CN102142887A

CN102142887A - 周期性间断发送的语音码流平滑传输方法及系统

Info

Publication number: CN102142887A
Application number: CN2011100330652A
Authority: CN
Inventors: 吴建军; 栾西; 徐晓燕; 任术波; 程宇新
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2011-01-30
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2031-01-30
Also published as: CN102142887B

Abstract

本发明公开了一种周期性间断发送的语音码流平滑传输方法及系统，属于通信技术领域。在本发明的所述方法中，发送端接收语音帧，并通过超帧将语音帧的语音数据发送至接收端；所述超帧由多个子帧和位于超帧末尾的填充域组成，所述方法的特征在于：a)发送端缓存一个语音帧的数据包，并在收到下一个语音帧的数据包之后开始向接收端发送语音数据；b)发送端通过一个超帧中的子帧的剩余数据发送能力向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据；c)在超帧的填充域的时间窗口内，发送端停止向接收端发送语音数据。本发明可用于卫星通信尤其是卫星移动通信系统。

Description

周期性间断发送的语音码流平滑传输方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星移动通信，具体涉及一种周期性间断发送的语音码流平滑传输方法及系统，属于通信技术领域。

背景技术

时分双工模式(TDD：Time Division Duplexing)是第三代(3G)地面移动通信系统的主流工作模式之一，其中我国具有自主知识产权的TD-SCDMA标准就是基于TDD模式的技术。在卫星通信尤其是卫星移动通信系统中，由于存在较大的星地传输时延(例如，静止轨道GEO卫星轨道高度约为36000公里，最大单跳往返时延约有270ms)，采用TDD模式较为困难，因此相应的系统及技术研究并不多见。

申请人在前期提出的专利申请“卫星移动通信的时分双工通信方法”(公开号CN101895331A)中，提出了一种面向时分双工卫星移动通信的物理帧构造方法，尤其是其中的基于传输时延周期的超帧划分方法，使得对第3代甚至是第4代的地面TDD模式移动通信标准的兼容变为可行。其中的一种示例如图1所示。

由于上述超帧结构以卫星到终端的传输时延为周期，而另一方面该传输时延并不一定是无线帧或子帧的整数倍，因此需要引入不进行任何传输的空闲填充域。而填充域的引入则造成原有的正常实时语音码流的传输发生断续，这是所采用的超帧结构必须就相应语音码流传输进行平滑设计的原因。

一种可参照的技术是网络IP电话的抖动缓冲技术，在接收端设立接收缓存池，用以消除网络传输抖动的影响。不过对于卫星通信而言，由于自身的传输时延本已较大，不宜引入过多的接收端缓存，否则将直接影响到语音的质量。

发明内容

本发明针对采用周期超帧而导致物理帧排列具有周期性间断部分的通信方式，提供一种实时语音码流平滑传输的方法和系统，以解决超帧结构可能带来的语音码流不连续的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，在所述方法中，发送端接收语音帧，并通过超帧将语音帧的语音数据发送至接收端；所述超帧由多个子帧和位于超帧末尾的填充域组成，所述方法的特征在于：

a)发送端缓存一个语音帧的数据包，并在收到下一个语音帧的数据包之后开始向接收端发送语音数据；

b)发送端通过一个超帧中的子帧的剩余数据发送能力向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据；

c)在超帧的填充域的时间窗口内，发送端停止向接收端发送语音数据。

在上述方法中，发送端优选通过下列发送规则向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据：一个超帧中的子帧以其最大的剩余数据发送能力发送语音数据。

或者，在上述方法中，发送端优选通过下列发送规则向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据：一个超帧中的各个子帧以互相平均的数据发送量发送语音数据。

