DE19921504A1 - Method and circuit arrangement for determining quality information about the transmission quality of a speech signal in a digital transmission system - Google Patents
Method and circuit arrangement for determining quality information about the transmission quality of a speech signal in a digital transmission systemInfo
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Abstract
In digitalen Übertragungssystemen, wie beispielsweise in Mobilfunksystemen, hängt die Sprachqualität wesentlich von der Korrekturfähigkeit des Kanaldecodierverfahrens ab. Zur Verbesserung der Sprachqualität werden Fehlerverdeckungsmaßnahmen getroffen, deren Wirksamkeit von der Genauigkeit der Qualitätsinformation der Kanalübertragungsqualität bestimmt wird. Erfindungsgemäß werden bekannte Qualitätsinformationen so kombiniert und transformiert, daß sie für die Fehlerverdeckungsmaßnahmen als zuverlässige Eingangsparameter geeignet sind. Durch Berücksichtigung des Bad Frame Indikator BFI bei der Auswahl der Transformationsvorschriften lassen sich unterschiedliche Transformationsvorschriften an die jeweiligen Übertragungsbedingungen anpassen. Das Verfahren ist einfach realisierbar, wenn in einem upstream-Kanal eine Transformationseinheit (4) zwischen Kanaldecodierer (1) und Fehlerverdeckungseinheit (2) eingefügt wird.In digital transmission systems, such as in mobile radio systems, the speech quality essentially depends on the correctibility of the channel decoding method. To improve the voice quality, error masking measures are taken, the effectiveness of which is determined by the accuracy of the quality information of the channel transmission quality. According to the invention, known quality information is combined and transformed such that it is suitable as reliable input parameters for the error masking measures. By taking the bad frame indicator BFI into account when selecting the transformation regulations, different transformation regulations can be adapted to the respective transmission conditions. The method can be easily implemented if a transformation unit (4) is inserted between the channel decoder (1) and the error concealment unit (2) in an upstream channel.
Description
In digitalen Übertragungsystemen, wie beispielsweise in Mobilfunksystemen nach dem GSM-Standard, hängt die Qualität der übertragenen Sprachsignale wesentlich von der Korrekturfähigkeit des Kanaldecodierverfahrens ab. Dennoch ist es nicht zu vermeiden, daß bei der Kanaldecodierung Restbitfehler auftreten, die eine merklich verschlechterte Sprachqualität zur Folge haben. Um diese mangelnde Sprachqualität zu verbessern, werden üblicherweise vor oder nach der Sprachdecodierung Fehlerverdeckungsmaßnahmen getroffen. Welcher Art diese Fehlerverdeckungsmaßnahmen sind, hängt wesentlich von der Genauigkeit einer Qualitätsinformation ab, die ein Maß für Übertragungsqualität des Kanals und letztlich für die Sprachqualität ist.In digital transmission systems, such as in mobile radio systems according to the GSM standard, the quality of the transmitted depends Speech signals significantly from the correction ability of the Channel decoding process. Nevertheless, it is inevitable that the channel decoding residual bit errors occur which is a noticeable result in deteriorated speech quality. To this lack Speech quality improvement is usually done before or after Speech decoding. Which type These error concealment measures depend largely on the Accuracy of a quality information, which is a measure of Transmission quality of the channel and ultimately for the voice quality.
So ist ein sogenannter Soft-Output Viterbi Algorithmus, kurz SOVA, bekannt, mit dem zu jedem decodierten Bit ein Qualitätswert geliefert wird, vgl. Hagenauer J., Hoeher P.: A Viterbi Algorithm with Soft-Decision Outputs and its Applications, Proc. of GLOBECOM '89, Seiten 1680-1686, Dallas, Texas, November 1989. Zwar ist dieser Algorithmus relativ einfach realisierbar, doch liefert er Qualitätsinformationen, die die Sprachqualität noch nicht zufriedenstellend verbessern.So is a so-called soft-output Viterbi algorithm, SOVA for short, known with which a quality value is supplied for each decoded bit, see. Hagenauer J., Hoeher P .: A Viterbi Algorithm with Soft-Decision Outputs and its Applications, Proc. of GLOBECOM '89, pages 1680-1686, Dallas, Texas, November 1989. Although this algorithm is relatively simple realizable, but it provides quality information that the voice quality not yet improve satisfactorily.
