DE69734645T2

DE69734645T2 - Datenverarbeitung von einem bitstromsignal

Info

Publication number: DE69734645T2
Application number: DE69734645T
Authority: DE
Inventors: Josephus Renatus VAN DER VLEUTEN; Antonius Alphons BRUEKERS; Werner Arnoldus OOMEN
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: EP1603244A2; KR100684051B1; AR020550A2; US6535845B2; KR19990077073A; DE69734645D1; ATE310307T1; AR009834A1; US20010003165A1; ATE371298T1; MY130443A; PT1603244E; DE69738056D1; CN1282154C; CN1545085A; ES2251743T3; JP2000505272A; EP0879465B1; BR9706918A; ID20168A

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsvorrichtung für die Datenverarbeitung eines Audiosignals, ein Datenverarbeitungsverfahren, einen Sender, der die Datenverarbeitungsvorrichtung enthält, einen Sender in der Form einer Aufzeichnungsvorrichtung, einen Datenträger, eine zweite Datenverarbeitungsvorrichtung für die Rückwandlung eines Eingabesignals in eine Kopie des Audiosignals, einen Empfänger, der die zweite Datenverarbeitungsvorrichtung enthält, einen Empfänger in der Form einer Wiedergabevorrichtung und ein Übertragungssignal, das ein datenkomprimiertes Restbitstromsignal umfasst.
Datenverarbeitung eines Audiosignals ist vom Stand der Technik her gut bekannt. In der Hinsicht wird auf EP-A 402,973, das Schriftstück D1 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke, Bezug genommen. Die Patentschrift beschreibt einen Subbandkodierer, in welchem ein Audiosignal mit einer spezifischen Abtastfrequenz, wie z.B. 44,1 kHz, A/D-gewandelt wird und die entstehenden Abtastungen z.B. in der Form von 24 Bit breiten Wörtern des Audiosignals einem Subband-Verteilerfilter zugeführt werden. Das Subband-Verteilerfilter teilt das digitale Breitband-Audiosignal in eine Anzahl von relativ schmalbandigen Subbandsignalen auf. Unter Verwendung eines psychoakustischen Modells wird ein Maskenschwellwert abgeleitet, und anschließend werden Blöcke von Abtastwerten der Subbandsignale mit einer spezifischen Zahl von Bits pro Abtastwert für jeden Block der Subbandsignale als Antwort auf den Maskenschwellwert quantisiert, was eine beträchtliche Datenkompression des zu übertragenden Audiosignals ergibt. Die ausgeführte Datenkompression beruht auf einem „Wegwerfen" jener Komponenten im Audiosignal, die unhörbar sind, und sie ist somit ein verlustbehaftetes Kompressionsverfahren. Die in dem Schriftstück D1 beschriebene Kompression ist ein ziemlich intelligentes Datenkompressionsverfahren und erfordert eine beträchtliche Anzahl von Gattern oder Befehlen, wenn sie in der Hardware bzw. der Software realisiert wird, so dass sie aufwändig ist. Darüber hinaus erfordert auch die anschließende Expansionsvorrichtung eine beträchtliche Anzahl von Gattern oder Befehlen, wenn sie in der Hardware bzw. der Software realisiert wird.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung eines Audiosignals derart bereitzustellen, dass es durch einen verlustfreien Kodierer in einer relativ einfachen Weise datenkomprimiert werden kann. Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, eine entsprechende Datenverarbeitungsvorrichtung zur Rückwandlung des verarbeiteten Bitstromsignals in eine Kopie des Audiosignals bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst

– Eingabemittel für den Empfang des Audiosignals,
– Umwandlungsmittel für das Ausführen einer Umwandlung am Audiosignal, um so ein 1-Bit-Bitstromsignal zu erhalten, wobei die Umwandlungsmittel Sigma-Delta-Modulatormittel umfassen,
– Vorhersagemittel zum Ausführen eines Vorhersageschritts an einem Signal, um so ein vorhergesagtes Bitstromsignal zu erhalten,
– Signalkombinationsmittel zum Kombinieren des Bitstromsignals und des vorhergesagten Bitstromsignals, um so ein Restbitstromsignal zu erhalten, und
– Ausgabemittel zum Bereitstellen des Restbitstromsignals.

