CN1135759C - 语音译码器中计算挂起周期的方法、语音编码器和收发机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在发射机和接收机之间使用不连续发射的通信系统中用于发射机的语音编码器和接收机的语音译码器互同步的一种方法。不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，其中一些周期将包含被发射帧，一些周期将不包含发射信息；因此，该方法包含的步骤有：生成信息发射周期(200)，它至少由一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，以及生成寂静周期(208，209)，它的长度至少为一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息。不连续发射还包括一个出现不规则的周期(T)，它包含信息发射周期(200)和下一寂静周期(208，209)之间的至少一个帧。构成一个挂起周期的不规则周期确定与寂静周期有关的信息。

Description

语音译码器中计算挂起周期的方法、语音编码器和收发机

技术领域

本发明通常涉及用于数字无线系统的语音编码和译码，具体地说是在语音译码器中如何使用不连续发射方式下用在语音周期之后的挂起周期。本发明具体涉及在发射机和接收机之间使用不连续发射的通信系统中的语音译码器内计算挂起(hangover)周期的方法，其中不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，其中一些周期将包含被发射帧，一些周期将不包含发射信息；该方法包含的步骤有：生成信息发射周期，它至少由一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，以及生成寂静周期，它的长度至少为一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息；还有一个出现不规则的周期，它至少包含信息发射周期和下一寂静周期的一个帧，构成一个挂起周期的不规则周期确定与寂静周期有关的信息。因此本发明涉及实施该方法的一种语音译码器和收发机。

背景技术

下面我们说明如何进行涉及无线电话功能的语音编码和译码，为了更好地理解本发明，我们将解释在蜂窝移动通信系统中的收发机操作。举例来说，我们将参考图1描述以时分多址联接为基础的泛欧GSM系统的发射和接收功能模块，该图表示GSM系统移动电话收发机的方框图。基站收发机与移动电话收发机的不同在于它没有麦克风或扬声器，但是在其它方面它与移动电话收发机基本相同。

发射过程的第一步是对语音进行数字化1和编码2。A/D变换器1以8MHz速率抽样，语音译码算法认为输入信号是13比特线性PCM。来自A/D变换器的抽样被分段成语音帧，每帧有160个比特，因此它的长度是20ms。语音编码器2对长度为20ms的语音帧进行处理。也就是说在编码开始之前缓冲器接收20ms的语音。编码操作在每帧，或其子帧(长为40个比特的数据块)上进行。语音编码器2中的编码为每帧产生260个语音参数比特。

语音编码2之后，信道编码3按两步进行，因此一个语音参数帧内260个总比特中最重要的50个比特首先受到分组码3a(＝CRC，3比特)的保护，然后这些比特和次重要比特(132)进一步受到卷积码3b(编码效率1/2)((50+3+132+4)×2＝378)的保护，一部分比特(78)不在保护之列。如图1所示，分组编码部分3a接收直接来自控制电话部分的控制单元19的信令和逻辑消息；因此，这些信息当然没有经过语音编码。相应地，接收端接收的信令和逻辑消息由信道译码部分15送到控制单元。在分组编码3a中，每个语音帧末尾加入了一个比特序列，该比特序列能在收端检测传输错误。卷积编码3b提高了语音帧的冗余度，因此对于20ms的每帧，总共需要传输456个比特。

这456个比特经过交织4，交织也包括两个步骤。首先在4a中这些比特被重排成大小相同的八个数据块。这些数据块在4b进一步被分成八个连续的TDMA帧，或者说是在无线信道的八个时隙中传输456个交织比特(每个时隙57比特)。传输错误通常以错误突发出现，因此交织的目的是使错误均匀地分布在被传输的数据上，这样信道译码能更有效地进行。在解交织之后，错误突发被转换成单个错误比特，它可以由信道译码纠正。发射过程的下一步是数据加密5。加密根据一个算法进行，该算法是GSM的最佳保留机密之一。加密防止了在模拟网中可能出现的未经授权收听。

通过给加密数据加上一个训练序列，尾比特和一个保护周期就形成了一个发射突发。发射突发被送到一个GMSK调制器7，后者对突发进行调制以便发射。GMSK调制方法(高斯最小移位键控)是一种幅度恒定的数字调制方法，其中信息包含在相位偏移中。发射机8借助一个或多个中间频率将调制后的突发上变换到900MHz，并通过天线在无线通道上发射。发射机8是三个射频部RF之一。接收机9是接收端的第一个部分，相对于发射机8而言，它执行相反的操作。第三个RF部分是一个产生频率的合成器10，GSM系统使用跳频，对于每个TDMA帧，发射和接收频率是变化的。跳频改善了连接质量，但是对合成器10提出了严格要求。合成器10必须能够在小于1毫秒的时间内迅速地从一个频率转换到另一频率。

收端进行相反的操作。在RF接收机9和解调器11之后，进行一次检测12，例如由检测接收抽样中的比特的信道均衡器进行，换句话说，它将尽量找出被发射的比特序列。检测之后是解密13和去交织14，检测后的比特经过信道译码15，错误检验和通过循环冗余校验(CRC)进行校验。信道译码15尽量纠正在一个突发传输中产生的比特错误。信道译码15之后，260比特的语音参数帧将包含描述语音的被发射参数，语音译码器16根据它重新生成语音信号的数字抽样。抽样经过D/A变换17，由扬声器18重放。