Es ist weiterhin ein Fehlerverdeckungsverfahren in einem TDMA-Funksystem bekannt, mit dem Qualitätsinformationen aus dem Kanaldecodierverfahren gewonnen werden, vgl. US 5,502,713. In einem sogenannten Soft Value Calculator werden aus Qualitätsinformationen Wichtungsfaktoren berechnet, mit denen aktuell und früher empfangene Parameter des Sprachcodierverfahrens bewertet und interpoliert werden.It is also an error concealment technique in a TDMA radio system known with the quality information from the channel decoding process be won, cf. US 5,502,713. In a so-called soft value Calculator become weighting factors from quality information calculated with which currently and previously received parameters of the Speech coding method can be evaluated and interpolated.
Mit der Erfindung wird nun die Aufgabe gelöst, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit denen bekannte Qualitätsinformationen so verbessert werden, daß für Fehlerverdeckungsmaßnahmen geeignetere Eingangsparameter zur Verfügung stehen.With the invention, the object is achieved, a method and a Specify circuitry with which known Quality information is improved so that for Error masking measures more suitable input parameters for To be available.
Diese Aufgabe wird mit dem im ersten Anspruch beschriebenen Verfahren und mit der im siebten Anspruch beschriebenen Schaltungsanordnung gelöst.This object is achieved with the method described in the first claim and with the circuit arrangement described in the seventh claim solved.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß Qualitätsinformationen vor der Kanaldecodierung mit solchen nach der Kanaldecodierung kombiniert werden und anschließend durch eine Transformationseinheit nach unterschiedlichen, an die Übertragungsbedingungen angepaßten Transformationsvorschriften bearbeitet werden, so daß eine verbesserte Qualtitätsinformation für eine nachfolgende Fehlerverdeckungseinheit gebildet wird.The essence of the invention is that quality information before of channel decoding combined with those after channel decoding be followed by a transformation unit different, adapted to the transmission conditions Transformation regulations are processed so that an improved Quality information for a subsequent error concealment unit is formed.
Die Erfindung wird nunmehr an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment.
In der dazugehörigen Zeichnung zeigenShow in the accompanying drawing
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 1 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention and
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Datenblöcken am Eingang einer Fehlerverdeckungseinheit. Fig. 2 is a schematic representation of data blocks at the input of an error concealment unit.
Gemäß Fig. 1 besteht eine Schaltungsanordnung für die Sprachübertragung in Richtung eines Teilnehmerendgerätes (engl. upstream) in einem digitalen Mobilfunksystem aus einem Kanaldecodierer 1, einer Fehlerverdeckungseinheit 2 und einem Sprachdecodierer 3 sowie erfindungsgemäß aus einer Transformationseinheit 4. Dem Kanaldecodierer 1 wird ein Eingangssignal y' zugeführt, aus dem der Kanaldecodierer 1 den aus Gründen des Fehlerschutzes im Sender erzeugten Fehlerschutzcode decodiert und als Ausgangssignal x' zur Verfügung stellt. Ein Teil der übertragenen Daten kann auch ohne Fehlerschutzcode übertragen werden und ist in Fig. 1 als Datensignal z' dargestellt. Der Fehlerschutzcode kann entweder kontinuierlich oder jeweils für einen Datenblock der Länge bl erzeugt werden. Bei blockorientierter Verarbeitung setzt sich gemäß Fig. 2 die Anzahl bl der Eingangsbits der Fehlerverdeckungseinheit 2 aus einer Anzahl M Eingangsbits des Datensignals z' ohne Fehlerschutzcode und aus einer Anzahl L Eingangsbits des Ausgangssignals x' des Kanaldecodierers 1 zusammen. Von dem Kanaldecodierer 1 wird eine Bitfehlerrate BER(x') des Ausgangssignals x' des Kanaldecodierers 1 geschätzt. Die Bitfehlerrate wird auch als Soft- Output