Параллельная реализация метода естественных соседей

Существует широкий круг задач механики жидкости, требующих для своего решения вычислительных ресурсов, значительно больших, чем может предоставить персональный компьютер. Многим из этих задач необходимо не только высокое быстродействие, но также обработка и хранение большого объема информации, что предъявляет повышенные требования к оперативной памяти. Использование для решения таких задач высокопроизводительных систем и систем с параллельной архитектурой значительно расширяет возможности исследователей, занимающихся компьютерным моделированием сложных физических процессов. Решение задачи в параллельном режиме требует правильного выбора модели распараллеливания программного кода, тесно связанной с аппаратными и системными средствами параллельной обработки данных. В настоящей работе рассматривается ряд вопросов по моделированию задач вязкой и идеальной жидкости методами естественных соседей (Natural element method) на многопроцессорных вычислительных системах с распределенной памятью. Обсуждаются методы блочной декомпозиции матрицы системы, способы распределения данных по процессорам, а также особенности параллельной реализации численных методов, применяемых для решения подзадач. На примере задачи о колебаниях жидкости в бассейне исследуется производительность программного кода в зависимости от размера задачи и числа процессоров. 1. Метод естественных соседей и его распараллеливание Метод естественных соседей (Natural element method, NEM) предложен Л. Траверсони в 1994 г. для решения задач теории упругости. Данный метод представляет собой разновидность бессеточного метода Галеркина. При формировании дискретной системы © Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук, 2008. 56 Параллельная реализация метода естественных соседей… 57 уравнений используется метод взвешенных невязок. Для интерполяции значений неизвестных используются функции формы Сибсона и Лапласа, основанные на диаграммах Вороного первого и второго порядков. В работе метод естественных соседей адаптирован для решения задач идеальной (NEM) и вязкой (General NEM) несжимаемой жидкостей с большими деформациями расчетной области. Течения вязкой и идельной несжимаемой жидкости описываются системами уравнений Навье — Стокса (1) и Эйлера (2) соответственно, а также уравнением неразрывности (3): Du 2„- — Vp + pX/zu + pF; (1) (2) (3) Dt p- = — Vp + pF-Vw = 0. РВ случае идеальной жидкости на твердых границах задается условие непротекания йп = 0, на свободных — р = patm; для вязкой жидкости условие непротекания заменяется условием прилипания и = 0, а на свободных границах задаются плотности поверхностных сил рп = t^Uj — рщ = ani. Здесь n^, rij — компоненты вектора внешней нормали к твердой границе; т^- — тензор вязких напряжений; / = (/ь/г) — вектор внешних сил; р — плотность жидкости. На рисунке приведена блок-схема метода GNEM. Для решения системы уравнений (1), (3) и (2), (3) используется метод дробных шагов. После ввода начальных данных строится диаграмма Вороного и определяются границы расчетной области (шаг 2). Затем вычисляется предиктор скорости u* = (u*,v*) (шаг 3), из решения уравнения Пуассона вычисляется давление, которое используется для определения гидродинамических нагрузок (шаг 4), и определяются компоненты вектора скорости и, v на текущем временном слое (шаг 5). Шаг 6 — стабилизация функции давления методом конечных приращений — выполняется в методе GNEM для моделирования вязких течений. При переходе к дискретной форме уравнений (шаги 3-6) формируются системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), которые решаются методом сопряженных градиентов. Для исследования производительности приведенного алгоритма методов NEM и GNEM рассматривалась задача о колебаниях жидкости в прямоугольном бассейне. В табл. 1 приведены временные затраты на выполнение основных операций. На одном шаге по времени формируется несколько однотипных блоков, которые включают численное интегрирование, сбор матрицы, внедрение граничных условий, решение полученной СЛАУ. В рамках модели вязкой жидкости число таких блоков равно семи, в случае идеальной — трем. В табл. 1 приводится суммарное время реализации блоков Input x(0), u(0),v(0) щCalculate Voronoi, a-shape re- 5»Calculate predictor u*, v* ft Calculatepressure /1 — P [4 |t = t + dt| ¦ calculate load . PsP7«Ј Stabilize pressure \6«Ј Calculate velocity stop с 5 Блок-схема расчета одного шага по времени методом естественных соседей 58 , Таблица 1. Временные затраты на реализацию блоков последовательной программы, с. Число узлов, NДискретизация областиСбор матрицы (вязк./идеал.)Внедрение граничных условий (вязк./идеал.)Решение СЛАУ (вязк./идеал.) 12000.051.21 / 0.510.15 / 0.061.08 / 0.40 29300.174.74 / 1.860.56 / 0.235.77 / 2.43 41200.317.39 / 3.122.24 / 0.9910.25 / 4.29 62080.7620.01 / 8.824.55 / 2.0146.24 / 19.96 одного временного шага. Из данных табл. 1 видно, что при увеличении числа расчетных узлов в области процентное соотношение времени сбора матрицы к общему времени одного временного шага уменьшается с 48 до 28 %, а соотношение времени решения СЛАУ увеличивается с 43 до 65 %. Внедрение граничных условий занимает 5-12 %, а дискретизация области (построение диаграммы Вороного и определение границ) — 1-2 %. Параллельная программа представляет собой систему процессов, взаимодействующих посредством передачи сообщений (Message Passing Interface, MPI) . В рамках данной модели для создания эффективного приложения необходимо снижать долю последовательных вычислений и минимизировать пересылки данных между процессорами. Подход к распараллеливанию NEM и GNEM основан на декомпозиции матрицы СЛАУ на блоки, число которых равняется числу процессоров, расчете каждым процессором своего блока, обмене данными между процессорами на каждом шаге по времени. В результате достигается равномерная загрузка данными и вычислительными операциями каждого процессора. Дополнительным преимуществом подобной декомпозиции является значительная экономия оперативной памяти: при построении СЛАУ выделяется матрица размером N х N/np, где пр — число узлов кластера. Вычисление нового положения узлов осуществляется каждым процессором в пределах своей подобласти. Затем производится обмен векторов координат расчетных узлов для синхронизации данных. Одним из трудоемких шагов в NEM и GNEM является вычисление функций формы Сибсона и Лапласа и построение СЛАУ. Матрицы и векторы правой части формируются в результате численного интегрирования уравнений (1), (3) для задач вязкой и (1), (2) для задач идеальной жидкостей. После декомпозиции области операции по вычислению интегралов осуществляются только над теми узлами, которые хранятся на данном процессоре. Каждая результирующая строка матрицы строится независимо от других, при этом полностью отсутствуют коммуникационные операции. Таким образом, степень параллелизма данного участка алгоритма является максимальной. 2. Решение СЛАУ Важное значение имеют распределение данных по процессорам, синхронизация вычислений и маршрутизация данных, неудачная организация которых приводит к неверному счету или большим задержкам, связанным с ожиданием и пересылкой данных и бездействием процессоров. Дополнительно организация данных на каждом процессоре должна соответствовать схеме алгоритма численного метода, применяемого для решения СЛАУ Полученная система линейных алгебраических уравнений решается методом сопряженных градиентов (МСГ) . Распараллеливание МСГ осуществляется следующим Параллельная реализация метода естественных соседей… 59 образом. Используется одномерная декомпозиция по столбцам, т. е. каждому процессору выделяется определенное число столбцов, для которых он будет производить вычисления. Алгоритм метода состоит из операций умножения матрицы на вектор и вычисления скалярных произведений, которые достаточно легко распараллеливаются. Структура массивов на каждом процессоре без труда позволяет организовать вычисления так, что обмен требуется лишь для пересылки вектора неизвестных на каждой итерации. 3. Тестирование Для количественной оценки эффективности распараллеливания используются следующие характеристики. 1. . Ускорение Sp = Т\/Тр, где Т\ — время выполнения программы на одном процессоре, Тр — время выполнения программы в системе из р процессоров. 2. . Эффективность Ер = Sp/p . Для определения эффективности и ускорения реализованного параллельного алгоритма метода естественных соседей проведена серия расчетов на учебном кластере кафедры ЮНЕСКО по НИТ Кемеровского государственного университета и СКИФ Таблица 2. Характеристики используемого кластера ХарактеристикаКластер кафедры ЮНЕСКО по НИТСКИФ Cyberia, ТГУ Процессорная архитектурах86×86 с поддержкой 64 Кол-во узлов / проц.8/8286 / 566 (1132 ядра) ПроцессорPentium III, 1 ГГцIntel Xeon 5150, 2.66 ГГц Суммарный объем ОЗУ2 Гб1136 Гб Суммарный объем ПЗУ160 Гб22 Тб Коммуникационная сетьFast EthernetInfiniBand Операционная системаRed Hat Linux 9.0SUSE Enterprise Server 10.0 КомпиляторFortran Intel 9.0 + MPI 2Fortran Intel 9.1 + MPI 2 Таблица З. Ускорение и эффективность на кластере КемГУ УскорениеЭффективность пр248248 Nвязкидвязкидвязкидвязкидвязкидвязкид 12000.530.750.440.630.380.540.260.370.110.150.040.06 41200.861.090.861.090.851.070.430.540.210.270.10.13 62081.651.961.722.051.72.070.820.980.430.510.210.25 Таблица 4. Ускорение на кластере СКИФ Cyberia пр2481632128 Nвязкидвязкидвязкидвязкидвязкидвязкид 12001.151.141.181.171.171.161.161.151.141.130.980.97 41201.361.341.431.41.611.571.691.631.651.611.661.61 62081.371.351.481.451.71.651.871.831.761.71.821.7 10 1601.441.421.551.511.991.922.212.122.312.212.292.2 60 , Таблица 5. Эффективность на кластере СКИФ Cyberia пр2481632128 Nвязкидвязкидвязкидвязкидвязкидвязкид 12000.570.570.290.290.140.140.070.070.030.030.0070.007 41200.680.670.350.350.020.190.10.10.050.050.0130.012 62080.680.670.370.360.210.20.120.110.060.050.0140.013 10 1600.720.710.380.370.250.240.140.130.070.070.0170.017 Cyberia Томского государственного униве ситета. В табл. 2 приведены основные характеристики указанных кластеров. В табл. 3 приведены значения ускорения и эффективности параллельного алгоритма, полученные на кластере КемГУ. В табл. 4 и 5 приведены значения ускорения и эффективности параллельного алгоритма для различного числа процессоров на кластере СКИФ Cyberia при решении одного шага по времени в задачах о колебании вязкой и идеальной несжимаемой жидкостей в бассейне. Заключение Проведено тестирование программного кода и его составных частей на многопроцессорных вычислительных системах. Вследствие разделения ресурсов переход от однопроцессорной конфигурации к многопроцессорной системе из пр процессоров не приводит к сокращению времени счета в пр раз. С ростом числа процессоров эффективность уменьшается. В результате тестирования параллельного алгоритма установлено, что наилучшее значение ускорения достигается в тех случаях, когда на каждом узле кластера хранится не менее 2500-3000 расчетных узлов. Данная зависимость объясняется особенностью МСГ, который занимает до 65 % процессорного времени: при малом числе расчетных узлов на каждом процессоре пересылка данных занимает гораздо большее время, чем непосредственные вычисления с ними. Распараллеливание алгоритма методов NEM и GNEM позволяет проводить расчеты для большого числа узлов за счет разделяемой памяти. Sukumar N., Moran В., Belytschko T. The natural element method in solid mechanics // Intern. J. Num. Methods Eng. 1998. Vol. 43, N 5. P. 839-887. , , , Метод естественных соседей на основе интерполяции Сибсона // Вест. Том. гос. ун-та. 2006. № 19. С. 210-219. Многопроцессорные вычислительные системы и параллельное программирование / , СВ. Стуколов, , . Кемерово: Кузбассвуз-издат, 2003. Saad Y. A basic tool kit for sparse matrix computation // Tech. Rep. CSRD TR 1029, CSRD, Univ. of Illinois, Urbana, IL., 1990.

Способ аутентификации электронного изображения jpeg

Изобретение относится к области электросвязи и информационных технологий, а именно к технике защиты подлинности электронных изображений. Техническим результатом заявляемых решений является повышение устойчивости аутентифицированного электронного изображения JPEG к воздействию ошибок канала передачи. Технический результат достигается тем, что разделяют электронное изображение JPEG на блоки пикселов, выполняют вейвлет преобразование блоков электронного изображения (БЭИ) JPEG, коэффициенты вейвлет преобразования квантуют и преобразуют их в упорядоченные двоичные последовательности (УДП), вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака (ЦВЗ) БЭИ JPEG с использованием секретного ключа, аутентифицируют БЭИ JPEG, для чего разделяют двоичную последовательность ЦВЗ БЭИ JPEG на ее первую и вторую подпоследовательности и встраивают в УДП, которые кодируют с использованием арифметического кодирования, действия по аутентификации у отправителя БЭИ JPEG повторяют до завершения их поступления, передают аутентифицированное электронное изображение JPEG получателю и проверяют подлинность принятого электронного изображения JPEG с использованием секретного ключа. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Способ аутентификации электронного изображения JPEG, заключающийся в том, что для отправителя и получателя предварительно формируют двоичную последовательность секретного ключа и криптографическую функцию, у отправителя разделяют электронное изображение JPEG на М≥2 блоков каждый размером n1×n2 пикселов, где n1≥2 и n2≥2, над каждым m-м, где m=1, 2, …, М, блоком электронного изображения JPEG выполняют вейвлет преобразование, полученные в результате преобразования вейвлет коэффициенты квантуют и преобразуют в двоичные последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG, которые преобразуют в N≥2 упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG, вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и двоичной последовательности секретного ключа, аутентифицируют m-й блок электронного изображения JPEG, для чего встраивают двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG в упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов этого блока, а полученные упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов с встроенной двоичной последовательностью цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG кодируют с использованием арифметического кодирования в кодированные последовательности этого блока, причем действия по аутентификации у отправителя блоков электронного изображения JPEG повторяют до завершения их поступления, передают аутентифицированное электронное изображение JPEG получателю, где проверяют подлинность принятого получателем электронного изображения JPEG, для чего разделяют двоичную последовательность принятого получателем электронного изображения JPEG на двоичные последовательности его принятых блоков, которые разделяют на кодированные последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG, декодируют их и выделяют N упорядоченных двоичных последовательностей вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG, выделяют из упорядоченной двоичной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG двоичную последовательность цифрового водяного знака этого блока и запоминают ее, вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и двоичной последовательности секретного ключа и сравнивают ее с ранее вычисленной и запомненной двоичной последовательностью цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG, а по результатам сравнения принимают решение о подлинности принятого блока электронного изображения JPEG, повторяют действия по проверке подлинности принятых блоков электронного изображения JPEG до завершения их приема, принятое электронное изображение JPEG считают подлинным, если подлинными оказываются М принятых блоков электронного изображения JPEG, отличающийся тем, что предварительно задают допустимую вероятность Pдоп принятия подлинным m-го принятого блока электронного изображения JPEG, являющегося неподлинным, вычисленную у отправителя из k-й, где k=1, 2, …, K, a 1≤K≤N, упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции формирования имитовставки и двоичной последовательности секретного ключа k-ю двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG разделяют на ее первую и вторую подпоследовательности и встраивают в (k+1)-ю упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов этого же блока электронного изображения JPEG, а у получателя с помощью предварительно сформированных криптографической функции формирования имитовставки и двоичной последовательности секретного ключа из k-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют k-ю двоичную последовательность его цифрового водяного знака, разделяют ее на первую и вторую подпоследовательности и запоминают их, выделяют из (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG вторую подпоследовательность k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака этого блока, и побитно сравнивают ее с запомненной второй подпоследовательностью k-й вычисленной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG, и запоминают число Zk несовпадающих битов для всех K сравниваемых подпоследовательностей этого блока, а принятый m-й блок электронного изображения JPEG считают подлинным, если число Zk несовпадающих битов не превышает вычисленного для него значения максимально допустимого числа несовпадений Zдоп.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для встраивания k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG в (k+1)-ю упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов этого же блока электронного изображения JPEG, если очередной бит ее первой подпоследовательности имеет единичное значение, то после очередного бита (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG записывают значение очередного бита второй подпоследовательности k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG и так до окончания первой подпоследовательности k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG или (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выделения из (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака этого же блока электронного изображения JPEG, если очередной бит первой подпоследовательности k-й вычисленной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG имеет единичное значение, то следующий бит за очередным битом (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG удаляют из этой упорядоченной двоичной последовательности и считывают во вторую подпоследовательность k-й выделенной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG и так до окончания первой подпоследовательности k-й вычисленной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG или (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение максимально допустимого числа несовпадений Zдоп m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют из условия где L1k — число использованных битов первой подпоследовательности k-й вычисленной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG, a L2k — число считанных битов второй подпоследовательности k-й выделенной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG.

5. Способ аутентификации электронного изображения JPEG, заключающийся в том, что для отправителя и получателя предварительно формируют двоичную последовательность секретного ключа и криптографическую функцию, у отправителя разделяют электронное изображение JPEG на M≥2 блоков каждый размером n1×n2 пикселов, где n1≥2 и n2≥2, над каждым m-м, где m=1, 2, …, М, блоком электронного изображения JPEG выполняют вейвлет преобразование, полученные в результате преобразования вейвлет коэффициенты квантуют и преобразуют в двоичные последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG, которые преобразуют в N≥2 упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG, вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и двоичной последовательности секретного ключа, аутентифицируют m-й блок электронного изображения JPEG, для чего встраивают двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG в упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов этого блока, а полученные упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов с встроенной двоичной последовательностью цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG кодируют с использованием арифметического кодирования в кодированные последовательности этого блока, причем действия по аутентификации у отправителя блоков электронного изображения JPEG повторяют до завершения их поступления, передают аутентифицированное электронное изображение JPEG получателю, где проверяют подлинность принятого получателем электронного изображения JPEG, для чего разделяют двоичную последовательность принятого получателем электронного изображения JPEG на двоичные последовательности его принятых блоков, которые разделяют на кодированные последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG, декодируют их и выделяют N упорядоченных двоичных последовательностей вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения БЭИ JPEG, выделяют из упорядоченной двоичной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG двоичную последовательность цифрового водяного знака этого блока и запоминают ее, вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и двоичной последовательности секретного ключа, и сравнивают ее с ранее вычисленной и запомненной двоичной последовательностью цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG, а по результатам сравнения принимают решение о подлинности принятого блока электронного изображения JPEG, повторяют действия по проверке подлинности принятых блоков электронного изображения JPEG до завершения их приема, принятое электронное изображение JPEG считают подлинным, если подлинными оказываются М принятых блоков электронного изображения JPEG, отличающийся тем, что предварительно формируют двоичную последовательность секретного ключа аутентификации и двоичную последовательность секретного ключа встраивания и разделяют ее на K частей, где 1≤K≤N, предварительно задают допустимую вероятность Pдоп принятия подлинным m-го принятого блока электронного изображения JPEG, являющегося неподлинным, вычисленную у отправителя из k-й, где k=1, 2, …, K, упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции формирования имитовставки и двоичной последовательности секретного ключа аутентификации k-ю двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG встраивают в (k+1)-ю упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов этого же блока электронного изображения JPEG с помощью k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания, а у получателя с помощью предварительно сформированных криптографической функции формирования имитовставки и двоичной последовательности секретного ключа аутентификации из k-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют k-ю двоичную последовательность его цифрового водяного знака и запоминают ее, выделяют из (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG с помощью k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания k-ю двоичную последовательность цифрового водяного знака этого блока и побитно сравнивают ее с запомненной k-й вычисленной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG и запоминают число Zk несовпадающих битов для всех K сравниваемых последовательностей этого блока, а принятый m-й блок электронного изображения JPEG считают подлинным, если число Zk несовпадающих битов не превышает вычисленного для него значения максимально допустимого числа несовпадений Zдоп.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что для встраивания k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG в (k+1)-ю упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов этого же блока электронного изображения JPEG с помощью k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания, если очередной бит k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания имеет единичное значение, то после очередного бита (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG записывают значение очередного бита k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG и так до окончания k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания или (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что для выделения из (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG с помощью k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания k-й двоичной последовательности его цифрового водяного знака, если очередной бит k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания имеет единичное значение, то следующий бит за очередным битом (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG удаляют из этой упорядоченной двоичной последовательности и считывают в k-ю выделенную двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG и так до окончания k-й части предварительно сформированной двоичной последовательности секретного ключа встраивания или (k+1)-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что значение максимально допустимого числа несовпадений Zдоп m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют из условия где Lk — число считанных битов k-й выделенной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG.

9. Способ аутентификации электронного изображения JPEG, заключающийся в том, что для отправителя и получателя предварительно формируют двоичную последовательность секретного ключа и криптографическую функцию, у отправителя разделяют электронное изображение JPEG на М≥2 блоков каждый размером n1×n2 пикселов, где n1≥2 и n2≥2, над каждым m-м, где m=1, 2, …, М, блоком электронного изображения JPEG выполняют вейвлет преобразование, полученные в результате преобразования вейвлет коэффициенты квантуют и преобразуют в двоичные последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG, которые преобразуют в N≥2 упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG, вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и двоичной последовательности секретного ключа, аутентифицируют m-й блок электронного изображения JPEG, для чего встраивают двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG, упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов кодируют с использованием арифметического кодирования в кодированные последовательности этого блока, включающие их маркеры, причем действия по аутентификации у отправителя блоков электронного изображения JPEG повторяют до завершения их поступления, передают аутентифицированное электронное изображение JPEG получателю, где проверяют подлинность принятого получателем электронного изображения JPEG, для чего разделяют двоичную последовательность принятого получателем электронного изображения JPEG на двоичные последовательности его принятых блоков, которые разделяют на кодированные последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG, декодируют их и выделяют N упорядоченных двоичных последовательностей вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения БЭИ JPEG, выделяют двоичную последовательность цифрового водяного знака этого блока и запоминают ее, вычисляют двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и двоичной последовательности секретного ключа и сравнивают ее с ранее вычисленной и запомненной двоичной последовательностью цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG, а по результатам сравнения принимают решение о подлинности принятого блока электронного изображения JPEG, повторяют действия по проверке подлинности принятых блоков электронного изображения JPEG до завершения их приема, принятое электронное изображение JPEG считают подлинным, если подлинными оказываются М принятых блоков электронного изображения JPEG, отличающийся тем, что предварительно задают допустимую вероятность Pдоп принятия подлинным m-го принятого блока электронного изображения JPEG, являющегося неподлинным, вычисляют у отправителя из k-й, где k=1, 2, …, K, a 1≤K≤N, упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции формирования имитовставки и двоичной последовательности секретного ключа k-ю двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG, k-ю упорядоченную двоичную последовательность вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения JPEG кодируют с использованием арифметического кодирования, вычисляют длину R1k неиспользуемой части маркера k-й кодированной последовательности m-го блока электронного изображения JPEG, встраивают в неиспользуемую часть маркера k-й кодированной последовательности m-го блока электронного изображения JPEG R1k бит k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG, а у получателя с помощью предварительно сформированных криптографической функции формирования имитовставки и двоичной последовательности секретного ключа из k-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют k-ю двоичную последовательность его цифрового водяного знака и запоминают ее, вычисляют длину R2k неиспользуемой части маркера k-й кодированной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG, выделяют из неиспользуемой части маркера k-й кодированной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG встроенные R2k бит k-й двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG и побитно сравнивают их с R2k битами запомненной k-й вычисленной двоичной последовательности цифрового водяного знака m-го принятого блока электронного изображения JPEG и запоминают число Zk несовпадающих битов для всех K сравниваемых последовательностей этого блока, а принятый m-й блок электронного изображения JPEG считают подлинным, если число Zk несовпадающих битов не превышает вычисленного для него значения максимально допустимого числа несовпадений Zдоп.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что значение максимально допустимого числа несовпадений Z m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют из условия

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что длину R1k неиспользуемой части маркера k-й кодированной последовательности m-го блока электронного изображения JPEG вычисляют из условия j=1, 2, …, Y1k, где D — длина в битах маркера этой последовательности, Y1k — длина k-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го блока электронного изображения БЭИ JPEG, a p1j,k — вероятность нулевого значения j-го бита этой последовательности.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что длину R2k неиспользуемой части маркера k-й кодированной последовательности m-го принятого блока электронного изображения JPEG вычисляют из условия j=1, 2, …, Y2k, где D — длина в битах маркера этой последовательности, Y2k — длина k-й упорядоченной двоичной последовательности вейвлет коэффициентов m-го принятого блока электронного изображения БЭИ JPEG, a p2j,k — вероятность нулевого значения j-го бита этой последовательности.

Заявленные технические решения объединены единым изобретательским замыслом и относятся к области электросвязи и информационных технологий, а именно к технике защиты подлинности электронных изображений (ЭИ) JPEG, сжимаемых алгоритмами сжатия ЭИ, такими как JPEG2000, Н.264 и т.п., передаваемых отправителем получателю по общедоступным каналам передачи, в которых нарушитель может осуществлять действия по навязыванию получателю неподлинных ЭИ JPEG.Заявленные объекты изобретения могут быть использованы для обеспечения подлинности ЭИ JPEG, передаваемых в современных информационно-телекоммуникационных системах.Известны способы аутентификации ЭИ JPEG на основе вычисления отправителем и проверки получателем имитовставки двоичной последовательности (ДП) этого изображения. Эти способы относятся к криптографическим способам контроля подлинности ЭИ JPEG и описаны, например, в государственном стандарте 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования. — М.: Госстандарт СССР. 1989, стр.9-14. В данных способах ЭИ сжимают в соответствии с алгоритмом JPEG2000, предписанным международным стандартом ISO/IES 15444. Двоичную последовательность сжатого электронного изображения JPEG разделяют у отправителя на последовательные блоки длиной n бит, где обычно n=64. По криптографической функции формирования имитовставки с использованием заранее сформированной для отправителя и получателя двоичной последовательности секретного ключа (ДПСК) последовательно от каждого блока с учетом предыдущего зашифрованного блока формируют зашифрованный текущий блок до тех пор, пока поступает ДП ЭИ JPEG. Из последнего зашифрованного блока выделяют ДП имитовставки ЭИ длиной l2 УДП ВК m-го БЭИ JPEG, вычисляют ДП ЦВЗ m-го БЭИ JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и ДПСК, аутентифицируют m-ый БЭИ JPEG, для чего встраивают двоичную последовательность цифрового водяного знака m-го блока электронного изображения JPEG, упорядоченные двоичные последовательности вейвлет коэффициентов кодируют с использованием арифметического кодирования в кодированные последовательности этого блока, включающие маркеры, причем действия по аутентификации у отправителя блоков ЭИ JPEG повторяют до завершения их поступления, передают аутентифицированное ЭИ JPEG получателю, где проверяют подлинность принятого получателем ЭИ JPEG, для чего разделяют ДП принятого получателем ЭИ JPEG на двоичные последовательности его принятых блоков, которые разделяют на кодированные последовательности m-го принятого БЭИ JPEG, декодируют их и выделяют N УДП ВК m-го принятого БЭИ JPEG, выделяют двоичную последовательность цифрового водяного знака этого блока и запоминают ее, вычисляют ДП ЦВЗ m-го принятого БЭИ JPEG с помощью предварительно сформированных криптографической функции и ДПСК и сравнивают ее с ранее выделенной и запомненной ДП ЦВЗ m-го принятого БЭИ JPEG, а по результатам сравнения принимают решение о подлинности принятого БЭИ JPEG, повторяют действия по проверке подлинности принятых блоков ЭИ JPEG до завершения их приема, принятое ЭИ JPEG считают подлинным, если подлинными оказываются M принятых БЭИ JPEG, дополнительно предварительно задают допустимую вероятность Рдоп принятия подлинным m-го принятого БЭИ JPEG, являющегося неподлинным.Вычисляют у отправителя из k-ой, где k=1, 2, …, K, a 1≤K

