專利名稱：編碼無損壓縮方法及其裝置和譯碼無損壓縮方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳輸并存儲(chǔ)音質(zhì)遠(yuǎn)勝于小型激光唱片(CD)的超級(jí)音響再生裝置信號(hào)的編碼及其壓縮。
壓縮音頻信號(hào)的方法有很多種。如果把它們大致分為兩種，則作為第一種的無損壓縮方法是通過抽出依存于音樂信號(hào)自身所具有的自相關(guān)性和互相關(guān)性等的冗長數(shù)據(jù)，只壓縮冗長成分來進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)；作為第二種的感性編碼方法是利用人聽覺不敏銳的特性，允許大幅度地省略鈍感成分(即劣化)以獲得高效率。一般情況下，后者與前者同時(shí)使用，多被用于低位速率通信和組裝媒質(zhì)。但是，在把遠(yuǎn)勝于CD的高音質(zhì)作為目標(biāo)的超級(jí)音響再生裝置中，必須使用無劣化的、前者的無損壓縮方法。因此，下面限定無損壓縮方法來進(jìn)行說明。
作為這種已有技術(shù)的一個(gè)例子，有特開平7-74675號(hào)公報(bào)所記載的「帶數(shù)據(jù)壓縮功能的串行發(fā)射裝置」。該已有技術(shù)的目的是為了提高串行發(fā)送裝置的傳輸速度。因此，對(duì)把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行差分處理，利用赫夫曼變換來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。通過壓縮高速數(shù)據(jù)，并經(jīng)被限定了通信速度的線路進(jìn)行發(fā)送來提高實(shí)際傳輸速度的，關(guān)于這一點(diǎn)，與本發(fā)明相同。差分處理具有使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的出現(xiàn)概率分布不平衡的作用，在后段的赫夫曼變換中具有改善壓縮效率的效果。即，已有技術(shù)的差分電路是利用與赫夫曼變換電路的相互作用來擴(kuò)大效果的。舉一個(gè)試驗(yàn)例子。一般來說，把音頻數(shù)據(jù)按照原樣進(jìn)行赫夫曼變換時(shí)獲得的壓縮率為90％～95％，但在本發(fā)明者所進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中也能獲得同樣的數(shù)據(jù)。而且，如果進(jìn)行差分處理后進(jìn)行赫夫曼變換，則略有改善，能獲得85％～90％的壓縮效果。
另一方面，近年來、由于以DVD為前導(dǎo)的高密度存儲(chǔ)媒質(zhì)的出現(xiàn)，已經(jīng)能夠儲(chǔ)存寬頻帶且高動(dòng)態(tài)范圍的線性PCM超級(jí)音頻了?，F(xiàn)在是DVD音響再生裝置的標(biāo)準(zhǔn)化階段。1998年4月21日在東京召開了制圖類的Book0.9的說明會(huì)。作為文獻(xiàn)，在AYAI出版發(fā)行的「無線電技術(shù)」JUN.1998號(hào)第52卷第6號(hào)·通卷695號(hào)的73頁～77頁上有DVD音響再生裝置標(biāo)準(zhǔn)化說明會(huì)的介紹記事。根據(jù)該文獻(xiàn)，DVD音響再生裝置的主要參數(shù)是抽樣頻率48kHz/96kHz/192kHz以及44.1kHz/88.2kHz/176.4kHz；線性PCM量子化位數(shù)16bit/20bit/24bit；最大頻道(ch)數(shù)6。但是，規(guī)定最大位速率為9.6Mbps。因此，把用所述組合合計(jì)的位速率限定在既定值以下的參數(shù)是可以使用的。例如，因?yàn)?6kHz·24bit·4ch合計(jì)的位速率是9.216Mbps，所以可以使用，但是96kHz·24bit·5ch合計(jì)的位速率是11.52Mbps，超過了9.6Mbps，所以不能使用。96kHz·24bit·6ch也一樣，其合計(jì)的位速率是13.824Mbps，超過了9.6Mbps，所以也不能使用。
另一方面，在電影領(lǐng)域中，以美國為中心正在普及多頻道系統(tǒng)。在民用電器領(lǐng)域中，幾種被稱為5.1ch(前方中央、左、右3ch、后方左、右2ch、副低音揚(yáng)聲器1ch)方式等的多頻道系統(tǒng)出現(xiàn)了，有普及的希望。在這種背景下，超級(jí)音響再生裝置格式化的多頻道也有望實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿绻褂酶咝阅艿某谱鳈C(jī)，則按現(xiàn)有情況制作96kHz·24bit·6ch是可能的，所以已有“能否用DVD音響再生裝置來直接并且無損地傳輸、儲(chǔ)存96kHz·24bit·6ch呢？”這樣的議論。有了希望用DVD音響再生裝置來實(shí)現(xiàn)96kHz·24bit·6ch的具體要求。
而且，不僅是要求用DVD音響再生裝置來實(shí)現(xiàn)96kHz·24bit·6ch，還迫切希望用與現(xiàn)行CD同樣的存儲(chǔ)面1層就可以實(shí)現(xiàn)74分鐘的再生。在此背景下，把幾乎全部樂曲限定在74分鐘，以及音樂產(chǎn)業(yè)所積蓄的主要信號(hào)源都以74分鐘為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是有原因的。如果滿足74分鐘的再生時(shí)間，就可以同時(shí)對(duì)CD和DVD音響再生裝置兩者進(jìn)行規(guī)劃、制作以及銷售，非常方便。為此，有必要壓縮數(shù)據(jù)，使之達(dá)到用DVD容量4.7GB除以再生時(shí)間(74分鐘)的位速率(8.47Mbps)以下的水平，從而能將其儲(chǔ)存到所希望的光盤中。
下面，就以上所說明的課題進(jìn)行具體歸納。
(a)數(shù)據(jù)壓縮必須是能夠進(jìn)行完全可逆變換的無損壓縮；(b)必須使數(shù)據(jù)壓縮為DVD音響再生裝置格式化所規(guī)定的最大傳輸速率9.6Mbps以下。
