DE69932959T2 - Verlustfreies Kodierungs- und Dekodierungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum verlustfreien Kodieren und Dekodieren und insbesondere ein System zum verlustfreien Kodieren und Dekodieren, das eine Vorrichtung zum verlustfreien Kodieren und Dekodieren umfasst, in der kodierte Daten auf Echtzeitbasis dekodiert werden können.
  • Im Allgemeinen wird ein digitales Audiosignal mittels eines Impulskodemodulationsverfahrens aus einem analogen Audiosignal gewonnen, um Audioinformationen mit der Anzahl der Kanäle, der Bitzahl und einer Abtastfrequenz entsprechend den DVD-Audiostandards darzustellen. Da ein digitales Audiosignal jedoch Redundanzdaten beinhaltet, müssen verlustfreie Kompressionskodierverfahren genutzt werden, um eine Aufzeichnungszeit eines digitalen Audiosignals in Bezug auf die Digital Versatile Disk (DVD) zu verbessern (das heißt zu verkürzen) und um eine Bitrate zu verbessern.
  • Ein repräsentatives Beispiel von verlustfreien Kompressionskodierverfahren ist das Huffman-Kodierverfahren, bei dem Eingangsdaten mit einer höheren Erscheinungshäufigkeit eine relativ kürzere Länge von Codewort zugeordnet wird. Wenn ein digitales Audiosignal durch das Huffman-Kodierverfahren verlustfrei komprimiert wird, wird es effizienter kodiert als in dem Fall, in dem lediglich ein lineares Impulskodemodulationsverfahren (PCM-Verfahren) verwendet wird.
  • Mittlerweile wird in dem Fall, dass Eingabedaten voraussagbare Eigenschaften aufweisen, eine Vorhersagefunktion angewendet. Die Vorhersagefunktion bestimmt Vorhersagedaten entsprechend der neuen Eingabedaten unter Verwendung vorhergehender Eingabedaten und wendet danach ein Verfahren zum Komprimieren einer Differenz zwischen den Vorhersagedaten und den neuen Eingabedaten an. Wenn eine solche Vorhersagefunktion zusätzlich in der oben beschriebenen verlustfreien Kompressionseinheit verwendet wird, kann eine Kodierleistung in Bezug auf das digitale Audiosignal weiter verbessert werden.
  • Wenn das oben beschriebene herkömmliche verlustfreie Kodierverfahren genutzt wird, wird eine Bitrate der kodierten Daten entsprechend dem Grad der Besonderheit und Zufälligkeit der Eingabedaten verändert, wenngleich eine Bitrate der Eingabedaten konstant ist. Da herkömmliche verlustfreie Kodierverfahren somit in dem Fall von Datenkompression und Datendekompression eine sehr große Kapazität von Pufferspeichern erfordern, ist es schwierig, Daten in Echtzeit zu kodieren beziehungsweise zu dekodieren. Wenngleich die Pufferkapazität erhöht wird, um das oben genannte Problem zu lösen, bleibt weiterhin eine Verzögerung beim Dekodieren bestehen.
  • US 4 868 653 beschreibt ein Verfahren zum Kodieren von Videosignalen, das Übertragen von Platz für überdimensionierte Rahmen von benachbarten unterdimensionierten Rahmen umfasst.
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen oder zu lindern, besteht ein Ziel der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zum verlustfreien Kodieren von Daten auf Echtzeitbasis bereitzustellen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Dekodieren kodierter Daten auf Echtzeitbasis.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Kodier- und Dekodiersystems mir einer verlustfreien Kodiervorrichtung und einer verlustfreien Dekodiervorrichtung, in der kodierte Daten auf Echtzeitbasis dekodiert werden können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß der Beschreibung in den anhängenden Patentansprüchen bereitgestellt. Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungsbeispiele derselben ausgeführt und umgesetzt werden können, wird nunmehr beispielhaft auf die anhängenden grafischen Darstellungen verwiesen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • 1 ist ein Blockschema und zeigt eine verlustfreie Kodiervorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebes der in 1 gezeigten Bitratensteuerung.
  • 3 zeigt den Aufbau eines Bitstromes, der von dem in 1 gezeigten Ausgabepuffer ausgegeben wird; und
  • 4 ist ein Blockschema und zeigt eine verlustfreie Kodiervorrichtung, die der verlustfreien Kodiervorrichtung aus 1 entspricht.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei Elemente, die in den Zeichnungen gleiche Funktionen erfüllen, jeweils mit den gleichen Verweisziffern bezeichnet werden.