发射机/接收机有一个控制单元19，它是控制移动站的中心单元，它实际上控制了1到18的所有部分，协调它们的操作并控制定时。例如，控制单元19通常包括一个微处理器。

GSM系统以时分多址联接(TDMA)为基础，为它保留了两个25MHz的频段：在移动单元，890～915MHz用于发射，935～960MHz用于接收。这些频段被分成间隔为200KHz的124个频道。根据TDMA原理，每个频道分成8个时隙。对每个移动电话给定一个时隙用于发射和接收，这样每个频道可以同时传送八个呼叫。无线通道上的通信以所述时隙中的突发进行，每个突发在它自己的时隙中发射。在GSM系统中，271kbit/s的传输速率得到一个突发周期为577μs，其长度是156.25比特，因而带有八个时隙的一个TDMA帧长度为4.615ms。图2表示的传输和接收对应一个在由八个时隙组成的每个TDMA帧中使用时隙R×2接收、时隙T×2发射的移动电话。因此移动电话在长度为4.615ms的每个TDMA帧内，可以在0.577ms周期中发射。

在数字蜂窝无线电话系统，例如GSM系统(全球移动通信系统)中，一般使用一种被称作不连续发射(DTX)的方式在用户没有说话，也就是电话没有信息发射时的大部分时间内关闭无线电话发射机。它的目的是降低无线电话的平均功耗和改善对无线频率的使用，因为传输中包含寂静的信号会对其它同时存在的无线连接产生不必要的干扰。为了阐明本发明背景，下面我们将对在语音编码和译码中使用不连续传输的原有技术方法进行比较详细的描述。GSM系统及其标识、缩写和标准是用于说明本发明背景和应用的例子，但是本发明决不仅限于GSM系统。

图3表示包含一个语音编码装置或语音编码器102的无线系统接收机的方框图。在它的输入端口100接收的数字化语音信号101以被称作语音帧的周期在语音编码器102中处理。一个语音帧的长度通常是10到30ms(在GSM中是20ms)，用于把语音信号101转换成数字形式的抽样频率通常是8kHz。语音编码器102生成的语音帧包括一个参数集103，它通过有关端口111被送到对应数字蜂窝网络端设备的无线部分。在本文中，认为发射机的无线部分从信道编码器输入开始，也就是说语音编码器的端口111直接与发射机的无线部分连接。

图3的语音编码器包括一个间接控制不连续发射功能的话音活动检测(VAD)模块。它检测要被发射的信息，例如语音是否存在，也就是说，它检测什么时候处理涉及噪声和语音以及什么时候只需处理噪声。它持续工作，从而检查用户是否在对他的电话讲话。话音活动检测器104的功能基于语音编码器的内部变量105，它产生的输出信号106最好是1比特，该比特被称为VAD标志。VAD标志的值为1就对应处理与用户谈话有关的情形，值为0对应用户寂静，语音编码器中的处理只与噪声有关的情形。VAD标志的一个特定值总是对应由语音编码器102生成的一个特定帧。在GSM标准GSM06.32和GSM06.42以及专利文献WO 89/08910中详细描述了典型话音活动检测模块104的功能。

根据人们熟知的功能原理，语音编码器102通过端口111连续向发射机装置的无线部分发射帧。每帧包含一个特定比特，这个所谓的SP标志107说明对应的帧包含语音参数(SP标志为1)或该帧是一个所谓的寂静描述符或SID帧(SP标志为0)。下面描述的某些参数在SID帧中传送给接收机，或者在这个帧中没有发射信息(这代表不连续发射中没有实际发射时的寂静周期)。在发射机的无线部分，帧的处理及其在到接收机的无线接口上的传输取决于SP标志的值，以及基于TDMA复帧结构的SID帧发射安排。为了实现不连续发射，语音编码器有一个不连续发射方式控制单元112，它控制语音编码器102(尤其是设置所述SP标志107的值)以及下面所述SID存储器110的功能。控制单元或模块112最好用软件实现，根据GSM标准它是人们所熟知的。在GSM标准GSM06.31和GSM06.41中描述了用于GSM系统的不连续发射方式控制单元112和SID存储器110的典型实施例。

不连续发射方式存在一个由于传输中的背景噪声导致的基本问题。根据上面给出的定义，不连续性意味着当所述VAD模块104检测到用户没有说话并告知控制模块112这一情形时，通过无线接口向接收用户提供语音帧被中断了。当发射中断时，语音背景中听到的背景噪声也中断了。接收用户就会感觉到发射中断，因为听筒中听到的噪声消失。在不连续发射中，发射中断可能极其迅速，而且时间不规则，因此接收用户会感受到音量迅速变化的干扰。特别是当发射用户处于一个嘈杂的环境，例如一辆小汽车中的时候，接收用户可能很难听懂发射用户的语音。通常用来解决上述问题的一个方法是发射中断期间在接收方产生合成噪声，它类似于背景噪声，被称作舒适噪声。发射方的舒适噪声参数计算模块108计算产生舒适噪声所需的参数，这些参数在紧接语音周期之后和发射中断之前的寂静描述符或SID帧中送往接收机，并在此这后以很长的间隔但有规则地送往接收机(取决于以TDMA复帧结构为基础的SID帧发射安排)。在发射中断期间仍以很长的间隔发射SID帧将提供应付背景噪声变化的手段，它们为接收机的噪声发生器适应这些变化提供了可能。

已经发现如果接收机从来自发射机的SID帧中收到的参数足够准确地描述了发射方背景噪声电平和声谱包络，在接收机中将能产生高质量的舒适噪声为接收用户所听。这些背景噪声特性通常会随时间略有变化，因此为了得到一个有代表性的抽样，舒适噪声计算处理必须在几个语音帧周期内对背景噪声电平和频谱包络形状进行平均。GSM标准GSM06.31和GSM06.41定义了连续发射中全速率和半速率语音编码器的功能，在提到的第一种情况中平均周期是4个语音帧，在第二种情况中平均周期是8个语音帧，其中一个语音帧长度是20ms。