Die Erfindung beruht auf der folgenden Erkenntnis. Bitstromsignale nehmen eine beträchtliche Kapazitätsmenge in Anspruch. Zur Veranschaulichung: in einem aktuellen Vorschlag für einen neuen Standard für eine optische Audio-CD enthält die CD zwei Kanäle bitstromkonvertierter Audiosignale, die bei 64·f_s abgetastet sind, wobei f_s = 44,1 kHz ist. Dies entspricht einer Rate, die viermal höher ist als eine aktuelle Audio-CD. Wie in einer im Namen des Anmelders früher eingereichten, aber noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 96202807.2 – das Schriftstück D7 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke, das am Ende dieser Beschreibung zu finden ist – erläutert wird, sind bereits verlustlose Kodieralgorithmen niedriger Komplexität, wie z.B. das Festtabellenkodieren nach Huffman, in der Lage, diese Kapazität in einem bestimmten Maße zu verringern. Experimente haben gezeigt, dass unter Verwendung komplizierterer, komplexerer Algorithmen, wie z.B. Lempel-Ziv, sogar höhere verlustfreie Kompressionsverhältnisse erhalten werden können.
Vor allem in der Audio-/Sprachkodierung ist die lineare Vorhersage als ein leistungsfähiges Verfahren bekannt. Durch das Beseitigen der Redundanz aus einem Sprach-/Audiosignal vor der Quantisierung kann die Entropie des Signals nach der Quantisierung beträchtlich verringert werden. Die Signale am Eingang sowie am Ausgang eines Prädiktors liegen entweder in einer Gleitkomma- oder einer Multibitdarstellung vor.
Beim verlustfreien Kodieren von Bitstromsignalen ist die Komplexität des Algorithmus, insbesondere auf der Dekodiererseite, von Bedeutung. Im Allgemeinen ist jedoch die Leistungsfähigkeit des verlustfreien Kodieralgorithmus eng mit seiner Komplexität verknüpft.
Erfindungsgemäß wird eine Vorhersage an Bitstromsignalen, d.h. Signalen mit nur zwei unterschiedlichen Darstellungssymbolen, entweder '0' oder '1', verwendet. Das hat den Vorteil einer Zunahme der verlustfreien Kompressionsleistungsfähigkeit bei einer nur geringfügigen erhöhten Komplexität.
Experimente haben gezeigt, dass bereits eine Vorhersage dritter Ordnung eine beträchtliche Auswirkung auf die Statistik des entstehenden Signals hat. Durch die Mittel der Vorhersage als eines Vorverarbeitungsschrittes vor der Datenkompression kann die Wahrscheinlichkeit eines '1'-Bit von 50 % auf etwa 20 % herabgesetzt werden. Die Auswirkung davon ist, dass die Ausgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung lange Reihen von 'Nullen' enthält, die durch einfaches Huffman-Kodieren oder Lauflängen-Kodieren verwertet werden können.
Das Audiosignal kann in analoger Form oder in digitaler Form eingesetzt werden. Wenn erfindungsgemäß ein analoges Audio-Signal mit einem 1-Bit-A/D-Wandler (auch als Bitstromwandler oder Sigma-Delta-Modulator bezeichnet) A/D-umgewandelt wird, dann wird das A/D-umzuwandelnde Audiosignal mit einer Frequenz abgetastet, die im Allgemeinen ein Vielfaches der Frequenz von 44,1 kHz oder 48 kHz ist. Das Ausgabesignal des 1-Bit-A/D-Wandlers ist ein Binärsignal, das als Bitstromsignal bezeichnet wird. Wenn das Audiosignal in digitaler Form, z.B. bei 44,1 kHz abgetastet, zugeführt wird, wobei die Abtastungen in z.B. 16 Bits pro Abtastung ausgedrückt werden, dann wird dieses digitale Audiosignal mit einer Frequenz überabgetastet, die wiederum ein Vielfaches dieser Abtastfrequenz von 44,1 kHz (oder 48 kHz) ist, welche das 1-Bit-Bitstromsignal ergibt.
Das Umwandeln eines Audiosignals in ein 1-Bit-Bitstromsignal weist eine Reihe von Vorteilen auf. Bitstromumwandlung ist ein hochwertiges Kodierungsverfahren mit der Möglichkeit einer Dekodierung hoher Güte oder einer geringeren Güte mit dem weiteren Vorteil einer einfacheren Dekodierungsschaltung. In dieser Hinsicht wird auf die Publikationen 'A digital decimating Filter for analog-to-digital conversion of hi-fi audio signals' von J. J. van der Kam, Schriftstück D2 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke, und 'A higher order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters' von Kirk C. H. Chao et al., Schriftstück D3 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke verwiesen.
1-Bit-D/A-Wandler werden zum Beispiel in CD-Playern eingesetzt, um das Bitstrom-Audiosignal in ein analoges Audiosignal rückzuwandeln. Das auf einer CD aufgezeichnete Audiosignal wird jedoch vor der Aufzeichnung auf der CD nicht datenkomprimiert.
Aus dem Stand der Technik ist gut bekannt, dass das vom 1-Bit-A/D-Wandler stammende Bitstromsignal grob gesprochen ein Zufallssignal ist, welches ein 'rauschähnliches' Frequenzspektrum aufweist. Bei solchen Signaltypen lässt sich eine Datenkompression schwer ausführen.
Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, dass durch Einsatz eines Vorhersageschritts vor der Datenkompression, z.B. durch Verwenden eines verlustfreien Kodierers, trotz des Rauschcharakters des Bitstromsignals aus dem 1-Bit-A/D-Wandler eine beträchtliche Datenreduktion erhalten werden könnte.
Es sollte angemerkt werden, dass US 4,905,002 ein Verfahren und ein System für das Komprimieren einer durch Deltamodulation kodierten Bitfolge durch Transformieren der Bitfolge und anschließendes Ausführen einer Lauflängenkodierung offenlegt. Außerdem legt EP 0 772 364 A2 eine Informationsverarbeitungsvorrichtung offen, die ein Vorhersagemittel für die Vorhersage eines objektiven Pixelwertes, ein Vorhersagefehlererzeugungsmittel, Umwandlungsmittel für das Umwandeln des Fehlerwertes des Vorhersagefehlers auf Basis einer statistischen Größe, die auf die Werte des Vorhersagefehlers bezogen ist, und Entropiekodierungsmittel umfasst. Alle diese Mittel sind für die Verarbeitung von Multibitsignalen eingerichtet.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden mit Bezug auf die beschriebenen Ausführungsformen und die folgende Figurenbeschreibung erläutert und verdeutlicht, in denen
1 eine Ausführungsform der Datenverarbeitungsvorrichtung zeigt,
2 einen Teil einer Ausführungsform einer Vorhersageeinheit zur Verwendung in der Vorrichtung von 1 zeigt,
3 eine Ausführungsform der Vorhersageeinheit und der Signalkombinationseinheit zeigt, die in der Datenverarbeitungseinheit eingebaut ist,
4 die Datenverarbeitungseinheit von 1 zeigt, die in einer Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen des Restbitstromsignals auf einem Datenträger eingebaut ist,
5 die Datenverarbeitungseinheit zeigt, die in einer Übertragungsvorrichtung zum Übertragen des Restbitstromsignals über ein Übertragungsmedium eingebaut ist,
6 eine weitere Ausführungsform der Aufzeichnungsvorrichtung zeigt, die ferner mit einem Fehlerkorrekturkodierer und einem Kanalkodierer ausgestattet ist,
7 eine Ausführungsform einer weiteren Datenverarbeitungsvorrichtung für die Rückwandlung des Restbitstromsignals in eine Kopie des ursprünglichen Audiosignals zeigt,
8 eine Ausführungsform der Signalkombinationseinheit und der Vorhersageeinheit zeigt, die in der Vorrichtung von 7 eingebaut sind,
9 die Datenverarbeitungsvorrichtung von 7 zeigt, die in einer Wiedergabevorrichtung für die Wiedergabe des Restbitstromsignals von einem Datenträger eingebaut ist, und
10 die Datenverarbeitungsvorrichtung von 7 zeigt, die in einer Empfangsvorrichtung für den Empfang des Restbitstromsignals von einem Übertragungsmedium eingebaut ist,
11 eine weitere Ausführungsform der Wiedergabevorrichtung zeigt, die ferner mit einem Kanaldekodierer und einer Fehlerkorrektureinheit ausgestattet ist,
12 die Herleitung einer Umwandlungstabelle für eine weitere Ausführungsform der Vorhersageeinheit in der Vorrichtung von 1 darstellt,
13 eine weitere Ausführungsform der Datenverarbeitungsvorrichtung zeigt,
14 eine Ausführungsform einer Datenverarbeitungsvorrichtung für die Rückwandlung des durch die Vorrichtung von 14 erhaltenen Restbitstromsignals in eine Kopie des ursprünglichen Audiosignals zeigt,
15 die Anwendung einer Datenkompressionseinheit in einer Aufzeichnungsvorrichtung darstellt,
16 die Anwendung einer Datenexpansionseinheit in einer Wiedergabevorrichtung darstellt,
17a das Frequenzspektrum des Ausgabesignals des 1-Bit-A/D-Wandlers von 1 zeigt und 17b das Frequenzspektrum desselben Ausgabesignals in einem kleineren Frequenzbereich zeigt,
18 eine Abwandlung der Vorrichtung von 1 zeigt,
19 eine Verarbeitungsvorrichtung zeigt, die mit einem arithmetischen Kodierer ausgerüstet ist, und
20 eine Datenverarbeitungsvorrichtung zeigt, die mit einem arithmetischen Dekodierer ausgerüstet ist.
1 zeigt eine Ausführungsform der Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die ein Eingangsterminal 1 für den Empfang des Audiosignals umfasst. In dem vorliegenden Beispiel ist das Audiosignal ein analoges Audiosignal. Das Eingangsterminal 1 ist mit einem Eingang 2 eines 1-Bit-A/D-Wandlers 4 verbunden, der auch als Sigma-Delta-Modulator bezeichnet wird. Ein Ausgang 6 des 1-Bit-A/D-Wandlers 4 ist sowohl mit einem Eingang 8 der Vorhersageeinheit 10 als auch mit einem ersten Eingang 40 der Signalkombinationseinheit 42 verbunden. Ein Ausgang 12 der Vorhersageeinheit 10 ist mit einem zweiten Eingang 44 der Signalkombinationseinheit 42 verbunden, von der ein Ausgang 48 mit einem Ausgangsterminal 14 verbunden ist.
Der 1-Bit-A/D-Wandler 4 ist geeignet, an dem Audiosignal eine 1-Bit-A/D-Umwandlung auszuführen, um so ein Bitstromsignal zu erhalten, das dem Ausgang 6 zugeführt wird. Zu diesem Zwecke empfängt der A/D-Wandler 4 über einen Eingang 16 eine Abtastfrequenz gleich N·f_s. f_s ist eine Frequenz, z.B. gleich 32 kHz, 44,1 kHz oder 48 kHz, und N ist eine große Zahl, wie z.B. 64. Das Audiosignal wird im A/D-Wandler 4 mit einer Abtastfrequenz von z.B. 2,8224 MHz (64 × 44,1 kHz) abgetastet. Das Bitstromsignal, das sich am Ausgang 6 des A/D-Wandlers einstellt, weist somit eine Bitrate von 2,8224 MHz auf.
Das Vorhersagemittel 10 ist geeignet, an dem Bitstromsignal, das seinem Eingang 8 zugeführt wird, einen Vorhersageschritt auszuführen, so dass an seinem Ausgang 12 ein vorhergesagtes Bitstromsignal erhalten wird. Das Signalkombinationsmittel 42 ist geeignet, das Bitstromsignal, das seinem Eingang 40 zugeführt wird, und das vorhergesagte Bitstromsignal, das seinem Eingang 44 zugeführt wird, zu kombinieren, um so ein Restbitstromsignal zu erhalten, welches seinem Ausgang 14 zugeführt wird.
