DE69826971T2

DE69826971T2 - Übertragungssystem mit kodierer variabler länge

Info

Publication number: DE69826971T2
Application number: DE69826971T
Authority: DE
Inventors: Rakesh Taori; Johannes Robert SLUIJTER; Johannes Andreas GERRITS
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: EP0925651A2; KR20000068519A; EP0925651B1; JP2001500350A; CN1237291A; WO1999003208A3; JP3960629B2; DE69826971D1; CN1126270C; KR100635794B1; US6208274B1; WO1999003208A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem mit einem Übertragungssystem mit einer Übertragungsanordnung mit einem Codierer variabler Länge zum Codieren einer Sequenz von Eingangssymbolen zu einer codierten Sequenz variabler Länge, wobei die Übertragungsanordnung weiterhin einen Sender aufweist zum Übertragen der genannten codierten Sequenz variabler Länge über ein Übertragungsmedium zu einem Empfänger, wobei der Empfänger einen Decoder variabler Länge aufweist zum Decodieren der codierten Sequenz variabler Länge zu einer decodierten Sequenz von Symbolen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Übertragungsanordnung, einen Empfänger, ein Codierungsverfahren, ein Decodierungsverfahren und ein Signal mit codierten Symbolen variabler Länge.
Ein Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art ist bekannt aus dem Buch: "Information Theory and Reliable Communication" von Robert G. Gallager, Abschnitt 3, "Coding for Discrete Sources", Seiten 38–70, ISBN 471 29048 3.
Übertragungssysteme der eingangs beschriebenen Art werden angewandt zum Übertragen von Sequenzen von Symbolen mit ungleichen Wahrscheinlichkeiten. Derartige Sequenzen können effizienter dadurch übertragen werden, dass als Eingangssequenzen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit kurze codierte Sequenzen verwendet werden und dass als Eingangssequenzen mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit längere codierte Sequenzen verwendet werden.
Beispiele von Codes variabler Länge sind der bekannte Morse-Code und der Huffman-Code. Im Allgemeinen führt die Anwendung einer Codierung variabler Länge zu einer verringerten Anzahl Symbole, die zum Transportieren einer bestimmten Sequenz von Eingangssymbolen übertragen werden muss. Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl Symbole, erforderlich zum Transportieren einer bestimmten Sequenz von Eingangssymbolen wesentlich größer ist als die nicht codierte Nachricht. Dies kann passieren, wenn die Sequenz von Eingangssymbolen Symbole mit einer geringen Wahrscheinlichkeit aufweist. In einem derartigen Fall können praktische Probleme entstehen, wie Überlauf von Puffern oder Unmöglichkeit um die codierte Nachricht in ein Frame zu stecken, wenn nur ein beschränkter Raum dazu verfügbar ist.
Das US Patent 4.706.165 beschreibt ein Codierungssystem, bei dem unter Anwendung von Lauflängencodierung oder Codierung variabler Länge ein Eingangssignal codiert wird. Wenn ein Pufferunterlauf auftritt, was durch einen Vergleich der Pufferbelegung gegenüber einem vorbestimmten Wert detektiert wird, wird die Codierung variabler Länge angewandt um den Puffer schneller zu füllen.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei die oben genannten Probleme nicht mehr auftreten, ohne dass dazu die Größe der Puffer oder die verfügbare Größe in einem Frame gesteigert wird.
Zur Erfüllung dieser Aufgabe weist das Übertragungssystem nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Übertragungsanordnung vorgesehen ist zum Hindurchlassen der Sequenz mit Eingangssymbolen zu dem Sender, zusammen mit einem Indikator, wenn die Länge der codierten Sequenz variabler Länge die Länge der Sequenz mit Eingangssymbolen übersteigt, und wobei der genannte Indikator angibt, dass die Sequenz mit Eingangssymbolen statt der entsprechenden codierten Sequenz variabler Länge übertragen wird, und dass der Empfänger vorgesehen ist zum Hindurchlassen einer empfangenen Sequenz nicht decodierter Symbole zu einem Ausgang, wenn der genannte Indikator empfangen wird und sonst zum Hindurchlassen der empfangenen Sequenz von Symbolen zu einem Eingang des Decoders variabler Länge.
Durch Ermittlung der Länge der codierten Sequenz variabler Länge und durch Übertragung der Eingangssequenz, wenn die Länge der codierten Sequenzen variabler Länge die Länge der Eingangssequenz übersteigt. Dadurch wird die Länge der Übertragenen Sequenz von Symbolen begrenzt. Es wird nun gewährleistet, dass der Sender immer imstande ist, die Information in dem verfügbaren Speicher oder in dem verfügbaren Raum in einem Übertragungsframe zu speichern bzw. zu übertragen.