为了保留足够的时间以便发射机确定第一个SID帧，定义了所谓挂起周期的概念，该帧包含在语音周期200结束之后和发射中断之前产生舒适噪声需要的参数。挂起周期指的是当VAD模块104已检测到语音结束(VDD标志106值为0)，但仍在发射语音帧(SP标志107值为1)时的时间。这种情况如图4所示，其中VAD标志106的值当语音结束时立刻复位到零，但是SP标志的值只有在挂起周期T之后才复位到零。在挂起周期中，可以确保被处理信号只包括噪声，因为VAD模块已检测到用户不在说话。因此在周期T内处理的、包含在语音帧201到207中的信息可以用来确定产生舒适噪声所需的参数。

挂起周期T的长度取决于噪声测量的平均时间。它必须足够长以便完成平均过程，并能向接收方发送用于产生舒适噪声的正确参数。当使用全速度语音编码时，挂起周期长度等于平均时间或4帧(语音帧)，舒适噪声参数具体根据这些帧计算。在半速率GSM编码器中，挂起周期长度是7帧(语音帧)，因为属于平均周期的第八帧(语音帧)在处理第一个SID帧(图4中的208)期间从语音编码器得到。图4考虑的是后一种情况，也就是说它表示使用半速率GSM语音编码器时挂起周期T和平均时间之间的关系。与第一个SID帧208有关的平均周期由线段211表示，与第二个SID帧有关的平均周期由线段212表示。

当挂起周期结束，语音编码器产生SID帧之后，舒适噪声参数计算模块108中的一种算法继续估计背景噪声特性。当SP标志107值为零时，语音编码器在每个这种帧期间向发射机的无线部分111传送一个SID帧。如上所述，所有SID帧都不被送往接收机，以便获得通过在不安排发射帧时关闭发射机的不连续发射方式的优点。无线部分在语音周期之后和发射中断之前安排发射第一个SID帧，之后根据TDMA复帧结构以很长间隔但是有规则地发射SID帧。控制模块112通过把标志109置为1向模块108提供一个平均周期结束的信息。通常这个标志的值为0，但是当更新后的SID帧被送往发射机的无线部分111时，该值被置为1。当标志109的值为1，即平均周期结束时，舒适噪声参数计算算法就进行平均并把更新后的SID帧送到无线部分，以待进一步在发射支路(到图1中的信道编码器3)上传送。如果在某个特定帧期间完成了一次新的平均周期，语音编码器就计算一个新的SID帧，把它送到无线部分111并且将所得SID参数写入SID存储器模块110中存储。如果平均周期没有完成，SP标志107的值为零(正如在一个很短的语音周期之后)，最新计算出来并存储在SID存储器模块中的SID参数就被读出并送到无线部分111。如果语音周期非常短，也就是说如果一个周期少于从最后一个SID帧产生和送到无线部分所经历的24帧长时间，在下一个帧期间，最后的SID帧被重新从SID存储器110中取出并送到无线部分，直到产生一个新的SID帧，即经过一个平均周期。这一功能的目的是在极短的背景噪声峰值偶然被当作语音的情况下减少不必要的发射动作，因为在对应的短语音周期之后没有挂起周期用来产生一个新的SID帧。

因此每当SP标志107值为零时，发射机的无线部分111从语音编码器获取一个SID帧。无线部分总是在语音周期之后向接收机发射第一SID帧。然后发射中断，无线部分以很低的速率连续向接收机发射间隔规则的更新SID帧(GSM系统中在全速率编码方式下以24帧的间隔)。准确的更新时刻与移动电话系统的TDMA复用同步。语音编码器不知道它送给无线部分111的哪些SID帧将被发射给接收机。

图5表示没有挂起周期的最长可能周期。根据该图，它包括两个独立的语音周期301和302，在它们之间的周期中使用了一个老的SID帧SIDk。图中周期301、302和303的组合长度是22周期(帧)，之后还有一个长度为7帧的周期，在该周期中使用老的SID帧SIDk。一个特定比特或标志(图3中的113)用于通知SID存储器110它应该存储一个新的更新SID帧或应该读出存储器中存储的上次更新的SID帧并送往无线部分。每次当SP标志107的值为零时，SID存储器根据标志113的值决定存储或读取。

当使用一个半速率GSM语音编码器时，我们也需要一个标志114，它向舒适噪声参数计算算法指示第一个SID帧。该标志的值通常为0，但是在发射跟随一个语音周期的第一个SID帧的时候，无论这个语音周期之后是否使用了一个挂起周期，在一个帧期间该标志的值都被置为1。

图6以方框图的形式表示一个位于采用不连续发射方式系统的接收机内的语音译码器(图1中的模块16)。它通过输入端口400从接收机的无线部分(也就是从位于接收支路中语音译码器16之前的模块，在图1中是从信道译码器15)逐帧接收参数401，因而参数在语音译码器中经过处理以合成语音信号并通过端口404送往D/A变换器以传到用户耳中。

处理不连续发射的接收部分还要从无线部分接收与每一帧有关、在功能上对应发射方SP标志的SP标志比特405。当接收帧是一个语音帧，也就是当它包含语音信息的时候，SP标志的值为1，当接收帧是一个SID帧，或当发射中断的时候，它的值为0。处理不连续发射的接收部分还要从无线部分400接收标志比特406，它的值告诉语音译码器的舒适噪声产生模块407，来自发射机无线部分111的一个新SID帧(正如描述语音编码器时提到的，很少发射这种帧)已经到达接收机。根据这个信息，舒适噪声产生模块407通过内插，逐帧地开始从当前所用舒适噪声参数值向新的，最近收到的参数值变化，标志比特106的值通常是0，但是当SP标志的值为0，并且无线部分收到一个新SID帧的时候，在一个帧的周期内它的值将为1。

当接收机中的SP标志405的值为0，即接收机检测出没有收到任何语音帧的时候，语音译码器的舒适噪声产生模块407就根据从接收方背景噪声中测得，并由SID帧传送的信息产生舒适噪声。

