DE68910419T2 - Statistische Kodierungsvorrichtung zur Erzeugung von Kodewörtern mit einer variablen Anzahl von Binärelementen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine statistische Codierungsvorrichtung zur Erzeugung variabler Codewörter mit einer variablen Anzahl von "n" Binärelementen (wobei n von 1 bis N variiert), wobei diese Vorrichtung die nachfolgenden Elemente aufweist:
• - einen Eingang zum in einem bestimmten Rhythmus Empfangen der zu codierenden Information als feste Wörter mit einer Anzahl von Binärelementen,
• - ein erstes Transcodierungselement zum Zuführen des genannten Codewortes variabler Länge zu "n" Ausgängen von n parallelen Ausgängen,
• - ein zweites Transcodierungselement zum an seinem Ausgang Liefern der Längenanzeige "n",
• - ein Akkumulationselement zum Bilden einer ersten "Modulo-N"-akkumulierten Information als Ergebnis aus den mit "n" durchgeführten Vorgängen, - Mittel zur zyklischen Verschiebung zum Erzeugen eines verschobenen Wortes, das das Codewort verschobener variabler Länge als Funktion der ersten akkumulierten Information darstellt,
• - Weichenmittel zur selektiven Übertragung in dem genannten Rhythmus als Funktion einer zweiten akkumulierten Information der Binärelemente des verschobenen Wortes in ein erstes und/oder zweites Register, wobei diese Register Bitstellen zwischen 0 und 2N-1 verschieben,
• - Detektionsmittel, die mit dem Akkumulationselement zusammenarbeitet zum Detektieren des Füllpegels eines der genannten Register zur Beeinflussung der Übertragungsmittel zum Übertragen des Inhaltes des gefüllten Registers zum Ausgang.
• Derartige Vorrichtungen werden allgemein verwendet, wenn es erwünscht ist, die Informationsbitrate zu verringern. Durch diesen Codierungsvorgang wird eine Statistik der zu codierenden Wörter aufgestellt. Wörter mit variabler kurzer Lange treten am häufigsten auf und Wörter mit variabler großer länge nur selten. Diese Codierungsart ist insbesondere interessant im Bereich der Signalübertragung, wobei es bekannt ist, statistische Mengen wiederherzustellen (beispielsweise Sprache, Bilder, Text) da es möglich ist, ohne Änderung der Information die Bitrate wesentlich zu verringern.
• Ein zu lösendes Problem für diese Codiervorrichtungen im Fernsehbereich ist die Verarbeitungsrate; denn jedes Bild muß mit einer Rate von 1/13,5 MHz codiert werden.
• Eine derartige Vorrichtung ist in der Veröffentlichung "IBM Technical Disclosure Bulletin", Heft 23, Nr. 3 August 1980, Seiten 1211 bis 1216 beschrieben. Diese Vorrichtung weist jedoch kein Element auf zur Gestaltung der Verschiebungsschaltung entsprechend den obengenannten Ratenbedingungen.
• Die vorliegende Erfindung hat u.a. zur Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, durch die es möglich ist, mit Hilfe einfacher und üblicher Schaltungsanordnungen eine hohe Verarbeitungsrate zu erzielen.
• Dazu weist eine derartige Vorrichtung das Kennzeichen auf, daß
• - das Akkumulationselement als zweite akkumulierte Information einen Vektor K liefert, indem eine "Modulo 2N"-Addierung durchgeführt wird als Ergebnis der mit "n" durchgeführten Vorgänge,
• und daß die Verschiebungsmittel durch die nachfolgenden Elemente gebildet werden:
• - Reihen von Schaltern mit mindestens zwei Stellungen, die je einer Bitstelle der genannten Register zugeordnet sind zum entsprechend einer ersten Position Verbinden des Eingangs der Bitstelle mit dem Ausgang der Verschiebungsmittel, und zum entsprechend einer zweiten Position Verbinden des Eingangs mit dem Ausgang der Bitstelle,
• - und Steuermittel, die als Funktion der zweiten akkumulierten Information gesteuert werden zum Stellen von N Bitstellen k bis (k+N) Modulo 2N zugeordneten Schaltern in die erste Stellung bzw. zum Stellen der anderen Schalter in die zweite Stellung.
• Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Codierungsvorrichtung nach der Erfindung,
• Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform zum Kombinieren des Schiebeelementes mit dem ersten Transcodierungselement,
• Fig. 3 eine detaillierte Darstellung des Schaltkreises und dessen Verbindungen mit dem ersten und zweiten Register,