  • In 1, die eine verlustfreie Kodiervorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, speichert ein Eingabepuffer 11 digitale Audiodaten, die von einer externen Quelle eingegeben werden, und übergibt die gespeicherten Audiodaten an eine verlustfreie Kompressionseinheit 13 in der gleichen Sequenz wie ihre Eingangssequenz. Die verlustfreie Kompressionseinheit 13 komprimiert und kodiert die Audiodaten, die von dem Eingabepuffer 11 in jeder vorgegebenen Dateneinheit bereitgestellt werden, verlustfrei. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel ein Rahmen als vorgegebene Dateneinheit verwendet. Weiterhin komprimiert und kodiert in der vorliegenden Erfindung die verlustfreie Kompressionseinheit 13 Audiodaten mittels eines verlustfreien Kompressionskodierverfahrens, wie zum Beispiel des hinlänglich bekannten Huffman-Kodierverfahrens, verlustfrei. Die von der verlustfreien Kompressionseinheit 13 kodierten Audiodaten werden in einen Ausgabepuffer 15 eingegeben. Der Ausgabepuffer 15 speichert die eingegebenen kodierten Audiodaten. Der Ausgabepuffer 15 speichert die kodierten Audiodaten in einem solchen Muster, dass die kodierten Audiodaten, die einem Zufallsrahmen entsprechen, von den kodierten Audiodaten unterschieden werden können, die anderen Rahmen entsprechen. Eine Bitraten-Steuerung 17 speichert eine maximale Bitrate, die auf Basis einer Bitrate, die sich aus der verlustfreien Kodierung der gesamten einer Audiospur entsprechenden Audiodaten ergibt, bestimmt wird. Die Bitraten-Steuerung 17 steuert den Ausgabepuffer 15 dergestalt, dass die in dem Ausgabepuffer gespeicherten kodierten Audiodaten mit einer Ausgabebitrate ausgegeben werden, die gleich oder kleiner der maximalen Bitrate ist.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird nunmehr der Betrieb der Bitratensteuerung 17 unten erläutert werden. Die Bitratensteuerung 17 unterteilt eine Vielzahl der in dem Ausgabepuffer 15 gespeicherten kodierten Audiodaten in erste Daten mit einer Datenmenge, die die maximale Bitrate übersteigt, und in zweite Daten mit einer Datenmenge, die die maximale Bitrate nicht übersteigt. Durch die oben genannte Teilung werden zum Beispiel die in 2 gezeigten kodierten Audiodaten der Rahmen der Rahmennummern 6, 7 und 10 als erste Daten definiert. Die Bitratensteuerung 17 unterteilt jeweilige erste Daten in dritte Daten, welches die kodierten Audiodaten mit einer Datenmenge der maximalen Bitrate sind, und in vierte Daten, welches die kodierten Audiodaten des Teils sind, der die maximale Bitrate überschreitet. Die vierten Daten werden in 2 als schraffierte Bereiche gezeigt. Die Bitratensteuerung 17 fügt Identifikationsinformationen, anhand derer die vierten Daten und die dritten Daten, die den vierten Daten entsprechen, von den Daten des anderen Rahmens unterschieden werden können, zu den vierten Daten und zu den dritten Daten, die den vierten Daten entsprechen, hinzu. Danach steuert die Bitratensteuerung 17 den Ausgabepuffer 15 dergestalt, dass die vierten Daten zu der gleichen Zeit wie die zweiten Daten des anderen Rahmens aus dem Ausgabepuffer 15 ausgegeben werden. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wählt die Bitratensteuerung 17 einen jeweiligen Rahmen aus, der dem Rahmen der vierten Daten zeitlich vorausgeht, und steuert den Ausgabepuffer 15 dergestalt, dass die vierten Daten zu der gleichen Zeit ausgegeben werden wie die zweiten Daten des ausgewählten Rahmens. In diesem Fall wählt die Bitratensteuerung 17 einen vorausgehenden Rahmen aus, um die vierten Daten auf Basis der Bitrate entsprechend eine vorgegebenen Anzahl von Rahmen, die dem Rahmen der vierten Daten vorausgehen, hinzuzufügen. Als Antwort auf die Steuerung der Bitratensteuerung 17 gibt der Ausgabepuffer 15 die zweiten Daten, die zweiten und die vierten Daten oder die dritten Daten in Form eines Bitstromes entsprechend einem jeweiligen Rahmen der von der verlustfreien Kompressionseinheit 13 zugeführten kodierten Audiodaten aus. In dem Fall der Rahmen mit den in 2 gezeigten Nummern gibt der Ausgabepuffer 5 somit den Bitstrom wie in 3 gezeigt aus. In 3 sind die nicht schraffierten Rahmen Rahmen, die von dem Ausgabepuffer 15 in der gleichen Sequenz ausgegeben werden wie die von der verlustfreien Kompressionseinheit 13 in den Ausgabepuffer 15 eingegebene, und die schraffierten Teile zeigen die vierten Daten, die zu den zweiten Daten des dem Ausgangsrahmen zeitlich vorausgehenden Rahmens hinzugefügt werden.