接收机中的不连续发射控制模块408以SP标志405作为输入，并输出一个标志比特409，它的值通常为0，但是当语音译码器收到语音周期之后的第一个SID帧时，在一个帧期间它的值被置为1。在GSM系统半速率语音译码器中需要标志比特409，以向舒适噪声产生算法指示什么时候必须对所谓的GS参数进行平均。下面我们进一步讨论这些参数的意义。

在不连续发射方式和GSM系统全速度语音编码器的情况下，计算以及向发射机的无线部分传送一个新的更新SID帧总是意味着在一个平均周期内对表示背景噪声(电平和谱包络)的参数进行平均，并根据正常语音编码量化阶段所用的同一标量量化方法进行量化。因此，当接收机使用全速率语音译码器时，包含在SID帧中的参数根据正常语音译码解量化阶段所用的同一解量化方法进行解量化。GSM标准GSM06.12和GSM06.10中更详细地描述了这些过程。

在不连续发射方式和GSM系统半速率语音编码器的情况下，当需要计算一个新的更新SID帧的时候，总是在一个平均周期内对表示背景噪声谱包络的参数进行平均。根据正常语音编码量化阶段用于量化对应参数的同一矢量量化方法对它们进行量化。在接收机中，根据正常语音译码解量化阶段所用的同一方法对SID帧中包含的表示背景噪声谱包络的参数进行解量化。GSM标准GSM06.22和GSM06.20中更详细地描述了这些过程。

在GSM系统半速率语音编码器的情况下，对表示背景噪声电平的参数的处理不同。与正常语音编码有关的处理噪声电平的量化方法建立在分别量化和发射的参数组合的基础上。在语音译码器中处理的一个SID帧可以只发射表示噪声电平的一个参数，该参数是能量值R0。这主要是因为SID帧中的某些比特必须留给SID码字。GSM标准06.22和06.20中更详细地描述了这些过程。

与每帧有关的能量值RD在一个平均周期内进行平均，并根据正常语音编码中用于处理没有平均的RD参数的同一方法进行量化。

因此在SID帧中不可能传输所谓的GS参数，这些参数描述能量变化，除RD参数之外，需要它们描述发射方的背景噪声电平。不过，它们在发射机和接收机中都可以根据同样的方法在本地计算。这以发射机和接收机的存储器中都存储有最新的七帧量化GS参数这一事实为基础。当发射第一个SID帧的时候，两个装置都计算所存GS参数的平均值，使得两种平均GS参数将具有相同的值，因为量化GS参数在语音周期内的语音帧中传输。通信错误当然会改变这些值。GS参数计算对于本领域的技术人员来说是熟知的，在GSM标准06.20：“欧洲数字蜂窝通信系统；半速率语音第2部分：半速率译码”中给出了一种典型计算方法。

通过平均得到的GS参数在整个舒适噪声周期中使用，直到接收机在一个语音周期之后接收到下一个SID帧为止。它们取代实际GS参数用于在编码和译码阶段计算噪声电平，不过，实际GS参数在下一语音周期的语音帧中传输，以进行一次新的平均。

上述原有技术方法有一些缺点。接收机中语音译码器的控制单元408不知道一个语音周期是否跟随有一个挂起周期。当使用GSM系统半速率语音编码的时候，在时间很短以至于没有任何挂起周期跟随的那些语音周期中也要存储GS参数。这些短周期可能只包含短而极强的背景噪声峰值，这使得发射机和接收机中存储和平均的GS参数描述的噪声电平要比发射方存在的实际平均噪声电平高得多。

下面我们简单讨论一下以所谓的预测方法为基础的量化，对于本领域的技术人员来说，这是一种熟知的信号处理技术，例如在文献111：Allen Gersho和Robert M.Gray，“矢量量化和信号压缩”中有详细描述。在许多现代语音编码方法中，使用预测方法对与语音编码有关的参数进行量化。这意味着量化模块提前对被量化目标的值进行尽可能准确的估计。在这类方法中通常只向接收机传输预测值和测量值之差或之比。接收机包括一个根据相同原理工作的预测器，这样通过对预测值和发送的差值信号进行相加或相乘就能得到实际值。

在预测量化中，预测方法通常是自适应的，也就是说量化结果用于更新预测方法。编码器和译码器所用预测方法由量化得到的同一个参数值进行更新，因此它们将始终以相同的方式工作。

预测量化方法的自适应特性将使得它们很难用在与舒适噪声的生成有关，并在SID帧中发送的参数量化中。因为语音周期之间发射是中断的，不可能在发射机和接收机的预测方法之间保持同步，因而不能保持语音编码器和译码器同步。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，根据它接收装置将检测到挂起周期何时跟随在一个语音周期之后。本发明的目的还是要提供一种方法，根据它在使用不连续发射方式的通信系统的挂起周期中，可以保持发射机语音编码器和接收机语音译码器之间的同步。

本发明的目的是通过以下方式实现的：在接收机中，更确切地说是在语音译码器中检测所述信息发射周期和信息发射周期之后没有发射的周期之间是否存在一个所述类型的挂起周期。检测结果最好通过以新的方式定义代表某些发射帧的某些特性的标志比特的用途来指示。这样指示就不需要新的信号线或通道，而是使用现有信号信和通道指示是否存在挂起周期。

根据本发明的第一方面，提供在发射机和接收机之间使用不连续发射的通信系统的语音译码器中检测挂起周期的一种方法，不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，其中一些周期将包含发射帧，一些周期将不包含发射信息，所述瞬时连续的帧周期组成：信息发射周期，它由至少一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，寂静周期，它的长度为至少一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息，还有一个出现不规则的周期，它包含信息发射周期和下一寂静周期之间的至少一个帧，不规则周期构成确定产生舒适噪声所需的参数的一个挂起周期；本方法的特征在于在接收机内计算从寂静描述符帧的最后一次更新直至所述寂静周期开始被检测到为止的帧周期数；—如果在寂静周期经检测已经开始的起始点处计数值超过某个数值，则判断在所述信息发射周期及其后的寂静周期之间存在一个挂起周期。

