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用于解码源信号的方法和装置

基本信息

  • 申请号 CN00810265.1 
  • 公开号 CN1364288A 
  • 申请日 2000/07/14 
  • 公开日 2002/08/14 
  • 申请人 西门子公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 S·海宁 W·徐  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 德国慕尼黑 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 程天正 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

讲述一种对编码的、经传输信道发射的源信号进行解码的方法和装置。
在此,被接收的信号(S)首先在信道解码器(8)内进行预解码,并同时从所述接收的信号(S)中求出源编码参数,然后把这些参数传输到一个在空间上与所述信道解码器(8)隔开的源解码器(12)中,且在那儿对其进行进一步解码。
在所述的预解码中从所述接收的信号(S)内获取一些与传输质量相关的可靠性信息。
借助该可靠性信息并利用隐误方法从所接收的源编码参数中估测出被发射的源编码参数。
在此,所述的隐误已在所述的信道解码器(8)处执行,并且把所估测的源编码参数传送给所述的源解码器(12)。
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权利要求书


1.用于解码源信号的方法, 在该方法中,被接收的信号(S)首先在信道解码器(8)内进行预解 码,并同时从所述接收的信号(S)中求出源编码参数,然后把这些参数 传输到一个在空间上与所述信道解码器(8)隔开的源解码器(12)中,且 在那儿对其进行进一步解码, 其中,在所述的预解码中从所述接收的信号(S)内获取一些与传输 质量相关的可靠性信息, 而且其中,借助该可靠性信息并利用隐误方法从所接收的源编码 参数中估测出被发射的源编码参数, 其特征在于:所述的隐误在所述的信道解码器(8)处执行,并且把 所估测的源编码参数传送给所述的源解码器(12)。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于: 所述估测的源编码参数被量化以传送给所述的源解码器(12)。

3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于 为了量化所估测的源编码参数,至少使用一些与在量化所述发射 的源编码参数时相同的量化级。

4.如权利要求1~3之一所述的方法,其特征在于: 为了量化所估测的源编码参数,除了那些被用来量化所述发射的 源编码参数的量化级之外,还使用了其它一些量化级。

5.如权利要求1~4之一所述的方法,其特征在于: 根据发射机(1)的当前编码速率来实现所述估测的源编码参数的量 化。

6.如权利要求1~5之一所述的方法,其特征在于: 借助所述接收的参数和可靠性信息,在接收侧为至少一个在发射 侧可能被源编码参数求出该参数实际是以何种概率被发射的,然后通 过考虑该概率来估测所述发射的源编码参数。

7.如权利要求1~6之一所述的方法,其特征在于: 源编码参数是以比特组合的形式被编码的,而且为每个比特求出 所属的误码概率,借助该误码概率来估测所述被发射的源编码参数, 并接着量化该估测的源编码参数,且以相应比特组合的形式传输它。

8.如上述权利要求1~7之一所述的方法,其特征在于: 所述的源编码参数是根据GSM标准进行编码的。

9.用于对编码的、经传输信道发射的源信号进行解码的装置, 具有一种信道解码器(8),由它对所接收的信号(S)进行预解码, 并同时从所述接收的信号(S)中求出源编码参数和获取一些与传输质量 相关的可靠性信息, 以及具有一种在空间上与所述信道解码器(8)隔开地布置的源解码 器(12),所述源编码参数被传输给该源解码器,并由该源解码器对该 源编码参数进行进一步解码, 以及具有一种隐误装置(9),它通过考虑所述的可靠性信息从所接 收的源编码参数中估测出被发射的源编码参数, 其特征在于:所述的隐误装置(9)布置在所述的信道解码器(8)处, 并且把所估测的源编码参数传送给所述的源解码器(12)。