  • 4 ist ein Blockschema und zeigt die verlustfreie Kodiervorrichtung zum Wiederherstellen des Bitstromes, der von der verlustfreien Kodiervorrichtung aus 1 ausgegeben wird. In 4 speichert der Eingabepuffer 41 Bitstromdaten, die in der Kodiervorrichtung aus 1 erzeugt werden, in der gleichen Sequenz wie seine Eingabesequenz. Eine Puffersteuerung 43 steuert den Eingabepuffer 41, um die in dem Eingabepuffer 41 gespeicherten Daten an einen verlustfreien Wiederhersteller 45 auszugeben, unter der Steuerung der Puffersteuerung 43 werden die zweiten Daten ohne Änderung an den verlustfreien Wiederhersteller 45 ausgegeben, und die vierten Daten werden mit den dritten Daten und den ersten Daten, die den vierten Daten entsprechen, auf Basis von Identifikationsinformationen, die zu den dritten Daten und den vierten Daten hinzugefügt werden, kombiniert. Die kombinierten ersten Daten werden an den verlustfreien Wiederhersteller 45 ausgegeben. Hierbei bestimmt die Puffersteuerung 43 die Sequenz der ersten Daten und der zweiten Daten, die beide auf Basis der zweiten Daten und der dritten Daten an den verlustfreien Wiederhersteller 45 ausgegeben werden. Wenn somit die zweiten Daten den dritten Daten unter den Daten des Bitstromes, der in den Eingabepuffer 41 eingegeben wird, vorausgehen, werden die zweiten Daten an den verlustfreien Wiederhersteller 45 ausgegeben, und danach werden die ersten Daten, die den dritten Daten entsprechen, an den verlustfreien Wiederhersteller 45 ausgegeben. Infolgedessen kann der Eingabepuffer 41 die gespeicherten Daten so an den verlustfreien Wiederhersteller 45 ausgeben, dass der verlustfreie Wiederhersteller 45 Daten ohne Verzögerung wiederherstellen kann.
  • Der verlustfreie Wiederhersteller 45 führt ein Umkehrverfahren einer Signalverarbeitung in der oben beschriebenen verlustfreien Kompressionseinheit 13 durch, um Audiodaten wiederherzustellen, und gibt die wiederhergestellten Audiodaten an einen Ausgabepuffer 47 aus.
  • Der Ausgabepuffer 47 speichert die von dem verlustfreien Wiederhersteller 45 zugeführten Audiosignale und übergibt die gespeicherten Audiodaten an eine nachgelagerte Vorrichtung (nicht gezeigt).
  • Da sich dem Durchschnittsfachmann erschließen wird, dass die oben genannte verlustfreie Kodiervorrichtung und die oben genannte verlustfreie Dekodiervorrichtung in dem verlustfreien Kodier- und Dekodiersystem verwendet werden können, wenngleich dies in der Zeichnung und in der Beschreibung nicht gezeigt worden ist, wird eine ausführliche Beschreibung dessen an dieser Stelle ausgelassen.
  • Wie oben beschrieben worden ist, steuert das verlustfreie Kodier- und Dekodiersystem, einschließlich der verlustfreien Kodiervorrichtung und der verlustfreien Dekodiervorrichtung, die Bitrate der kodierten Audiodaten dergestalt, dass die kodierten Audiodaten auf Echtzeitbasis dekodiert werden können. Somit kann die vorliegende Erfindung in einem Echtzeitsystem mit begrenzter Bitrate, wie zum Beispiel in einem Disk-Wiedergabegerät oder in einem Kommunikationskanal, verwendet werden.