根据本发明的第二方面，提供在不连续发射中对所接收语音帧译码的语音译码器包括：为了对接收的语音帧译码以便重放而进行语音译码的装置；—产生合成噪声用于所述重放的舒适噪声产生装置；控制语音译码的语音译码控制装置；所述不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，其中一些周期将包含被发射帧，一些周期将不包含发射信息，所述瞬时连续的帧周期组成：信息发射周期，它由至少一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，寂静周期，它的长度为至少一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息；还有一个出现不规则的周期，它包含信息发射周期和下一寂静周期之间的至少一个帧，不规则周期构成一个挂起周期以确定产生舒适噪声所需的参数；本译码器的特征在于它包括：计算从检测到对寂静描述符帧的最后一次更新之时开始的帧周期数的装置；检测所述寂静周期起始点的装置；用于计算到所述寂静周期开始为止的帧周期数的计数装置；如果在寂静周期经检测已经开始的起始点处计数值超过某个数值，则判断在所述信息发射周期及其后的寂静周期之间存在一个挂起周期的装置。

根据本发明的第三方面，提供用于使用不连续发射的移动电话系统的一种收发机，这种收发机包括一条发射消息的发射机支路和一条接收消息的接收机支路，接收机支路有一个语音译码器，它包括：一为了对接收的语音帧译码以便重放而进行语音译码的装置；—产生合成噪声用于所述重放的舒适噪声产生装置；—控制语音译码的语音译码控制装置；所述不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，其中一些周期将包含被发射帧，一些周期将不包含发射信息，所述瞬时连续的帧周期组成：—信息发射周期，它由至少一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，—寂静周期，它的长度为至少一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息；还有一个出现不规则的周期，它包含信息发射周期和下一寂静周期之间的至少一个帧，不规则周期构成一个挂起周期以确定产生舒适噪声所需的参数；本收发机的特征在于它包括—计算从寂静描述符帧的最后一次更新的检测开始的帧周期数的装置；—检测所述寂静周期起始点的装置；—用于计算直到所述寂静周期开始为止的帧周期数的计数装置；—如果在寂静周期经检测已经开始的起始点处计数值超过某个数值，则判断在所述信息发射周期及其后的寂静周期之间存在一个挂起周期的装置。

附图同述

为了通知舒适噪声产生算法存在一个挂起周期，正如上所述对原有技术作了改进的本发明方法中包括接收机不连续接收的控制单元以及与挂起周期结束有关的标志定义。下面将参考附图描述本发明，其中：

图1表示一个GSM系统收发机的方框图；

图2表示时分多址联接原理；

图3以方框图表示了一个语音编码器；

图4表示使用标志比特定义挂起周期和平均周期的一种已知过程；

图5表示与挂起周期使用有关的一种已知过程；

图6以方框图表示了一个语音译码器；

图7以方框图表示本发明的处理过程；

图8表示本发明一个语音译码器的控制单元方框图。

具体实施方式

下面将参考图3到7描述本发明的一个优选实施例。在其它方面语音译码器与图6所示的原有技术相同，但是它的控制单元408用于实现本发明的功能。控制单元408可以参考图8。在一个接收机的语音译码器中，控制单元408(图6)仍以SP标志405作为输入信息，但是根据本发明的定义，标志409被置为1意味着挂起周期结束，也就是说它在挂起周期结束后的一个帧期间(具体地说是在紧接挂起周期之后的SID帧内)被置为1。在不连续发射方式下如图1所示的发射机的控制单元112中，本发明方法中的标志114相应地指示挂起周期(而不是原有技术中的第一个SID帧)结束，也就是说它也将在一个帧期间(具体地说是在紧接挂起周期之后的SID帧内)被置为1。

图7以方框图表示在本发明方法中，接收机的不连续发射方式控制单元408的功能，该控制单元下面还将参考图8进行描述。参考代号500代表步骤<WF_SP>(等待SP标志)，其中检查每个接收帧中作为输入数据的SP标志(图4中的405)。算法总是返回步骤500等待下一帧的SP标志。方框图中的菱形模块代表判决步骤，从它伸出的两条可替换路径用字母Y(是)和N(否)表示。

计数器<Ne1apsed>411计算从发射机的语音编码器发射最后一次更新的SID帧的时刻并总是到下一更新的SID帧，或直到平均周期的最后一个帧周期的帧周期数。每次一个新帧的SP标志405输入接收机不连续接收的控制单元，模块501中的计数值就缺省加1。在步骤502判决逻辑410根据当前帧中包含的SP标志405的值(n表示被检查帧的连续编号)对挂起周期进行一次判断。如果SP标志的值为1，那么挂起周期还没有结束，HGOVR标志409就由判决逻辑410在步骤503复位到零，指示属于平均周期的剩余帧数目的计数器<Aver_period>412在步骤504被置为7。

如果当前帧中SP标志的值为0，挂起周期就可能已经结束。检查到这一事实之后，根据被检查帧的前一帧的SP标志进行下一判决，该标志是从带有一个帧周期延迟的延迟模块413输出得到的，判决由判决逻辑410在步骤505进行。如果前一SP标志为1，挂起周期就可能已经结束。

然后在步骤506根据计数器<Nelapsed>411的值进行一次判决。如果计数器411的值大于30，那么挂起周期结束，因为在语音周期(见图3)计数器<Nelapsed>411的值大于23(为了真正使用挂起周期)，并有一个7帧的挂起周期，也就是说计数器<Nelapsed>411的值至少为31(见图4和图5)。根据以上描述，在步骤507，HGOVR标志在一个周期的时间内被置为1，在步骤508和509，计数器<Nelapsed>411和<Aver_period>412被复位到0，这是因为已经重新计算一个新SID帧，并且平均周期结束。