17a zeigt ein Frequenzspektrum des Bitstromsignals, das für ein Eingangssignal in der Form einer Sinusschwingung von 5 kHz, die mit einer Abtastfrequenz von 2,8224 MHz abgetastet wurde, an dem Ausgang 6 des A/D-Wandlers 4 von 2,8224 MHz abgetastet wurde, an dem Ausgang 6 des A/D-Wandlers 4 vorliegt. Das Spektrum zeigt somit Frequenzen zwischen 0 Hz und 1,4 MHz. 17b zeigt einen Teil des in 17a dargestellten Spektrums, nämlich den Teil zwischen 0 Hz und 100 kHz, um damit deutlicher die Sinusschwingung von 5 kHz zu zeigen, die in dem Bitstromsignal enthalten ist. Der zu einem Rauschen ähnliche Charakter des Bitstromsignals wird insbesondere im Bereich höherer Frequenzen klar ersichtlich, was nahezulegen scheint, dass das Ausführen eines Vorhersageschrittes an dem gegebenen Signal mit einem anschließenden Kombinieren der vorhergesagten Version des Bitstromsignals und des Bitstromsignals, um damit ein Restsignal zu erhalten, keine wesentliche Abnahme in der Entropie des Restsignals ergibt, wobei eine solche Abnahme der Entropie des Restsignals im Vergleich zum Eingangssignal der Vorhersageeinheit die allgemeine Zielstellung einer Vorhersageeinheit ist.
Im Gegensatz dazu haben Untersuchungen gezeigt, dass trotz des verrauschten Charakters des Bitstromsignals eine beträchtliche Abnahme der Entropie des Restbitstromsignals erhalten werden kann, indem ein Vorhersageschritt ausgeführt wird.
Die Vorhersageeinheit 10 kann eine beliebige Form aufweisen und könnte ein FIR-Filter oder ein IIR-Filter umfassen, wobei die Koeffizienten des Filters derart gewählt (oder abgeleitet) werden, dass das Ausgabesignal der Vorhersageeinheit 10 die vorhergesagte Version des Bitstromsignals ist.
Mit Bezug auf 2 und 3 wird ferner eine weitere Ausführungsform der Vorhersageeinheit 10 erläutert. 2 zeigt einen Teil der Vorhersageeinheit 10, die ein Drei-Bit-Schieberegister 20 umfasst, das einen Eingang aufweist, der mit dem Eingang 8 der Vorhersageeinheit 10 verbunden ist. Bei der Anwendung von drei Taktimpulsen (nicht dargestellt) auf das Schieberegister 20 werden drei aufeinanderfolgende Bits x₁, x₂, x₃ des am Eingang 8 anliegenden Bitstromsignals in das Schieberegister 20 verschoben. Es ist ein Detektor 22 vorhanden, der einen Eingang 24 aufweist, der mit dem Eingang 8 der Vorhersageeinheit 10 verbunden ist. Der Detektor stellt den Bitwert des nächsten Bits x₄ fest, das in dem Bitstromsignal unmittelbar auf die drei aufeinanderfolgenden Bits x₁, x₂, x₃ folgt. Ferner ist ein Zähler 26 vorhanden, der die Anzahl der Zeitpunkte zählt, in denen ein '0'-Bit auf eine spezielle Drei-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃ folgt und die Anzahl der Zeitpunkte, in denen ein '1'-Bit auf dieselbe spezielle Drei-Bit-Bitfolge folgt. Das wird für alle acht möglichen 3-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃ ausgeführt.
Es folgt eine anders geartete Erläuterung. Es wird angenommen, dass im Schieberegister 20 die Drei-Bit-Folge '100' gespeichert ist und dass der Detektor 24 feststellt, dass das nächste Bit x₄ ein '0' ist. Im Ergebnis nimmt die Zahl N_4,0 in der Spalte 28 um eins zu. Nach dem nächsten auf das Schieberegister 20 einwirkenden Taktimpuls ist das im Schieberegister 20 gespeicherte 3-Bit-Wort nun gleich '000'. Es wird nun angenommen, dass das nächste Bit x₄ gleich '1' ist. Im Ergebnis wird die Zahl N_0,1 in der Spalte 30 um eins erhöht.
Dieses Verfahren wird für einen verhältnismäßig großen Anteil des Bitstromsignals fortgesetzt. Wenn der Anteil des Bitstromsignals auf diese Weise bearbeitet wurde, dann sind die Spalten 28 und 29 mit Zahlen N_i,0, N_i,1 gefüllt, welche die Zahlen angeben, wie oft ein '0'-Bit bzw. '1'-Bit als das nächste Bit auf die in Spalte 32 angegebene 3-Bit-Folge folgt, wobei i in dem vorliegenden Beispiel von 0 bis 7 läuft.
Als nächstes wird ein vorhergesagter Binärwert x₄' aus den Zahlen in den Spalten 28 und 30 für jede der 3-Bit-Folgen x₁, x₂, x₃ in der Spalte 32 abgeleitet, indem jener Binärwert (entweder '0' oder '1') genommen wird, der den höchsten Zählwert N_i,0 und N_i,1 für die i-te Bitfolge in Spalte 32 ergeben hat. Ist zum Beispiel N_4,0 gleich 78 und N_4,1 gleich 532, dann wird in Antwort auf das Auftreten der 3-Bit-Bitfolge '100' das vorhergesagte Bit x₄' gleich '1' gewählt. Es kann so eine Umwandlungstabelle abgeleitet werden, welche die Spalten 32 und 34 umfasst, so dass für jede der acht möglichen 3-Bit-Folgen, die im Schieberegister 20 gespeichert sind, ein zugehöriges vorhergesagtes Bit x₄' erzeugt werden kann. In dem Falle, in dem für eine Drei-Bit-Bitfolge i gleiche Zählwerte N_i,0 und N_i,1 abgeleitet wurden, kann willkürlich einer der beiden Binärwerte '0' oder '1' als der Wert für das vorhergesagte Bit ausgewählt werden.
Es sollte hier angemerkt werden, dass zwei Zähler für jede 3-Bit-Bitkombination verwendet werden, um die Anzahlen der 'Nullen' und 'Einsen' zu zählen, die auf diese 3-Bit-Bitkombination folgen. Es könnte jedoch auch nur ein Zähler verwendet werden, der in der Lage ist, beim Auftreten eines 'Null'-Bits, das auf die 3-Bit-Bitkombination folgt, vorwärts zu zählen und in Antwort auf das Auftreten eines 'Eins'-Bits, das auf die 3-Bit-Bitkombination folgt, rückwärts zu zählen. Ist der Zählwert am Ende des Testvorganges größer als zu Beginn des Testvorganges, dann wird das vorhergesagte Bit gleich 'Null' gewählt. Ist der Zählwert geringer als der Zählwert zu Beginn des Testvorganges, dann wird das vorhergesagte Bit gleich 'Eins' gewählt.
Wenn das zu verarbeitende Signal weitgehend zeitlich unveränderlich ist, dann kann es beim Herleiten einer Umwandlungstabelle aus einem nächsten Anteil des Bitstromsignals vorkommen, dass dieselben vorhergesagten Werte x₄' erhalten werden. In einem solchen Falle genügt es, die Umwandlungstabelle einmal abzuleiten. Für Bitstromsignale, die veränderliche Eigenschaften aufweisen, kann es erforderlich sein, die Umwandlungstabelle zu jedem Zeitpunkt aus einem nachfolgenden Anteil des Bitstromsignals abzuleiten und diesen Anteil des Bitstroms unter Verwendung seiner eigenen abgeleiteten Umwandlungstabelle vorherzusagen.
3 zeigt eine weiter ausgearbeitete Version der Vorhersageeinheit 10 zusammen mit der Signalkombinationseinheit 42. Der Eingang 8 der Vorhersageeinheit 10 ist mit einem ersten Eingang 40 der Signalkombinationseinheit 42 verbunden. Ein Ausgang 46 des Umwandlungsmittels 26', welches die Umwandlungstabelle enthält, die auf die oben mit Bezug auf 2 erläuterte Weise abgeleitet wurde, ist mit einem zweiten Eingang 44 der Signalkombinationseinheit 42 verbunden, von der ein Ausgang 48 mit dem Ausgang 14 der Datenverarbeitungseinheit verbunden ist. Die Signalkombinationseinheit 42 kann in der Form eines EXOR vorliegen, die Kombinationseinheit 42 kann aber auch eine andere Ausführung haben, wie z.B. ein EXNOR.
In Antwort auf eine 3-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, die im Schieberegister 20 gespeichert ist, stellt die Umwandlungseinheit 26' an ihrem Ausgang 46 das Bit x₄' bereit. Dieses Bit x₄' ist eine Vorhersage des Bits x₄, das an den Eingängen des Verschieberegisters 20 und der Kombinationseinheit 42 vorliegt. Die Kombinationseinheit 42 kombiniert die Bits x₄ und x₄', um so ein Restbit zu erhalten. Bei einem nachfolgenden Taktsignal (nicht dargestellt) wird das Bit x₄, das am Eingang des Verschieberegisters 20 vorliegt, in das Verschieberegister 20 verschoben, so dass in dem Verschieberegister 20 eine neue 3-Bit-Bitfolge gespeichert wird. Die Umwandlungseinheit 26' erzeugt in Antwort auf diese neue 3-Bit-Bitfolge, die im Verschieberegister 20 gespeichert ist, ein neues Vorhersagebit x₄'. Die Signalkombinationseinheit 42 kombiniert dieses neue Vorhersagebit x₄' mit dem neuen Bit x₄, das nun am Eingang 40 vorliegt, um so ein neues Restbit zu erzeugen. Auf diese Weise wird ein Restbitstromsignal erhalten.
Unter der Annahme, dass die Kombinationseinheit 42 ein EXOR ist, weist das Restsignal die folgende Eigenschaft auf. Gesetzt den Fall, dass die beiden Bits x₄ und x₄' gleich, d.h. entweder '0' oder '1' sind. Das durch EXOR gelieferte Restbit ist '0'. Es wird nun angenommen, dass die Bits x₄ und x₄' nicht übereinstimmen. Im Ergebnis wird durch EXOR 42 ein '1'-Bit als ein Restbit erzeugt. Das Auftreten von '1'-Bits im Restsignal ist somit ein Maß für die Fehler zwischen dem vorhergesagten Bitstromsignal, das an dem Eingang 44 der Kombinationseinheit 42 anliegt, und dem Bitstromsignal, das am Eingang 40 anliegt.
4 zeigt eine Ausführungsform einer Aufzeichnungsvorrichtung, welche die in 1 dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst und welche die in 3 dargestellte Vorhersageeinheit enthalten kann. Die Aufzeichnungsvorrichtung umfasst ferner eine Datenkompressionseinheit 150 zur Datenkompression des Restbitstromsignals in ein datenkomprimiertes Restbitstromsignal und eine Schreibeinheit 50 zum Schreiben des datenkomprimierten Restbitstromsignals in eine Spur auf dem Datenträger 52. In dem vorliegenden Beispiel ist der Datenträger 52 ein magnetischer Datenträger, so dass die Schreibeinheit 50 mindestens einen Magnetkopf 54 zum Schreiben des Restbitstromsignals auf den Datenträger 52 umfasst. Der Datenträger kann jedoch ein optischer Datenträger, wie z.B. eine CD oder eine DVD, sein.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Senders zum Übertragen eines Audiosignals über ein Übertragungsmedium TRM, welcher die in 1 dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst, welche die in 3 dargestellte Vorhersageeinheit enthalten kann. Der Sender umfasst wieder die Datenkompressionseinheit 150 und umfasst weiterhin eine Übertragungseinheit 60, um das datenkomprimierte Restbitstromsignal dem Übertragungsmedium TRM zuzuführen. Die Übertragungseinheit 60 könnte eine Antenne 62 umfassen.
Die Übertragung über ein Übertragungsmedium, wie z.B. eine Hochfrequenzverbindung oder einen Datenträger, erfordert im Allgemeinen ein Fehlerkorrekturkodieren und ein Kanalkodieren, das an dem zu übertragenden datenkomprimierten Restsignal ausgeführt wird. 6 stellt derartige Signalverarbeitungsschritte dar, die an dem datenkomprimierten Restsignal für die Aufzeichnungsanordnung von 4 ausgeführt werden. Die Aufzeichnungsanordnung von 6 umfasst deshalb einen Fehlerkorrekturkodierer 56, der in der Technik wohlbekannt ist, und einen Kanalkodierer 58, der ebenfalls in der Technik wohlbekannt ist.
