[发明专利]用于阶乘脉冲编码器的算术编码

说明书

技术领域

本发明整体涉及高效率的数字编码和解码。

背景技术

最近二十年来，微处理器速度增加多个数量级并且数字信号处理器(DSP)变得无所不在。从模拟通信到数字通信的变换变得更加灵活和有吸引力。数字通信提供能够有效地利用带宽的主要优点，并且允许使用错误校正技术使用。从而，通过使用数字技术，可以通过给定分配的频谱空间发送更多信息并且更可靠地发送信息。数字通信可以使用无线电链路(无线)或物理网络媒体(例如，光纤、铜质网络)。

数字通信可以用于不同类型的通信，诸如，例如音频、视频或遥测技术。数字通信系统包括发送设备和接收设备。在能够进行双向通信的系统中，每个设备都具有发送和接收电路。在数字发送或接收设备中，存在多阶段处理，通过其，数据在通过输入端(例如，麦克风、相机、传感器)而被输入的阶段和在被用于调制载波并且被传输的阶段之间被传送。在(1)被输入并且被数字化之后，(2)可以应用一些初始噪声滤波，之后进行(3)源编码和(4)最终信道编码。将在随后页中描述的本发明可以认为落入源编码阶段中。

源编码的主要目标在于减小比特率，同时最大可能地保持感知质量。不同标准被开发用于不同类型的媒体。例如，JPEG标准应用至静止图像，同时IS-127标准应用至音频。对于实用的让步，通常使用对应于DSP寄存器长度的矢量长度或多个DSP寄存器长度(例如，128位)的偶数倍来设计源编码器。现在对于每个应用，都存在对所分配信道带宽的一些限制。基于该限制，源编码器/解码器的设计者将考虑正被编码的媒体的每个部分的所有自由度来决定可能代码的特定数量。例如，在音频编码的情况下，可能存在已建立的特定帧尺寸(例如，160个采样长)、在每个音频帧中所允许的音频脉冲的特定数量、以及将被分配给脉冲的总幅度量子的特定数量。由设计者作出的选择旨在最大化感知质量，同时保持在所分配的带宽内。因为所有事物都是离散的并且被量化，所以可以列举特有(unique)帧的总数量。用于每帧的特有可能性的总数量与所分配的带宽紧密相关，这是因为其必须可以在音频帧的时间间隔期间通过信道发送足够信息，以识别在该帧期间最对应于该音频的一个特有帧。特有帧的总数量越大，就要求更多信息以唯一地识别一个特定帧。现在，可能发生的是，特有帧的总数量(n)不是2的幂(即，n≠2^k，其中，k是整数)。例如，假设n＜2^k，在这种情况下，如果使用k位整数表示每帧，则应该一直存在绝不被发送的接近2^k的较高值整数的一些范围。这表示系统是低效率的，这是因为已经分配了k位，但是k位未被完全利用。

美国专利No.7,230,550披露了一种通过减小需要表示一组多位码字的整体位尺寸的方式、将一组多位码字分裂为最高有效位(MSB)部分和最低有效位(LSB)部分，以及组合MSB部分和LSB部分，从而解决上述低效率的方法。不幸的是，如果如在高带宽、高保真度系统中所要求的，大数量码字将以此方式被处理，550专利的方法会要求高准确度乘法操作被执行。这是计算昂贵的，从而是不利的。

虽然以上示例涉及音频并且讨论到帧，更一般地，不同类型的媒体(例如，图像、视频、遥测&音频)的特征在于(整体或部分)n个可能代码之一，其中，n是(基于带宽限制被可能地选择)的整数但不是2的幂，例如，n≠2^k，其中，k是整数。类似地，一般在这样的情况下也出现低效率。

附图说明

附图示出多个实施例，并且根据本发明解释多种原理和优点，其中，贯穿附图地，类似参考数字指示相同或功能类似的要素，并且附图与以下详细说明一起被结合到并且形成说明书的一部分。

图1是根据本发明的实施例的通信系统的框图；

图2是在图1中所示的通信系统中使用的设备的发射机的框图；

图3是在图1中所示的通信系统中使用的设备的接收机的框图；

图4是用于对通过先前编码器生成的代码(例如，FPC代码)的最高有效位部分(MSB)进行编码的算术编码器的流程图；

图5是用于对表示由另一个编码器生成的代码(例如，FPC代码)的MSB的算术代码进行解码的算术解码器的流程图；

图6是用于确定表示当通过有限精确度算法进行算术编码时要求的额外位的数量的算术编码器编码效率项的处理的流程图；以及

图7是与阶乘脉冲编码组合地使用算术编码的音频编码方法的流程图。