如果当模块506进行判决的时候，计数器<Nelapsed>411的值小于或等于30，挂起周期就还没有结束。然后HGOVR标志409在步骤510复位到值0，计数器<Aver_period>412的值在步骤511减1，因为当前帧属于受发射机不连续发射方式控制模块控制的平均周期。如果在与平均周期对应的SP标志值为0的帧数通过之前任何后续帧重新包含值为1的SP标志405，求平均的过程可能过早地中断。

如果在步骤505发现前一帧的SP标志405也是0，那么被检查帧意味着挂起周期没有结束，因此HGOVR标志409在步骤512被复位到0。

在步骤513根据计数器<Aver_period>412进行下一次判决。如果它的值不是0，平均周期就没有结束，因此计数器412的值在步骤514减1，因为被检查帧属于受发射机不连续发射方式控制模块控制的平均周期。同样，这时如果在与平均周期对应的SP标志值为0的帧数通过之前任何后续帧重新包含值为1的SP标志405，求平均的过程可能过早地中断。

如果在步骤513发现计数器<Aver_period>412的值为0，平均周期结束，因而发射机的无线部分111得到一个新的SID帧，根据计数器的定义，计数器<Nelapsed>411的值在步骤515可以复位到0。

借助本发明，接收机语音译码器的控制单元408将知道是否有挂起周期跟随语音周期。该信息可以和某些量化和解量化方法组合使用，它提供了在发射和接收方对SID帧的量化进行同步的可能。根据本发明对挂起周期的同步，可以在产生舒适噪声所需参数的量化中使用预测量化方法，因为挂起周期中存储在语音编码器和译码器内的被量化参数包含的值非常准确地描述了发射方的背景噪声。当平均周期结束时，可以对所存参数值进行平均，我们从而得到用于量化和解量化算法的预测值。根据本发明获得的语音编码器和译码器之间的同步也可用在诸如语音编码器和译码器中伪随机噪声发生器初始值的同步设置上。

根据本发明对不连续发射方式的改进并不局限于某种特定类型的语音编码器。本发明编码器和译码器的同步对于使用预测方法对参数进行量化和编码的语音编码器特别有用。下面我们将讨论在本发明语音编码器和译码器中参数的计算。

作为一个范例，我们讨论以码激励线性预测为基础的CELP(码激励线性预测)型的已知通用编解码结构。CELP型语音编码器和译码器的操作以所谓的码本，或码本中存储的激励矢量为基础。这些激励矢量通过一个长期和一个短期合成滤波器滤波，得到的合成信号与原始语音信号比较。在激励矢量中，选择使相对于原始语音信号的错误最小的矢量。送到CELP型译码器的参数通常是：码矢量的激励(或某个激励矢量的序号)及其增量g，短期预测LPC的滤波参数和长期预测LPC的滤波参数。

根据本发明在系统内舒适噪声的产生中，发送有关编码参数的信息，例如关于LPC参数a0...aM(LPC，线性预测编码)和增益g的信息。在LPC参数的编码中，我们可以使用诸如文献121：F.Itakura：“语音信号线性预测系数的线谱表示”，J.Acoust.soc.Amer.，第57卷附1期，第35页，1975年一文中给出的方法。根据本发明，由语音编码器计算的平均舒适噪声参数是f^mean和g_c ^mean。这些参数经过量化，得到的量化参数ê(预测误差)和

(增益校正系数)在SID帧中实际发射到接收机，在接收机中语音译码器将根据这些收到的参数ê和

产生舒适噪声参数，从而解量化舒适噪声参数，例如 和

描述了发射方的背景噪声。因此产生合成噪声。舒适噪声参数f^mean和g_c ^mean的编码要使用参数

和 ，借助本发明，也就是在已知挂起周期出现的时候，后两个参数可以在语音译码器中定义。

语音编码器构成谱参数(LSP参数)的矢量表示f^T＝[f₁f₂...f_M]，最好是一个所谓的LSF矢量表示(线谱频率)。对于某个语音帧，还可以计算几个参数矢量。预测编码能够用于对参数的编码。在本发明的系统中，在挂起周期中经过平均的参数

用作预测值，在计算预测误差的时候使用矢量

当我们根据本发明知道挂起周期存在时，这种计算是可能的。由于本发明，参数矢量 的值在编码器和译码器中可以按照同样的方法计算，因为在挂起周期中，编码器和译码器可以得到相同的参数。不过，在此我们必须注意最近的挂起周期中得到的矢量

和

还可用于对最近挂起周期之外(之后)的舒适噪声参数的量化。

由语音编码器产生并在通信系统中传送的预测误差e是要量化的参数，它根据下述方法得到并发送： $e\left(i\right)=f^{\mathrm{mean}}\left(i\right)-{\hat{f}}^{\mathrm{ref}}---\left(1\right)$ 其中f^mean(i)是平均LSP参数矢量，