10.如权利要求9所述的装置,其特征在于: 一种量化器(10),由它量化所述估测的源编码参数,以传送给所 述的源解码器(12)。

11.如权利要求9或10所述的装置,其特征在于 所述的量化器(10)至少具有一些量化级,该量化级与发射侧在发 射之前对源编码参数进行量化的量化器(3)是相同的。

12.如权利要求9~11之一所述的装置,其特征在于: 所述的量化器(10)具有比发射侧的量化器(3)多的量化级。

13.如权利要求9~12之一所述的装置,其特征在于: 所述的量化器(10)可以与所述发射机(1)的不同编码速率相匹配。

14.如权利要求8~13之一所述的装置,其特征在于: 所述的信道解码器(8)布置在移动无线网的基本收发信台处(BTS, 基本收发信台)。

15.如权利要求9~14之一所述的装置,其特征在于: 所述的量化器(10)为一种标准GSM量化器。
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说明书

本发明涉及一种对在编码后经传输信道发射的源信号进行解码的 方法。
本发明另外还涉及一种用于解码源信号的相应装置。
源信号譬 如可以理解成语音信号、音频信号或视频信号。
下文将详细阐述语音 信号。
但此处的语音信号只应理解为一个例子。
就这一点而论,本发 明并不局限于此。
这类方法和装置在目前通常被应用到移动无线网的语音传输中。
通常如此来构造移动无线网,使得以预定的相互间隔并尽可能平面覆 盖地布置多个接收机或接收/发射台,也即所谓的“基本收发信台”(下 文也被称为BTS),从而使这些BTS的接收区域形成重叠。
多个这种BTS 通常经电缆被连接到一个公共的、所谓的“基站控制器”(下文称为 BSC)上,其中,所述BTS和BSC之间的间隔通常为几公里。
然后,所 述的BSC通常又被连接到移动无线交换局、也即所谓的“移动交换中 心”(下文也称为MSC),该移动交换中心另外还负责呼叫传送、呼 叫控制和同其它网络的合作,所述的其它网络譬如是标准的固定网或 ISDN。
为了经无线链路进行传输,所述的语音信号首先在源编码器-此 处为语音编码器-内被分解成多个时间语音段,且这些语音段可以用 不同的、所谓的语音参数来进行描述。
该实数值的语音参数随后被量 化。
如此量化的参数对应于量化表或码本中的一个录入项,其中所述 的参数通过一个确定的比特组合来表示。
接着便传输按该方法进行数 字编码的语音参数。
对于其它的源信号,可以用类似的形式分解成所 谓的源编码参数或源编码系数,随后再传输它们。
由于在经移动无线信道传输所述的参数时需要考虑干扰和损耗, 所以在一个信道编码器内给这些编码信号加入一些其它的冗余信息, 在接收机侧可以从这些冗余信息中推断出所接收的信号的正确性。
随后,经无线信道接收的数据首先在一个相应的信道解码器内被 预解码,其中,那些只对无线信道上的传输为必要的所有数据被再次 分离。
包含关于传输质量的断定的所述冗余信息也算在这些数据内。
所述的信道解码器通常位于BTS的位置处。
最后,所述的语音参数被 传输到源解码器(或语音解码器)中进行最终的解码。
该源解码器通 常是所谓的TRAU(代码转换器/速率适配器单元)的组件,该TRAU与 所述的BTS在空间上隔开,并典型地布置在所述BSC或MSC的附近。
利用这种方法使BTS和BSC或MSC之间的数据速率保持很小,由此还 可以降低传输成本。
在经被强烈干扰的无线信道传输语音数据时,尽管有纠错,但在 信道解码时仍然会在比特流中存在剩余比特误差。
基于这种被干扰的 语音参数的语音解码通常会导致输出语音信号的较大失真。
因此需要 一些附加的隐误措施,以便改善主观感觉的再现质量,其中,使用由 信道解码器求出的、关于相应传输质量或解码比特可靠性的信息是比 较有意义的。
在现有的GSM标准中,在信道解码中给每个语音帧、也即给每个 接收的比特序列产生一个依赖于信道的可靠性信息,也即所谓的BFI 标志(坏帧指示)。