Es wurde oben ausgeführt, dass es in einigen Anwendungen ausreicht, eine feststehende Tabelle zum Verarbeiten des Bitstromsignals zu verwenden. Beim Rückwandeln des Restbitstromsignals in eine Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals reicht auch eine feststehende Umwandlungstabelle aus. In einer Anwendung, in der für aufeinanderfol gende Anteile des Bitstromsignals jedes Mal eine zugehörige Umwandlungstabelle bestimmt werden muss, um das Restbitstromsignal zu erzeugen, ist es erforderlich, für die besagten Anteile bei der Rückwandlung des Restbitstromsignals in die Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals dieselben Umwandlungstabellen zu verwenden. In einer solchen Situation kann es erforderlich sein, zusammen mit dem Restsignal Nebeninformationen zu übertragen, welche die für die verschiedenen aufeinanderfolgenden Anteile verwendeten Umwandlungstabellen verkörpern, um so die Rückwandlung beim Empfang zu ermöglichen.
Wenn es sich in einem weiteren Beispiel als ausreichend herausstellt, in der Verarbeitungsvorrichtung von 1 nur zwei Umwandlungstabellen zu verwenden, dann könnte eine solche Nebeninformation einfach ein Auswahlsignal sein, das eine der beiden Umwandlungstabellen auswählt. Eine entsprechende Rückwandlungsvorrichtung könnte ebenfalls die beiden Umwandlungstabellen enthalten, und das Auswahlsignal könnte verwendet werden, eine der beiden Umwandlungstabellen auszuwählen, um so das Restbitstromsignal in die Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals rückzuwandeln.
Es sollte jedoch angemerkt werden, dass es nach dem Herleiten einer Umwandlungstabelle für einen Anteil des Bitstromsignals nicht unbedingt nötig ist, Nebeninformationen, die dieser Umwandlungstabelle entsprechen, einer Rückwandlungsvorrichtung zu übermitteln. Die Rückwandlungsvorrichtung kann die Umwandlungstabelle selbst erzeugen. Die Vorhersageeinheit in der Rückwandlungsvorrichtung wird anfänglich eine geringe Vorhersagegenauigkeit aufweisen, sie wird aber selbst 'lernen', um so eine Vorhersage-Umwandlungstabelle zu erhalten, welche weitgehend gleich der Umwandlungstabelle ist, die in der Übertragungsvorrichtung verwendet wird.
7 zeigt eine schematische Ausführungsform einer zweiten Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung, welche das Rückwandeln des Restbitstromsignals in die Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals ausführen kann. Die Vorrichtung weist ein Eingangsterminal 70 für den Empfang des Restbitstromsignals, wie es durch die Datenverarbeitungsvorrichtung von 1 bereitgestellt wird, auf. Das Eingangsterminal 70 ist mit einem ersten Eingang 86 einen Signalkombinationseinheit 88 verbunden, welche einen Ausgang 76 aufweist, der sowohl mit einem Eingang 72 einer Vorhersageeinheit 74 als auch einem Eingang 78 eines 1-Bit-D/A-Wandlers 80 verbunden ist. Ein Ausgang 98 der Vorhersageeinheit 74 ist mit einem zweiten Eingang 101 der Signalkombinationseinheit 88 verbunden. Ein Ausgang 82 des D/A-Wandlers 80 ist mit einem Ausgangsterminal 84 verbunden.
Die Vorrichtung von 7 empfängt über ihren Eingang 70 das Restbitstromsignal, welches dem Eingang 86 der Signalkombinationseinheit 88 zugeführt wird. Die Signalkombinationseinheit 88 kombiniert das über ihren Eingang 86 empfangene Restbitstromsignal mit einem vorhergesagten Bitstromsignal, das über ihren Eingang 101 empfangen wird, um so ein rückgewandeltes Bitstromsignal zu erhalten und das rückgewandelte Bitstromsignal ihrem Ausgang 76 zuzuführen. Die Vorhersageeinheit 74 führt an dem rückgewandelten Bitstromsignal einen Vorhersageschritt aus, um so an ihrem Ausgang 98 das Vorhersage-Bitstromsignal zu erhalten. Der D/A-Wandler 80 führt an dem rückgewandelten Bitstromsignal eine D/A-Wandlung aus, um die Kopie des ursprünglichen Audiosignals zu erhalten, welche dem Ausgangsterminal 84 zugeführt wird.
Die Vorhersageeinheit 74 kann eine beliebige Form aufweisen und könnte ein FIR-Filter oder ein IIR-Filter enthalten, wobei die Filterkoeffizienten derart gewählt (oder abgeleitet) werden, dass das Ausgabesignal der Vorhersageeinheit 74 die vorhergesagte Version des Bitstromsignals ist.
Mit Bezug auf 8 wird eine andere Ausführungsform der Vorhersageeinheit 74 weiter erläutert. Der Eingang 72 der Vorhersageeinheit 74 ist mit einem Eingang 92 eines Drei-Bit-Schieberegisters 94 verbunden. Die drei Ausgänge der drei Bitplätze in dem Schieberegister 94 sind mit entsprechenden Eingängen einer Umwandlungseinheit 96 verbunden. Die Umwandlungseinheit 96 umfasst die oben mit Bezug auf die 2 und 3 diskutierte und erläuterte Umwandlungstabelle. Ein Ausgang 98 der Umwandlungseinheit 96 ist mit einem zweiten Eingang 101 der Signalkombinationseinheit 88 verbunden. Die Signalkombinationseinheit 88 kann in der Form eines EXOR vorliegen, die Kombinationseinheit 88 kann aber auch eine andere Ausführung haben, wie z.B. ein EXNOR. Es ist offensichtlich, dass dann, wenn die Signalkombinationseinheit 42 von 3 ein EXOR ist, die Signalkombinationseinheit 88 von 8 auch ein EXOR sein muss, um eine Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals wiederherzustellen.
In Antwort auf eine 3-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, die im Schieberegister 94 gespeichert ist, stellt die Umwandlungseinheit 96 an ihrem Ausgang 98 das Bit x₄' bereit, wie oben mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert wurde. Dieses Bit x₄' ist eine Vorhersage des Bits x₄, das bei dem nächsten Taktimpuls durch die Kombinationseinheit 88 zugeführt und als das neue Bit x₃ auf dem weitesten rechts liegenden Speicherplatz des Schieberegisters 94 gespeichert wird. Das am Eingang 86 der Kombinationseinheit 88 vorliegende Restbit wird mit dem vorhergesagten Bit x₄' kombiniert, um so die Kopie des ursprünglichen Bits x₄ im ursprünglichen Bitstromsignal zu erhalten. Ist das Restbit '0', was bedeutet, das in der Vorrichtung von 1 und 3 eine richtige Vorhersage getroffen wurde, dann hat die Kombination des Restbits mit dem vorhergesagten Bit x₄' zur Folge, dass sich am Ausgang 90 der Kombinationseinheit 88 der Bitwert des Bits x₄' einstellt. Ist das Restbit '1', was bedeutet, das in der Vorrichtung von 1 und 3 eine unrichtige Vorhersage getroffen wurde, dann hat die Kombination des Restbits mit dem vorhergesagten Bit x₄' zur Folge, dass sich am Ausgang 90 der Kombinationseinheit 88 der inverse Bitwert des Bits x₄' einstellt. In beiden Fällen wird sich am Ausgang 76 der Kombinationseinheit 88 eine richtige Kopie des Bits x₄ einstellen.
Bei einem nachfolgenden Taktsignal (nicht dargestellt) wird das am Eingang des Schieberegisters 94 vorliegende Bit x₄ in das Schieberegister 94 verschoben, so dass in dem Schieberegister 94 eine neue 3-Bit-Bitfolge gespeichert wird. Die Umwandlungseinheit 96 erzeugt in Antwort auf diese neue 3-Bit-Bitfolge, die in dem Verschieberegister 94 gespeichert ist, ein neues Vorhersagebit x₄'. Die Signalkombinationseinheit 88 kombiniert dieses neue Vorhersagebit x₄' mit dem nächsten Restbit im Restbitstromsignal, das am Eingang 86 anliegt, um eine Kopie des nächsten Bits x₄ im Bitstromsignal zu erhalten. Auf diese Weise wird die Kopie des Bitstromsignals erhalten.
9 zeigt die Datenverarbeitungsvorrichtung von 7, die in eine Wiedergabevorrichtung eingebaut ist. Die Wiedergabevorrichtung umfasst ferner eine Datenexpansionseinheit 162 für das Expandieren der Daten des datenkomprimierten Restbitstromsignals, um eine Kopie des ursprünglichen Restbitstromsignals zu erhalten, und eine Leseeinheit 100 zum Lesen des datenkomprimierten Restbitstromsignals von einer Spur auf dem Datenträger 52. In dem vorliegenden Beispiel ist der Datenträger 52 ein magnetischer Datenträger, so dass die Leseeinheit 100 mindestens einen Magnetkopf 102 zum Lesen des datenkomprimierten Restbitstromsignals aus dem Datenträger 52 umfasst. Der Datenträger kann jedoch ein optischer Datenträger, wie z.B. eine CD oder eine DVD, sein.
10 zeigt eine Ausführungsform eines Empfängers zum Empfang eines Audiosignals über ein Übertragungsmedium TRM, welcher die in 7 dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung einschließt. Der Empfänger umfasst ferner die Datenexpansionseinheit 162 und eine Empfangseinheit 105 für den Empfang des datenkomprimierten Restbitstromsignals aus dem Übertragungsmedium TRM. Die Empfangseinheit 105 könnte eine Antenne 107 umfassen.
Wie oben erläutert wurde, erfordert ein Übertragen über ein Übertragungsmedium, wie z.B. eine Hochfrequenzverbindung oder einen Datenträger, im Allgemeinen ein Fehlerkorrekturkodieren und ein Kanalkodieren, die an dem zu übertragenden datenkomprimierten Restsignal ausgeführt werden, so dass beim Empfang eine entsprechende Kanaldekodierung und eine Fehlerkorrektur ausgeführt werden können. 11 zeigt die Signalverarbeitungsschritte der Kanaldekodierung und der Fehlerkorrektur, die an dem empfangenen Signal ausgeführt werden, welches durch das Lesemittel 100 für die Wiedergabeanordnung von 9 empfangen wurde. Die Wiedergabeanordnung von 11 umfasst deshalb einen Kanaldekodierer 110, der in der Technik wohlbekannt ist, und eine Fehlerkorrektureinheit 112, die ebenfalls in der Technik wohlbekannt ist, um eine Kopie des datenkomprimierten Restbitstromsignals zu erhalten.
Es wurde oben auch dargestellt, dass es in einigen Anwendungen ausreicht, eine feststehende Umwandlungstabelle zu verwenden, um das Bitstromsignal in der Vorrichtung der 1 und 3 zu verarbeiten. Bei der Rückwandlung des Restbitstromsignals in eine Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals reicht ebenfalls eine feststehende Umwandlungstabelle aus, so dass der Verarbeitungsvorrichtung von 7 und 8 keine Nebeninformationen übertragen werden müssen. In einer Anwendung, in welcher in der Vorrichtung von 1 und 3 für aufeinanderfolgende Anteile des Bitstromsignals jedes Mal eine entsprechende Umwandlungstabelle bestimmt werden muss, um das Restbitstromsignal zu erzeugen, ist es erforderlich, in der Vorrichtung von 7 und 8 für die besagten Anteile bei der Rückwandlung des Restbitstromsignals in die Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals dieselben Umwandlungstabellen zu verwenden. In einem solchen Falle ist es erforderlich, zusammen mit dem Restsignal Nebeninformationen zu übertragen, welche die für die verschiedenen aufeinanderfolgenden Anteile verwendeten Umwandlungstabellen verkörpern, um so die Rückwandlung beim Empfang zu ermöglichen. Zum Beispiel müssen diese Nebeninformationen so auf dem Datenträger 52 aufgezeichnet werden wie z.B. in der Anwendung, in welcher die Vorrichtung von 1 und 3 in einer Aufzeichnungsvorrichtung angeordnet und die Vorrichtung von 7 und 8 in einer Wiedergabevorrichtung von 9 oder 11 eingebaut ist, und sie müssen vom Datenträger bei der Wiedergabe reproduziert werden.
