编码器设备、解码器设备和方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及用于对接收到的数据进行编码W产生相应编码数据的编码器设备。此 夕F，本公开还设及用于对数据进行编码W产生相应编码数据的方法。此外，本公开设及用于 对接收到的编码数据进行解码W产生相应解码数据的解码器设备。此外，本公开设及用于 对编码数据进行解码W产生相应解码数据的方法。本公开还设及包括一个或多个上述编码 器设备与一个或多个上述解码器设备的组合的编解码器。此外，本公开设及记录在非瞬态 (非瞬时）机器可读数据存储介质上的软件产品，其中该软件产品可在计算硬件上执行W 执行上述方法。英国专利申请GB1303658. 7的公开内容通过全文引用合并于此。
【背景技术】
[0002] -般而言，当前的数据通信网络和数据处理设备需要处理越来越大量的数据。运 种数据处理相应地需要更大的数据通信带宽和/或更大的数据存储容量。提供运样的带宽 和/或存储容量的成本是很高的。因此，在进行数据通信和/或存储时对数据进行压缩将 具有可观的益处。
[0003] 当前，信息通常表示为数据的形式，例如音频、图像、视频、图表、ECG、地震数据、测 量数据、数字、Excel表单、字符、文本、新闻、ASCII字符、化icode字符、二进制数据、广告、 多维数据等。此外，运些数据可W表达为不同格式，例如比特、字节、字、字符、数字、图片，等 等。此外，可W采用近几十年间开发的多种不同编码方法对当前的信息进行编码。如上所 述，信息的存储和/或传输常常是必要的，因此，将信息表达为尽可能小量（例如，就W比特 为单位的数据大小而言）的编码数据（例如，赌编码数据和附加信息）将会是有益的。
[0004]在考虑数据编码方法时，将每条信息视为一个元素或符号是很方便的。将多条 信息运样表示为元素或符号允许例如使用化annon赌计算方法（见参考文献巧]、[3]和
[4] )来计算信息的赌。可W在多种不同算法（例如赌编码算法和/或赌修正（entropy modifynig)算法）之前或之后，针对多种不同符号表示来执行运种计算。例如，可W使用多 种赌编码方法来对单个符号进行赌编码。此外，还可W将符号从一种形式转换为另一种形 式，例如，数字可W转换为文本，文本可W转换为字，比特可W转换为字节。
[0005] 单个符号的示例包括例如比特值（1、6、8、10、……比特）、字节值（8比特）、字值 (16、32、64、128、……比特）、（ASCII、Unicode、中文、阿拉伯……）字符、二进制位置标记 (W2为基）、八进制（W8为基）标记、十进制（W10为基）标记、十六进制（W16为基） 标记、或罗马数字标记。可选地，数字符号可W具有小数点，即分数或实数值，或具有非小数 形式（自然数或整数值）。此外，可选地，符号可W包括图片、数据或数据库元素，等等。另 夕F，数字和字符还可W表示为基于单个数字或字符（例如ASCII)的符号，或表示为例如数 值、字或句的多个ASCII符号的组合。
[0006] 如上所述，符号表示允许执行信息的赌的计算。此外，可W通过使用不同符号表示 来计算同一条给定信息的赌，从而产生不同的赌结果，例如，采用不同符号集合来表示信息 可能使得由集合中一个或多个符号表示的信息具有不同的赌。而且，根据需要，不同符号的 赌编码可W差异很大。上述信息的一些表示适于被赌编码为非常接近它们的理想赌（例如 利用算术编码器或行程编码器得到的赌），而一些表示则需要更多的附加信息W实现成功 的赌编码，例如字或数据库元素所遇到的情况。
[0007] 上面提到的附加信息需要从给定编码器W运样或那样的方式传递到对应解码器， W使得能够实现编码数据的唯一解码。另外，当一些附加信息在给定编码器和给定解码器 处均已知时，运也是有益的，运样，运些信息就完全不需要传递，或例如通过使用标识一个 或多个表的一个或多个索引而W很小的格式来传递。
[0008] 换言之，W相应编码数据传递上述信息的方式在编码数据所实现的数据压缩度方 面的差别很大，可能的替代方案是，例如，将整个原始信息本身W原始符号的形式、W压缩 形式的符号、或W可用信息替代的选择索引的形式来发送。此外，整个被传递的信息或其部 分可W被重用，运也为压缩信息、相应数据或相应编码数据在更大程度上创造了多种可选 项。
