CN1129262C - 信源、信道编码比特数分配方法 - Google Patents

Abstract

一种信源、信道编码比特数分配方法，本方法采用误码率估计器检测信道误码率参数，比使用信噪比估计器更能准确地得到信道条件综合估计值，同时，误码率检测方式不受信道条件影响，因而根据信道误码率调节信源编码和信道编码的比特数分配关系，使得接收端调节的准确性、可靠性以及接收端信源译码总体质量得到提高。

Description

信源、信道编码比特数分配方法

本发明涉及一种数字通信系统中信源编码、信道编码的结合和控制方法，尤其是信源、信道编码比特数分配方法。

在数字通信系统中，用以传输信息的信道带宽总是有限的，特别地，某些通信系统确定信源编码和信道编码所用的比特数是一定的，例如3GPP推荐的第三代移动通信系统。一般来说，对信源编码技术而言，由于数据压缩编码方法是有失真压缩，压缩比越大，信息失真也越大。对信道编码技术而言，采用的数据编码方法为对信源编码数据增加冗余数据，信息冗余量越大，信息保护的也越好。但是，由于通信系统中信道带宽容量有限，总的用于信源编码和信道编码的比特数是一定的。信道条件好时，信道编码所需的比特数要小，此时可以加大信源编码的比特数，而接收端信源数据恢复的效果不会受到影响；在信道条件较差时，若信道编码的比特数较少，再好的信源编码技术编码的比特也不能保证被正确地传递到接收端，这时可以采用减少的信源编码比特数，增大信道编码的比特数的办法，使接收端总的接收质量较好。因此，在信源编码为有失真编码的前提下，信源编码和信道编码的比特数需要随着信道条件的变化而变化，即：信道条件好时，信源编码比特数多；信道条件差时，信道编码比特数多。

如何判断信道条件，并使之应用于通信系统中信源编码和信道编码的比特数调节方法中，目前采用的是根据信噪比(SIR)判断信道条件，并依此调节信源编码和信道编码的比特数。但由于信噪比本身并不能准确反映信道条件，特别是在衰落信道等信道情况下，较准确地测量信噪比更加困难，因此目前的方法难以通过测量信噪比，完成较准确地调节信源、信道编码比特数的分配，进而保证接收端信息接收质量。

基于上述事实，本发明的目的是，提供一种不受信道条件影响的、准确反映信道条件的信源、信道编码比特数分配方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种信源、信道编码比特数分配方法，该方法包括以下步骤：

(1)在信息接收端检测信道误码率参数，通过该误码率参数判断信道条件；

(2)将上述用以判断信道条件的误码率参数反馈至信息发射端；

(3)利用接收端反馈的信道误码率参数控制并分配信源、信道编码比特数。

由于本发明采用检测信道误码率参数，可以比采用检测信道信噪比参数更能准确地得到信道条件参数估计值，并可以更好地体现译码端恢复信源的质量，同时，这种检测方式不受信道条件影响，因而可以在各种信道条件下，准确调节信源编码和信道编码的比特数分配关系，使接收信源的质量总体更高。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的信源、信道编码比特数分配方法流程示意图；

图2是本发明的语音传输系统原理示意图；

图3是现有技术的语音传输系统流程示意图；

图4是含有本发明的语音传输系统实施例示意图。

首先参考图3。在现有技术中，对信源、信道编码比特数的分配控制是由信道信噪比估计器反馈的信道信噪比作控制源实现的。使用信噪比方式表示信号在接收端的质量，进而用之判别信道传输条件，一般来说，很难准确判别和表述。特别是在衰落信道条件下难以测量信噪比，根本无法用之判别信道条件，使得调节方法很难发挥作用。而采用接收端反馈回的信道误码率作控制源，由于误码率的测量不受信道条件影响，较信噪比方式更能准确反映接收端信号质量，因而可以准确地判别信道条件。