针对上述方法，本发明提出一种语音码流平滑传输系统，如图2所示，所述系统具有如下技术特征：

1.系统包括发送端和接收端两个部分；

2.发送端至少包括语音编码器、发送语音先入先出缓冲寄存器(FIFO)、编码调制器、发送控制器等4个功能模块，其中，

语音编码器：对模拟话音进行采样、量化和编码，形成数字化语音数据；

发送语音先入先出缓冲寄存器(FIFO)：对需要传输的语音帧数据进行缓存；

编码调制器：对发送语音帧数据进行信道编码和调制，并传送到信道上；

发送控制器：对语音编码、发送语音FIFO缓存、编码调制等功能模块进行控制；

3.接收端至少包括解调解码器、接收语音先入先出缓冲寄存器(FIFO)、语音解码器、接收控制器等4个功能模块，其中，

解调解码器：对从信道上接收到的信号进行解调和信道解码，传送到接收语音FIFO缓存；

接收语音先入先出缓冲寄存器(FIFO)：对需要送至语音解码器的语音帧数据进行缓存；

语音解码器：对数字化语音数据进行还原，恢复出模拟话音信号；

接收控制器：对语音解码、接收语音FIFO缓存、解调解码等功能模块进行控制。

此外，根据本发明方法的a)可知，发送端语音数据FIFO的缓存深度不小于2个语音帧的语音数据；接收端语音数据FIFO的缓存深度也不小于2个语音帧的语音数据。

下面结合本发明的方法和系统对本发明进行更为具体的描述：

1.在启动语音数据传输之前，先在发送端缓存FIFO中预存一个语音帧的数据包；

2.发送端每经过一个语音帧周期，便从语音编码器获得一个语音帧数据包，并将语音帧数据包所包含的语音数据存入发送缓存FIFO，编码调制器从发送缓存FIFO中取出语音帧数据进行传输；

3.发送控制器在每一个语音帧数据包到来的时刻，对发送缓存FIFO进行分析，判断该FIFO中是否累积剩余有之前未能被传输的语音帧语音数据；

4.自一个超帧的起始处开始，除正常的语音帧数据传输信道外，安排额外附加信道对前一超帧的剩余语音数据进行传输，直至发送端完成传输，或者直至本超帧结束；如果前一超帧未剩余语音数据，则本超帧只完成正常的语音帧数据传输，不额外附加传输信道；

5.接收端在传输正常开始之后，也即解调解码器获得语音数据并存入接收缓存FIFO之后，每经过一个语音帧周期，从接收缓存FIFO中取出一个语音帧数据包，传送至语音解码器以还原模拟语音。

本发明中针对采用周期超帧结构因而可能造成相应实时语音发送周期性间断的一些通信系统(如时分双工卫星通信系统)，提供一种语音码流平滑方法及系统，可以克服因传输断续造成的语音码流不连续问题，这对时分双工卫星通信尤其是时分双工卫星移动通信系统的具体实施是非常有利的。

附图说明

图1是超帧组成结构的一个示例图；

图2是本发明语音码流平滑传输系统的示意图；

图3是具体实施例中采用的TD-SCDMA子帧结构示意图；

图4是具体实施例中采用的超帧结构示意图；

图5是实施例中的语音码流平滑传输方法的发送流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述。

在下述实施例中，假定卫星到终端的单程传输时延为139毫秒(ms)。

本实施例中采用TD-SCDMA标准的子帧结构进行说明，如图3所示，该子帧长度为5ms。相应的超帧组成结构如图4所示，每个超帧长度为139ms，包含有27个5ms的TD-SCDMA子帧(子帧序号从0到26)，而剩下的4ms无法填入一个子帧，所以留作不进行传输的空闲填充域。因此将会在每个超帧产生一个子帧长度语音数据的剩余累积。

一个语音帧的长度一般为20ms，若语音编码速率为12.2kbps，则一个语音帧的数据量为244比特。一个子帧的长度为5ms，因此一个语音帧的数据量通过4个子帧(20ms/5ms＝4)发送，则每个子帧发送的数据量为61比特(244/4＝61)。

若语音编码速率为16kbps，则每个子帧发送的数据量为16kbps*20ms/4＝80kb。

通过上面的描述可知，每个语音帧的数据量通过四个子帧发送。一个超帧包括27个子帧，前24个子帧可以顺利发送6个语音帧的数据量，最后3个则还差1个子帧才能发送1个语音帧的数据量，也就是说，每个超帧会产生61比特的待发送语音数据量。

