專利名稱：對信息信號的算術(shù)編碼與解碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到對信息信號進行算術(shù)編碼的方法、對信息信號進行算術(shù)編碼的設(shè)備以及對算術(shù)編碼后的信息信號進行解碼的設(shè)備。
算術(shù)編碼是一種用于無損失編碼的周知技術(shù)，這在目前的編碼原始資料中有所介紹。為了能完全理解與當(dāng)前工作最為相關(guān)的算術(shù)編碼的實現(xiàn)方法，讀者請參閱[Lang 84]。該文獻的附錄中很好地說明了算術(shù)編碼的歷史。此外，[Howard 94]也給出了對算術(shù)編碼的詳細說明。
作為本發(fā)明主題的算術(shù)編碼的實現(xiàn)方法，使用了兩個有限長度的寄存器，它們稱為C和A。

圖1示出了編碼器操作的流程圖。C寄存器指向數(shù)線上的區(qū)間的底部，區(qū)間的長度存諸在A中，見例如[Lang 81]和[Penn 88]。將所述區(qū)間分成子區(qū)間，每個子區(qū)間均對應(yīng)于要加以編碼的符號，每個子區(qū)間的長度均對應(yīng)于相關(guān)符號的概率。就對符號進行實際編碼而言，將C寄存器調(diào)整成指向與該符號相對應(yīng)的子區(qū)間的底部，并將A寄存器設(shè)置成所選定的子區(qū)間的長度。然后，在對下一個符號進行編碼之前，使A寄存器(和C)規(guī)范化(左移)。一般地說，在重新規(guī)范化之后，A的值位于值k與2k之間，k≤A＜2k。在本例中，將使用k＝1/2。
例如，在二進制的情況下，根據(jù)要編碼的位是最有可能的符號(MPS)還是最沒可能的符號(LPS)而存在有兩個子區(qū)間，從而有可能兩次更新C和A寄存器。假定將MPS賦給了較小區(qū)間。示出了將圖1中的“更新A和C”框用于圖2中的二進制情況。用p來表示輸入位是LPS的概率(注意，p≤1/2，因為MPS的概率≥1/2)。用b表示要加以編碼的輸入位。b和p的值由“讀取……”框提供。現(xiàn)在，如果要對MPS進行編碼，C就沒有變化，這是因為，選定了較小區(qū)間，且C已指向了該區(qū)間。但是，A會改變，A的更新值是A＝A-A·p(應(yīng)用了MPS的概率為1-p這一事實)。如果要對LPS進行編碼，則C和A都改變C被更新為C＝C+A-A·p，新的區(qū)間長度是A＝A·p。還應(yīng)注意，通過預(yù)處理和后處理，可以確保MPS總例如是“0”位，LPS總是“1”位。最后，圖2示出了“近似乘法”框，因為，業(yè)已證明，可僅在小的性能損失的情況下用低精度來執(zhí)行乘法A·p，從而降低了硬件的復(fù)雜性。以下將說明執(zhí)行該近似乘法的技術(shù)。
就非二進制情況而言，圖3中示出了圖1的“更新A和C”框。現(xiàn)在“讀取……”框提供了要加以編碼的符號s以及兩個概率值符號s的概率ps以及排在符號s之后的所有符號的累積概率pt。正如從圖3中看到的那樣，以與其余符號不同的方式處理符號M，以便精確地“填寫”A。從[Riss 89]中可以看出，最好將MPS賦給符號M。
為了能進行解碼，解碼器必須要知道C的值，因為，該值決定了已被編碼的符號。所以，傳給解碼器的是C寄存器的值。實際上，每次在規(guī)范化過程中使A寄存器左移時，對C的MSB(也稱為“進位標(biāo)志位”)進行處理以便傳送給解碼器。對C而言，使用有限長度寄存器時的問題是以后必須通過因C增加而導(dǎo)致的進位來調(diào)整已被移出C的位。為了處理好這一點，需要進行進位控制。當(dāng)前技術(shù)完全解決了編碼器的上述問題，所以，該問題不會對解碼器產(chǎn)生影響。以下將說明將解碼器的復(fù)雜性減至最小的方案。
圖4中示出了解碼器的流程圖。就二進制而言，圖5中示出了“輸出符號……”框。就非二進制情況而言，解碼器較復(fù)雜，這是因為，在不知道s值的情況下，解碼器必須要找到“C＝C+D”的逆量。
本發(fā)明的目的是對上述算術(shù)編碼器進行改進。依照本發(fā)明，編碼方法包括一n位符號序列，n為整數(shù)且n≥1，分別用有限長度的第一和第二寄存器去存儲A參數(shù)和C參數(shù)，C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，A參數(shù)上所述區(qū)間的長度有關(guān)，所述方法包括下列步驟(a)輸入信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；(b)從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；(c)將與從所述第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間，并且，根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個；(d)至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度，從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度；