(c)為了實(shí)現(xiàn)74分鐘的再生時(shí)間，必須使數(shù)據(jù)壓縮為平均傳輸速率8.47Mbps以下。
(d)為了用96kHz·24bit·6ch模式來實(shí)現(xiàn)74分鐘的再生時(shí)間，特別是能夠把原有數(shù)據(jù)壓縮到原有數(shù)據(jù)的60％以下。
本發(fā)明是為了解決以上問題提出的，其目的在于(A)提供一種能夠進(jìn)行完全可逆變換的無損壓縮的、(B)其最大傳輸速率為9.6Mbps以下的、(C)其平均傳輸速率為8.47Mbps以下的、(D)特別是能夠用96kHz·24bit·6ch模式把原有數(shù)據(jù)壓縮到原有數(shù)據(jù)的60％以下，從而能夠?qū)崿F(xiàn)74分鐘再生時(shí)間的編碼/譯碼無損壓縮方法及其裝置。
在本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置中，把按照給定時(shí)間劃分的給定數(shù)的輸入數(shù)據(jù)取樣單元化，在所述單元內(nèi)清除取樣之間的相關(guān)，對(duì)清除之后的數(shù)據(jù)求冗長掃描寬度，檢測(cè)冗長掃描寬度的最小值，即單元各取樣共同冗長部的掃描寬度，從各取樣中清除所述共同冗長部，對(duì)清除了共同冗長部的數(shù)據(jù)進(jìn)行赫夫曼變換，至少獲得所述共同冗長部的掃描寬度信息和每個(gè)取樣的赫夫曼變換數(shù)據(jù)。
而且，在本發(fā)明的譯碼無損壓縮方法及其裝置中，把按照給定時(shí)間劃分的給定數(shù)的輸入數(shù)據(jù)取樣單元化，在所述單元內(nèi)清除取樣之間的相關(guān)，對(duì)清除之后的數(shù)據(jù)求冗長掃描寬度，檢測(cè)冗長掃描寬度的最小值，即單元各取樣共同冗長部的掃描寬度，從各取樣中清除所述共同冗長部，輸入至少由所述共同冗長部的掃描寬度信息和每個(gè)取樣的赫夫曼變換數(shù)據(jù)構(gòu)成的編碼數(shù)據(jù)，從所述輸入數(shù)據(jù)中取出表示變換算法的參數(shù)，進(jìn)行赫夫曼譯碼處理，取出共同冗長部的掃描寬度信息，把冗長部附加到所述赫夫曼譯碼處理后的譯碼數(shù)據(jù)上，進(jìn)行相關(guān)譯碼。
這樣一來，在所述編碼無損壓縮方法及其裝置中，清除輸入信號(hào)的相關(guān)性，除掉冗長部，并且在其后的數(shù)據(jù)中，利用數(shù)據(jù)分布的不平衡來有效地壓縮數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)壓縮到接近輸入信號(hào)平均信息量的信息量之后，進(jìn)行輸送。而且，在所述譯碼無損壓縮方法及其裝置中，用相反的順序?qū)@種壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，無損地完全復(fù)原并輸出原本為寬頻帶多頻道的音頻數(shù)據(jù)。據(jù)此，就能夠?qū)崿F(xiàn)完全無損壓縮，并能把傳輸數(shù)據(jù)壓縮到60％以下的編碼/譯碼無損壓縮方法及其裝置。
并且，在本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置中，在相關(guān)清除中，取出用預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)濾波器預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差即預(yù)測(cè)差，例如這些預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)濾波器由具有與輸入數(shù)據(jù)或再生數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍精確度相同的整數(shù)運(yùn)算電路構(gòu)成。
而且，在本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置中，在赫夫曼變換中，對(duì)于清除了共同冗長部的剩余數(shù)據(jù)，用赫夫曼壓縮只對(duì)給定位數(shù)的上位部分進(jìn)行變換，有剩余時(shí)，將剩余原封不動(dòng)地傳輸。而且，在本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置中，在赫夫曼譯碼處理中，分為與給定的變換類型一致的部分的上位部分，以及由按照每個(gè)單元用參數(shù)傳輸?shù)男畔頉Q定的位數(shù)的下位部分，只對(duì)所述上位部分進(jìn)行赫夫曼譯碼。
而且，本發(fā)明的編碼無損壓縮裝置包括相關(guān)清除部件、共同冗長位清除部件以及赫夫曼變換部件的多個(gè)組合；從多個(gè)所述赫夫曼變換部件輸出的數(shù)據(jù)中選擇成為最大壓縮效率的數(shù)據(jù)并將其輸出的最大效率輸出部件。最大效率輸出部件在輸出成為最大效率的組合數(shù)據(jù)的同時(shí)，還傳輸表示成為最大效率組合的參數(shù)。
而且，在本發(fā)明的編碼/譯碼無損壓縮方法及其裝置中，從多個(gè)相關(guān)清除特性中檢測(cè)并選擇最有效果的特性。
而且，在本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置中，具有清除相關(guān)的多個(gè)清除部件，在清除相關(guān)中，對(duì)于各個(gè)清除部件的輸出數(shù)據(jù)，清除各自的共同冗長部，對(duì)于清除了各自共同冗長部的各個(gè)數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行赫夫曼變換，從這些赫夫曼變換后的多個(gè)赫夫曼壓縮數(shù)據(jù)中檢測(cè)并選擇出形成最大效率的組合來用于變換，并輸送表示組合的參數(shù)。
而且，在本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置中，在赫夫曼變換中，從多個(gè)變換算法中選出在單元中形成最大效率的算法來用于變換，并輸送表示該算法的參數(shù)。