为此,由信道解码器执行CRC(循环冗余校验), 该CRC通过所述语音参数指数中听力最重要的、也即干扰最灵敏的比 特来构成。
该校验的结果为一个只需要1比特的二进制判定(BFI=0 时为好帧;BFI=1时为坏帧)。
该标志被传送到所述的语音解码器, 并在那儿通过如下方式流入所述的解码器,即:在标识为坏帧的情况 下直接重复最后的好帧值,或通过简单地修正、譬如减弱之后重复所 述的好帧值。
在相继有多个坏帧的情况下产生一种静噪电路,从而在 信道干扰强烈的情况下有时会分段成许多的信号成分,使得清晰度被 大大损害。
T.Fingscheidt和P.Vary的论文“利用软比特解码进行隐误”,ITG 语音通信专业会议的会议纪要第7-10页,美因河边的法兰克福,1996 年9月,曾建议过一种完全新型的隐误方法。
在该方法中,由信道解 码器求出的、依赖于信道的可靠性信息被用来计算某个语音参数是用 何种概率进行发射的,或者被用来如此地确定所述语音参数的估测值, 以便使该估测值尽可能好地与实际发射的语音参数相一致。
详细地讲, 此处是针对每个可能发射的比特组合而计算出该比特组合可能以何种 概率转变到所接收的比特组合。
在此,以单个误码概率的形式求出所 述的可靠性信息,其中每个单独的信息比特恰好包含一个误码概率。
由所述的信息比特本身和所属的误码概率所组成的对被称为所谓的“软 比特”。
这些软比特必须被提供给所述的隐误装置以估测所述的语音 参数。
在这种隐误过程中,因所述的估测而会出现一些与所述发射侧 的量化表中所包含的参数值不相同的实参数值(中间值),所以借助 该量化表来编码所估测的参数值就不可能没有错误。
因此,所述的装 置迄今通常是与语音解码器直接相连,因为该语音解码器可以无附加 损耗地直接处理所述估测的实参数值。
但这在基站侧会带来一些困难。
由于上述原因,所述从传输信号 中获取可靠性信息的信道解码器是位于接收台(BTS)处,但所述的语 音解码器是位于TRAU处,其中,在它们之间的通信连接上的传输速率 受到了限制。
在目前的GSM标准中,该极限约为16或8千比特/秒(全 速率或半速率),这对应于所谓的16或8子多路复用。
但是,如果在 最后所述方法的隐误中用譬如4个比特表示一个软比特,那么在采用 GSM标准的普通12.2千比特/秒的语音编码器或解码器的情况下,这 将意味着一共有12.2×4=48.8千比特/秒的数据流。
因此,经过被限制 在16千比特/秒的数据线进行传输是不可能的。
本发明的任务在于创造该现有技术的一种替换方案。
该任务由具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求9所述 特征的装置来解决。
在该新方法或新装置中,起决定性作用的是本发明的隐误同原本 的源解码是脱离的。
通过在所述的信道解码器或接收机处执行隐误, 除了源编码参数之外,无须再把另外的信道状态信息传送给所述的源 解码器,由此大大减少了数据流。
因此,即便在现有设备和采用现有 标准的情况下,也可以执行一种更加改善的隐误方法,它能更有效地 使用取决于信道的可靠性信息。
原则上,用隐误方法估测的源编码参数可以以任意方式被传输给 所述的源解码器。
但它们可以优选地象所述传输的源编码参数一样被 量化,然后再以已知的数字形式被传送给所述的源解码器,以便最小 化传输的数据流。
通过相应合适地选择量化,已经表明,该重新量化 -下文称为再量化-无论如何也不会产生附加的损耗或干扰。
尤其已证明采用如下做法是比较有利的,即:为了量化所估测的 源编码参数,至少使用一些与在量化所述原始发射的源编码参数时相 同的量化级。
于是,在无故障传输的情况下,将会自动而准确地再现 所发射的源编码参数。
如果不是这种情况,则可能在无干扰的传输中 因所述的再量化而产生错误。
各种实验和仿真表明,如果为量化所估测的参数而使用与发射侧 相同的量化器,那么使用具有足够高的量化率R的量化器就足够了。
在高斯分布的参数情况下,这在发射机侧的R>1比特/采样值的量化器 中通常是可能的。