Wenn es sich als ausreichend herausstellt, in der Verarbeitungsvorrichtung von 1 nur zwei Umwandlungstabellen zu verwenden, dann könnte eine solche Nebeninformation einfach ein Auswahlsignal sein, das eine der beiden Umwandlungstabellen auswählt. Eine entsprechende Rückwandlungsvorrichtung könnte ebenfalls die beiden Umwandlungstabellen enthalten, und das Auswahlsignal könnte verwendet werden, eine der beiden Umwandlungstabellen auszuwählen, um so das Restbitstromsignal in die Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals rückzuwandeln.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beruhen auf der Vorhersage von 1 Bit (x₄'), das auf eine Folge von drei aufeinanderfolgenden Bits (x₁, x₂, x₃) im Bitstromsignal folgt. Im Allgemeinen kann die Vorhersageeinheit in der Lage sein, aus n aufeinanderfolgenden Bits im Bitstromsignal m Vorhersagebits vorherzusagen, wobei die m Vorhersagebits vorhergesagte Versionen von m aufeinanderfolgenden Bits im Bitstromsignal sind, die auf n aufeinanderfolgende Bits im Bitstromsignal folgen, wobei n und m ganze Zahlen größer als Null sind.
12 zeigt ein Beispiel, wie eine Umwandlungstabelle abzuleiten ist, mit Hilfe derer sich ein oder zwei Vorhersagebits aus einer Folge von vier aufeinanderfolgenden Bits x₁, x₂, x₃, x₄ im Bitstromsignal vorhersagen lassen. 12 zeigt einen Teil einer weiteren Vorhersageeinheit 10', die ein Vier-Bit-Schieberegister 20' umfasst, das einen Eingang aufweist, der mit dem Eingang 8 der Vorhersageeinheit 10' verbunden ist. Beim Einwirken von vier Taktimpulsen (nicht dargestellt) auf das Schieberegister 20' werden vier aufeinanderfolgende Bits x₁, x₂, x₃, x₄ des Bitstromsignals, das am Eingang 8 anliegt, in das Schieberegister 20' verschoben. Es ist ein Detektor 22' vorhanden, der einen Eingang 24 aufweist, der mit dem Eingang 8 der Vorhersageeinheit 10' verbunden ist. Der Detektor 22' erkennt den Bitwert der nächsten zwei Bits x₅, x₆, die unmittelbar auf die vier aufeinanderfolgenden Bits x₁, x₂, x₃, x₄ im Bitstromsignal folgen. Ferner ist ein Zähler 26'' vorhanden, der zählt, wie oft ein '0'-Bit auf eine spezielle Vier-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, x₄ folgt, wie oft ein '1'-Bit auf dieselbe spezielle Vier-Bit-Bitfolge folgt, wie oft eine Zwei-Bit-Bitfolge '00' auf dieselbe spezielle Vier-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, x₄ folgt, wie oft eine Zwei-Bit-Bitfolge '01' auf dieselbe spezielle Vier-Bit-Bitfolge folgt, wie oft eine Zwei-Bit-Bitfolge '10' auf dieselbe spezielle Vier-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, x₄ folgt und wie oft eine Zwei-Bit-Bitfolge '11' auf dieselbe spezielle Vier-Bit-Bitfolge folgt. Es sollte hier angemerkt werden, dass die 2-Bit-Bitkombination 'b₁, b₂' derart dargestellt wird, dass das erste Bit b₁ das Bit x₅ ist, während das zweite Bit b₂ das Bit x₆ ist.
Gesetzt den Fall, der Detektor 22' hat festgestellt, dass die zwei Bits x₅, x₆ gleich '01' sind. Das hat zur Folge, dass der Zähler 26'' den Zählwert N_i,0 in der Spalte 28' um eins und den Zählwert N_i,3 in der Spalte 30' um eins heraufsetzt, wobei i von 0 bis 15 läuft und der i-ten Vier-Bit-Bitfolge entspricht, die in der Spalte 32' der Tabelle von 12 angegeben ist.
Als nächstes wird bei einem Einwirken einer Anzahl von P Taktimpulsen auf die Vorrichtung von 12, wobei P nicht notwendigerweise gleich 2 sein muss, sondern größer sein kann, eine weitere 4-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, x₄ des Bitstromsignals in dem Schieberegister 20' gespeichert. Der Detektor 22' stellt die Bitwerte der nächsten zwei Bits x₅, x₆ im Bitstromsignal, die auf die besagte 4-Bit-Bitfolge folgen, fest. Gesetzt den Fall, die nächsten zwei Bits sind gleich '11'. Das hat zur Folge, dass der Zähler 26'' den Zählwert N_i,1 in der Spalte 29 und den Zählwert N_i,5 in der Spalte 31 um eins erhöht, wobei i der im Schieberegister 20' gespeicherten Vier-Bit-Bitfolge entspricht, von der angenommen wird, dass sie die i-te Vier-Bitfolge ist, die in der Spalte 32' der Tabelle von 12 angegeben ist.
Dieses Verfahren wird einige Male wiederholt, so dass für alle sechzehn möglichen 4-Bit-Bitfolgen x₁, x₂, x₃, x₄ die Zählwerte N_i,0 bis N_i,5 erhalten werden. Die Zählwerte N_i,0 bis N_i,5 zeigen an, wie oft die Ein-Bit- und Zwei-Bit-Bitfolgen im Anschluss an die in der Spalte 32' gegebene 4-Bit-Folge auftreten.
Als nächstes wird auf Basis der Zählwerte in den Spalten 28', 29, ... bis 31 für jede der 4-Bit-Folgen x₁, x₂, x₃, x₄ in der Spalte 32 entweder ein vorhergesagter Binärwert x₅' oder eine vorhergesagter 2-Bit-Binärfolge x₅', x₆' abgeleitet.
Für den Fall, dass der Zählwert N_i,0 oder der Zählwert N_i,1 von den sechs Zählwerten N_i,0 bis N_i,5 für die i-te 4-Bit-Bitfolge in Spalte 32' wesentlich größer als alle anderen ist. Bei einer solchen Sachlage kann entschieden werden, das '0'-Bit bzw. das '1'-Bit als das Vorhersagebit x₅' auszuwählen. Gesetzt den Fall, dass sich N_i,0 und N_i,2 nicht stark voneinander unterscheiden und größer sind als die anderen vier Zählwerte. Bei einer solchen Sachlage könnte entschieden werden, die Bitkombination '00' als die Vorhersagebits x₅', x₆' für die i-te Bitfolge auszuwählen. Auf diese Weise kann die erhaltene Umwandlungstabelle somit eine Spalte 33 umfassen, welche entweder einen Ein-Bit-Wert als ein Vorhersagebit für die Vorhersage des Bits enthalten kann, das auf eine spezielle 4-Bit-Bitfolge in dem Bitstromsignal folgt, oder sie kann ein 2-Bit-Binärwort als ein 2-Bit- Vorhersagewort für die Vorhersage des 2-Bit-Worts enthalten, das auf eine andere spezielle 4-Bit-Bitfolge in dem Bitstromsignal folgt.
13 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Datenverarbeitungsvorrichtung für die Datenverarbeitung eines Audiosignals, welche eine Umwandlungseinheit 130 in der Form einer Umwandlungstabelle enthält, wie sie mit Bezug auf 12 erläutert wurde. Das bedeutet, dass die Umwandlungstabelle die in 12 angegebenen Spalten 32' und 33 enthält, so dass beim Empfang einer speziellen 4-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, x₄, wie sie in Spalte 32' angegeben ist, ein spezifisches Vorhersagebit x₅ oder zwei spezifische Vorhersagebits x₅, x₆ am Ausgang 131 der Umwandlungseinheit 130 erzeugt werden.
Die Vorrichtung von 13 arbeitet wie folgt. In Antwort auf eine spezielle 4-Bit-Bitfolge, die in dem Schieberegister 20' gespeichert ist, erzeugt die Umwandlungseinheit 130 zum Beispiel ein Ein-Bit-Wort gleich '1'. Das ist der Fall, wenn eine 4-Bit-Folge '0000' im Schieberegister 20' gespeichert ist. Die Spalte 33 zeigt, dass auf eine solche 4-Bit-Folge, siehe Spalte 32' in der Tabelle von 12, ein '1'-Bit vorhergesagt wird, siehe Spalte 33 in der Tabelle von 12. Das vorhergesagte Bit x₅' wird auf den Eingang 44 der Kombinationseinheit 42 übertragen, in welcher das vorhergesagte Bit x₅' mit dem tatsächlichen Bit x₅ im Bitstrom, der am Eingang 40 vorliegt, kombiniert wird. Als nächstes wird bei einem Taktimpuls, der durch eine zentrale Verarbeitungseinheit 132 erzeugt wird, die Information im Schieberegister 20' einen Platz nach links verschoben, so dass das Bit x₅ nun in dem am weitesten rechts liegenden Speicherplatz des Schieberegisters 20' gespeichert ist. Es wird angenommen, dass dieses Bit tatsächlich ein '1'-Bit war, wie vorhergesagt wurde.
Als nächstes wandelt die Umwandlungseinheit die im Schieberegister 20' gespeicherte 4-Bit-Folge '0001' in ein 2-Bit-Wort '01' um, siehe die Spalten 32' und 33 in der Tabelle von 12, wobei das 2-Bit-Wort dem Ausgang 131 zugeführt wird. Die zentrale Verarbeitungseinheit 132 erzeugt nun zwei Taktimpulse, so dass das 2-Bit-Vorhersagewort '01' in der Kombinationseinheit 42 mit den tatsächlichen Bits im Bitstromsignal x₅, x₆ kombiniert werden kann. Die zwei Taktimpulse haben im Schieberegister 20' auch eine Verschiebung um zwei Plätze nach links zur Folge, so dass das Schieberegister die Werte '0' und '1' aufweist, die im Schieberegister 20' auf den durch x₁ und x₂ gekennzeichneten Plätzen gespeichert sind, und die oben erwähnten tatsächlichen Bits x₅ und x₆ sind nun als die neuen Bits x₃ und x₄ im Schieberegister 20' gespeichert. Somit erzeugt die zentrale Verarbeitungseinheit 132 bei der Vorhersage eines Bits einen Taktimpuls, nach welchem ein nachfolgender Vorhersageschritt ausgeführt wird, wohingegen die zentrale Verarbeitungseinheit 132 bei der Vorhersage eines 2-Bit-Worts zwei Taktimpulse erzeugt, bevor ein nachfolgender Vorhersageschritt ausgeführt wird.
Für den Fall, dass für aufeinanderfolgende Anteile des Bitstromsignals zum ersten Mal eine entsprechende Umwandlungstabelle, z.B. auf dem oben mit Bezug auf 12 erläuterten Wege, abgeleitet wurde, ist es erwünscht, dass die Umwandlungstabelle zusammen mit dem Restbitstromsignal übertragen wird, so dass die Rückwandlung bei Empfang des Restbitstromsignals möglich wird. 13 zeigt eine Verbindung 135 zwischen der Vorhersageeinheit 26''' und der zentralen Verarbeitungseinheit 132. Über diese Verbindung kann die Umwandlungstabelle, die auf dem oben mit Bezug auf 12 beschriebenen Weg abgeleitet wurde, der zentralen Verarbeitungseinheit 132 bereitgestellt und anschließend einem Ausgang 137 zugeführt werden, um zusammen mit dem Restbitstrom über das Übertragungsmedium übertragen zu werden.