本发明的原理如以下描述，参考图1、2。假设信源输入为采样量化的语音数据或图象数据，数据是根据时间每T毫秒为一帧输入，每一帧输入的比特数是固定的，假定为K₁。信源编码的目的是对每一个输入帧的K₁比特数据进行压缩，由于压缩是有失真压缩，因此压缩的基本原则为，使压缩编码的数据在信道译码后能够恢复出人们可以接受的效果。假定K₁比特的数据压缩后的编码变为K₂比特，此时K₂＜K₁，由于采用不同的压缩判据，K₂可以为几个不同的取值，如K₂＝K₂₁，K₂₂，K₂₃，...，K_2N，并且，K₂₁＜K₂₂＜K₂₃＜...＜K_2N＜K₁。同时，信道编码对K₂比特的数据进行信道编码，编码的目的是保护数据不受信道影响，故必须增加信息冗余量，令信道编码后的比特数为K₃，并且有K₃＞K₂。由于通信系统的容量是一定的，为使得通信系统中用户数量不变或基于其它原因，用于信源编码和信道编码的总的比特数是一定的，即K₃对调制等信息处理模块是一个常数。由此，根据K₂的不同，用于信道编码的比特数(K₄＝K₃-K₂)也随之而变，K₂增加，K₄减少。

译码时，采用信道误码率检测替代信噪比检测，能更为准确地得到信道条件估计值，并可以更好地体现译码端恢复信源的质量。通过将信道译码(可以是卷积码-VITERBI译码，TURBO码-MAP或SOVA类译码，或分组码的译码方法等)前的数据和信道译码后的数据进行反编码后相比较，得到信道瞬时误码率估计值，将上述瞬时误码率估计值进行平滑处理后，得到信道误码率综合估计值，再将该综合估计值反馈给发射端，用以控制信源编码和信道编码的比特数的分配，使得总的译码恢复信源数据的质量更好。

此时，发射端的基本操作流程如下：

1、信源数据分帧输入，每帧K₁比特；

2、K₁比特数据被信源编码模块压缩为K₂比特，其中，

    K₂＜K₁，

    K₂＝K₂₁，K₂₂，K₂₃，...，K_2N，

    K₂₁＜K₂₂＜K₂₃＜...＜K_2N＜K₁；

3、K₂比特的数据通过信道编码模块变为K₃比特，由于K₂是变化的，故用于信道编码的比特数K₄＝K₃-K₂也是变化的。

因为一般的用于信道编码(特指卷积码、TURBO码等)的比特数K₄为K₂的整数倍，例如，1或2倍；为使K₄＝K₃-K₂，采用通信系统中常用的复用技术，如打孔和重复，调节被卷积码或TURBO码等编码后的比特数，使其最终K₄＝K₃-K₂，故这里调节信道编码的比特数实际为包含复用的调节技术。

4、将压缩后的编码调制后通过信道发出；

调制后的数据经过信道可能发生误码传送到接收端。

接收端的基本操作流程如下：

1、调制后数据通过解调等到信道译码模块；

2、进行信道译码、和信源译码；

3、将信道译码后的数据进行反编码和信道译码前的数据相比较，得到信道瞬时误码率估计值，将上述瞬时误码率估计值进行平滑处理后，得到信道误码率综合估计值，将该信道误码率综合估计值反馈给发射端控制比特分配。首先确定信源编码比特数K2，方法为：根据信道误码率参数值的范围确定信源编码比特数，其次利用系统信源、信道编码总比特数减去上述信源编码比特数，作为信道编码比特数。确定信源编码比特数分配过程如：

当{误码率＜B₁        则  K₂＝K_2N；

  B₁＜＝误码率＜B₂  则  K₂＝K_2N-1；

  ……

  B_N-1＜＝误码率     则  K₂＝K_2l；}

其中：B₁＜B₂...＜B_N-1

上述B₁、B₂、...、B_N-1的值主要是根据语音译码在有误码条件下译码性能确定，经实验决定的。基本原则为在当前误码下，调节信道编码和信源编码的比特数，选择最好的译码语音质量。

本发明可以应用于存在信源编码、信道编码的通信系统中。参考图4。假设信源采用AMR语音编译码，信道编码采用卷积编码，译码采用VITERBI译码，传输信道采用瑞利信道，接收端采用误码率估计器检测信道误码率参数，发射端采用比特分配控制器控制信源编码和信道编码的比特数分配，语音输入为采样量化的语音PCM数据，8KHz采样率，64Kbitps，A-LAW压缩，AMR编码对每20ms为一帧的语音数据(160点，160*16比特)进行压缩，则K₁＝2560比特。

