定所述區(qū)域外的附加信息字(33，34)的裝置(23)。
13.按照權利要求12所述的設備，其中可逆代碼字是對稱代碼字。
14.按照權利要求12或13所述的設備，該設備被安排成使附加元素(33，34)是非對稱的代碼字。
15.按照權利要求14所述的設備，其中非對稱代碼字是霍夫曼代碼字。
16.按照權利要求13-15任一所述的設備，其中檢測可逆代碼字的裝置(21)被安排成使得能夠確定代碼字序列(30)中的不可逆代碼字。
17.按照權利要求16所述的設備，還包括倒轉裝置(24)，所述倒轉裝置(24)響應于被確定的不可逆代碼字，倒轉所述檢測裝置(21)處理代碼字序列(30)的順序。
18.按照權利要求13-17任一所述的設備，其中信息字被差分編碼，并且該設備還包括對差分編碼的信息字進行差分解碼的裝置(25)。
19.按照權利要求17或18所述的設備，其中起始于起始值的信息字序列被差分編碼，該序列在其另一端還具有一個附加值，該附加值被選擇成使得能夠從所述另一端進行反向差分解碼，所述差分解碼裝置(25)被安排成響應所述倒轉順序裝置，從所述另一端進行差分解碼。
20.按照權利要求13-19任一所述的設備，其中預定代碼(31，32)是分配給位于信息字區(qū)域邊界的信息字的代碼字。
21.按照權利要求13-20任一所述的設備，其中預定代碼(31，32)是可逆代碼。
22.按照權利要求20或21所述的設備，其中確定裝置(23)被安排成產生位于所述區(qū)域邊界的信息字和位于所述區(qū)域外的附加信息字的和數(shù)，從而得到位于所述區(qū)域外的信息字。
23.按照任一前述權利要求所述的設備，其中信息字是變換編碼的音頻信號的比例因子。
24.一種對信息字進行平均信息量編碼的方法，它包括下述步驟從一組可逆代碼字中把一個可逆代碼字分配給位于信息字區(qū)域中的一個信息字的步驟(12)，該組可逆代碼字被設計成對于該區(qū)域中的每個信息字，都提供了一個特定的可逆代碼字；及為位于信息字區(qū)域外的信息字產生附加值(33，34)的步驟(14)
25.按照權利要求24所述的方法，其中可逆代碼字是對稱代碼字。
26.按照權利要求24或25所述的方法，其中該區(qū)域包括出現(xiàn)概率較高的信息字。
27.按照權利要求24-26任一所述的方法，其中產生附加值的步驟(14)包括下述步驟作為附加值形成信息字與位于所述區(qū)域最近邊界的信息字之間的差值的步驟。
28.按照權利要求24-27任一所述的方法，還包括下述步驟從一組附加的代碼字中把一個代碼字分配給所述附加值(33，34)的步驟。
29.按照權利要求28所述的方法，其中分配步驟包括下述步驟對位于所述區(qū)域邊界或所述區(qū)域外的信息字進行平均信息量編碼，把對應于位于所述區(qū)域最近邊界的信息字的代碼字分配給該信息字；其中產生步驟包括下述步驟產生要編碼的信息字和位于所述區(qū)域邊界的信息字之間的差值的步驟(14)，差值的符號由該位于所述區(qū)域邊界的信息字的符號確定，從而要編碼的信息字由位于所述區(qū)域邊界的信息字的可逆代碼字和表現(xiàn)為附加值(33，34)的無符號差值表示。
30.按照權利要求24-29任一所述的方法，還包括下述步驟把可逆代碼字寫入位流的第一區(qū)域(30)，并把附加值寫入位流的第二區(qū)域(33，34)的步驟。
31.按照權利要求24-30任一所述的方法，還包括下述步驟對信息進行差分編碼的步驟，從而從起始值開始，產生差分編碼信息字，同時連續(xù)的差分編碼信息字代表差分值序列。
32.按照權利要求31所述的方法，還包括下述步驟把附加元素添加到差分值序列的末端的步驟，附加元素被確定成使得能夠執(zhí)行差分值序列的反向解碼。
33.一種對利用可逆代碼字進行平均信息量編碼的信息字解碼的方法，一定區(qū)域內的信息字具有分配給其的可逆代碼字，而位于所述區(qū)域外的信息字由附加值表示，該方法包括下述步驟從代碼字序列(30)中檢測可逆代碼字(30a，30b，30c)的步驟(21)；根據(jù)代碼表，把特定的信息字分配給檢測到的代碼字的步驟(22)；在代碼字序列(30)中檢測預定代碼(31，32)的步驟(21)；及根據(jù)預定代碼(31，32)，確定位于所述區(qū)域外的附加信息字(33，34)的步驟(23)。