[0009] 特别地，当表示信息的原始数据量增加时，在传送该信息时，常常没有可供选择的 合适静态表或数据库。但是，在与编码形式的信息传送相关联地传递一个或多个表之后，对 于例如编码方法参考了所述表的后来传送的其他信息而言，就可能存在一些可再用的表。 还可W理解，要压缩的信息可能是较大信息体的一部分，例如，一条信息可能是全部或部分 数据的分析结果、一个或多个数据块的方法参数，等等，例如多级方法的层级、数据库引用、 原始数据的一部分（例如视频的R0I、帖片、图像）。
[0010] 当要传送大量数据时，数据的赌占据大部分要传递的数据量。类似地，当仅要传递 较少数量的数据时，附加信息通常在很大程度上成为被传递数据的主要部分，换言之，附加 信息可能占据可观的数据开销。因此，需要优化W最小化赌编码数据和附加数据的总和，如 下所说明的那样，根据本公开的连续统运算器（Continuum化erator)是非常出色的优化工 具。
[0011] 当前存在很多种不同数据压缩方法可用于压缩数据。一些压缩方法是专用于一 些特定种类的数据的，例如JPEG/PNG用于压缩图像、AAC/MP3用于压缩音频、PNG/GIF用于 压缩图表、肥VC/VP9用于压缩视频，等等。一些方法更为折中，例如BZip、7Zip、RLE、SRLE、 化C、行程编码、算术编码等。此外，还有一些方法可用于修正比特数据的赌（例如：英国专 利申请GB1303658. 7中描述的在赌修正器（EM)中采用的方法），并且还有一些方法可W 修正并非W各个比特位表示的符号数据的赌，例如在英国专利申请GB1303661. 1中描述的 DPCM、Delta编码和ODelta编码，W及在英国专利申请GB1303660. 3中描述的RLE和SRLE。 尽管参考文献巧]、[3]和[4]中描述的Shannon赌是公知的，但其并未在当前的压缩方法 中被广泛适当地使用。可W使用W下公式1来计算化annon赌：
[001引其中：
[0014]n是不同符号的数量；W及
[0015] P(Xi)是由i索引的符号的概率。
[0016] 通常将赌乘W所有符号的数量W使其值与其他计算得到的赌值更加有可比性。也 可W通过将该可比赌值除W值l〇g(2)来改变该可比赌值，W估计所使用的比特。
[0017] 与赌不同的是，在有损编码中常常使用率失真（RD)优化来选择最佳压缩方法或 方法组合。在无损编码中，赌本身可用于选择方法或算法，因为在无损编码中，没有RD优化 所基于的失真，因此与附加信息一起，仅通过赌即可方便地估计率本身。
[0018] 与上述信息相对应的数据的交织也是已知的现有技术方法。例如，给定图像中如 参考文献[11]中描述的表示为RGB的像素颜色值可W表示为平面形式（RRRR. . .，GGGG...， BBBB...)或交织形式（RGB,RGB,RGB,RGB,...)。
[0019] 在英国专利申请GB2301252(见参考文献[10])中，描述了一种对数据中存在的比 特进行编码的已知方法。该已知方法采用多个不同长度剩余符号，但是W严格定义的方式 逐个使用该多个不同剩余符号，它们表示不同的比特动态，并且该已知方法仅适用于比特 符号。但是，单独或W已知组合来使用任何已知方法不足W解决与数据压缩有关的=个主 要问题中的任何一个。所有上述方法及其组合都有很多缺点。
[0020] 在对信息编码（例如压缩）时，出现S个主要问题：
[0021] 1)第一个问题设及在压缩信息时要使用的符号的最适当形式的选择方式；
[0022] 2)第二个问题设及最有效地减小结果中相似符号的方式；W及
[0023] 3)第=个问题设及最有效地减小编码数据和附加信息的数据大小（例如将其最 小化）但仍使得能够（例如在解码器中解压缩时）解码出唯一数据的方式。
【发明内容】
[0024] 本公开意在提供对表示信息的数据进行编码W产生相应编码数据的改进方法。
[00巧]此外，本公开还意在提供对表示信息的数据进行编码W产生相应编码数据的改进 编码器。