而且，在本發(fā)明的譯碼無損壓縮方法及其裝置中，在相關(guān)譯碼中，取出用局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與傳輸輸入數(shù)據(jù)的和。例如，這些局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器由具有與再生數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍精確度相同的整數(shù)運(yùn)算電路構(gòu)成。
而且，在本發(fā)明的譯碼無損壓縮方法及其裝置中，在赫夫曼譯碼處理中，選擇具有由按單元傳輸?shù)男畔頉Q定的特性的信號(hào)。
而且，在本發(fā)明的譯碼無損壓縮裝置中，還具有檢測(cè)輸入編碼數(shù)據(jù)上附帶的附帶信息的附帶信息檢測(cè)部件，所述赫夫曼譯碼部件具有多個(gè)赫夫曼表。附帶信息檢測(cè)部件根據(jù)所檢測(cè)的附帶信息來從多個(gè)所述赫夫曼表中選擇一個(gè)。
而且，在本發(fā)明的譯碼無損壓縮方法及其裝置中，通過把位于單元前端的取樣數(shù)據(jù)設(shè)定為線性PCM，來提高來自誤差傳送的恢復(fù)速度，使特殊再生媒質(zhì)的插入/檢查的再生音變得比較容易收聽。
所述編碼無損壓縮裝置，與把從編碼無損壓縮裝置輸入的信號(hào)變換為DVD格式化信號(hào)的DVD格式器等一起構(gòu)成存儲(chǔ)裝置。
所述譯碼無損壓縮裝置，與把再生信號(hào)變換為給定編碼信息的DVD非格式器等一起構(gòu)成再生裝置。
本發(fā)明的編碼/譯碼無損壓縮方法及其裝置的效果是能夠無劣化地壓縮龐大的信息量，在更長的時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存、再生更多的信息。
下面簡(jiǎn)單說明附圖圖1是本發(fā)明實(shí)施例的編碼/譯碼無損壓縮方法及其裝置。
圖2是相關(guān)清除部件的方框圖；圖3是共同冗長位(CRB)清除部件的方框圖；圖4是赫夫曼壓縮部件以及最大效率數(shù)據(jù)輸出部件的方框圖；圖5是赫夫曼譯碼器、CRB譯碼器以及附帶信息檢測(cè)部件的方框圖；圖6是相關(guān)譯碼部件的方框圖；圖7是編碼無損壓縮算法的程序框圖；圖8是具有編碼/譯碼無損壓縮裝置的儲(chǔ)存/再生裝置的方框圖；實(shí)施發(fā)明的最佳實(shí)施例下面參照


本發(fā)明的編碼無損壓縮方法及其裝置的
在本發(fā)明的編碼無損壓縮裝置中，用相關(guān)清除部件檢測(cè)輸入信號(hào)的相關(guān)性并將其標(biāo)準(zhǔn)化，用共同冗長位(CRB)清除部件來清除冗長部，利用赫夫曼譯碼器通過利用數(shù)據(jù)分布的不平衡所進(jìn)行的變換來進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)。而且，在本發(fā)明的譯碼無損壓縮裝置中，能夠利用對(duì)這種壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行逆順序譯碼的赫夫曼譯碼器、CRB譯碼器(共同冗長位附加部件)以及相關(guān)譯碼，來無損地傳輸、接收以及輸出原本為寬頻帶多頻道的音頻數(shù)據(jù)。據(jù)此，能夠壓縮到接近輸入信號(hào)所具有的平均信息量的信息量。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例的編碼/譯碼無損壓縮方法及其裝置的方框圖。編碼無損壓縮裝置由進(jìn)行無損壓縮編碼化的編碼無損壓縮部件100，和用于把壓縮信號(hào)轉(zhuǎn)換為DVD格式信號(hào)的DVD格式化部件200構(gòu)成，并將其輸出Z儲(chǔ)存到媒質(zhì)上。編碼無損壓縮部件100由相關(guān)清除部件110、共同冗長位(CRB)清除部件120、赫夫曼壓縮部件130以及最大效率數(shù)據(jù)輸出部件140構(gòu)成。編碼無損壓縮部件100的輸出Y是主信息，同輸出Ysub是附帶信息。DVD格式化部件200把DVD格式信號(hào)的輸出Z傳輸并儲(chǔ)存到媒質(zhì)上。而且，譯碼無損壓縮裝置由對(duì)DVD格式信號(hào)進(jìn)行譯碼并從媒質(zhì)再生裝置中取出內(nèi)容數(shù)據(jù)的DVD非格式化部件400，和譯碼無損壓縮部件500構(gòu)成。DVD非格式化部件400分別取出主信息Y和附帶信息Ysub。譯碼無損壓縮部件500由赫夫曼譯碼器530、共同冗長位(CRB)附加部件(或CRB譯碼器)520、相關(guān)譯碼部件510以及附帶信息檢測(cè)部件540構(gòu)成。附帶信息檢測(cè)部件540把主信息Y所附帶的參數(shù)Ysub分配給其他部件。CRB是common Redundancy Bit的縮寫，以后，在圖中使用縮寫。
下面，沿著信號(hào)的流程從編碼一側(cè)開始按順序詳細(xì)說明各部分的工作情況。在圖1中，把輸入信號(hào)X提供給相關(guān)清除部件110。輸入信號(hào)X是96kHz·24bit·6ch模式的數(shù)據(jù)。雖然在圖1中省略了，但通過用給定取樣數(shù)2880劃分按給定時(shí)間劃分的給定數(shù)的輸入數(shù)據(jù)X來進(jìn)行單元化的部件1100位于輸入部(參照?qǐng)D2)。以后所進(jìn)行的處理是按單元來實(shí)施的。
在相關(guān)清除部件110中，把輸入信號(hào)X所具有的固有性質(zhì)、如果在前后取樣之間相關(guān)性強(qiáng)則頻譜就會(huì)分布不平衡等性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化。(并且，設(shè)定「取樣間的相關(guān)」也包含頻道間的相關(guān)。)預(yù)先設(shè)想的性質(zhì)是頻譜特性以及頻道間的波形近似性等。為了將這些性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化，使用通頻帶濾波器以及頻道間的交叉濾波器。為了簡(jiǎn)單化起見，最好是將具有與輸入數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍相同范圍的整數(shù)精確度用于濾波器。