oder allgemein als Qualitätsinformation bezeichnet. Eine Bitfehlerrate BER(z') des Datensignals z' ohne Fehlerschutzcode kann beispielsweise von einem Empfänger oder einem Equalizer geschätzt werden. Die so zur Verfügung stehenden geschätzten Qualitätsinformationen BER(x') und BER(z') werden nunmehr als Eingangsgrößen der Transformationseinheit 4 zugeführt und werden gemäß der nachfolgenden Vorschriften so weiterverarbeitet, daß der Fehlerverdeckungseinheit 2 verbesserte Qualitätsinformationen zugeführt werden, um die Qualität des Ausgangssignals s des Sprachdecodierers 3 zu erhöhen.Referring to FIG. 1, a circuit arrangement for speech transmission in the direction of a subscriber terminal (engl. Upstream) in a digital mobile radio system comprising a channel decoder 1, an error concealment unit 2, and a speech decoder 3, and according to the invention from a transformation unit 4. The channel decoder 1, an input signal y 'supplied from the channel decoder 1 the reasons of error protection in the transmitter error protection code generated decoded and x as an output signal' provides. Some of the transmitted data can also be transmitted without an error protection code and is shown in FIG. 1 as a data signal z '. The error protection code can either be generated continuously or in each case for a data block of length bl. In block-based processing is 2, the number of the input 2 of the channel decoder 1 is shown in FIG. Bl of the error concealment unit of a number of M input bits of the data signal z 'without error protection code and a number L input bits of the output signal x' together. From the channel decoder 1, a bit error rate BER (x ') of the output signal x' of the channel decoder 1 is estimated. The bit error rate is also referred to as soft output or generally as quality information. A bit error rate BER (z ') of the data signal z' without an error protection code can be estimated, for example, by a receiver or an equalizer. The estimated quality information BER (x ') and BER (z') thus available are now supplied as input variables to the transformation unit 4 and are further processed in accordance with the following regulations in such a way that the error concealment unit 2 is supplied with improved quality information in order to determine the quality of the output signal s to increase the speech decoder 3 .
Dabei wird angenommen, daß L Werte xi' und M Werte zi' pro Block vorhanden sind. Mit BERn(x') und BERn(z') werden die durch die Transformation verbesserten Werte der Biffehlerrate BER(x') und BER(z') bezeichnet.It is assumed that there are L values x i 'and M values z i ' per block. BERn (x ') and BERn (z') denote the values of the biff error rate BER (x ') and BER (z') improved by the transformation.
Es gelten auch hier die unter a) beschriebenen Annahmen.The assumptions described under a) also apply here.
Der verbesserte Schätzwert BERn(x') der vom Kanaldecodierer 1 geschätzten Biffehlerrate BER(x') wird aus dem Maximum der einzelnen vom Kanaldecodierer 1 geschätzten Bilfehlerraten BER(xi') und einer Bitfehlerwahrscheinlichkeit BERtmP ermittelt. Die Bitfehlerwahrscheinlichkeit BERtmp ergibt sich gemäß Gleichung (1) aus dem zuvor unter a) beschriebenen Mittelwert.The improved estimated value BERn (x ') of the bit error rate BER (x') estimated by the channel decoder 1 is determined from the maximum of the individual picture error rates BER (x i ') estimated by the channel decoder 1 and a bit error probability BER tmP . The bit error probability BER tmp results from equation (1) from the mean value previously described under a).
BERn(xi') = max[BER(xi',BER,tmp]
BERn (x i ') = max [BER (x i ', BER, tmp ]
Die hier beschriebene Transformationsvorschrift unterscheidet sich von der unter c) beschriebene durch die Ermittlung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit BERtmP.The transformation rule described here differs from that described under c) in that it determines the bit error probability BER tmP .