• Fig. 4 eine Folge zu codierender Wörter und das erwartete Ergebnis,
• Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Codierungsvorrichtung.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 1 hat einen Eingang 10 zum Empfangen eines umzuwandelnden Eingangscodes. Dieser Code erscheint in Form von m parallelen Binärelementen zum Darstellen von M= 2m Informationswörtern, beispielsweise m = 4 und M = 14. 16 Informationswörter Q1 bis W16 können dann codiert werden. Ein statistisches Codewort, dessen Länge zwischen einer minimalen Zahl und einer maximalen Zahl N, beispielsweise N = 12, variieren kann, entspricht jedem dieser Wörter. Die nachfolgende Tafel I gibt diese Wörter in der Spalte 2 entsprechend den Eingangswörtern in der Spalte 1.
• Diese variablen Wörter erscheinen am Ausgang 12 eines Ausgangsregisters 13 zusammen mit einem Bewertungssignal LL, das am Ausgang 14 erscheint.
• Die Vorrichtung enthält ein ersten Transcodierungselement 20, das von den Eingangswörtern die variablen Wörter von einigen der zwölf Ausgänge liefert. Die variablen Wörter fangen immer an den ersten Stellen dieser Ausgänge an, wie in Spalte 3 der Tafel I angegeben. Die anderen Stellen, die nicht durch das statistische Wort besetzt ist, kann entweder eine "1" oder eine "0" sein, was durch "X" in der Spalte 3 der Tafel I angegeben ist. Ein zweites Transcodierungselement 22, dessen Eingang ebenso wie der Eingang des Elementes 20 mit dem Eingang 10 verbunden ist, liefert einen binären Code, der eine Anzeige über die Lange der Anzahl Binärelemente gibt, aus denen das variable Wort zusammengestellt ist. TAFEL I Spalte Eingangscode (Dezimalanzeige) Statistischer Code (Binäranzeige) Statistischer Code mit 12 Bits am Ausgang des Wandlers 20 Längencode (Dezimalanzeige)
• Nach der Erfindung weist die Vorrichtung die nachfolgenden Elemente auf:
• - am Ausgang des Transcodierungselementes 22 ein Akkumulationselement 30 zum Bilden einer ersten akkumulierten Information ACC1, die das Ergebnis der Modulo "N"-Akkumulation an den Längenanzeigen ist und einer zweiten Information, die eine ACC2 darstellt, die das Ergebnis einer, in diesem Fall, Modulo "2N"-Akkumulation ist,
• - zyklische Verschiebungsmittel 32 zum Liefern eines das variable Codewort darstellenden verschobenen Wortes, das als Funktion der akkumulierten Information verschoben ist,
• - Weichenmittel 35 zur selektiven Übertragung der Elemente des verschobenen Wortes zu einem ersten oder zu einem zweiten Register 41 bzw. 42, Detektormittel 45, die mit dem Akkumulationselement 30 zusammenarbeiten zum Detektieren des Füllpegels des ersten oder zweiten Registers zur Beeinflussung der Übertragungsmittel 50, die das gefüllte Register über das Register 13 zum Ausgang 12 übertragen. Eine Takteinrichtung 51 erzeugt ein Signal H, das die Arbeitsfrequenz der Vorrichtung festlegt. Der Takt H ist der Eingangstakt der Daten in dem System, der die Arbeitsfrequenz bestimmt. Die Ausgangsfrequenz der Daten an dem N-Bit Bus ist geringer als oder gleich der Ausgangsfrequenz des Taktes H, was der Hauptvorteil des Systems ist. Das Signal H beeinflußt die Ladebefehle der Register 52 und 53, die mit den Ausgängen der Elemente 32 und 22 gekoppelt sind.
• Das Akkumulationselement 30 besteht aus einem Addierer 54, der die von dem zweiten Transcodierungselement 22 herrührende Längenanzeige zu dem Inhalt eines Akkumulationsregisters 55 hinzuaddiert, dessen Eingang mit dem Ausgang des Addierers 54 verbunden ist. Die Detektionsmittel 55 benutzen das Signal MSB, welches das signifikanteste Bit am Ausgang des Addierers 54 darstellt. Der Wert MSB bestimmt die Lage eines Multiplexers 50, der teilweise die Übertragungsmittel bildet. Die Übertragung der Register 41 oder 42 zu dem Ausgangsregister 13 erfolgt nur dann, wenn das Signal LL verarbeitet wird, wobei dieses Signal den Ladebefehl des Registers 13 beeinflußt. Um dieses Signal LL zu verarbeiten wird ein bistabiler Multivibrator vom Typ D58 verwendet, der bei jeder aktiven Flanke des Signals H das Signal MSB speichert; ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 59, dessen Eingänge mit dem Eingang und dem Ausgang dieses bistabilen Multivibrators verbunden sind, erzeugt dieses Signal LL. Das Signal LL ist folglich bei jeder Änderung im Wert MSB wirksam.