Durch Einführung eines Indikators in das übertragene Signal wird es sehr einfach für den Empfänger zu entscheiden, welchen Vorgang (das Decodieren der empfangenen Sequenzen mit Symbolen oder das Hindurchlassen der empfangenen Sequenzen mit Symbolen, unmittelbar zu dem Ausgang) er durchführen soll.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Übertragungssystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine alternative Ausführungsform des Codierers 5 zur Verwendung in einem Übertragungssystem nach der vorliegenden Erfindung,
3 einen Huffman-Decodierungsbaum zur Verwendung in einem Huffman-Decoder, wie dieser in der vorliegenden Erfindung verwendet worden ist.
In dem Übertragungssystem nach 1 umfasst ein Sender 2 einen Codierer 5 zum Codieren von Sequenzen von Eingangssymbolen. Die genannten Sequenzen von Eingangssymbolen umfassen Worte mit einer vorbestimmten Länge, die für aufeinander folgende Worte verschieden sein kann. Die Eingangsworte werden einem Puffer 8 in dem Codierer 5 zugeführt, Die in dem Puffer 8 gespeicherten Worte werden daraufhin einem Codierer variabler Länge zugeführt, der hier ein Huffman-Codierer 10 ist.
Der Huffman-Codierer 10 kann durch eine Nachschlagtabelle verwirklicht werden, die das Huffman-codierte Wort entsprechend dem Eingangswort an dem Ausgang liefert. Die Tabelle liefert auch eine Angabe der Länge des Huffman-codierten Wortes an dem Ausgang. Ein Beispiel einer derartigen Nachschlagtabelle ist unten für ein vier-Bit-Eingangswort gegeben.
Aus der oben stehenden Tabelle dürfte es einleuchten, dass die Länge der verschiedenen Huffman-codierten Codeworte wesentlich voneinander abweichen. Nach dem Prinzip der Codierung variabler Länge werden die kürzesten Huffman-Codes den wahrscheinlichsten Eingangsworten zugeordnet. Das Eingangscodewort und das Huffmancodierte Wort an dem Ausgang des Huffman-Codierers 10 werden einem Selektor 12 zugeführt. Der Teil des Ausgangssignals des Huffman-Codierers, der die Länge des aktuellen Huffman-codierten Wortes darstellt, wird ebenfalls einer Vergleichsschaltung zugeführt, die diese Länge mit dem vorbestimmten Wert vergleicht. Ein Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 10 wird einem Eingang des Selektors 12 und eines Multiplexers 14 zugeführt. Wenn die Huffman-codierte Sequenz größer ist als der vorbestimmte Wert, erhält der Selektor 12 die Instruktion, das Eingangswort des Huffman-Codierers zu dem Ausgang hindurchzulassen. Sonst wird das Ausgangssignal des Huffman-Codierers 10 zu dem Aus gang des Selektors 12 weiter geleitet. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 3 ist als ein "Huffman-Indikator" in dem Ausgangssignal des Multiplexers 14 enthalten, damit es ermöglicht wird, dass ein Empfänger bestimmt, ob die empfangenen Worte ggf. decodiert werden sollen. Es sei bemerkt, dass die Funktion des Huffman-Codierers 10, der Vergleichsschaltung 3 und des Selektors 12 durch eine einfache Tabelle implementiert werden kann. Diese Tabelle ist nachstehend dargestellt.
Um dem Multiplexer 14 mitzuteilen, wie viel Bits in das Ausgangssignal eingeführt werden sollen, wird die Länge jedes Ausgangswortes auch in der Tabelle gespeichert. Es sei bemerkt, dass in dem vorliegenden Beispiel nur eine Tabelle verwendet wird. Es ist aber möglich, dass die Eigenschaften (Länge und Wahrscheinlichkeiten) aufeinander folgender Eingangsworte wesentlich verschieden sind. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, verschiedene Codierungstabellen für aufeinander folgende Eingangsworte zu verwenden.
Das Ausgangssignal des Multiplexers 14 wird Übertragungsmitteln 16 zugeführt, die vorgesehen sind um das Ausgangssignal des Multiplexers 14über ein Übertragungsmedium 4 zu einem Empfänger 6 zu übertragen. Die Aufgaben der Übertragungsmittel 16 erfordern eine Kanalcodierung und Kanalmodulation.
In dem Empfänger 18 wird das Eingangssignal von Empfangsmitteln 18 verarbeitet. Die von den Empfangsmitteln durchgeführten Vorgänge umfassen Verstärkung, Demodulation und Kanaldecodierung. Der Demultiplexer 20 trennt den "Huffman-Indikator" und das rekonstruierte Ausgangssignal des Selektors 12. Dieses letztere wird einem Eingang eines Huffman-Decoders 22 zugeführt, sowie einem Eingang eines Selektors 24. Das Ausgangssignal des Huffman-Decoders 22 wird einem weiteren Eingang des Selektors 24 zugeführt. Je nach dem Wert des "Huffman-Indikators" wird das (nicht decodierte) Ausgangssignal des Demultiplexers 20 oder das Huffman-decodierte Ausgangssignal des Huffman-Decoders dem Ausgang des Selektors 24 zugeführt.