在此,大多数传输的源编码参数通常都几乎很好地 满足高斯分布的准则。
因此,可以采用发射侧所使用的码本来作为所 述估测的参数的量化码本。
倘若在发射侧使用一种量化率为R≤1比特/采样值的量化器,则 可以通过如下方式来减小由量化所估测的参数而造成的影响,即在此 使用一种修正的、具有更高量化率的量化器。
也就是说,选择一种量 化器,它除了那些在发射侧被使用的量化级之外,还使用了其它一些 量化级。
当发射侧使用只有R=1比特/采样值的量化器时,譬如可以推 荐使用R=2比特/采样值的量化器来量化所述估测的参数。
由此也可以 在该情形下简单而又很好地避免由接收侧的再量化所带来的附加干 扰。
在移动无线标准GSM进一步发展的范围内,已经在这期间研制了 用于编码语音传输的新标准。
此处涉及编码或解码器(编解码器), 它们可以通过与信道状态和系统负荷进行匹配来划分可供使用的总数 据速率(自适应多速率编解码器;AMR编解码器)。
在此,一方面规 定所述的信道模式(全速率22.8千比特/秒或半速率11.4千比特/秒), 另一方面使源编码和信道编码同此后可供使用的数据速率相匹配。
也 就是说,在传输期间根据所述信道的传输质量和同时占用该信道的用 户数量来改变所述的编码速率。
相应地,在编码时也改变所述量化级 的数量。
因此采取如下做法是有利的,即根据所述发射机的当前编码 速率来量化所述在隐误方法中所估测的源编码参数。
为此优选地选择 如下一种量化器,它可以与发射机的不同编码速率相匹配。
下面通过参考附图并借助实施例来详细阐述本发明。
其中: 图1用简图示出了接收机(BTS)、BSC和移动无线交换局(MSC)的相 互位置和连接, 图2用简图示出了通过各个编码器和解码器的信号路径。
如图1简要地所示,现今普通的、按照GSM移动无线标准进行工 作的基站由一个BSC 11组成,在该BSC上经数据线14连接了多个BTS 6。
所述的BSC 11又通过数据线15与MSC 13相连。
一个MSC 13通常 服务于多个BSC 11,由于地方的原因这在图1中没有示出来。
所述的BTS 6如此相互隔开地布置,使得其接收区域17恰好重叠, 由此用BTS 6给出一个尽可能平面覆盖的服务区。
如果移动电话1此 时位于BTS 6的接收区域内,则该移动电话可以通过无线链路17与所 述的BTS 6进行通信。
当有效的移动电话离开BTS 6的接收区域17并 进入相同基站的另一BTS 6的接收区域17内时,该移动电话便会自动 地由所属的BSC 11识别出来,并且从所述的一个BTS 6转接到下一BTS 6(所谓的“切换”)。
当从基站的所述区域过渡到另一基站时,所述 的“切换”过程是借助MSC 13来进行的;这意味着,所述的通话自动 地被转接到与另一BSC 11相连的新基站上。
从图2的简要示图中可以看出从移动电话1到BSC 11的语音信号 的详细过程,尤其是不同的编码和解码级。
此处只示出了一个方向上 的信号交换。
所述的编码器或解码器通常涉及一些编解码器,也即组 合的编码/解码装置,而所述的发射单元或接收单元则涉及组合的发射 /接收单元(收发信机)。
如图2所示,语音信号首先被导过语音编码器2,在该语音编码 器内把语音分解成各个语音参数。
在此,每个声音用一定数量的语音 参数来表示。
在语音信号的描述中,典型的语音参数譬如为“LPC系 数”、“LTP指数”、“LTP增益”、以及“码本指数”和“码本增益”, 或者在另一种描述中为“LSP设置”、“间距延迟”、“间距增益”、 “代数码”和“码本增益”。
接着,该语音参数被导过量化器3,并在那儿被变换成一种比特 组合,也即在量化之后用比特组合X来表示实数的语音参数v。
按传 输速率给各个参数提供不同多的比特来进行编码。
在AMR标准中,一 共有8个不同的传输模式可被选择用来进行语音传输,其数据速率为 12.2千比特/秒~4.75千比特/秒。