• Das Akkumulationselement 30 erzeugt eine akkumulierte Summe ACC1, die eine Modulo N Summe für das Verschiebungselement 32 ist und eine Modulo 2N akkumulierte Summe für den Schaltkreis 35, wie bereits oben erwähnt.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Verschiebungsmittel 32 mit dem Transcodierungselement 20 kombiniert, so daß ein Festwertspeicher 60 (siehe Fig. 2) programmiert werden kann zum Erzielen dieser Kombination auf die in der Tafel II angegebene Art und Weise. Der Verschiebungsauftrag wird erteilt von einer Information ACC1, die eine Verschiebung im Bereich von 1 bis 12 angibt. Die Tafel II zeigt die Übereinkunft zwischen dem Code am Ausgang des Speichers 60 für zwei Werte des Eingangscodes (5 und 4) und der Werte von PM, die von 1 bis M variieren. Es dürfte dem Fachmann leicht sein, das Programmieren dieses Speichers für jeden beliebigen Wert des Eingangscodes durchzuführen. TAFEL II Eingangscode
• Fig. 3 zeigt ein detalliertes Schaltbild des Schaltkreises und der Verbindungen zu den Registern 42 und 43.
• Dieser Kreis wird durch eine erste Reihe von Schaltern mit zwei Eingängen 71 bis 82 gebildet, die durch die betreffenden Steuersignale S1 bis S12 gesteuert werden und durch eine zweite Reihe 83 bis 94, die durch die Signale bis gesteuert werden, welche die komplementären Versionen der vorhergehenden Signale sind. Die Ausgänge der Schalter 83 bis 94 sind mit den parallelen Eingängen des Registers 42 verbunden. Die ersten Eingänge der Schalter 71 bis 82 sind mit den betreffenden parallelen Ausgängen des Registers 41 verbunden und die ersten Eingänge der Schalter 83 bis 94 sind mit den Ausgängen des Registers 42 verbunden. Die zweiten Eingänge der Schalter 71 bis 94 sind mit den Ausgängen des Festwertspeichers 60 verbunden.
• Die Signale S1 bis S12 und die durch logische Inversion von den vorhergehenden Signalen abgeleiteten Signale bis werden von einem Transcodierungskreis 100 erzeugt, der auf einfache Weise als Funktion des nachfolgenden Tafel III programmiert werden kann, wobei der Wert "1" für die Signale S1 bis S12 angibt, daß der zweite Eingang mit dem Ausgang 60 verbunden ist und wobei der Wert "0" angibt, wegen der Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang, daß der Bitwert sich nicht ändert. TAFEL III (Dezimalanzeige)
• Die Codierungsvorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt.
• Es wird vorausgesetzt, daß die Wörter W9, W5, W4, W7, W7,.... sequentiell codiert sind. Fig. 4 zeigt entsprechend diesen Wörtern die Folge von Binärelementen, welche sie darstellen.
• In Fig. 5 wird vorausgesetzt, daß das Wort W9 erscheint, nachdem die Codierung durch den Speicher 60 zu dem Zeitpunkt t0 in dem Register durchgeführt worden ist; und es wird ebenfalls vorausgesetzt, daß zu diesem Zeitpunkt die akkumulierten Summen ACC1 und ACC 2 gleich "0" sind. Nach den Tafeln II und III wird der statistischer Code nicht verschoben und der Gesamtinhalt des Registers 52 wird zu dem Register 42 übertragen. Zu dem Zeitpunkt t1 erscheint in dem Register 52 ein neuer Code und der Code wird durch den Wert "3" verschoben, der der Lange des vorhergehenden Codes entspricht. Dadurch gestatten die Schalter 80, 81 und 82 die Übertragung der ersten Drei Stellen des Registers 52 zu den ersten drei Stellen des Registers 41. Die letzten neun Stellen des Registers 52 werden zu den letzten neun Stellen des Registers 42 übertragen. Zu dem Zeitpunkt t2 nehmen ACC1 und ACC2 den Wert 11 an, der eine Verschiebung um das 11-fache variable Wort verursacht entsprechend dem Wort W4 und die Übertragung der letzten elf Stellen des Registers 52 zu dem Register 41 und der ersten Stelle zu der ersten Stelle des Registers 42.
• Zu dem Zeitpunkt t3 hat das Signal MSB den Wert geändert, so daß die Werte ACC1 und ACC2 anders werden, aber das Signal LL wird aktiv, so daß der Inhalt des Registers 42 zu dem Ausgangsregister l3 übertragen wird. Zu dem Zeitpunkt t4 wird es auch eine Änderung in dem Wert MSB geben, was ebenfalls aus LL ein aktives Signal macht.

