CN101051465B - 用于解码被编码的有用数据的方法和解码装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明解码通过基本数据(BDAT)和细化数据(RDAT)编码的有用数据，其中所述基本数据(BDAT)以第一延迟被解码，所述细化数据(RDAT)以第二延迟被解码，其中所述第二延迟大于所述第一延迟。另外，检验所述细化数据(RDAT)根据时间预给定是否可用。在肯定的检验结果下，被解码的基本数据附加地被延迟，附加地被延迟的被解码的基本数据与被解码的细化数据进行混合，由此产生的混合数据作为有用数据被输出。相反，在否定的检验结果下，被解码的基本数据作为有用数据被输出。

Description

用于解码被编码的有用数据的方法和解码装置

技术领域

本发明涉及用于解码被编码的有用数据的方法和解码装置。

背景技术

在数字通信系统中，音频、视频或其它有用数据通常以编码形式被传输。经常规定，通过有实时能力或准实时能力的编码方法来压缩待传输的有用数据。在此，通常力求尽可能地降低待传输的数据量并由此降低传输率，而例如在音频传输的情况下不会太大地损害主观的听觉印象。

为了编码音频和语音信号，尤其有两类编码方法是已知的。一个是在时域起作用的编码方法，其中音频信号的曲线过程在时间上被编码或解码，另一个是在频域起作用的编码方法，其中音频信号的频率过程被编码或解码。时域编码方法的例子是所谓的CELP编码方法(码激励线性预测)。频域编码方法的例子是运动图像专家组(MPEG)的所谓的从C方法(AAC：高级音频编码)，其使用了被修正的离散余弦变换。频城编码方法的另一个例子是所谓的TDAC方法(时域混叠消除)。

时域编码方法经常也被称为“时域编码”，而频域编码方法经常也被称为“频域编码”或“变换编码”。

在许多情形下，在频域编码方法中采用所谓的“重叠-相加-方法(overlap-add-Methode)”，其中来自相继的数据分组的有用数据与预给定的重叠相加。

数据分组在这里和下文中既被理解为面向分组的传输的意义上的数据分组，例如IP分组(IP：因特网协议)，也被理解为所谓的数据帧。

重叠-相加-方法只是在以下方面是有利的：其允许较为保真地重构通过分组地传输的频率数据进行编码的音频信号。通过重叠-相加-方法校正由有限的分组长度或帧长所决定的编码噪声(Kodierungsartefakte)。

但缺点是，为了最后解码数据分组，首先要等待后面的数据分组，并将其一同引入到解码之中。从而明显增加了解码延迟。因此，如果采用重叠-相加-方法，那么例如在分组长度为20ms时解码延迟会增加到40ms。

解码延迟的这种增加尤其会不利地影响到VoIP应用的误帧率(VoIP：经由因特网协议传输的语音/视频)。在VoIP应用中通常规定了最大等待时间，在该等待时间内等待数据分组。如果所期待的数据分组没有在该最大等待时间内到达，那么这经常被评价为分组丢失。这种分组丢失尤其在具有高渡越时间波动(抖动)的通信网中出现。

为了补偿这种渡越时间波动，由此为了降低分组丢失率，可以设立扩大的抖动-缓冲存储器。但是，由于该扩大的抖动-缓冲存储器而也会增加传输延迟，这又负面地影响了音频传输的实时性能。

在目前已知的解码方法中，当超过最大等待时间时便确定一个分组丢失，并通过延长和/或重复前面的一个或多个音频分组、或通过估测或外插所缺少的音频分组，来填充音频输出流中的由所述分组丢失所决定的空隙。但这经常伴随着再现质量的可听得见的变差。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于解码被编码的有用数据的方法，其较少地受到有用数据的渡越时间波动的损害。另外，本发明的任务在于提供一种用于执行所述方法的解码装置。

通过具有下述特征的方法和通过具有下述特征的解码装置来解决该任务。

根据本发明解码通过基本数据和细化数据编码的有用数据，其中所述基本数据以取决于解码的第一延迟被解码，所述细化数据以取决于解码的第二延迟被解码，其中所述第二延迟大于所述第一延迟。所述有用数据可以尤其是需要实时传输的语音数据、音频数据、视频数据或其它通信数据。所述基本数据例如可以是根据CELP方法编码的数据代码。作为细化数据，可以采用根据TDAC方法编码的数据代码。尤其是，所述基本数据可以是按照时域编码方法编码的数据代码，所述细化数据可以是按照频域编码方法编码的数据代码。