是量化后的参考LSF参数矢量，

i是帧序号，

e(i)是在第i帧计算的预测余项。

参考LSF参数矢量 的计算以量化参数为基础，通过在挂起周期内(或7帧上)对参数求平均，根据下式进行： ${\hat{f}}^{\mathrm{ref}}=\frac{1}{7}\underset{n=1}{\overset{7}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\frac{1}{2}\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\hat{f}}^{\left(m\right)}(i-n)\right)---\left(2\right)$ 其中 (i-n)是在挂起周期内(n＝1到7)一帧的第m个量化后的LSF参数矢量；

n是挂起周期帧序号(n＝1到7)；

m是一帧内LSF参数序号(1或2)；

i是帧序号。

因此，当根据本发明知道挂起周期的出现时，可以计算参考参数矢量

。平均LSF参数矢量f^mean，也就是舒适噪声谱包络参数在平均周期内根据式(3)计算： $f^{\mathrm{mean}}\left(i\right)=\frac{1}{8}\underset{n=0}{\overset{7}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\frac{1}{2}\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}^{\left(m\right)}(i-n)\right)---\left(3\right)$ 其中f^(m)(i-n)是在平均周期内(n＝0到7)一帧的第m个LSF参数矢量；

n是平均周期帧序号(n＝0到7)；

m是一帧内的LSF参数序号(1或2)；

i是帧序号。

在增益值的编码中，我们相应地使用参数g_c ^mean和

其中后者或参考增益系数 在我们知道挂起周期的出现时可以按如下方式定义： ${{\hat{g}}_c}^{\mathrm{ref}}=\frac{1}{7}\underset{n=1}{\overset{7}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\frac{1}{4}\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\hat{g}}_c(i-n)\left(j\right)\right)---\left(4\right)$ 其中i是帧序号；

j是子帧序号；

n是挂起周期帧序号(n＝1到7)；是在挂起周期第i帧第j子帧中量化后的固定码本增益系数。

增益系数g_c ^mean(i)，即舒适噪声电平参数根据下式平均： ${g_c}^{\mathrm{mean}}=\frac{1}{8}\underset{n=0}{\overset{7}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\frac{1}{4}\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g}_c(i-n)\left(j\right)\right)---\left(5\right)$ 其中i是帧序号；

j是子帧序号；

g_c(i)(j)是第i帧(n＝0)的增益；

g_c(i-n)(j)是平均周期帧中的一帧，n＝0到7的第j子帧中的固定码本增益系数；n是平均周期帧序号(n＝0到7)。

按照与谱参数矢量编码相同的方法，我们还可以将本发明的解决方法用在增益值的编码中，由于对挂起周期的观察，也就是在我们知道挂起周期出现及其长度的时候，可以在编码器和译码器中计算同一参数值 。在我们的例子中，要量化的参数是所谓的增益校正系数r，它实际在通信系统中发送，语音译码器根据它可以产生舒适噪声参数 ，因此它首先产生固定码本的参考增益系数

(当我们知道挂起周期的出现时可以在语音译码器中产生参考增益系数)。增益校正系数r在语音译码器中可以按以下方式产生： $r=\frac{g_c^{\mathrm{mean}}\left(i\right)}{{\hat{g}}_c^{\mathrm{ret}}}---\left(3\right)$ 其中g_c ^mean(i)是固定码本的平均增益系数；

是固定码本的参考增益系数，它以固定码本量化后的增益系数为基础，通过在由7个帧组成的挂起周期内对参数值求平均，根据上面给出的式(4)计算。

在接收机的语音译码器中，当收到量化后的参数ê(预测误差)和

(增益校正系数)，而且语音译码器根据本发明知道挂起周期的出现并根据挂起周期计算出 和

的时候，参数

和

的计算根据式(1)和(6)反向进行。

当挂起周期根据本发明同步的时候，我们可以避免与原有技术对GS参数求平均有关的缺点，具体地说我们可以避免平均后的参数包含代表短噪声峰值的信息而不是典型背景噪声的数值这一现象。本发明要求接收设备必须在它的存储器中存储最后一段语音帧的内容，在GSM系统中是最后七个语音帧，因为本发明算法只有在挂起周期结束时才能检测它的存在，因此始终必须存储包含在最后一段语音帧中的背景噪声信息，以供可能进行的求平均过程使用。

当一种预测量化方法与本发明结合使用时，属于产生舒适噪声的参数量化最好使用在正常语音编码中预测量化方法使用的同一量化表。当发射中断的时候，预测就应该具有非自适应功能。预测方法应该使用与代表发射端当前背景噪声的值尽可能接近的值，使得背景噪声围绕平均电平变化时量化部分能够描述参数值的变化。当然在发射机和接收机装置中得到的预测值必须相同，以便预测方法能够正确工作。

获得最佳预测值以用于对所发SID帧中舒适噪声值最化的一种方法在挂起周期内存储量化后的参数值并在挂起周期结束时计算所存量化值的平均值。这些平均预测值一直保持到下一个挂起周期出现。这一过程很适合本发明方法，也就是当语音译码器知道语音周期之后是否跟有一个挂起周期的时候。

本发明适用于所有使用具有挂起周期的不连续发射方式的无线通信系统，特别是移动电话系统DCS1900和GSM。上面给出的详图，例如以帧表示的挂起周期和平均周期长度，对于本发明并不是必要的，但是它们用于说明本发明的适用性。本发明的语音译码可以用在移动电话系统的移动电话或基站中，也就是说一般用在一个收发机中，而不论它是移动电话还是基站。本发明最好用在收发机的接收支路上。

Claims (8)

1.在发射机和接收机之间使用不连续发射的通信系统的语音译码器(16)中检测挂起周期的一种方法，其中不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，在所述瞬时连续的帧周期中一些周期将包含发射帧，一些周期将不包含发射信息，所述瞬时连续的帧周期组成：—信息发射周期(200；301；302)，它由至少一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，—寂静周期(208，209；303)，它的长度为至少一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息，—还有一个出现不规则的周期(T)，它包含信息发射周期(200；301；302)和下一寂静周期(208，209，303)之间的至少一个帧，不规则周期构成确定产生舒适噪声所需的参数的一个挂起周期；本方法的特征在于—在接收机内计算从寂静描述符帧的最后一次更新直至所述寂静周期(208，209；303)的开始被检测到为止的帧周期数；—如果在寂静周期(208，209；303)经检测已经开始的起始点处计数值超过一个预定数值，则判断在所述信息发射周期(200；301；302)及其后的寂静周期(208，209；303)之间存在一个挂起周期(T)。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于所述不连续发射还包括—一个平均周期(211，212)，它的长度是预定的帧周期数，其中至少最后一个帧周期是属于寂静周期(208，209；303)的帧周期；这样，在所述发射中—接收机得到每个帧周期的一个信息信号(107，405)，如果帧周期属于一个信息发射周期(200；301；302)或一个挂起周期(T)，该信号具有第一种值，如果帧周期属于一个寂静周期(208，209；303)，该信号具有第二种值；在这种方法中—在接收机内计算到平均周期(211，212)最后一个帧周期(0)为止的帧周期数；—检测所述信息信号(107，405)从所述第一种值变化为所述第二种值的时刻；—根据所述帧周期计数值和所述检测结果判断在所述信息发射周期(200；301；302)及其后的寂静周期(208，209；303)之间是否存在一个挂起周期(T)。