Claims (16)

  1. Verfahren zur verlustfreien Kodierung von Audiodaten, umfassend: verlustfreies Kompressionskodieren der Audiodaten in Einheiten von vorgegebenen Daten und Ausgeben der kodierten Audiodaten in Sequenz und Unterscheiden jeder vorgegebenen Dateneinheit der kodierten Audiodaten als erste Daten mit einer Datenmenge, die eine maximale Bitrate überschreitet, oder zweite Daten mit einer geringeren Datenmenge als die maximale Bitrate, Unterteilen der ersten Daten in dritte Daten, die kodierte Audiodaten mit einer Datenmenge der maximalen Bitrate sind, und vierte Daten, die die kodierten Audiodaten eines Teils der ersten Daten sind, die die maximale Bitrate überschreiten, und Ausgeben der vierten Daten kombiniert mit den entsprechenden zweiten Daten, wobei die kombinierten Dateneinheiten eine Datenmenge aufweisen, die kleiner oder gleich der maximalen Bitrate ist, gekennzeichnet durch des Weiteren das Hinzufügen der gleichen Identifikationsinformation zu den dritten Daten und den vierten Daten entsprechend den dritten Daten einer gleichen vorgegebenen Dateneinheit umfassend.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebenen Dateneinheiten Rahmen sind und das Ausgeben der vierten Daten zusammen mit den entsprechenden zweiten Daten das Hinzufügen der vierten Daten eines ersten der Rahmen zu einem zweiten Rahmen der zweiten Daten, der dem ersten Rahmen der vierten Daten vorausgeht, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite dem ersten Rahmen um eine Anzahl von Rahmen größer als eins vorausgeht.
  4. Verfahren zur verlustfreien Kodierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren das sequenzielle Ausgeben der kodierten Audiodaten mit einer Ausgabebitrate, die kleiner oder gleich der maximalen Bitrate ist, umfassend.
  5. Verfahren zur verlustfreien Kodierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren das derartige Steuern der Ausgabe der kodierten Audiodaten umfassend, dass die zweiten Daten, sowohl die zweiten als auch die vierten Daten oder die dritten Daten von dem Ausgabepuffer in einer gleichen Sequenz wie die Ausgabe der kodierten Audiodaten in Sequenz ausgeben werden.
  6. Verfahren zur verlustfreien Kodierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Dateneinheiten Rahmen sind und die Identifikationsinformation eine Rahmennummer eines der Rahmen ist.
  7. Verfahren zur verlustfreien Kodierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren das Bestimmen der maximalen Bitrate auf Basis einer Bitrate, die aus der verlustfreien Kompressionskodierung aller einer Menge der Audiodaten auf einer Audiospur eines Aufzeichnungsmediums resultiert, umfassend.
  8. Verfahren zur verlustfreien Kodierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren vor dem Hinzufügen der vierten Daten des ersten Rahmens zu den zweiten Daten des zweiten Rahmens das Bestimmen, ob eine Summe der vierten Daten des ersten Rahmens und der zweiten Daten des zweiten Rahmens zusammen die maximale Bitrate überschreitet umfassend.
  9. Verfahren zur verlustfreien Kodierung und Dekodierung zur Kodierung und Dekodierung von Audiodaten, umfassend: verlustfreies Kompressionskodieren der Audiodaten in Einheiten von vorgegebenen Daten und Ausgeben der kodierten Audiodaten in Sequenz, Unterscheiden jeder vorgegebenen Dateneinheit der kodierten Audiodaten als erste Daten mit einer Datenmenge, die eine maximale Bitrate überschreitet, oder zweite Daten mit einer geringeren Datenmenge als die maximale Bitrate, Unterteilen der ersten Daten in dritte Daten, die kodierte Audiodaten mit einer Datenmenge der maximalen Bitrate sind, und vierte Daten, die die kodierten Audiodaten eines Teils der ersten Daten sind, die die maximale Bitrate überschreiten, Hinzufügen von Identifikationsinformation zu den dritten Daten und den vierten Daten, um anzuzeigen, welche von den dritten Daten und vierten Daten aus derselben vorgegebenen Dateneinheit sind, und derartiges Steuern der kodierten Audiodaten, dass die vierten Daten zusammen mit den zweiten Daten so ausgegeben werden, dass eine Datenmenge der zweiten und der vierten Daten zusammen kleiner als die maximale Bitrate ist und die zweiten bis vierten Daten als ein Bitstrom ausgegeben werden, und verlustfreies Wiederherstellen des Bitstromes, um die Audiodaten so zu erzeugen, dass aus dem Bitstrom die zweiten Daten, die keine Identifikationsinformation haben, verlustfrei wiederhergestellt werden und die dritten Daten und die vierten Daten, die dieselbe Identifikationsinformation haben, kombiniert und verlustfrei wiederhergestellt werden.