(e)將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中；(f)繼續(xù)步驟(a)中的方法，以便對下一個符號進行編碼；上述方法的特征在于，步驟(b)還包括這樣的子步驟將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi等于“1”，則在bi-1位處將1加至A的截斷值。在另一個方案中，所述編碼方法包括一個n位符號序列，n為一整數(shù)且n≥1，分別用有限長度的第一和第二寄存器去存儲A參數(shù)和C參數(shù)，C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，A參數(shù)上所述區(qū)間的長度有關(guān)，所述方法包括下列步驟(a)輸入信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；(b)從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；(c)將與從所述第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間，并且，根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個；(d)至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度，從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度；(e)將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中；(f)繼續(xù)步驟(a)中的方法，以便對下一個符號進行編碼；上述方法的特征在于，步驟(b)還包括這樣的子步驟將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi-1＝‘0’且bi＝‘1’，則使bi-1變?yōu)椤?’。在又一個方案中，所述編碼方法包括一個n位符號序列，n為一整數(shù)且n≥1，分別用有限長度的第一和第二寄存器去存儲A參數(shù)和C參數(shù)，C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，A參數(shù)上所述區(qū)間的長度有關(guān)，所述方法包括下列步驟(a)輸入信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；(b)從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；(c)將與從所述第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間，并且，根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個；(d)至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度，從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新的長度；(e)將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中；(f)繼續(xù)步驟(a)中的方法，以便對下一個符號進行編碼；上述方法的特征在于，步驟(b)還包括這樣的子步驟將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并使bi-1位等于‘1’。
本發(fā)明所提出的改進形式涉及到近似乘法框(該框在編碼器和解碼器中都使用)以及進位控制，進位控制僅在編碼器的“重新規(guī)范化……”框內(nèi)進行。
以下更詳細地說明本發(fā)明的上述及其它其方面。
圖1示出了算術(shù)編碼器的流程圖；圖2就二進制的情況示出了圖1中編碼器框“更新A和C”的流程圖。LPS的概率為p，該位的要加以編碼的值放在b中；圖3就非二進制的情況示出了圖1中編碼器框“更新A和C”的流程圖。所述符號的要加以編碼的值放在s中，其概率放在ps中。將M+1個符號編號為0，……M。Pt＝p0+p1+…+ps-1為排在符號s之后的所有符號的累積概率。
圖4示出了解碼器的流程圖；圖5就二進制的情況示出了圖1中解碼器框“輸出符號…”的流程圖。LPS的概率為p，該位的要加以編碼的值放在b中；圖6示出了圖1中“重新規(guī)范化…”所代表的編碼器框的流程圖；圖7示出了圖1中“初始化”所代表的編碼器框的流程圖；圖8示出了圖1中“終止”所代表的編碼器框的流程圖；圖9示出了圖4中“初始化”所代表的解碼器框的流程圖；圖10示出了圖4中“重新規(guī)范化…”所代表的解碼器框的流程圖；圖11示出了編碼器設(shè)備的實施例；以及圖12示出了解碼器設(shè)備的實施例。
就對前述乘法的改進而言，可提及以下方面。在[Lang 81]中用2exp{-Q}來近似p從而解決了“避免”乘法A·p問題，其中，Q為整數(shù)。然后，用p來相乘僅對應(yīng)于向右位移Q位。Q稱為偏移數(shù)。再后，諸如在[Riss 89]中那樣，將A寄存器規(guī)范成0.75≤A＜1.5，然后，假定A≈1，因此A·p≈p。
在[Chev 91a]和[Chev 91b]中獲得了更佳的效率。他們提出了通過刪除所有的低于預(yù)定的二進制數(shù)1的二進制數(shù)來近似A，并且，他們的最佳實施例使用了第二個最高有效二進制數(shù)1。因此，在該最佳實施例中，用包含有兩個非零位的二進制數(shù)來近似A的值，這就意味著可用單次位移和加法操作來執(zhí)行所說的乘法。最后，[Feyg93]說明了經(jīng)過改進的A的近似法，這種近似法也可以用單次位移和加法操作來加以實現(xiàn)。
本發(fā)明中實際使用的用來近似上述乘法的方法如下。用NP位來描述概率(p)。例如，若NP＝8，則總是用二進制01000000來表示p＝1/4＝2exp{-2}＝0.01(二進制)，也就是說不包括“0.”，因為，它對所有的概率值都是相同的。將A寄存器的長度選定為NA＝NP+NX位，其中，NX表示用于近似供所述乘法使用的A值的位數(shù)。例如，使NX＝3且A＝3/4＝0.11，則A總是為8+3＝11位寄存器，它包含有11000000000(注意，仍然略去了“0.”，由于我們將A規(guī)范成總是小于1)。就上述乘法而言，我們用3位數(shù)來近似A，在這種情況下，很清楚，最佳的近似值是110。近似乘法A·p的結(jié)果總是00110000000，也就是說，也是一個11位數(shù)。[Feyg 93]除其它內(nèi)容之外提出實現(xiàn)似近乘法的上述方式。