根据本发明检验所述细化数据根据时间预给定是否可用。在肯定的检验结果下，被解码的基本数据附加地被延迟，附加地被延迟的被解码的基本数据与被解码的细化数据进行混合，由此产生的混合数据作为有用数据被输出。相反，在否定的检验结果下，被解码的基本数据作为有用数据被输出。

与已知的解码方法和解码装置相比，本发明的解码方法和本发明的解码装置受到编码有用数据的渡越时间波动的损害被大大减少。在细化数据在所述时间预给定之外到达时，在多数情况下都不确定分组丢失，而替而代之地将被解码的基本数据输出作为有用数据。虽然单独就被解码的基本数据而言，其比借助于基本数据和细化数据重构的有用数据经常具有更低的传输保真性，但被解码的基本数据的这种传输保真性通常要明显好于按照已知解码方法人工地产生的补偿数据的传输保真性。

本发明的有利实施形式和改进在本申请其它地方被给出。

根据本发明的一种优选实施形式，在所述时间预给定之外可用的细化数据可以被暂存，并被用来解码接下来到达的细化数据和/或基本数据。以这种方式，到达太晚的再也不能被及时解码的细化数据可以被用来准备或启动接下来到达的细化数据和/或基本数据的解码，或可以直接被供用于其解码。由此在大多数情况下可以实现：具有细化数据的到达太晚的数据分组只是损害该数据分组的解码，而不损害其它数据分组的解码。

在接下来的细化数据和/或基本数据到达之前，被解码的基本数据附加地被延迟，且所述被附加地延迟的被解码的基本数据作为有用数据被输出。通过附加的延迟，基本数据可以适时地利用接下来的细化数据和/或基本数据进行解码。

根据本发明的一种优选实施形式，所述基本数据和所述细化数据可以以数据分组或数据帧到达，其中逐个分组地进行基本数据的解码，以及借助于另一数据分组的细化数据进行数据分组的细化数据的解码。

另外可以求出所述基本数据和/或所述细化数据的相应到达时间，并根据所求出的到达时间在输出被解码的基本数据和输出混合数据之间进行切换。以此方式，可以有效地通过切换来至少部分地补偿基本数据和/或细化数据的渡越时间波动。代替或附加于相应的到达时间，也可以求取到达时间的变化趋势，并根据所求出的变化趋势在输出被解码的基本数据和输出混合数据之间进行切换。

另外，所述基本数据的解码和所述细化数据的解码根据分级的解码原理而建立在彼此之上。在这种分级的编码或解码中，多个按层布置的编码方法只是在以下方面建立在彼此之上，即每个位于上面的层细化位于其下的层的相应编码结果。

根据本发明的改进，可以设立细化数据的多个分级平面，所述分级平面被级联地解码和延迟。

附图说明

下面借助于附图来详细讲述本发明的优选实施例。

这里在简图中分别示出：

图1：本发明的解码装置，

图2：用于说明本发明解码方法的流程图，以及

图3：一种级联的解码装置。

具体实施方式

图1用简图示出了本发明的用于对以数据分组(例如IP分组)传输的有用数据进行解码的解码装置DE。所述有用数据例如可以是尤其在实时VoIP通信范畴内的音频数据或语音数据。数据分组(图1示例性地示出了其中的一个数据分组DP)通过面向分组的通信网(未示出)、例如因特网进行接收，并相应地经受某种渡越时间波动。为了补偿渡越时间波动而设立一个抖动缓冲器JB，其被连接在解码装置DE之前作为输入缓冲存储器。从通信网接收到的数据分组被暂存在抖动缓冲器JB中，并可以由解码装置DE读出。解码装置DE具有有用数据输出OUTPUT，通过其输出被解码的有用数据。