  10. Verfahren zur verlustfreien Kodierung und Dekodierung nach Anspruch 9, des Weiteren das Bestimmen der maximalen Bitrate auf Basis einer Bitrate, die aus der verlustfreien Kompressionskodierung aller einer Menge der Audiodaten auf einer Audiospur eines Aufzeichnungsmediums resultiert, umfassend.
  11. Verfahren zur verlustfreien Kodierung und Dekodierung nach Anspruch 9 oder 10, des Weiteren das sequenzielle Ausgeben der kodierten Audiodaten mit einer Bitrate, die kleiner oder gleich der maximalen Bitrate ist, umfassend.
  12. Verfahren zur verlustfreien Kodierung und Dekodierung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die vorgegebenen Dateneinheiten Rahmen sind und das Verfahren zur Kodierung und Dekodierung des Weiteren das Hinzufügen der vierten Daten eines ersten der Rahmen zu einem zweiten Rahmen der zweiten Daten, der dem ersten Rahmen der vierten Daten vorausgeht, umfasst.
  13. Verfahren zur verlustfreien Kodierung und Dekodierung nach Anspruch 12, des Weiteren vor dem Hinzufügen der vierten Daten des ersten Rahmens zu den zweiten Daten des zweiten Rahmens das Bestimmen, ob eine Summe der vierten Daten des ersten Rahmens und der zweiten Daten des zweiten Rahmens zusammen die maximale Bitrate überschreitet, umfassend.
  14. Verfahren zur Dekodierung von Audiodaten, die verlustfrei in Sequenz kompressionskodiert wurden, wobei vorgegebene Dateneinheiten der kodierten Daten Datenmengen haben, die eine maximale Bitrate überschreiten, und die überschüssigen Datenmengen mit den Datenmengen solcher der vorgegebenen Dateneinheiten, die kleiner als die maximale Bitrate sind, derartig kombiniert wurden, dass eine Datenmenge der so kombinierten Teile geringer als die maximale Bitrate ist, das Verfahren umfasst: Umsetzen der überschüssigen Datenmengen zurück in die entsprechenden der vorgegebenen Dateneinheiten, die ursprünglich die maximale Bitrate überschreitende Datenmengen haben, verlustfreies Wiederherstellen der kodierten Audiodaten anschließend an das Umsetzen der überschüssigen Datenmengen zurück in die entsprechenden vorgegebenen Dateneinheiten, die ursprünglich die maximale Bitrate überschreitende Datenmengen haben, dadurch gekennzeichnet, dass den überschüssigen Datenmengen und Teilen der entsprechenden vorgegebenen Dateneinheiten, die nicht größer als die maximale Bitrate und andere als die überschüssigen Datenmengen sind, Identifikationsinformation dazu hinzugefügt wird, der Schritt des verlustfreien Wiederherstellens der kodierten Audiodaten umfasst: Umsetzen der überschüssigen Datenmengen zurück in die entsprechenden vorgegebenen Dateneinheiten unter Verwendung der Identifikationsinformation der überschüssigen Datenmenge und der Teile der entsprechenden vorgegebenen Dateneinheiten.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, des Weiteren das Ausgeben einer Sequenz der vorgegebenen Dateneinheiten auf Basis solcher der vorgegebenen Dateneinheiten, die keine überschüssigen Datenmengen haben, und den Teilen der vorgegebenen Dateneinheiten, die nicht größer als die maximale Bitrate sind, umfassend.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das Umsetzen der überschüssigen Datenmengen das Umsetzen der überschüssigen Datenmengen in die entsprechenden vorgegebenen Dateneinheiten, die ursprünglich die maximale Bitrate überschreitende Datenmengen haben, die in der Sequenz auf diejenigen der vorgegebenen Dateneinheiten folgen, die mit den überschüssigen Datenmengen kombiniert und die kleiner als die maximale Bitrate sind, umfasst.
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