[0026] 此外，本公开意在提供对例如由上述改进的数据编码方法产生的编码数据进行解 码的改进方法。
[0027] 此外，本公开意在提供对例如由上述改进的编码器产生的编码数据进行解码的改 进解码器。
[0028] 根据第一方面，提供了一种编码器，用于对提供到该编码器的数据值1)编码W产 生相应编码数据值2)，其中编码器包括数据处理装置（20)，用于将一个或多个编码过程应 用于数据值1)W产生编码数据值2)，其特征在于：
[0029] (a)数据处理装置（20)可操作用于，如果该数据值1)不是W数值符号表示的，贝U 至少部分地W数值符号的集合表示该数据值1);
[0030] 化）数据处理装置（20)可操作用于产生中间数据（40)，其中W原始值表示数值符 号，W修正值表示至少一个符号，该修正值具有由连续统运算器产生的一个或多个连续统 符号，其中该一个或多个连续统符号修正前面的符号值W适应扩展符号范围；W及
[0031] (C)数据处理装置（20)可操作用于处理中间数据（40)W产生编码数据值2)。
[0032] 本发明的优势包括编码器添加的一个或多个连续统符号的组合能够提供相比于 要编码的数据值1)具有更高数据压缩度的编码数据值2)。
[0033] 可选地，在编码器中，数据处理装置可操作用于基于计算出的符号在多个部分或 片段中的出现概率及其压缩效率，将数据值1)分割为所述多个部分或片段。
[0034] 可选地，在编码器中，使用连续统运算器产生中间数据（40)，W通过一种或多种变 换方法和/或通过一个或多个转换表（LUT)来变换数据值I)中的符号。可选地，在编码器 中，通过多个数据流提供编码数据值2)，其中至少一个流传递指示所述一个或多个转换表 (LUT)和/或一种或多种变换方法的信息。可选地，在编码器中，指示所述一个或多个转换 表（LUT)的信息参考在传递编码数据值2)之前传递的一个或多个转换表（LUT)和/或能 够从编码器的备选源得到指示所述一个或多个转换表（LUT)的信息。
[0035] 可选地，编码器可操作用于处理的数据值1)包括W下中的至少一种：捕获音频信 号、捕获视频信号、捕获图像、文本数据、地震数据、传感器信号、模数（ADC)转换数据、生物 信号数据、日历数据、经济数据、数学数据、二进制数据。
[0036] 可选地，在编码器中，数据处理装置可操作用于通过采用W下中的至少一种对中 间数据（40)编码W产生编码数据值。：赌修正、赌修正（EM)编码、ODelta编码、RLE、SRLE、 算术编码、行程编码、VLC。
[0037] 根据第二方面，提供了一种编码器中的方法，该编码器用于对提供到该编码器的 数据值1)编码W产生相应编码数据值2)，其中编码器包括数据处理装置，用于将一个或多 个编码过程应用于数据值1)W产生编码数据值2)，其特征在于，该方法包括：
[0038] (a)使用数据处理装置（20)在该数据值1)不是W数值符号表示的情况下，至少部 分地W数值符号的集合表示该数据值1);
[003引 化）使用数据处理装置（20)产生中间数据（40)，其中W原始值表示数值符号，W 修正值表示至少一个符号，该修正值具有由连续统运算器产生的一个或多个连续统符号， 其中该一个或多个连续统符号修正前面的符号值W适应扩展符号范围；W及
[0040] (C)使用数据处理装置（20)处理中间数据（40)W产生编码数据值2)。
[0041] 可选地，该方法包括使用数据处理装置基于计算出的符号在多个部分或片段中的 出现概率及其压缩效率，将数据值1)分割为所述多个部分或片段。
[0042] 可选地，该方法包括针对数据值1)中的符号，使用连续统运算器产生中间数据 (40)，所述中间数据是通过由一个或多个转换表（LUT)和/或一种或多种变换方法限定的 一次或多次变换和或转换，对所述符号进行变换而产生的。可选地，该方法包括通过多个数 据流提供编码数据值2)，其中至少一个流传递指示所述一个或多个转换表（LUT)和/或一 种或多种变换方法的信息。可选地，在该方法中，指示所述一个或多个转换表（LUT)的信息 参考在传递编码数据值2)之前传递的一个或多个转换表（LUT)和/或能够从编码器的备 选源得到指示所述一个或多个转换表（LUT)的信息。