Многоканальный аудиокодек без потерь, который

Изобретение относится к аудиокодекам без потерь, а более конкретно, к многоканальному аудиокодеку без потерь, который использует адаптивную сегментацию с возможностью точек произвольного доступа (RAP) и возможностью множества наборов параметров предсказания (MPPS). Аудиокодек без потерь кодирует/декодирует битовый поток с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь с возможностью точек произвольного доступа (RAP) для инициирования декодирования без потерь в заданном сегменте в пределах кадра и/или возможностью множества набора параметров предсказания (MPPS), разделяемого для подавления влияния транзиентов. Это достигается с помощью методики адаптивной сегментации, которая устанавливает начальные точки сегмента, основываясь на ограничениях, предписываемых наличием необходимой RAP и/или обнаруженным транзиентом в кадре, и выбирает оптимальную продолжительность сегмента в каждом кадре для уменьшения кодированной полезной информации кадра, при условии ограничения кодированной полезной информации сегмента, RAP и MPPS в частности можно применять, чтобы повысить общую производительность для более длительной продолжительности кадра. Технический результат — повышение общей эффективности кодирования. 14. н.п. и 34 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Способ кодирования многоканального аудио с точками произвольного доступа (RAP) в битовый поток аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, содержащий этапы, на которых:принимают временной код кодирования, который задает необходимые точки произвольного доступа (RAP) в битовом потоке аудио;блокируют многоканальное аудио, включающее в себя, по меньшей мере, один набор каналов, в кадры равной продолжительности времени, каждый кадр включает в себя заголовок и множество сегментов;блокируют каждый кадр во множество блоков анализа равной продолжительности, каждый упомянутый сегмент имеет продолжительность одного или более блоков анализа;синхронизируют временной код кодирования с последовательностью кадров для выравнивания необходимых RAP с блоками анализа;для каждого последовательного кадра,определяют до одного блока анализа RAP, который выровнен с необходимой RAP во временном коде кодирования;устанавливают начало сегмента RAP, посредством чего блок анализа RAP находится в пределах M блоков анализа от начала;определяют, по меньшей мере, один набор параметров предсказания для кадра для каждого канала в наборе каналов;сжимают аудиокадр для каждого канала в наборе каналов согласно параметрам предсказания, упомянутое предсказание отключают для первых выборок по порядку предсказания после начала сегмента RAP, чтобы генерировать исходные аудиовыборок, которые предшествуют и/или следуют за остаточными аудиовыборками;определяют продолжительность сегмента и параметры энтропийного кодирования для каждого сегмента из исходных и остаточных аудиовыборок для уменьшения кодированной с переменным размером полезной информации кадра, при условии ограничений, по которым каждый сегмент должен полностью и без потерь декодироваться, иметь продолжительность меньше продолжительности кадра и иметь кодированную полезную информацию сегмента меньше максимального количества байтов, которое меньше размера кадра;упаковывают информацию заголовка, включающую в себя продолжительность сегмента, параметры RAP, указывающие наличие и расположение RAP, параметры предсказания и энтропийного кодирования и данные навигации по битовому потоку, в заголовок кадра в битовом потоке иупаковывают сжатые и энтропийно кодированные аудиоданные для каждого сегмента в сегменты кадра в битовом потоке.2. Способ по п.1, в котором временной код кодирования является временным кодом видео, задающим необходимые RAP, которые соответствуют началу заданных частей видеосигнала.3. Способ по п.1, в котором расположение блока анализа RAP в пределах М блоков анализа от начала сегмента RAP в битовом потоке аудио обеспечивает возможность декодирования в пределах заданного допуска выравнивания необходимой RAP.4. Способ по п.1, в котором первый сегмент всех N кадров является сегментом RAP по умолчанию, если необходимая RAP не находится в пределах кадра.5. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых:обнаруживают наличие транзиента в блоке анализа в кадре для одного или более каналов из набора каналов;разделяют кадр так, чтобы любые обнаруженные транзиенты были расположены в пределах первых L блоков анализа сегмента в их соответствующих каналах; иопределяют первый набор параметров предсказания для сегментов, которые находятся перед обнаруженным транзиентом и не включают его в себя, и второй набор параметров предсказания для сегментов, включающих в себя и следующих за транзиентом для каждого канала в наборе каналов; иопределяют продолжительность сегмента, причем блок анализа RAP должен находиться в пределах М блоков анализа от начала сегмента RAP и транзиент должен находиться в пределах первых L блоков анализа сегмента в соответствующем канале.6. Способ по п.5, дополнительно содержащий этап, на котором:используют расположение блока анализа RAP и/или расположение транзиента, чтобы определить максимальную продолжительность сегмента как степень двойки продолжительности блока анализа, таким образом, чтобы упомянутый блок анализа RAP находился в пределах M блоков анализа от начала сегмента RAP и транзиент находился в пределах L первых блоков анализа сегмента,причем одинаковая продолжительность сегментов, которая равна степени двойки продолжительности блока анализа и не превышает максимальную продолжительность сегмента, определяется для уменьшения кодированной полезной информации кадра при условии ограничений.7. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором:используют расположение блока анализа RAP, чтобы определить максимальную продолжительность сегмента как степень двойки продолжительности блока анализа, таким образом, чтобы упомянутый блок анализа RAP находился в пределах М блоков анализа от начала сегмента RAP,причем одинаковая продолжительность сегментов, которая является степенью двойки продолжительности блока анализа и не превышает максимальную продолжительность сегмента, определяется для уменьшения кодированной полезной информации кадра при условии ограничений.8. Способ по п.7, в котором максимальная продолжительность сегмента дополнительно ограничивается размером выходного буфера, имеющегося в декодере.9. Способ по п.1, в котором максимальное количество байтов для кодированной полезной информации сегмента предписывается размером модуля доступа для битового потока аудио.10. Способ по п.1, в котором параметры RAP включают в себя флаг RAP, указывающий наличие RAP, и идентификатор (ID) RAP, указывающий расположение RAP.11. Способ по п.1, в котором первый набор каналов включает в себя многоканальное аудио формата 5.1 и второй набор каналов включает в себя по меньшей мере один дополнительный канал аудио.12. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых:генерируют декоррелированный канал для пар каналов для формирования триплета, включающего в себя основной, коррелированный и декоррелированный каналы;выбирают или первую пару каналов, включающую в себя основной и коррелированный каналы, или вторую пару каналов, включающую в себя основной и декоррелированный канал; иэнтропийно кодируют каналы в выбранных парах каналов.13. Способ по п.12, в котором пары каналов выбирают следующим образом:если дисперсия декоррелированного канала меньше дисперсии коррелированного канала на пороговое значение, то выбирают вторую пару каналов перед определением продолжительности сегмента; ииначе задерживают выбор первой или второй пары каналов до определения продолжительности сегмента и делают его, основываясь на том, какая пара каналов вносит наименьшее количество битов в кодированную полезную информацию.14. Считываемый компьютером носитель, содержащий исполняемые компьютером команды, которые при исполнении выполняют способ по п.1.15. Полупроводниковое устройство для кодирования многоканального аудио с точками произвольного доступа (RAP) в битовый поток аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, содержащее цифровые схемы, сконфигурированные с возможностью выполнения способа по п.1.16. Способ инициированного декодирования многоканального битового потока аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь в точке произвольного доступа (RAP), содержащий этапы, на которых:принимают многоканальный битовый поток аудио VBR без потерь как последовательность кадров, разделенных на множество сегментов, имеющих полезную информацию кадра переменной длины и включающих в себя по меньшей мере один независимо декодируемый и без потерь восстанавливаемый набор каналов, включающий в себя множество аудиоканалов для многоканального аудиосигнала, каждый кадр содержит информацию заголовка, включающую в себя продолжительность сегмента, параметры RAP, которые указывают наличие и расположение до одного сегмента RAP, навигационные данные, информацию заголовка набора каналов, которая включает в себя коэффициенты предсказания для каждого упомянутого канала в каждом упомянутом наборе каналов, и информацию заголовка сегмента для каждого упомянутого набора каналов, которая включает в себя по меньшей мере один флаг энтропийного кода и по меньшей мере один параметр энтропийного кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы, хранящиеся в упомянутом количестве сегментов;распаковывают заголовок следующего кадра в битовом потоке, чтобы извлечь параметры RAP, вплоть до обнаружения кадра, имеющего сегмент RAP;распаковывают заголовок выбранного кадра, чтобы извлечь продолжительность сегмента и навигационные данные для перемещения к началу сегмента RAP;распаковывают заголовок по меньшей мере для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь флаг энтропийного кода, и параметр кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы и выполнить энтропийное декодирование сегмента RAP, используя выбранный энтропийный код и параметр кодирования, чтобы генерировать сжатые аудиосигналы для сегмента RAP, причем упомянутые первые аудиовыборки сегмента RAP по порядку предсказания являются несжатыми; ираспаковывают заголовок, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь коэффициенты предсказания и восстановления сжатых аудиосигналов, причем упомянутое предсказание отключают для первых аудиовыборок по порядку предсказания, чтобы восстановить без потерь аудиоРСМ для каждого аудиоканала в упомянутом наборе каналов для сегмента RAP; идекодируют остальные сегменты в кадре и последующие кадры по порядку.17. Способ по п.16, в котором необходимая RAP, заданная во временном коде кодирования, находится в пределах допуска выравнивания от начала сегмента RAP в битовом потоке.18. Способ по п.17, в котором расположение сегмента RAP в пределах кадра изменяется по всему битовому потоку, основываясь на расположении необходимых RAP во временном коде кодирования.19. Способ по п.16, в котором после того, как декодирование было инициировано, предсказание отключают для первых аудиовыборок по порядку предсказания, когда встречается другой сегмент RAP в последующем кадре, чтобы продолжить без потерь восстанавливать аудиоРСМ.20. Способ по п.16, в котором продолжительность сегмента уменьшает полезную информацию кадра при условии ограничений, чтобы необходимая RAP была выровнена в пределах заданного допуска от начала сегмента RAP и каждая полезная информация кодированного сегмента была меньше размера максимальной полезной информации, меньше размера кадра и полностью декодировалась и без потерь восстанавливалась, когда сегмент распаковывают.21. Способ по п.16, в котором количество и продолжительность сегментов изменяют от кадра к кадру для минимизации полезной информации переменной длины каждого кадра при условии ограничений, чтобы кодированная полезная информация сегмента была меньше максимального количества байтов, без потерь восстанавливалась и необходимая RAP, заданная во временном коде кодирования, находилась в пределах допуска выравнивания от начала сегмента RAP.22. Способ по п.16, дополнительно содержащий этапы, на которых:принимают каждый кадр, включающий в себя информацию заголовка, включающую в себя параметры транзиентов, которые указывают наличие и расположение сегмента с транзиентом в каждом канале, коэффициенты предсказания для каждого упомянутого канала, включающие в себя один набор основанных на кадре коэффициентов предсказания, если транзиент не присутствует, и первый и второй наборы основанных на разделении коэффициентов предсказания, если транзиент присутствует в каждом упомянутом наборе каналов,распаковывают заголовок, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь параметры транзиента для определения наличия и расположения сегментов с транзиентом в каждом канале в наборе каналов;распаковывают заголовок, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь один набор основанных на кадре коэффициентов предсказания или первый и второй наборы основанных на разделении коэффициентов предсказания для каждого канала в зависимости от наличия транзиента; идля каждого канала в наборе каналов или применяют один набор коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам для всех сегментов в кадре для восстановления без потерь аудиоРСМ, или применяют первый набор коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам, начиная с первого сегмента, и применяют второй набор коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам, начиная с сегмента с транзиентом.23. Способ по п.16, в котором битовый поток дополнительно содержит информацию заголовка набора каналов, включающую в себя флаг попарной декорреляции каналов, исходный порядок каналов и квантованные коэффициенты декорреляции канала, упомянутое восстановление генерирует декоррелированный аудиоРСМ, данный способ дополнительно содержит этап, на котором:распаковывают заголовок, чтобы извлечь исходный порядок каналов, флаг попарной декорреляции каналов и квантованные коэффициенты декорреляции каналов и выполнить обратную межканальную декорреляцию для восстановления аудиоРСМ для каждого аудиоканала в упомянутом наборе каналов.24. Способ по п.23, в котором флаг попарной декорреляции каналов указывает, была ли закодирована первая пара каналов, включающая в себя основной и коррелированный каналы, или вторая пара каналов, включающая в себя основной и декоррелированный каналы, для триплета, включающего в себя основной, коррелированный и декоррелированный каналы, данный способ дополнительно содержит этап, на котором:если флаг указывает вторую пару каналов, то умножают основной канал на квантованный коэффициент декорреляции каналов и добавляют его к декоррелированному каналу для генерации аудио РСМ в коррелированном канале.25. Считываемый компьютером носитель, содержащий исполняемые компьютером команды, которые при исполнении выполняют способ по п.16.26. Полупроводниковое устройство для инициированного декодирования многоканального битового потока аудио с переменной скоростью передачи битов (VBK) без потерь в точке произвольного доступа (RAP), содержащее цифровые схемы, сконфигурированные с возможностью выполнения способа по п.16.27. Способ кодирования многоканального аудио в битовый поток аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, содержащий этапы, на которых:блокируют многоканальное аудио, включающее в себя, по меньшей мере, один набор каналов, на кадры равной продолжительности времени, каждый кадр включает в себя заголовок и множество сегментов, каждый упомянутый сегмент имеет продолжительность одного или более блоков анализа;для каждого последовательного кадраобнаруживают наличие транзиента в блоке анализа транзиентов в кадре для каждого канала из набора каналов;разделяют кадр так, чтобы любые блоки анализа транзиентов были расположены в пределах первых L блоков анализа сегмента в их соответствующих каналах;определяют первый набор параметров предсказания для сегментов до и не включая в себя блок анализа транзиентов и второй набор параметров предсказания для сегментов, включающих в себя и следующих за блоком анализа транзиентов для каждого канала в наборе каналов;сжимают аудиоданные, используя первый и второй наборы параметров предсказания в первой и второй частях соответственно для генерации остаточных аудиосигналов;определяют продолжительность сегмента и параметры энтропийного кодирования для каждого сегмента из остаточных аудиовыборок для уменьшения кодированной с переменным размером полезной информации кадра при условии ограничений, по которым каждый сегмент должен полностью и без потерь декодироваться, иметь продолжительность меньше продолжительности кадра и иметь кодированную полезную информацию сегмента меньше максимального количества байтов, которое меньше размера кадра;упаковывают информацию заголовка, включающую в себя продолжительность сегмента, параметры транзиента, указывающие наличие и расположение транзиента, параметры предсказания, параметры энтропийного кодирования и данные навигации по битовому потоку в заголовок кадра в битовом потоке; иупаковывают сжатые и энтропийно кодированные аудиоданные для каждого сегмента в сегменты кадра в битовом потоке.28. Способ по п.27, дополнительно для каждого канала в наборе каналов содержащий этапы, на которых:определяют третий набор параметров предсказания для всего кадра;сжимают аудио данные, используя третий набор параметров предсказания для всего кадра для генерации остаточных аудиосигналов; ивыбирают или третий набор, или первый и второй наборы параметров предсказания, основываясь на показателе эффективности кодирования из их соответствующих остаточных аудиосигналов,причем если выбирают упомянутый третий набор, то отключают ограничение на продолжительность сегмента, предполагая расположение транзиента в пределах L блоков анализа от начала сегмента.29. Способ по п.27, дополнительно содержащий этапы, на которых:принимают временной код, который задает необходимые точки произвольного доступа (RAP) в битовом потоке аудио;определяют до одного блока анализа RAP в пределах кадра из временного кода;устанавливают начало сегмента RAP так, чтобы блок анализа RAP находился в пределах M блоков анализа от начала;учитывают границы сегмента, предписываемые сегментом RAP, когда разделяют кадр для определения первого и второго наборов параметров предсказания;отключают упомянутое предсказание для первых выборок по порядку предсказания после начала сегмента RAP для генерации исходных аудиовыборок, которые предшествуют и/или следуют за остаточными аудиовыборками для упомянутых первого, второго и третьего наборов параметров предсказания;определяют продолжительность сегмента, которая уменьшает кодированную полезную информацию кадра, при удовлетворении ограничения, что блок анализа RAPнаходится в пределах М блоков анализа от начала сегмента RAP и/или блоки анализа транзиентов должны находиться в пределах первых L блоков анализа сегмента; иупаковывают параметры RAP, указывающие наличие и расположение RAP и данные навигации по битовому потоку, в заголовок кадра.30. Способ по п.27, дополнительно содержащий этап, на котором:используют обнаруженное расположение блока анализа транзиентов для определения максимальной продолжительности сегмента как степень двойки продолжительности блока анализа таким образом, что упомянутый транзиент находится в пределах L первых блоков анализа сегмента,причем одинаковая продолжительность сегментов, которая равна степени двойки продолжительности блока анализа и не превышает максимальную продолжительность сегмента, определяется для уменьшения кодированной полезной информации кадра, при условии ограничений.31. Способ по п.30, в котором максимальная продолжительность сегмента дополнительно ограничивается размером выходного буфера, имеющегося в декодере.32. Способ по п.27, в котором максимальное количество байтов для кодированной полезной информации сегмента предписывают с помощью ограничения на размер модуля доступа для битового потока аудио.33. Способ по п.27, в котором упомянутый битовый поток включает в себя первый и второй наборы каналов, упомянутый способ выбирает первый и второй наборы параметров предсказания для каждого канала в каждом наборе каналов, основываясь на обнаружении транзиентов в различных расположениях по меньшей мере для одного канала в соответствующих наборах каналов,причем упомянутую продолжительность сегмента определяют так, чтобы каждый упомянутый транзиент находился в пределах первых L блоков анализа сегмента, в котором имеет место транзиент.34. Способ по п.33, в котором первый набор каналов включает в себя многоканальное аудио формата 5.1 и второй набор каналов включает в себя, по меньшей мере, один дополнительный аудиоканал.35. Способ по п.27, в котором параметры транзиента включают в себя флаг транзиента, указывающий наличие транзиента, и идентификатор транзиента, указывающий номер сегмента, в котором имеет место транзиент.36. Способ по п.27, дополнительно содержащий этапы, на которых:генерируют декоррелированный канал для пар каналов для формирования триплета, включающего в себя основной, коррелированный и декоррелированный каналы;выбирают или первую пару каналов, включающую в себя основной и коррелированный каналы, или вторую пары каналов, включающую в себя основной и декоррелированный каналы; иэнтропийно кодируют каналы в выбранных парах каналов.37. Способ по п.36, в котором пары каналов выбирают следующим образом:если дисперсия декоррелированного канала меньше дисперсии коррелированного канала на пороговое значение, то выбирают вторую пару каналов до определения продолжительности сегмента; ииначе задерживают выбор первой или второй пары каналов до определения продолжительности сегмента и делают его, основываясь на том, какая пара каналов вносит наименьшее количество битов в кодированную полезную информацию.38. Считываемый компьютером носитель, содержащий исполняемые компьютером команды, которые при исполнении выполняют способ по п.27.39. Полупроводниковое устройство для кодирования многоканального аудио в битовый поток аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, содержащее цифровые схемы, сконфигурированные с возможностью выполнения способа по п.27.40. Способ декодирования многоканального битового потока аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, содержащий этапы, на которых:принимают многоканальный битовый поток аудио VBR без потерь как последовательность кадров, разделенных на множество сегментов, имеющих полезную информацию кадра переменной длины и включающих в себя по меньшей мере один независимо декодируемый и восстанавливаемый без потерь набор каналов, включающий в себя множество аудиоканалов для многоканального аудиосигнала, каждый кадр содержит информацию заголовка, включающую в себя продолжительность сегмента, информацию заголовка набора каналов, которая включает в себя параметры транзиента, которые указывают наличие и расположение сегмента транзиента в каждом канале, коэффициенты предсказания для каждого упомянутого канала, включающие в себя один набор основанных на кадре коэффициентов предсказания, если транзиент не присутствует, и первый и второй наборы основанных на разделении коэффициентов предсказания, если транзиент присутствует в каждом упомянутом наборе каналов, и информацию заголовка сегмента для каждого упомянутого набора каналов, которая включает в себя по меньшей мере один флаг энтропийного кодирования и по меньшей мере один параметр энтропийного кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы, хранящиеся в упомянутом количестве сегментов;распаковывают заголовок, чтобы извлечь продолжительность сегмента;распаковывают заголовок, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь флаг энтропийного кодирования, и параметр кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы для каждого сегмента, и выполнить энтропийное декодирование каждого сегмента, используя выбранное энтропийное кодирование и параметр кодирования для генерации сжатых аудиосигналов для каждого сегмента;распаковывают заголовок, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь параметры транзиента для определения наличия и расположения сегментов с транзиентом в каждом канале в наборе каналов;распаковывают заголовок, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов для извлечения одного набора основанных на кадре коэффициентов предсказания или первого и второго наборов основанных на разделении коэффициентов предсказания для каждого канала в зависимости от существования транзиентов; идля каждого канала в наборе каналов или применяют один набор коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам для всех сегментов в кадре для восстановления без потерь аудиоPCM, или применяют первый набор коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам, начиная с первого сегмента, и применяют второй набор коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам, начиная с сегмента транзиента.41. Способ по п.40, в котором битовый поток дополнительно содержит информацию заголовка набора каналов, включающую в себя флаг попарной декорреляции каналов, исходный порядок каналов и квантованные коэффициенты декорреляции канала, упомянутое восстановление генерирует декоррелированное аудиоPCM, данный способ дополнительно содержит этап, на котором:распаковывают заголовок, чтобы извлечь исходный порядок каналов, флаг попарной декорреляции каналов и квантованные коэффициенты декорреляции канала и выполнить обратную межканальную декорреляцию для восстановления аудиоPCM для каждого аудиоканала в упомянутом наборе каналов.42. Способ по п.41, в котором флаг попарной декорреляции каналов указывает, была ли закодирована первая пара каналов, включающая в себя основной и коррелированный каналы, или вторая пара каналов, включающая в себя основной и декоррелированный каналы, для триплета, включающего в себя основной, коррелированный и декоррелированный каналы, способ дополнительно содержит этап, на котором:если флаг указывает вторую пару каналов, то умножают основной канал на квантованный коэффициент декорреляции канала и добавляют его к декоррелированному каналу для генерации аудиоРСМ в коррелированном канале.43. Способ по п.40, дополнительно содержащий этапы, па которых:принимают кадр, имеющий информацию заголовка, включающую в себя параметры RAP, которые указывают наличие и расположение до одного сегмента RAP, и навигационные данные;распаковывают заголовок следующего кадра в битовом потоке, чтобы извлечь параметры RAP, и если пытаются инициировать декодирование в RAP, то выполняют пропуск до следующего кадра до тех пор, пока кадр, имеющий сегмент RAP, не будет обнаружен, и используют навигационные данные для перемещения к началу сегмента RAP; и,когда обнаруживают сегмент RAP, отключают предсказание для первых аудиовыборок по порядку предсказания, чтобы восстановить без потерь аудиоPCM.44. Способ по п.40, в котором количество и продолжительность сегментов изменяют от кадра к кадру для минимизации полезной информации переменной длины каждого кадра при условии ограничений, чтобы кодированная полезная информация сегмента была меньше максимального количества байтов, которое меньше размера кадра, и без потерь восстанавливалась.45. Считываемый компьютером носитель, содержащий исполняемые компьютером команды, которые при исполнении выполняют способ по п.40.46. Полупроводниковое устройство для декодирования многоканального битового потока аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, содержащее цифровые схемы, сконфигурированные с возможностью выполнения способа по п.40.47. Многоканальный аудиодекодер для инициирования декодирования многоканального битового потока аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь в точке произвольного доступа (RAP), причем упомянутый декодер сконфигурирован с возможностью:приема многоканального битового потока аудио VBR без потерь как последовательности кадров, разделенных на множество сегментов, имеющих полезную информацию кадра переменной длины и включающих в себя по меньшей мере один независимо декодируемый и восстанавливаемый без потерь набор каналов, включающий в себя множество аудиоканалов для многоканального аудиосигнала, каждый кадр содержит информацию заголовка, включающую в себя продолжительность сегмента, параметры RAP, которые указывают наличие и расположение до одного сегмента RAP, навигационные данные, информацию заголовка набора каналов, которая включает в себя коэффициенты предсказания для каждого упомянутого канала в каждом упомянутом наборе каналов, и информацию заголовка сегмента для каждого упомянутого набора каналов, которая включает в себя по меньшей мере один флаг энтропийного кода и по меньшей мере один параметр энтропийного кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы, хранящиеся в упомянутом количестве сегментов;распаковывания заголовка следующего кадра в битовом потоке, чтобы извлекать параметры RAP до тех пор, пока кадр, имеющий сегмент RAP, не будет обнаружен;распаковывания заголовка выбранного кадра, чтобы извлечь продолжительность сегмента и навигационных данных для перемещения к началу сегмента RAP;распаковывания заголовка по меньшей мере для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь флаг энтропийного кода, и параметр кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы и выполнить энтропийное декодирование сегмента RAP, используя выбранный энтропийный код и параметр кодирования для генерации сжатых аудиосигналов для сегмента RAP, упомянутые первые аудиовыборки сегмента RAP по порядку предсказания являются несжатыми; ираспаковывания заголовка по меньшей мере для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь коэффициенты предсказания и восстановления сжатых аудиосигналов, упомянутое предсказание отключают для первых аудиовыборок по порядку предсказания, чтобы восстановить без потерь аудиоPCM для каждого аудиоканала в упомянутом наборе каналов для сегмента RAP; идекодирования остальных сегментов в кадре и последующих кадров по порядку.48. Многоканальный аудиодекодер для декодирования многоканального битового потока аудио с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь, в котором упомянутый декодер сконфигурирован с возможностью:приема многоканального битового потока VBR аудио без потерь как последовательности кадров, разделенных на множество сегментов, имеющих полезную информацию кадра переменной длины и включающих в себя по меньшей мере один независимо декодируемый и восстанавливаемый без потерь набор каналов, включающий в себя множество аудиоканалов для многоканального аудиосигнала, каждый кадр содержит информацию заголовка, включающую в себя продолжительность сегмента, информацию заголовка набора каналов, которая включает в себя параметры транзиента, которые указывают наличие и расположение сегмента с транзиентом в каждом канале, коэффициенты предсказания для каждого упомянутого канала, включающие в себя один набор основанных на кадре коэффициентов предсказания, если транзиент не присутствует, и первый и второй наборы основанных на разделении коэффициентов предсказания, если транзиент присутствует в каждом упомянутом наборе каналов, и информацию заголовка сегмента для каждого упомянутого набора каналов, которая включает в себя по меньшей мере один флаг энтропийного кода и по меньшей мере один параметр энтропийного кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы, хранящиеся в упомянутом количестве сегментов;распаковывания заголовка, чтобы извлечь продолжительность сегмента;распаковывания заголовка, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь флаг энтропийного кода, и параметр кодирования, и энтропийно кодированные сжатые многоканальные аудиосигналы для каждого сегмента, и выполнить энтропийное декодирование каждого сегмента, используя выбранный энтропийный код и параметр кодирования для генерации сжатых аудиосигналов для каждого сегмента;распаковывания заголовка, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь параметры транзиента для определения наличия и расположения сегментов с транзиентом в каждом канале в наборе каналов;распаковывания заголовка, по меньшей мере, для одного упомянутого набора каналов, чтобы извлечь один набор основанных на кадре коэффициентов предсказания, или первый и второй наборы основанных на разделении коэффициентов предсказания для каждого канала в зависимости от наличия транзиента; идля каждого канала в наборе каналов или применения одного набора коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам для всех сегментов в кадре для восстановления без потерь аудиоPCM, или применения первого набора коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам, начиная с первого сегмента, и применения второго набора коэффициентов предсказания к сжатым аудиосигналам, начиная с сегмента с транзиентом.