以下討論應(yīng)如何用NX位來近似NA位數(shù)A。
近似A的第一種方式(方法P1)包括這樣的方法將A化整成NX位而不是截斷A。化整是指若A的第(NX+1)位為0則將A截成NX位，并且若第(NX+1)位為1則將1加至截斷后的數(shù)中。例如，若A＝1101…，則3位近似數(shù)總是為111。所使用的這種化整方法增加了復(fù)雜性，因為，在約一半的這種情況中都必須將1加到截斷后的數(shù)中，這就意味著必須要做加法操作或進行查表。
作為另一種方案(方法P2)，提出了使用稱為“部分化整”的方法。利用部分化整，僅在第(NX+1)位為‘1’且第NX位為‘0’的情況下將1加到截斷后表示A的數(shù)中。在這種方法中，這意味著A的近似值的第NX位等于原來的A的第NX位和第(NX+1)位的邏輯OR(或)。例如，用101來似近A＝1011…，用101來似近A＝1001…，用100來似近A＝1000…。請注意，在約有75％的情況下，所說的部分化整與“完全化整”有相同的近似值。
在又一種方案(方法P3)中，提出了通過將A截成NX位并總是將近似值的第NX位置成1來似近A，目的是進一步減少硬件實現(xiàn)的復(fù)雜性，因為，這種方法消除掉了一半的用于A的可能的近似值。
業(yè)已將某些周知方法的性能與上述三種新方法作了比較。圖I中列出了各種方法的性能，除上述三種近似方法(P1、P2和P3)以外，表中所示方法還有用“reference(參考)”表示的參照方法、[Moff 95]的方法、[Chev 91a]的方法、用Feyg 93(1)表示的Feyg93第三段所述的方法以及用Feyg 93(2)表示的Feyg 93第四段所述的方法，所述參照方法作整個NA×NP位的乘法計算，然后僅將A截成NA位。
表中所列數(shù)字是壓縮文件的相對長度，其中，由于是上述乘法的不完全近似值，所以100對應(yīng)于“無損失”。例如，數(shù)字100.57意味著由于是近似乘法因而壓縮文件的長度增加了0.57％。
正如所預(yù)料的那樣，方法P2的性能好于方法Moff 95的性能但不如方法P1的性能。
方法P2是一種好的折衷方案。具體地說，就NX＝3和NX＝4而言，方法P2在性能與復(fù)雜性之間有較好的折衷，因為，在有較低復(fù)雜性的情況下，方法P2的性能實際上與方法P1的性能相同(見上表)。就NX＝2而言，方法P1是一種最佳的方法，而方法P3則可用于NX＝5和更大的值。
就非二進制而言，用化整來近似A的值的方法具有潛在的問題即當(dāng)符號表(alphabet)長度增加時，不會有留給MPS的“空間”[Feyg93]。就方法Feyg 93(2)而言，對符號表長度的最壞情況限制是11[Feyg 93]。本文所提出的新的近似方法的優(yōu)點是，當(dāng)NX增加時，可以減少因化整而使A增加的量。所以，如果存在有這樣的應(yīng)用，在該應(yīng)用中，概率分布成符號表的長度是有限的(并且，僅能截斷或化整的方法的性能不高)，那么，就可通過增加NX來處理較大的符號表。
稱為“位填充”的技術(shù)原本已解決了編碼器的重新規(guī)范化步驟中的進位控制問題[Lang 81]。在遇到一系列1位的情況下，這種技術(shù)通過將0填充位插進編碼后的數(shù)據(jù)流中來“捕捉”進位。這種技術(shù)的缺點是，由于有額外的填充位，該技術(shù)會減低壓縮效率，并且，這種技術(shù)需要在解碼器中作特殊的處理。中說明了一種在不影響壓縮性能的情況下阻止進位的方法。這種方法的缺點是會略微增加解碼器的復(fù)雜性。[Cham 90]中采用了[Witt 87]的思想，因此，可在不增加解碼器復(fù)雜性的情況下使用上述方法。
本文中提供了一種也不會增加解碼器復(fù)雜性的不同方案。圖6中示出了本發(fā)明的編碼器的重新規(guī)范化過程的框圖。主要的改進是有C＜1.10……？的框。就這個框而言，先有技術(shù)使用了C+A＜＝1.0……？，從而，與本發(fā)明的提案相比需要額外的加法操作。
為了完整地說明編碼器，圖7和圖8中分別示出了初始化和終止框。計數(shù)器變量與圖6所示的編碼器重新規(guī)范化框中使用的計數(shù)器變量相同。由于(在編碼器中)C的長度為(NA+1)位，所以，該長度具有NA個小數(shù)位(“小數(shù)點之后的位”)，這些位在終止時輸出，如圖8所示。
圖9中示出了解碼器的初始化。通過從數(shù)據(jù)流中讀出(NA+1)位來填充C寄存器。所讀出的第一位是“空”(dummy)，因為，該位總是“0”。解碼器中的C寄存器的長度僅為NA位，而在編碼器中要少1。在解碼器中沒有特定的終止(圖4中的“終止”框為空)。圖10中示出了解碼器中的重新規(guī)范化(圖4中的“重新規(guī)范……”框)。
圖11示出了本發(fā)明的編碼器設(shè)備的一個實施例。該設(shè)備包括輸入終端100和102，它們分別用于接收信息信號和概率信號。所述信息信號包括n位符號序列，n為整數(shù)且n≥1。賦給輸入終端102的概率信號包括用于上述信息信號中各符號的一個或多個概率。就二進制符號而言，所述概率信號包括用于各個符號的一個概率值。分別提供了有限長度的第一和第二寄存器104和106，它們用于存儲A參數(shù)和C參數(shù)。