圖2詳細(xì)表示相關(guān)清除部件110。相關(guān)清除部件110把1～5次差分值作為預(yù)測(cè)殘差輸出。具體地說，分5段連接由作為預(yù)測(cè)器的延遲部件1121～1125和減法器1111～1115構(gòu)成的相關(guān)清除電路，輸入單元化部件1100，求1～5次的差分值(預(yù)測(cè)誤差)DL1～DL5。并且，也可以把延遲部件作為預(yù)測(cè)濾波器。并且，單元化部件1100的輸出DL0是0次信號(hào)。
把這些差分值DL0～DL5全部輸出，通過實(shí)施后段處理選出壓縮效率最好的來最終進(jìn)行最佳相關(guān)清除。在編碼處理中，求全部組合的壓縮效率。通過用整數(shù)精確度進(jìn)行演算，在編碼化和譯碼化中，只要注意防止溢出，保持?jǐn)?shù)據(jù)的可逆性，就能夠完全保證無損壓縮。在進(jìn)行實(shí)數(shù)精確度運(yùn)算的情況下，通過增加給定的再量子化部件能夠得到同樣的效果。這樣一來，就能一面保持可逆性一面減少信號(hào)的相關(guān)性。因此，相關(guān)清除部件110的輸出信號(hào)呈波形振幅水平降低且近似白色雜音的頻譜分布。
下面，使用0次差分的例子，就信號(hào)DL0的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行說明。使利用相關(guān)清除部件110清除了相關(guān)的信號(hào)DL0通過共同冗長位清除部件120。圖3是表示共同冗長位(CRB)清除部件120的方框圖。在共同冗長位清除部件120中，在單元中用冗長位檢測(cè)部件1210，在數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位上位中檢測(cè)冗長的部分，換言之，檢測(cè)取樣數(shù)據(jù)二進(jìn)制位上位并列有連續(xù)的“0”或“1”的運(yùn)行部分。例如，分析96kHz·24bit·6ch模式的實(shí)際音樂數(shù)據(jù)，如設(shè)定為平均10bit，則用共同冗長掃描寬度檢測(cè)部件1220來檢測(cè)各取樣共同連續(xù)部分的掃描寬度LA0。利用延遲部件1230延遲一方主信息來結(jié)合單元內(nèi)處理的時(shí)間。共同冗長掃描寬度檢測(cè)部件1220，用所求的掃描寬度LA0在共同冗長位清除部件1240中清除主信息的共同冗長位。針對(duì)原來的語長24位，把語長平均壓縮到60％。把被壓縮的數(shù)據(jù)作為CRBO輸出，把共同的冗長掃描寬度LA0作為參數(shù)輸出。信號(hào)DL1乃至DL5也獨(dú)立進(jìn)行同樣的處理。把這些數(shù)據(jù)提供給赫夫曼壓縮部件130。并且，有關(guān)掃描寬度的處理可以與公知的掃描寬度編碼進(jìn)行同樣的處理。
圖4是表示赫夫曼壓縮部件130的內(nèi)部方框圖；在赫夫曼壓縮部件130中，首先，用分離部件1300把數(shù)據(jù)分為上位的例如7位B0和下位的剩余位C0。這樣做的理由是為了使赫夫曼變換處理能夠高速進(jìn)行以及使計(jì)算方法簡(jiǎn)單化。上位的7位B0用8種赫夫曼變換表進(jìn)行可變長編碼化。赫夫曼壓縮部件13100～13107利用數(shù)據(jù)值本身的直方圖不平衡，把短型編碼語分配給頻度高的，把長型編碼語分配給頻度低的，作為H00來輸出。各數(shù)據(jù)的下位剩余位不經(jīng)處理用結(jié)合部件1320與H00～H07結(jié)合，作為HC00～HC07輸出。關(guān)于數(shù)據(jù)CRB1乃至CRB5也是一樣。這些處理結(jié)果，能夠得到從HC00～HC07到HC50～HC57的合計(jì)48種(8×6)壓縮數(shù)據(jù)。把它們提供給最大效率數(shù)據(jù)輸出部件140。這樣，用赫夫曼壓縮部件只變換相關(guān)清除后的數(shù)據(jù)中上位的給定位數(shù)，有剩余時(shí)照原樣附上傳輸。這樣一來，使赫夫曼變換處理定型化，變得更為簡(jiǎn)單，減少了分歧處理，所以就能夠高速進(jìn)行處理。
最大效率數(shù)據(jù)輸出部件140選出用單元內(nèi)取樣累計(jì)效率最高的組合、即單元內(nèi)累計(jì)最小組合的數(shù)據(jù)，作為輸出Y取出。把此時(shí)使用的組合參數(shù)作為附帶信息Ysub同樣取出。包含在附帶信息中的是用于所選擇組合的二進(jìn)制位下位C、相關(guān)濾波器參數(shù)DID、共同冗長掃描寬度LA以及赫夫曼表格識(shí)別參數(shù)HID等。DVD格式化部件200將它們變換成DVD格式化信號(hào)，作為存儲(chǔ)信號(hào)Z取出。存儲(chǔ)信號(hào)Z通過DVD媒質(zhì)來儲(chǔ)存?zhèn)鬏?。這樣，使之從多個(gè)相關(guān)清除特性中檢測(cè)并選擇出效果最好的，所以能夠提高壓縮效率，并且對(duì)任何相關(guān)性質(zhì)都能選擇最佳的參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓縮的廣泛化。
下面，就譯碼方法以及裝置進(jìn)行說明。DVD非格式化部件400通過DVD媒質(zhì)將再生傳輸?shù)膬?chǔ)存信號(hào)Z變換再生為主信息Y和附帶信息Ysub，并向譯碼無損壓縮部件500輸出。