Der Codierer 5 nach 2 ist vorgesehen zum Vergleichen der Summe der Längen einer Anzahl Huffman-codierter Worte mit einem vorbestimmten Wert. Die kann nützlich sein, wenn eine Anzahl Worte in einem begrenzten Betrag an Raum in einem Frame übertragen werden soll. Durch einen Vergleich der genannten Summe von Längen mit einem vorbestimmten Wert, welche die Summe der Längen der nicht codierten Worte sein kann, ist es möglich, zu entscheiden, ob die Anzahl Worte völlig als Huffman-codierte Worte oder als nicht codierte Worte übertragen wird.
Der Puffer 30 empfängt die Eingangsworte und führt sie einem Eingang eines Puffers 34 zu sowie einem Eingang eines Huffman-Codierers 32. Das Ausgangssignal des Huffman-Codierers 32 wird einem Längenzähler 38 zugeführt, sowie einem Puffer 36. Der Längenzähler 39 zählt die akkumulierte Länge der Huffman-codierten Codeworte über eine bestimmte Anzahl codierter Codeworte. Diese Anzahl kann beispielsweise die Anzahl Codeworte sein, die eine Anzahl Worte sein kann, die in einem Frame übertragen werden sollen.
Wenn die genannte Anzahl Worte codiert worden ist, vergleicht der Längenzähler 38 die akkumulierte Länge mit dem vorbestimmten Wert und entscheidet, ob die Worte in Huffman-codierter Form übertragen werden sollen, oder ob sie in nicht codierter Form übertragen werden sollen. Diese Entscheidung wird dem Selektor 40 sowie dem Multiplexer 42 zugeführt.
Der Selektor bietet in Abhängigkeit von der Entscheidung des Längenzählers 38 den kompletten Satz nicht codierter Worte, die in dem Puffer 34 gespeichert sind oder den kompletten Satz von Huffman-codierten Worten, die in dem Puffer 36 gespeichert sind an dem Ausgang an. Das Ausgangssignal des Selektors 40 wird gemultiplext mit dem Ausgangssignal des Längenzählers 38 zum Erhalten des Ausgangssignals des Codierers 5 gemultiplext. Das Ausgangssignal des Längenzählers 38 ist in dem Ausgangssignal als "Huffman-Indikator" eingeschlossen.
In 4 ist ein Huffman-Baum des Huffman-Codes, wie oben angegeben, dargestellt. Der Huffman-Baum umfasst einen einzigen Ausgangsknotenpunkt A, eine Anzahl Zwischenknotenpunkte B und P und eine Anzahl Endknotenpunkte 0 bis 15. Jeder Knotenpunkt wird in einer Datenstruktur gespeichert, worin der Typ des Knotenpunktes gespeichert ist. Im Falle von Zwischenknotenpunkten sind auch Zeiger zu nachfolgenden Knotenpunkten zusammen mit dem Wert des Bits entsprechend einem Übergang von dem genannten Knotenpunkt zu den genannten nachfolgenden Knotenpunkten. In den Endknotenpunkten ist der Wert des entsprechenden decodierten Wortes gespeichert. Zur Erläuterung des Decodierprozesses wird die Decodierung des Huffman-codierten Wortes "1101100" entsprechend dem Eingangswort "1010" (dezimal 10) erläutert. In der Decodierung wird das Huffman-codierte Wort von links nach rechts verarbeitet.
Am Anfang der Decodierung wird der Prozess beim Knotenpunkt A ausgelöst. Daraufhin wird das erste Bit (in diesem Fall "1") aus dem codierten Wort ausgelesen. Daraufhin wird überprüft, welcher nachfolgende Knotenpunkt dem Wert von "1" des aktuellen Bits entspricht. Aus der in der Datenstruktur, die den Knotenpunkt A darstellt, gespeicherten Information stellt es sich heraus, dass der Knotenpunkt B der nachfolgende Knotenpunkt ist. Der in der Datenstruktur, die den Knotenpunkt A darstellt, gespeicherte Zeiger wird benutzt um die Datenstruktur zu finden zum Darstellen des Knotenpunktes B.
Danach wird der Typ des Knotenpunktes B überprüft, und zwar unter Verwendung der Information, die in der entsprechenden Datenstruktur gespeichert ist. Weil B ein Zwischenknotenpunkt ist wird das nächste Bit (in diesem Fall gleich "1") aus dem codierten Wort ausgelesen. Aus der in der den Knotenpunkt B darstellenden Struktur gefundenen Information stellt es sich heraus, dass der nächste Knotenpunkt, der einem Wert "1" des aktuellen Bits entspricht, der Knotenpunkt D ist.
Auf diese Weise wird der Baum von dem Knotenpunkt A bis zum Knotenpunkt H über die Knotenpunkte B, D, E, F und G durchlaufen. Bei dem Knotenpunkt H wird festgestellt, dass der Knotenpunkt 10 der nächste Knotenpunkt ist, entsprechend dem Endbitwert "0" von der Datenstruktur, die den Knotenpunkt 10 darstellt, stellt es sich heraus, dass der Knotenpunkt 10 ein Endknotenpunkt ist. Folglich wird der Decodierungsprozess beendet und das Ausgangswort "1010", das in der Datenstruktur entsprechend dem Knotenpunkt 10 gespeichert ist, an dem Ausgang angeboten wird.

