[发明专利]使用算术阶段压缩未充分利用的代码空间的编码器和解码器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及高效的数字编码和解码。

背景技术

近二十年来，微处理器的速度提高了若干数量级，并且数字信号处理器（DSP）已经无所不在。从模拟通信过渡到数字通信变得切实可行并且具有吸引力。数字通信提供了能够更高效地利用带宽的主要优势，并且允许使用纠错技术。因此，通过使用数字技术，人们能够通过给定的分配的频谱空间，发送更多信息，并且更可靠地发送信息。数字通信能够使用无线电链路（无线）或物理网络介质（例如，光纤、铜网络）。

数字通信能够用于不同类型的通信，诸如音频、视频或遥测。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，存在多阶处理，通过这些处理，数据在通过输入装置（例如麦克风、相机、传感器）进行输入的阶段与被用于调制载波的阶段之间被传递并被发送。在（1）被输入并然后数字化之后，（2）可以应用某些初始噪声滤波，随后是（3）源编码以及（4）最终信道编码。在后续页中对本发明进行的描述可以被认为属于源编码阶段。

源编码的主要目的是在将感知质量保持在可能范围内的同时，降低比特率。针对不同类型的介质，已经开发了不同的标准。例如，JPEG标准应用于静态图像，而IS-127标准应用于音频。作为对实用性的妥协，通常使用与DSP寄存器长度对应的矢量长度，或者多个DSP寄存器长度的偶数倍（例如，128比特），设计源编码器。现在对于每个应用，对分配的信道宽度有一定限制。基于此限制，源编码器/解码器的设计者将考虑被编码的媒体的每个部分的所有的自由度，来决定一定数目的可能代码。例如，在音频编码的情形下可能存在所确定的特定帧大小（例如，160个样本长）、在每个音频帧中允许的音频脉冲的特定数目以及待被分配给脉冲的总振幅量子的特定数目。设计者所做的选择目的在于在分配带宽范围内，最大化感知质量。因为每个是离散的并且量化的，所以能够列举独特帧的总数。每个帧的独特可能性的总数与分配的带宽紧密联系，因为在音频帧的时间间隔期间，必须能够通过信道发送足够的信息以识别与在该帧期间的音频最佳对应的独特帧。独特帧的总数越大，唯一地识别一个特定帧所需要的信息越多。现在，可能出现独特帧的总数（n）不是2的幂，即n≠2^k，其中k是整数。例如，假定n<2^k，在这种情形中，如果要使用k比特整数来表示每个帧，将总是存在接近2^k的某个范围的较高值整数永远不会被发送。这表示系统效率低，因为已经分配了k比特，但是k比特未被充分利用。

美国专利NO.7,230,550公开了一种通过将一组多比特码字分成最高有效位（MSB）部分和最低有效位（LSB）部分，并且以减少表示该组所需要的总比特大小的方式组合MSB部分和LSB部分，解决前述效率低的方法。令人遗憾的是，如果以这种方式处理大量的码字，其可能需要高带宽、高保真度系统，‘550专利的方法将需要执行高精确度的乘法运算。这在计算量方面是很大的，因而是不利的。

虽然上述示例参考了音频并且讨论帧，更广泛地说，不同类型的媒体（例如，图像、视频、遥测及音频）可能（整体或部分地）具有n个可能代码之一的特征，其中n是整数（可能基于带宽限制进行选择），但不是2的幂，即n≠2^k，其中，k为整数。类似地，在这种一般情形中，也会出现低效率。

附图说明

在附图中，贯穿各个视图的相同附图标记指代相同或功能相似的要素，其与下文的具体描述一起，被包含在本说明书中并形成其部分，用于进一步说明各个实施例以及解释根据本发明的各种原理和优势。

图1是根据本发明一个实施例的通信系统的框图；

图2是在图1所示的通信系统中使用的设备的发射器的框图；

图3是在图1所示的通信系统中所使用的设备的接收器的框图；

图4是用于编码通过先前的编码器产生的代码（例如，FPC码）的最高有效位部分（MSB）的算术编码器的流程图。

图5是用于解码表示由另一编码器产生的代码（例如，FPC码）的MSB的算术代码的算术解码器的流程图；

图6是用于确定表示当算术编码具有有限精确性算术时需要一些额外位的算术编码器编码效率项的过程的流程图；以及

图7是使用与阶乘脉冲编码结合的算术编码的音频编码方法的流程图。