Die in den unter c) und d) in den Transformationsvorschriften genannten Parameter a, b, c und d werden in Abhängigkeit von den jeweiligen Übertragungsmodi, wie GSM Full Rate oder GSM Enhanced Full Rate, gewählt.The ones mentioned in c) and d) in the transformation regulations Parameters a, b, c and d are dependent on the respective Transmission modes, such as GSM full rate or GSM enhanced full rate, chosen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte von einem sog. Bad Frame Indicator BFI abhängig zu machen. Je nach Qualität der Übertragungsbedingungen wird das Signal BFI auf "1" bei schlechten Übertragungsbedingungen und auf "0" bei guten Ubertragungsbedingungen gesetzt. Gemäß Fig. 1 wird das Signal BFI bedarfsweise der Fehlerverdeckungseinheit 2, dem Sprachdecodierer 3 und der Transformationseinheit 4 zugeführt, so daß damit die Baugruppen aktiviert oder deaktiviert werden können. Außer zur Aktivierung/Deaktivierung der genannten Baugruppen kann das Signal BFI mit den Transformationsvorschriften verknüpft werden. Damit wird erreicht, daß die Zuverlässigkeit der Qualitätsinformationen an die Übertragungsbedingungen besser angepaßt wird. So kann beispielsweise mit der unter c) beschriebenen Transformationsvorschrift die geschätzte Bitfehlerrate BERn(x') erhöht werden, so daß damit bei schlechten Ubertragungsbedingungen, also bei BFI = 1, eine Unterschätzung der Bitfehlerrate durch den Soft-Output Viterbi Algorithmus kompensiert werden kann. Bei guten Ubertragungsbedingungen, also bei BFI = 0, ist der Einsatz der unter d) genannten Transformationsvorschrift geeigneter, um die Bitfehlerrate zu reduzieren und um somit Auswirkungen von Modellfehlern des Übertragungssystem zu vermeiden.It is particularly advantageous to make the execution of the individual process steps dependent on a so-called bad frame indicator BFI. Depending on the quality of the transmission conditions, the signal BFI is set to "1" if the transmission conditions are poor and "0" if the transmission conditions are good. Referring to FIG. 1, the signal BFI, if necessary, the error concealment unit 2, the speech decoder 3 and the transformation unit 4 is supplied, so that so that the modules can be activated or deactivated. In addition to activating / deactivating the above-mentioned modules, the BFI signal can be linked to the transformation regulations. This ensures that the reliability of the quality information is better adapted to the transmission conditions. For example, with the transformation rule described under c), the estimated bit error rate BERn (x ') can be increased so that an underestimation of the bit error rate by the soft output Viterbi algorithm can be compensated for in the event of poor transmission conditions, i.e. with BFI = 1. With good transmission conditions, that is, with BFI = 0, the use of the transformation rule mentioned under d) is more suitable in order to reduce the bit error rate and thus to avoid effects of model errors in the transmission system.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden im Vergleich zum bekannten Stand der Technik zuverlässigere Qualitätsinformationen erhalten, so daß eine verbesserte Parameterschätzung für Fehlerverdeckungsmaßnahmen möglich wird. Damit wird eine bessere Sprachqualität nach dem Sprachdecodierer 3 erreicht. Das Verfahren ist im Vergleich zu bekannten komplexeren Algorithmen mit geringerem Aufwand realisierbar, da lediglich eine Tronsformationseinheit 4 zwischen Kanaldecodierer 1 und Fehlerverdeckungseinheit 2 eingefügt werden muß.With the method according to the invention, more reliable quality information is obtained compared to the known prior art, so that an improved parameter estimation for error concealment measures is possible. A better speech quality after the speech decoder 3 is thus achieved. The method can be implemented with less effort in comparison to known more complex algorithms, since only one tronformation unit 4 has to be inserted between channel decoder 1 and error concealment unit 2 .
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ist als integrierte Schaltung
realisierbar, wobei bedarfsweise folgende Integrationsmöglichkeiten
wählbar sind:
The circuit arrangement shown in FIG. 1 can be implemented as an integrated circuit, the following integration options being selectable if necessary:
- - Kanaldecodierer 1 und Transformationseinheit 4 - Channel decoder 1 and transformation unit 4
- - Fehlerverdeckungseinheit 2 und Sprachdecodierer 3 - Error concealment unit 2 and speech decoder 3
- - Kanaldecodierer 1, Transformationseinheit 4 und- Channel decoder 1 , transformation unit 4 and
- - Fehlerverdeckungseinheit 2 - fault concealment unit 2
- - Transformationseinheit 4 und Fehlerverdeckungseinheit 2.- Transformation unit 4 and error concealment unit 2 .
Claims (8)
3. The method according to claim 1, characterized in that a common mean value is formed by means of the transiormation unit ( 4 ) from the first image error rates (BER (x ')) and the second bit error rates (BER (z'))
4. The method according to claim 1, characterized in that by means of the transformation unit ( 4 ) a quality measure is determined according to a first selection criterion from the first image error rates (BER (x '))
5. The method according to claim 1, characterized in that by means of the transformation unit ( 4 ) a quality measure is determined according to a second selection criterion from the first bit error rates (BER (x '))
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