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА К РОДСТВЕННЫМ ЗАЯВКАМДанная заявка испрашивает приоритет по параграфу 120 раздела 35 Кодекса законов США как частичное продолжение (CIP) заявки США № 10/911067, озаглавленной «Lossless Multi-Channel Audio Codec», поданной 4 августа 2004, все содержимое которой заключено посредством ссылки.УРОВЕНЬ ТЕХНИКИОбласть техники, к которой относится изобретениеДанное изобретение относится к аудиокодекам без потерь, а более конкретно — к многоканальному аудиокодеку без потерь, который использует адаптивную сегментацию с возможностью точек произвольного доступа (RAP) и возможностью множества наборов параметров предсказания (MPPS).Описание родственного уровня техникиМножество систем кодирования аудио с потерями с низкой скоростью передачи битов используются в настоящее время в широком диапазоне потребительских и профессиональных продуктов и услуг воспроизведения аудио. Например, система кодирования аудио Dolby AC3 (Dolby Digital) является международным стандартом для кодирования стереофонических и 5.1-канальных звуковых дорожек аудио для лазерных дисков, кодированных с помощью NTSC видео-DVD и ATV, используя скорость передачи битов до 640 кбит/с. Стандарты кодирования аудио MPEG I и MPEG II широко используются для кодирования стереофонических и многоканальных звуковых дорожек для кодированных с помощью PAL видео-DVD, наземного цифрового радиовещания в Европе и спутникового вещания в США на скорости передачи битов до 768 кбит/с. Система кодирования аудио Coherent Acoustics компании DTS (Digital Theatre System — цифровые системы для кинотеатров) часто используется для 5.1-канальных звуковых дорожек аудио студийного качества для компакт-дисков, видео-DVD, спутникового вещания в Европе и лазерных дисков и для скорости передачи битов до 1536 кбит/с.В последнее время многие потребители проявляют интерес к так называемым кодекам «без потерь». Кодеки «без потерь» основаны на алгоритмах, которые сжимают данные, не отказываясь ни от какой информации, и производят декодированный сигнал, который идентичен (оцифрованному) исходному сигналу. Эти характеристики увеличивают стоимость: такие кодеки обычно требуют большей полосы пропускания, чем кодеки с потерями, и сжимают данные к меньшей степени.Фиг.1 — представление структурной схемы операций, которые используют при сжатии без потерь одного аудио канала. Хотя каналы в многоканальном аудио в общем случае не являются независимыми, данная зависимость является часто слабой и ее трудно принимать во внимание. Поэтому, каналы обычно сжимают отдельно. Однако, некоторые кодеры попытаются удалять корреляцию с помощью формирования простого остаточного сигнала и кодирования (Ch1, Ch1-CH2). Более сложные подходы используют, например, несколько этапов последовательных ортогональных проекций на размерности канала. Все методики основаны на принципе сначала удаления избыточности из сигнала и затем кодирования результирующего сигнала с помощью схемы эффективного цифрового кодирования. Кодеки без потерь включают в себя кодеки MPL (аудио-DVD), Monkey’s audio (компьютерные приложения), кодек без потерь Apple, кодек без потерь Windows Media Pro, AudioPak, DVD, LTAC, MUSICcompress, OggSquish, Philips, Shorten, Sonarc и WA. Обзор многих из этих кодеков предоставлен в Mat Hans, Ronald Schafer «Lossless Compression of Digital Audio» Hewlett Packard, 1999.Разделение на кадры 10 вводят для предоставления возможности редактирования, большой объем данных запрещает периодически повторяющуюся распаковку всего сигнала, который предшествует области, которая будет редактироваться. Аудиосигнал делят на независимые кадры равной продолжительности времени. Эта продолжительность не должна быть слишком короткой, так как значительное количество служебной информации может быть результатом присоединения заголовка к каждому кадру. С другой стороны, продолжительность кадра не должна быть слишком длительной, так как это лимитировало бы возможность адаптирования во временной области и сделало бы редактирование более трудным. Во многих применениях размер кадра ограничивается пиковой скоростью передачи битов носителя, на котором аудио переносят, емкостью буфера декодера и требованием, чтобы каждый кадр можно было независимо декодировать.Внутриканальная декорреляция 12 удаляет избыточность с помощью декорреляции аудиовыборок в каждом канале в пределах кадра. Большинство алгоритмов удаляет избыточность с помощью некоторого вида моделирования сигнала с помощью линейного предсказания. При таком подходе модуль линейного предсказания применяют к аудиовыборкам в каждом кадре, что приводит к последовательности ошибок предсказания выборок. Вторым, менее обычным, подходом является получение представления сигнала, квантованного с низкой скоростью передачи битов, или с потерями, и затем сжатие без потерь разности между версией с потерями и исходной версией. Энтропийное кодирование 14 удаляет избыточность из ошибок остаточного сигнала, не теряя информации. Типичные способы включают в себя кодирование методом Хаффмана, кодирование длины серий и кодирование Райса. Выходным является сжатый сигнал, который может быть восстановлен без потерь.Существующая спецификация DVD и предварительная спецификация DVD HD устанавливают жесткий лимит на размер одного модуля доступа к данным, который представляет часть аудио потока, который при извлечении можно полностью декодировать и восстановленные аудиовыборки можно посылать в выходной буфер. Для потока без потерь это означает, что количество времени, которое может представлять каждый модуль доступа, должно быть достаточно маленьким, чтобы в самом плохом случае пиковой скорости передачи битов кодированная полезная информация не превышала жесткий лимит. Продолжительность времени необходимо также уменьшать для увеличения частот выборки и увеличения количества каналов, которые увеличивают пиковую скорость передачи битов.Для обеспечения совместимости эти существующие кодеры должны устанавливать продолжительность всего кадра достаточно короткой, чтобы не превысить жесткий лимит в самой плохой конфигурации канала/частоты выборок/битовой разрядности. В большинстве конфигураций это будет крайней ситуацией и может серьезно ухудшить производительность сжатия. Кроме того, этот подход самого плохого случая нельзя масштабировать с дополнительными каналами.СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯНастоящее изобретение предоставляет аудиокодек, который генерирует битовый поток с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь с возможностью точек произвольного доступа (RAP) для инициирования декодирования без потерь в заданном сегменте в пределах кадра и/или возможности разделения с множеством наборов параметров предсказания (MPPS) для подавления влияния транзиентов.Это достигается с помощью методики адаптивной сегментации, которая определяет начальные точки сегмента для обеспечения ограничений границ на сегменты, налагаемых наличием необходимой RAP и/или одним или более транзиентов в кадре, и выбора оптимальной продолжительности сегмента в каждом кадре для уменьшения кодированной полезной информации кадра, при условии ограничения кодированной полезной информации сегмента. В общем случае ограничения границ задают так, что необходимая RAP или транзиент должны находиться в пределах определенного количества блоков анализа от начала сегмента. В примерном варианте осуществления, в котором сегменты в пределах кадра имеют одинаковую продолжительность и степень двойки продолжительности блока анализа, максимальную продолжительность сегмента определяют для обеспечения соблюдения необходимых условий. RAP и MPPS, в частности, применяют для повышения общей производительности для более длительной продолжительности кадра.В примерном варианте осуществления битовый поток аудио VBR без потерь кодируют с RAP (сегментами RAP), выровненными в пределах заданного допуска необходимой RAP, предоставленной во временном коде кодера. Каждый кадр блокируют в последовательность блоков анализа, причем каждый сегмент имеет продолжительность, равную продолжительности одного или более блоков анализа. В каждом последовательном кадре из временного кода определяют до одного блока анализа RAP. Расположение блока анализа RAP и ограничение, что блок анализа RAP должен находиться в пределах М блоков анализа от начала сегмента RAP, устанавливает начало сегмента RAP. Параметры предсказания определяют для кадра, два набора параметров (в канале), если MPPS допускается, и транзиент обнаруживают в канале. Выборки в аудио кадре сжимают с отключением предсказания для первых выборок по порядку предсказания после начала сегмента RAP. Адаптивную сегментацию используют для остаточных выборок для определения продолжительности сегмента и параметров энтропийного кодирования для каждого сегмента для минимизации кодированной полезной информации кадра, при условии установленного начала сегмента RAP и ограничений кодированной полезной информации сегмента. Параметры RAP, указывающие наличие и расположение сегмента RAP, и навигационные данные упаковывают в заголовок. В ответ на навигационную команду для инициирования воспроизведения, такую как выбор пользователем сцены или случайное перемещение, декодер распаковывает заголовок следующего кадра в битовом потоке для считывания параметров RAP до тех пор, пока кадр, включающий в себя сегмент RAP, не будет обнаружен. Декодер извлекает продолжительность сегмента и навигационные данные для перемещения к началу сегмента RAP. Декодер отключает предсказание для первых выборок до тех пор, пока хронология предсказания не будет восстановлена, и затем декодирует остальную часть сегментов и последующие кадры по порядку, отключая модуль предсказания каждый раз, когда встречается сегмент RAP. Эта конструкция позволяет декодеру инициировать декодирование в или очень близко от заданных кодером RAP с разрешающей способностью субкадра. Это особенно удобно при более длительной продолжительности кадра, когда пытаются синхронизировать воспроизведение аудио с временным кодом видео, который задает RAP, например, в начале глав.В другом примерном варианте осуществления битовый поток аудио VBR без потерь, который кодируют с MPPS, разделяют таким образом, чтобы обнаруженные транзиенты были расположены в пределах L первых блоков анализа сегмента в их соответствующих каналах. В каждом последовательном кадре обнаруживают до одного транзиента в канале в наборе каналов и его расположение в пределах кадра. Параметры предсказания определяют для каждой части, учитывая начальную точку(ки) сегмента, предписанную с помощью транзиента(ов). Выборки в каждой части сжимают с помощью соответствующего набора параметров. Адаптивная сегментация используется для остаточных выборок для определения продолжительности сегмента и параметров энтропийного кодирования для каждого сегмента для минимизации кодированной полезной информации кадра, при условии ограничений начала сегмента, предписанного с помощью транзиента(ов) (и RAP), и ограничений кодированной полезной информации сегмента. Параметры транзиента, указывающие наличие и расположение первого сегмента с транзиентом (в канале), и навигационные данные упаковывают в заголовок. Декодер распаковывает заголовок кадра, чтобы извлечь параметры транзиента и дополнительный набор параметров предсказания. Для каждого канала в наборе каналов декодер использует первый набор параметров предсказания до тех пор, пока не встречается сегмент с транзиентом, и переключается на второй набор для остальных сегментов. Хотя сегментация кадра является одинаковой по каналам и множеству наборов каналов, расположение транзиента (если есть) может изменяться между наборами и в пределах наборов. Эта конструкция позволяет декодеру переключать наборы параметров предсказания в или около начала обнаруженных транзиентов с разрешающей способностью субкадра. Это особенно удобно при более длительной продолжительности кадров для повышения общей эффективности кодирования.Производительность сжатия можно дополнительно увеличивать, формируя М/2 декоррелированных каналов для M-канального аудио. Триплет каналов (основной, коррелированный, декоррелированный) предоставляет две возможных комбинации пар (основной, коррелированный) и (основной, декоррелированный), которые можно учитывать во время оптимизации сегментации и энтропийного кодирования для дополнительного повышения производительности сжатия. Пары каналов можно задавать для сегмента или для кадра. В примерном варианте осуществления кодер разделяет на кадры аудио данные и затем извлекает упорядоченные пары каналов, включающие в себя основной канал и коррелированный канал, и генерирует декоррелированный канал для формирования по меньшей мере одного триплета (основной, коррелированный, декоррелированный). Если количество каналов является нечетным, то дополнительно обрабатывают основной канал. Адаптивное или фиксированное полиномиальное предсказание применяют к каждому каналу для формирования остаточных сигналов. Для каждого триплета выбирают пару канала (основной, коррелированный) или (основной, декоррелированный) с наименьшей кодированной полезной информацией. Используя выбранную пару каналов, глобальный набор параметров кодирования можно определять для каждого сегмента по всем каналам. Кодер выбирает глобальный набор или отличающиеся наборы параметров кодирования, основываясь на том, какие из них имеют наименьшую полную кодированную полезную информацию (заголовок и аудио данные).При любом подходе, когда оптимальный набор параметров кодирования и пар каналов для текущего разделения (продолжительности сегментов) определен, кодер вычисляет кодированную полезную информацию в каждом сегменте по всем каналам. Предполагая, что ограничения на начало сегмента и на максимальный размер полезной информации сегмента для всех необходимых RAP или обнаруженных транзиентов удовлетворяются, кодер определяет, является ли полная кодированная полезная информация для всего кадра для текущего разделения меньше текущего оптимума для более раннего разделения. Если «да», то текущий набор параметров кодирования и кодированную полезную информацию сохраняют, и продолжительность сегмента увеличивают. Алгоритм сегментации, соответственно, начинают с деления кадра на минимальные сегменты, размер которых равен размеру блока анализа, и увеличивают продолжительность сегмента с помощью степени двойки на каждом этапе. Этот процесс повторяют или до нарушения размером сегмента максимального ограничения размера, или пока продолжительность сегмента не увеличится до максимальной продолжительности сегмента. Включение признаков RAP или MPPS и наличие необходимой RAP или обнаруженного транзиента в пределах кадра могут привести к тому, что подпрограмма адаптивной сегментации выберет меньшую продолжительность сегмента, чем это иначе было бы.Эти и другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны специалистам из последующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления при рассмотрении с сопроводительными чертежами, на которых:КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙФиг.1, как описано выше, является структурной схемой стандартного аудиокодера без потерь;фиг.2a и 2b — структурные схемы аудиокодера и аудиодекодера без потерь, соответственно, в соответствии с настоящим изобретением;фиг.3 — схема информации заголовка, которая относится к сегментации и выбору энтропийного кода;фиг.4a и 4b — структурные схемы обработки оконного анализа и обработки обратного оконного анализа;фиг.5 — последовательность операций межканальной декорреляции;фиг.6a и 6b — структурные схемы анализа и обработки адаптивного предсказания и обработки обратного адаптивного предсказания;фиг.7a и 7b — последовательности операций оптимальной сегментации и выбора энтропийного кода;фиг.8a и 8b — последовательности операций выбора энтропийного кода для набора каналов;фиг.9 — структурная схема основного кодека плюс кодека расширения без потерь;фиг.10 — схема кадра битового потока, в котором каждый кадр включает в себя заголовок и множество сегментов;фиг.11a и 11b — схемы информации дополнительного заголовка, относящегося к спецификации RAP и MPPS;фиг.12 — последовательность операций для определения границы сегмента или максимальной продолжительности сегмента для необходимых RAP или обнаруженных транзиентов;фиг.13 — последовательность операций для определения MPPS;фиг.14 — схема кадра, на которой показывают выбор начальных точек сегмента или максимальной продолжительности сегмента;фиг.15a и 15b — схемы, показывающие битовый поток и декодирование битового потока в сегменте RAP и сегменте с транзиентом; ифиг.16 — схема, показывающая адаптивную сегментацию, основанную на ограничениях максимальной полезной информации сегмента и максимальной продолжительности сегмента.ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯНастоящее изобретение предоставляет алгоритм адаптивной сегментации, который генерирует битовый поток с переменной скоростью передачи битов (VBR) без потерь с возможностью точек произвольного доступа (RAP) для инициирования декодирования без потерь в заданном сегменте в пределах кадра, и/или возможностью множества наборов параметров предсказания (MPPS), при разделении для подавления влияния транзиентов. Методика адаптивной сегментации определяет и устанавливает начальные точки сегмента для обеспечения, чтобы они соответствовали граничным условиям, налагаемым необходимыми RAP и/или обнаруженными транзиентами, и выбирает оптимальную продолжительность сегмента в каждом кадре для уменьшения кодированной полезной информации кадра, при условии ограничений кодированной полезной информации сегмента и установленных начальных точек сегмента. В общем случае, ограничения границ задают так, что необходимая RAP или транзиент должны находиться в пределах определенного количества блоков анализа от начала сегмента. Необходимая RAP может находиться плюс-минус определенное количество блоков анализа от начала сегмента. Транзиент находится в пределах определенного количества первых блоков анализа сегмента. В примерном варианте осуществления, в котором сегменты в пределах кадра имеют одинаковую продолжительность, равную степени двойки продолжительности блока анализа, максимальная продолжительность сегмента определяется, чтобы обеспечить необходимые условия. RAP и MPPS, в частности, можно применять для повышения общей производительности для более длительной продолжительности кадра.АУДИОКОДЕК БЕЗ ПОТЕРЬКак показано на фиг.2a и 2b, основные рабочие блоки аналогичны существующим кодерам и декодерам без потерь за исключением изменения в обработке оконного анализа для определения условий начала сегмента для RAP и/или транзиентов и сегментации и выбора энтропийного кода. Блок обработки оконного анализа подвергает многоканальное аудио PCM (импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)) 20 обработке 22 оконного анализа, который блокирует данные в кадры постоянной продолжительности, устанавливает начальные точки сегмента, основываясь на необходимых RAP и/или обнаруженных транзиентах, и удаляет избыточность с помощью декорреляции аудиовыборок в каждом канале в пределах кадра. Декорреляцию выполняют, используя предсказание, которое широко описано, как любой процесс, который использует старые восстановленные аудиовыборки (хронологию предсказания) для оценки значения текущей исходной выборки и определяет остаток. Методики предсказания охватывают фиксированное или адаптивное предсказание и линейное или нелинейное предсказание среди других. Вместо энтропийного кодирования непосредственно остаточных сигналов, модуль адаптивной сегментации выполняет процесс 24 выбора оптимальной сегментации и энтропийного кода, который делит данные на множество сегментов и определяет продолжительность сегмента и параметры кодирования, например, выбирает определенный энтропийный кодер и его параметры для каждого сегмента, которые минимизируют кодированную полезную информацию для всего кадра, при условии ограничения, что каждый сегмент должен иметь возможность полностью и без потерь декодироваться, иметь меньше максимального количества байтов, которое меньше размера кадра, меньше продолжительности кадра, и что любая необходимая RAP и/или обнаруженный транзиент должны находиться в пределах конкретного количества блоков анализа (разрешающей способности субкадра) от начало сегмента. Наборы параметров кодирования оптимизируют для каждого отличающегося канала, и их можно оптимизировать для глобального набора параметров кодирования. Энтропийный кодер кодирует 26 с помощью энтропийного кодирования каждый сегмент согласно определенному для него набору параметров кодирования. Модуль упаковывания упаковывает 28 кодированные данные и информацию заголовка в битовый поток 30.Как показано на фиг.2b, для выполнения операции декодирования, декодер перемещается к точке в битовом потоке 30 в ответ, например, на выбор пользователем видео-сцены или главы или произвольное перемещение пользователя, и модуль распаковывания распаковывает 40 битовый поток, чтобы извлечь информацию заголовка и кодированные данные. Декодер распаковывает информацию заголовка для определения следующего сегмента RAP, в котором может начаться декодирование. Декодер затем перемещается к сегменту RAP и инициирует декодирование. Декодер отключает предсказание для определенного количества выборок, когда он обнаруживает каждый из сегментов RAP. Если декодер обнаруживает присутствие транзиента в кадре, то декодер использует первый набор параметров предсказания для декодирования первой части, и затем использует второй набор параметров предсказания для декодирования, начиная с транзиента и далее в пределах кадра. Энтропийный декодер выполняет энтропийное декодирование 42 каждого сегмента каждого канала согласно назначенным параметрам кодирования для восстановления без потерь остаточных сигналов. Модуль обработки обратного оконного анализа подвергает эти сигналы обработке 44 обратного оконного анализа, которая выполняет обратное предсказание для восстановления без потерь исходного аудио PCM 20.НАВИГАЦИЯ ПО БИТОВОМУ ПОТОКУ И ФОРМАТ ЗАГОЛОВКАКак показано на фиг.10, кадр 500 в битовом потоке 30 включает в себя заголовок 502 и множество сегментов 504. Заголовок 502 включает в себя синхронизацию 506, обычный заголовок 508, подзаголовок 510 для одного или более наборов каналов, и навигационные данные 512. В данном варианте осуществления навигационные данные 512 включают в себя модуль данных NAVI 514 и код исправления ошибок CRC16 516. В модуле данных NAVI предпочтительно разделяют навигационные данные на наименьшие части битового потока для получения возможности полной навигации. Модуль данных включает в себя NAVI-сегменты 518 для каждого сегмента, и каждый NAVI-сегмент включает в себя размер полезной информации набора каналов NAVI ChSet 520 для каждого набора каналов. Кроме всего прочего, это позволяет декодеру перемещаться к началу сегмента RAP для любого указанного набора каналов. Каждый сегмент 504 включает в себя энтропийно кодированные остатки 522 (и исходные выборки, когда предсказание отключено для RAP) для каждого канала в каждом наборе каналов.Битовый поток включает в себя информацию заголовка и кодированные данные по меньшей мере для одного, а предпочтительно, — для множества различных наборов каналов. Например, первый набор каналов может иметь конфигурацию 2.0, второй набор каналов может иметь дополнительные 4 канала, составляя 5.1-канальное представление, и третий набор каналов может иметь дополнительные 2 окружающие канала, составляющие вместе 7.1-канальное представление. 8-канальный декодер извлекает и декодирует все 3 набора каналов, создавая на своем выходе 7.1-канальное представление. 6-канальный декодер извлекает и декодирует набор каналов 1 и набор каналов 2, полностью игнорируя набор каналов 3, создавая 5.1-канальное представление. 2-канальный декодер извлекает и декодирует только набор каналов 1 и игнорирует наборы каналов 2 и 3, создавая 2-канальное представление. Структурирование потока этим способом позволяет масштабировать сложность декодера.Во время кодирования временной кодер выполняет так называемое «внедренное понижающее микширование», так что понижающее микширование 7.1->5.1 легко доступно в 5.1 каналах, которые закодированы в наборах каналов 1 и 2. Так же понижающее микширование 5.1->2.0 легко доступно в 2.0 каналах, которые закодированы, как набор каналов 1. 6-канальный декодер с помощью декодирования наборов каналов 1 и 2 получит понижающее микширование к 5.1 после отмены операции внедренного понижающего микширования 5.1->2.0, выполненное на кодирующей стороне. Так же полный 8-канальный декодер получит исходное 7.1 представление с помощью декодирования наборов каналов 1, 2 и 3 и отмены операций внедренного понижающего микширования 7.1->5.1 и 5.1->2.0, выполненные на кодирующей стороне.Как показано на фиг.3, заголовок 32 включает в себя дополнительную информацию кроме той, которую обычно предоставляют для кодека без потерь, для осуществления сегментации и выбора энтропийного кода. Более конкретно, заголовок включает в себя информацию 34 общего заголовка, например, количество сегментов (NumSegments) и количество выборок в каждом сегменте (NumSamplesInSegm), информацию 36 заголовка набора каналов, например, квантованные коэффициенты декорреляции (QuantChDecorrCoeff [ ] [ ]), и информацию 38 заголовка сегмента, например, количество байтов в текущем сегменте для набора каналов (ChSetByteCOns), флаг глобальной оптимизации (AllChSameParamFlag) и флаги энтропийного кодера (RiceCodeFlag [ ], CodeParam [ ]), которые указывают, используется ли кодирование Райса или двоичное кодирование, и параметр кодирования. Эта определенная конфигурация заголовка предполагает сегменты равной продолжительности в пределах кадра и сегменты, которые являются степенью двойки продолжительности блока анализа. Сегментация кадра равномерна по каналам в пределах набора каналов и по наборам каналов.Как показано на фиг.11a, заголовок дополнительно включает в себя параметры 530 RAP в обычном заголовке, которые задают наличие и расположение RAP в пределах данного кадра. В этом варианте осуществления заголовок включает в себя флаг RAP = «истина», если RAP присутствует. ИД (идентификатор) RAP задает номер сегмента RAP для инициирования декодирования при доступе к битовому потоку в необходимой RAP. В свою очередь, RAP_MASK можно использовать для указания сегментов, которые являются или не являются RAP. RAP будет согласована по всем наборам каналов.Как показано на фиг.11b, заголовок включает в себя AdPredOrder [0] [ch] = порядок адаптивного предиктора или FixedPredOrder [0] [ch] = порядок фиксированного предиктора для канала ch или во всем кадре, или в случае транзиента, — в первой части кадра до транзиента. Когда выбирают адаптивное предсказание (AdPredOrder [0] [ch]>0), коэффициенты адаптивного предсказания кодируют и упаковывают в AdPredCodes [0] [ch] [AdPredOrder [0] [ch]].В случае MPPS заголовок дополнительно включает в себя параметры 532 транзиента в информации заголовка набора каналов. В этом варианте осуществления каждый заголовок набора каналов включает в себя флаг ExtraPredSetsPrsent [ch] = «истина», если транзиент обнаружен в канале ch, StartSegment [ch] = индекс, указывающий сегмент начала транзиента для канала ch, и AdPredOrder [1] [ch] = порядок адаптивного предиктора, или FixedPredOrder [1] [ch] = порядок фиксированного предиктора для канала ch, применяемого ко второму разделению в кадре после транзиента и включающем его в себя. Когда выбирают адаптивное предсказание (AdPredOrder[1][ch]>0), второй набор коэффициентов адаптивного предсказания кодируют и упаковывают в AdPredCodes[1][ch][AdPredOrder[1][ch]]. Наличие и расположение транзиента может меняться по каналам в пределах набора каналов и по наборам каналов.ОБРАБОТКА ОКОННОГО АНАЛИЗАКак показано на фиг.4a и 4b, примерном варианте осуществления обработки 22 оконного анализа осуществляют выбор или из адаптивного предсказания 46, или из фиксированного полиномиального предсказания 48 для декорреляции каждого канала, что является довольно обычным подходом. Как будет описано подробно в отношении фиг.6a, оптимальный порядок предиктора оценивают для каждого канала. Если порядок больше нуля, то применяют адаптивное предсказание. Иначе используют более простое фиксированное полиномиальное предсказание. Точно так же в декодере обратную обработку 44 оконного анализа выбирают или из обратного адаптивного предсказания 50, или из обратного фиксированного полиномиального предсказания 52 для восстановления аудио PCM из остаточных сигналов. Порядок адаптивного предиктора и индексы коэффициентов адаптивного предсказания и порядок фиксированного предиктора упаковывают 53 в информации заголовка набора каналов.Межканальная декорреляцияВ соответствии с настоящим изобретением, производительность сжатия можно дополнительно увеличивать с помощью осуществления межканальной декорреляции 54, которая упорядочивает М входных каналов в пары каналов согласно показателю межканальной корреляции (другое «М», чем ограничение М блоков анализа для необходимой точки RAP). Один из каналов назначают, как «основной» канал, а другой назначают как «коррелированный» канал. Декоррелированный канал генерируют для каждой пары каналов для формирования «триплета» (основной, коррелированный, декоррелированный). Формирование триплета предоставляет две возможные комбинации пар (основной, коррелированный) и (основной, декоррелированный), которые можно учитывать во время оптимизации сегментации и энтропийного кодирования для дополнительного повышения производительности сжатия (см. фиг.8a).Принятие решения между парами (основной, коррелированный) и (основной, декоррелированный) можно выполнять или до (основываясь на некотором показателе энергии), или вместе с адаптивной сегментацией. Первый подход уменьшает сложность, в то время как последний увеличивает эффективность. Можно использовать «гибридный» подход, где для триплетов, у которых есть декоррелированный канал со значительно (основываясь на пороговом значении) меньшей дисперсией, чем коррелированный канал, используется простая замена коррелированного канала декоррелированным каналом до адаптивной сегментации, в то время как для всех других триплетов принятие решения о кодировании коррелированного или декоррелированного канала оставляют для процесса адаптивной сегментации. Это несколько упрощает сложность процесса адаптивной сегментации, не жертвуя эффективностью кодирования.Исходный М-канальное аудио PCM 20 и M/2-канальное декоррелированное аудио PCM 56 направляют и к операции адаптивного предсказания, и к операции фиксированного полиномиального предсказания, которые генерируют остаточные сигналы для каждого из каналов. Как показано на фиг.3, индексы (OrigChOrder [ ]), которые указывают исходный порядок каналов до сортировки, выполняемой во время процесса попарной декорреляции, и флаг PWChDecorrFlag [ ] для каждой пары каналов, указывающий присутствие кода для квантованных коэффициентов декорреляции, сохраняют в заголовке 36 набора каналов на фиг.3.Как показано на фиг.4b, для выполнения операцию декодирования для обработки 44 обратного оконного анализа, информацию заголовка распаковывают 58, и остаточные сигналы (исходные выборки в начале RAP сегмента) передают или через обратное фиксированное полиномиальное предсказание 52, или через обратное адаптивное предсказание 50 согласно информации заголовка, а именно, согласно порядку адаптивного и фиксированного предикторов для каждого канала. В присутствии транзиентного сигнала в канале у набора каналов будут два различных набора параметров предсказания для этого канала. M-канальный декоррелированное аудио PCM (М/2 каналов отбрасывают во время сегментации) передают через обратную межканальную декорреляцию 60, при которой считывают индексы OrigChOrder [ ] и флаг PWChDecorrFlagg [ ] из заголовка набора каналов и без потерь восстанавливают M-канальное аудио PCM 20.Примерный процесс выполнения межканальной декорреляции 54 показывают на фиг.5. Для примера аудио PCM предоставляют как M=6 отличающихся каналов, L, R, C, Ls, РТС и LFE, которые также непосредственно соответствуют одной конфигурации набора каналов, сохраненной в кадре. Другим набором каналов может быть, например, левый центральный задний окружающий и правый центральный задний окружающий, для создания 7.1-канального окружающего аудио. Процесс начинают с запуска цикла кадров и цикла наборов каналов (этап 70). Вычисляют оценку автокорреляции с нулевой задержкой для каждого канала (этап 72) и оценку взаимной корреляции с нулевой задержкой для всех возможных комбинаций пар каналов в наборе каналов (этап 74). Затем, коэффициенты попарной корреляции каналов CORCOEF оценивают, как оценку взаимной корреляции с нулевой задержкой, деленную на результат оценки автокорреляции с нулевой задержкой для участвующих в паре каналов (этап 76). CORCOEF сортируют от наибольшего абсолютного значения до наименьшего и сохраняют в таблице (этап 78). Начиная с вершины таблицы, извлекают соответствующие индексы пар каналов, пока все пары не будут сконфигурированы (этап 80). Например, 6 каналов можно объединять в пары, основываясь на их CORCOEF, как (L, R), (Ls, Rs) и (C, LFE).Процесс начинает цикл пар каналов (этап 82) и выбирает «основной» канал, как канал с наименьшей оценкой автокорреляции с нулевой задержкой, которая указывает более низкую энергию (этап 84). В этом примере каналы L, Ls и C формируют основные каналы. Коэффициент декорреляции пары каналов (ChPairDecorrCoeff) вычисляют как оценку взаимной корреляции с нулевой задержкой, деленную на оценку автокорреляции с нулевой задержкой основного канала (этап 86). Декоррелированный канал генерируют, умножая выборки основного канала на CHPairDecorrCoeff и вычитая этот результат из соответствующих выборок коррелированного канала (этап 88). Пары каналов и связанный с ними декоррелированный канал обозначают «триплеты» (L,R,R-ChPairDecorrCoeff[1]*L), (Ls,РТС,РТС-ChPairDecorrCoeff[2]*Ls), (C,LFE,LFE-ChPairDecorrCoeff[3]*C) (этап 89). ChPairDecorrCoeff[ ] для каждой пары каналов (и каждого набора каналов) и индексы канала, которые обозначают конфигурацию пары, сохраняют в информации заголовка набора каналов (этап 90). Этот процесс повторяют для каждого набора каналов в кадре и затем для каждого кадра в обработанном оконной функцией аудио PCM (этап 92).Определение начальной точки сегмента для RAP и транзиентовПримерный подход для определения начала сегмента и ограничения продолжительности для настройки необходимых RAP и/или обнаруженных транзиентов показывают на фиг.12-14. Минимальный блок аудио данных, которые обрабатывают, упоминается как «блок анализа». Блоки анализа видимы только в кодере, декодер обрабатывает только сегменты. Например, блок анализа может представлять 0,5 мс аудио данные в кадрах 32 мс, включающих в себя 64 блока анализа. Сегменты состоят из одного или более блоков анализа. В идеале, кадр разделяют так, чтобы необходимая RAP или обнаруженный транзиент находились в первом блоке анализа RAP или транзиента. Однако, в зависимости от расположения необходимой RAP или транзиента обеспечение этого условия может привести к недостаточно оптимальной сегментации (чрезмерно короткой продолжительности сегмента), что слишком увеличивает кодированную полезную информацию кадра. Поэтому, компромиссным решением является задать, что любая необходимая RAP находится в пределах М блоков анализа (другое «М», чем M каналов в подпрограмме декорреляции канала) от начала сегмента RAP, и что любой транзиент находится в пределах L первых блоков анализа после начала сегмента с транзиентом в соответствующем канале. М и L — меньше общего количества блоков анализа в кадре, и их выбирают так, чтобы обеспечить необходимый допуск выравнивания для каждого условия. Например, если кадр включает в себя 64 блока анализа, то М и/или L могут быть 1, 2, 4, 8 или 16. Как правило, используют некоторую степень двойки, которая меньше общего количества и обычно является его небольшой частью (не более 25%), для предоставления реальной разрешающей способности субкадра. Кроме того, хотя можно позволять изменять продолжительность сегмента в пределах кадра, это сильно усложняет алгоритм адаптивной сегментации и увеличивает количество битов служебной информации заголовка с относительно небольшим повышением эффективности кодирования. Следовательно, обычный вариант осуществления ограничивает сегменты так, чтобы они имели одинаковую продолжительность в пределах кадра и имели продолжительность, равную степени двойки продолжительности блока анализа, например, продолжительность сегмента = 2P * продолжительность блока анализа, где P=0, 1, 2, 4, 8 и т.д. В более общем случае алгоритм задает начало сегментов RAP или транзиентов. В ограниченном случае алгоритм задает максимальную продолжительность сегмента для каждого кадра, которая обеспечивает соблюдение условия.Как показано на фиг.12, временной код кодирования, включающий в себя необходимые RAP, такой как временной код видео, который задает начало главы или сцены, предоставляют с помощью прикладного уровня (этап 600). Предоставляют (этап 602) ограничения по выравниванию, которые предписывают приведенные выше максимальные значения М и L. Кадры блокируют во множество блоков анализа и синхронизируют с временным кодом для выравнивания необходимых RAP с блоками анализа (этап 603). Если необходимая RAP находится в пределах кадра, то кодер устанавливает начало сегмента RAP, причем блок анализа RAP должен находиться в пределах М блоков анализа до или после начала сегмента RAP (этап 604). Следует отметить, что необходимая RAP может фактически находиться в сегменте, предшествующем сегменту RAP в пределах М блоков анализа от начала сегмента RAP. При данном подходе начинают анализ адаптивного/фиксированного предсказания (этап 605), начинают цикл наборов каналов (этап 606) и начинают анализ адаптивного/фиксированного предсказания в наборе каналов (этап 608) с помощью вызова подпрограммы, показанной на фиг.13. Цикл наборов каналов заканчивают (этап 610) с возвращением подпрограммой одного набора параметров предсказания (AdPredOrder [0] [ ], FixedPredOrder [0] [ ] и AdPredCodes [0] [ ] [ ]) для случая, когда ExtraPredSetsPresent [ ] = «ложь», или двух наборов параметров предсказания (AdPredOrder [0] [ ], FixedPredOrder [0] [ ], AdPredCodes [0] [ ] [ ], AdPredOrder [1] [ ], FixedPredOrder [1] [ ] и AdPredCodes [1] [ ] [ ]) для случая, когда ExtraPredSetsPresent [ ] = «истина», остатков и расположения всех обнаруженных транзиентов (StartSegment [ ]) в канале (этап 612). Этап 608 повторяют для каждого набора каналов, который закодирован в битовом потоке. Начальные точки сегмента для каждого кадра определяют из начальной точки сегмента RAP и/или начальных точек сегментов с обнаруженными транзиентами и передают к алгоритму адаптивной сегментации на фиг.16 и 7a-7b (этап 614). Если продолжительности сегмента ограничивают так, чтобы она была одинаковой и равна степени двойки длины блока анализа, то максимальную продолжительность сегмента выбирают, основываясь на установленных точках начала, и переходят к алгоритму адаптивной сегментации (этап 616). Ограничение максимальной продолжительности сегмента поддерживает установленные точки начала плюс добавление ограничения на продолжительность.Примерный вариант осуществления начала анализа адаптивного/фиксированного предсказания в подпрограмме набора каналов (этап 608) предоставляют на фиг.13. Подпрограмма начинает цикл каналов, индексированный с помощью ch (этап 700), вычисляет основанные на кадре коэффициенты предсказания и основанные на разделении коэффициенты предсказания (если обнаружен транзиент), и выбирает подход с лучшей эффективностью кодирования в канале. Возможно даже, что если обнаружен транзиент, то самым эффективным кодированием будет игнорирование транзиента. Подпрограмма восстанавливает наборы параметров предсказания, остатки и расположение всех кодированных транзиентов.Более конкретно, подпрограмма выполняет основанный на кадре анализ предсказания с помощью вызова подпрограммы адаптивного предсказания, схематически показанной на фиг.6a (этап 702), для выбора набора основанных на кадре параметров предсказания (этап 704). Этот один набор параметров затем используют для выполнения предсказания в кадре аудиовыборок, учитывая начало любого сегмента RAP в кадре (этап 706). Более конкретно, предсказание отключают в начале сегмента RAP для первых выборок по порядку предсказания. Показатель основанного на кадре остаточного среднего значения, например, остатоную энергию, оценивают из остаточных значений и исходных выборок, когда предсказание отключено.Параллельно, подпрограмма обнаруживает наличие каких-нибудь транзиентов в исходном сигнале для каждого канала в пределах текущего кадра (этап 708). Пороговое значение используется для уравновешивания между собой ложного обнаружения и пропущенного обнаружения. Индексы блока анализа, содержащего транзиент, регистрируют. Если транзиент обнаружен, то подпрограмма устанавливает точку начала сегмента с транзиентом, позицию которой определяют для обеспечения, чтобы транзиент находился в пределах L первых блоков анализа сегмента (этап 709), и делит кадр на первую и вторую части, причем вторая часть совпадает с началом сегмента с транзиентом (этап 710). Данная подпрограмма затем дважды вызывает подпрограмму адаптивного предсказания, схематически показанную на фиг.6a (этап 712), для выбора наборов первой и второй частей, основываясь на параметрах предсказания для первой и второй частей (этап 714). Два набора параметров затем используют для выполнения предсказания для первой и второй частей аудиовыборок, соответственно, также учитывая начало любого сегмента RAP в кадре (этап 716). Показатель основанного на разделении остаточного среднего значения (например, остаточную энергию) оценивают из остаточных значений и исходных выборок, когда предсказание отключено.Подпрограмма сравнивает основанное на кадре остаточное среднее значение с основанным на разделении остаточным средним значением, умноженным на пороговое значение, для учета увеличенной информации заголовка, требуемой для множества разделений для каждого канала (этап 716). Если основанная на кадре остаточная энергия меньше, то возвращают основанные на кадре остатки и параметры предсказания (этап 718), иначе, возвращают основанные на разделении остатки, два набора параметров предсказания и индексы зарегистрированных транзиентов для этого канала (этап 720). Цикл канала, индексированный каналом (этап 722), и анализ адаптивного/фиксированного предсказания в наборе каналов (этап 724), выполняют итерацию по каналам в наборе и по всем наборам каналов до его окончания.Определение начальных точек сегмента или максимальной продолжительности сегмента для одного кадра 800 показывают на фиг.14. Предполагают, что кадр 800 имеет длину 32 мс и содержит 64 блока анализа 802, каждый имеет продолжительность 0,5 мс. Временной код 804 видео задает необходимую RAP 806, которая находится в пределах 9-го блока анализа. В CH 1 и 2 обнаруживают транзиенты 808 и 810, которые находятся в 5-м и 18-м блоках анализа, соответственно. В неограниченном случае подпрограмма может задавать начальные точки сегмента в блоках анализа 5, 9 и 18 для обеспечения, что RAP и транзиенты находятся в 1-ом блоке анализа их соответствующих сегментов. Алгоритм адаптивной сегментации может дополнительно делить кадр так, чтобы он соответствовал другим ограничениям и минимизировал полезную информацию кадра, пока эти начальные точки поддерживаются. Алгоритм адаптивной сегментации может изменять границы сегмента и все равно соответствовать условию, что необходимая RAP или транзиент находятся в пределах конкретного количества блоков анализа для выполнения других ограничений или для лучшей оптимизации полезной информации.В ограниченном случае подпрограмма определяет максимальную продолжительность сегмента, которая, в данном примере, удовлетворяет условиям в каждой необходимой RAP и в этих двух транзиентах. Так как необходимая RAP 806 находится в пределах 9-ого блока анализа, максимальная продолжительность сегмента, которая обеспечивает, что RAP находится в 1-ом блоке анализа сегмента RAP, равна 8x (масштабированная продолжительностью блока анализа). Поэтому, позволительные размеры сегмента (как кратное двойки блоков анализа) 1, 2, 4 и 8. Точно так же, поскольку транзиент 808 Ch 1 находятся в пределах 5-го блока анализа, максимальная продолжительность сегмента равна 4. Транзиент 810 в CH 2 более проблематичен, т.к. для обеспечения, чтобы он имел место в первом блоке анализа, требуется продолжительность сегмента, равная блоку анализа (1X). Однако, если транзиент можно разместить во втором блоке анализа, тогда максимальная продолжительность сегмента равна 16x. При этих ограничениях подпрограмма может выбирать максимальную продолжительность сегмента, равную 4, таким образом позволяя алгоритму адаптивной сегментации выбирать из 1x, 2x и 4x, чтобы минимизировать полезную информацию кадра и удовлетворять другим ограничениям.В альтернативном варианте осуществления первый сегмент каждого n-го кадра может по умолчанию быть сегментом RAP, если временной код не задает другой сегмент RAP в этом кадре. Заданные по умолчанию RAP могут быть удобными, например, для позволения пользователю выполнять скачкообразные переходы или «случайно перемещаться» в пределах битового потока аудио вместо того, чтобы быть ограниченным только теми RAP, которые задает временной код видео.Адаптивное предсказаниеАнализ адаптивного предсказания и генерация остатковЛинейное предсказание пытается удалить корреляцию между выборками аудиосигнала. Основным принципом линейного предсказания является предсказание значения выборки s(n), используя предыдущие выборки s(n-1), s(n-2)…, и вычитание предсказанного значения ŝ(n) из исходной выборки s(n). Результирующий остаточный сигнал e(n)=s(n)+ŝ(n) будет идеально некоррелированным и, следовательно, иметь плоский спектр частот. Кроме того, у остаточного сигнала будет меньшая дисперсия, чем у исходного сигнала, что подразумевает, что меньше битов необходимо для его цифрового представления.В примерном варианте осуществления аудиокодека модель модуля предсказания FIR описана следующим уравнением:где Q{} обозначает операцию квантования, М обозначает порядок предиктора, и ak — квантованные коэффициенты предсказания. Точное квантование Q{} необходимо для сжатия без потерь, так как исходный сигнал восстанавливают на декодирующей стороне, используя другую архитектуру процессора с конечной точностью. Определение Q{} доступно и для кодера, и для декодера, и восстановление исходного сигнала просто получают с помощью:где предполагается, что квантованные коэффициенты предсказания того же самого ak доступны и для кодера, и для декодера. Новый набор параметров модуля предсказания передают в каждом окне анализа (кадре), позволяя модулю предсказания адаптироваться к изменяющейся во времени структуре аудиосигнала. В случае обнаружения транзиента два новых набора параметров предсказания передают для кадра для каждого канала, в котором обнаружен транзиент; один — для декодирования остатков до транзиента, и один — для декодирования остатков, которые включают в себя транзиент и следуют после него.Коэффициенты предсказания предназначены для минимизации среднеквадратичного остатка предсказания. Квантование Q{} делает модуль предсказания нелинейным модулем предсказания. Однако в примерном варианте осуществления квантование выполняют с 24-битовой точностью, и разумно предположить, что результирующие нелинейные эффекты можно проигнорировать во время оптимизации коэффициентов модуля предсказания. Игнорируя квантование Q{}, основная проблема оптимизации может быть представлена как набор линейных уравнений, вовлекающих задержки последовательности автокорреляции сигнала и неизвестные коэффициенты модуля предсказания. Этот набор линейных уравнений может быть эффективно решен, используя алгоритм Левинсона-Дарбина (LD).Результирующие коэффициенты линейного предсказания (LPC) необходимо квантовать таким образом, чтобы их можно эффективно передавать в кодированном потоке. К сожалению, прямое квантование LPC не является самым эффективным подходом, так как небольшие ошибки квантования могут вызывать большие спектральные ошибки. Альтернативное представление LPC — представление коэффициента отражения (RC), которое имеет меньшую чувствительность к ошибкам квантования. Это представление может также быть получено из алгоритма LD. По определению алгоритма LD, у RC, как гарантируют, будет величина ≤ 1 (игнорируя числовые ошибки). Когда абсолютное значение RC близко к 1, чувствительность линейного предсказания к ошибкам квантования, присутствующим в квантованных RC, становится высокой. Решение состоит в том, чтобы выполнить неоднородное квантование RC с более частыми шагами квантования около единицы. Это может быть достигнуто двумя этапами:1) преобразовывают RC в представление отношения в логарифмической области (LAR) посредством функции сопоставления,где log обозначает натуральный логарифм.2) квантуют равномерно LAR.Преобразование RC->LAR изменяет масштаб амплитуды параметров таким образом, что результат этапов 1 и 2 эквивалентен неоднородному квантованию с более частыми шагами квантования около единицы.Как показано на фиг.6a, в примерном варианте осуществления анализа адаптивного предсказания квантованные параметры LAR используются для представления параметров модуля адаптивного предсказания, и их передают в кодированном битовом потоке. Выборки в каждом входном канале обрабатывают независимо друг от друга, и, следовательно, описание учитывает обработку только в одном канале.Первым этапом является вычисление последовательности автокорреляции по продолжительности окна анализа (весь кадр или разделение перед и после обнаруженного транзиента) (этап 100). Для минимизации влияния блокирования, которое вызвано нарушением непрерывности на границах кадров, данные сначала обрабатывают оконной функцией. Последовательность автокорреляции для конкретного количества задержек (равного максимальному порядку LP +1) оценивают из обработанной оконной функцией совокупности данных.Алгоритм Левинсона-Дарбина (Levinson-Durbin (LD)) применяют к набору предполагаемых задержек автокорреляции, и вычисляют (этап 102) набор коэффициентов отражения (RC) до максимального порядка LP. Промежуточный результат алгоритма (LD) — набор предполагаемых дисперсий остатков предсказания для каждого порядка линейного предсказания до максимального порядка LP. В следующем блоке, используя этот набор дисперсий остатков, выбирают порядок линейного предиктора (AdPredOrder) (этап 104).Для выбранного порядка предиктора набор коэффициентов отражения (RC) преобразовывают в набор параметров отношения в логарифмической области (LAR), используя указанную выше функцию сопоставления (этап 106). Лимитирование RC вводят перед преобразованием для предотвращения деления на 0:где Tresh обозначает число, близкое к 1, но меньше 1.Параметры LAR квантуют (этап 108) согласно следующему правилу:где QLARInd обозначает квантованные индексы LAR, ⌊x⌋

указывает операцию обнаружения наибольшего целочисленного значения, меньшего или равного x, и q обозначает величину шага квантования. В примерном варианте осуществления область [от -8 до 8] кодируют, используя 8 битов, т.е. q=2*828