14 zeigt eine entsprechende Vorrichtung für das Rückwandeln des Restbitstromsignals, das durch die Vorrichtung von 13 geliefert wird. Die Vorrichtung von 14 weist in dem Sinne eine starke Ähnlichkeit mit der Vorrichtung von 7 und 8 auf, dass die Signalkombinationseinheit 88 und der D/A-Wandler 80 die gleichen sind wie die Signalkombinationseinheit bzw. der D/A-Wandler von 7. Der Eingang 72 der Vorhersageeinheit 74' ist mit einem Eingang 92 eines Vier-Bit-Schieberegisters 94' verbunden. Die vier Ausgänge von den vier Bitplätzen im Schieberegister 94' sind mit den entsprechenden Eingängen einer Umwandlungseinheit 96' verbunden. Die Umwandlungseinheit 96' enthält die oben mit Bezug auf 12 erörterte und erläuterte Umwandlungstabelle. Ein Ausgang 98 der Umwandlungseinheit 96' ist mit einem zweiten Eingang 101 der Signalkombinationseinheit 88 verbunden.
In Antwort auf eine 4-Bit-Bitfolge x₁, x₂, x₃, x₄, die im Schieberegister 94' gespeichert ist, stellt die Umwandlungseinheit 96' entweder ein 1-Bit x₅' an ihrem Ausgang 98 oder ein 2-Bit-Wort x₅', x₆' auf dem Wege bereit, der oben mit Bezug auf 12 erläutert wurde. Dieses Bit x₅' ist eine durch die Umwandlungstabelle 96' gegebene Vorhersage des Bits x₅, die beim nächsten Taktimpuls durch die Kombinationseinheit 88 bereitgestellt und als das neue Bit x₄ auf dem Speicherplatz am weitesten rechts im Schieberegister 94' gespeichert wird. Das am Eingang 86 der Kombinationseinheit 88 vorliegende Restbit wird beim Taktimpuls, der durch die zentrale Verarbeitungseinheit 140 erzeugt wird, mit dem vorhergesagten Bit x₅' kombiniert, um so die Kopie des ursprünglichen Bits x₅ im ur sprünglichen Bitstromsignal zu erhalten. Wenn das Restbit '0' ist, was bedeutet, dass in der Vorrichtung von 13 eine richtige Vorhersage getroffen wurde, dann ergibt die Kombination des Restbits mit dem vorhergesagten Bit x₅', dass das Bit x₅' zurecht am Ausgang 90 der Kombinationseinheit 88 als das Bit x₅ auftritt. Wenn das Restbit '1' ist, was bedeutet, dass in der Vorrichtung von 13 eine unrichtige Voraussage getroffen wurde, dann ergibt die Kombination des Restbits mit dem vorhergesagten Bit x₅', dass das Inverse des Bits x₅' zurecht am Ausgang 90 der Kombinationseinheit 88 als das Bit x₅ auftritt. In beiden Fällen wird sich am Ausgang 76 der Kombinationseinheit 88 eine richtige Kopie des Bits x₅ einstellen.
Die 2-Bit-Vorhersage x₅', x₆' ist eine durch die Umwandlungstabelle 96' erzeugte Vorhersage des 2-Bit-Worts x₅, x₆, welche bei den nächsten beiden Taktimpulsen der zentralen Verarbeitungseinheit 140 durch die Kombinationseinheit 88 bereitgestellt und als das neue 2-Bit-Wort x₃, x₄ auf den zwei am weitesten rechts liegenden Speicherplätzen des Schieberegisters 94' gespeichert wird. Zwei Restbits, die am Eingang 86 der Kombinationseinheit 88 vorliegen, werden mit dem vorhergesagten 2-Bit-Wort x₅', x₆' kombiniert, um so die Kopie des ursprünglichen 2-Bit-Worts x₅, x₆ im ursprünglichen Bitstromsignal zu erhalten. Wenn die zwei Restbits '0,0' sind, was bedeutet, dass in der Vorrichtung von 13 eine richtige Vorhersage getroffen wurde, dann ergibt die Kombination der Restbits mit den vorhergesagten Bits x₅', x₆', dass die zwei Bits x₅', x₆' zurecht am Ausgang 90 der Kombinationseinheit 88 als die Bits x₅, x₆ erscheinen. Wenn die Restbits '1,1' sind, was bedeutet, dass in der Vorrichtung von 13 für beide Bits x₅ und x₆ eine unrichtige Voraussage getroffen wurde, dann ergibt die Kombination der zwei Restbits mit den vorhergesagten Bits x₅', x₆', dass die inversen Bitwerte der Bits x₅', x₆' am Ausgang 90 der Kombinationseinheit 88 als die Bits x₅, x₆ zu erscheinen haben. Wenn einer der beiden Restbits '1' und der andere '0' ist, dann bedeutet das, dass einer der Vorhersagebits falsch ist und invertiert werden sollte, um zwei richtige Bits x₅, x₆ zu erhalten. In allen Fällen wird sich eine richtige Kopie des 2-Bit-Worts x₅, x₆ am Ausgang 76 der Kombinationseinheit 88 einstellen.
In dem Falle, dass für aufeinanderfolgende Anteile des Bitstromsignals in der Vorrichtung von 13 zum ersten Mal eine entsprechende Umwandlungstabelle, z.B. auf dem oben mit Bezug auf 12 erläuterten Wege, abgeleitet wurde, ist es erwünscht, dass die Umwandlungstabelle zusammen mit dem Restbitstromsignal übertragen wird, so dass die Rückwandlung bei Empfang des Restbitstromsignals in der Vorrichtung von 14 möglich wird. 14 zeigt deshalb ein Eingangsterminal 142 zum Empfang der Umwandlungstabelle. Das Eingangsterminal 142 ist mit der zentralen Verarbeitungseinheit 140 verbunden, welche eine Verbindung 144 mit der Vorhersageeinheit 96' aufweist. Über diese Verbindung kann die Umwandlungstabelle der Vorhersageeinheit 96' bereitgestellt werden.
Oben wurde dargelegt, dass vor der Übertragung ein Datenkompressionsschritt am Restbitstromsignal ausgeführt wird. Vorzugsweise wird eine Datenkompression unter Verwendung eines verlustfreien Kodierers ausgeführt. Verlustfreie Kodierer weisen den Vorzug auf, dass sie die Datenkompression des Audiosignals derart ausführen können, dass das ursprüngliche Audiosignal nach einer Datenexpansion durch einen verlustfreien Dekodierer auf einem weitgehend verlustfreien Wege wiederhergestellt werden kann. Das bedeutet, dass es im Wesentlichen keinen Informationsverlust nach der Kompression-Expansion gibt. Verlustfreie Kodierer können in der Form eines Längenvariabelkodierers vorliegen. Längenvariabelkodierer sind in der Technik wohlbekannt. Beispiele für derartige Längenvariabelkodierer sind Huffman-Kodierer, arithmetische Kodierer und Lempel-Ziv-Kodierer. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Publikationen ,A method for the construction of minimum-redundancy codes' von D. A. Huffman, Schriftstück D4 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke, ,An introduction to arithmetic coding' von G. G. Langdon, Schriftstück D5 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke, und ,A universal algorithm for sequential data compression' von J. Ziv u.a., Schriftstück D6 im Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke.
15 zeigt eine Ausführungsform, in welcher eine Datenkompressionseinheit 150, wie z.B. ein verlustfreier Kodierer, an die Vorrichtung von 1 anschließt. Das datenkomprimierte Restbitstromsignal wird mit Hilfe einer optischen Aufzeichnungseinheit 153 auf einen optischen Datenträger 155 aufgezeichnet.
16 zeigt die entsprechende Wiedergabe von dem optischen Datenträger 155. Die in 16 dargestellte Vorrichtung umfasst eine Datenexpansionseinheit 162, wie z.B. einen verlustfreien Dekodierer, der am datenkomprimierten Restbitstromsignal einen Datenexpansionsschritt ausführt. Das wiederhergestellte Restbitstromsignal wird dem Eingang 70 der Vorrichtung von 7 zugeführt.
Eine weitere Abwandlung der Ausführungsform von 1 ist die folgende. In dieser Abwandlung ist die Vorhersageeinheit 10 zwischen dem Ausgang der Signalkombinationseinheit 42 und dem Eingang 44 der Signalkombinationseinheit 42 eingebunden. In dieser Abwandlung wird die vorhergesagte Version des Bitstromsignals durch die Vorhersageeinheit aus dem Restsignal abgeleitet, das durch die Signalkombinationseinheit 42 bereitgestellt wird. Diese Abwandlung ist in 18 dargestellt, welche de facto mit dem Schaltungsaufbau der Vorhersageeinheit und der Signalkombinationseinheit, die in 7 dargestellt sind, übereinstimmt.
Auf eine äquivalente Weise ist eine weitere Abwandlung der Ausführungsform von 7 die folgende. In dieser Abwandlung ist die Vorhersageeinheit 74 zwischen dem Eingangsterminal 70 und dem Eingang 101 der Signalkombinationseinheit 88 eingebunden. In dieser Abwandlung wird die vorhergesagte Version des Bitstromsignals durch die Vorhersageeinheit aus dem Restsignal abgeleitet, das der Verarbeitungsvorrichtung über das Terminal 70 bereitgestellt wird. Diese Abwandlung stimmt de facto mit dem Schaltungsaufbau der Vorhersageeinheit und der Signalkombinationseinheit, der in 1 dargestellt ist, überein.
Eine weitere Verbesserung der Datenverarbeitungsvorrichtung kann durch eine spezielle Ausführungsform der Vorhersageinheit, wie z.B. die Vorhersageeinheit 10 in 1, erreicht werden. In dieser speziellen Ausführungsform ist die Vorhersageeinheit 10 mit einem Integrator zum Integrieren des Eingangssignals ausgestattet, welches in dem Sinne eine Darstellung des Bitstromsignals ist, dass das Eingangssignal die Darstellungswerte –1 und +1 aufweist, um die Bits '0' und '1' im Bitstromsignal darzustellen. Der Integrator summiert einfach alle Darstellungswerte auf, so dass seine momentane Ausgabe gleich der kumulativen Summe aller Werte –1 und +1 ist, die er empfangen hat. Die Vorhersageeinheit erzeugt de facto ein Pseudo-Audiosignal, und das vorhergesagte Bit für das Bitstromsignal, das dem Ausgang 12 zuzuführen ist, wird aus dem Pseudo-Audiosignal auf dem folgenden Wege abgeleitet.
Der Prädiktor leitet aus den letzten n Abtastwerten des Pseudo-Audiosignals, das durch den Integrator erzeugt wird, einen Vorhersagewert für die nächste Abtastung des Pseudo-Audiosignals ab. Als nächstes wird der Wert der letzten Abtastung des erzeugten Pseudo-Audiosignals mit dem vorhergesagten Wert der nächsten Abtastung verglichen. Wenn längs einer Amplitudenachse betrachtet der Wert der letzten Abtastung des Pseudo-Audiosignals kleiner ist als der Vorhersagewert der nächsten Abtastung, dann wird geschlussfolgert, dass das nächste vorhergesagte Bit im vorhergesagten Bitstromsignal dem Wert +1 (oder einer logischen '1') entspricht, und wenn der Wert der letzten Abtastung des Pseudo-Audiosignals größer ist als der Vorhersagewert der nächsten Abtastung, dann wird geschlussfolgert, dass das nächste vorhergesagte Bit im Bitstromsignal dem Wert –1 (oder einer logischen '0') entspricht. Die vorhergesagten Bits werden dem Ausgang der Vorhersageeinheit 10 als das vorhergesagte Bitstromsignal zugeführt.
Der vorhergesagte Wert der nächsten Abtastung kann erhalten werden, indem die letzten n (mit n gleich 40) Abtastungen des Pseudo-Audiosignals durch eine Gerade ersetzt werden. Es ist verständlich, dass ebenso gut kompliziertere Näherungsverfahren (Filtertechniken) für die Vorhersage des nächsten Abtastwertes möglich sind. Wie oben dargestellt wurde, sollten in diesem Falle Filterkoeffizienten für solche Filter für das Signal auf einer Rahmenbasis abgeleitet und übertragen werden, um so ein entsprechendes Dekodieren auf der Empfängerseite zu ermöglichen.