圖5是譯碼無損壓縮部件500的赫夫曼譯碼器530、共同冗長位附加部件521(與CRB譯碼器520等價(jià))以及附帶信息檢測(cè)部件540的內(nèi)部方框圖；DVD非格式化部件400把再生的信號(hào)Y以及附帶信息Ysub分別提供給赫夫曼譯碼器530和附帶信息檢測(cè)部件540。附帶信息檢測(cè)部件540取出用于譯碼的二進(jìn)制位下位C、共同冗長掃描寬度LA以及赫夫曼表格識(shí)別參數(shù)HID等。赫夫曼譯碼器530根據(jù)由附帶信息檢測(cè)部件540提供的赫夫曼表格識(shí)別參數(shù)HID，赫夫曼表格選擇部件534從8種赫夫曼表格532中選出一個(gè)。然后，在赫夫曼譯碼器531中用所選擇的赫夫曼表格進(jìn)行譯碼變換。因?yàn)檩斎氲臄?shù)據(jù)被可變長編碼化，所以從開始的二進(jìn)制位按順序譯碼，原樣附加并結(jié)合固定長度的剩余位數(shù)據(jù)C0。C0的語長是從原來語長24位抽去共同冗長掃描寬度LA再抽去7位后的位數(shù)。如以上所述，交替處理赫夫曼譯碼和剩余位的C0附加。結(jié)合部件533進(jìn)行剩余位的結(jié)合，取出上位7位和剩余位C0的結(jié)合數(shù)據(jù)CRB。即，赫夫曼譯碼器530分為與給定的變換類型一致的部分的上位部分，以及由按照每個(gè)單元用參數(shù)傳輸?shù)男畔⑺鶝Q定的位數(shù)的下位部分，并只對(duì)上位部分進(jìn)行赫夫曼譯碼。這樣，就使之能按照每個(gè)單元從多個(gè)赫夫曼壓縮特性中檢測(cè)并選出最有效的特性，從而產(chǎn)生出能夠提高壓縮效果并且能在從無音直到最高峰部的較廣振幅寬度內(nèi)選擇最佳赫夫曼表的靈活性。
在CRB譯碼器520中，共同冗長位附加部件521使用共同冗長掃描寬度LA生成冗長位，附加到CRB上。把該數(shù)據(jù)作為DL從CRB譯碼器520中取出。數(shù)據(jù)DL被提供給相關(guān)譯碼部件510。
圖6是相關(guān)譯碼部件510的內(nèi)部方框圖。利用從附帶信息檢測(cè)部件540獲得的相關(guān)濾波參數(shù)DID來進(jìn)行相關(guān)譯碼。相關(guān)譯碼是相關(guān)清除部件110的逆變換處理。相關(guān)譯碼部件510用局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器取出預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)和傳輸輸入數(shù)據(jù)的和。因?yàn)橄嚓P(guān)清除部件110設(shè)為差分，所以在相關(guān)譯碼部件510中使之取有限和。次數(shù)用相關(guān)濾波參數(shù)DID決定，用相關(guān)濾波次數(shù)選擇部件513進(jìn)行選擇、輸出。從這里取出的信號(hào)X作為96kHz/24位的再生信號(hào)輸出。并且，局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器用再生數(shù)據(jù)和設(shè)為同樣精確度的整數(shù)運(yùn)算構(gòu)成。雖然在以上的說明中就1個(gè)頻道的情況進(jìn)行了敘述，但其他的頻道也是一樣。這樣一來，就能再生96kHz/24位/6ch的數(shù)據(jù)。
如以上所述，這些處理是按單元進(jìn)行的。設(shè)單元為約15ms的時(shí)間長度。對(duì)單元前端部分的5個(gè)取樣不進(jìn)行變換，照原樣傳送線性PCM。此時(shí)，把這5個(gè)取樣從共同冗長位清除和赫夫曼變換處理對(duì)象中排除，使全體共同冗長位清除效果不會(huì)被這5個(gè)取樣所抵消。這樣，通過把位于單元前端的取樣數(shù)據(jù)設(shè)為線性PCM信號(hào)，把每個(gè)單元數(shù)據(jù)初始化，清除累積誤差，來提高從誤差傳送的恢復(fù)速度。據(jù)此，就能不發(fā)生誤差傳送，用插入/檢查等特殊再生就能如實(shí)地再生正確的聲音，并能夠比較容易地收聽再生音。
如以上說明的那樣，無論哪一種處理都能保持整數(shù)精確度。并且，發(fā)生溢出、下溢時(shí)，使之對(duì)其參數(shù)不使用組合。而且，因?yàn)閷?duì)編碼進(jìn)行完全可逆處理的譯碼化，所以能夠完全保存、復(fù)原輸入信號(hào)所具有的平均信息量。即，實(shí)現(xiàn)編碼/譯碼的無劣化、無損壓縮。利用赫夫曼變換表的方法，對(duì)于96kHz/24位/6頻道的源速率13.824Mbps能夠獲得壓縮比率0.54。因此，壓縮數(shù)據(jù)的位速率成為7.465Mbps。該7.645Mbps清除DVD最大速率9.6Mbps以下，并且為留有余地，還清除實(shí)現(xiàn)74分鐘再生時(shí)間所需要的條件8.47Mbps以下。因?yàn)閴嚎s率的目標(biāo)是60％以下，即使以此標(biāo)準(zhǔn)也還有10％的余地，所以能夠?qū)崿F(xiàn)。
除以上說明的裝置之外，利用使用了數(shù)字·信號(hào)·處理程序(DSP)的軟件處理也能完成同樣的數(shù)據(jù)處理。用于軟件處理的程序也能通過通信線路進(jìn)行傳輸。
圖7是表示編碼無損壓縮的軟件處理的程序框圖。首先，把輸入信號(hào)按照每個(gè)頻道2880個(gè)單元單位來劃分(S10)。其次，對(duì)于1個(gè)單元的信號(hào)，在單元的前端進(jìn)行初始化(S12)。即，X(n-1)＝0，Y(n-1)＝0。然后，對(duì)于第n個(gè)單元的數(shù)據(jù)(S14)，除了輸出0次輸出值L0(n)之外，還對(duì)1次差分值D1(n)和2次差分值D2(n)進(jìn)行運(yùn)算并將其輸出(S16、S18)。即，D1(n)＝D0(n)-D0(n)。D2(n)＝D1(n)-D1(n)。然后，增大n值(S20)。在此，為了無損壓縮編碼，對(duì)0次～2次的差分值D0(n)、D1(n)、D2(n)進(jìn)行共同掃描長度上移(S24、S28、S32)和赫夫曼編碼化工作(S26、S30、S34)。然后，進(jìn)行為了輸出最大壓縮效率數(shù)據(jù)的最佳組合選擇，輸出(S36)所選擇的信號(hào)Y(n)。據(jù)此，實(shí)施與圖1所示壓縮裝置的編碼無損壓縮部件同樣的處理。然后，由信號(hào)Y(n)生成對(duì)應(yīng)DVD格式化的輸出取樣和方式ID(S38)。把n的初始值設(shè)為1，直到n變成2880為止不斷重復(fù)該處理。如果處理了單元內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，則在全部單元還沒有處理完的情況下，再返回S12(S22)，進(jìn)行下一個(gè)單元信號(hào)的處理。編碼無損壓縮的軟件處理也同樣進(jìn)行，但在此省略其說明。