и, следовательно, QLARInd лимитирована согласно:QLARInd преобразовывает значения со знаком в значения без знака, используя следующее сопоставление:В блоке «RC LUT» обратное квантование параметров LAR и преобразование в параметры RC выполняют в одном этапе, используя таблицу поиска (этап 112). Таблица поиска состоит из квантованных значений обратного сопоставления RC->LAR, т.е. сопоставления LAR->RC, задаваемого с помощью:Таблицу поиска вычисляют в квантованных значениях LAR, равных 0, 1,5*q, 2,5*q,… 127,5*q. Соответствующие значения RC, после масштабирования с помощью 216, округляют до 16-битных целых чисел без знака и сохраняют как числа с фиксированной точкой без знака формата Q16 в таблице из 128 элементов.Квантованные параметры RC вычисляют из таблицы и индексов квантования LAR QLARInd, как:Квантованные параметры RC QRCord для ord=1, … AdPredOrder преобразовывают в квантованные параметры линейного предсказания (LPord для ord=1,… AdPredOrder) согласно следующему алгоритму (этап 114):For ord = 0 to AdPredOrder -1 doFor m = 1 to ord doCord+1,m = Cord,m + (QRCord+1* Cord,ord+1-m + (1<<15))>>16endCord+1,ord+1 = QRCord+1endFor ord = 0 to AdPredOrder -1 doLPord+1 = CAdPredOrder,ord+1endТак как квантованные коэффициенты RC были представлены в формате Q16 с фиксированной точкой со знаком, указанный выше алгоритм генерирует коэффициенты LP также в формате Q16 с фиксированной точкой со знаком. Способ вычисления декодера без потерь разработан для поддержания до 24-битовых промежуточных результатов. Поэтому необходимо выполнять проверку насыщения после вычисления каждого Cord+1,m. Если насыщение имеет место на каком-нибудь этапе алгоритма, то устанавливают флаг насыщения, и порядок адаптивного предиктора AdPredOrder для определенного канала сбрасывают в 0 (этап 116). Для этого определенного канала с AdPredOrder=0 фиксированное предсказание коэффициентов будут выполнять вместо адаптивного предсказания (см. фиксированное предсказание коэффициентов). Следует отметить, что индексы квантования LAR без знака (PackLARInd[n] для n=1,… AdPredOrder[Ch]) упаковывают в кодированный поток только для каналов с AdPredOrder[Ch]>0.Наконец, для каждого канала с AdPredOrder>0 выполняют адаптивное линейное предсказание, и остатки предсказания e(n) вычисляют согласно следующим уравнениям (этап 118):Limits(n)¯to 24-bit range (-223 to 223 -1)e(n) = s(n)+s(n)¯Limit e(n) to 24-bit range (-223 to 223 -1)для n = AdPredOrder + 1, … NumSamplesТак как цель разработки в примерном варианте осуществления состоит в том, чтобы заданные сегменты RAP определенных кадров были «точками произвольного доступа», хронологию выборок не переносят из предыдущего сегмента в сегмент RAP. Вместо этого предсказание применяют только в выборке AdPredOrder+1 в сегменте RAP.Остатки адаптивного предсказания e(n) дополнительно энтропийно кодируют и упаковывают в кодированный битовый поток.Обратное адаптивное предсказание на декодирующей сторонеНа декодирующей стороне первым этапом при выполнении обратного адаптивного предсказания является распаковывание информации заголовка (этап 120). Если декодер пытается инициировать декодирование согласно временному коду воспроизведения (например, выбору пользователем главы или произвольному доступу), то декодер обращается к битовому потоку аудио около, но перед данной точкой, и ищет заголовок следующего кадра до тех пор, пока он не найдет RAP_Flag = «истина», который указывает наличие сегмента RAP в кадре. Декодер затем извлекает номер сегмента RAP (ИД RAP) и навигационные данные (NAVI) для перемещения к началу сегмента RAP, отключает предсказание до тех пор, пока индекс > pred_order, и инициирует декодирование без потерь. Декодер декодирует остальные сегменты в данном кадре и в последующих кадрах, отключая предсказание каждый раз, когда встречается сегмент RAP. Если ExtraPredSetsPrsnt = «истина» встречается в кадре для канала, то декодер извлекает первый и второй наборы параметров предсказания и начальный сегмент для второго набора.Порядок адаптивного предсказания AdPredOrder[Ch] извлекают для каждого канала Ch=1,… NumCh. Затем для каналов с AdPredOrder[Ch]>0 извлекают версию без знака индексов квантования LAR (AdPredCodes[n] для n=1, AdPredOrder[Ch]). Для каждого канала Ch с порядком предсказания AdPredOrder[Ch]>0, AdPredCodes[n] без знака сопоставляют со значением со знаком QLARInd[n], используя следующее сопоставление:где >> обозначает целочисленную операцию правого сдвига.Обратное квантование параметров LAR и преобразование в параметры RC выполняют на одном этапе, используя Quant RC LUT (этап 122). Это — та же самая таблица поиска TABLE{ }, которую определяют на кодирующей стороне. Квантованные коэффициенты отражения для каждого канала Ch (QRC[n] для n=1,… AdPredOrder[Ch]), вычисляют из TABLE{}, и индексы квантования LAR QLARInd[n], какДля каждого канала Ch, квантованные параметры RC QRCord для ord=1,… AdPredOrder[Ch] преобразовывают в квантованные параметры линейного предсказания (LPord для ord=1,… AdPredOrder[Ch]) согласно следующему алгоритму (этап 124):For ord = 0 to AdPredOrder -1 doFor m = 1 to ord doCord+1,m = Cord,m + (QRCord+1* Cord,ord+1-m + (1<<15))>>16endCord+1,ord+1 = QRCord+1endFor ord = 0 to AdPredOrder -1 doLPord+1 = CAdPredOrder,ord+1endЛюбую возможность насыщения промежуточных результатов удаляют на кодирующей стороне. Поэтому на декодирующей стороне нет никакой необходимости выполнять проверку насыщения после вычисления каждого Cord+1,m.Наконец, для каждого канала с AdPredOrder[Ch]>0 выполняют обратное адаптивное линейное предсказание (этап 126). Предполагая, что остатки предсказания e(n) ранее извлечены и энтропийно декодированы, восстановленные исходные сигналы s(n) вычисляют согласно следующим уравнениям:Limits(n)¯to 24-bit range (-223 to 223 -1)e(n) = s(n)+s(n)¯для n = AdPredOrder[Ch] +1, … NumSamplesТак как хронологию выборок не сохраняют в сегменте RAP, обратное адаптивное предсказание необходимо начинать с выборки (AdPredOrder [Ch]+1) в сегменте RAP.Фиксированное предсказание коэффициентовБыло обнаружено, что очень простая форма фиксированного предсказания коэффициентов модуля линейного предсказания является удобной. Коэффициенты фиксированного предсказания получают согласно очень простому способу полиномиального приближения, который был впервые предложен Shorten (T. Robinson. SHORTEN: Simple lossless and near lossless waveform compression. Technical report 156. Cambridge University Engineering Department Trumpington Street, Cambridge CB2 IPZ, UK December 1994). В этом случае коэффициенты предсказания являются коэффициентами, заданными с помощью соответствия полинома порядка p с последним p точкам данных. Подробно останавливаются на четырех приближениях.Интересное свойство этих полиномиальных приближений — то, что результирующий остаточный сигнал ek[n]=s[n]-ŝk[n] можно эффективно воплощать следующим рекурсивным способом.Анализ фиксированного предсказания коэффициентов применяют на основе кадра, и он не основывается на выборках, вычисленных в предыдущем кадре (ek[-1] = 0). Набор остатков с наименьшей величиной суммы по всему кадру определяют как лучшее приближение. Оптимальный порядок остатков вычисляют для каждого канала отдельно и упаковывают в поток как порядок фиксированного предсказания (FPO[Ch]). Остатки eFPO[Ch][n] в текущем кадре дополнительно энтропийно кодируют и упаковывают в поток.Процесс обратного фиксированного предсказания коэффициентов на декодирующей стороне определяют с помощью формулы рекурсивного порядка для вычисления остатков k-го порядка в момент выборки n:где необходимый исходный сигнал s[n] задают с помощьюи где для каждого остатка k-го порядка ek[-1] = 0. В качестве примера представлены рекурсии для фиксированного предсказания коэффициентов 3-го порядка, где остатки e3[n] кодируют, передают в потоке и распаковывают на декодирующей стороне:Обратное линейное предсказание, адаптивное или фиксированное, выполняемое на этапе 126, показывают для случая, когда сегмент m+1 — сегмент 900 RAP на фиг.15a, и когда сегмент m+1 — сегмент 902 с транзиентом на фиг.15b. 5-отводный модуль предсказания 904 используется для восстановления аудиовыборки без потерь. В общем случае, модуль предсказания повторно объединяет 5 предыдущих восстановленных без потерь выборок для генерации предсказанного значения 906, которое добавляют к текущему остатку 908 для восстановления без потерь текущей выборки 910. В примере RAP 1-е 5 выборок в битовом потоке 912 сжатого аудио являются распакованными аудиовыборками. Следовательно, модуль предсказания может инициировать декодирование без потерь при сегменте m+1 без какой-либо хронологии от предыдущей выборки. Другими словами, сегмент m+1 является сегментом RAP битового потока. Следует отметить, что если транзиент также обнаружен в сегменте m+1, то параметры предсказания для сегмента m+1 и остальной части кадра отличаются от параметров, используемых в сегментах 1 — m. В примере транзиента все выборки в сегментах m и m+1 являются остатками, а не RAP. Декодирование инициировано, и хронология предсказания доступна для модуля предсказания. Как показано, для восстановления без потерь аудиовыборок в сегментах m и m+1 используются различные наборы параметров предсказания. Для генерации 1-й выборки без потерь в сегменте m+1, модуль предсказания использует параметры для сегмента m+1, используя последние пять восстановленных выборок без потерь от сегмента m. Следует отметить, что если сегмент m+1 является также сегментом RAP, то первые пять выборок сегмента m+1 являются исходными выборками, а не остатками. В общем случае, данный кадр может не содержать ни одной RAP или транзиента, что фактически является более обычным результатом. В свою очередь, кадр может включать в себя сегмент RAP или сегмент с транзиентом, или даже оба. Один сегмент может быть и сегментом RAP, и сегментом с транзиентом.Поскольку условие начала сегмента и максимальную продолжительность сегмента устанавливают, основываясь на позволительном расположении необходимой RAP или обнаруженном транзиенте в пределах сегмента, выбор оптимальной продолжительности сегмента может генерировать битовый поток, в котором необходимая RAP или обнаруженный транзиент фактически находятся в пределах сегментов, следующих за сегментами RAP или сегментами с транзиентом. Это может происходить, если границы М и L являются относительно большими, и оптимальная продолжительность сегмента меньше М и L. Необходимая RAP может фактически находиться в сегменте, предшествующем сегменту RAP, но все равно находиться в пределах заданного допуска. Условия допуска на выравнивание на кодирующей стороне все равно поддерживаются, и декодер не понимает разницу. Декодер просто получает доступ к RAP и транзиенту.СЕГМЕНТАЦИЯ И ВЫБОР ЭНТРОПИЙНОГО КОДАПроблему ограниченной оптимизации, к которой обращается алгоритм адаптивной сегментации, показывают на фиг.16. Проблемой является кодирование одного или более наборов каналов многоканального аудио в битовый потоке VBR таким способом, чтобы минимизировать кодированную полезную информацию кадра, при условии ограничений, чтобы каждый аудио сегмент можно было полностью и без потерь декодировать, причем кодированная полезная информация сегмента меньше максимального количества байтов. Максимальное количество байтов меньше размера кадра, и обычно его устанавливают с помощью максимального размера модуля доступа для считывания битового потока. Проблема дополнительно ограничена настройкой произвольного доступа и транзиентов, требуя, чтобы сегменты выбирали так, чтобы необходимая RAP находилась плюс-минус М блоков анализа от начала сегмента RAP, и транзиент находился в пределах L первых блоков анализа сегмента. Максимальная продолжительность сегмента может быть дополнительно ограничена размером выходного буфера декодера. В данном примере сегменты в пределах кадра ограничивают так, чтобы они имели одинаковую длину, равную степени двойки продолжительности блока анализа.Как показано на фиг.16, оптимальная продолжительность сегмента для минимизации кодированной полезной информации кадра 930 находит оптимальное сочетание улучшения предсказания для большего количества более коротких сегментов продолжительности со стоимостью дополнительных служебных битов. В этом примере 4 сегмента в кадре предоставляют меньшую полезную информацию кадра, чем или 2, или 8 сегментов. Решение с двумя сегментами непригодно, потому что полезная информация сегмента для второго сегмента превышает ограничение 932 на максимальную полезную информацию сегмента. Продолжительность сегмента для разделения и на два, и на четыре сегмента превышает максимальную продолжительность сегмента 934, которую устанавливают с помощью некоторой комбинации, например, размера выходного буфера декодера, расположения начальной точки сегмента RAP и/или расположения начальной точки сегмента с транзиентом. Следовательно, алгоритм адаптивной сегментации выбирает 8 сегментов 936 равной продолжительности и параметры предсказания и энтропийного кодирования, оптимизированные для этого разделения.Примерный вариант осуществления сегментации и выбора энтропийного кода 24 для ограниченного случая (одинаковые сегменты, степень двойки продолжительности блока анализа) показывают на фиг.7a-b и 8a-b. Для установки оптимальных продолжительности сегмента, параметров кодирования (выбора энтропийного кода и параметров) и пар каналов, параметры кодирования и пары каналов определяют для множества различных продолжительностей сегмента до максимальной продолжительности сегмента, и из множества этих кандидатов выбирают кандидат с минимальной кодированной полезной информацией в кадре, который удовлетворяет ограничению, по которому каждый сегмент должен полностью и без потерь декодироваться и не превышать максимальный размер (количество байтов). «Оптимальные» сегментация, параметры кодирования и пары каналов, конечно, подчиняются ограничениям процесса кодирования, а так же ограничению на размер сегмента. Например, в примерном процессе, когда продолжительность времени всех сегментов в кадре равна, поиск оптимальной продолжительности выполняют в двоичной структуре, начиная с продолжительности сегмента, равной продолжительности блока анализа, и увеличивая ее с помощью степени двойки, и выбор пары каналов действует по всему кадру. За счет дополнительной сложности кодера и количества служебных битов, можно позволять изменять продолжительность времени в пределах кадра, поиск оптимальной продолжительности можно более точно выполнять, и выбор пары каналов можно выполнять на основе сегмента. В этом «ограниченном» случае ограничение, которое обеспечивает, что любая необходимая RAP или обнаруженный транзиент выровнены к началу сегмента в пределах заданной разрешающей способности, воплощают в максимальной продолжительности сегмента.Примерный процесс начинают с инициализации параметров сегмента (этап 150), например, минимального количества выборок в сегменте, максимального позволительного размера кодированной полезной информации сегмента, максимального количества сегментов и максимального количества разделений и максимальной продолжительности сегмента. После этого, обработка начинает цикл разделений, которые индексируют от 0 до максимального количества разделений минус единица (этап 152), и инициализирует параметры разделения, включающие в себя количество сегментов, количество выборок в сегменте и количество байтов, используемых при данном разделении (этап 154). В этом конкретном варианте осуществления сегменты имеют равную продолжительность времени и количество сегментов, масштабируемое как степень двойки при каждой итерации разделения. Количество сегментов предпочтительно устанавливают в максимальное значение, следовательно, устанавливают минимальную продолжительность времени сегмента, равную одному блоку анализа. Однако, процесс может использовать сегменты переменной продолжительности времени, которые могут предоставлять лучшее сжатие аудио данных, но за счет дополнительных служебных данных и дополнительной сложности, для удовлетворения условий RAP и транзиентов. Кроме того, количество сегментов не должно быть лимитировано степенями двойки или определено от минимального до максимального значения продолжительности. В этом случае, начальные точки сегмента, определенные необходимой RAP и обнаруженными транзиентами, являются дополнительными ограничениями на алгоритм адаптивной сегментации.После инициализации, процесс начинает цикл наборов каналов (этап 156) и определяет оптимальные параметры энтропийного кодирования и выбор пары каналов для каждого сегмента и соответствующего количества используемых байтов (этап 158). Сохраняют параметры кодирования PWChDecorrFlag [ ] [ ], AllChSameParamFlag [ ] [ ], RiceCodeFlag [ ] [ ] [ ], CodeParam [ ] [ ] [ ] и ChSetByteCons [ ] [ ] (этап 160). Это повторяют для каждого набора каналов до окончания цикла набора каналов (этап 162).Процесс начинает цикл сегментов (этап 164) и вычисляет количество используемых байтов (SegmByteCons) в каждом сегменте по всем наборам каналов (этап 166) и обновляет количество используемых байтов (ByteConsInPart) (этап 168). В этот момент времени размер сегмента (кодированную полезную информацию сегмента в байтах) сравнивают с ограничением максимального размера (этап 170). Если ограничение нарушено, то от текущего разделения отказываются. Кроме того, из-за того, что процесс начинается с наименьшей продолжительности времени, когда размер сегмента становится слишком большим, цикл разделений заканчивают (этап 172), и лучшее решение (продолжительность времени, пары каналов, параметры кодирования) для этого момента времени упаковывают в заголовок (этап 174), и процесс переходит на следующий кадр. Если ограничение минимального размера сегмента нарушается (этап 176), то процесс заканчивают и сообщают об ошибке (этап 178), потому что ограничение максимального размера не может быть удовлетворено. Предполагая, что ограничение удовлетворяется, этот процесс повторяют для каждого сегмента при текущем разделении до окончания цикла сегмента (этап 180).Когда цикл сегмента закончен, и количество используемых байтов для всего кадра вычислено, как представлено ByteConsinPart, эту полезную информацию сравнивают с текущей минимальной полезной информацией (MinByteInPart) от предыдущей итерации разделения (этап 182). Если текущее разделение представляет улучшение, то текущее разделение (PartInd) сохраняют как оптимальное разделение (OptPartind), и минимальную полезную информацию обновляют (этап 184). Эти параметры и сохраненные параметры кодирования затем сохраняют как текущее оптимальное решение (этап 186). Это повторяют до окончания цикла разделения с максимальной продолжительностью сегмента (этап 172), в данный момент времени информацию сегментации и параметры кодирования упаковывают в заголовок (этап 150), как показано на фиг.3 и 11a и 11b.Примерный вариант осуществления для определения оптимальных параметров кодирования и соответствующего количества используемых битов для набора каналов для текущего разделения (этап 158) показывают на фиг.8a и 8b. Процесс начинает цикл сегментов (этап 190) и цикл каналов (этап 192), в котором каналы для текущего примера:Ch1: L,Ch2: RCh3: R-ChPairDecorrCoeff[1]*LCh4: LsCh5: RsCh6: Rs-ChPairDecorrCoeff[2]*LsCh7: CCh8: LFECh9: LFE-ChPairDecorrCoeff[3]*C)Процесс определяет тип энтропийного кода, соответствующий параметр кодирования и соответствующее количество используемых битов для основного и коррелированного каналов (этап 194). В этом примере процесс вычисляет оптимальные параметры кодирования для двоичного кода и кода Райса и затем выбирает код с самым низким количеством используемых битов для канала и каждого сегмента (этап 196). В общем случае, оптимизацию можно выполнять для одного, двух или более возможных энтропийных кодов. Для двоичных кодов количество битов вычисляют из максимального абсолютного значения всех выборок в сегменте текущего канала. Параметр кодирования Райса вычисляют из среднего абсолютного значения всех выборок в сегменте текущего канала. Основываясь на выборе, устанавливают RiceCodeFlag, устанавливают BitCons и устанавливают CodeParam или в NumBitsBinary, или в RiceKParam (этап 198).Если текущий обрабатываемый канал является коррелированным каналом (этап 200), то ту же самую оптимизацию повторяют для соответствующего декоррелированного канала (этап 202), выбирают лучший энтропийный код (этап 204) и устанавливают параметры кодирования (этап 206). Процесс повторяют до окончания цикла канала (этап 208) и окончания цикла сегмента (этап 210).В этой точке определяют оптимальные параметры кодирования для каждого сегмента и для каждого канала. Эти параметры кодирования и величину полезной информации можно восстанавливать для пар каналов (основной, коррелированный) из исходного аудио PCM. Однако, производительность сжатия можно повышать, выбирая между каналами (основной, коррелированный) и (основной, декоррелированный) в триплетах.Для определения, какие пары каналов (основной, коррелированный) или (основной, декоррелированный) использовать для этих трех триплетов, начинают цикл пар каналов (этап 211), и вычисляют вклад каждого коррелированного канала (Ch2, Ch5 и Ch8) и каждого декоррелированного канала (Ch3, Ch6 и Ch9) в количество используемых битов всего кадра (этап 212). Вклад в количество используемых битов кадра для каждого коррелированного канала сравнивают с вкладом в количество используемых битов кадра для соответствующих декоррелированных каналов, т.е. Ch2 с Ch3, Ch5 с Ch6, и Ch8 с Ch9 (этап 214). Если вклад декоррелированного канала больше, чем вклад коррелированного канала, то PWChDecorrrFlag устанавливают в «ложь» (этап 216). Иначе, коррелированный канал заменяют декоррелированным каналом (этап 218), и PWChDecorrrFlag устанавливают в «истину», и пары каналов конфигурируют как (основной, декоррелированный) (этап 220).Основываясь на этих сравнениях, алгоритм выбирает:1. или Ch2, или Ch3 в качестве канала, который объединяют в пару с соответствующим основным каналом Ch1;2. или Ch5, или Ch6 в качестве канала, который объединяют в пару с соответствующим основным каналом Ch4; и3. или Ch8, или Ch9 в качестве канала, который объединяют в пару с соответствующим основным каналом Ch7.Эти этапы повторяют для всех пар каналов до тех пор, пока цикл не закончится (этап 222).В этой точке определяют оптимальные параметры кодирования для каждого сегмента и каждого отличающегося канала и оптимальных пар каналов. Эти параметры кодирования для каждой отличающейся пары каналов и величину полезной информации можно возвращать в цикл разделения. Однако, дополнительная производительность сжатия может быть доступна с помощью вычисления глобального набора параметров кодирования для каждого сегмента по всем каналам. В лучшем случае часть данных кодированной полезной информации будет иметь тот же самый размер, как параметры кодирования, оптимизированные для каждого канала, а наиболее вероятно — несколько больший. Однако, уменьшение количества служебных битов может более чем компенсировать эффективность кодирования данных.Используя те же самые пары каналов, процесс начинает цикл сегментов (этап 230), вычисляет количество используемых битов (ChSetByteCons[seg]) в сегменте для всех каналов, используя отличающиеся наборы параметров кодирования (этап 232), и сохраняет ChSetByteCons[seg] (этап 234). Глобальный набор параметров кодирования (выбранный энтропийный код и параметры) затем определяют для сегмента по всем каналам (этап 236), используя те же самые вычисления двоичного кода и кода Райса как прежде, за исключением всех каналов. Выбирают лучшие параметры, и вычисляют количество используемых байтов (SegmByteCons) (этап 238). SegmByteCons сравнивают с CHSetByteCons[seg] (этап 240). Если использование глобальных параметров не уменьшает количество используемых битов, то AllChSamParamFlag[seg] устанавливают в «ложь» (этап 242). Иначе, AllChSameParamFlag [seg] устанавливают в «истину» (этап 244), и сохраняют глобальные параметры кодирования и соответствующее количество используемых битов в сегменте (этап 246). Этот процесс повторяют до достижения окончания цикла сегмента (этап 248). Весь процесс повторяют до окончания цикла набора каналов (этап 250).Процесс кодирования структурируют таким образом, что различные функциональные возможности могут быть отключены с помощью управления несколькими флагами. Например, один флаг управляет, должен ли выполняться анализ попарной декорреляции каналов или нет. Другой флаг управляет, должен ли выполняться анализ адаптивного предсказания (еще один флаг для фиксированного предсказания) или нет. Кроме того, один флаг управляет, должен ли выполняться поиск глобальных параметров по всем каналам или нет. Сегментацией также можно управлять, определяя количество разделений и минимальную продолжительность сегмента (в самой простой форме, это может быть одним разделением с предопределенной продолжительностью сегмента). Флаг указывает наличие сегмента RAP, а другой флаг указывает наличие транзиента. В основном, устанавливая несколько флагов в кодере, кодер может превратиться в простое средство формирования кадра и энтропийного кодирования.ОБРАТНО СОВМЕСТИМЫЙ АУДИОКОДЕК БЕЗ ПОТЕРЬКодек без потерь может использоваться в качестве «кодера расширения» в комбинации с основным кодером с потерями. Основной поток кода «с потерями» упаковывают как основной битовый поток, и кодированный разностный сигнал без потерь упаковывают как отдельный битовый поток расширения. При декодировании в декодере с расширенными признаками декодирования без потерь, потоки без потерь и с потерями объединяют для создания восстановленного сигнала без потерь. В декодере предшествующего поколения игнорируют поток без потерь, и основной поток «с потерями» декодируют для предоставления высококачественного многоканального аудиосигнала с полосой пропускания и характеристикой отношения сигнал-шум основного потока.Фиг.9 показывает представление системного уровня обратно совместимого кодера 400 без потерь для одного канала многоканального сигнала. Оцифрованный аудиосигнал, соответственно М-битовые аудиовыборки PCM, предоставляет на входе 402. Предпочтительно, оцифрованный аудиосигнал имеет частоту выборки и полосу пропускания, которые превышают частоту выборки и полосу пропускания измененного основного кодера с потерями 404. В одном из вариантов осуществления частота выборки оцифрованного аудиосигнала составляет 96 кГц (соответствует полосе пропускания 48 кГц для дискретизированного аудио). Следует также подразумевать, что входное аудио может быть, и предпочтительно является, многоканальным сигналом, причем дискретизацию каждого канала выполняют с частотой 96 кГц. Последующее обсуждение сконцентрировано на обработке одного канала, но расширение на множество каналов является простым. Входной сигнал дублируют в узле 406 и обрабатывают в параллельных ветвях. В первой ветви прохождения сигнала измененный широкополосный кодер 404 с потерями кодирует сигнал. Измененный основной кодер 404, который описан подробно ниже, генерирует кодированный основной битовый поток 408, который передают к модулю упаковывания или к мультиплексору 410. Основной битовый поток 408 также передают на измененный основной декодер 412, который генерирует в качестве выходного сигнала измененный восстановленный основной сигнал 414.В это время входной оцифрованный аудиосигнал 402 в параллельном тракте подвергается компенсирующей задержке 416, по существу равной задержке, введенной в восстановленный аудио поток (с помощью измененного кодера и измененного декодера), для генерации задержанного оцифрованного аудио потока. Аудио поток 400 вычитают из задержанного оцифрованного аудио потока 414 с помощью узла 420 суммирования.Узел 420 суммирования генерирует разностный сигнал 422, который представляет исходный сигнал и восстановленный основной сигнал. Для достижения кодирования совсем «без потерь», необходимо кодировать и передавать разностный сигнал с помощью методик кодирования без потерь. Соответственно, разностный сигнал 422 кодируют с помощью кодера 424 без потерь, и битовый поток 426 расширения упаковывают с основным битовым потоком 408 в модуле 410 упаковывания для генерации выходного битового потока 428.Следует отметить, что кодирование без потерь генерирует битовый поток 426 расширения, который имеет переменную скорость передачи битов, для удовлетворения потребности кодера без потерь. Упакованный поток затем можно подвергать дополнительным уровням кодирования, включающим в себя канальное кодирование, и затем передавать или регистрировать. Следует отметить, что в целях этого раскрытия, регистрацию можно рассматривать, как передачу через канал.Основной кодер 404 описывают как «измененный», потому что в варианте осуществления, который может обрабатывать расширенную полосу пропускания, основной кодер требует изменений. 64-полосный ряд 430 фильтров анализа в пределах кодера аннулирует половину его выходных данных 432, и основной субполосный кодер 434 кодирует только нижние 32 диапазона частот. Эта информация, которую аннулируют, не представляет интереса для существующих декодеров, которые не способны в любом случае восстанавливать верхнюю половину спектра сигнала. Остальную информацию кодируют согласно неизмененному кодеру для формирования обратно совместимого основного выходного потока. Однако, в другом варианте осуществления, работающем на частоте выборки 48 кГц или ниже ее, основной кодер может быть по существу неизмененной версией предшествующего основного кодера. Точно так же для работы выше частоты выборки существующих декодеров, измененный основной декодер 412 включает в себя основной субполосный декодер 436, который декодирует выборки в нижних 32 субполосах. Измененный основной декодер берет субполосные выборки из нижних 32 субполос и обнуляет непереданные субполосные выборки для верхних 32 полос 438 и восстанавливает все 64 полосы, используя 64-полосный фильтр синтеза QMF 440. Для работы с обычной частотой выборки (например, 48 кГц и ниже) основной декодер может быть по существу неизмененной версией предшествующего основного декодера или эквивалентен ему. В некоторых вариантах осуществления выбор частоты выборки можно делать во время кодирования, и с помощью модулей кодирования и декодирования, реконфигурируемых в это время с помощью программного обеспечения при необходимости.Так как кодер без потерь используется для кодирования разностного сигнала, то может казаться, что было бы достаточно простого энтропийного кода. Однако, из-за лимитирования скорости передачи битов на существующие основные кодеки с потерями, значительное количество полных битов, требуемых для предоставления битового потока без потерь, все еще остается. Кроме того, из-за лимитирования полосы пропускания основного кодека информация выше 24 кГц в разностном сигнале все еще коррелированна. Например, многие гармонические компоненты, включающие в себя трубу, гитару, «треугольник»…, достигают далеко за 30 кГц). Поэтому более сложные кодеки без потерь, которые повышают производительность сжатия, добавляют значение. Кроме того, в некоторых применениях основной битовый поток и битовый поток расширения должны все равно удовлетворять ограничению, что декодируемые модули не должны превышать максимальный размер. Кодек без потерь по настоящему изобретению предоставляет и повышенную производительность сжатия, и улучшенную настраиваемость для удовлетворения этих ограничений.Для примера 8 каналов 24-битового аудио PCM на 96 кГц требуют 18,5 Мбит/с. Сжатие без потерь может уменьшать это приблизительно до 9 Мбит/с. Кодер Coherent Acoustics DTS закодирует основной сигнал со скоростью передачи битов 1,5 Мбит/с, оставляя разностный сигнал 7,5 Мбит/с. Для максимального размера сегмента, равного 2-кбайта, средняя продолжительность сегмента — 2048*8/7500000=2,18 мс или примерно 209 выборок с частотой 96 кГц. Обычный размер кадра для основного кодирования с потерями для соответствия максимальному размеру находится между 10 и 20 мс.На системном уровне кодек без потерь и обратно совместимый кодек без потерь можно объединять для кодирования без потерь дополнительных аудио каналов в расширенной полосе пропускания, поддерживая совместимость вниз с существующими кодеками с потерями. Например, 8-канальное аудио с частотой 96 кГц и скоростью передачи битов 18,5 Мбит/с можно без потерь кодировать так, чтобы он включал в себя 5.1-канальное аудио с частотой 48 кГц и скоростью передачи битов 1,5 Мбит/с. Основной кодер плюс кодер без потерь можно использовать для кодирования этих 5.1 каналов. Кодер без потерь будет использоваться для кодирования разностных сигналов в этих 5.1 каналах. Остальные 2 канала кодируют в отдельном наборе каналов, используя кодер без потерь. Поскольку необходимо учитывать все наборы каналов, когда пытаются оптимизировать продолжительность сегмента, все средства кодирования будут использоваться так или иначе. Совместимый декодер декодирует все 8 каналов и без потерь восстанавливает аудиосигналы 96 кГц 18,5 Мбит/с. Более старый декодер декодирует только эти 5.1 каналов и восстанавливает аудиосигналы 48 кГц 1,5 Мбит/с.В общем случае, более одного набора каналов полностью без потерь можно предоставлять с целью масштабирования сложности декодера. Например, для исходного микшированного сигнала формата 10.2, наборы каналов можно организовывать таким образом, чтобы:- CHSET1 переносил сигнал формата 5.1 (с внедренным понижающим микшированием 10.2 к 5.1), и его кодируют с использованием основного кодирования + кодирования без потерь,- CHSET1 и CHSET2 переносили сигнал формата 7.1 (с внедренным понижающим микшированием 10.2 к 7.1), где CHSET2 кодирует 2 канала, используя кодирование без потерь,- CHSET1+CHSET2+CHSET3 переносили полный дискретный микшированный сигнал формата 10.2, где CHSET3 кодирует остальные 3.1 каналов, используя только кодирование без потерь.Декодер, который может декодировать только 5.1, декодирует только CHSET1 и игнорирует все другие наборы каналов. Декодер, который может декодировать только 7.1, декодирует CHSET1 и CHSET2 и игнорирует все другие наборы каналов….Кроме того, основное кодирование с потерями плюс без потерь не лимитировано форматом 5.1. Существующие реализации поддерживают до 6.1, используя кодирование с потерями (основное кодирование + XCh) и без потерь, и могут поддерживать в общем случае m.n каналов, организованных в любом количестве наборов каналов. Кодирование с потерями будет иметь 5.1 обратно совместимых кодированных каналов, и все другие каналы, которые закодированы с помощью кодека с потерями, войдут в расширение XXCh. Это предоставляет полное кодирование без потерь со значительной гибкостью конструкции для того, чтобы оставалась обратная совместимость с существующими декодерами при поддержке дополнительных каналов.Хотя показаны и описаны некоторые иллюстративные варианты осуществления изобретения, множество разновидностей и дополнительных вариантов осуществления будут придуманы специалистами. Такие разновидности и дополнительные варианты осуществления предусматриваются, и их можно делать, не отступая от объема и формы изобретения, которое описано в прилагаемой формуле изобретения.

Оценка надежности системы передачи видеоинформации

¬ведение. ƒостоверна¤ и быстра¤ передача видеоинформации приобретает в наше врем¤ большое значение. Ето св¤зано не только с огромным объемом информации, которую должен получить потребитель, но и с тем обсто¤тельством, что в некоторых случа¤х необходимо не только ознакомитьс¤ с текстом сообщени¤, но и видеть на экране лицо, передающее сообщение. Cистема передачи видеоинформации состоит из: видеокамеры, аналогоцифрового преобразовател¤ (передатчика, сжимающего и кодирующего информацию), цифроаналогового преобразовател¤ (приемника, декодирующего информацию) и аппаратуры просмотра.  ажда¤ из этих составл¤ющих, в свою очередь, представл¤ет собой систему различной сложности. ѕри проектировании подобных систем следует учесть две основные проблемы: Х система должна отвечать требовани¤м надежности и, как следствие, надежность необходимо уметь априорно вычисл¤ть по имеющимс¤ статистическим данным; Х объем передаваемой видеоинформации ограничен разрешающей способностью глаза и пропускной способностью канала св¤зи. ¬ статье предлагаетс¤ метод оценки надежности подобной системы. ¬ качестве надежности рассматриваетс¤ один из ее показателей — веро¤тность безотказной работы. ћетод вспомогательной структуры. —формулируем задачу. ѕусть имеетс¤ система, состо¤ща¤ из m различных типов элементов. ¬ведем величину pi, характеризующую параметр надежности i-го элемента (веро¤тность того, что не произойдет отказ, т.e. непередача или искаженна¤ передача информации). Ќадежность всей сети св¤зи характеризуетс¤ функцией R(p)-веро¤тности того, что вс¤ система не откажет в момент передачи видеоинформации. “ребуетс¤ c заданной веро¤тностью оценки g определить R(p), т. е. найти величину , такую что при всех значени¤х параметров надежности элементов. ќдним из точных методов, т. е. методов, которые точно обеспечивают веро¤тность оценки ?, ¤вл¤етс¤ метод вспомогательной структуры. ћетод вспомогательной структуры был рассмотрен в общем виде в . —уть метода состоит в следующем. ѕредположим, что на основе одного и того же набора элементов с параметрами надежности р = (р1, р2 …рm) построены две различные системы с функци¤ми надежности R(p) и R?(p), которые будем называть соответственно основной и опорной. ѕредположим, что дл¤ надежности опорной системы известна оценка надежности R?(d) = R?(d1, …, dm), построенна¤ тем или иным образом, например, на основе испытаний (необ¤зательно безотказных) этих систем. –ассмотрим следующую задачу: требуетс¤ найти оценку с заданной веро¤тностью g дл¤ надежности основной системы, исход¤ из известной оценки дл¤ надежности опорной системы . –ассмотрим случай, когда в качестве опорной используетс¤ последовательна¤ (в смысле надежности) система, состо¤ща¤ из элементов, соединенных последовательно без резерва (нагруженного или ненагруженного) по любому из элементов. ‘ункци¤ надежности такой системы имеет вид: (1) где li — количество элементов i-го типа в системе. Ќадежность оценивают любым известным методом дл¤ определени¤ оценки надежности последовательной структуры, например, рассмотренным ниже методом Ћиндстрема-ћаддена. ѕредположим, что по каждому i-му элементу информаци¤ должна была передаватьс¤ Ni раз, а di раз (из этого числа) она не передавалась или передавалась искаженно. ¬ качестве оценки с веро¤тностью ? дл¤ надежности всей системы беретс¤ оценка надежности дл¤ одного отдельно вз¤того типа элемента с минимальным объемом использовани¤ в предположении, что дл¤ данного элемента получено так называемое Ђприведенноеї число отказов, вычисл¤емое по формуле: Dm = Nm (1 — P), (2) где P — точечна¤ оценка надежности опорной сети, вычисл¤ема¤ по формуле: (3) Ќахождение оценки надежности основной сети св¤зи сводитс¤ к определнию минимума при ограничени¤х (4) —делаем замену переменных pi = exp(-zi). ƒалее задача заключаетс¤ в вычислении максимума функции f(z) при ограничении: l1z1+Е+ lmzm ? -lnR?. ћаксимум достигаетс¤ в одной из точек вида: z(i) = (0,Е,0, zi,0,Е,0), где –ассмотрим случай, когда в качестве основной рассматриваетс¤ система, состо¤ща¤ из элементов, соединенных последовательно-параллельно, т. е. каждый тип элемента соединен последовательно с другим типом и по каждому из них предусматриваетс¤ некоторый нагруженный резерв. ¬ подобном случае оценка надежности определ¤етс¤ по формуле: (5) Ето следует из того, что функци¤ надежности любой последовательно-параллельной структуры вычисл¤етс¤ по формуле: (6) ћодернизаци¤ метода вспомогательной структуры (ћ¬—). ƒл¤ получени¤ более качественной оценки надежности системы модернизаци¤ метода достигаетс¤ путем введени¤ не одной, а нескольких вспомогательных структур. ‘ункци¤ надежности такой системы имеет вид: (7) Ѕудем находить минимум этой функции по области, заданной ограничени¤ми: (8) ќценка надежности подобной системы при заданной дополнительной информации такого рода будет находитьс¤ как минимальна¤ из величин: (9) ≈сли область ограничений имеет вид: то величины, из которых определ¤ют минимальную, измен¤ютс¤ следующим образом: (10) –езультаты сравнени¤ методов вспомогательной структуры (ћ¬— I и ћ¬— II) с другими точными методами оценки надежности системы передачи видеоинформации представлены в таблице. »з сравнени¤ таблиц можно сделать следующие выводы: Х метод вспомогательной структуры устойчиво дает более высокую оценку надежности передачи информации, чем другие известные в насто¤щее врем¤ методы плоскости и пр¤моугольника; Х оценка надежности системы передачи видеоинформации, полученна¤ методом, основанным на введении опорных структур тем выше, чем больше используетс¤ опорных структур; Х при отсутствии отказов по каждому элементу оценка надежности системы, полученна¤ методом вспомогательной структуры, не улучшаетс¤ с увеличением числа опорных структур; Х при равном объеме использовани¤ элементов преимущество, полученное с помощью метода вспомогательной структуры, возрастает при использовани¤ элементов с меньшей надежностью. Х дл¤ систем, имеющих различное число элементов по каждому типу, преимущество метода вспомогательной структуры наиболее выдел¤етс¤, если имеем информацию о наибольшем числе отказов по типу элементов, которых меньше всего в системе. “аблица  оличество отказов по каждому типу канала св¤зић¬— IIM¬C I ћетод пр¤моугольникаћетод плоскости N1 = N2 = 30, n1 = 1, n2 = 2d1 = 0, d2 = 0 0,92610,92610,89770,9261 d1 = 1, d2 = 00,87620,87620,84460,8762 d1 = 2, d2 = 00,83180,83180,79830,8318 d1 = 0, d2 = 10,92480,90820,88600,8762 d1 = 0, d2 = 2 0,90460,89100,87150,8318 d1 = 1, d2 = 10,86740,86140,83360,8318 d1 = 2, d2 = 10,82540,81860,78780,7906 d1 = 1, d2 = 20,86340,84540,81990,7906 N1 = N2 = N3 = 50, n1 = n2 = n3 = 2d1 = 0, d2 = 0, d3 = 00,99790,99790,98730,9979 d1 = 1, d2 = 0, d3 = 00,99420,99420,98160,9942 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 00,99200,98950,97600,9894 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 10,99050,98380,97040,9834 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 2 0,98380,97700,96360,9763 d1 = 1, d2 = 2, d3 = 20,98130,96960,95690,9684 d1 = 2, d2 = 2, d3 = 2 0,97880,96170,95020,9594 d1 = 3, d2 = 2, d3 = 20,97020,95290,94230,9497 d1 = 3, d2 = 3, d3 = 20,96770,94340,93460,9390 d1 = 3, d2 = 3, d3 = 30,96120,93350,92690,9274 N1 = N2 = 100, n1 = n2 = 2,d1 = 0, d2 = 0 0,99950,99950,99830,9995 d1 = 1, d2 = 00,99850,99850,99610,9985 d1 = 2, d2 = 00,99720,99720,99450,9972 d1 = 3, d2 = 00,99570,99570,99260,9956 d1 = 1, d2 = 1 0,99790,99720,99560,9972 d1 = 1, d2 = 20,99650,99570,99210,9938 d1 = 1, d2 = 30,99480,99390,78780,7906 d1 = 2, d2 = 20,99570,99390,99240,9938 d1 = 2, d2 = 30,99390,99190,99050,9917 d1 = 3, d2 = 30,99300,98950,98860,9894 N1 = N2 = 25, n1 = n2 = 2d1 = 0, d2 = 0 0,99220,99220,97510,9922 d1 = 1, d2 = 00,97840,97840,95700,9784 d1 = 2, d2 = 00,96020,96020,93510,9602 d1 = 3, d2 = 00,93840,93840,90970,9384 d1 = 1, d2 = 1 0,97000,96100,93930,9602 d1 = 1, d2 = 20,95060,94040,91780,9384 d1 = 1, d2 = 30,92760,91620,89290,9130 d1 = 2, d2 = 20,93970,88520,89680,9130 d1 = 2, d2 = 30,91580,89170,87250,8845 d1 = 3, d2 = 30,90300,86470,84880,8530 N1 = N2 = N3 = 100, n1 = n2 = n3 = 2d1 = d2 = d3 = 0 0,99950,99950,99670,9995 d1 = 0, d2 = 0, d3 = 10,99850,99850,99520,9985 d1 = d2 = 0, d3 = 20,99720,99720,99340,9972 d1 = d2 = 0, d3 = 30,99570,99570,99120,9956 d1 = 0, d2 = 1, d3 = 1 0,99790,99720,99370,9972 d1 = 0, d2 = 1, d3 = 20,99650,99570,99190,9956 d1 = 0, d2 = 2, d3 = 20,99570,99390,99010,9938 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 10,99750,99570,99220,9957 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 20,99580,99390,99040,9938 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 30,99380,99190,98430,9917 N1 = N2 = N3 = 25, n1 = n2 = n3 = 2d1 = 0, d2 = 0, d3 = 00,99220,99220,95300,9922 d1 = 0, d2 = 0, d3 = 10,97840,97840,93310,9784 d1 = 0, d2 = 0, d3 = 20,96020,96020,90940,9602 d1 = 0, d2 = 0, d3 = 30,93840,93840,88210,9384 d1 = 0, d2 = 1, d3 = 1 0,97000,96100,91360,9602 d1 = 0, d2 = 1, d3 = 20,95060,94040,89030,9384 d1 = 0, d2 = 2, d3 = 20,93970,91740,86770,9130 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 10,96200,94740,89440,9384 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 20,94000,91830,87170,9130 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 30,91600,89250,84550,8845 N1 = 50, N2 = 20, N3 = 10, n1 = 1, n2 = 2, n3 = 3d1 = 0, d2 = 0, d3 = 00,95500,95500,89110,9550 d1 = 0, d2 = 0, d3 = 10,93750,93140,84370,9242 d1 = 0, d2 = 0, d3 = 20,88320,87060,77330,8970 d1 = 1, d2 = 0, d3 = 00,92420,92420,85800,9242 d1 = 2, d2 = 0, d3 = 0 0,89700,89000,82940,8970 d1 = 0, d2 = 1, d3 = 00,94030,92450,86300,9242 d1 = 0, d2 = 2, d3 = 00,91440,90420,83010,8970 d1 = 1, d2 = 1, d3 = 10,88980,86120,78680,8320 “ескин ќ.». “очные доверительные границы дл¤ надежности уменьшенных систем по безотказным испытани¤м // »звести¤ јЌ ———–, “ехническа¤ кибернетика. — 1979. — є4. ѕавлов ».¬. —татистические методы оценки надежности сложных систем по результатам испытаний. — ћ.: –адио и св¤зь, 1982.

Векторное квантование с использованием единой

Изобретение касается способа, устройства и накопителя данных для N-уровневого квантования векторов, где N выбирают до квантования из множества, состоящего по меньшей мере из двух заранее заданных величин, которые меньше или равны заранее заданному максимальному числу уровней М. Вектор воспроизведения для каждого вектора выбирают из N-уровневой кодовой книги, состоящей из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения из одной и той же объединенной кодовой книги, состоящей из М векторов воспроизведения. Кроме того, изобретение касается способа, устройства и накопителя данных для извлечения векторов воспроизведения для векторов, которые были квантованы с N-уровнями, системы для передачи представлений векторов, способа, устройства и прикладного программного продукта для формирования объединенной кодовой книги и самой такой объединенной кодовой книги. Технический результат — обеспечение N-уровневого квантования векторов с различными выбираемыми числами уровней N. 10 н. и 25 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ N-уровневого квантования векторов, где N выбирают до упомянутого квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, меньших или равных заранее заданному максимальному числу уровней М, при этом упомянутый способ включает:N-уровневое квантование вектора путем выбора вектора воспроизведения для указанного вектора из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из указанного множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения одной и той же объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения,вывод идентификатора указанного выбранного вектора воспроизведения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что N=2n и М=2m, где n и m являются целочисленными величинами.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый вектор воспроизведения в N-уровневой кодовой книге идентифицируют n-битовым двоичным словом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые векторы содержат параметры, относящиеся к кодированию последовательности данных методом кодирования с линейным предсказанием.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый шаг выбора выполняется переносным устройством связи.

6. Устройство для N-уровневого квантования векторов, где N выбирается до упомянутого квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, меньших или равных заранее заданному максимальному числу уровней М, причем упомянутое устройство содержит:средства для N-уровневого квантования вектора путем выбора вектора воспроизведения для указанного вектора из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения из одной и той же объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения, исредства для вывода идентификатора указанного выбранного вектора.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что N=2n и М=2m, где n и m являются целочисленными величинами.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что каждый вектор воспроизведения в N-уровневой кодовой книге идентифицируют n-битовым двоичным словом.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что упомянутое устройство является переносным устройством связи.

10. Носитель данных, на который помещено приложение для N-уровневого квантования векторов, где N выбирается до квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, которые меньше или равны заранее заданному максимальному числу уровней М, при этом упомянутое приложение включает:код программы для N-уровневого квантования вектора путем выбора вектора воспроизведения для указанного вектора из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения одной и той же объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения, икод программы для вывода идентификатора указанного выбранного вектора воспроизведения.

11. Способ извлечения векторов воспроизведения для векторов, которые были квантованы с N-уровнями, где N выбрано до упомянутого квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, которые меньше или равны заранее заданному максимальному числу уровней М, упомянутый способ включает:прием идентификатора вектора воспроизведения, который был выбран для вектора при упомянутом квантовании, иизвлечение на основе упомянутого идентификатора упомянутого вектора воспроизведения из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения одной и той же объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что N=2n и M=2m, где n и m являются целочисленными величинами.

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что каждый вектор воспроизведения в N-уровневой кодовой книге идентифицируют n-битовым двоичным словом.

14. Устройство для извлечения векторов воспроизведения для векторов, которые были квантованы с N-уровнями, где N выбрано до квантования упомянутых векторов из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, меньших или равных заранее заданному максимальному числу уровней М, при этом упомянутое устройство содержит:средства для приема идентификатора вектора воспроизведения, который был выбран для вектора при квантовании; исредства для извлечения на основе указанного идентификатора вектора воспроизведения из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения одной и той же объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что N=2n и М=2m, где n и m являются целочисленными величинами.

16. Устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что каждый вектор воспроизведения в N-уровневой кодовой книге идентифицируют n-битовым двоичным словом.

17. Носитель данных, на который помещено приложение для извлечения векторов воспроизведения для векторов, которые были квантованы с N-уровнями, где N выбирается до упомянутого квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, меньших или равных заранее заданному максимальному числу уровней М, причем упомянутое приложение содержит:код программы для приема идентификатора вектора воспроизведения, который был выбран для вектора при упомянутом квантовании, икод программы для извлечения на основе упомянутого идентификатора упомянутого вектора воспроизведения из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения одной и той же объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения.