In 19 ist eine weitere Verarbeitungsvorrichtung dargestellt. In der Datenverarbeitungsvorrichtung von 19 wird das Bitstromsignal dem Eingang 44 der Signalkombinationseinheit 42 und über ein Vorhersagefilter 10' sowie einen Quantisierer Q dem Eingang 40 der Signalkombinationseinheit 42 zugeführt. Die Vorrichtung ist ferner mit einer Datenkompressionseinheit 150' ausgestattet, welche einen Entropiekodierer 154 und eine Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit 156 umfasst. Im vorliegenden Beispiel hat der Entropiekodierer 154 die Form eines arithmetischen Kodierers zum Kodieren des Restbitstromsignals in ein datenkomprimiertes Restbitstromsignal in Antwort auf Wahrscheinlichkeitswerte p, die in seinen Eingang 192 eingegeben werden. Die Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit 156 bestimmt einen Wahrscheinlichkeitswert, der die Wahrscheinlichkeit anzeigt, dass ein Bit im Restbitstromsignal, das durch die Kombinationseinheit 42 bereitgestellt wurde, einen vorgegebenen logischen Wert, wie z.B. '1', aufweist. Dieser Wahrscheinlichkeitswert, der in 19 als p bezeichnet wird, wird in den arithmetischen Kodierer 154 eingegeben, um die Datenkompression des Restbitstromsignals im arithmetischen Kodierer 154 zu ermöglichen. Die Bestimmungseinheit 156 bestimmt diesen Wahrscheinlichkeitswert aus dem Ausgabesignal des Vorhersagefilters 10'. Dieser unterscheidet sich von dem, der zu erwarten wäre, wenn in der Datenkompressionseinheit 150, wie z.B. in 4 oder 15, ein arithmetischer Kodierer zum Komprimieren des Restbitstromsignals verwendet wird. Wird in der Datenkompressionseinheit 150 ein arithmetischer Kodierer verwendet, dann würde die Wahrscheinlichkeitseinheit 156 den Wahrscheinlichkeitswert aus dem Restbitstromsignal selbst ableiten. In der Ausführungsform von 19 leitet die Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit 156 den Wahrscheinlichkeitswert jedoch aus dem Ausgabesignal ab, das durch das Vorhersagefilter 10' erzeugt wird. Das ist dahin gehend vorteilhaft, dass mit dem arithmetischen Kodierer 154 ein höheres Kompressionsverhältnis erreicht werden kann. Der arithmetische Kodierer 154 kann das Restbitstromsignal auf einer Rahmenbasis datenkomprimieren.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung von 19 ist die folgende. Das Vorhersagefilter 10' führt am Bitstromsignal eine Vorhersagefilterung aus, um so ein Mehrbit-Ausgabesignal zu erhalten. Das Mehrbit-Ausgabesignal weist eine Anzahl von Stufen im Bereich von z.B. +3 und –3 auf. Ein Quantisierer Q empfängt das Mehrbit-Ausgabesignal und erzeugt daraus ein Bitstromsignal, indem er ein Bit mit dem logischen Wert '1' zuweist, wenn das Mehrbit-Ausgabesignal einen positiven Wert aufweist, und ein Bit mit dem logischen Wert '0' zuweist, wenn das Mehrbit-Ausgabesignal einen negativen Wert aufweist. Außerdem wird für jedes aus der Anzahl von Teilintervallen im Wertebereich des Mehrbit-Ausgabesignals die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass das entsprechende Bit im Restsignal z.B. ein '1'-Bit ist. Das kann verwirklicht werden durch Zählen der Anzahl der 'Einsen' und 'Nullen', die während eines bestimmten Zeitintervalls im Restbitstromsignal auftreten, wenn das Mehrbit-Ausgabesignal in einen solchen Bereich fällt. Die so erhaltenen Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Werte in dem Mehrbit-Ausgabesignal werden anschließend als das Wahrscheinlichkeitssignal p dem arithmetischen Kodierer 154 zugeleitet. Das datenkomprimierte Reststromsignal wird durch den arithmetischen Kodierer 154 einer Ausgangsleitung 158 zur Übertragung über ein Übertragungsmedium TRM zugeführt.
20 zeigt eine entsprechende Datenverarbeitungsvorrichtung für das Dekodieren des datenkomprimierten Restbitstromsignals, das über das Übertragungsmedium TRM empfangen wurde. Die Datenverarbeitungsvorrichtung von 20 umfasst einen Entropiedekodierer 172, der das datenkomprimierte Restbitstromsignal über einen Eingang 174 empfängt. In dem vorliegenden Beispiel hat der Entropiedekodierer 172 die Form eines arithmetischen Dekodierers, der unter Einwirkung eines Wahrscheinlichkeitssignals p, das einem Eingang 176 zugeführt wird, an dem datenkomprimierten Bitstromsignal einen arithmetischen Dekodierungsschritt ausführt, um eine Kopie des ursprünglichen Restbitstromsignals zu erzeugen, das einem Ausgang 178 zugeführt wird. Die Kopie wird einem Eingang 86 der Signalkombinationseinheit 88 zugeführt. Die Signalkombinationseinheit 88 empfängt ferner über den Eingang 101 eine vorhergesagte Version des Bitstromsignals und erzeugt an ihrem Ausgang 76 die Kopie des ursprünglichen Bitstromsignals. Der Ausgang 76 ist über ein Vorhersagefilter 74' und einen Quantisierer Q mit dem Eingang 101 der Signalkombinationseinheit 88 verbunden. Die Funktionsweise des Vorhersagefilters 74' und des Quantisierers Q kann mit der Funktionsweise des Vorhersagefilters 10' und des Quantisierers Q in 19 übereinstimmen, das heißt, das Vorhersagefilter 74' leitet seine Filterkoeffizienten aus dem Eingangssignal ab, das es über seinen Eingang 72 empfängt. In einer weiteren Ausführungsform erhält das Vorhersagefilter 74' die Filterkoeffizienten aus Nebeninformationen, die es aus der Kodierungsvorrichtung von 19 über das Übertragungsmedium TRM empfängt, wie nachstehend erläutert wird.
Ferner gibt es eine Wahrscheinlichkeitsbereitstellungseinheit 180, um dem arithmetischen Dekodierer 172 das Wahrscheinlichkeitssignal p bereitzustellen. Das Wahrscheinlichkeitssignal p kann auf verschiedenen Wegen erhalten werden. Ein Weg ist, das Wahrscheinlichkeitssignal p aus dem Ausgabesignal des Vorhersagefilters 74' auf dem gleichen Wege abzuleiten, wie die Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit 156 das Wahrscheinlichkeitssignal p aus dem Vorhersagefilter 10' in 19 bestimmt. In diesem Falle kann die Bereitstellungseinheit 180 in 20 gleich der Bestimmungseinheit 156 in 19 sein, und die Versorgungseinheit 180 weist einen Eingang auf, der mit dem Ausgang des Vorhersagefilters 74' verbunden ist. Ein anderer Weg zum Erzeugen des Wahrscheinlichkeitssignals p besteht in der Verwendung von Nebeninformationen, die über das Übertragungsmedium TRM empfangen werden, wie nachstehend erläutert wird.
Nebeninformationen können durch die Vorrichtung von 19 für die Übertragung auf die Vorrichtung von 20 erzeugt werden. Solche Nebeninformationen können die Filterkoeffizienten für das Filter 10' enthalten, die Rahmen für Rahmen bestimmt werden; diese Koeffizienten werden dem Filter 74' übermittelt, um die richtigen Filterkenngrößen des Filters 74' einzustellen. Ferner kann die Vorrichtung von 19 Parameter erzeugen, welche die Umwandlung des Mehrbit-Ausgabesignals des Vorhersagefilters 10' in das Wahrscheinlichkeitssignal p beschreiben. Solche Parameter sind auch in den Nebeninformationen enthalten und werden der Bereitstellungseinheit 180 übermittelt, um so die Wiederherstellung des Wahrscheinlichkeitssignals p in der Vorrichtung von 20 zu ermöglichen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen der 19 und 20 wird erläutert, wie das Wahrscheinlichkeitssignal p aus dem Mehrbit-Ausgabesignal vom Vorhersagefilter 10' bzw. 74' abgeleitet werden kann. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass in Datenverarbeitungsvorrichtungen auch der Einsatz eines arithmetischen Kodierers möglich ist, der das vorhergesagte Signal auf einem anderen Wege ableitet. In dieser Hinsicht wird auf die in 1 dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen, wobei die Vorhersageeinheit 10 die in 2 oder 12 offengelegte Form hat. Nunmehr ist ein anderer Weg zum Ableiten des Wahrscheinlichkeitssignals p erforderlich. Es ist klar, dass in den Ausführungsformen der Vorhersageeinheit, die in 2 und 12 dargestellt sind, das Wahrscheinlichkeitssignal p aus den Zählnummern abgeleitet werden kann, die im Detektor 22 bzw. 22' abgeleitet werden.
Der in der Ausführungsform von 19 verwendete Entropiekodierer ist in der Lage, das Restbitstromsignal unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitssignals zu kodieren, um das datenkomprimierte Restbitstromsignal zu erhalten. Der oben beschriebene arithmetische Kodierer ist ein solcher Entropiekodierer. Ein anderer Typ eines solchen Entropiekodierers ist zum Beispiel der wohlbekannte Finitzustandskodierer. Der in der Ausführungsform von 20 verwendete Entropiedekodierer ist geeignet, das datenkomprimierte Restbitstromsignal unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitssignals zu dekodieren, um eine Kopie des Restbitstromsignals zu erhalten. Der oben beschriebene arithmetische Kodierer ist ein solcher Entropiekodierer. Ein anderer Typ eines solchen Entropiekodierers ist zum Beispiel der wohlbekannte Finitzustandskodierer.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist einzusehen, dass diese keine einschränkenden Beispiele sind. So können für Fachleute verschiedene Abwandlungen ersichtlich werden, ohne den Gültigkeitsbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Ansprüche festgelegt ist. Wenn das Audiosignal in digitaler Form, z.B. bei 44,1 kHz abgetastet, zugeführt wird und die Abtastungen z.B. in 16 Bit ausgedrückt werden, dann sind die A/D-Wandlermittel in der Lage, eine Überabtastung des digitalen Audiosignals mit z.B. der Frequenz 64 × 44,1 kHz auszuführen, um so ein 1-Bit-Bitstromsignal zu erhalten, das der Vorhersageeinheit 10 zugeführt wird.
Außerdem kann mit Bezug auf die Umwandlungstabellen, wie z.B. die eine in 12 dargestellte und beschriebene, das Folgende ausgeführt werden. Im Stadium der Ableitung der Umwandlungstabelle kann es zum Beispiel vorkommen, dass die Zählwerte derart sind, dass die Bitfolgen 0,0,0,0 und 0,0,1,0 das (die) gleichen Vorhersagebit(s) ergeben, dass die Bitfolgen 0,0,0,1 und 0,0,1,1 das (die) gleichen Vorhersagebits) ergeben, dass die Bitfolgen 0,1,0,0 und 0,1,1,0 das (die) gleichen Vorhersagebit(s) ergeben, dass die Bitfolgen 1,0,0,0 und 1,0,1,0 das (die) gleichen Vorhersagebits) ergeben, dass die Bitfolgen 1,1,0,0 und 1,1,1,0 das (die) gleichen Vorhersagebit(s) ergeben, dass die Bitfolgen 1,0,0,1 und 1,0,1,1 das (die) gleichen Vorhersagebit(s) ergeben, dass die Bitfolgen 1,1,0,1 und 1,1,1,1 das (die) gleichen Vorhersagebit(s) ergeben und dass die Bitfolgen 0,1,0,1 und 0,1,1,1 das (die) gleichen Vorhersagebit(s) ergeben. In diesem Falle ist das Bit x₃ de facto ein unwichtiges Bit, und das (die) Vorhersagebit(s) x₄ oder x₄, x₅ kann(können) aus der Bitkombination x₁, x₂, x₄ allein vorhergesagt werden.