圖8是具有所述編碼/譯碼無損壓縮裝置的儲(chǔ)存/再生裝置的方框圖。編碼/譯碼無損壓縮裝置100、500以外的構(gòu)成與以往的存儲(chǔ)/再生裝置相同。光盤10由主軸馬達(dá)12帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在存儲(chǔ)/再生中，光頭14通過把激光束照射到媒質(zhì)(光盤)上來儲(chǔ)存信息，并且從來自光盤1的反射光中獲得再生信號(hào)。RF信號(hào)電路16在再生時(shí)將再生信號(hào)數(shù)字化并輸送到DVD非格式器400內(nèi)的ECC電路。而后，譯碼無損壓縮裝置500如以上所述的那樣對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼。存儲(chǔ)時(shí)，編碼/譯碼無損壓縮裝置100如以上所述的那樣將信號(hào)編碼，并經(jīng)DVD格式器200內(nèi)的ECC電路輸送到RF信號(hào)電路16，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
如以上所述，本發(fā)明的編碼無損壓縮方法以及裝置利用相關(guān)清除部件檢測(cè)輸入信號(hào)的相關(guān)性并將其正規(guī)化，用CRB清除部件清除冗長部，而后利用赫夫曼譯碼器通過利用數(shù)據(jù)分布的不平衡所進(jìn)行的變換來進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)。而且，本發(fā)明的編碼無損壓縮裝置能夠利用對(duì)這種壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行逆順序譯碼的赫夫曼譯碼器、CRB譯碼器以及相關(guān)譯碼，來無損地傳輸、接收以及輸出原本為寬頻帶多頻道的音頻數(shù)據(jù)。據(jù)此，能夠把信號(hào)壓縮到接近輸入信號(hào)所具有的平均信息量的信息量水平上，增加用DVD音響再生裝置所能使用的模式。能夠大幅度地延長DVD音響再生裝置的再生時(shí)間。這樣，就能夠無損地將超級(jí)音響再生裝置的龐大信息量壓縮成密集型，所以能夠把迄今為止未能實(shí)現(xiàn)的96kHz/24位/6頻道的信號(hào)源儲(chǔ)存到DVD音響再生裝置的媒質(zhì)中，使實(shí)現(xiàn)最高性能和延長再生時(shí)間成為可能。
權(quán)利要求
1.一種編碼無損壓縮方法，把按每一給定時(shí)間段劃分的給定數(shù)量的輸入數(shù)據(jù)取樣單元化，在所述單元內(nèi)清除取樣之間的相關(guān)，對(duì)進(jìn)行清除之后的數(shù)據(jù)求冗長掃描寬度，檢測(cè)冗長掃描寬度的最小值，即檢測(cè)單元各取樣共同冗長部的掃描寬度，從各取樣中清除所述共同冗長部，對(duì)清除了共同冗長部的數(shù)據(jù)進(jìn)行赫夫曼變換，至少獲得所述共同冗長部的掃描寬度信息和每個(gè)取樣的赫夫曼變換數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼無損壓縮方法，在相關(guān)清除中取出用預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)濾波器預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差，即預(yù)測(cè)殘差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的編碼無損壓縮方法，預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)濾波器由具有與輸入數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍精確度相同的整數(shù)運(yùn)算電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮方法，在赫夫曼變換中，把清除了共同冗長部的剩余數(shù)據(jù)分為給定位數(shù)的上位部分以及作為該剩余部分的下位部分，只對(duì)所述上位部分進(jìn)行赫夫曼變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮方法，具有清除相關(guān)的多個(gè)相關(guān)清除部件，在清除相關(guān)中，對(duì)于各個(gè)相關(guān)清除部件的輸出數(shù)據(jù)，清除各自的共同冗長部，對(duì)于清除了各自共同冗長部的各個(gè)數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行赫夫曼變換，從這些赫夫曼變換后的數(shù)據(jù)中選擇形成最大效率的組合來用于變換，并輸送表示組合的參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼無損壓縮方法，在赫夫曼變換中，從多個(gè)變換算法中選出在單元中形成最大效率的算法來用于變換，并輸送表示該算法的參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮方法，位于單元前端給定位置上的取樣數(shù)據(jù)是線性PCM數(shù)據(jù)，在清除所述給定位置的位置上求冗長掃描寬度。