18. Система для передачи представлений векторов, содержащая:средства для выбора вектора воспроизведения для каждого вектора из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, где N выбирается до упомянутого квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, которые меньше или равны заранее заданному максимальному числу уровней М, при этом N векторов воспроизведения для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения первой объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения;средства для передачи идентификатора упомянутого выбранного вектора воспроизведения по каналу передачи;средства для приема упомянутого идентификатора исредства для извлечения на основе упомянутого идентификатора упомянутого вектора воспроизведения из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, представленных первыми N векторами воспроизведения второй объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения, которая идентична первой объединенной кодовой книге.

19. Способ формирования объединенной кодовой книги из М векторов воспроизведения для использования при N-уровневом квантовании векторов, где М является заранее заданным максимальным числом уровней, а N выбирают до упомянутого квантования из множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин, которые меньше или равны М, причем при упомянутом квантовании вектор воспроизведения для каждого вектора выбирают из N-уровневой кодовой книги из N векторов воспроизведения, которые для каждого N из упомянутого множества, по меньшей мере, из двух заранее заданных величин представлены первыми N векторами воспроизведения указанной объединенной кодовой книги, при этом согласно упомянутому способу:генерируют векторы воспроизведения посредством обучающего алгоритма, по меньшей мере, частично на основе множества обучающих векторов иразмещают сгенерированные векторы воспроизведения в объединенной кодовой книге согласно алгоритму размещения так, чтобы для каждого числа N первые N векторов воспроизведения в объединенной кодовой книге формировали N-уровневую кодовую книгу, которая допускает малые средние искажения упомянутых векторов, когда используется при квантовании векторов.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что N=2n и М=2m, где n и m являются целочисленными величинами.

21. Способ по п.20, включающий:генерацию начальной кодовой книги из М векторов воспроизведения посредством указанного обучающего алгоритма;генерацию 2-уровневой кодовой книги из двух векторов воспроизведения посредством указанного обучающего алгоритма;выбор таких двух векторов воспроизведения из упомянутой начальной кодовой книги, которые наиболее сходны с упомянутыми двумя векторами воспроизведения в 2-уровневой кодовой книге;копирование двух выбранных векторов воспроизведения из начальной кодовой книги в первые две позиции в объединенной кодовой книге и удаление упомянутых двух выбранных векторов воспроизведения из начальной кодовой книги; иповторение для l

Способ комплексной защиты информации

Изобретение относится к техническим средствам комплексной защиты информации при ее передаче и хранении. Техническим результатом является обеспечение эффективности каждого вида защиты и повышение качества обеспечения гарантированных характеристик информационной системы. Способ комплексной защиты информации осуществляют в следующей последовательности: до передачи в канал связи или перед записью в память анализируют состояние используемого канала связи или среды хранения информации определят из М возможных кодов параметры оптимального для данного состояния канала или среды хранения информации (n, k)-кода, подлежащая защите информация разбивают на q-ичные символы длиной l бит (q=2l), для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинация гаммы длиной l бит от независимого от информации источника, для каждой совокупности из k информационных q-ичных символов формируют (n-k) избыточных q-ичных символов по правилам исходного двоичного (n, k)-кода, каждый q-ичный символ подвергают шифрующему стохастическому преобразованию с участием гаммы, после приема из канала связи или после считывания из памяти для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинацию гаммы длиной l, синхронно с передающей стороной, выполняют обратное стохастическое дешифрующее преобразование каждого q-ичного символа с участием гаммы, локализуют с помощью проверочных соотношений исходного двоичного кода правильно принятые или считанные из памяти q-ичные символы, проверяют правильность локализации q-ичных символов кодового блока, недостоверно локализованные символы стирают, восстанавливают целостность сообщения путем исправления нелокализованных и стертых q-ичных символов каждого блока, выражая их значения через значения достоверно локализованных или уже исправленных q-ичных символов, при невозможности достоверного восстановления целостности кодового блока его стирают, подсчитывают число стертых блоков, определяют оптимальность на интервале наблюдения применяемого кода с исправлением ошибок текущего состояния канала, при выходе критерия оптимальности кода за заданные минимальный и максимальный пределы меняют синхронно на передающей и приемной части канала на оптимальный код по критерию максимума скорости передачи. 16 з.п. ф-лы.

1. Способ комплексной защиты информации, характеризующийся тем, что для защиты от всех видов воздействий на информацию, в том числе, защиты от искажений в каналах и сетях связи и хранилищах информации, криптографической защиты от ознакомления, защиты от навязывания ложной информации, контроля подлинности и восстановления целостности информации, разграничения доступа пользователей к информации, защиты от умышленных деструктивных воздействий на информацию в информационных системах, обеспечения гарантированных информационных характеристик системы, подлежащую защите информацию подвергают единой совокупности операций обработки ансамблем кодов и шифров при однократно вводимой избыточности в следующей последовательности: до передачи в канал связи или перед записью в память анализируют состояние используемого канала связи или среды хранения информации, определяют из М возможных кодов параметры оптимального для данного состояния канала или среды хранения информации (n, k, q)-кода, подлежащую защите информацию разбивают на q-ичные символы длиной l бит (q=2l), для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинацию гаммы xi;, длиной l бит от независимого от информации источника, для каждой совокупности из k информационных q-ичных символов формируют (n-k) избыточных q-ичных символов по правилам исходного двоичного (n, k)-кода, каждый q-ичный символ подвергают шифрующему стохастическому преобразованию с участием гаммы, после приема из канала связи или после считывания из памяти для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинацию гаммы xi; длиной l синхронно с передающей стороной, выполняют обратное стохастическое дешифрующее преобразование каждого q-ичного символа с участием гаммы, локализуют с помощью проверочных соотношений исходного двоичного кода правильно принятые или считанные из памяти q-ичные символы, проверяют правильность локализации q-ичных символов кодового блока, недостоверно локализованные символы стирают, восстанавливают целостность сообщения путем исправления нелокализованных и стертых q-ичных символов каждого кодового блока, выражая их значения через значения достоверно локализованных или уже исправленных q-ичных символов, при невозможности достоверного восстановления целостности кодового блока, его стирают и передают повторно, подсчитывают число стертых блоков, определяют на интервале наблюдения оптимальность применяемого кода с исправлением ошибок при текущем состоянии канала, при выходе критерия оптимальности кода за заданные минимальный или максимальный пределы меняют синхронно на передающей и приемной части канала код на оптимальный по критерию максимума скорости передачи.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при защите от искажений в каналах и сетях связи и хранилищах информации восстанавливают целостность информации с гарантированной в произвольном канале достоверностью прямым кодовым исправлением ошибок в пределах исправляющей способности (n, k, q)-кода, обнаруживают ошибки с кратностью, превышающей исправляющую способность кода, повторно передают кодовые блоки с неисправленными искажениями, проводят адаптацию по заданному критерию оптимальности параметров и исправляющей способности кода при изменении интенсивности искажений в канале связи.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при криптографической защите от ознакомления выполняют независимо от применяемого помехоустойчивого кода преобразование q-ичных символов кода ансамблем шифров, сменяемым на каждом блоке шифрования, при этом прямое шифрующее стохастическое преобразование q-ичного символа обеспечивает, независимо от передаваемой информации, квазислучайный характер сигнала, обратное стохастическое дешифрующее преобразование q-ичного символа выполняет размножение искажений в q-ичном символе с обеспечением равной вероятности для каждого из q-1 возможных значений символа, за исключением переданного.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при защите от навязывания ложной информации, контроле подлинности и восстановлении целостности информации в канале с предумышленными помехами выполняют прямое кодовое исправление искажений q-ичным кодом, представляющим собой ансамбль случайных кодов на основе двоичного кода со сменой кода на каждом кодовом блоке и повторную передачу блоков с неисправленными искажениями.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разграничения доступа пользователей к информации при хранении и передаче сообщений конкретного пользователя выполняют криптографическое стохастическое преобразование сообщения с использованием гаммы, вырабатываемой на индивидуальном ключе соответствующего пользователя.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при защите от умышленных деструктивных воздействий на информационные системы в виде преднамеренных помех в каналах связи и ввода в систему ложной деструктивной информации и защите от навязывания ложной информации устойчивый обмен информации осуществляют путем адаптации к состоянию канала, в том числе при значительном снижении качества канала.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение гарантированных характеристик информационных систем в произвольных условиях функционирования обеспечивают применением ансамблей кодов и шифров, меняющихся для каждого кодового блока и q-ичного символа соответственно, с обеспечением передачи в канал связи сигналов из всех возможных 2n на двоичной последовательности длины n, как результат смены стратегии в процессе борьбы с источником деструктивных воздействий на информационную систему.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что локализацию правильно принятых q-ичных символов выполняют с помощью N=2n-k-1 проверочных соотношений кода, являющихся строками проверочной матрицы двоичного кода Н и их линейными комбинациями, проверка правильности приема q-ичных символов для j-го соотношения осуществляется путем суммирования по модулю 2 тех из n q-ичных символов, которым соответствует символ 1 в данном j-м проверочном соотношении и проверкой значения полученной суммы, соотношение считается выполненным, а q-ичные символы признаются правильно принятыми без искажений, если эта сумма равна комбинации из l нулевых двоичных символов, подсчитывают число локализованных символов Nл (Nл sub;[0, n]), число выполненных соотношений Nc (Nc sub;[0,2n-k-1]) и для каждого q-ичного символа с номером i — число выполнившихся соотношений, в которые входил этот символ, Mi.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что проверку правильности локализации для кодовых блоков проводят путем проверки условий Nc=2r-t*-1, t* le;d-2, где t*=n-Nл, d — кодовое расстояние двоичного (n, k)-кода.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что проверку правильности локализации отдельных q-ичных символов проводят путем проверки условий Мi(t*) ge;Пq(t*), где Пq(t*) — пороговые значения числа выполнившихся соотношений для q-ичного символа при заданном значении t*, символы, для которых условие не выполняются, стирают, а величину Nл уменьшают на число стертых символов.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что исправления нелокализованных и стертых символов для восстановления целостности информации выполняют, выражая значение исправляемого символа через значения локализованных или ранее исправленных символов, для чего выбирают проверочное соотношение, в которое входит один исправляемый символ и остальные только локализованные и ранее исправленные символы, значение исправляемого символа получают суммированием по модулю значений локализованных и ранее исправленных символов, входящих в выбранное проверочное соотношение.12. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ состояния используемого канала связи или среды хранения информации осуществляют с помощью передачи блока стохастического q-ичного кода с повторением (n, 1, q), после приема выполняют посимвольное сравнение принятых q-ичных символов и подсчитывают число совпавших q-ичных символов, определяют долю совпавших символов относительно длины кода n, по значению полученной величины доли искаженных q-ичных символов выбирают параметры кода с исправлением ошибки для передачи информации в данном канале.13. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ оптимальности применяемого кода по критерию максимума скорости передачи выполняют на интервале наблюдения последних Х принятых блоков путем подсчета числа блоков с неисправленными искажениями, определения доли таких блоков на интервале наблюдения и сравнения значения этой доли со значениями верхней и нижней границ интервала оптимальности.14. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование избыточных символов выполняют для i-го q-ичного символа (n, k, q)-кода (i sub;[1, n-k]) суммированием по модулю 2 тех информационных q-ичных символов, которым соответствует символ 1 в i-й строке проверочной матрицы Н исходного двоичного (n, k)-кода.15. Способ по п.1, отличающийся тем, что генерацию значений гаммы xi; длиной l выполняют с помощью регистра сдвига с нелинейными функциями в цепях обратной связи на основе таблиц со случайным заполнением.16. Способ по п.1, отличающийся тем, что криптографическое стохастическое преобразование выполняют с помощью операций на основе таблиц со случайным заполнением.17. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что начальное заполнение регистра сдвига с обратной связью и таблиц случайными числами для стохастического преобразования и в цепях обратной связи является ключом криптографической защиты.

Изобретение относится к техническим средствам комплексной защиты информации от всех возможных видов воздействий на информацию при ее передаче и хранении.Известны следующие виды воздействий на информацию в информационно-телекоммуникационных системах, в том числе умышленные деструктивные:- попытка навязывания ложной информации;- попытка подавления связи за счет создания интенсивных искусственных помех, с которыми не могут справиться применяемые операции защиты от помех;- попытка разрушения баз данных в информационной системе;- попытка считывания из системы конфиденциальной информации.В рамках комплексной защиты в соответствии со способом обеспечивается решение следующих отдельных задач, к которым относятся:защита от искажений в каналах (сетях) связи;криптографическая защита от ознакомления;- криптографическая защита от навязывания ложной информации;- контроль и восстановление целостности информации;- разграничение доступа пользователей к информации;- защита от умышленных деструктивных воздействий на информацию в информационных системах.Известны [1, 2] способы передачи информации по каналам связи с использованием помехоустойчивых циклических кодов с обнаружением ошибок в составе протоколов канала передачи данных (КПД), в которых передаваемую информацию кодируют циклическим кодом, принятую в виде блоков циклического кода информацию проверяют на наличие искажений, искаженные блоки повторно передают по сигналу обратной связи.Эти способы обладают тремя основными недостатками:- при снижении качества дискретного канала связи передача становится невозможной, так большое число принятых блоков оказывается искаженным и КПД «зацикливается»,- в КПД не обеспечивается комплексная защита информации, для защиты от навязывания ложной информации и криптозащиты используются дополнительные технические решения,- режим обнаружения ошибок циклическими кодами не обеспечивает эффективную скорость передачи, близкую к пропускной способности канала связи.Известны [1] способы передачи информации с использованием алгебраических кодов с исправлением ошибок (коды Хэмминга, Боуза-Чоудхури-Хоквингема, Рида-Соломона и др.).Эти способы имеют следующие недостатки:- алгебраические коды в режиме исправления ошибок оказываются очень чувствительны к кратности ошибки, что приводит к большой и неконтролируемой вероятности ошибки декодирования в каналах с группирующимися ошибками, что имеет место в реальных каналах связи;- кодирование и особенно декодирование известных кодов имеет относительно сложную реализацию, особенно в случае программной реализации;- не обеспечивается комплексность защиты.Известны [2, 3] способы шифрования информации, основанные на использовании криптографического преобразования информации, и способы комплексной защиты информации с использованием криптографического преобразования и помехоустойчивого кодирования, причем в способе сочетаются несколько отдельных процедур защиты на основе различных способов обработки информации, например помехоустойчивый циклический код с обнаружением ошибок, криптографическое преобразование информации, имитовставка для проверки целостности информации и т.д.Недостатками таких способов являются:- отсутствие комплексности в способе обработки информации, что, в свою очередь:- увеличивает избыточность, вводимую для комплексной защиты информации;- усложняет обработку и снижает скорость обмена информации;- не обеспечивает восстановление целостности и исправление естественных ошибок в канале связи;- не обеспечивает защиту от навязывания ложной информации в режиме прямого кодового исправления ошибок.Известны способы [3, 4] разграничения доступа пользователей к информации, основанные либо на использовании системы паролей, либо на шифровании информации, хранимой на носителях информации компьютеров. Защита на основе паролей недостаточно стойкая, так как информация в памяти компьютера не преобразуется, а система проверки пароля может быть преодолена опытным программистом. Защита на основе шифрования информации в памяти компьютера предъявляет высокие требования к скорости обработки информации при записи и считывании информации и поэтому применяется относительно редко, их применение ограничено из-за относительно низкой скорости преобразования, сдерживающей процессы обработки информации. Для широкого применения шифрования данных требуется криптоалгоритм с высокой скоростью обработки и большим пространством ключей.Недостатками всех перечисленных аналогов является отсутствие комплексности защиты информации в рамках единого способа обработки информации.Комплексность защиты обеспечивается в соответствии с изобретением благодаря следующим особенностям и свойствам математической основы способа:- гарантированный характер свойств способа передачи и защиты информации;- сочетание введения кодовой избыточности и криптографического преобразования в рамках единого способа защиты информации;- наличие набора параметров исходного кода, при котором:- имеется возможность достоверно и точно определить качество используемого канала;- подобрать оптимальный код для любого возможного качества канала с вероятностью искажения q-ичного символа от 0,5 до любого малого значения этой вероятности (соответственно от вероятности искажения двоичного символа от 0,1 до любого малого значения, например до 10-7) в любом законе распределения потока ошибок;- унифицированный характер описания свойств канала, на котором можно построить операции адаптации как при включении канала передачи данных, так и в процессе его работы:- при включении — использование кода с повторением, например, с параметрами (n, 1, q), когда наличие 2 или более неискаженных q-ичных символов из 100 позволяет достоверно и надежно определить исходное качество канала,- после начала работы за счет определения числа и доли (вероятности) случаев отказа от полного исправления искажений в канале на интервале наблюдения можно сделать достоверный вывод, что состояние канала изменилось и нужно менять применяемый код на более «сильный» (с большей исправляющей способностью) или, напротив, более «слабый» код, который при большей кодовой скорости позволит в изменившемся канале передавать информацию более быстро (с большей эффективной скоростью).Обеспечение применения в системе передачи или обработки информации приемов теории игр за счет использования «смешанных стратегий», «рандомизированных стратегий», то есть совокупностей сменяемых сигнальных конструкций для обеспечения гарантированного характера характеристик системы, то есть использования ансамблей кодов и шифров;- возможность простой аппаратной и программной реализации;- быстрая программная и аппаратная реализация;- единая совокупность операций обработки информации;- высокая эффективность из-за:- однократного введения избыточности для решения всех задач, требующих избыточности (защита от ошибок, защита от навязывания, контроль и восстановление целостности в базах данных, контроль подлинности);- использование единых для всех задач защиты элементов информации (q-ичных символов), рассматриваемых как символ помехоустойчивого кода, блок шифрования в задаче криптографической защиты от ознакомления;- использование единых операций криптографического преобразования для решения всех задач криптографической защиты (защита от ознакомления, защита от навязывания ложной информации, контроль подлинности, контроль и восстановление целостности)При этом ставится задача эффективной реализации каждого из видов защиты по сравнению с известными средствами защиты, но с новым качеством обеспечения гарантированных характеристик информационной системы, таких как гарантированная высокая достоверность при произвольном характере искажений (вероятность ошибки в выдаваемой потребителю информации 10-9, 10-18 и меньше), гарантированное доведение сообщений по любому каналу с ненулевой пропускной способностью за счет использования адаптации к свойствам канала, описываемой вероятностью искажения q-ичного символа, гарантированная стойкость защиты и др.Способ комплексной защиты информации при хранении и передаче информации может применяться в системах, каналах и сетях связи, в том числе в радио и локальных вычислительных сетях, а также при построении программных, аппаратных и программно-аппаратных средств криптографической защиты информации и разграничения доступа к информации в высокоскоростных сетях, в базах данных и знаний, информационных системах и системах управления.В соответствии с изобретением в способе комплексной защиты информации предлагается строить следующим образом.Способ комплексной защиты информации характеризуется тем, что для защиты от всех видов воздействий на информацию, в том числе защиты от искажений в каналах и сетях связи и хранилищах информации, криптографической защиты от ознакомления, защиты от навязывания ложной информации, контроля подлинности и восстановления целостности информации, разграничения доступа пользователей к информации, защиты от умышленных деструктивных воздействий на информацию в информационных системах, обеспечения гарантированных информационных характеристик системы, подлежащая защите информация подвергается единой совокупности операций обработки ансамблем кодов и шифров при однократно вводимой избыточности в следующей последовательности: до передачи в канал связи или перед записью в память анализируют состояние используемого канала связи или среды хранения информации, определяют из М возможных кодов параметры оптимального для данного состояния канала или среды хранения информации (n, k, q)-кода, подлежащую защите информацию разбивают на q-ичные символы длиной l бит (q=2l), для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинацию гаммы xi; длиной l бит от независимого от информации источника, для каждой совокупности из k информационных q-ичных символов формируют (n-k) избыточных q-ичных символов по правилам исходного двоичного (n, k)-кода, каждый q-ичный символ подвергают шифрующему стохастическому преобразованию с участием гаммы, после приема из канала связи или после считывания из памяти для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинацию гаммы xi; длиной l, синхронно с передающей стороной, выполняют обратное стохастическое дешифрующее преобразование каждого q-ичного символа с участием гаммы, локализуют с помощью проверочных соотношений исходного двоичного кода правильно принятые или считанные из памяти q-ичные символы, проверяют правильность локализации q-ичных символов кодового блока, недостоверно локализованные символы стирают, восстанавливают целостность сообщения путем исправления нелокализованных и стертых q-ичных символов каждого блока, выражая их значения через значения достоверно локализованных или уже исправленных q-ичных символов, при невозможности достоверного восстановления целостности кодового блока его стирают и передают повторно, подсчитывают число стертых блоков, определяют на интервале наблюдения оптимальность применяемого кода с исправлением ошибок при текущем состоянии канала, при выходе критерия оптимальности кода за заданные минимальный или максимальный пределы меняют синхронно на передающей и приемной части канала код на оптимальный по критерию максимума скорости передачи.При этом отдельные задачи защиты информации в рамках единого способа решаются следующим образом.При защите от искажений в каналах и сетях связи и хранилищах информации восстанавливают целостность информации с гарантированной в произвольном канале достоверностью прямым кодовым исправлением ошибок в пределах исправляющей способности (n, k, q)-кода, обнаруживают ошибки с кратностью, превышающей исправляющую способность кода, повторно передают кодовые блоки с неисправленными искажениями, проводят адаптацию по заданному критерию оптимальности параметров и исправляющей способности кода при изменении интенсивности искажений в канале связи.При криптографической защите от ознакомления выполняют независимо от применяемого помехоустойчивого кода преобразование q-ичных символов кода ансамблем шифров, сменяемым на каждом блоке шифрования, при этом прямое шифрующее стохастическое преобразование q-ичного символа обеспечивает независимо от передаваемой информации квазислучайный характер сигнала, обратное стохастическое дешифрующее преобразование q-ичного символа выполняет размножение искажений в q-ичном символе с обеспечением равной вероятности для каждого из q-1 возможных значений символа за исключением переданного.При защите от навязывания ложной информации, контроле подлинности и восстановлении целостности информации в канале с предумышленными помехами выполняют прямое кодовое исправление искажений q-ичным кодом, представляющим собой ансамбль случайных кодов на основе двоичного кода со сменой кода на каждом кодовом блоке и повторную передачу блоков с неисправленными искажениями.Для разграничения доступа пользователей к информации при хранении и передаче сообщений конкретного пользователя выполняют криптографическое стохастическое преобразование сообщения с использованием гаммы, вырабатываемой на индивидуальном ключе соответствующего пользователя.При защите от умышленных деструктивных воздействий на информационные системы в виде преднамеренных помех в каналах связи и ввода в систему ложной деструктивной информации защита от навязывания ложной информации, поступающей из каналов связи, обеспечивается устойчивый обмен информации с помощью адаптации к состоянию канала, в том числе при значительном снижении качества канала.Достижение гарантированных характеристик информационных систем в произвольных условиях функционирования обеспечивают применением ансамблей кодов и шифров, меняющихся для каждого кодового блока и q-ичного символа соответственно, с обеспечением передачи в канал связи сигналов из всех возможных 2n на двоичной последовательности длины n, как результат смены стратегии в процессе борьбы с источником деструктивных воздействий на информационную систему.При этом отдельные группы операции способа выполняются следующим образом.Локализацию правильно принятых q-ичных символов выполняют с помощью N=2n-k-1 проверочных соотношений кода, являющихся строками проверочной матрицы двоичного кода Н и их линейными комбинациями, проверка правильности приема q-ичных символов для j-го соотношения осуществляется путем суммирования по модулю 2 тех из n q-ичных символов, которым соответствует символ 1 в данном j-м проверочном соотношении, и проверкой значения полученной суммы, соотношение считается выполненным, а q-ичные символы признаются правильно принятыми без искажений, если эта сумма равна комбинации из l нулевых двоичных символов, подсчитывают число локализованных символов Nл (Nл sub;[0, n]), число выполненных соотношений Nc (Nс sub;[0,2n-k-1]) и для каждого q-ичного символа с номером i — число выполнившихся соотношений, в которые входил этот символ, — Мi.Проверку правильности локализации для кодовых блоков проводят путем проверки условий Nc=2r-t*-1, t* le;d-2, где t*=n-Nл, d — кодовое расстояние двоичного (n, k)-кода.Проверку правильности локализации отдельных q-ичных символов проводят путем проверки условий Мi (t*) ge;Пq(t*), где Пq(t*) — пороговые значения числа выполнившихся соотношений для q-ичного символа при заданном значении t*, символы, для которых условие не выполняется, стирают, а величину Nл уменьшают на число стертых символов.Исправления нелокализованных и стертых символов для восстановления целостности информации выполняют, выражая значение исправляемого символа через значения локализованных или ранее исправленных символов, для чего выбирают проверочное соотношение, в которое входит один исправляемый символ и остальные только локализованные и ранее исправленные символы, значение исправляемого символа получают суммированием по модулю 2 значений локализованных и ранее исправленных символов, входящих в выбранное проверочное соотношение.Анализ состояния используемого канала связи или среды хранения информации осуществляют с помощью передачи блока стохастического q-ичного кода с повторением (n, 1, q), после приема выполняют посимвольное сравнение принятых q-ичных символов и подсчитывают число совпавших q-ичных символов, определяют долю совпавших символов относительно длины кода n, по значению полученной величины доли искаженных q-ичных символов выбирают параметры кода с исправлением ошибки для передачи информации в данном канале.Анализ оптимальности применяемого кода по критерию максимума скорости передачи выполняют на интервале наблюдения последних Х принятых блоков путем подсчета числа блоков с неисправленными искажениями, определения доли таких блоков на интервале наблюдения и сравнения значения этой доли со значениями верхней и нижней границ интервала оптимальности.Формирование избыточных символов выполняют для i-го q-ичного символа (n, k, q)-кода (i sub;[1, n-k]) суммированием по модулю 2 тех информационных q-ичных символов, которым соответствует символ 1 в i-й строке проверочной матрицы Н исходного двоичного (n, k)-кода.Генерацию значений гаммы xi; длиной l выполняют с помощью регистра сдвига с нелинейными функциями в цепях обратной связи на основе таблиц со случайным заполнением.Криптографическое стохастическое преобразование выполняют с помощью операций на основе таблиц со случайным заполнением.Начальное заполнение регистра сдвига с обратной связью и таблиц случайными числами для стохастического преобразования и в цепях обратной связи является ключом криптографической защиты.Способ осуществляется в следующей последовательности.До начала передачи информации по каналу связи, свойства которого не известны, производится тестирование канала. При этом для любого канала с ненулевой пропускной способностью совокупность операций способа выполняется одинаково. В канал передается тестирующая последовательность в виде стохастического (n, 1, q), где значение n выбирается тем больше, чем больше интервал адаптации (соотношение между самым худшим и самым лучшим состояниями канала), например n=100. Каждый из n q-ичных кодов подвергается на передаче прямому, а на приеме обратному стохастическому преобразованиям, которые минимизируют вероятность случайного совпадения 2-х (3-х и более) искаженных символов. Отметим, что при n=100 процедура тестирования закончится успешно, если неискаженными из 100 символов окажутся 2 и более q-ичных символов. Причем, если состояние канала будет очень низким, то для передачи полезной информации можно использовать также код с повторением, который может обеспечить доведение сообщения (части сообщения) длиной l бит (один q-ичный символ) при искажении n-2 из n символов кода с повторением. Для очень хорошего канала, например, с вероятностью искажения 10-5 (вероятность искажения q-ичного символа порядка 10-3) оптимальным будет код с параметрами кода Хэмминга с дополнительной проверкой на четность с кодовым расстоянием d=4, исправляющий t=2 искаженных q-ичных символов, например, с параметрами (512, 502) с кодовой скоростью 502/512=0,9804. При этом двоичные параметры кода равны (512l, 502l).Подлежащая защите информация разбивается на q-ичные символы длиной l бит (q=2l), причем значение длины такого символа выбирается исходя из требуемой достоверности, описываемой вероятностью ошибки декодирования Рош, причем при выбранном q имеет место соотношение Рош le;q-1, например, для обеспечения Рош=10-9 можно использовать значение l=32 бита. Важно, что в соответствии со способом можно обеспечивать любую достоверность, конструктивно устанавливаемую при проектировании, гарантированную в произвольном канале связи. Так, при l=64 обеспечивается Рош le;q-1=10-18 и т.п.Для каждых k q-ичных символов формируют n-k избыточных q-ичных символов по правилам двоичного (n, k)-кода, перед передачей в канал связи каждый q-ичный символ подвергают стохастическому преобразованию с участием параметра преобразования xi;, длиной l от независимого датчика, на приемной стороне выполняют обратное стохастическое преобразование каждого q-ичного символа с участием синхронно вырабатываемых значений xi; длиной l, выполняют локализацию правильно принятых q-ичных символов, подсчитывают число локализованных символов, проверяют правильность локализации, недостоверно локализованные символы стирают, нелокализованные и стертые символы исправляют, выражая значения исправляемых символов через значения достоверно локализованных символов.При этом формирование избыточных символов выполняют поочередно для i-го q-ичного символа (i sub;[1, n-k]) путем суммирования по модулю 2 тех информационных q-ичных символов, которым соответствует символ 1 в i-й строке проверочной матрицы Н двоичного (n, k)-кода.На передающей стороне (перед записью в память) для каждого q-ичного символа вырабатывается комбинация гаммы длиной l бит от независимого от информации источника, затем каждый q-ичный символ подвергают шифрующему стохастическому преобразованию с участием гаммы.На приемной стороне после приема из канала связи или после считывания из памяти для каждого q-ичного символа вырабатывают комбинацию гаммы длиной l, синхронно с передающей стороной, выполнят обратное стохастическое дешифрующее преобразование каждого q-ичного символа с участием гаммы.Далее выполняется выделение (локализация) правильно принятых символов. Для обеспечения гарантированной в произвольном канале достоверности используется принцип многократного обнаружения ошибки в части из символов кодового блока, когда находят совокупность из неискаженных символов, входящих в одно из проверочных соотношений кода, тогда такое соотношение выполняется, а входящие в него q-ичные символы считаются выявленными или локализованными. Локализацию правильно принятых q-ичных символов выполняют с помощью N=2n-k-1 проверочных соотношений кода, являющихся строками проверочной матрицы двоичного кода Н и их линейными комбинациями, проверка правильности приема q-ичных символов для i-го соотношения осуществляется путем суммирования по модулю 2 тех из n q-ичных символов, которым соответствует символ 1 в данном проверочном соотношении и проверкой значения полученной суммы, соотношение считается выполненным, а q-ичные символы признаются правильно принятыми без искажений, если эта сумма равна комбинации из l нулевых двоичных символов, подсчитывают число локализованных символов Nл (Nл isin;[0, n]) и число выполненных соотношений Nc (Nc isin;[0,2n-k-1])]) и для каждого q-ичного символа с номером i — число выполнившихся соотношений, в которые входил этот символ, — Мi.Такая последовательность операций локализации обладает свойством, что если число искаженных q-ичных символов не превышает величины t=d-2, то все правильно принятые символы, число которых n-d+2 или менее будут локализованы, причем они будут присутствовать не менее чем в трех выполнившихся проверочных соотношениях (при t=d-2 — в трех, при t=d-3 — в пяти, при t=d-4 — в семи и т.д.), что является условием возможности проверить правильность (безошибочность) локализации символов. Причем при правильной локализации каждый из символов входит в одинаковое число выполнившихся соотношений. При локализации возможна ошибка с вероятностью не более Рош le;q-1, если после искажения двух и более q-ичных символов возникнет ситуация, когда для двух (или более) q-ичных символов их отличия от переданных значений после обратного стохастического преобразования (обозначаемых как преобразованные вектора ошибки е’) будут такими, что сумма по модулю 2 даст последовательность из l нулевых двоичных символов, тогда не смотря на искажения двух (или более) символов проверочное соотношение выполнится. Однако при этом картина результатов локализации существенно изменится. Во-первых, число «локализованных» символов будет больше, чем при соответствующем числе выполнившихся соотношений, во-вторых, число выполнившихся соотношений Mi, куда вошел каждый символ i, будет разным для разных символов. На этих особенностях строится порядок проверки правильности локализации. Отметим, что код позволяет исправить максимальное число t=d-2 при вероятности ошибки Рош le;q-1, если же реально произошло t=d-3 ошибки (на 1 меньше максимально возможной), то при этом выполнится пять соотношений, а реально достигнутая достоверность декодирования блока оценивается вероятностью ошибки Рош le;q-2, что в q раз меньше, и т.д.Таким образом, проверку правильности локализации символов блока проводят путем проверки условий Nc=2r-t*-1, t* le;d-2, где t*=n-Nл — кодовое расстояние двоичного (n, k)-кода для кодовых блоков. При этом проверку правильности локализации отдельных q-ичных символов проводят путем проверки условий Mi(t*) ge;Пq(t*), где Пq(t*) — пороговые значения числа выполнившихся соотношений для q-ичного символа при заданном значении t*, символы, для которых условия не выполняются, стираются, а величина Nл уменьшается на число стертых символов.Исправление нелокализованных и стертых символов выполняют, выражая значение исправляемого символа через значения локализованных или ранее исправленных символов, для чего выбирают проверочное соотношение, в которое входит один исправляемый символ и остальные только локализованные и ранее исправленные символы, значение исправленного символа получают суммированием по модулю 2 значений локализованных и ранее исправленных символов, входящих в выбранное проверочное соотношение.Генерацию значений параметра преобразования xi;, длиной l выполняют с помощью регистра с нелинейными функциями в цепях обратной связи на основе таблиц со случайным заполнением. При этом при реализации способа начальное заполнение таблиц случайными числами и регистра сдвига с обратной связью являются ключом криптографической защиты (патент №2246129).Стохастическое преобразование является криптографической операцией, обеспечивающей:- на передающей стороне при передаче любой информации, даже одинаковых информационных комбинаций в кодовом блоке, переход к случайным сигналам в канале связи, обеспечивающим в постановке Шеннона достижение абсолютной секретности;- на приемной стороне — в пределах каждого искаженного q-ичного символа длиной l бит преобразование его в одну из 2l — 1 случайных комбинаций (кроме переданной) с равной вероятностью, что обеспечивает получение гарантированной в произвольном канале достоверности Рош le;q-1. Таким образом может быть получена любая (выбором значения l) необходимая достоверность, в том числе и стремящаяся к нулю.Защита от навязывания ложной информации в условиях одновременно решаемых задач повышения эффективности передачи информации при любом качестве канала, в том числе при значительном снижении этого качества, снижении качества канала и задачу защиты от деструктивных воздействий, решается за счет операций кодового восстановления целостности (прямого кодового исправления ошибок) при гарантированной достоверности такого успешного восстановления при любом характере помех. То есть, если число искаженных q-ичных символов не превышает исправляющей способности кода, то эти искажения будут достоверно исправлены, если число искаженных символов превышает исправляющую способность кода, то произойдет надежный отказ от исправления, но искаженная информация не будет выдана потребителю информации. Если число таких случаев отказа от исправления ошибок окажется больше выбранного при проектировании заданного верхнего порога, то в соответствии с процедурой адаптации будет осуществлен переход на использование более «сильного» кода, имеющего при этом меньшую кодовую скорость (отношение R=k/n).Если число таких случаев отказа от исправления ошибок окажется меньше выбранного при проектировании нижнего заданного порога, то в соответствии с процедурой адаптации будет осуществлен переход на использование более «слабого» кода, имеющего при этом большую кодовую скорость (отношение R=k/n). Выбираемые при проектировании верхний и нижний пороги оптимальности имеют значения порядка 0,5 и 0,1 соответственно.После нарушения функционирования канала передачи данных из-за резкого снижения качества канала и невозможности осуществлять обмен с использованием ранее выбранных параметров кода возможно продолжение обмена с начального тестирования состояния канала с помощью кода с повторением, как описано выше.Описанный способ обладает следующими преимуществами:- обеспечение комплексности защиты в рамках единой совокупности операций обработки информации при однократно вводимой избыточности, а именно:- защита от искажений в каналах (сетях) связи;- криптографическая защита от ознакомления;- криптографическая защита от навязывания ложной информации;- контроль и восстановление целостности информации;- разграничение доступа пользователей к информации;- защита от умышленных деструктивных воздействий на информацию в информационных системах;- увеличение эффективности обработки информации с достижением:- гарантированной достоверности в режиме исправления ошибок при произвольном характере и интенсивности искажений в канале связи;- увеличение эффективной скорости передачи информации;- обеспечение обработки и передачи в режиме реального времени;- высокая скорость обработки информации, не сдерживающая физическую скорость в канале связи, выраженная в битах в секунду, или при обработке в компьютере, например при шифровании перед записью на носители информации (дешифрования после считывания с носителей);- обеспечение высокой криптографической стойкости при защите информации за счет достижения следующих свойств:- после шифрования и перед выдачей в канал связи квазислучайной последовательности сигналов независимо от статистики отдельных букв в исходном тексте;- использование сложного преобразования, не имеющее никакого другого формального описания, кроме описания заполнения случайных таблиц преобразования;- возможность рассматривать начальное заполнение случайных таблиц как ключ шифрования;- обеспечение широкого применения помехоустойчивых кодов с прямым кодовым исправлением ошибок в каналах с произвольным законом распределения и интенсивностью ошибок в канале связи, в том числе при преднамеренных искажениях с целью деструктивного воздействия на каналы и сети связи и информационные системы.Способ может применяться во всех случаях, где сегодня применяются помехоустойчивые коды с обнаружением или исправлением ошибок, способы криптографии, средства защиты от навязывания ложной информации, разграничение доступа к информации в информационных системах, защиты от деструктивных воздействий, контроля и восстановления целостности информации в массивах данных, причем, как в случаях, когда защита строится как комплексная (в туннелированных протоколах и системах специального назначения), так и в случаях, когда традиционно применялись отдельные из задач комплексной защиты. То есть способ может применяться в:- телекоммуникационных сетях типа Internet/Inranet;- в радиосетях и каналах связи;- в операционных системах и базах данных и знаний;- сетях мобильной телефонной связи;- в прикладном программном обеспечении информационных систем и систем управления.Источники информации1. У.Питерсон, Э.Уэлдон. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир, 1976.2. Зима В.М., Молдовян А.А., Молдовян Н.А. Безопасность глобальных сетевых технологий. — СПб.; БХВ-Петербург, 2001.3. ГОСТ 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования. — М.: ГС СССР по стандартам, 1989.4. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. — М.: Радио и связь, 1999.