3.在不连续发射中对所接收语音帧译码的语音译码器，包括：—为了对接收的语音帧译码以便重放而进行语音译码的装置(402)；—产生合成噪声用于所述重放的舒适噪声产生装置(407)；—控制语音译码的语音译码控制装置(408)；所述不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，在所述瞬时连续的帧周期中一些周期将包含发射帧，一些周期将不包含发射信息，所述瞬时连续的帧周期组成—信息发射周期(200；301；302)，它由至少一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，—寂静周期(208，209；303)，它的长度为至少一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息；还有一个出现不规则的周期(T)，它包含信息发射周期(200，301，302)和下一寂静周期(208，209，303)之间的至少一个帧，不规则周期构成一个挂起周期以确定产生舒适噪声所需的参数；本译码器的特征在于它包括：—计算从寂静描述符帧的最后一次更新开始直至所述寂静周期(208，209，303)的开始被检测到为止的帧周期数的计数装置(411)；—检测所述寂静周期(208，209；303)起始点的装置；—如果在寂静周期(208，209；303)经检测已经开始的起始点处计数值超过一个预定数值，则判断在所述信息发射周期(200；301；302)及其后的寂静周期(208，209；303)之间存在一个挂起周期(T)的装置。

4.如权利要求3所述的语音译码器，其特征在于所述不连续发射还包括：—一个平均周期(211，212)，它的长度是预定的帧周期数，其中至少最后一个帧周期是属于寂静周期(208，209；303)的帧周期；这样，在所述发射中—语音译码器得到每个帧周期的一个信息信号(107，405)，如果帧周期属于一个信息发射周期(200；301；302)或一个挂起周期(T)，该信号具有第一种值，如果帧周期属于一个寂静周期(208，209；303)，该信号具有第二种值；—所述计数装置(411)包括在接收机内计算到平均周期(211，212)最后一个帧周期(0)为止的帧周期数的装置；—所述检测装置包括检测所述信息信号(107，405)从所述第一种值变化为所述第二种值这一时刻的装置；—所述判决装置包括根据所述计数装置(411)计算的所述帧周期数和所述检测装置进行的所述检测判断在所述信息发射周期(200；301；302)及其后的寂静周期(208，209；303)之间是否存在一个挂起周期(T)的装置。

5.用于使用不连续发射的移动电话系统的一种收发机，这种收发机包括一条发射消息的发射机支路和一条接收消息的接收机支路，接收机支路有一个语音译码器，它包括：—为了对接收的语音帧译码以便重放而进行语音译码的装置(402)；—产生合成噪声用于所述重放的舒适噪声产生装置(407)；—控制语音译码的语音译码控制装置(408)；所述不连续发射由瞬时连续的帧周期组成，在所述瞬时连续的帧周期中一些周期将包含发射帧，一些周期将不包含发射信息，所述瞬时连续的帧周期组成—信息发射周期(200；301；302)，它由至少一个帧组成，并包含由用户送给所述发射机的信息，—寂静周期(208，209；303)，它的长度为至少一个帧周期，并包含除用户提供之外的其它信息；还有一个出现不规则的周期(T)，它包含信息发射周期(200，301，302)和下一寂静周期(208，209，303)之间的至少一个帧，不规则周期构成一个挂起周期以确定产生舒适噪声所需的参数；本收发机的特征在于它包括—计算从寂静描述符帧的最后一次更新开始直至所述寂静周期(208，209，303)的开始被检测到为止的帧周期数的计数装置(411)；—检测所述寂静周期(208，209；303)起始点的装置；—如果在寂静周期(208，209；303)经检测已经开始的起始点处计数值超过预定数值，则判断在所述信息发射周期(200；301；302)及其后的寂静周期(208，209；303)之间存在一个挂起周期(T)的装置。

6.如权利要求5所述的收发机，其特征在于所述不连续发射还包括：—一个平均周期(211，212)，它的长度是预定的帧周期数，其中至少最后一个帧周期是属于寂静周期(208，209；303)的帧周期；这样，在所述发射中—语音译码器得到每个帧周期的一个信息信号(107，405)，如果帧周期属于一个信息发射周期(200；301；302)或一个挂起周期(T)，该信号具有第一种值，如果帧周期属于一个寂静周期(208，209，303)，该信号具有第二种值；—所述计数装置(411)包括在接收机内计算到平均周期(211，212)最后一个帧周期(0)为止的帧周期数的装置；—所述检测装置包括检测所述信息信号(107，405)从所述第一种值变化为所述第二种值这一时刻的装置；—所述判决装置包括根据所述计数装置(411)计算的所述帧周期数和所述检测装置进行的所述检测判断在所述信息发射周期(200；301；302)及其后的寂静周期(208，209；303)之间是否存在一个挂起周期(T)的装置。

7.如权利要求5所述的收发机，其特征在于它是一个移动电话。

8.如权利要求5所述的收发机，其特征在于它是基站。

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