可用處理器108對信息信號進行算術(shù)編碼。應(yīng)該認識到，在對處理器108不作非常詳細的說明的情況下，該處理器包括用于從第一和第二寄存器中檢索出A和C參數(shù)的值的電路、以及用于在對符號進行了編碼之后分別將A和C的經(jīng)過更新和重新規(guī)范的值存儲進第一和第二寄存器104和106中的電路。此外，處理器108還包括用于將與從第一寄存器104檢索出的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述賦給輸入終端102的至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間的電路、以及用于響應(yīng)上述賦給輸入終端100的符號而選定上述子區(qū)間中的一個的電路。
還提供了用于更新A和C參數(shù)的電路，其中，需要這一電路以便使A值符合選定子區(qū)間的長度并使C值符合上述子區(qū)間的邊界。
可使用輸出終端110以便響應(yīng)編碼后的符號而輸出編碼后的位。
用于從相應(yīng)寄存器中檢索出A和C參數(shù)的檢索裝置還包括在計算A·p之前截斷A參數(shù)的值的裝置。具體地說，可按如下方式進行截斷假定將A的值表示為0.b0b1…bi-1bi…，那么，就可將該值截斷成bi-1位，并且，若bi等于‘1’，則在位bi-1的位置處將‘1’加到截斷后的A值中。
在另一個方案中，將A參數(shù)的值截斷成bi-1位，并且，若bi-1＝‘0’且bi＝‘1’，則使bi-1變?yōu)椤?’。在又一個方案中，將A參數(shù)截斷成bi-1位并使位bi-1等于‘1’。
應(yīng)該注意，處理器108可執(zhí)行上述方法，如圖1、2、3、6、7和8所述。
最佳的是，所述編碼器設(shè)備還配備有本技術(shù)中周知的信道編碼器112，它用于將所編碼的信息信號信道編碼(并且如果需要的話，糾錯編碼)成經(jīng)過信道編碼后的信息信號；寫入器104，它用于將經(jīng)過信道編碼后的信號寫到諸如磁性記錄載體116或光學(xué)記錄載體118之類的記錄載體上。
圖12示出了本發(fā)明解碼器設(shè)備的一個實施例。該解碼器設(shè)備包括輸入終端120，它用于接收編碼后的信息信號。提供了有限長度的第一和第二寄存器122和124，用于分別存儲A參數(shù)和C參數(shù)。
可使用處理器126來響應(yīng)通過輸入裝置134提供給處理器126的概率信號從而對通過輸入終端120所接收的編碼后信息信號進行算術(shù)解碼?？捎弥苤姆椒ǐ@得上述概率信號。[Bruek 97]中示出了導(dǎo)出用于1位音頻信號的概率的實例。在這一實例中，所說的概率是從提供給輸出裝置128的經(jīng)解碼后的輸出信號中導(dǎo)出的，也就是說，在預(yù)測過濾器136中對解碼后的輸出信號進行預(yù)測過濾，并響應(yīng)預(yù)測過濾器136的輸出信號而在概率確定器138中生成所說的概率信號。應(yīng)該認識到，在不對處理器126作非常詳細說明的情況，處理器126包括用于從第一和第二寄存器中檢索出A和C參數(shù)的值的電路、以及用于在對符號進行了解碼之后分別將A和C的經(jīng)過更新和重新規(guī)范的值存儲進第一和第二寄存器122和124中的電路。此外，處理器126還包括用于執(zhí)行圖4、5、9和10所示的步驟的電路。
用于從寄存器122中檢索出A參數(shù)的值的電路還包括在計算A·p之前截斷A參數(shù)的值的裝置。按與以上就編碼器所述的相同的方式來進行上述截斷，因此，不再作進一步的說明。
最佳的是，所述解碼器設(shè)備還配備有本技術(shù)中周知的信道編碼器132，它用于將經(jīng)過信道編碼的信息信號信道解碼(并且如果需要的話，糾錯)成用于算術(shù)解碼器126的經(jīng)過算術(shù)編碼后的信息信號；寫出器130，它用于從諸如磁性記錄載體116或光學(xué)記錄載體118之類的記錄載體中讀出經(jīng)過信道編碼后的信號。
可在用于視頻和音頻的大多數(shù)現(xiàn)代無損失和有損失編碼方案中使用算術(shù)編碼。也可以在壓縮計算機數(shù)據(jù)(例如文本文件)過程中使用算術(shù)編碼。本文所想象出的應(yīng)用是對1位音頻信號進行無損失編碼。這方面請參照對應(yīng)于EP專利申請書第97201680.2號(PHN16405)的US第08/966375號、和對應(yīng)于國際專利申請書第IB97/01156(PHN16452)號的US第08/937435號。
盡管參照最佳實施例說明了本發(fā)明，但是，應(yīng)該認識到，這些實施例都是非限制性的實例。因此，在不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，各種改進形式對本技術(shù)的專家來說是明顯的。
此外，本發(fā)明還在于各個新穎的特征或特征的組合。
參考文獻[Lang81]G.G.Langdon等，“Compression on black-whiteimages with arithmetic coding(對具有算術(shù)編碼的黑白圖象進行壓縮)”，IEEE Trans.On Com.，Vol.COM-29，pp.858-67，June 1981.L.H.Witten等，“Arithmetic coding for datacompression(用于數(shù)據(jù)壓縮的算術(shù)編碼)”，Communications ACM，Vol.30，pp520-540，June 1987.G.G.Langdon，“An introduction to arithmeticcoding(算術(shù)編碼入門)”，IBM J.Res.Develop.，Vol.28，pp.135-149，March 1984.W.b.Pennebaker等，“An overview of the basicprinciples of the Q-coder adaptive binary arithmetic coder(Q編碼器自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼器的基本原理概述)”，IBM J.Res.Develop.