Робастная синхронизация сети взаимосвязанных нелинейных

Робастная синхронизация сети взаимосвязанных нелинейных систем с компенсацией возмущений Предложен алгоритм робастной синхронизации сети по выходу взаимосвязанных динамических подсистем с ведущей подсистемой (лидером). Рассмотрена динамическая сеть с переменной структурой, в которой математическая модель каждой подсистемы (за исключением ведущей) описывается структурно неопределенным дифференциальным уравнением с одним нелинейным липшицевым членом. Подсистемы сети подвержены действию внутренних и внешних неконтролируемых возмущений. Получен алгоритм децентрализованного управления, обеспечивающий синхронизацию сети и компенсирующий неизвестные возмущения с требуемой точностью. Fax J.A., Murray R.M. Information flow and cooperative control of vehicle formations // IEEE Trans. on Automatic Control. — 2004. — Vol. 49, N 9. — P. 1465-1476. Li Z., Duan Z., Huang L. Leader-follower consensus of multi-agent systems // American control conference. — St. Louis, 2009. — P. 3256-3261. Ren W., Beard R.W. Consensus seeking in multiagent systems under dynamically changing interaction topologies // IEEE Trans. on Automatic Control. — 2005. — Vol. 50, N 5. — P. 655-661. , Матрица максимальных исходящих лесов орграфа и ее применения // Автоматика и телемеханика. — 2000. — № 9. — С. 15-43. , Адаптивная синхронизация сети взаимосвязанных нелинейных систем Лурье // Автоматика и телемеханика. — 2009. — № 7. — С. 111-126. Das A., Lewis F.L. Distributed adaptive control for synchronization of unknown nonlinear networked systems // Automatica. — 2010. — Vol. 46, N 12. — P. 2014-2021. Алгоритмы робастного управления с компенсацией ограниченных возмущений // Автоматика и телемеханика. — 2007. — № 7. — С. 103-115. , Робастное управление нестационарными нелинейными структурно неопределенными объектами // Проблемы управления. — 2008. — № 5. — С. 2-7. Кибернетическая физика: принципы и примеры. — СПб.: Наука, 2003. — 208 с. Cheng L., Hou Z.-G., Tan M., Liu D., Zou A.-M. Multi-agent based adaptive consensus control for multiple manipulators with kinematic uncertainties // IEEE Int. Symposium on Intelligent Control. — San Antonio, 2008. — P. 189-194. Dib W., Barabanov A., Ortega R., Lamnabhi-Lagarrigue F. On transient stability of multy-machine power systems: a «globally» convergent controller for structure-preserving models // Proc. of the 17-th World Congress IFAC. — Seoul, 2008. — P. 9398-9403. Hill D.J., Chen G. Power systems as dynamic network // Circuits and Systems. — 2006. — ISCAS 2006. — P. 722-725. Atassi A.N., Khalil H.K. A separation principle for the stabilization of class of nonlinear systems // IEEE Trans. on Automatic Control. — 1999. — Vol. 44, N 9. — P. 1672-1687. Godsil C., Royle G. Algebraic graph theory. — New York: Springer-Verlag, 2001. — 232 p. Ланкастер П. Теория матриц. — М.: Наука, 1973. — 280 с. Об одном классе сингулярно возмущенных адаптивных систем. 1 // Автоматика и телемеханика. — 1995. — № 4. — С. 119-127.

Механика хребтин ярусов

Введение Разработка ярусных систем, удовлетворяющих современным требованиям, невозможна без использования математических моделей этих систем, учитывающих пространственную сложность, геометрическую нелинейность, материал и специфику их эксплуатации. Так как экспериментальные исследования ярусных систем в условиях моря часто невозможны, аналитические методы их исследования являются наиболее эффективными и экономически целесообразными. Разработке математических моделей ярусных рыболовных систем посвящена недавно опубликованная серия работ (Габрюк и др., 2004, 2006; Габрюк, Здорова, 2007). Настоящая работа посвящена исследованию механики хребтин различных типов горизонтальных ярусов. Результаты и их обсуждение Характеристики хребтины в потоке описываются следующей системой уравнений (Габрюк, наст. том): (1) ; ; ; ; , где — диаметр хребтины и длина одной ее секции; — количество крючков в одной секции хребтины; — проекции гидродинамических сил, приходящихся на единицу длины хребтины, на оси поточной системы координат (ПСК); , , (x, y, z) — проекции гидродинамических сил поводца и наживки на оси земной системы координат (ЗСК); , , — коэффициенты силы сопротивления, боковой и подъемной силы; Сij (i = 1 е 3; j = 1 е 3) — эмпирические коэффициенты, зависящие от материала хребтины (Габрюк, 1995); — масса узла крепления поводца к хребтине; , — вес в воде поводца и наживки с крючком; ; — проекции на оси ПСК хребтины и ЗСК равномерно распределенных по длине хребтины сил от натяжения поводцов; — угол атаки хребтины; — угол крена плоскости потока хребтины. Система (1) позволяет определять форму, натяжение и сопротивление хребтин различных типов ярусов. В работе исследованы два типа ярусов: придонные с промежуточным буем посередине каждого участка и пелагические с буями по концам участка. В первом типе ярусов каждый участок состоит из двух секций: А1В1 и А2В2 (рис. 1). Рис. 1. Участок хребтины с буем посередине: А1, А2 — начало, В1, В2 — конец секций Fig. 1. Part of mainline with buoy in the middle: А1, А2 — is origin, В1, В2 — is end of sections Расчет характеристик хребтин в потоке с буем посередине сводится к решению краевой задачи: (2) Краевая задача (2) решается путем вариации начальных данных в точке А1, определяемых по формулам: ; , ;(3) ; ; ; , где , — натяжение хребтины в точке А1 и его проекция на ось х; — угол атаки хребтины в точке А1; — силы сопротивления буя, хребтины, поводцов и наживки; , — проекции на оси x и z натяжения хребтины в точке А1 в покоящейся жидкости (при ); , — длина одной секции хребтины и стрелка прогиба хребтины на участке; — проекция на ось z веса в воде 1 м хребтины с вооружением и наживкой; — проекция на ось z веса в воде одной секции яруса с вооружением и наживкой; = / — параметр хребтины. Выполнение краевых условий (2) осуществляется путем вариации углов и . В первом приближении они берутся равными: , = 0. Характеристики хребтины в конце первой секции (в точке В1) получаются численным расчетом системы (1) методом Рунге-Кутта. Они используются для нахождения начальных данных для второй секции хребтины. Из условий равновесия узла В1 следует: ,(4) где ; — характеристики хребтины в точке В1 и в точке В2. Из (4) находим начальные данные для второй секции яруса А2В2: ; ; ; ;(5) . На рис. 2 приведена форма хребтины в трех проекциях, полученная в результате моделирования придонного яруса с промежуточным буем посередине каждого участка. На рис. 2 (б) графики слева, а на рис. 2 (в) графики снизу показывают положения рыболовных крючков. Результаты моделирования показывают, что если плавучесть промежуточного буя остается неизменной, то при некоторой скорости течения хребтина яруса ложится на грунт и придонный ярус работает как донный. Таким образом, с увеличением скорости течения требуется увеличивать подъемную силу промежуточных буев для обеспечения равновесия хребтины в потоке (табл. 1). Один участок пелагического яруса, состоящий из одной секции AiBi с промежуточными буями по концам, показан на рис. 3. На рис. 3 используются следующие обозначения: — хорда и стрелка прогиба хребтины; — высота скопления рыб; — глубина верхней и нижней кромки скопления рыб; — дуговая координата первого крючка; — расстояние между соседними крючками; — начало и конец хребтины i-го участка яруса. Рис. 2. Проекции хребтины с буем посередине на плоскости xz (а), yz (б) и xy (в) при V = 0,5 м/с; = 168,9° и = 3° Fig. 2. Projections mainline with buoy in the middle on a planes xz (а), yz (б) and xy (в) at V = 0.5 м/с; = 168.9° and = 3° Таблица 1 Потребная подъемная сила буя при различных значениях скорости течения Table 1 Elevating force buoy at various meanings of speed of current V, м/с0,30,50,81,01,2 Qб, Н6992115138161 Рис. 3. Один участок хребтины яруса с буями по концам Fig. 3. One part of mainline with buoy in the ends Расчет характеристик хребтины АiВi пелагического яруса в потоке сводится к решению следующей краевой задачи для системы (1): (6) Решение этой задачи осуществляется путем вариации углов и : ;(7) ; ; , где , , — проекции на оси x, y и z натяжения хребтины в узле В1. В первом приближении углы берутся равными: , . Натяжения якорного линя и буйлиня в точке В1 (, ) получается путем решением задачи Коши для дифференциальных уравнений их равновесия. Форма хребтины длиной 100 м при различных скоростях течения и начальном натяжении = 12,2 Н, полученная путем компьютерного моделирования, показана на рис. 4. С увеличением скорости течения увеличивается выдувание хребтины в сторону потока и уменьшается стрелка прогиба хребтины. Рис. 4. Форма хребтины яруса при скоростях: 1 — V = 0,5; 2 — V = 0,8; 3 — V = 1,0 м/с Fig. 4. The form mainline of a long-line at speeds: 1 — V = 0.5; 2 — V = 0.8; 3 — V = 1.0 м/с Общий вид пелагического яруса, полученный компьютерным моделированием, показан на рис. 5. Рис. 5. Общий вид проекции пелагического яруса на плоскость xz Fig. 5. A general view of a projection of a long-line on a plane xz Моделирование показывает, что натяжение хребтины в конце каждого участка растет от участка к участку. Так, на первом участке яруса оно составляет 554 Н, а на втором — 1023 Н. Из этого следует, что хребтина вытягивается, а ее стрелка прогиба уменьшается. Сравнение результатов моделирования хребтины с экспериментальными данными (табл. 2), полученными в аэродинамической трубе НБАМРа (Габрюк и др., 2004), показывает их близкое совпадение, что подтверждает адекватность предложенной математической модели и достоверность полученных результатов. Заключение Полученная общая математическая модель хребтины яруса (1) позволяет осуществлять компьютерное моделирование любых типов придонных и пелагических горизонтальных ярусов, находить форму, натяжение и сопротивление хребтин, а также определять характеристики якорных линей, буйлиней и промежуточных буев, что позволяет осуществлять оптимальную промысловую настройку ярусов при любых значениях скорости течения. Таблица 2 Экспериментальные и расчетные параметры хребтины яруса Table 2 Experimental and settlement parameters mainline of a long-line Пара-Эксперимен-Компьютерное моделированиеКомпьютерное моделирование метртальное и *по предлагаемой методике значение Отрезок хребтины длиной 1,4 м ТА, Н0,90,890,95 aА, град317,20317,60317,0(42,5) ТВ, H1,481,471,568 aВ, град24,9024,0023,80 Отрезок хребтины длиной 1,7 м ТА, H0,800,790,9 aА, град269,40269,50269,3(90,6) ТВ, H1,381,391,40 aВ, град25,2025,60 Отрезок хребтины длиной 2,4 м ТА, H0,790,790,85 aА, град235,00235,50235,2(124,0) ТВ, H1,371,371,36 aВ, град25,2025,2026,0 * Габрюка с соавторами (2004). Сравнение результатов компьютерного моделирования с ранее полученными экспериментальными данными подтвердило адекватность разработанных математических моделей, поэтому они могут использоваться на стадии проектирования крючковых орудий рыболовства.

Оценка информационной эффективности фондовых рынков

Вопрос об эффективности фондовых рынков важен для инвесторов и политиков, чья деятельность связана с развитием рынка капиталов. Эффективность фондового рынка играет существенную роль в размещении финансовых ресурсов, важна при мобилизации национальных сбережений и финансировании новых инвестиционных проектов. Кроме того, рыночная эффективность важна для компаний при принятии решений о диверсификации их инвестиционных портфелей и сокращении инвестиционных рисков. Цены и доходности финансовых инструментов на эффективном рынке являются теми критериями, по которым можно оценить стоимость капитала и доходность инвестиционных проектов. Информационная эффективность рынка капиталов начала изучаться в конце XX в., когда в 1970 г. U. Fama сформулировал гипотезу об эффективности рынка (Efficient Market Hypothesis, EMH), которая является одной из фундаментальных концепций теории финансов. Он определил информационную эффективность рынка капитала как отражение в ценах финансовых активов всей информации, доступной на рынке . Первоначально большинство научных исследований по оценке эффективности фондовых рынков было посвящено изучению рынков стран с развитой экономикой — Лондонской биржи, НьюЙоркской фондовой биржи и др. В настоящее время большое количество научных исследований ведется в отношении стран с развивающимися рынками. Существует ряд способов проверки наличия и анализа степени проявления информационной эффективности рынков капитала. Все они основываются на анализе возможности предсказания цен на финансовые инструменты по информации об их прошлых значениях . Изучение эффективности рынка дает ответы на вопросы, как полно, быстро и точно информация, доступная на рынке, отражается в ценах. Для определения степени эффективности фондового рынка экономистами применяются различные виды тестов. Более того, для анализа определенной УДК 336.76 ОЦЕНКА инфо рмационной ЭФФЕКТИ ВНОСТИ ФОНД ОВЫХ РЫНК ОВ СТРАН БРИК , кандидат экономических наук, доцент кафедры финансового менеджмента E-mail: ecolena@mail. ru Всероссийский заочный финансово-экономический институт О. А. андреева , маркетолог-аналитик ООО «КРИФ» Е-mail: oks255@gmail. com 30 23 (503) — 2012 Финансы и кредит Мировая экономика формы эффективности применяется конкретный вид теста. При этом можно отметить, что наличие сильной формы эффективности предполагает наличие слабой формы эффективности, но наоборот — нет. Поэтому многие научные исследования начинаются с проверки наличия слабой формы эффективности. Для анализа эффективности рынков обычно применяются два вида статистических методов: — методы, базирующиеся на построении регрессионного уравнения; — методы непараметрической статистики. Среди непараметрических тестов для оценки эффективности фондовых рынков наиболее применим критерий серий (Runs Test), который позволяет определить, является ли ряд ежедневных доходностей моделью случайных значений или нет. Принцип данного метода при анализе фондовых рынков состоит в следующем: в зависимости от того, возрастает или снижается по сравнению с предыдущим значением цена акции, приращения абсолютных величин цен в рядах их динамики заменяются знаками «плюс» или «минус». Полученные результаты группируются в серии, которые затем анализируются на наличие или отсутствие элемента случайности . Серией называется ряд одинаковых символов, либо ограниченных с обеих сторон другими символами, либо не имеющих других символов на концах ряда. Исследование эффективности фондовых рынков с помощью критерия серий состоит из следующих этапов: 1) в качестве исходных данных берутся котировки закрытия; 2) определяется доходность L (t) как мера приращения котировки закрытия в день t по отношению ко дню t?1: L(t) = Ln(C(t) / C(t ?1)); 3) выдвигается гипотеза о том, что значения L(t) получены независимо и из одной и той же генеральной совокупности. В ходе решения рассчитываются: — число положительных приращений N1(L(t) 0); — число неположительных приращений N2(L(t) = 0; — число серий R; — число испытаний N = N1 + N2. Для больших выборок, когда N1 и N2 больше 20, распределение R аппроксимируется нормальным распределением Z по формуле 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 ( 2 1) . 2 (2 ) ( ) ( 1) R n n Z n n n n n n n n n n n n ? + + = ? ? + + ? Критическое значение Z определяется условием: -2,58 ? Z ? 2,58 (уровень значимости ? = 0,01) . Методы параметрической статистики основываются на построении регрессионного уравнения прогнозирования цен финансовых инструментов. Если уравнение регрессии оказывается статистически незначимым, то делается вывод об эффективности фондового рынка, т. е. цены финансовых активов в каждый последующий день не зависят от цен в предыдущий торговый день и их изменения происходят сразу после поступления на фондовый рынок новой информации об эмитенте. Для оценки эффективности рынков капиталов применяют следующие параметрические методы: автокорреляционный анализ на основе статистики Дарбина-Уотсона, автокорреляционный анализ на основе критериев детерминации, построение регрессионной модели АРТ, модель GARCH. Критерий Дарбина-Уотсона — это статистический критерий, применяемый для анализа независимости случайных ошибок во временных рядах и регрессионных моделях. Статистика Дарбина-Уотсона позволяет определить наличие автокорреляции первого порядка, которая означает присутствие взаимосвязи между текущим значением случайной ошибки ei и предыдущим значением случайной ошибки ei?1. Статистика Дарбина-Уотсона определяется по формуле 2 1 2 1 ( ) , T t t k t k T t t e e DW e ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? где k — значение временного лага. Значение критерия должно находиться в следующем интервале: 0 ? DW ? 4. На практике применение критерия ДарбинаУотсона основано на сравнении величины DW с теоретическими значениями dн и dв для заданных числа наблюдений n, числа независимых переменных модели k и уровня значимости ?. 1. Если DW dн, то гипотеза о независимости случайных отклонений отвергается (следовательно, присутствует положительная автокорреляция). 31 23 (503) — 2012 Финансы и кредит Мировая экономика 2. Если DW dв, то гипотеза не отвергается. 3. Если dн DW dв, то нет достаточных оснований для принятия решения. Когда расчетное значение DW превышает 2, то с dн и dв сравнивается не сам коэффициент DW, а следующее выражение: 4 ? DW. Описанные ранее методы (критерий серий и статистика Дарбина-Уотсона) применялись для изучения эффективности большого количества фондовых рынков. Информационная эффективность стран с развивающиимися рынками представлена в табл. 1. По результатам исследований можно отметить, что развивающиеся рынки обладают или слабой степенью информационной эффективности, или являются неэффективными. Что касается оценки эффективности российского фондового рынка, то данная тема была предметом широкого изучения среди наших соотечественников. Так, С. Моисеев для оценки степени эффективности российского фондового рынка применил автокорреляционный анализ на основе статистики Дарбина-Уотсона и автокорреляционный анализ на основе коэффициентов детерминации. Полученные им результаты подтвердили гипотезу о наличии слабой степени эффективности. Исследователи В. Наливайский и И. Иванченко помимо упомянутых методов использовали критерий серий и также сделали вывод о наличии слабой степени эффективности фондового рынка России. В противовес им С. Салтыков опроверг гипотезу об эффективности российского рынка капиталов в результате проведения исследования с использованием критерия серий. Исследователи Б. Алехин (путем расчета коэффициентов детерминации) и Е. Федорова и Е. Гиленко (путем построения GARCH-модели) также сделали вывод о неэффективности российского фондового рынка. Все упомянутые исследования анализировали российский рынок в период с конца 1990-х и до начала 2000-х гг. Большой интерес представляет изучение наличия информационной эффективности российского рынка в настоящее время, так как российский фондовый рынок претерпел значительные изменения. Самое важное из них — объединение крупнейших российских бирж ММВБ и РТС в целях совершенствования интегрированной биржевой инфраструктуры и становления в Москве международного финансового центра. Кроме того, в посткризисный период на российской фондовой бирже появились новые инфраструктурные подразделения. В апреле 2009 г. на фондовой бирже РТС начал работать самый передовой в России рынок акций — RTS Standard, который предусматривает анонимный аукцион заявок и расчеты в рублях. Помимо этого активно реализуется новый проект группы РТС — RTS Global, позволяющий квалифицированным инвесторам быстро заключать внебиржевые сделки с иностранными ценными бумагами, не допущенными к публичному обращению на Таблица 1 Информационная эффективность стран с развивающимися рынками Исследуемая страна Автор исследования Применяемая методика Результат исследования Аргентина J. Urrutia Критерий серий Рынок обладает слабой степенью эффективности Бангладеш А. Morabek Критерий серий Рынок неэффективен Бразилия J. Urrutia Критерий серий Рынок обладает слабой степенью эффективности Индия J. Sharma, М. Mahendru Критерий серий Рынок обладает слабой степенью эффективности A. Gupta Критерий серий. DW-статистика Рынок обладает слабой степенью эффективности A. Khan, Sana Ikram, Mariyam Mehtab Критерий серий Рынок неэффективен Китай F. Mahmood, Xia Xinping, Humera Shahid, Muhammad Usman Критерий серий. DW-статистика Рынок обладает слабой степенью эффективности Tianshu Liu Критерий серий Рынок неэффективен Мексика J. Urrutia Критерий серий. Рынок обладает слабой степенью эффективности Нигерия Sunday O. E. Ewah, Atim E. Esang, Jude U. Bassey DW-статистика Рынок неэффективен Чили J. Urrutia Критерий серий Рынок обладает слабой степенью эффективности Шри-Ланка S. Abeysekera Критерий серий Рынок неэффективен 32 23 (503) — 2012 Финансы и кредит Мировая экономика территории РФ С июля 2009 г. на фондовой бирже ММВБ действует новый биржевой сектор для высокотехнологичных компаний с малым и средним уровнями капитализации, планирующих привлечение акционерного капитала, — рынок инноваций и инвестиций (РИИ), созданный ММВБ совместно с корпорацией РОСНАНО . Произошли серьезные положительные изменения и в экономике страны: наблюдается устойчивый рост ВВП, снижение внешнего долга и инфляции. Все это привело к повышению инвестиционной привлекательности российского фондового рынка и увеличению количества его участников, в том числе среди иностранных инвесторов. В связи с этим можно предположить изменения и в эффективности российского фондового рынка. Более того, хотелось бы исследовать эффективность рынка капиталов России вместе с информационной эффективностью других стран с быстро развивающимися экономиками (Бразилия, Индия и Китай). Выбор фондовых рынков стран БРИК не случаен. Информационная эффективность данных стран еще достаточно мало изучена. Кроме того, за последние 10 лет произошли существенные изменения в оценке инвестиционной привлекательности данной группы стран. В 2003 г. компания Goldman Sachs выпустила отчет, в котором утверждалось, что экономический потенциал Бразилии, России, Индии и Китая таков, что они могут стать четырьмя доминирующими экономическими системами к 2050 г. . С 2007 по 2009 г. эти страны действительно были драйверами роста мировой экономики, охваченной финансовым кризисом. Но в 2009 г. проблемы настигли и эту четверку. В декабре 2011 г. в своем отчете Goldman Sachs предупреждает, что страны БРИК нужно вычеркнуть из списка стран в целях инвестиций, так как время интенсивного роста этой группы стран прошло . «Мы видели пик роста БРИК, -говорит экономист Goldman Sachs Доминик Уилсон в декабрьском обзоре «10 лет БРИК: на полпути к великим свершениям». Далее он отмечает, что «в последние 10 лет одной идеи БРИК было достаточно, чтобы привлечь инвестиции. Теперь гораздо сложнее представить, что одной веры в будущий рост будет достаточно для инвестиций» . Ввиду данных перемен в экономике стран БРИК проанализируем фондовые рынки данных стран на наличие информационной эффективности. За анализируемый период возьмем период с 1 января по 31 декабря 2011 г. Исходными данными будут котировки закрытия фондовых индексов Bovespa (Бразилия), RTS (Россия), BSE Sensex (Индия) и SSE Composite (Китай) (табл. 2). По результатам расчета критерия серий (см. табл. 2) можно наблюдать, что значения Z-статистики, вычисленные для фондовых рынков Бразилии, России, Индии и Китая, попадают в интервал от -2,58 до +2,58. Это означает, что можно принять нулевую гипотезу о том, что последовательность положительных и отрицательных ежедневных приращений индексов Bovespa, RTS, BSE Sensex и SSE Composite с января по декабрь 2011 г. — случайна. Таким образом, по результатам данной методики можно утверждать, что фондовые рынки Бразилии, России, Индии и Китая обладают (по крайней мере) слабой формой эффективности. Для оценки эффективности фондовых рынков стран БРИК применим также автокорреляционный анализ на основе статистики Дарбина-Уотсона. Вычислим для анализируемого периода каждой из четырех стран по 10 значений статистики для приращений индекса, отстоящих друг от друга на 1, 2,?, 10 временных периодов. Для всех четырех индексов n ? 250. Формула статистики Дарбина-Уотсона: 2 1 2 1 ( ) , T t t k t k T t t I I DW I ? = + = ? = ? ? где It — приращение индекса; k — значение временного лага . Если статистика Дарбина-Уотсона лежит в интервале dв ? DW ? 4?dв, то можно утверждать, что нулевая гипотеза об отсутствии автокорреляции принимается (табл. 3). По результатам выполненных расчетов (см. табл. 3) можно наблюдать, что все значения стаТаблица 2 Критерий серий, рассчитанный на базе ежедневных значений индексов Bovespa (Бразилия), RTS (Россия), BSE Sensex (Индия) и SSE Composite (Китай) за период с 1 января по 31 декабря 2011 г. Показатель Бразилия Россия Индия Китай N1 126 127 103 120 N2 123 120 143 124 N 249 247 246 244 R 126 132 112 117 Z 0,07 0,97 -1,15 -0,77 33 23 (503) — 2012 Финансы и кредит Мировая экономика тистики Дарбина-Уотсона, рассчитанные для фондовых рынков Бразилии, Индии и Китая, попадают в интервал dв ? DW ? 4?dв. Поэтому можно принять нулевую гипотезу об отсутствии автокорреляции между значениями индексов данных стран, т. е. приращения фондовых индексов случайны во времени. Это свидетельствует о том, что фондовые рынки Бразилии, Индии и Китая обладают слабой формой эффективности. Однако нельзя сделать такого же вывода в отношении российского фондового рынка. Значение критерия Дарбина-Уотсона, рассчитанное для k = 1, соответствует интервалу DW dн. Это свидетельствует о наличии положительной автокорреляции между доходностями индекса, т. е. значения фондового индекса в текущий день зависят от его значений в предыдущий день. Следовательно, гипотеза о независимости случайных отклонений отклоняется. С вероятностью 99 % можно утверждать, что фондовый рынок России является неэффективным. В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы: 1) фондовые рынки Бразилии, Индии, Китая обладают слабой степенью эффективности. Следовательно, применение результатов технического а

Кодирование информационного сигнала

Изобретение относится к кодированию инфомационного сигнала, например, аудио или видео. Очень грубое квантование, превышающее меру, определенную порогом маскирования без или только с очень небольшими потерями качества, обеспечивается квантованием не непосредственно предварительно фильтрованного сигнала, но ошибки предсказания, полученной в соответствии с адаптивным предсказанием вперед предварительно фильтрованного сигнала. Из-за применяемой адаптивности вперед ошибка квантования не имеет отрицательного влияния на предсказание на стороне декодера. 8 н. и 41 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для кодирования информационного сигнала в кодированный информационный сигнал, содержащее:средство (16) для определения представления мотивированного психовосприимчивостью порога, которое указывает часть информационного сигнала, иррелевантного в отношении восприимчивости, посредством использования перцепционной модели;средство (18) для фильтрации информационного сигнала для нормализации информационного сигнала в отношении мотивированного психовосприимчивостью порога для получения предварительно фильтрованного сигнала;средство (20) для предсказания предварительно фильтрованного сигнала адаптивным способом вперед, чтобы получить предсказанный сигнал, ошибку предсказания для предварительно фильтрованного сигнала и представление коэффициентов предсказания, на основании чего предварительно фильтрованный сигнал может быть восстановлен; исредство (22) для квантования ошибки предсказания для получения квантованной ошибки предсказания, при этом кодированный информационный сигнал содержит информацию о представлении мотивированного психовосприимчивостью порога, представлении коэффициентов предсказания и квантованной ошибки предсказания.

2. Устройство по п.1, в котором средство (22) для квантования реализовано так, чтобы квантовать ошибку предсказания с помощью функции квантования, которая отображает неквантованные значения ошибки предсказания в индексы квантования ступеней квантования и чья кривая ниже порога является более крутой, чем выше порога.

3. Устройство по п.1, в котором средство (22) для квантования реализовано так, чтобы получить высоту Δ(n) ступени квантования функции квантования адаптивным способом назад из квантованной ошибки предсказания.

4. Устройство по п.1, в котором средство (22) для квантования ошибки предсказания реализовано так, что неквантованные значения ошибки предсказания квантуются посредством отсечения с помощью функции квантования, которая отображает неквантованные значения ошибки предсказания в индексы квантования постоянного и ограниченного первого количества ступеней квантования для получения квантованной ошибки предсказания.

5. Устройство по п.4, в котором средство (22) для квантования реализовано так, чтобы получить высоту Δ(n) ступени квантования функции квантования для квантования значения r(n) ошибки предсказания адаптивным способом назад для двух прошлых индексов квантования ic(n-1) и ic(n-2) квантованной ошибки предсказания согласно Δ(n)=(βΔ(n-1)+δ(n), где (β∈[0.0; 1.0], δ(n)=δ0 для |ic(n-1)+ic(n-2)|≤I и δ(n)=δ1 для |ic(n-1)+ic(n-2)|>I, с постоянными параметрами δ0, δ1, I, причем Δ(n-1) представляет высоту ступени квантования, полученную для квантования предыдущего значения ошибки предсказания.

6. Устройство по п.4, в котором средство для квантования реализовано так, чтобы квантовать ошибку предсказания нелинейным способом.

7. Устройство по п.4, в котором постоянное и ограниченное первое количество равно 3.

8. Устройство по п.1, в котором средство (16) для определения реализовано так, чтобы определить мотивированный психовосприимчивостью порог поблочно из информационного сигнала.

9. Устройство по п.1, в котором средство (16) для определения реализовано так, чтобы представить мотивированный психовосприимчивостью порог в области линейных спектральных частот (LSF).

10. Устройство по п.1, в котором средство (16) для определения реализовано так, чтобы определить мотивированный психовосприимчивостью порог поблочно и представлять его в коэффициентах фильтра, подвергать эти коэффициенты фильтра предсказанию и подвергать остаточный сигнал коэффициентов фильтра, полученный из предсказания, квантованию с помощью дополнительной функции квантования, которая отображает неквантованные значения остаточного сигнала коэффициентов фильтра в индексы квантования ступеней квантования и чья кривая ниже дополнительного порога является более крутой, чем вышеупомянутый дополнительный порог, для получения квантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра, причем кодированный информационный сигнал также включает в себя информацию о квантованном остаточном сигнале коэффициентов фильтра.

11. Устройство по п.10, в котором упомянутое средство (16) для определения реализовано так, что неквантованные значения остаточного сигнала коэффициентов фильтра квантуются посредством отсечения с помощью дополнительной функции квантования, которая отображает неквантованные значения остаточного сигнала коэффициентов фильтра в индексы квантования постоянного и ограниченного второго количества ступеней квантования.

12. Устройство по п.11, в котором средство (16) для определения реализовано так, что предсказание выполняется адаптивным способом назад на основании индексов квантования квантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра.

13. Устройство по п.10, в котором средство (16) для определения реализовано так, что предсказание коэффициентов фильтра выполняют посредством использования фильтра предсказания с постоянными коэффициентами.

14. Устройство по п.9, в котором средство (16) для определения дополнительно реализовано так, чтобы подвергать коэффициенты фильтра для представления мотивированного психовосприимчивостью порога вычитанию с постоянным значением, прежде чем подвергнуть их предсказанию.

15. Устройство по п.1, в котором средство (20) для предсказания предварительно фильтрованного сигнала адаптивным способом вперед дополнительно содержит:средство (36) для определения коэффициентов фильтра предсказания из предварительно фильтрованного сигнала исредство (44, 46, 48) для предсказания предварительно фильтрованного сигнала посредством фильтра (44), управляемого в соответствии с коэффициентами фильтра предсказания.

16. Устройство по п.15, в котором средство (36) для определения реализовано так, чтобы определить коэффициенты фильтра предсказания поблочно из предварительно фильтрованного сигнала.

17. Устройство по п.15, в котором средство (36) для определения реализовано так, чтобы представить коэффициенты фильтра предсказания в области линейных спектральных частот (LSF).

18. Устройство по п.15, в котором средство (36) для определения реализовано так, чтобы определить коэффициенты фильтра предсказания поблочно, подвергать коэффициенты фильтра предсказания предсказанию и подвергать остаточный сигнал коэффициентов фильтра предсказания, полученный из предсказания, квантованию посредством третьей функции квантования, которая отображает неквантованные значения остаточного сигнала коэффициентов фильтра предсказания в индексы квантования ступеней квантования и чья кривая ниже третьего порога является более крутой, чем выше третьего порога, для получения квантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра предсказания, причем кодированный информационный сигнал также содержит информацию относительно квантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра предсказания.

19. Устройство по п.18, в котором упомянутое средство (36) для определения, реализовано так, что неквантованные значения остаточного сигнала коэффициентов фильтра предсказания квантуются посредством отсечения до индексов квантования третьего количества ступеней квантования с помощью третьей функции квантования, которая отображает неквантованные значения остаточного сигнала коэффициентов фильтра предсказания, чтобы квантовать индексы постоянного и ограниченного третьего количества ступеней квантования.

20. Устройство по п.18, в котором средство (36) для определения реализовано так, что предсказание выполняется адаптивным способом назад на основании индексов квантования квантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра предсказания для одного или нескольких предыдущих блоков предварительно фильтрованного сигнала.

21. Устройство по п.18, в котором средство (36) для определения реализовано так, что предсказание коэффициентов фильтра предсказания выполняется посредством использования фильтра предсказания с постоянными коэффициентами.

22. Устройство по п.18, в котором средство (36) для определения дополнительно реализовано так, чтобы подвергать коэффициенты фильтра предсказания вычитанию с постоянным значением, до того как подвергнуть их предсказанию.

23. Устройство по п.1, которое реализовано для кодирования аудиосигнала или сигнала видео в качестве информационного сигнала, в котором перцепционная модель является психоакустической моделью и мотивированный психовосприимчивостью порог, психоакустически мотивированный порог или перцепционная модель являются психовизуальной моделью и мотивированный психовосприимчивостью порог является психовизуально мотивированным порогом.

24. Устройство для декодирования кодированного информационного сигнала, содержащего информацию о представлении мотивированного психовосприимчивостью порога, представлении коэффициентов предсказания и квантованной ошибки предсказания, в декодированный информационный сигнал, содержащее:средство (206) для деквантования квантованной ошибки предсказания для получения деквантованной ошибки предсказания;средство (208) для определения предсказанного сигнала на основании коэффициентов предсказания;средство (210) для восстановления предварительно фильтрованного сигнала на основании предсказанного сигнала и деквантованной ошибки предсказания исредство (212) для фильтрации предварительно фильтрованного сигнала для повторного преобразования нормализации в отношении мотивированного психовосприимчивостью порога для получения декодированного информационного сигнала.

25. Устройство по п.24, в котором средство (206) для деквантования реализовано для деквантования квантованной ошибки предсказания в ограниченное и постоянное количество ступеней квантования.

26. Устройство по п.25, в котором средство (206) для деквантования реализовано так, чтобы получить высоту Δ(n) ступени квантования между ступенями квантования адаптивным способом назад из уже деквантованных индексов квантования квантованной ошибки предсказания.

27. Устройство по п.25, в котором средство (260) для деквантования реализовано так, чтобы получить высоту Δ(n) ступени квантования между ступенями квантования для деквантования индекса квантования квантованной ошибки предсказания адаптивным способом назад от двух предыдущих индексов квантования ic(n-1) и ic(n-2) квантованной ошибки предсказания согласно Δ(n)=(βΔ(n-1)+δ(n), где (β∈[0.0; 1.0], δ(n)=δ0 для |ic(n-1)+ic(n-2)|≤I и δ(n)=δ1 для |ic(n-1)+ic(n-2)|>I, имея постоянные параметры δ0, δ1, I, причем Δ(n-1) представляет высоту ступени квантования, полученную для деквантования ic(n-1).

28. Устройство по п.25, в котором постоянное и ограниченное количество меньше или равно 32.

29. Устройство по п.25, в котором постоянное и ограниченное количество равно 3.

30. Устройство по п.24, в котором средство (212) для фильтрации содержит:средство (230) для определения коэффициентов фильтра воспринимаемого порога из информации о представлении мотивированного психовосприимчивостью порога поблочно для блоков из последовательности блоков предварительно фильтрованного сигнала ипостфильтр (232) для фильтрации предварительно фильтрованного сигнала посредством использования коэффициентов фильтра воспринимаемого порога.

31. Устройство по п.24, в котором средство (230) для определения реализовано так, чтобы получить коэффициенты фильтра воспринимаемого порога с помощью обратного преобразования из области линейных спектральных частот (LSF).

32. Устройство по п.24, в котором средство (230) для определения реализовано так, чтобы получить индексы квантования квантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра из представления мотивированного психовосприимчивостью порога, деквантования таковых к ограниченному и постоянному второму количеству уровней квантования для получения деквантованного остаточного сигнала коэффициентов фильтра, предсказания коэффициентов фильтра, представляющих мотивированный психовосприимчивостью порог и суммирования их с деквантованным остаточным сигналом коэффициентов фильтра и преобразования восстановленного остаточного сигнала коэффициентов фильтра, полученного из суммирования, посредством обратного преобразования в коэффициенты фильтра воспринимаемого порога.

33. Устройство по п.32, в котором средство (230) для определения реализовано так, что предсказание выполняется адаптивным способом назад на основании уже предсказанных коэффициентов фильтра, представляющих мотивированный психовосприимчивостью порог.

34. Устройство по п.32, в котором средство (230) для определения реализовано так, что предсказание коэффициентов фильтра, представляющих мотивированный психовосприимчивостью порог, выполняют посредством использования фильтра предсказания с постоянными коэффициентами.

35. Устройство по п.32, в котором средство (230) для определения дополнительно реализовано так, чтобы подвергнуть восстановленный остаточный сигнал коэффициентов фильтра, полученный из суммирования, суммированию с постоянным значением перед восстановлением.

36. Устройство по п.24, в котором средство (208) для определения предсказанного сигнала дополнительно содержит:средство (224) для определения коэффициентов фильтра предсказания из представления коэффициентов предсказания, содержащихся в кодированном информационном сигнале; исредство (226, 228) для предсказания предварительно фильтрованного сигнала посредством фильтра (226), управляемого в соответствии с коэффициентами фильтра предсказания.