解码装置DE实施一种所谓的分级的或可伸缩的编码方法，其中将时域编码方法(例如按照CELP方法)与频域编码方法(例如TDAC方法)进行结合。所采用的频域编码方法只是在以下方面分级地建立在所采用的时域编码方法之上：时域编码方法的解码结果通过频城编码方法的解码结果进行细化(Verfeinern)。但时域编码方法的编码结果也可以在不通过频域编码方法的细化的情况下而以较低的质量损失被使用。

对于本实施例假定：解码装置DE具有一个实施CELP时域编码方法的解码器DEC1和一个实施TDAC频域编码方法的解码器DEC2。按照CELP方法工作的解码器DEC1在时域使用带宽扩展技术，并且具有一种取决于解码的约为例如29ms的算法延迟。

相应解码器DEC1或DEC2的取决于解码的延迟被理解为这样一种延迟，即由解码器解码的有用数据相对于被输入给该解码器DEC1或DEC2的有用数据以该延迟而被延迟。

按照TDAC方法工作的解码器DEC2对分别输入的有用数据执行一种傅立叶变换，并使用所谓的重叠-相加-方法。解码器DEC2因此是一种所谓的变换解码器。

作为编码的有用数据，在数据分组DP中包含有按照CELP方法被编码的基本数据BDAT和按照TDAC方法被编码的细化数据RDAT。细化数据RDAT在分级编码的意义上建立在基本数据BDAT之上。基本数据BDAT被输入给解码器DEC1，细化数据RDAT被输入给解码器DEC2。两个解码器DEC1和DEC2以并行工作方式解码分别被输入的有用数据BDAT或RDAT。解码器DEC1可以根据在其它数据分组中所含的基本数据来解码数据分组DP中所含的基本数据BDAT，而数据分组DP的细化数据RDAT的解码另外还需要接下来的数据分组的细化数据。

由于需要接下来的数据分组的细化数据，解码器DEC2的取决于解码的延迟要比解码器DEC1的取决于解码的延迟大一个数据分组的帧长，例如20ms。对于本实施例假定：解码器DEC2的取决于解码的延迟相应地为29ms+20ms＝49ms。

基于CELP的解码器(这里为DEC1)和基于TDAC的解码器(这里为DEC2)的这种分级布置目前在ITU-T推荐G.729EV的范畴内被讨论。

在已知的解码装置中，解码器DEC2的较大延迟对VoIP应用的误帧率有负面影响，因为这种应用仅仅等待具有编码有用数据的数据分组一个预给定的最大等待时间，并将该最大等待时间的徒劳的结束评价为分组丢失。具有较高算法延迟的解码器在具有渡越时间波动的网络中会导致较高的分组丢失。

与此不同的是，本发明即便在缺少细化数据时在大多数情况下仍然能够以可接受的质量输出一个基于基本数据的有用信号。此外，到达太晚的细化数据在大多数情况下仍然能被用来解码接下来到达的细化数据，并由此将可能的质量损失限制在一个帧长。

为了至少部分地补偿解码器DEC1的取决于解码的延迟和解码器DEC2的取决于解码的延迟之间的差值，设立一个缓冲存储器DB1，其输入与解码器DEC1的输出相连。缓冲存储器DB1使得解码器DEC1所解码的基本数据BDAT延迟该解码器DEC1和DEC2的取决于解码的延迟之差，也即延迟数据分组DP的一个帧长，这里为20ms。

缓冲存储器DB1的输出以及解码器DEC2的输出与混合装置MIX相耦合，以便将被解码的、通过缓冲存储器DB1延迟的基本数据BDAT和由解码器DEC2解码的细化数据RDAT进行混合。所产生的混合数据在正常工作方式下(也即只要包含有用数据的数据分组及时地到达)作为解码的有用数据被输出。

为了说明时间过程，考虑具有编码有用数据的第N个数据分组的接收。解码器DEC1可以直接解码该第N个数据分组，而解码器DEC2借助于第N个数据组才解码第N-1个数据分组。如果第N个数据分组不及时地、但最多以一个帧长(这里为20ms)的延迟而到达，那么这个到达太晚的第N个数据分组仍然可以由解码器DEC1及时地解码和输出。

第N个数据分组和接下来的数据分组的处理步骤的时间关系通过以下的表格来说明：

可用数据分组	N	N+1	N+2
				可由DEC1解码	N	N+1	N+2
由DB1输出	N-1	N	N+1
				可由DEC2解码	N-1	N	N+1
在OUTPUT可用	N-1	N	N+1