，Vol.32，pp717-26，Nov.1988.J.Rissanen等，“A multiplication-freemiltialphabet arithmetic code(不使用乘法的多符號表算術(shù)編碼)”，IEEE Trans on Com，Vol 37，pp93-8，F(xiàn)ebr.1989.USP 4973961[Chev91a]D.Chevion等，“High efficiency，multiplicationfree approximation of arithmetic coding(對算術(shù)編碼的高效率的、不使用乘法的近似法)”見Data CompressionConference(DCC’91)，pp.43-52，1991[Chev91b]USP 4989000.G.Feygin等，“Minimizing error and VLSI complexityin the multiplication fess approximation of arithmetic coding(使算術(shù)編碼的不使用乘法的近似法的差錯和VLSI復(fù)雜性最小化)”inData Compression Conference(DCC’93)，pp.118-127，mar.30-Apr.1，1993.P.G.Howard等，“Arithmetic coding for daracompression(用于數(shù)據(jù)壓縮的算術(shù)編碼)”，Proc.IEEE，Vol.82，no.6，pp.857-65，June 1994.A.Moffat等，“Arithmetic coding revisited(算術(shù)編碼回顧)”見Data Compression Conference(DCC’95)，pp.202-11，1995.F.Bruekera等，“Improved lossless coding of 1-bit audio signal(改進對1比特音頻信號的無損編碼)”，見103rdconvention of the AES，Sept.，26-29，1997，preprint 4563(I-6)
權(quán)利要求
1.對數(shù)字信息信號進行算術(shù)編碼的方法，所述信息信號包括一n位符號序列，n為整數(shù)且n≥1，分別用有限長度的第一和第二寄存器去存儲A參數(shù)和C參數(shù)，C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，A參數(shù)與所述區(qū)間的長度有關(guān)，所述方法包括下列步驟(a)輸入信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；(b)從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；(c)將與從所述第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間，并且，根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個；(d)至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度，從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度；(e)將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中；(f)繼續(xù)步驟(a)中的方法，以便對下一個符號進行編碼；上述方法的特征在于，步驟(b)還包括這樣的子步驟將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi等于“1”，則在bi-1位處將1加至A的截斷值。
2.對數(shù)字信息信號進行算術(shù)編碼的方法，所述信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，分別用有限長度的第一和第二寄存器去存儲A參數(shù)和C參數(shù)，C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，A參數(shù)上所述區(qū)間的長度有關(guān)，所述方法包括下列步驟(a)輸入信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；(b)從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；(c)將與從所述第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間，并且，根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個；(d)至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度，從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度；(e)將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中；(f)繼續(xù)步驟(a)中的方法，以便對下一個符號進行編碼；上述方法的特征在于，步驟(b)還包括這樣的子步驟將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi-1＝‘0’且bi＝‘1’，則使bi-1變?yōu)椤?’。