37. Устройство по п.36, в котором средство (224) для определения коэффициентов фильтра предсказания реализовано так, чтобы определить таковые поблочно для блоков из последовательности блоков предварительно фильтрованного сигнала.

38. Устройство по п.36, в котором средство (224) для определения реализовано так, чтобы получить коэффициенты фильтра предсказания посредством обратного преобразования из области линейных спектральных частот (LSF).

39. Устройство по п.36, в котором средство (224) для определения реализовано так, чтобы получить индексы квантования квантованного остаточного сигнала коэффициентов предсказания из представления коэффициентов предсказания, деквантовать таковые в ограниченное и постоянное третье количество уровней квантования для получения деквантованного остаточного сигнала коэффициентов предсказания, предсказать коэффициенты фильтра предсказания и суммировать таковые с деквантованным остаточным сигналом коэффициентов предсказания и преобразовывать восстановленный остаточный сигнал коэффициентов предсказания, полученный из суммирования, посредством обратного преобразования в коэффициенты фильтра предсказания.

40. Устройство по п.39, в котором средство (224) для определения реализовано так, что предсказание выполняют адаптивным способом назад на основании уже предсказанных коэффициентов предсказания.

41. Устройство по п.39, в котором средство (224) для определения реализовано так, что предсказание коэффициентов предсказания выполняется посредством использования фильтра предсказания с постоянными коэффициентами.

42. Устройство по п.39, в котором средство (224) для определения дополнительно реализовано так, чтобы подвергнуть восстановленный остаточный сигнал коэффициентов предсказания, полученный из суммирования, суммированию с постоянным значением прежде обратного преобразования.

43. Устройство по п.24, которое реализовано для декодирования аудиосигнала или сигнала видео в качестве информационного сигнала и в котором мотивированный психовосприимчивостью порог является акустическим порогом маскирования или визуальным порогом маскирования.

44. Способ кодирования информационного сигнала в кодированный информационный сигнал, содержащий этапы:используя модель восприимчивости, определяют представление мотивированного психовосприимчивостью порога, указывающего часть информационного сигнала, иррелевантную в отношении восприимчивости;фильтруют информационный сигнал для нормализации информационного сигнала в отношении мотивированного психовосприимчивостью порога для получения предварительно фильтрованного сигнала;предсказывают предварительно фильтрованный сигнал адаптивным способом вперед, чтобы получить предварительно фильтрованный сигнал, ошибку предсказания для предварительно фильтрованного сигнала и представление коэффициентов предсказания, на основании которых предварительно фильтрованный сигнал может быть восстановлен; иквантуют ошибку предсказания, чтобы получить квантованную ошибку предсказания, причем кодированный информационный сигнал содержит информацию о представлении мотивированного психовосприимчивостью порога, представлении коэффициентов предсказания и квантованной ошибки предсказания.

45. Способ декодирования кодированного информационного сигнала, содержащего информацию о представлении мотивированного психовосприимчивостью порога, представлении коэффициентов предсказания и квантованной ошибки предсказания, в декодированный информационный сигнал, содержащий этапы:деквантование квантованной ошибки предсказания для получения деквантованной ошибки предсказания;определение предсказанного сигнала на основании коэффициента предсказания;восстановление предварительно фильтрованного сигнала на основании предсказанного сигнала и деквантованной ошибки предсказания ифильтрование предварительно фильтрованного сигнала для преобразования нормализации в отношении мотивированного психовосприимчивостью порога, чтобы получить декодированный информационный сигнал.

46. Считываемый компьютером цифровой носитель данных, имеющий сохраненную на нем компьютерную программу для выполнения способа кодирования информационного сигнала по п.44, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.

47. Считываемый компьютером цифровой носитель данных, имеющий сохраненную на нем компьютерную программу для выполнения способа декодирования информационного сигнала по п.45, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.

48. Кодер, содержащий:вход (12) информационного сигнала,блок (26) определения порога восприимчивости, функционирующий согласно модели восприимчивости, имеющий вход, подсоединенный к входу информационного сигнала, и выход порога восприимчивости;адаптивный предварительный фильтр (34), содержащий вход фильтра, подсоединенный к входу информационного сигнала, выход фильтра и вход управления адаптацией, подсоединенный к выходу порога восприимчивости,блок (36) определения коэффициента предсказания вперед, содержащий вход, подсоединенный к выходу предварительного фильтра, и выход коэффициента предсказания;первый вычитатель (42), содержащий первый вход, подсоединенный к выходу предварительного фильтра, второй вход и выход;каскад (52) отсечения и квантования, содержащий ограниченное и постоянное количество уровней квантования, вход, подсоединенный к выходу вычитателя, вход управления размером шага квантования и выход;блок (54) настройки размера шага, содержащий вход, подсоединенный к выходу каскада (52) отсечения и квантования, и выход размера шага квантования, подсоединенный к входу управления размером шага квантования каскада (52) отсечения и квантования;каскад (50) деквантования, содержащий вход, подсоединенный к выходу каскада отсечения/квантования, и выход управления деквантователем;сумматор (48), содержащий первый вход сумматора, подсоединенный к выходу деквантователя, второй вход сумматора и выход сумматора;фильтр предсказания (44, 46), содержащий вход фильтра предсказания, подсоединенный к выходу сумматора, выход фильтра предсказания, подсоединенный к второму входу вычитателя, а также ко второму входу сумматора, а также вход коэффициента предсказания, подсоединенный к выходу коэффициента предсказания;генератор (24) информационного сигнала, содержащий первый вход, подсоединенный к выходу порога восприимчивости, второй вход, подсоединенный к выходу коэффициента предсказания, третий вход, подсоединенный к выходу каскада отсечения и квантования, и выход, представляющий выход кодера.

49. Декодер для декодирования кодированного информационного сигнала, содержащего информацию о представлении мотивированного психовосприимчивостью порога, коэффициентах предсказания и квантованную ошибку предсказания, в декодированный информационный сигнал, содержащий:вход декодера;блок (214) извлечения, содержащий вход, подсоединенный к входу декодера, выход порога восприимчивости, выход коэффициента предсказания и выход квантованной ошибки предсказания;деквантователь (206), содержащий ограниченное и постоянное количество уровней квантования, вход деквантователя, подсоединенный к выходу квантованной ошибки предсказания, выход деквантователя и вход управления порогом квантования;блок адаптивной настройки порога назад, содержащий вход, подсоединенный к выходу квантованной ошибки предсказания, и выход, подсоединенный к входу управления квантованным порогом;сумматор (222), содержащий первый вход сумматора, подсоединенный к выходу деквантователя, второй вход сумматора и выход сумматора;фильтр (226) предсказания, содержащий вход фильтра предсказания, подсоединенный к выходу сумматора, выход фильтра предсказания, подсоединенный к второму входу, и вход коэффициента фильтра предсказания, подсоединенный к выходу коэффициента предсказания; иадаптивный постфильтр (232), содержащий вход фильтра предсказания, подсоединенный к выходу сумматора, выход фильтра предсказания, представляющий выход декодера, и вход управления адаптацией, подсоединенный к выходу порога восприимчивости.