Claims (1)

1. Statistische Codierungsvorrichtung zur Erzeugung variabler Codewörter mit einer variablen Anzahl von "n" Binärelementen (wobei n von 1 bis N variiert), wobei diese Vorrichtung die nachfolgenden Elemente aufweist:

- einen Eingang (10) zum in einem bestimmten Rhythmus Empfangen der zu codierenden Information als feste Wörter mit einer Anzähl von Binärelementen,

- ein erstes Transcodierungselement (20) zum Zuführen des genannten Codewortes variabler Lange zu "n" Ausgängen von n parallelen Ausgängen,

- ein zweites Transcodierungselement (22) zum an seinem Ausgang Liefern der Längenanzeige "n",

- ein Akkumulationselement (30) zum Bilden einer ersten "Modulo-N"- akkumulierten Information (ACC1) als Ergebnis aus den mit "n" durchgeführten Vorgängen,

- Mittel zur zyklischen Verschiebung (32) zum Erzeugen eines verschobenen Wortes, das das Codewort verschobener variabler Lange als Funktion der ersten akkumulierten Information darstellt,

- Weichenmittel (35) zur selektiven Übertragung in dem genannten Rhythmus als Funktion einer zweiten akkumulierten Information (ACC2) der Binärelemente des verschobenen Wortes in ein erstes und/oder zweites Register (41, 42), wobei diese Register Bitstellen zwischen 0 und 2N-1 verschieben,

- Detektionsmittel (45), die mit dem Akkumulationselement zusammenarbeitet zum Detektieren des Füllpegels eines der genannten Register zur Beeinflussung der Übertragungsmittel (50, 13) zum Übertragen des Inhaltes des gefüllten Registers zum Ausgang,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Akkumulationselement (30) als zweite akkumulierte Information einen Vektor K liefert, indem eine "Modulo 2N"-Addierung durchgeführt wird als Ergebnis der mit "n" durchgeführten Vorgänge,

und daß die Verschiebungsmittel durch die nachfolgenden Elemente gebildet werden:

- Reihen von Schaltern mit mindestens zwei Stellungen (71....82), die je einer Bitstelle der genannten Register zugeordnet sind zum entsprechend einer ersten Position Verbinden des Eingangs der Bitstelle mit dem Ausgang der Verschiebungsmittel (32), und zum entsprechend einer zweiten Position Verbinden des Eingangs mit dem Ausgang der Bitstelle,

- und Steuermittel (100), die als Funktion der zweiten akkumulierten Information gesteuert werden zum Stellen von N Bitstellen k bis (k+N) Modulo 2N zugeordneten Schaltern in die erste Stellung bzw. zum Stellen der anderen Schalter in die zweite Stellung.