为了检验相应数据分组DP的及时到达，解码装置DE具有一个可用性检测器AD。该可用性检测器AD检验相应的数据分组DP以及由此还有细化数据RDAT是否是及时的，也即是否按照一种时间预给定而是可用的。这种时间预给定例如可以通过VoIP应用的实时要求来预给定。

可用性检测器AD与具有三个开关位置1、2和3的开关装置S2相耦合。根据开关位置1、2或3，解码装置DE的不同信号被接通到有用数据输出OUTPUT。分别采取的开关位置1、2或3由可用性检测器AD根据相应数据分组DP或细化数据RDAT的可用性来进行控制。

开关装置SW的被分配给开关位置1的端子上被输入了混合装置MIX的结果混合数据。开关装置SW的被分配给开关位置3的端子直接与解码器DEC1的输出相连接。开关装置SW的被分配给开关位置2的端子通过缓冲存储器DB2与解码器DEC1的输出相耦合。通过缓冲存储器DB2使得由解码器DEC2解码的基本数据BDAT延迟一个帧长，这里为20ms。

如上所述，可用性检测器AD检验细化数据RDAT或数据分组DP是否及时地可用。如果是这样，也即因为肯定的检验结果，那么将开关装置SW控制到开关位置1，开关装置SW便在该开关位置把混合数据接通到有用数据输出OUTPUT。如果细化数据RDAT不能及时地提供使用，也即因为否定的检验结果，那么将开关装置SW控制到开关位置2或3。在开关位置3，开关装置SW直接将解码器DEC1所解码的基本数据BDAT接通到有用数据输出OUTPUT。在开关位置2，开关装置SW将解码器DEC1所解码的并附加地由缓冲存储器DB2进行延迟的基本数据BDAT接通到有用数据输出OUTPUT。

图2示出了用于说明本发明解码方法的方法步骤的流程图。

从方法开始200出发，在方法步骤201中由例如具有某个时间预给定的VoIP应用在有用数据输出OUTPUT上请求一个输出帧。在方法步骤202中通过可用性检测器AD检验当前在抖动缓冲器JB中是否有一个输入帧、也即一个数据分组DP可被读出并由此可用。如果是这样，则在方法步骤203中将开关装置SW置为开关位置1。接着，在方法步骤204中调用解码器DEC1和DEC2，也即促使它们解码在从抖动缓冲器JB读出的数据分组DP中所包含的基本数据BDAT或细化数据RDAT。随后跳回到方法步骤201。

如果在方法步骤202中确定当前在抖动缓冲器JB中无输入帧可用，那么开关装置SW在方法步骤205中被置为开关位置2，并随后从缓冲存储器DB2读出一个输出帧，且通过有用数据输出OUTPUT输出。接着在方法步骤207中将抖动缓冲器JB扩大一个帧长，也即这里被扩大20ms，使得抖动缓冲器JB的平均延迟被增加一个帧长。

接下来在方法步骤208中，在应用方重新请求有用数据输出OUTPUT上的一个输出帧。因此通过可用性检测器AD在方法步骤209中检验当前在抖动缓冲器JB中有多少输入帧、也即数据分组DP可以被读出并由此可用。如果无输入帧可用，则开关装置SW在方法步骤216中被置为开关位置3。随后调用没有输入帧的解码器DEC1和DEC2。因为在该情形下不能解码数据分组，所以确定一个分组丢失。在此情形下可以采用已知的方法来跨接所产生的有用数据空隙。这种方法也被公知为“帧删除隐蔽”。在方法步骤217之后跳回到方法步骤208。

如果可用性检测器AD在方法步骤209中确定抖动缓冲器JB中恰好有一个输入帧可用，那么开关装置SW在方法步骤214中被置为开关位置3，随后具有输入帧的可用基本数据BDAT的解码器DEC1被调用。被解码的基本数据BDAT直接通过有用数据输出OUTPUT被输出。接着跳回到方法步骤208。