Настоящее изобретение относится к кодированию информационного сигнала, например кодированию аудио или видео.Использование кодирования цифрового аудио в новых коммуникационных сетях, а также в профессиональных аудиопроизведениях для двунаправленного обмена в реальном времени, требует очень недорогого алгоритмического кодирования, а также очень короткой задержки кодирования. Типичный сценарий, где применение кодирования цифрового аудио становится критическим в смысле времени задержки, существует, когда прямые, то есть не кодированные, и передаваемые, то есть кодированные и декодированные, сигналы используются одновременно. Примерами, поэтому, является «живые» произведения, использующие беспроводные микрофоны и мгновенный (в ухе) контроль, или «разрозненные» произведения, где артисты играют одновременно в различных студиях. Допустимый полный период времени задержки в этих применениях составляет менее 10 мс. Если, например, асимметричные каналы участников используются для обмена, скорость передачи данных в битах является дополнительным ограничивающим фактором.Алгоритмическая задержка стандартных кодеров аудио, таких как MPEG-1 3 (MP3), MPEG-2 AAC и MPEG-2/4 с малой задержкой, изменяется от 20 мс до нескольких сотен (100) мс, причем ссылка приводится, например, на статью M. Lutzky, G. Schuller, M. Gayer; U. Kraemer, S. Wabnik: «A guideline to audio codec delay», представленную на 116-м съезде AES, Берлин, май 2004. Кодеры речи оперируют при более низких скоростях передачи данных и с меньшей алгоритмической задержкой, но обеспечивают просто ограниченное аудиокачество.Вышеописанный пробел между стандартными кодерами аудио с одной стороны и речевыми кодерами с другой стороны, например, закрывается посредством схемы кодирования, такой как описана в статье B. Edler, C. Faller and G. Schuller, «Perceptual Audio Coding Using a Time-Varying Linear Pre- and Postfilter», представленной на 109 съезде AES, Лос-Анджелес, сентябрь 2000, согласно которой сигнал, подлежащий кодированию, фильтруют с инверсией порога маскирования на стороне кодера и затем квантуют, чтобы выполнить сокращение неуместных данных, и квантованный сигнал подвергают статистическому кодированию для выполнения устранения избыточности, отдельного от сокращения неуместных данных, в то время как квантованный предварительно фильтрованный сигнал восстанавливают на стороне декодера и фильтруют в постфильтре с порогом маскирования в качестве функции передачи. Такая схема кодирования, ниже называемая схемой кодирования ULD, приводит к воспринимаемому качеству, которое может быть сравнено со стандартными кодерами аудио, например MP3, для скоростей передачи данных, приблизительно равных 80 кбит/сек на канал и выше. Кодер этого типа, например, описан также в WO 2005/078703 A1.В частности, ULD кодеры, описанные здесь, используют психоакустически управляемые линейные фильтры для формирования шума квантования. Из-за своей структуры шум квантования всегда находится на заданном пороге, даже когда никакого сигнала нет в заданной частотной области. Шум остается неслышимым, пока он соответствует психоакустическому порогу маскирования. Для получения скорости передачи, которая является даже меньшей, чем скорость передачи данных, которая заранее определена этим порогом, шум квантования должен быть увеличен, что делает шум слышимым. В частности, шум становится слышимым в областях без частей сигнала. Примерами поэтому являются очень низкие и очень высокие звуковые частоты. Обычно имеются только части очень низких сигналов в этих областях, в то время как порог маскирования является высоким. Если порог маскирования увеличивается однородно по всей частотной области, шум квантования находится на увеличенном пороге, даже когда не имеется никакого сигнала, так что шум квантования становится слышимым как сигнал, который слышится паразитным. Основанные на поддиапазонах кодеры не имеют этой проблемы, так как они просто квантуют поддиапазоны, имеющие меньшие сигналы, чем порог, в нуль.Вышеупомянутая проблема, которая имеет место, когда разрешенная скорость передачи данных падает ниже минимальной скорости передачи данных, которая не вызывает побочного шума квантования и которая определена порогом маскирования, не является единственной. Кроме того, ULD кодеры, описанные в вышеупомянутых ссылках, страдают от сложной процедуры получения постоянной скорости передачи данных, в частности, из-за того, что используется итеративный цикл, который нужно пройти, чтобы определить, для каждого блока выборки, значение коэффициента усиления, регулирующее размер шага деквантования (обратного квантования).Задачей настоящего изобретения является обеспечение схемы кодирования информации, которая делает возможным разрешить короткое время задержки, типичное для типов ULD кодера, при низкой скорости передачи и все же обеспечить высокое качество кодирования.Эта задача достигается устройствами по п. 1 или 24, способами по п. 44 или 45, а также кодером по п. 47 и декодером по п. 48.Центральной идеей настоящего изобретения является обнаружение того, что чрезвычайно грубое квантование, превышающее меру, определенную порогом маскирования, сделано возможным без или только с очень небольшими потерями качества, с помощью не непосредственно квантования предварительно фильтрованного сигнала, но ошибки предсказания, полученной в соответствии с адаптивным предсказанием вперед предварительно фильтрованного сигнала. Из-за адаптивности вперед ошибка квантования не имеет отрицательного влияния на коэффициент предсказания.Согласно другому варианту осуществления предварительно фильтрованный сигнал даже квантуется нелинейным способом или даже отсекается, то есть квантуется посредством функции квантования, которая отображает неквантованные значения ошибки предсказания на индексы квантования ступеней квантования, и чей ход (изменение) является более крутым ниже порога, чем выше порога. Таким образом, PSD (спектральная плотность мощности) шума, увеличенная относительно порога маскирования из-за низкой доступной скорости передачи данных, подстраивается к PSD сигнала, так что нарушение порога маскирования не имеет места в спектральных частях без части сигнала, что дополнительно улучшает качество прослушивания или поддерживает качество прослушивания соответственно, несмотря на уменьшающуюся доступную скорость передачи данных.Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения квантование является равномерно квантованным или ограниченным соответственно посредством ограничения, а именно посредством квантования в ограниченное и фиксированное количество уровней квантования или ступеней соответственно. Посредством предсказания предварительно фильтрованного сигнала с помощью адаптивного предсказания вперед, грубое квантование не имеет отрицательного эффекта непосредственно на коэффициенты предсказания. Посредством квантования к фиксированному количеству уровней квантования предотвращение итерации для получения постоянной скорости передачи данных разрешается естественным образом.Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения размер шага квантования или высота ступени соответственно между фиксированным количеством уровней квантования определяется адаптивным способом назад (в обратном направлении) от предыдущих индексов уровня квантования, полученных квантованием, так что, с одной стороны, несмотря на очень малое количество уровней квантования, лучшее или по меньшей мере наилучшее возможное квантование ошибки предсказания или остаточного сигнала соответственно может быть получено без необходимости подавать дополнительную побочную информацию к стороне декодера. С другой стороны, можно гарантировать, что ошибки передачи во время передачи квантованного остаточного сигнала к стороне декодера имеют только кратковременный эффект на сторону декодера с соответствующей конфигурацией адаптивной настройки размера шага назад (в обратном направлении).Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на сопроводительные чертежи. Они показывают:фиг.1 — блок-схема кодера согласно варианту осуществления настоящего изобретения;фиг.2, a, b являются графиками, показывающими примерно ход (изменение) спектра шума относительно порога маскирования и спектральную плотность мощности сигнала для случая кодера по п. 1 (график a) или для сравнительного случая кодера с адаптивным предсказанием назад предварительно фильтрованного сигнала и итеративную настройку размера шага поблочного квантования порога маскирования (график b) соответственно;фиг.3, a, b, c являются графиками, показывающими в качестве примера плотность спектра мощности сигнала относительно спектральной плотности мощности ошибки или шума соответственно для различных величин отсечения или различных количеств уровней квантования соответственно для случая, когда, как в кодере согласно фиг.1, выполняется адаптивное предсказание вперед предварительно фильтрованного сигнала, но все еще выполняется итеративная настройка размера шага квантования;фиг.4 — блок-схема структуры кодера коэффициентов в кодере согласно фиг.1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;фиг.5 — блок-схема декодера для декодирования информационного сигнала, кодированного кодером согласно фиг.1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;фиг.6 — блок-схема структуры кодеров коэффициентов в кодере согласно фиг.1 или декодере согласно фиг.5 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;фиг.7 — график для иллюстрирования результатов тестирования прослушивания;фиг.8A-8C — графики примерных функций квантования, которые могут использоваться в средствах квантования и квантования/отсечения соответственно на фиг.1, 4, 5 и 6.Прежде, чем варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылками на чертежи, сначала для лучшего понимания преимуществ и принципов этих вариантов осуществления возможная реализация схемы кодирования ULD-типа описана в качестве сравнительного примера, на основе которого существенные преимущества и соображения, лежащие в основе последующих вариантов осуществления, которые в конце концов привели к этим вариантам осуществления, могут быть проиллюстрированы более ясно.Как было описано во введении настоящего описания, имеется потребность в ULD версии для более низких скоростей передачи данных, например 64 кбит/сек, с сопоставимым воспринимаемым качеством, а также в более простой схеме получения постоянной скорости передачи данных, особенно для намеченных более низких скоростей передачи данных. Дополнительно, было бы выгодно, чтобы время восстановления после ошибки в передаче могло оставаться низким или на минимальном уровне.Для устранения избыточности психоакустически предварительно обработанного сигнала, сравниваемый ULD кодер использует адаптивное предсказание назад по выборкам с замкнутым контуром. Это означает, что вычисление коэффициентов предсказания в кодере и декодере основано просто на прошлых или уже квантованных и восстановленных выборках сигнала. Для получения адаптации к сигналу или предварительно фильтрованному сигналу соответственно новый набор коэффициентов блока предсказания вычисляют снова для каждой выборки. Это приводит к тому преимуществу, что могут использоваться длинные блоки предсказания или формулы определения значений предсказания, то есть, в частности, блоки предсказания, имеющие большое количество коэффициентов блока предсказания, так как не имеется требования передавать коэффициенты блока предсказания от кодера к стороне декодера. С другой стороны, это означает, что квантованная ошибка предсказания должна быть передана к декодеру без потерь точности для получения коэффициентов предсказания, которые являются идентичными тем, что лежат в основе процесса кодирования. Иначе, предсказанные или «заявленные» значения соответственно в кодере и декодере могут не быть идентичными друг другу, что вызовет нестабильный процесс кодирования. Вместо этого, в сравниваемом ULD кодере требуется периодический сброс блока предсказания и на стороне кодера и стороне декодера, чтобы разрешить избирательный доступ к кодированному потоку битов, а также остановить распространение ошибок передачи. Однако периодические сбросы вызывают пики скорости передачи данных, что не представляет проблемы для канала с переменной скоростью передачи данных, но представляет проблемы для каналов с фиксированной скоростью передачи данных, где пики скорости передачи данных ограничивают нижний предел настройки постоянной скорости передачи данных.Как следует из нижеследующего более подробного описания сравниваемой схемы кодирования ULD с вариантами осуществления настоящего изобретения, эти варианты осуществления отличаются от сравниваемой схемы кодирования использованием поблочного адаптивного предсказания вперед с адаптивной настройкой назад размера шага квантования вместо адаптивного предсказания по выборкам назад. С одной стороны, это имеет недостаток в том, что блоки предсказания должны быть короче, чтобы ограничить объем требуемой побочной информации для передачи требуемых коэффициентов предсказания к стороне кодера, что снова может приводить к уменьшенной эффективности кодера, но, с другой стороны, это имеет преимущество в том, что процедура согласно последующим вариантам осуществления все еще функционирует эффективно для более высоких ошибок квантования, которые являются результатом уменьшенных скоростей передачи данных, так, чтобы блок предсказания на стороне декодера мог использоваться для формирования шума квантования.Как также следует из нижеследующего сравнения, по сравнению со сравниваемым ULD кодером скорость передачи данных является ограниченной посредством ограничения диапазона значений остатка предсказания перед передачей. Это приводит к формированию шума, модифицированного по сравнению со сравниваемой схемой кодирования ULD, и также ведет к различным и менее паразитным артефактам прослушивания. Далее, постоянная скорость передачи данных формируется без использования итеративных циклов. Далее, «сброс» неотъемлемо включен для каждого блока выборок как результат поблочной адаптации вперед. Дополнительно, в вариантах осуществления, описанных ниже, схема кодирования используется для коэффициентов предварительного фильтра и коэффициентов предсказания вперед, которое использует разностное кодирование с управлением адаптивным квантованием назад размером шага для LSF (линейных спектральных частот) представления этих коэффициентов. Эта схема обеспечивает поблочный доступ к этим коэффициентам, генерирует постоянную скорость передачи данных побочной информации и, помимо этого, является устойчивой к ошибкам в передаче, как описано ниже.Ниже, сравниваемая структура ULD кодера и декодера описана более подробно с последующим описанием вариантов осуществления настоящего изобретения и иллюстрации его преимуществ при передаче от более высоких постоянных скоростей передачи данных к более низким скоростям передачи данных.В сравниваемой схеме кодирования ULD входной сигнал кодера анализируется на стороне кодера перцепционной моделью или моделью прослушивания соответственно для получения информации относительно перцепционно нерелевантных частей сигнала. Эта информация используется для управления предварительным фильтром посредством изменяющихся во времени коэффициентов фильтра. Посредством этого предварительный фильтр нормализует входной сигнал в отношении его порога маскирования. Коэффициенты фильтра вычисляют однократно для каждого блока из 128 выборок каждый, квантованных и переданных к стороне кодера в качестве побочной информации.После перемножения предварительно фильтрованного сигнала с коэффициентом усиления, посредством вычитания адаптивно предсказанного назад сигнала, ошибка предсказания квантуется с помощью однородного блока квантования, то есть блока квантования с однородным размером шага. Как упомянуто выше, предсказанный сигнал получают с помощью адаптивного предсказания назад по выборкам с замкнутым контуром. Соответственно, передачи коэффициентов предсказания к декодеру не требуется. Затем квантованный остаточный сигнал предсказания подвергается статистическому кодированию. Для получения постоянной скорости передачи данных обеспечивается контур, который повторяет этапы перемножения, предсказания, квантования и статистического кодирования несколько раз для каждого блока предварительно фильтрованных выборок. После итерации определяют самый высокий коэффициент усиления из набора заранее определенных значений усиления, который все еще удовлетворяет условию постоянной скорости передачи данных. Это значение усиления передают к декодеру. Если, однако, определено значение усиления меньшее чем единица, шум квантования является заметным после декодирования, то есть его спектр имеет форму подобную порогу маскирования, но его полная мощность выше, чем заранее определенная с помощью модели предсказания. Для частей спектра входного сигнала шум квантования может даже стать выше, чем спектр самого входного сигнала, что опять генерирует слышимые артефакты в частях спектра, где в ином случае никакой звуковой сигнал не присутствует из-за использования прогнозирующего кодера. Эти эффекты, вызванные шумом квантования, представляют собой ограничивающий фактор, когда более низкие постоянные скорости передачи данных представляют интерес.Продолжая описание сравниваемой схемы ULD, коэффициенты предварительного фильтра просто передаются как внутрикадровые LSF-разности, и также только как только они превышают некоторый предел. Во избежание распространения ошибки передачи в течение неограниченного периода система время от времени сбрасывается. Дополнительные методы могут использоваться для минимизации снижения восприятия декодированного сигнала в случае ошибок передачи. Схема передачи генерирует переменную скорость передачи данных побочной информации, которая является многоуровневой в описанном выше контуре цикле посредством регулировки вышеупомянутого коэффициента усиления соответствующим образом.Статистическое кодирование квантованного остаточного сигнала предсказания в случае сравниваемого ULD кодера содержит способы, типа Голомба (Golomb), Хаффмана, или способ арифметического кодирования. Статистическое кодирование должно быть сброшено время от времени и формирует неотъемлемо переменную скорость передачи данных, которая снова является многоуровневой из-за вышеупомянутого контура.В случае сравниваемой схемы кодирования ULD, квантованный остаточный сигнал предсказания в декодере получают из статистического кодирования, после чего остаток предсказания и предсказанный сигнал суммируют, сумму умножают на инверсию переданного коэффициента усиления, и из нее формируют восстановленный выходной сигнал посредством постфильтра, имеющего частотную характеристику, инверсную таковой предварительного фильтра, при этом постфильтр использует переданные коэффициенты предварительного фильтра.Сравниваемый ULD кодер описанного выше типа получает, например, общую задержку кодера/декодера от 5,33 до 8 мс при частотах выборок 32 кГц — 48 кГц. Без (ложного контура) итерации он формирует скорости передачи данных в диапазоне от 80 до 96 кбит/сек. Как описано выше, при более низких постоянных скоростях передачи данных качество прослушивания уменьшается в этом кодере из-за однородного увеличения спектра шума. Дополнительно, из-за итераций затраты для получения однородной скорости передачи данных являются высокими. Варианты осуществления, описанные ниже, преодолевают или минимизируют эти недостатки. При постоянной скорости передачи данных схема кодирования согласно вариантам осуществления, описанным ниже, вызывает формирование ошибки квантования с меняющимся шумом и не требует никакой итерации. Более точно, в вышеописанной сравниваемой схеме кодирования ULD в случае постоянной скорости передачи данных в итеративном процессе определяют множитель, с помощью которого сигнал, приходящий из предварительного фильтра, умножается до квантования, причем шум квантования является спектрально белым, что приводит к шуму квантования в декодере, который имеет форму, подобную порогу прослушивания, но который находится немного ниже или немного выше порога прослушивания, в зависимости от выбранного множителя, который может, как описано выше, также интерпретироваться как сдвиг определенного порога прослушивания. В связи с этим, шум квантования происходит после декодирования, чья мощность в отдельных частотных областях может даже превышать мощность входного сигнала в соответствующей частотной области. Результирующие артефакты кодирования являются ясно слышимыми. Варианты осуществления, описанные ниже, формируют шум квантования таким, что его спектральная плотность мощности больше не является спектрально белой. Грубое квантование/ограничение или отсечение соответственно сигнала предварительного фильтра скорее формируют результирующий шум квантования, подобный к спектральной плотности мощности сигнала предварительного фильтра. Таким образом, шум квантования в декодере формируется так, что он остается ниже спектральной плотности мощности входного сигнала. Это может интерпретироваться как искажение определенного порога прослушивания. Результирующие артефакты кодирования являются менее паразитными, чем в сравниваемой схеме кодирования ULD. Далее, последующие варианты осуществления не требуют итеративного процесса, что уменьшает сложность.Так как посредством описания вышеприведенной сравниваемой схемы кодирования ULD было обеспечено достаточное основание для привлечения внимания к основным преимуществам и соображениям нижеследующих вариантов осуществления для описания этих вариантов осуществления, сначала ниже описана структура кодера согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Кодер согласно фиг.1, в целом обозначаемый 10, содержит вход 12 для информационного сигнала, который подлежит кодированию, а также выход 14 для кодированного информационного сигнала, причем в качестве примера ниже принимается, что он является аудиосигналом, и в качестве примера, в частности, уже дискретизированным аудиосигналом, хотя осуществление выборки в кодере после входа 12 также возможно. Выборки входящего выходного сигнала обозначены на фиг.1 как x(n).Как показано на фиг.1, кодер 10 может быть разделен на средство 16 определения порога маскирования, средство 18 предварительного фильтра, средство 20 прогнозирующего предсказания вперед и средство 22 квантования/отсечения, а также средство 24 генерирования потока битов. Средство 16 определения порога маскирования работает согласно перцепционной модели или модели прослушивания соответственно для определения представления порога маскирования или прослушивания соответственно аудиосигнала, приходящего на вход 12, с помощью использования перцепционной модели, которая указывает часть аудиосигнала, которая является нерелевантной в отношении восприимчивости или слышимости, соответственно, или представляет спектральный порог для частоты, при которой спектральная энергия остается неслышимой из-за психоакустических эффектов охвата или не воспринимается людьми соответственно. Как описано ниже, средство 16 определения определяет порог маскирования поблочно, то есть оно определяет порог маскирования для каждого блока последующих блоков выборок аудиосигнала. Другие процедуры также возможны. Представление порога маскирования, как оно выдается из средства 16 определения, может, вопреки последующему описанию, в частности, со ссылками на фиг.4, также быть представлением в виде спектральных выборок спектрального порога маскирования.Предварительный фильтр или средство 18 предварительной оценки подсоединено как к средству 16 определения порога маскирования, так и входу 12 и фильтрует выходной сигнал для его нормализации в отношении порога маскирования для получения предварительно фильтрованного сигнала f(n). Средство 18 предварительного фильтра основано, например, на линейном фильтре и реализуется для того, чтобы настраивать коэффициенты фильтра в зависимости от представления порога маскирования, выданного средством 16 определения порога маскирования, так что функция передачи линейного фильтра соответствует по существу инверсии порога маскирования. Настройка коэффициентов фильтра может быть выполнена поблочно, наполовину поблочно, например, в случае, описанном ниже, для блоков, накладывающихся наполовину при определении порога маскирования, или для каждой выборки, например, посредством интерполяции коэффициентов фильтра, полученных посредством поблочно определенных представлений порога маскирования, или посредством коэффициентов фильтра, полученных из него через межблочные промежутки.Средство 20 предсказания вперед подсоединено к средству 18 предварительного фильтра для того, чтобы подвергнуть выборки f(n) предварительно фильтрованного сигнала, которые адаптивно отфильтрованы во временной области с использованием психоакустического порога маскирования, адаптивному предсказанию вперед для получения предсказанного сигнала (n), остаточного сигнала r(n), представляющего ошибки предсказания для предварительно фильтрованного сигнала f(n), и представления коэффициентов фильтра предсказания, на основании которых предсказанный сигнал может быть восстановлен. В частности, средство 20 адаптивного предсказания вперед реализовано для того, чтобы определить представление коэффициентов фильтра предсказания немедленно из предварительно фильтрованного сигнала f и не только на основании последующего квантования остаточного сигнала r. Хотя, как описано более подробно ниже со ссылками на фиг.4, коэффициенты фильтра предсказания представлены в области LFS, в частности в форме остатка предсказания LFS, также возможны другие представления, например промежуточное представление в форме коэффициентов линейного фильтра. Дополнительно, средство 20 выполняет определение коэффициента фильтра предсказания согласно последующему описанию, например, поблочно, то есть для каждого блока в последующем блоке выборок f(n) предварительно фильтрованного сигнала, при этом, однако, также возможны другие процедуры. Средство 20 также реализуется, чтобы определить предсказанный сигнал с помощью этих определенных коэффициентов фильтра предсказания, и вычесть его из предварительно фильтрованного сигнала f, причем определение предсказанного сигнала выполняется, например, с помощью линейного фильтра, чьи коэффициенты фильтра настроены согласно адаптивно определенным вперед представлениям коэффициентов предсказания. Остаточный сигнал, доступный на стороне декодера, то есть квантованный и отсеченный остаточный сигнал ic(n), суммированный с ранее выданными значениями выходного сигнала фильтра, может служить в качестве входного сигнала фильтра, как описано ниже более подробно.Средство 22 квантования/отсечения подсоединено к средству 20 предсказания для квантования или отсечения соответственно остаточного сигнала с помощью функции квантования, отображающей значения r(n) остаточного сигнала на постоянное и ограниченное количество уровней квантования, и для передачи квантованного остаточного сигнала, полученного этим способом, в форме индексов квантования ic(n), как уже было упомянуто, к средству 20 адаптивного предсказания вперед.Квантованный остаточный сигнал ic(n), представление коэффициентов предсказания, определенные средством 20, а также представление порога маскирования, определенное средством 16, составляют информацию, подаваемую к стороне декодера посредством кодированного сигнала 14, в котором, поэтому, средство 24 генерирования потока битов обеспечивается, например, на фиг.1 для объединения информации согласно последовательному потоку битов или пакетной передаче, возможно, используя дальнейшее кодирование без потерь.Перед описанием более подробно структуры кодера фиг.1, режим работы кодера 1 описан ниже на основании вышеупомянутой структуры кодера 10. Посредством фильтрации аудиосигнала средством 18 предварительного фильтра с функцией передачи, соответствующей инверсии порога маскирования, получают предварительно фильтрованный сигнал f(n), который получает спектральную плотность мощности ошибки равномерным квантованием, которое главным образом соответствует белому шуму, и может привести к спектру шума, подобному порогу маскирования, посредством фильтрации в постфильтре на стороне декодера. Однако сначала остаточный сигнал f уменьшается до ошибки предсказания r средством 20 адаптивного предсказания вперед с помощью вычитания адаптивно предсказанного вперед сигнала f. Последующее грубое квантование этой ошибки предсказания r средством 22 квантования/отсечения не оказывает влияния на коэффициенты предсказания средства 20 предсказания ни на стороне кодера, ни на стороне декодера, так как вычисление коэффициентов предсказания выполняют адаптивным способом вперед, и таким образом основано на не квантованных значениях f(n). Квантование не только выполнено грубым способом, в том смысле, что используется большой (грубый) размер шага квантования, но также выполнено грубым способом в том смысле, что равномерное квантование выполняется только к постоянному и ограниченному количеству уровней квантования, так что для представления каждого квантованного остаточного сигнала ic(n) или каждого индекса квантования в кодированном аудиосигнале 14 требуется только фиксированное количество битов, что разрешает неотъемлемо постоянную скорость передачи данных в отношении остаточных значений ic(n). Как описано ниже, квантование выполняют главным образом посредством квантования до равноудаленных уровней квантования фиксированного количества, и ниже в качестве примера — до количества просто трех уровней квантования, при этом квантование выполняют, например, так что не квантованное остаточное значение сигнала r(n) квантуется к следующему уровню квантования для получения индекса квантования ic(n), соответствующего уровню квантования для него. Чрезвычайно высокие и чрезвычайно низкие значения не квантованного остаточного сигнала r(n) таким образом отображаются на соответствующий самый высокий или самый низкий, соответственно, уровень квантования или соответствующий индекс уровня квантования, соответственно, даже когда они могли бы быть отображены на более высокий уровень квантования при равномерном квантовании с тем же самым размером шага. До этой степени остаточный сигнал r также «отсекается» или ограничивается, соответственно, средством 22. Однако последнее имеет тот эффект, как описано ниже, что PSD ошибки (PSD = спектральная плотность мощности) предварительно фильтрованного сигнала больше не является белым шумом, а аппроксимируется к PSD сигнала предварительно фильтрованного сигнала в зависимости от степени отсечения. На стороне декодера это имеет тот эффект, что PSD шума остается ниже PSD сигнала даже при скоростях передачи данных, которые являются более низкими, чем определенные заранее с помощью порога маскирования.Ниже структура кодера на фиг.1 описана более подробно. В частности, средство 16 определения порога маскирования содержит блок определения порога маскирования, или перцепционную модель 26, соответственно, работающий согласно перцепционной модели, модуль 28 вычисления коэффициентов предварительного фильтра и кодер 30 коэффициентов, которые подсоединены в названном порядке между входом 12 и средством 18 предварительного фильтра, а также генератором 24 потока битов. Средство 18 предварительного фильтра содержит декодер 32 коэффициентов, чей вход соединен с выходом кодера 30 коэффициентов, а также предварительный фильтр 34, которым является, например, адаптивный линейный фильтр, и который связан своим входом данных с входом 12 и своим выходом данных со средством 20, в то время как его вход адаптации для адаптации коэффициентов фильтра связан с выходом декодера 32 коэффициентов. Средство 20 предсказания содержит модуль 36 вычисления коэффициентов предсказания, кодер 38 коэффициентов, декодер 40 коэффициентов, блок вычитания 42, фильтр 44 предсказания, элемент 46 задержки, дополнительный сумматор 48 и деквантователь 50. Модуль 36 вычисления коэффициентов предсказания и кодер 38 коэффициентов соединены последовательно в этом порядке между выходом предварительного фильтра 34 и входом декодера 40 коэффициентов или дополнительного входа генератора 24 потока битов соответственно и взаимодействуют для определения представления коэффициентов предсказания поблочно адаптивным способом вперед. Декодер 40 коэффициентов включен между кодером 38 коэффициентов и фильтром 44 предсказания, которым является, например, фильтр с линейным предсказанием. Кроме входа коэффициента предсказания, соединенного с декодером 40 коэффициентов, фильтр 44 содержит вход данных и выход данных, с которыми он соединен в замкнутом контуре, который содержит, кроме фильтра 44, сумматор 48 и элемент 46 задержки. В частности, элемент 46 задержки включен между сумматором 48 и фильтром 44, в то время как выход данных фильтра 44 соединен с первым входом сумматора 48. Помимо этого, выход данных фильтра 44 также соединен с инвертирующим входом блока вычитания 42. Не инвертирующий вход блока вычитания 42 соединен с выходом предварительного фильтра 34, в то время как второй вход сумматора 48 соединен с выходом деквантователя 50. Вход данных деквантователя 50 соединен со средством 22 квантования/отсечения, а также с входом управления размером шага деквантователя 50. Средство 22 квантования/отсечения содержит модуль 52 квантователя, а также блок 54 адаптации размера шага, причем снова модуль 52 квантования состоит из однородного квантователя 56 с однородным и управляемым размером шага и ограничителем 58, которые соединены последовательно в названном порядке между выходом блока вычитания 42 и дополнительным входом генератора 24 потока битов, и, при этом, снова, блок 54 адаптации размера шага содержит модуль 60 адаптации размера шага и элемент 62 задержки, которые соединены последовательно в названном порядке между выходом ограничителя 58 и входом управления размером шага квантователя 56. Дополнительно, выход ограничителя 58 соединен со входом данных деквантователя 50, причем вход управления размером шага деквантователя 50 также соединен с блоком 60 адаптации размера шага. На выходе генератора 24 потока битов, снова, формируют выходной сигнал 14 кодера 10.После того как подробная структура кодера согласно фиг.1 была выше описана подробно, его режим работы описан ниже. Модуль 26 перцепционной модели определяет или оценивает, соответственно, порог маскирования поблочно из аудиосигнала. Поэтому модуль 26 перцепционной модели использует, например, DFT (дискретное преобразование Фурье, ДПФ) длиной 256, то есть длину блока в 256 выборок x(n) с 50% перекрытием между блоками, что приводит к задержке кодера 10, равной 128 выборкам аудиосигнала. Оценка порога маскирования, выводимая модулем 26 перцепционной модели, например, представлена в форме спектральных выборок в диапазонах барк-шкалы или линейной шкале частот. Порог маскирования, выдаваемый модулем 26 перцепционной модели для каждого блока, используется в модуле 24 вычисления коэффициентов для вычисления коэффициентов фильтра заранее определенного фильтра, а именно фильтра 34. Коэффициенты, вычисленные модулем 28, могут быть, например, LPC коэффициентами, которые моделируют порог маскирования. Коэффициенты предварительного фильтра для каждого блока снова кодируются кодером 30 коэффициентов, который описан более подробно со ссылками на фиг.4. Декодер 32 коэффициентов декодирует кодированные коэффициенты предварительного фильтра для извлечения коэффициентов предварительного фильтра модуля 28, при этом предварительный фильтр 34 снова получает эти параметры или коэффициенты предварительного фильтра соответственно и использует их так, что это нормализует входной сигнал x(n) по отношению к его порогу маскирования или фильтрует его с функцией передачи соответственно, которая по существу соответствует инверсии порога маскирования. По сравнению с входным сигналом, результирующий предварительно фильтрованный сигнал f(n) является значительно меньшим по объему.В модуле 36 вычисления коэффициентов предсказания выборки f(n) предварительно фильтрованного сигнала обрабатывают поблочно, причем поблочное разделение может соответствовать примерно одному аудиосигналу 12, полученному посредством модуля 26 перцепционной модели, но не должно делать этого. Для каждого блока предварительно фильтрованных выборок модуль 36 вычисления коэффициентов вычисляет коэффициенты предсказания для использования в фильтре 44 предсказания. Поэтому модуль 36 вычисления коэффициентов выполняет, например, LPC (LPC = кодирование с линейным предсказанием), анализ для каждого блока предварительно фильтрованного сигнала для получения коэффициентов предсказания. Кодер 38 коэффициентов кодирует затем коэффициенты предсказания аналогично кодеру 30 коэффициентов, как описано более подробно ниже, и выдает это представление коэффициентов предсказания на генератор 24 потока битов и, в частности, на декодер 40 коэффициентов, причем последний использует полученное представление коэффициентов предсказания для подачи коэффициентов предсказания, полученных при LPC-анализе модулем 36 вычисления коэффициентов, к линейному фильтру 44, так чтобы блок предсказания с замкнутым контуром, состоящий из замкнутого контура с фильтром 44, элементом 46 задержки и сумматором 48, формировал предсказанный сигнал (n), который снова вычитается из предварительно фильтрованного сигнала f(n) блоком вычитания 42. Линейный фильтр 44 является, например, фильтром с линейным предсказанием типа А(z) = длины N, причем декодер 40 коэффициентов настраивает значения ai в зависимости от коэффициентов предсказания, вычисленных модулем 36 вычисления коэффициентов, то есть веса, с которыми предыдущие предсказанные значения (n) плюс деквантованные значения остаточного сигнала являются взвешенными, а затем суммирует для получения нового или текущего, соответственно, предсказанного значения .Остаток предсказания r(n), полученный блоком вычитания 42, подвергается однородному квантованию, то есть квантованию с размером шага равномерного квантования, в квантователе 56, при этом размер шага Δ(n) является переменным во времени и вычисляется или определяется, соответственно, модулем адаптации размера шага адаптивным способом назад, то есть от квантованных остаточных значений к предыдущим остаточным значениям r (mc являются установленными в любое из -c или c, в зависимости от того, какое значение ближе. Просто отсеченная или ограниченная, соответственно, последовательность индексов, или ряд ic(n), выводится ограничителем 58 на генератор 24 потока битов, деквантователь 50 и блок 54 адаптации размера шага или элемент 62 задержки соответственно, так как элемент 62 задержки, а также все другие элементы задержки в существующих вариантах осуществления задерживают входящие значения на одну выборку.Затем адаптивное управление размером шага назад реализуется посредством блока 54 адаптации размера шага, в котором он использует прошлые значения последовательности индексов ic(n), задержанные элементом 62 задержки для постоянного адаптирования размера шага Δ(n) так, что область, ограниченная ограничителем 58, то есть область, установленная «разрешенными» индексами квантования или соответствующими уровнями квантования соответственно, помещается так в статистическую вероятность возникновения неквантованных остаточных значений r(n), что разрешенные уровни квантования имеют место настолько однородно, насколько возможно в сформированном отсеченном потоке ic(n) последовательности индексов квантования. В частности, модуль 60 адаптации размера шага вычисляет, например, текущий размер шага Δ(n), например, используя два непосредственно предшествующих отсеченных индекса квантования ic(n-1) и iс(n-2), а также непосредственно предшествующее определенное значение размера шага Δ(n-1) к Δ(n) = βΔ(n-1) + δ(n), где β [0.0; 1.0], δ(n) = δ0 для |ic(n-1) + ic(n-2)| ≤ I и δ(n) = δ1 для |ic(n-1) + ic(n-2)| > I, причем δ0, δ1 и I — соответствующим образом настроенные константы, так же как и β.Как описано более подробно ниже со ссылками на фиг.5, декодер использует полученную последовательность индексов ic(n) квантования и последовательность Δ(n) размеров шага, которую также вычисляют адаптивным способом назад для восстановления деквантованной последовательности остаточных значений qc(n), посредством вычисления ic(n)•Δ(n), что также выполняется в кодере 10 согласно фиг.1, а именно деквантователем 50 в средстве 20 предсказания. Как и на стороне декодера, последовательность остаточных значений qc(n), созданная этим способом, подвергается суммированию с предсказанными значениями (n) способом «для каждой выборки», при котором суммирование выполняют в кодере 10 с помощью сумматора 48. Хотя восстановленный или деквантованный, соответственно, предварительно фильтрованный сигнал, полученный эти способом, больше не используется в кодере 10, за исключением вычисления последующих предсказанных значений (n), постфильтр генерирует декодированную последовательность y(n) аудиовыборок из него на стороне декодера, что отменяет нормализацию посредством предварительного фильтра 34.Шум квантования, введенный в последовательность qc(n) индексов квантования, больше не является белым из-за отсечения. Вместо этого, его спектральная форма копирует таковую предварительно фильтрованного сигнала. Для иллюстрации этого, ссылка кратко делается на фиг.3, которая показывает на графиках a, b и c PSD предварительно фильтрованного сигнала (верхний график) и PSD ошибки квантования (соответствующий нижний график) для различных количеств уровней квантования или ступеней соответственно, а именно для C = [-15; 15] на графике a, для диапазона ограничителя [-7, -7] на графике b и диапазоне отсечения [-1; 1] на графике c. По причинам ясности должно быть также отмечено, что PSD-кривые для PSD ошибок на графиках A-C каждая нанесена на график со смещением -10 дБ. Как можно видеть, предварительно фильтрованный сигнал соответствует цветовому шуму с мощностью от σ2 = 34. При квантовании с размером шага Δ = 1, сигнал находится в пределах [-21; 21], то есть выборки предварительно фильтрованного сигнала имеют распределение положения или формируют гистограмму соответственно, которая находится в пределах этой области. Для графиков a-c на фиг.3 диапазон квантования ограничен, как упомянуто выше, до [-15; 15] в a), [-7; 7] в b) и [-1; 1] в c). Ошибка квантования была измерена как разность между не квантованным предварительно фильтрованным сигналом и декодированным предварительно фильтрованным сигналом. Как можно видеть, шум квантования добавляется к предварительно фильтрованному сигналу посредством увеличения отсечения или с увеличивающимся ограничением количества уровней квантования, которое копирует PSD предварительно фильтрованного сигнала, при этом степень копирования зависит от жесткости или расширения соответственно, применяемого отсечения. Следовательно, после постфильтрации спектр шума квантования на стороне декодера копирует больше PSD входного сигнала аудио. Это означает, что шум квантования остается ниже спектра сигнала после декодирования. Этот эффект иллюстрирован на фиг.2, которая показывает на графике a, для случая адаптивного предсказания назад, то есть предсказания согласно вышеописанной сравниваемой ULD схеме, и на графике b, для случая адаптивного предсказания вперед с применяемым отсечением согласно фиг.1, соответственно три кривые в нормированной частотной области, а именно сверху вниз, PSD сигнала, то есть PSD аудиосигнала, PSD ошибки квантования или шум квантования после декодирования (сплошная линия) и порог маскирования (пунктир). Как можно видеть, шум квантования для сравниваемого ULD кодера (фиг.2,a) формируется подобно порогу маскирования и превышает спектр сигнала для частей сигнала. Эффект адаптивного предсказания вперед предварительно фильтрованного сигнала, скомбинированного с последующим отсечением или ограничением соответственно, количества уровней квантования, теперь ясно проиллюстрирован на фиг.2,b, где можно видеть, что шум квантования всегда ниже, чем спектр сигнала, и его форма представляет смесь спектра сигнала и порога маскирования. В тестах прослушивания было выяснено, что артефакты кодирования согласно фиг.2,b являются менее паразитными, то есть воспринятое качество прослушивания лучше.Вышеупомянутое описание режима работы кодера фиг.1 было сконцентрировано на постобработке предварительно фильтрованного сигнала f(n) для получения отсеченных индексов квантования ic(n), подлежащих передаче к стороне декодера. Так как они исходят из количества с постоянным и ограниченным количеством индексов, они могут быть каждый представлены одним и тем же количеством битов в пределах кодированного потока данных на выходе 14. Поэтому генератор 24 потока битов использует, например, инъективное отображение индексов квантования на m битовых слов, которые могут быть представлены заранее определенным количеством битов m.Нижеследующее описание описывает передачу коэффициентов предварительного фильтра или коэффициентов предсказания, соответственно вычисленных модулями 28 и 36 вычисления коэффициентов, к стороне декодера, то есть, в частности, относится к варианту осуществления для структуры кодеров 30 и 38 коэффициентов.Как показано, кодеры коэффициентов согласно варианту осуществления на фиг.4 содержат модуль 102 преобразования LSF, первый блок 104 вычитания, второй блок 106 вычитания, однородный квантователь 108 с однородным и корректируемым размером шага квантования, ограничитель 110, деквантователь 112, третий сумматор 114, два элемента 116 и 118 задержки, фильтр 120 предсказания с фиксированными коэффициентами фильтра или постоянными коэффициентами фильтра соответственно, а также модуль 122 адаптации размера шага. Коэффициенты фильтра, которые должны быть кодированы, приходят на вход 124, причем выход 126 обеспечивается для выдачи кодированного представления.Вход модуля 102 преобразования LSF непосредственно следует за входом 124. Блок 104 вычитания с его неинвертирующим входом и своим выходом включен между выходом модуля 102 преобразования LSF и первым входом блока 106 вычитания, при этом константа lc подается на вход блока 104 вычитания. Блок 106 вычитания включен со своим неинвертирующим входом и своим выходом между первым блоком 104 вычитания и квантователем 108, при этом его инвертирующий вход подсоединен к выходу фильтра 120 предсказания. Вместе с элементом 118 задержки и сумматором 114 фильтр 120 предсказания формирует блок предсказания с замкнутым контуром, при этом он включен последовательно в контур с обратной связью так, что элемент 118 задержки включен между выходом сумматора 114 и входом фильтра 120 предсказания, и выход фильтра 120 предсказания соединен с первым входом сумматора 114. Остальная структура соответствует снова главным образом таковым из средства 22 кодера 10, то есть квантователь 108 включен между выходом блока 106 вычитания и входом ограничителя 110, чей выход снова соединен с выходом 126, входом элемента 116 задержки и входом деквантователя 112. Выход элемента 116 задержки соединен со входом модуля 122 адаптации размера шага, которые таким образом формируют вместе блок адаптации размера шага. Выход модуля 122 адаптации размера шага подсоединен к входам управления размера шага квантователя 108 и деквантователя 112. Выход деквантователя 112 соединен со вторым входом сумматора 114.После того как структура кодера коэффициентов была описана выше, его режим работы описан ниже, при этом ссылки сделаны снова к фиг.1. Передачу как предварительных фильтров, так и предсказания или коэффициентов предсказания, соответственно, или их кодирование, соответственно, выполняют, используя схему кодирования постоянной скорости передачи данных, которая реализована структурой согласно фиг.4. Затем, в модуле 102 преобразования LSF коэффициенты фильтра, то есть коэффициенты предварительного фильтра или коэффициенты предсказания, соответственно, сначала преобразуют в значения l(n) LSF или передают в LSF область соответственно. Каждая спектральная линейная частота l(n) затем обрабатывается остальными элементами на фиг.4 следующим образом. Это означает, что нижеследующее описание относится к просто одной спектральной линейной частоте, при этом обработка, конечно, выполняется для всех спектральных линейных частот. Например, модуль 102 формирует значения LSF для каждого набора коэффициентов предварительного фильтра, представляющих порог маскирования, или блока коэффициентов предсказания, предсказывающих предварительно фильтрованный сигнал. Блок 104 вычитания вычитает постоянное опорное значение lc из вычисленного значения l(n), при котором достаточный диапазон для lc изменяется, например, от 0 до π. Из результирующей разности ld(n) блок 106 вычитания вычитает предсказанное значение d(n), которое вычислено блоком предсказания с замкнутым контуром 120, 118 и 114, включая фильтр 120 предсказания, такой как линейный фильтр, с фиксированными коэффициентами А(z). Что остается, то есть остаточное значение, квантуется адаптивным квантователем 108 размера шага, причем индексы квантования, выводимые квантователем 108, отсекаются ограничителем 110 до поднабора индексов квантования, полученных им же, так, например, что для всех отсеченных индексов квантования le(n), когда они выводятся ограничителем 110, применяется следующее: : le(n) {-1,0,1}. Для адаптации размера шага квантования для Δ(n) квантователь 108 остаточного LSF, модуль 122 адаптации размера шага и элемент 116 задержки совместно работают, например, способом, описанным в отношении блока 54 адаптации размера шага со ссылками на фиг.1, однако, возможно с отличной функцией адаптации или с отличными константами β, I, δ0, δ1 и I. В то время как квантователь 108 использует текущий размер шага для квантования текущего остаточного значения к le(n), деквантователь 112 использует размер шага Δl(n) для деквантования этого значения le(n) индекса снова и для подачи результирующего восстановленного значения для остаточного значения LSF, как оно выдано блоком 106 вычитания, к сумматору 114, который добавляет это значение к соответствующему предсказанному значению ld(n), и подает его же через элемент 118 задержки, задержанным на выборку к фильтру 120 для вычисления предсказанного значения d(n) LSF для следующего значения ld(n) LSF.Если два кодера 30 и 38 коэффициентов реализованы способом, описанном на фиг.4, кодер 10 согласно фиг.1 удовлетворяет условию постоянной скорости передачи данных без использования какого-либо контура. Из-за поблочной адаптации вперед LPC коэффициентов и применяемой схемы кодирования явного сброса блока предсказания не требуется.Прежде, чем результаты тестов прослушивания, которые были получены кодером согласно Фиг.1 и 4, будут описаны ниже, согласно варианту осуществления настоящего изобретения ниже описана структура декодера, который является подходящим для декодирования кодированного потока данных от этого кодера, причем ссылки будут сделаны на Фиг.5 и 6. Фиг.6 также показывает структуру декодера коэффициентов на фиг.1.Декодер, в целом обозначенный 200 на фиг.5, содержит вход 202 для приема кодированного потока данных, выход 204 для выдачи декодированного потока y(n) аудио, а также средство 206 деквантования, имеющее ограниченное и постоянное количество уровней квантования, средство 208 предсказания, средство 210 восстановления, а также средство 212 постфильтра. Дополнительно обеспечивается блок извлечения 214, который подсоединен к входу 202 и осуществлен так, чтобы извлекать из входящего кодированного потока битов квантованный и отсеченный остаточный сигнал ic(n) предварительного фильтра, кодированную информацию относительно коэффициентов предварительного фильтра и кодированную информацию относительно коэффициентов предсказания, как они были сгенерированы из кодеров 30 и 38 коэффициентов (фиг.1), и выводить их на соответствующих выходах. Средство 206 деквантования подсоединено к блоку 214 извлечения для получения индексов ic(n) квантования из него и для выполнения деквантования этих индексов до ограниченного и постоянного количества уровней квантования, а именно, следуя той же нотации, что указана выше, {-c•Δ(n); c•Δ(n)}, для получения деквантованного или восстановленного предварительного фильтра сигнала qc(n) соответственно. Средство 208 предсказания подсоединено к блоку 214 извлечения для получения предсказанного сигнала для предварительно фильтрованного сигнала, а именно c(n), из информации о коэффициентах предсказания. Средство 208 предсказания подсоединено к блоку 214 извлечения для определения предсказанного сигнала для предварительно фильтрованного сигнала, а именно (n), из информации о коэффициентах предсказания, при этом средство 208 предсказания согласно варианту осуществления на фиг.5 также соединено с выходом средства 210 восстановления. Средство 210 восстановления обеспечивается для восстановления предварительно фильтрованного сигнала на основании предсказанного сигнала (n) и деквантованных остаточных сигналов qc(n). Эта реконструкция (восстановленный сигнал) затем используется последующим средством 212 постфильтра для фильтрации предварительно фильтрованного сигнала на основании информации о коэффициентах предварительного фильтра, принятой из блока 214 извлечения так, что нормализация в отношении порога маскирования отменяется для получения декодированного аудиосигнала y(n).После того, как базовая структура декодера фиг.5 была описана выше, структура декодера 200 будет описана более подробно. В частности, деквантователь 206 содержит блок адаптации размера шага из элемента 216 задержки и модуля 218 адаптации размера шага, а также однородного деквантователя 220. Деквантователь 220 соединен с выходом блока 214 извлечения своим входом данных для получения индексов ic(n) квантования. Далее, модуль 218 адаптации размера шага соединен с этим выходом блока 214 извлечения через элемент 216 задержки, чей выход снова соединен со входом управления размером шага в деквантователе 220. Выход деквантователя 220 соединен с первым входом сумматора 222, который формирует средство 210 восстановления. Средство 208 предсказания содержит декодер 224 коэффициентов, фильтр 226 предсказания, а также элемент 228 задержки. Декодер 224 коэффициентов, сумматор 222, фильтр 226 предсказания и элемент 228 задержки соответствуют элементам 40, 44, 46 и 48 из кодера 10 в отношении их режима работы и их связности. В частности, выход фильтра 226 предсказания соединен с дополнительным входом сумматора 222, чей выходной сигнал снова подают назад к входу данных фильтра 226 предсказания через элемент 228 задержки, а также подсоединен к средству 212 постфильтра. Декодер 224 коэффициентов включен между дополнительным выходом блока 214 извлечения и входом блока 226 адаптации фильтра предсказания. Средство постфильтра содержат декодер 230 коэффициентов и постфильтр 232, при этом вход данных постфильтра 232 соединен с выходом сумматора 222, и выход данных постфильтра 232 соединен с выходом 204, в то время как вход адаптации постфильтра 232 соединен с выходом декодера 230 коэффициентов для адаптации постфильтра 232, чей вход снова соединен с дополнительным выходом блока 214 извлечения.Как уже было упомянуто, блок 214 извлечения извлекает индексы ic(n) квантования, представляющие квантованный остаточный сигнал предварительного фильтра, из кодированного потока данных на входе 202. В однородном деквантователе 220 эти индексы квантования деквантуют к квантованным остаточным значениям qc(n). Неотъемлемо, это деквантование остается в пределах разрешенных уровней квантования, так как индексы ic(n) квантования уже были отсечены на стороне кодера. Адаптация размера шага выполняется адаптивным способом назад таким же образом, как в блоке адаптации размера шага кодера согласно фиг.1. В отсутствие ошибок передачи деквантователь 220 генерирует те же самые значения, что деквантователь 50 из кодера согласно фиг.1. Поэтому элементы 222, 226, 228 и 224, основанные на кодированных коэффициентах предсказания, получают тот же самый результат, какой был получен в кодере 10 из фиг.1 на выходе сумматора 48, то есть деквантованный или восстановленный сигнал предварительного фильтра соответственно. Последний фильтруется в постфильтре 232 с функцией передачи, соответствующей порогу маскирования, при этом постфильтр 232 настраивается адаптивно декодером 230 коэффициентов, которые соответственно настраивают постфильтр 230 или его коэффициенты фильтра, соответственно, на основании информации коэффициентов предварительного фильтра.Принимая, что кодер 10 обеспечивается кодерами 30 и 38 коэффициентов, которые осуществлены, как описано на фиг.4, декодеры 224 и 230 коэффициентов кодера 200, но также и декодер 40 коэффициентов кодера 10, являются структурированными, как показано на фиг.6. Как можно видеть, декодер коэффициентов содержит два элемента 302, 304 задержки, модуль 306 адаптации размера шага, формирующий блок адаптации размера шага вместе с элементом 302 задержки, однородный деквантователь 308 с однородным размером шага, фильтр 310 предсказания, два сумматора 312 и 314, модуль 316 восстановления LSF, а также вход 318 для приема квантованных остаточных значений le(n) LSF с постоянным смещением -lc и выходом 320 для выдачи восстановленных коэффициентов предсказания или предварительного фильтра соответственно. Таким образом, элемент 302 задержки включен между входом модуля 306 адаптации размера шага и входом 318, вход деквантователя 308 также соединен со входом 318, и вход адаптации размера шага деквантователя 308 соединен с выходом модуля 306 адаптации размера шага. Режим работы и связность элементов 302, 306 и 308 соответствуют элементам 112, 116 и 122 на фиг.4. Блок предсказания с замкнутым контуром из элемента 304 задержки, фильтра 310 предсказания и сумматора 312, которые включены в общий контур посредством подсоединения элемента 304 задержки между выходом сумматора 312 и входом фильтра 310 предсказания, и посредством подключения первого входа сумматора 312 к выходу деквантователя 308 и подключения второго входа сумматора 312 к выходу фильтра 310 предсказания, соединен с выходом деквантователя 308. Элементы 304, 310 и 312 соответствуют элементам 120, 118 и 114 на фиг.4 по их режиму работы и связности. Дополнительно, вывод сумматора 312 соединен с первым входом сумматора 314, на второй вход которого подается постоянное значение lc, причем согласно существующему варианту осуществления постоянное значение lc является согласованной величиной, которая присутствует и в кодере, и в декодере и таким образом не должна быть передана как часть побочной (вспомогательной) информации, хотя последнее также возможно. Модуль 316 восстановления LSF включен между выходом сумматора 314 и выходом 320.Индексы le(n) остаточных сигналов LSF, поступающие на вход 318, деквантуются деквантователем 308, причем деквантователь 308 использует значения Δ(n) адаптивного размера шага назад, которые были определены адаптивным способом назад модулем 306 адаптации размера шага из уже деквантованных индексов квантования, а именно тех, что были задержаны на одну выборку элементом 302 задержки. Сумматор 312 суммирует предсказанный сигнал с деквантованными остаточными значениями LSF, что вычисляет комбинацию элемента 304 задержки и фильтра 310 предсказания из сумм, которые сумматор 312 уже вычислил ранее, и таким образом представляет восстановленные значения LSF, которые просто снабжаются постоянным смещением посредством постоянного смещения lc. Последнее корректируется сумматором 314 посредством добавления значения lc к значениям LSF, который сумматор 312 выдает. Таким образом, на выходе сумматора 314 восстановленный результат значений LSF, которые являются преобразованными модулем 316 из области LSF обратно к восстановленным предсказанию или коэффициентам предварительного фильтра соответственно. Поэтому модуль 316 восстановления LSF рассматривает все спектральные линейные частоты, в то время как описание других элементов на фиг.6 было ограничено описанием одной спектральной линейной частоты. Однако элементы 302-314 выполняют описанные выше измерения также на других спектральных линейных частотах.После обеспечения выше вариантов осуществления и кодера, и декодера результаты тестов прослушивания представлены ниже на основании фиг.7, как они были получены посредством схемы кодирования согласно Фиг.1, 4, 5 и 6. В выполненных тестах и кодер согласно Фиг.1, 4 и 6, и кодер согласно сравниваемой ULD схеме кодирования, описанной в начале описания чертежей, были протестированы в тесте прослушивания согласно стандарту MUSHRA, где посредники были опущены. Тест MUSHRA был выполнен на портативном компьютере с внешним цифроаналоговым преобразователем и усилителем STAX/наушниками в тихом офисном окружении. Группа из восьми тестовых слушателей была составлена из слушателей не экспертов и экспертов. Прежде, чем участники начали тест прослушивания, они имели возможность прослушать тестовый набор. Тесты были выполнены с двенадцатью моно аудиофайлами из набора тестов MPEG, в котором все имели частоту выборок 32 кГц, а именно es01 (Сюзанна Вега), es02 (мужская речь, немецкий язык), es03 (женская речь, английский язык), sc01 (труба), sc02 (оркестр), sc03 (поп-музыка), si01 (цимбалы), si02 (кастаньеты), si03 (камертон-дудка), sm01 (волынка), sm02 (глокеншпиль (колокольчики)), sm03 (щипковые струнные инструменты).Для сравниваемой схемы кодирования ULD адаптивное предсказание назад с длиной 64 использовалось в этой реализации, вместе с адаптивным назад кодером Голомба для статистического кодирования, с постоянной скоростью передачи данных 64 кбит/сек. Напротив, для реализации кодера согласно Фиг.1, 4 и 6 использовался адаптивный блок предсказания вперед с длиной 12, в котором количество различных уровней квантования было ограничено 3, а именно такими, что n: ic(n) {-1,0,1}. Это привело, вместе с кодированной вспомогательной информацией, к постоянной скорости передачи данных 64 кбит/сек, что означает ту же самую скорость передачи данных.Результаты тестов прослушивания MUSHRA показаны на фиг.7, на которой и средние значения, и интервалы доверия 95 % показаны для двенадцати тестовых частей отдельно и для полного результата по всем частям. Пока интервалы доверия перекрываются, не имеется статистически существенного различия между способами кодирования.Часть es01 (Сюзанна Вега) является хорошим примером для превосходства схемы кодирования согласно Фиг.1, 4, 5 и 6 при более низких скоростях передачи данных. Более высокие части спектра декодированного сигнала показывают менее слышимые артефакты, по сравнению со сравниваемой схемой кодирования ULD. Это приводит к значительно более высокому рейтингу (оценке) схемы согласно Фиг.1, 4, 5 и 6.Переходы сигнала части sm02 (глокеншпиль) имеют высокие требования к скорости передачи для сравниваемой схемы кодирования ULD. При используемых 64 кБит/с сравниваемая схема кодирования ULD генерирует побочные артефакты кодирования по полным блокам выборок. Напротив, кодер, работающий согласно Фиг.1, 4 и 6, обеспечивает значительно улучшенное качество прослушивания или воспринимаемое качество соответственно. Полная оценка, видимая на графике фиг.7 справа, схемы кодирования, сформированной согласно Фиг.1, 4 и 6, получила значительно лучшую оценку, чем сравниваемая схема кодирования ULD. В целом, эта схема кодирования получила полную оценку «хорошее качество аудио» при данных условиях теста.Итак, из описанных выше вариантов осуществления получается схема кодирования аудио с малой задержки, которая использует поблочное адаптивное предсказание вперед вместе с отсечением/ограничением вместо адаптивного предсказания назад по выборкам. Формирование шума отличается от сравниваемой схемы кодирования ULD.Тест прослушивания показал, что описанные выше варианты осуществления превосходят способ адаптивного предсказания назад согласно сравниваемой схеме кодирования ULD в случае более низких скоростей передачи данных. Следовательно, он является кандидатом на закрытие пробела в скорости передачи данных между речевыми кодерами высокого качества и кодерами аудио с малой задержкой. В целом, описанные выше варианты осуществления обеспечили возможность создания схем кодирования аудио, имеющих очень малую задержку 6-8 мс для уменьшенных скоростей передачи данных, который имеет следующие преимущества со сравниваемым ULD кодером. Он является более устойчивым против высоких ошибок квантования, имеет дополнительные шумоформирующие способности, имеет лучшую способность получения постоянной скорости передачи данных и показывает лучшее поведение при устранении ошибок. Проблема слышимого шума квантования в позициях без сигнала, которая имеет место в сравниваемой схеме кодирования ULD, решается вариантом осуществления посредством модифицированного способа увеличения шума квантования выше порога маскирования, а именно суммируя спектр сигнала с порогом маскирования вместо однородного увеличения порога маскирования до некоторой степени. Таким образом, не имеется слышимого шума квантования в позициях без сигнала.Другими словами, вышеупомянутые варианты осуществления отличаются от сравниваемой схемы кодирования ULD следующим. В сравниваемой схеме кодирования ULD используется адаптивное предсказание назад, что означает, что коэффициенты для фильтра предсказания А(z) обновляются на основании «выборка-за-выборкой» из значений предварительно декодированного сигнала. Используется квантователь, имеющий переменный размер шага, причем размер шага адаптирует все 128 выборок, используя информацию от статистических кодеров, и она передается в качестве побочной (вспомогательной) информации к стороне декодера. Посредством этой процедуры размер шага квантования увеличивается, что добавляет большее количество белого шума к предварительно фильтрованному сигналу, и таким образом однородно повышает порог маскирования. Если адаптивное предсказание назад заменено адаптивным блочным предсказанием вперед в сравниваемой схеме кодирования ULD, что означает, что коэффициенты для фильтра А(z) предсказания вычисляют однократно для 128 выборок из неквантованных предварительно фильтрованных выборок, и передают как побочную информацию, и если размер шага квантования адаптирован к 128 выборкам посредством использования информации от статистического кодера и передачи в качестве побочной информации к стороне декодера, размер шага квантования все еще увеличивается, как это имеет место в сравниваемой схеме кодирования ULD, но на обновление блока предсказания не оказывается влияние каким-либо квантованием. Вышеупомянутые варианты осуществления использовали только адаптированное блочное предсказание вперед, причем дополнительно квантователь имел просто заданное количество ступеней квантования, имеющих фиксированный размер шага. Для предварительно фильтрованных сигналов x(n) с амплитудами вне диапазона квантователя [-NΔ/NΔ] квантованный сигнал был ограничен [-NΔ/NΔ]. Это приводит к шуму квантования, имеющему PSD, которая не больше белого, но копирует PSD входного сигнала, то есть предварительно фильтрованного аудиосигнала.В заключение, в отношении вышеупомянутых вариантов осуществления должно быть отмечено следующее. Сначала следует заметить, что существуют различные возможности для передачи информации о представлении порога маскирования, когда они получены модулем 26 перцепционной модели в кодере, к предварительному фильтру 34, или фильтру 44 предсказания, соответственно, и к декодеру, и в нем конкретно к постфильтру 232 и фильтру 226 предсказания. В частности, должно быть отмечено, что не требуется, чтобы декодеры 32 и 40 коэффициентов в кодере принимали одну и ту же информацию в отношении порога маскирования, как она выводится на выходе 14 кодера и как она получается на выходе 202 декодера. Вместо этого возможно, что, например в структуре кодера 30 коэффициентов согласно фиг.4, полученные индексы le(n), а также индексы квантования ic(n) остаточного сигнала предварительного фильтра берутся также только в количестве из трех значений, а именно -1, 0, 1, и что генератор 24 потока битов отображает эти индексы также очевидно в соответствующие n битные слова. Согласно варианту осуществления согласно Фиг.1, 4 или 5, 6 соответственно индексы квантования предварительного фильтра, индексы квантования коэффициента предсказания и/или индексы квантования предварительного фильтра, каждые взятые из числа -1, 0, 1, отображаются в группы из пятерок в 8 битные слова, что соответствует отображению 35 возможностей к 28 битовых слов. Так как отображение не является сюръективным, несколько 8 битных слов остаются неиспользованными и могут быть использованы другими способами, например, для синхронизации или таким же образом.В этом случае должно быть отмечено следующее. Выше было описано со ссылками на фиг.6, что структура декодеров 32 и 230 коэффициентов идентична. В этом случае предварительный фильтр 34 и постфильтр 232 реализованы так, что при применении одинаковых коэффициентов фильтра они имеют функцию передачи, инверсную друг другу. Однако конечно возможно также, что, например, кодер 32 коэффициентов выполняет дополнительное преобразование коэффициентов фильтра, так чтобы предварительный фильтр имел функцию передачи, в основном соответствующую инверсии порога маскирования, принимая во внимание, что постфильтр имеет функцию передачи, в основном соответствующую порогу маскирования.В вышеупомянутых вариантах осуществления принималось, что порог маскирования вычисляют в модуле 26. Однако должно быть отмечено, что вычисленный порог не должен точно соответствовать психоакустическому порогу, но может представлять более или менее точную его оценку, что могут не рассматриваться все психоакустические эффекты, но просто некоторые из них. В частности, порог может представлять психоакустически мотивированный порог, который был преднамеренно подвергнут модификации в отличие от оценки психоакустического порога маскирования.Далее должно быть отмечено, что адаптивная адаптация назад размера шага при квантовании остаточных значений сигнала предварительного фильтра не обязательно должна присутствовать. Скорее, в некоторых прикладных случаях фиксированный размер шага может быть достаточным.Далее должно быть отмечено, что настоящее изобретение не ограничено областью кодирования аудио. Вместо этого, сигнал, который должен быть кодирован, может также быть сигналом, используемым для стимулирования кончика пальца в перчатке для киберпространства, при этом перцепционная модель 26 в этом случае рассматривает некоторые осязательные характеристики, которые человеческое осязание больше не может чувствовать. Другим примером информационного сигнала, который должен быть кодирован, может быть, например, сигнал видео. В частности, информационный сигнал, который должен быть кодирован, может быть информацией яркости пикселя или точкой изображения соответственно, при этом перцепционная модель 26 может также рассматривать различные временные, локальные и частотные психовизуальные охватывающие эффекты, то есть визуальный порог маскирования.Дополнительно должно быть отмечено, что квантователь 56 и ограничитель 58 или квантователь 108 и ограничитель 110 соответственно не должны быть отдельными компонентами. Вместо этого отображение неквантованных значений в квантованные/отсеченные значения может быть также выполнено посредством одного отображения. С другой стороны, квантователь 56 или квантователь 108 соответственно могут быть также реализованы последовательным соединением делителя с последующим квантователем с однородным и постоянным размером шага, где делитель будет использовать значение Δ(n) размера шага, полученное от соответствующего модуля адаптации размера шага, в качестве делителя, в то время как остаточный сигнал, подлежащий кодированию будет формировать делимое. Квантователь, имеющий постоянный и однородный размер шага, может быть обеспечен как простой модуль округления, который округляет результат деления до следующего целого числа, после чего последующий ограничитель затем ограничит целое число, как описано выше, до целого числа разрешенного количества C. В соответствующем деквантователе однородное деквантование может быть просто выполнено с Δ(n) в качестве множителя.Далее должно быть отмечено, что вышеупомянутые варианты осуществления были ограничены приложениям, имеющим постоянную скорость передачи данных. Однако настоящее изобретение не ограничено ими, и, таким образом, квантование посредством отсечения, например, предварительно фильтрованного сигнала, используемого в этих вариантах осуществления, является только одной возможной альтернативой. Вместо отсечения может использоваться функция квантования с нелинейной кривой характеристики. Для иллюстрации этого ссылка делается на Фиг.8A — 8C. Фиг.8A показывает вышеупомянутую используемую функцию квантования, приводящую к отсечению на трех ступенях квантования, то есть функцию шага с тремя ступенями 402a, b, c, которая отображает неквантованные значения (x ось) в индексы квантования (y ось), причем высота ступени квантования или размер шага квантования Δ(n) также отмечена. Как можно видеть, неквантованные значения выше чем Δ(n)/2 отсекаются к соответствующей следующей ступени 402a или 402c соответственно. Фиг.8B показывает в целом функцию квантования, приводящую при отсечении к 2n+1 ступеням квантования. Размер шага квантования Δ(n) снова показан. Функции квантования согласно Фиг.8A и 8B представляют функции квантования, где квантование между порогами -Δ(n) и (n) или -NΔ (n) и NΔ (n) происходит однородным способом, то есть с одной и той же высотой ступени, после чего функции ступени квантования остаются плоскими, что соответствует отсечению. Фиг.8C показывает нелинейную функцию квантования, где функция квантования остается по области между -NΔ(n) и NΔ(n) не полностью плоской, но с более низким наклоном, то есть с большим размером шага или высотой ступени соответственно, по сравнению с первой областью. Это нелинейное квантование неотъемлемо не приводит к постоянной скорости передачи данных, как это имело место в вышеупомянутых вариантах осуществления, но также формирует описанное выше искажение шума квантования, так что оно подстраивается к PSD сигнала. Просто в качестве предупредительной меры должно быть отмечено со ссылками на фиг.8A-C, что вместо областей равномерного квантования может использоваться неоднородное квантование, где, например, высота ступени увеличивается непрерывно, причем высоты ступени могут быть масштабируемыми посредством корректировки значения Δ(n) высоты ступени, в то же время поддерживая их взаимные соотношения. Поэтому, например, неквантованное значение может быть отображено посредством нелинейной функции в промежуточное значение в соответствующем квантователе, при этом, или прежде, или впоследствии перемножение с Δ(n) выполняется, и наконец результирующее значение однородно квантуется. В соответствующем деквантователе может быть выполнена инверсия, что означает однородное деквантование с помощью Δ(n), с последующим обратным нелинейным отображением или, наоборот, нелинейным отображением преобразования сначала с последующим деквантованием с Δ(n). Наконец, должно быть отмечено, что непрерывное однородное, то есть линейное, квантование посредством получения описанного выше эффекта искажения PSD ошибки может быть также возможно, когда высота ступени будет отрегулирована столь высокой или квантование настолько грубым, что это квантование эффективно работает подобно нелинейному квантованию в отношении статистики сигнала для сигнала, который нужно квантовать, например предварительно фильтрованного сигнала, при этом эта корректировка высоты ступени снова сделана возможной посредством адаптивного предсказания вперед.Далее описанные выше варианты осуществления могут также быть изменены в отношении обработки кодированного потока битов. В частности, генератор потока битов и блок извлечения 214 соответственно также могут быть опущены.Различные индексы квантования, а именно остаточные значения предварительно фильтрованных сигналов, остаточные значения коэффициентов предварительного фильтра и остаточные значения коэффициентов предсказания, также могут быть переданы параллельно друг другу, сохранены или сделаны доступным другим способом для декодирования отдельно через индивидуальные каналы. С другой стороны, в случае, когда постоянная скорость передачи данных не является императивом, эти данные также могут быть кодированы статистически.В частности, вышеупомянутые функции в блоках на Фиг.1, 4, 5 и 6 могут быть осуществлены индивидуально или в комбинации посредством подпрограмм. Альтернативно, также возможна реализация изобретенного устройства в форме интегральной схемы, где эти блоки реализованы, например, как индивидуальные схемные части специализированной интегральной схемы.В частности, должно быть отмечено, что в зависимости от обстоятельств изобретенная схема также может быть осуществлена в программном обеспечении. Реализация может быть сделана на цифровом запоминающем носителе, в частности диске или компакт-диске считываемыми электронным образом сигналами управления, которые могут совместно действовать с программируемой компьютерной системой так, что реализуется соответствующий способ. Вообще, таким образом, изобретение состоит также в компьютерном программном продукте, имеющем программный код, сохраненный на машиночитаемом носителе для выполнения изобретенного способа, когда компьютерный программный продукт выполняется на компьютере. Другими словами, изобретение может быть реализовано в виде компьютерной программы, имеющей программный код для выполнения способа, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.