34.按照權利要求33所述的方法，還包括下述步驟作為對不可逆代碼字的反應，倒轉所述檢測裝置(21)處理代碼字序列的順序的步驟(24)。
35.按照權利要求24-35任一所述的方法，其中信息字是變換編碼的音頻信號的比例因子。
36.一種對信息值進行平均信息量編碼的設備，包括從具有多個互不相同的可逆的可變長度代碼字的代碼表中，把一個代碼字分配給信息值的裝置，代碼表的代碼字由代碼樹(圖5)確定，該代碼樹具有根(52)；許多分支(53，54，55，56，59，60，62，63)；許多分支點(50a-50d，57，58)，分支延伸到每個分支點，并且從每個分支點發(fā)出兩個分支；許多的確定有效代碼字或無效代碼字的分支端點(66a-66h)，有效代碼字是可逆的，無效代碼字是不可逆的，同時兩個分支(53，54)從根(52)發(fā)散出，兩個分支(55，56)從代碼樹的至少一個分支點(50a，50d)發(fā)散出，這兩個分支都與分支點(57，58)相連，而不是與一個分支端點相連。
37.按照權利要求36所述的設備，其中與根(52)相連的分支同時與一個一級端點相連，一級端點確定最短的有效代碼，該有效代碼被分配給概率最大的信息值。
38.按照權利要求37所述的設備，其中與起始于所述根(52)的另一分支(54)相連的分支點(50a)與兩個附加分支點(57，58)相連。
39.按照權利要求38所述的設備，其中分別與另兩個分支點(57，58)相連的兩個分支(59，60)均與一個二級端點相連，從而確定長度相同的兩個有效代碼字，這兩個有效代碼字的長度為最短的代碼字的長度的三倍，并且被分別分配給出現(xiàn)概率第二高的信息字及具有近似相同概率的信息字。
40.按照權利要求36-39任一所述的設備，其中至少存在一個長度比最長的有效代碼字短的無效代碼字(66e，66f)。
41.按照權利要求36-40任一所述的設備，其中有效代碼字是對稱的。
42.按照權利要求36-41任一所述的設備，其中代碼字是二進制字，最短的代碼字的長度為一位，還有兩個長度為3位的次短代碼字。
43.按照權利要求36-42任一所述的設備，其中存在一個以上的無效代碼字(66a-66h)。
44.按照權利要求36-43任一所述的設備，其中代碼表被定義為如下所示信息字 代碼字0 0-1 101-2 1001-3 10001-4 100001-5 10000001-6 100000001-7 1000001+1 111+2 11011+3 110011+4 1101011+5 11000011+6 110101011+7 1100011
45.按照權利要求36-44任一所述的設備，其中代碼表把一定區(qū)域中的信息字分配給代碼字，被分配給位于所述區(qū)域邊界的信息字的代碼字的長度小于代碼表中的其它代碼字的長度。
46.按照權利要求45所述的設備，其中利用位于所述區(qū)域邊界的代碼字并利用附加的換碼值，對所述區(qū)域外的信息字進行平均信息量編碼。
全文摘要
進行平均信息量編碼和相關解碼的方法和設備利用一方面由具有可逆代碼字的代碼表(12)構成的,另一方面包括位于由所述代碼表確定的區(qū)域(14)外的要編碼信息字的換碼區(qū)的代碼。可以這樣一種方式選擇所述區(qū)域,以便根據(jù)代碼表,用對稱代碼字對絕大部分信息字編碼。一方面,除了正向解碼外,還可進行反向解碼(24),另一方面,可逆代碼字的使用使得能夠快速識別通過不理想的信道傳送的代碼字流中的錯誤。
文檔編號H03M7/40GK1322405SQ99811774
公開日2001年11月14日 申請日期1999年8月12日 優(yōu)先權日1998年9月7日
發(fā)明者馬丁·迪耶茨, 阿里·諾巴克特－伊拉尼, 拉爾夫·斯帕施內德爾, 奧利弗·昆茨 申請人:弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司