3.對數(shù)字信息信號進行算術(shù)編碼的方法，所述信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，分別用有限長度的第一和第二寄存器去存儲A參數(shù)和C參數(shù)，C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，A參數(shù)上所述區(qū)間的長度有關(guān)，所述方法包括下列步驟(a)輸入信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；(b)從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；(c)將與從所述第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間，并且，根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個；(d)至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度，從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新的長度；(e)將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中；(f)繼續(xù)步驟(a)中的方法，以便對下一個符號進行編碼；上述方法的特征在于，步驟(b)還包括這樣的子步驟將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并使bi-1位等于‘1’。
4.如權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于，所述更新步驟還包括更新C的值，以使得C參數(shù)與選定的子區(qū)間的邊界有相應(yīng)的關(guān)系，從而使之成為用于對上述信息信號中的下一個符號進行編碼的新的C參數(shù)，所述存儲步驟還包括將更新后的C參數(shù)的值存儲在所述第二寄存器內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4的方法，所述更新步驟還包括這樣的子步驟在將重新規(guī)范化的A和C參數(shù)的值分別存儲在上述第一和第二寄存器內(nèi)之前對A和C參數(shù)的值進行重新規(guī)范化，其特征在于，所述重新規(guī)范化子步驟包括(g1)將A的值與第一個二進制值作比較，若A的值不小于該二進制值，就脫離開上述重新規(guī)范化步驟，若A的值小于該二進制值，則(g2)用第一個整數(shù)值乘A的值；(g3)返回(g1)
6.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，若在(g1)中A小于上述第一個二進制值，則(g4)將C的值與第二個和第三個二進制值作比較，所述第二個二進制值大于上述第三個二進制值，并且，如果C的值小于上述第二個二進制值且大于或第于上述第三個二進制值，則(g4)從C的值中減去第四個二進制值，以便獲得C的中間值；(g5)用第二整數(shù)值乘上述C的中間值。
7.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述第一個二進制值等于0.100…0。
8.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述第二個二進制值等于1.000…0。
9.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述第一個整數(shù)值等于2。
10.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述第三個二進制值等于0.100…0。
11.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述第四個二進制值等于0.1000…0。
12.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述第二個整數(shù)值等于2。
13.如前述任何一個權(quán)利要求的方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟將所述編碼后的信息信號信道編碼成經(jīng)過信道編碼的信號。
14.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟將上述信道信號記錄在記錄載體上。
15.用于執(zhí)行前述任何一個權(quán)利要求的方法的設(shè)備。
16.如權(quán)利要求15的用于對數(shù)字信息信號進行算術(shù)編碼的設(shè)備，所述數(shù)字信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，所述設(shè)備包括有限長度的第一和第二寄存器，它們用于分別存儲A參數(shù)和C參數(shù)，所述C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，所述A參數(shù)與所述區(qū)間的長度有關(guān)；輸入裝置，它用于接收信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；檢索裝置，它用于從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；用于將與從第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間并根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個的裝置；用于至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度的裝置；用于將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中的裝置；其特征在于，所述檢索裝置還包括這樣的裝置，它用于將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi等于“1”，則在bi-1位處將1加至A的截斷值。