在本实施例中可以按照下列两种方式之一对这61比特的待发送语音数据安排额外信道进行传输：

(1)超帧中前3个子帧每一个额外传输19比特数据，第4个子帧额外传输4比特数据，总共61比特数据；

(2)超帧中第0至第6号子帧每一个额外传输3比特数据，第7至第26号子帧每一个额外传输2比特数据，总共61比特数据；

语音码流平滑传输方法的发送流程如图5所示，具体步骤如下：

(1)发送端获得第一个244比特的语音帧数据包，预存入发送缓存FIFO；第二个244比特的语音帧数据包进入发送缓存FIFO之后，就可以启动语音数据的传输；

(2)发送控制器判断当前是否处在超帧尾部的空闲填充域部分。如果是则停止数据传输，等待直至经过填充域后再执行下一步骤；否则直接执行下一步骤；

(3)发送控制器判断当前是否为超帧的开始，

如果是超帧开始，则进一步判断是否上一超帧累积有剩余的待发送语音数据；如果有，则按照上述方法安排额外的附加传输信道进行数据传输并转至下一步骤；否则直接转至下一步骤；

如果不是超帧开始，则进一步判断本超帧是否还有未传送完毕的待发送语音数据；如果有，则按照上述方法安排额外的附加传输信道进行数据传输并转至下一步骤；否则直接进入下一步骤；

(4)执行子帧内语音数据传输过程。子帧内语音数据传输完毕之后，转至步骤(2)进行循环发送。

相对而言，语音码流平滑传输方法的接收流程比较简单，只需要在解调解码器获得语音数据并存入接收缓存FIFO之后，每经过一个20ms的语音帧周期，从接收缓存FIFO中取出一个244比特的语音帧数据包，传送至语音解码器以还原模拟语音。

以上虽然仅仅是参考特定的具体实施例对本发明进行了图示和说明，但是任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可能对本发明进行的形式和细节上的任何修改，都应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，在所述方法中，发送端接收语音帧，并通过超帧将语音帧的语音数据发送至接收端；所述超帧由多个子帧和位于超帧末尾的填充域组成，所述方法的特征在于：

2.如权利要求1所述的周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，其特征在于，发送端通过下列发送规则向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据：一个超帧中的子帧以其最大的剩余数据发送能力发送语音数据。

3.如权利要求1所述的周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，其特征在于，发送端通过下列发送规则向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据：一个超帧中的各个子帧以互相平均的数据发送量发送语音数据。

4.如权利要求1所述的周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，其特征在于，所述超帧的长度为139ms，由27个长度为5ms的子帧和1个长度为4ms的填充域组成。

5.如权利要求4所述的周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，其特征在于，所述语音帧的长度为20ms，语音编码速率为12.2kbps，一个超帧遗留的待发送语音数据为61比特。

6.如权利要求5所述的周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，其特征在于，发送端通过下列发送规则向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据：一个超帧中的前3个子帧每一个传输19比特的语音数据，且第4个子帧传输4比特的语音数据。

7.如权利要求5所述的周期性间断发送的语音码流平滑传输方法，其特征在于，发送端通过下列发送规则向接收端发送上一超帧遗留的待发送语音数据：一个超帧中的前7个子帧每一个传输3比特的语音数据，后20个子帧每一个传输2比特的语音数据。

8.一种周期性间断发送的语音码流平滑传输系统，其特征在于，所述系统包括发送端和接收端；

所述发送端包括语音编码器、发送语音先入先出缓冲寄存器、编码调制器和发送控制器；所述语音编码器对模拟话音进行采样、量化和编码，形成数字化语音数据；所述发送语音先入先出缓冲寄存器对需要传输的语音数据进行缓存；所述编码调制器对待发送的语音数据进行信道编码和调制，并传送到信道上；所述发送控制器对所述语音编码器、发送语音先入先出缓冲寄存器和编码调制器进行控制；

所述接收端包括解调解码器、接收语音先入先出缓冲寄存器、语音解码器和接收控制器；所述解调解码器对从信道上接收到的信号进行解调和信道解码；所述接收语音先入先出缓冲寄存器对需要送至语音解码器的语音数据进行缓存；所述语音解码器对语音数据进行还原，恢复出模拟话音信号；所述接收控制器对所述解调解码器、接收语音先入先出缓冲寄存器和语音解码器进行控制。