AMR有8个速率档次，分别为：4.75，5.15，5.90，6.70，7.40，7.95，10.2或12.2kbps，对应各种速率，每语音帧所传语音比特数为：95，103，118，134，148，159，202，244比特。AMR编码后的比特数为K₂，K₂＝95，103，118，134，148，159，202，244。同时，对K₂进行卷积编码，令信道编码后的比特数为K₃＝488不变。由此，根据K₂的不同，用于信道编码的比特数(K₄＝K₃-K₂)也随之而变，K₂增加，K₄减少。K₄＝393，385，370，354，340，329，286，244。假设AMR的速率为12.2kbps，则每语音帧所传语音参数比特数为244比特。

译码时，误码率估计器对VITERBI译码前的误码率进行估计，估计方法为对VITERBI译码后的数据进行反编码和译码前数据比较得到瞬时误码率估计，通过对瞬时误码率估计值进行平滑得到处理后的综合误码率估计值。并把该综合误码率估计值反馈给发射端比特分配控制器，让比特分配控制器控制信源编码和信道编码的比特数分配。

对应的发射端基本操作流程如下：

1、信源数据分帧输入，每帧2560比特；

2、K₁比特数据被信源编码模块压缩为K₂比特，其中，

    K₂＜2560，

    K₂＝95，103，118，134，148，159，202，244比特；

3、K₂比特的数据通过信道编码模块变为488比特，由于K₂比特数是变化的，故用于信道编码的比特数K₄＝K₃-K₂也是变化的；若K₂＝244比特，则K₄＝244比特。

4、将编码后的数据经调制发送到信道。

调制后数据经过信道可能发生误码传送到接收端。

对应的接收端基本操作流程如下：

1、调制后数据通过解调等到信道译码模块；

2、进行信道译码、和信源译码；

3、误码率估计器将信道译码后的数据进行反编码和信道译码前的数据相比较，得到信道瞬时误码率估计值，将上述瞬时误码率估计值进行平滑处理后，得到信道误码率综合估计值，将该信道误码率综合估计值反馈给发射端比特分配控制器，比特分配控制器控制信源、信道的比特数的分配，首先确定信源编码比特数K₂，方法为：根据信道误码率参数值的范围确定信源编码比特数。具体过程为：

当{误码率＜B₁         则  K₂＝K_2N；

    B₁＜＝误码率＜B₂ 则  K₂＝K_2N-1；

    ……

    B_N-1＜＝误码率     则  K₂＝K_2l；}

其中：B₁、B₂、...、B_N-1，分别为：0.0005，0.001，0.0015，0.002，0.0025，0.003，0.0035。

其次利用系统信源、信道编码总比特数减去上述信源编码比特数，作为信道编码比特数。

若此时的误码率综合估计值0.0008，误码率估计器把估计得到的综合误码率反馈给发射端比特分配控制器，控制并分配信源、信道编码比特数，则用于信源编码的比特数K₂＝202比特，用于信道编码的比特数K₄＝286比特。

Claims (2)

1、一种信源、信道编码比特数分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(11)在信息接收端检测信道误码率参数，通过该误码率参数判断信道条件；

(12)将上述用以判断信道条件的误码率参数反馈至信息发射端；

(13)利用接收端反馈的信道误码率参数控制并分配信源、信道编码比特数：先确定信源编码比特数K，方法为：根据信道误码率参数值的范围确定信源编码比特数；再利用系统信源、信道编码总比特数减去上述信源编码比特数，作为信道编码比特数。

2、根据权利要求1所述的信源、信道编码比特数分配方法，其特征在于，所述判断信道条件的误码率参数是按照下述方法取得的：

(21)在信息接收端将信道译码后的数据进行反编码和信道译码前的数据相比较，得到信道瞬时误码率估计值；

(22)将上述瞬时误码率估计值进行平滑处理后，得到信道误码率综合估计值，该信道误码率综合估计值既为判断信道条件的误码率参数。

Images