如果可用性检测器AD确定当前在抖动缓冲器JB中有两个或多个输入帧可用，那么在方法步骤210中调用具有最早可用输入帧的解码器DEC1和DEC2，其中忽略所产生的解码结果。接着，开关装置SW在方法步骤211中被置为开关位置1，并在方法步骤212中调用具有下一输入帧的解码器DEC1和DEC2。在开关位置1，解码器DEC1和DEC2的结合混合数据通过有用数据输出OUTPUT被输出。然后，在方法步骤213中抖动缓冲器JB被缩短一个帧长，也即例如这里是缩短20ms，使得其平均延迟被降低一个帧长。接着跳回到方法步骤201。

通过由可用性检测器AD控制的在输出混合数据和输出解码基本数据BDAT之间进行的切换，本发明对以下情形提供了可接受的跳返解决办法，即在该情形下具有编码有用数据的数据分组到达太晚，并且根据现有技术被丢弃。相对于丢弃那些没有及时到达的数据分组的解码方法，本发明导致了解码或再现质量的改善。根据本发明，当数据分组没有及时到达时，多数情况下至少可以考虑基本数据BDAT来产生可接受的有用信号。

另外，尤其当没有及时到达的数据分组晚于所述的时间预给定不超过一个帧长时，根据本发明不丢弃这些数据分组，而是被输入到解码装置DE中用于解码。尤其将晚点的数据分组DP的晚点到达的细化数据RDAT输入到解码器DEC2中用于解码。通常，这样晚点的细化数据RDAT虽然再也不能及时地以解码形式被输出，但可以将这些细化数据RDAT用来从接下来及时到达的数据分组中解码细化数据。在该情形下已经可以再次用高的细化质量来解码接下来的数据分组。

本发明可用各种方式构造和改进。

因此解码器DEC2可以利用相应高的取决于解码的延迟进行质量非常高的解码。在该情形下可以规定，测定通信应用的当前实时要求，并据此在解码器DEC2和具有更低的取决于解码的延迟的解码器DEC1之间进行切换。

另外，在取决于解码的延迟和取决于抖动的最大分组渡越时间的总和有限的情况下，可以规定通过切换到具有更低的取决于解码的延迟的解码器DEC1来补偿更高的取决于抖动的渡越时间延迟。

代替分级地相互建立的解码器，解码器DEC1和DEC2可以被实现为相互独立的解码器。因此例如解码器DEC1可以被构造用来解码具有10ms帧长的数据分组，而解码器DEC2可以被构造用来在更宽的频带内解码具有20ms帧长的数据分组。

根据本发明的一种改进，可以设定细化数据的多个分级平面，其被级联地解码和延迟。这种级联的解码装置在图3中被示出。

图3示出了具有基本数据DAT1和分别分级地建立于其之上的细化数据DAT2，...，DATN的数据分组DPN。另外还设有具有不同的取决于解码的延迟的、相互分级地构造的解码器DEC1，DEC2，...，DECN。假定解码器DEC1具有取决于解码的0ms延迟DL1，解码器DEC2具有取决于解码的10ms延迟DL1，以及解码器DECN相应地具有取决于解码的(N-1)×10ms延迟DLN。此外，设有作为延迟装置的缓冲存储器DB1，DB2，...以用来至少部分地补偿延迟DL1，DL2，...DLN之间的差。在本实施例中，缓冲存储器DB1，DB2，...分别具有10ms延迟。此外，混合装置MIX2，...，MIXN分别与解码器DEC2，...，DECN的输出相耦合。

数据分组DPN中所含的编码有用数据被输入给解码器DEC1，DEC2，...，DECN，也即基本数据DAT1被输入给解码器DEC1，细化数据DAT2被输入给解码器DEC2，以及细化数据DATN相应地被输入给解码器DECN。解码器DEC1解码基本数据DAT1，并通过信号输出OUTPUT_1输出被解码的基本数据DAT1。被解码的基本数据DAT1另外还被暂存于缓冲存储器DB1中延迟10ms，被延迟的解码基本数据DAT1被输入到混合装置MIX2。

混合装置MIX2另外还输入有由解码器DEC2以延迟DL2进行解码的细化数据DAT2。所产生的混合结果由混合装置MIX2经信号输出OUTPUT_2输出，并另外还输入到缓冲存储器DB2。缓冲存储器DB2将被解码的细化数据DAT2延迟10ms，并在必要时将被延迟的解码细化数据DAT2输入到另一级联布置的混合装置中。