2

34: Puffer
32: Huffman-Codierer
38: Zähler
42: Multiplexer
40: Selektor

Claims

Übertragungssystem mit einer Übertragungsanordnung (2) mit einem Codierer (5) variabler Länge zum Codieren einer Sequenz von Eingangssymbolen zu einer codierten Sequenz variabler Länge, wobei die Übertragungsanordnung weiterhin einen Sender (16) aufweist zum Senden der genannten codierten Sequenz variabler Länge über ein Übertragungsmedium (4) zu einem Empfänger (6), wobei dieser Empfänger (6) einen Decoder (22) variabler Länge aufweist zum Decodieren der codierten Sequenz variabler Länge zu einer decodierten Sequenz von Symbolen, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsanordnung (2) die Sequenz von Eingangssymbolen zusammen mit einem Indikator, ob die Länge der codierten Sequenz variabler Länge die Länge der Sequenz von Eingangssymbolen übersteigt, zu dem Sender (16) durchlässt, wobei der genannte Indikator angibt, dass statt der entsprechenden codierten Sequenz variabler Länge die Sequenz von Eingangssymbolen übertragen wird, und dass der Empfänger (6) eine empfangene Sequenz von Symbolen nicht codiert zu einem Ausgang (24) durchlässt, wenn der genannte Indikator empfangen wird und sonst die empfangene Sequenz von Symbolen zu einem Eingang des Decoders (22) variabler Länge durchlässt.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Codierer (5) variabler Länge einen Huffman-Codierer aufweist, und dass der Decoder (22) variabler Länge einen Huffman-Decoder aufweist.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der Codierer (5) variabler Länge verschiedene Codierungstabellen für aufeinander folgende Eingangssymbole verwendet.
Übertragungssystem nach Anspruch 3, wobei wenigstens eine Anzahl Eingangssymbole verschiedene Längen haben.
Übertragungsanordnung (2) mit einem Codierer (5) variabler Länge zum Codieren einer Sequenz von Eingangssymbolen zu einer codierten Sequenz variabler Länge, und einem Sender (16) zum Übertragen der genannten codierten Sequenz variabler Länge über ein Übertragungsmedium (4) zu einem Empfänger (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsanordnung (2) die Sequenz von Eingangssymbolen zusammen mit einem Indikator zu dem Sender (16) durchlässt, wenn die Länge der codierten Sequenz variabler Länge die Länge der Sequenz von Eingangssymbolen übersteigt.
Empfänger (6) zum Empfangen einer Sequenz von Symbolen über ein Übertragungsmedium (4) und mit einem Decoder (22) variabler Länge zum Decodieren einer codierten Sequenz variabler Länge zu einer decodierten Sequenz von Symbolen, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (6) die empfangene Sequenz von Symbolen nicht decodiert zu einem Ausgang (24) durchlässt, wenn die genannte empfangene Sequenz einen Indikator aufweist und sonst die empfangene Sequenz von Symbolen zu einem Eingang des Decoders (22) variabler Länge durchlässt.
Codierungsverfahren, wobei dieses Verfahren das Codieren einer Sequenz von Eingangssymbolen zu einer codierten Sequenz variabler Länge umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Durchlassen der Sequenz nicht codierter Eingangssymbole zusammen mit einem Indikator zu einem Ausgang durchlässt, wenn die Länge der codierten Sequenz variabler Länge die Länge der Sequenz von Eingangssymbolen übersteigt.
Decodierungsverfahren, wobei dieses Verfahren das Decodieren einer codierten Sequenz variabler Länge zu einer decodierten Sequenz von Symbolen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Durchlassen einer empfangenen nicht decodierten Sequenz von Symbolen zu einem Ausgang umfasst, wenn die genannte empfangene Sequenz einen Indikator aufweist und sonst das Decodieren der empfangenen Sequenz von Symbolen.
Signal mit codierten Symbolen variabler Länge, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal einen Indikator aufweist, der angibt, ob die Symbole variabler Länge codiert oder ob sie nicht codiert sind.