8.一種編碼無損壓縮裝置，包括把按每一給定時(shí)間段劃分的給定數(shù)量的輸入數(shù)據(jù)取樣單元化的系統(tǒng)部件；在所述單元內(nèi)清除取樣之間的相關(guān)的相關(guān)清除部件；對(duì)進(jìn)行清除之后的數(shù)據(jù)求冗長掃描寬度，檢測(cè)冗長掃描寬度的最小值，即單元各取樣共同冗長部的掃描寬度，從各取樣中清除所述共同冗長部的共同冗長位清除部件；對(duì)清除了共同冗長部的數(shù)據(jù)進(jìn)行赫夫曼變換的赫夫曼變換部件；至少獲得所述共同冗長部的掃描寬度信息和每個(gè)取樣的赫夫曼變換數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的編碼無損壓縮裝置，相關(guān)清除部件取出用預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)濾波器預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差即預(yù)測(cè)殘差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的編碼無損壓縮方法，預(yù)測(cè)器或預(yù)測(cè)濾波器由具有與輸入數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍精確度相同的整數(shù)運(yùn)算電路構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8～10中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮裝置，赫夫曼變換部件把利用共同冗長位清除部件清除了共同冗長部的剩余數(shù)據(jù)分為給定位數(shù)的上位部分以及作為該剩余部分的下位部分，只對(duì)所述上位部分進(jìn)行赫夫曼變換。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的編碼無損壓縮裝置，赫夫曼變換部件從多個(gè)變換算法中選出在所述單元中形成最大效率的算法來用于變換，并輸送表示該算法的參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8～10中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮裝置，包括所述相關(guān)清除部件、所述共同冗長位清除部件以及所述赫夫曼變換部件的多個(gè)組合；而且，從多個(gè)所述赫夫曼變換部件輸出的數(shù)據(jù)中選擇成為最大壓縮效率的數(shù)據(jù)并將其輸出的最大效率數(shù)據(jù)輸出部件；最大效率數(shù)據(jù)輸出部件在輸出成為最大效率的組合數(shù)據(jù)的同時(shí)，還傳輸表示成為最大效率組合的參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8～10中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮裝置，位于單元內(nèi)前端給定位置上的取樣數(shù)據(jù)以線性PCM數(shù)據(jù)輸出，共同冗長位清除部件在清除所述給定位置的位置上求冗長掃描寬度。
15.一種譯碼無損壓縮方法，把按照每一給定時(shí)間段劃分的給定數(shù)量的輸入數(shù)據(jù)取樣單元化，在所述單元內(nèi)清除取樣之間的相關(guān)，對(duì)清除之后的數(shù)據(jù)求冗長掃描寬度，檢測(cè)冗長掃描寬度的最小值，即單元各取樣共同冗長部的掃描寬度，從各取樣中清除所述共同冗長部所得到的，輸入至少由所述共同冗長部的掃描寬度信息和每個(gè)取樣的赫夫曼變換數(shù)據(jù)構(gòu)成的編碼數(shù)據(jù)；從輸入數(shù)據(jù)中取出變換算法，進(jìn)行赫夫曼譯碼處理，取出共同冗長部的掃描寬度信息，把冗長部附加到所述赫夫曼譯碼處理后的譯碼數(shù)據(jù)上；對(duì)附加了冗長部的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)譯碼。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的譯碼無損壓縮方法，在相關(guān)譯碼中，取出用局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與傳輸輸入數(shù)據(jù)的和。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的譯碼無損壓縮方法，局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器由具有與再生數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍精確度相同的整數(shù)運(yùn)算電路構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的譯碼無損壓縮方法，在赫夫曼譯碼處理中，分為與給定的變換類型一致的部分的上位部分，以及由按照每個(gè)單元用參數(shù)傳輸?shù)男畔頉Q定的位數(shù)的下位部分，只對(duì)所述上位部分進(jìn)行赫夫曼譯碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求15～17中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮方法，在相關(guān)譯碼中，按單元選擇具有由用參數(shù)傳輸?shù)男畔頉Q定的特性的信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15～17中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮方法，在赫夫曼譯碼中，按單元選擇具有由用參數(shù)傳輸?shù)男畔頉Q定的特性的信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15～17中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮方法，位于單元內(nèi)前端給定位置上的取樣數(shù)據(jù)是線性PCM數(shù)據(jù)，使用線性PCM數(shù)據(jù)把相關(guān)譯碼的內(nèi)部運(yùn)算初始化。