17.如權(quán)利要求15的用于對數(shù)字信息信號進行算術(shù)編碼的設(shè)備，所述數(shù)字信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，所述設(shè)備包括有限長度的第一和第二寄存器，它們用于分別存儲A參數(shù)和C參數(shù)，所述C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，所述A參數(shù)與所述區(qū)間的長度有關(guān)；輸入裝置，它用于接收信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；檢索裝置，它用于從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；用于將與從第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間并根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個的裝置；用于至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度的裝置；用于將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中的裝置，其特征在于，所述檢索裝置還包括這樣的裝置，它用于將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi-1＝‘0’且bi＝‘1’，則使bi-1變?yōu)椤?’。
18.如權(quán)利要求15的用于對數(shù)字信息信號進行算術(shù)編碼的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)字信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，所述設(shè)備包括有限長度的第一和第二寄存器，它們用于分別存儲A參數(shù)和C參數(shù)，所述C參數(shù)與值區(qū)間的邊界有關(guān)，所述A參數(shù)上所述區(qū)間的長度有關(guān)；輸入裝置，它用于接收信息信號的符號及用于編碼的相關(guān)符號的至少一個相應(yīng)的概率值；檢索裝置，它用于從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)的值；用于將與從第一寄存器中檢索出來的值相對應(yīng)的值區(qū)間分解成與上述至少一個概率值相對應(yīng)的子區(qū)間并根據(jù)所述符號而選定前述子區(qū)間中的一個的裝置；用于至少更新A參數(shù)以使其值符合選定子區(qū)間的長度從而使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行編碼的區(qū)間的新長度的裝置；用于將A參數(shù)的更新值存儲在第一寄存器中的裝置，其特征在于，所述檢索裝置還包括這樣的裝置，它用于將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并使bi位等于‘1’。
19.如權(quán)利要求16、17或18的設(shè)備，該設(shè)備還包括重新規(guī)范化裝置，它用于在將重新規(guī)范化的A和C參數(shù)的值分別存儲在上述第一和第二寄存器內(nèi)之前對A和C參數(shù)的值進行重新規(guī)范化，其特征在于，所述重新規(guī)范化裝置包括這樣的裝置，它用于(g1)將A的值與第一個二進制值作比較，若A的值不小于該第一個二進制值，就脫離開上述重新規(guī)范化步驟，若A的值小于該二進制值，則(g2)用第一個整數(shù)值乘A的值。
20.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征在于，所述重新規(guī)范化裝置包括這樣的裝置，它用于(g4)將C的值與第二個和第三個二進制值作比較，所述第二個二進制值大于上述第三個二進制值；(g4)從C的值中減去第四個二進制值，以便獲得C的中間值；(g5)用第二整數(shù)值乘上述C的中間值。
21.如權(quán)利要求15至20任何一個的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于將編碼后的信息信號信道編碼成經(jīng)過信道編碼的信號的裝置。
22.如權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于將上述信道信號記錄在記錄載體上的裝置。