最后，混合装置MIXN输入有由解码器DECN以延迟DLN进行解码的细化数据DATN和通过前联的缓冲存储器延迟的解码细化数据。所产生的混合结果经信号输出OUTPUT_N输出。

由此在信号输出OUTPUT_1、OUTPUT_2、...、OUTPUT_N上提供了连续被细化的、具有取决于解码的不同延迟的解码有用数据。按照数据分组DPN的时间上的可用性，或者根据所提出的实时要求，信号输出OUTPUT_1、OUTPUT_2、...、OUTPUT_N中的一个可以被接通到解码装置的有用信号输出上。

Claims (6)

1.用于解码通过基本数据(BDAT)和细化数据(RDAT)编码的有用数据的方法，其中：

a)所述基本数据(BDAT)以取决于解码的第一延迟被解码，

b)所述细化数据(RDAT)以取决于解码的第二延迟被解码，其中所述第二延迟大于所述第一延迟，

c)检验所述细化数据(RDAT)根据时间预给定是否可用，其中

-在肯定的检验结果下，被解码的基本数据附加地被延迟，附加地被延迟的被解码的基本数据与被解码的细化数据进行混合，由此产生的混合数据作为有用数据被输出，以及

-在否定的检验结果下，被解码的基本数据作为有用数据被输出，

d)在所述时间预给定之外可用的细化数据(RDAT)被暂存，并被用来解码接下来到达的细化数据和/或基本数据，以及

e)在接下来的细化数据和/或基本数据到达之前，被解码的基本数据附加地被延迟，且所述被附加地延迟的被解码的基本数据作为有用数据被输出。

2.如上述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本数据(BDAT)和所述细化数据(RDAT)以数据分组(DP)到达，

逐个分组地进行基本数据(BDAT)的解码，以及

借助于另一数据分组的细化数据进行数据分组(DP)的细化数据(RDAT)的解码。

3.如上述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，求出所述基本数据(BDAT)和/或所述细化数据(RDAT)的到达时间，并根据所求出的到达时间在输出被解码的基本数据和输出混合数据之间进行切换。

4.如上述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，所述基本数据(BDAT)的解码和所述细化数据(RDAT)的解码根据分级的解码原理而建立在彼此之上。

5.如上述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，设立细化数据的多个分级平面(DAT_2，DAT_N)，其被级联地解码和延迟。

6.用于解码通过基本数据(BDAT)和细化数据(RDAT)编码的有用数据的解码装置(DE)，具有：

a)第一解码器(DEC1)，用于以取决于解码的第一延迟解码所述基本数据(BDAT)，

b)第二解码器(DEC2)，用于以取决于解码的第二延迟解码所述细化数据(RDAT)，其中所述第二延迟大于所述第一延迟，

c)与所述第一解码器(DEC1)的输出相耦合的延迟装置(DB1)，用于附加地延迟被解码的基本数据，

d)与所述第一解码器(DEC1)的输出相耦合的另一延迟装置(DB2)，用于暂存在所述时间预给定之外可用的细化数据，以便解码接下来到达的细化数据和/或基本数据，

e)与所述延迟装置(DB1)的输出以及所述第二解码器(DEC2)的输出相耦合的混合装置(MIX)，用于混合附加地被延迟的被解码的基本数据和被解码的细化数据，

f)可用性检测器(AD)，用于检验所述细化数据(RDAT)根据时间预给定是否可用，以及

g)与所述可用性检测器(AD)相耦合的开关装置(SW)，用于

-在所述可用性检测器(AD)的肯定的检验结果下将所述混合装置(MIX)的输出，和

-在所述可用性检测器(AD)的否定的检验结果下将所述第一解码器(DEC1)的输出

接通到所述解码装置(DE)的有用数据输出(OUTPUT)上，其中在接下来的细化数据和/或基本数据到达之前，被解码的基本数据附加地被延迟，且所述被附加地延迟的被解码的基本数据作为有用数据被输出，使得基本数据能适时地利用接下来的细化数据和/或基本数据进行解码。

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