所述的语音参数v以数字描述X的形式从量化器3被传送到信道 编码器4,由该信道编码器给所述的数据加入一些为传输而需要的信 道信息。
这还可以是一些冗余数据,该冗余数据可以使接收机检验所 接收的数据的正确性,并在必要时校正传输错误。
然后,所述的无线 信号经无线信道16从发射单元5或收发信机被发射到接收单元7,该 接收单元譬如为BTS 6的接有解调器和/或校正器的天线。
在BTS 6内,所接收的信号S首先到达信道解码器8内,由它对 所接收的信号S进行预解码。
在该预解码中,从信号S内获取一些与 所述传输质量相关的可靠性信息。
此处譬如可以涉及一些奇偶校验的 结果。
该附加获得的关于信道状态的信息同所述在信道解码器8中所测 出的接收语音参数一起被传输到一种隐误装置9中。
这在图2中是用 位于信道解码器8和隐误装置9之间的两个箭头来表示的。
在信道解 码器8的输出端将出现一种经无线信道接收的、仍然为数字编码形式 的语音参数,也就是说它是用比特组合X’来描述的,该比特组合X’ 在无故障的传输情况下与所发射的比特组合X是一致的。
在本实施例中,所述的隐误装置9是按照现有技术中由 T.Fingscheidt和P.Vary所讲述的隐误方法进行工作的。
在该方法中, 首先借助所述的可靠性信息为所述组合X’中的每个单独比特求出它 是以何种概率进行错误传输的。
该概率只取决于信道的状态。
另外, 还可以在所述的隐误方法中引进一些取决于所述接收信号的原始信源 的信息。
此处譬如涉及某个参数以及由此某个比特组合可能在发射侧 出现的概率。
该出现概率可以预先借助一个代表性的语音数据库来确 定,并被存放在表格中。
另外,还可以考虑两个确定的参数或比特组 合直接相随的概率,以便由此一同考虑相继接收的语音帧之同的相关 性。
然后,从所述取决于信道或信源的单个概率中估测出一个参数 该参数以最大的概率与原始发射的语音参数v相一致(最大后验估 测),或者执行如下的估测,使得发射参数v的估测参数 的可能偏 差的均方误差为最小(均方估测)。
于是,在传输到布置于BSC 11处的语音解码器12之前,所述由 隐误装置9估测的实参数 被重新导过量化器10,该量化器的工作方 式与发射侧的量化器3相同,并把所述的实参数 转换成数字比特组 合
因此,为替代信道解码器针对所述的接收参数而求出的比特组 合X’,语音解码器12此时获得一个以相同方式编码的比特组合 该比特组合表示了由所述隐误所估测的语音参数 ,而该语音参数以 最大的概率与所发射的语音参数v相一致,或与其相差的误差最小。
在本实施例中,BTS 6内的量化器10涉及一种与移动电话1中的 量化器3相同的模型。
此处是涉及普通的编解码器,譬如GSM标准的 AMR或FR(全速率)编解码器。
也给所述的量化器10提供一种与所述 量化器3相同的码本。
还需指出的是,本发明并不局限于所示的具体实施例。
因此原则 上也可以应用于如下的设备,它们不仅按GSM标准工作,而且还譬如 按目前正在发展的新标准、比如UMTS标准进行工作。
同样,所述的源 解码器12不一定必须处于BSC 11内,而是还可以作为独立的单元单 独地、或与其它功能单元组合在一起而譬如以所谓的TRAU形式被布置 在BSC之前或之后。
为替代Fingscheidt和Vary的方法,尤其也可以 采用其它的隐误方法,该隐误方法可借助所述的可靠性信息来估测被 发射的源编码参数,也就是说借助可靠性信息如此地校正所接收的参 数,使得该接收的参数与假定为正确发射的参数相一致。
另外,如同 上文所述,本发明并不局限于语音信号,而是还可以应用于任意其它 的源信号。
即便在无线信道极坏的情况下,利用本发明的方法或装置也能实 现改善的传输质量,因为由信道解码器获得的、取决于信道的可靠性 信息以及取决于信源的信息能更好地得到利用,以消除出现的错误。
利用隐误装置的特殊空间布置和后接的量化器,这无需提高信道解码 器和源解码器之间的数据速率便可得以实现。
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