23.用于將經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號以算術(shù)方式解碼成信息信號的設(shè)備，所述信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，所述設(shè)備包括輸入裝置，它用于接收經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號；有限長度的第一和第二寄存器，第一寄存器用于存儲A參數(shù)，所述A參數(shù)與值區(qū)間的長度有關(guān)，第二寄存器用于存儲C參數(shù)，所述第二寄存器在解碼步驟之前的內(nèi)容是通過將經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號的m位移進該第二寄存器而從前一解碼步驟內(nèi)得到的第二寄存器內(nèi)容中獲得的，其中，m是整數(shù)變量且m≥0；生成器裝置，它用于生成要加以解碼的相關(guān)符號的至少一個概率值；檢索裝置，它用于從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)；導(dǎo)出裝置，它用于根據(jù)上述至少一個概率值并根據(jù)A的值和C的值而導(dǎo)出符號；用于至少更新A參數(shù)以使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行解碼的區(qū)間的新長度的裝置；用于輸出所導(dǎo)出的符號的裝置；用于將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中的裝置；其特征在于，所述檢索裝置還包括這樣的裝置，它用于將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi等于“1”，則在bi-1位處將1加至A的截斷值。
24.用于將經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號以算術(shù)方式解碼成信息信號的設(shè)備，所述信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，所述設(shè)備包括輸入裝置，它用于接收經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號；有限長度的第一和第二寄存器，第一寄存器用于存儲A參數(shù)，所述A參數(shù)與值區(qū)間的長度有關(guān)，第二寄存器用于存儲C參數(shù)，所述第二寄存器在解碼步驟之前的內(nèi)容是通過將經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號的m位移進該第二寄存器而從前一解碼步驟內(nèi)得到的第二寄存器內(nèi)容中獲得的，其中，m是整數(shù)變量且m≥0；生成器裝置，它用于生成要加以解碼的相關(guān)符號的至少一個概率值；檢索裝置，它用于從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)；導(dǎo)出裝置，它用于根據(jù)上述至少一個概率值并根據(jù)A的值和C的值而導(dǎo)出符號；用于至少更新A參數(shù)以使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行解碼的區(qū)間的新長度的裝置；用于輸出解碼后的符號的裝置；用于將A參數(shù)的更新值存儲在第一寄存器中的裝置；其特征在于，所述檢索裝置還包括這樣的裝置，它用于將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并且，若bi-1＝‘0’且bi＝‘1’，則使bi-1變?yōu)椤?’。
25.用于將經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號以算術(shù)方式解碼成信息信號的設(shè)備，所述信息信號包括一個n位符號序列，n為的整數(shù)且n≥1，所述設(shè)備包括輸入裝置，它用于接收經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號；有限長度的第一和第二寄存器，第一寄存器用于存儲A參數(shù)，所述A參數(shù)與值區(qū)間的長度有關(guān)，第二寄存器用于存儲C參數(shù)，所述第二寄存器在解碼步驟之前的內(nèi)容是通過將經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號的m位移進該第二寄存器而從前一解碼步驟內(nèi)得到的第二寄存器內(nèi)容中獲得的，其中，m是整數(shù)變量且m≥0；生成器裝置，它用于生成要加以解碼的相關(guān)符號的至少一個概率值；檢索裝置，它用于從上述第一和第二寄存器中分別檢索出用于A與C參數(shù)；導(dǎo)出裝置，它用于根據(jù)上述至少一個概率值并根據(jù)A的值和C的值而導(dǎo)出符號；用于至少更新A參數(shù)以使其值成為用來對信息信號中下一個符號進行解碼的區(qū)間的新長度的裝置；用于輸出解碼后的符號的裝置；用于將A參數(shù)的更新值存儲在所述第一寄存器中的裝置；其特征在于，所述檢索裝置還包括這樣的裝置，它用于將A參數(shù)的值0.b0b1…bi-1bi…截成bi-1位，并使bi位等于‘1’。
26.如權(quán)利要求24、25或26的解碼設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括信道解碼裝置，它用于在進行算術(shù)解碼之前對經(jīng)過算術(shù)編碼的信息信號進行信道解碼。
27.如權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括讀出裝置，它用于從記錄載體中讀出經(jīng)信道編碼的算術(shù)編碼信息信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及到對算術(shù)編碼器和相應(yīng)的算術(shù)解碼器進行改進的方法。具體地說,提出了在進行乘法A.p之前截斷A參數(shù)。此外,提出了在編碼器的重新規(guī)范化步驟中進行進位控制。
文檔編號H03M7/40GK1262816SQ99800351
公開日2000年8月9日 申請日期1999年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月23日
發(fā)明者R·J·范德弗勒登 申請人:皇家菲利浦電子有限公司