Ferner beruht die Erfindung auf einem jeden beliebigen Merkmal oder Merkmalsverbund. Verzeichnis der artverwandten Schriftstücke

(D1)	EP-A 402,973 (PHN 13.241)
(D2)	'A digital decimating filter for analog-to-digital conversion of hi-fi audio signals' von J. J. van der Kam in Philips Techn. Rev. 42, Nr. 6/7, April 1986, S. 230–238
(D3)	'A higher order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters' von Kirk C. H. Chao u.a. in IEEE Trans. on Circuits and Systems, Bd. 37, Nr. 3, März 1990, S. 309–318
(D4)	'A method for the construction of minimum-redundancy codes' von D. A. Huffman in Proc. of the IRE, Bd. 40(10), September 1952
(D5)	'An introduction to arithmetic coding' von G. G. Langdon, IBM J. Res. Develop., Bd. 28(2), März 1984
(D6)	'A universal algorithm for sequential data compression' von J. Ziv u.a., IEEE Trans. on Inform. Theory, Bd. IT-23, 1977
(D7)	EP-Patentanmeldung Nr. 96202807.2, eingereicht am 10. 10. 1996 (PHN 16.029)

Legende der Zeichnungen
1

1-BIT A/D Converter:

1-BIT-A/D-Wandler

PREDICTION UNIT:

VORHERSAGEEINHEIT

SIGNAL COMBINATION UNIT:

SIGNALKOMBINATIONSEINHEIT

2 und 12

DETECTOR:

DETEKTOR

3

BITSTREAM SIGNAL:

BITSTROMSIGNAL

CONVERSION TABLE:

UMWANDLUNGSTABELLE

COMBINATION UNIT:

KOMBINATIONSEINHEIT

RESIDUAL BITSTREAM SIGNAL:

RESTBITSTROMSIGNAL

4 und 5

DATACOMPR.:

DATENKOMPR.

6

ERCO:

FEHLERKORR.–KODIERER

CHANNEL CODER:

KANALKODIERER

7

D/A Converter:

D/A-Wandler

8

REPLICA OF BITSTREAM SIGNAL:

KOPIE DES BITSTROMSIGNALS

9 und 10

DATAEXP.:

DATENEXPANS.

11

CHANNEL DECODER:

KANALDEKODIERER

ERROR CORRECTION:

FEHLERKORREKTUR

13 und 14

1-BIT A/D Converter:

1-BIT-A/D-Wandler

SIDE INFO:

NEBENINFO

RESIDUAL BITSTREAM:

RESTBITSTROM

1-b D/A Converter:

1-b D/A Wandler

15

DATA COMPRESSION UNIT:

DATENKOMPRESSIONSEINHEIT

16

DATA EXPANSION UNIT:

DATENEXPANSIONSEINHEIT

17A und 17B

Magnitude:

Betrag

freq.:

Frequenz

19 und 20

PREDICTION FILTER:

VORHERSAGEFILTER

PROBILITY DETERMINING UNIT:

WAHRSCHEINLICHKEITSBESTIMMUNGSEINHEIT

ARITHMETIC CODER:

ARITHMETISCHER KODIERER

Claims

Datenverarbeitungsvorrichtung für die Datenverarbeitung eines Bitstromsignals, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst: – Eingabemittel für den Empfang eines 1-Bit-Bitstromsignals, – Vorhersagemittel (10') für das Ausführen eines Vorhersageschrittes an dem 1-Bit-Bitstromsignal, um ein vorhergesagtes Bitstromsignal zu erhalten, – Signalkombinationsmittel (42) für das Kombinieren des Bitstromsignals und des vorhergesagten Bitstromsignals, um ein Restbitstromsignal zu erhalten, und – Datenkompressionsmittel (154) für das Datenkomprimieren des Restbitstromsignals, um ein datenkomprimiertes Restbitstromsignal zu erhalten, und – Ausgabemittel für das Bereitstellen des datenkomprimierten Restbitstromsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitstromsignal mit Hilfe eines Sigma-Delta-Modulators erzeugt wird und die Datenkompressionsmittel die Form eines Entropiekodierers für die Entropiekodierung des Restbitstromsignals in Reaktion auf ein Wahrscheinlichkeitssignal (P) haben und die Vorrichtung außerdem Wahrscheinlichkeitssignalbestimmungsmittel (156) zum Bestimmen des Wahrscheinlichkeitssignals aus den Vorhersagemitteln umfasst.
Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorhersagemittel Vorhersagefiltermittel zum Ausführen eines Vorhersagefiltervorganges an dem Bitstromsignal umfassen, das in ihren Eingang eingegeben wird, um ein mehrwertiges Ausgabesignal zu erhalten, und Quantisierungsmittel zum Ausführen eines Quantisierungsschrittes an dem mehrwertigen Ausgabesignal umfassen, um das vorhergesagte Bitstromsignal zu erhalten, und wobei die Wahrscheinlichkeitsbestimmungsmittel geeignet sind, das Wahrscheinlichkeitssignal aus dem mehrwertigen Ausgabesignal abzuleiten.
Datenverarbeitungsverfahren für die Datenverarbeitung eines Bitstromsignals, wobei das Datenverarbeitungsverfahren die Schritte umfasst: – Empfang eines 1-Bit-Bitstromsignals, – Ausführen eines Vorhersageschrittes an dem 1-Bit-Bitstromsignal, um ein vorhergesagtes Bitstromsignal zu erhalten, – Kombinieren des Bitstromsignals und des vorhergesagten Bitstromsignals, um ein Restbitstromsignal zu erhalten, und – Datenkomprimieren des Restbitstromsignals, um ein datenkomprimiertes Restbitstromsignal zu erhalten, und – Bereitstellen des datenkomprimierten Restbitstromsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitstromsignal mit Hilfe eines Sigma-Delta-Modulators rzeugt wird und der Datenkompressionsschritt ferner die Teilschritte der Entropiekodierung des Restbitstromsignals in Reaktion auf ein Wahrscheinlichkeitssignal sowie der Bestimmung des Wahrscheinlichkeitssignals in Reaktion auf den Vorhersageschritt umfasst.
Datenverarbeitungsverfahren nach Anspruch 3, wobei der Vorhersageschritt die Teilschritte zum Ausführen eines Vorhersagefiltervorganges an dem Bitstromsignal, um ein mehrwertiges Ausgabesignal zu erhalten, und zum Ausführen eines Quantisierungsschrittes an dem mehrwertigen Ausgabesignal umfasst, um das vorhergesagte Bitstromsignal zu erhalten, und wobei der Wahrscheinlichkeitsbestimmungsteilschritt das Wahrscheinlichkeitssignal aus dem mehrwertigen Ausgabesignal ableitet.
Datenverarbeitungsvorrichtung für die Datenverarbeitung eines datenkomprimierten Restbitstromsignals, um eine Kopie eines Bitstromsignals zu erhalten, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst: – Eingabemittel für den Empfang des datenkomprimierten Restbitstromsignals, – Datenexpansionsmittel (172) für das Expandieren des datenkomprimierten Restbitstromsignals, um ein Restbitstromsignal zu erhalten, – Signalkombinationsmittel (88) für das Kombinieren des Restbitstromsignals mit einem vorhergesagten Bitstromsignal, um die Kopie des Bitstromsignals zu erhalten, – Vorhersagemittel (74') für das Ausführen eines Vorhersageschrittes an der Kopie eines Bitstromsignals, um das vorhergesagte Bitstromsignal zu erhalten, – Ausgabemittel für das Bereitstellen der Kopie eines Bitstromsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitstromsignal mit Hilfe eines Sigma-Delta-Modulators erzeugt wird, die Datenexpansionsmittel (172) die Form eines Entropiedekodierers haben und eingerichtet sind für die Entropiedekodierung des datenkomprimierten Restbitstromsignals in Reaktion auf ein Wahrscheinlichkeitssignal, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung außerdem umfasst: – Mittel (180) zum Bestimmen des Wahrscheinlichkeitssignals aus den Vorhersagemitteln.
Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorhersagemittel Vorhersagefiltermittel zum Ausführen eines Vorhersagefiltervorganges an dem Bitstromsignal umfassen, das in ihren Eingang eingegeben wird, um ein mehrwertiges Ausgabesignal zu erhalten, und Quantisierungsmittel zum Ausführen eines Quantisierungsschrittes an dem mehrwertigen Ausgabesignal umfassen, um das vorhergesagte Bitstromsignal zu erhalten, und wobei die Wahrscheinlichkeitsbestimmungsmittel geeignet sind, das Wahrscheinlichkeitssignal aus dem mehrwertigen Ausgabesignal abzuleiten.
Datenverarbeitungsverfahren für die Datenverarbeitung eines datenkomprimierten Restbitstromsignals, um eine Kopie eines Bitstromsignals zu erhalten, wobei das Datenverarbeitungsverfahren die Schritte umfasst: – Empfang des datenkomprimierten Restbitstromsignals, – Datenexpandieren des datenkomprimierten Restbitstromsignals, um ein Restbitstromsignal zu erhalten, – Kombinieren des Restbitstromsignals mit einem vorhergesagten Bitstromsignal, um die Kopie eines Bitstromsignal zu erhalten, – Ausführen eines Vorhersageschrittes an der Kopie eines Bitstromsignals, um das vorhergesagte Bitstromsignal zu erhalten, – Bereitstellen der Kopie eines Bitstromsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitstromsignal mit Hilfe eines Sigma-Delta-Modulators erzeugt wird, der Datenexpansionsschritt den Schritt zum Ausführen eines Entropiedekodierungsschrittes an dem datenkomprimierten Restbitstromsignal in Reaktion auf ein Wahrscheinlichkeitssignal einschließt und das Datenverarbeitungsverfahren ferner den Schritt zum Bestimmen des Wahrscheinlichkeitssignals in Reaktion auf den Vorhersageschritt umfasst.
Datenverarbeitungsverfahren nach Anspruch 7, wobei der Vorhersageschritt die Teilschritte zum Ausführen eines Vorhersagefiltervorganges an dem Bitstromsignal, um ein mehrwertiges Ausgabesignal zu erhalten, und zum Ausführen eines Quantisierungsschrittes an dem mehrwertigen Ausgabesignal umfasst, um das vorhergesagte Bitstromsignal zu erhalten, und wobei der Wahrscheinlichkeitsbestimmungsteilschritt das Wahrscheinlichkeitssignal aus dem mehrwertigen Ausgabesignal ableitet.