22.一種譯碼無損壓縮裝置，把按每一給定時(shí)間段劃分的給定數(shù)量的輸入數(shù)據(jù)取樣單元化，在所述單元內(nèi)清除取樣之間的相關(guān)，對(duì)進(jìn)行清除之后的數(shù)據(jù)求冗長掃描寬度，檢測(cè)冗長掃描寬度的最小值，即各取樣共同冗長部的掃描寬度，從各取樣中清除所述共同冗長部所得到的、輸入至少由所述共同冗長部的掃描寬度信息和每個(gè)取樣的赫夫曼變換數(shù)據(jù)構(gòu)成的編碼數(shù)據(jù)；包括從輸入數(shù)據(jù)中取出表示變換算法的參數(shù)，進(jìn)行赫夫曼譯碼處理的赫夫曼譯碼器；取出共同冗長部的掃描寬度信息，把冗長部附加到所述赫夫曼譯碼處理后的譯碼數(shù)據(jù)上的共同冗長位譯碼器；對(duì)來自共同冗長位譯碼器的輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)譯碼的相關(guān)譯碼部件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的譯碼無損壓縮裝置，相關(guān)譯碼部件用局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器取出預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與傳輸輸入數(shù)據(jù)的和。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的譯碼無損壓縮裝置，局部區(qū)域預(yù)測(cè)器或局部區(qū)域預(yù)測(cè)濾波器由具有與再生數(shù)據(jù)的整數(shù)范圍精確度相同的整數(shù)運(yùn)算電路構(gòu)成。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的譯碼無損壓縮裝置，從輸入數(shù)據(jù)中取出表示變換算法的參數(shù)來進(jìn)行赫夫曼譯碼處理的赫夫曼譯碼器，分為與給定的變換類型一致的部分的上位部分，以及由按照每個(gè)單元用參數(shù)傳輸?shù)男畔頉Q定的位數(shù)的下位部分，只對(duì)所述上位部分進(jìn)行赫夫曼譯碼。
26.根據(jù)權(quán)利要求22～24中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮裝置，赫夫曼譯碼器按單元選擇具有由傳輸?shù)男畔頉Q定的特性的信號(hào)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22～24中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮裝置，還具有檢測(cè)輸入編碼數(shù)據(jù)上附帶的附帶信息的附帶信息檢測(cè)部件，所述赫夫曼譯碼部件具有多個(gè)赫夫曼表，附帶信息檢測(cè)部件根據(jù)所檢測(cè)的附帶信息來從多個(gè)所述赫夫曼表中選擇一個(gè)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22～24中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮裝置，赫夫曼譯碼器按單元選擇具有由用參數(shù)傳輸?shù)男畔頉Q定的特性的信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求22～24中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮裝置，位于單元內(nèi)前端給定位置上的取樣數(shù)據(jù)是線性PCM數(shù)據(jù)，相關(guān)譯碼部件使用線性PCM數(shù)據(jù)把相關(guān)譯碼的內(nèi)部運(yùn)算初始化。
30.一種存儲(chǔ)裝置，包括壓縮輸入信號(hào)，根據(jù)權(quán)利要求8～14中任何一項(xiàng)所述的編碼無損壓縮裝置；把從編碼無損壓縮裝置輸入的信號(hào)變換為DVD格式化信號(hào)的DVD格式器；把從DVD格式器輸入的DVD格式化信號(hào)變換為RF信號(hào)的RF處理電路；以從RF處理電路輸入的RF信號(hào)為基礎(chǔ)，把信息儲(chǔ)存到光盤上的光頭。
31.一種再生裝置，包括從光盤上再生信息的光頭；把來自光頭的再生信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入信號(hào)的RF處理電路；把從RF處理電路輸入的再生信號(hào)變換為給定編碼信息的DVD非格式器；對(duì)從DVD非格式器輸入的編碼進(jìn)行譯碼，根據(jù)權(quán)利要求22～28中任何一項(xiàng)所述的譯碼無損壓縮裝置。
全文摘要
在按每一給定時(shí)間段劃分的單元中,通過從多個(gè)預(yù)測(cè)回路輸出中取出最小殘差,清除單元共同掃描,并對(duì)上移的數(shù)據(jù)進(jìn)行赫夫曼變換,來把96kHz·24bit·6ch(13.82 4Mbps)的信號(hào)源至少壓縮到壓縮比為0.7的水平,使之不超過DVD格式化所規(guī)定的9.6Mbps。同樣,能夠?qū)崿F(xiàn)192kHz·24bit·2ch等模式。這樣,就能夠壓縮線性PCM超級(jí)音響再生裝置的龐大信息量,使之用DVD格式化能夠存儲(chǔ)和再生,同時(shí)能夠延長儲(chǔ)存時(shí)間。
文檔編號(hào)H03M7/40GK1322406SQ99811840
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期1999年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月6日
發(fā)明者江島直樹 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社