CN1168751A - 数字通信系统中替代不良语音帧的方法 - Google Patents

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Abstract

当收到几个连续的不良帧时，在特定的一段时间之后将加到音频扬声器上的语音信号静音，从而用户可能挂断电话即便传输信道可能重新获得好的质量。根据本发明，取代对电话的静音，给用户一种指示呼叫合成已被有意间断的特定指示，比如说微弱的噪声信号。该噪声信号可产生于语音解码器(108)之前的噪声发生器(300)中，并在替代过程期间将噪声信号与诸替代帧(105)的若干个衰减参数值(209)相加(301)。

Description

数字通信系统中替代不良语音帧的方法
本发明涉及数字通信系统的接收机中对接收信号的解码。本发明尤其涉及在语音解码器中执行真正解码之前对从信道解码器接收的诸语音编码参数的处理。
以数字形式传送语音的诸系统比如移动无线系统中，语音信号在信道编码及于无线路径上传输之前首先以某种方法编码。在以约20ms的诸时间间隔一帧接一帧的基础上用各种各样的方法处理语音编码中被数字化的语音，产生表征语音特色的帧特定(frame specific)的一组参数。该信息，即这组参数被信道编码并发送到传输路径上。在信道编码中，该信息被各种各样的纠错码加以保护。
当接收到一个无线信号时，信号首先被信道解码，籍此得到原始语音帧，除非传输信道已引起扰动。具有良好质量的诸语音帧可被直接加给语音解码器并用于语音合成。如同众所周知的，无线信道或多或少地被扰动，亦就通过无线路径传输语音的诸通信系统来说，这意味着作为传输错误的结果，某些被传输的语音帧在接收时可被证实错误到不能被用于语音合成的程度。尽管如此的有效纠错的诸代码被用于保护待发送的信息，诸接收参数的值仍可含有严重的传输错误。出于以上原因，即将发送的最重要参数不仅被以上提及的诸纠错码保护，而且被一种能够检验错误的防差错码比如CRC校验和(循环冗余码校验)保护。校验和编码能够检测在传输信道上被严重损坏的诸语音帧，并因此有可能阻断(block)它们用于语音合成。阻断程序是强制性的以便被严重损坏的诸语音帧不在所合成的语音中引入严重干扰，比如喀喳声。当检测出一个被接收语音帧已在传输信道中被损坏得如此严重以致于再无可能将它用于语音合成时，该接收帧被分类为“不良帧(a bad freame)”。将诸不良帧从其余语音帧中分离出来，这些其余帧因而被称为“良好帧(a good frame)”。在无线路径上极端条件下出现这样的情形，其间必须丢弃几个所接收的连续语音帧甚至可在几秒钟的一段时间内丢失若干个语音帧。
在当今的数字蜂窝通信系统中，比如GSM(Groupe Special Mobile，特别移动组)中使用一种有效纠错编码，使得语音传输尽管经由低劣质量的连接亦能具有良好质量。当终于在某个阶段超出纠错的纠错能力时，诸接收语音帧再不能用于语音合成。在此情形下，利用以上对诸语音帧的良好帧与不良帧的分类，初始化一个对诸不良帧的替代方法。
在替代过程中，若干不良帧的诸参数值被引起尽可能小的可听干扰的诸参数值替代。被证实为成熟的一种方法是以最后一个被分类为良好的接收帧的诸参数值替代一个不良帧的诸参数值，并以替代帧反复馈给语音解码器。通过重复先前的诸参数，语音确实可被合成一段时间而不引起任何干扰的听感，但因语音信号特性作为时间的函数大幅度变化，不可能很长时间执行对最后一个良好帧诸参数值的重复。以上提及的GSM系统具有这样一条建议，根据该建议重复将最多持续320ms，其后将这样的若干参数加给语音解码器，这些参数完全静音(mute)解码器的输出。在多个连续不良帧的情形下，对替代过程期间已从语音解码器获得的语音信号进行衰减是一个众知的程序。这导致由替代方法所获的语音信号普遍在替代过程期间衰减。至少可分辨出两种衰减方法。
图1a是现有技术对诸不良帧的替代方法并将该替代方法应用于语音解码器的第一个实施方式。该图及以下诸图用粗线显示几个并行语音解码参数从一个框到另一个框的传输。信道解码框102提供被信道解码和纠错的诸语音参数值103。在接收语音帧101的诸语音参数未检测到许多严重错误的情况下，将诸语音参数加给语音解码器108，并将诸语音参数用于合成一个将被加给音频扬声器110的语音信号。然而，如果接收语音帧被检测出是不良的，不将诸接收语音参数输入语音解码器，而是代之以使用最后一个良好语音帧的诸语音参数。一信道解码器提供一个表征接收语音帧不良性(badness)的分类信号106。在分类信号106的基础上，开关107将被如下控制：如果接到一个良好帧，开关处于位置1，籍此将诸接收参数103加给语音解码器108。如果接到一个不良帧，开关处于位置2，籍此将最后一个良好帧期间所接收的诸参数105加给语音解码器。诸参数105从存储所接到的最后一个良好语音帧的诸参数的框104获得。当几个连续的不良语音帧被替代时，替代过程期间在衰减装置109中语音解码器的输出被衰减。在诸良好帧的情形下，衰减装置109具有零衰减量。
图1c公开图1a中框109的衰减是如何在诸不良帧的分类信号106的基础上发生的。它描述一个衰减系数a作为连续不良帧个数的函数的行为。通过减小系数a的值衰减替代过程期间已被解码的语音信号，使得连续语音帧丢失得愈多则语音信号被衰减得愈多，直至即将被加到音频扬声器上的信号最终被完全衰减，即被静音。图1c的水平轴指示连续序列(succession)中哪一个连续帧在被处理。如果N＝0，则正在处理一个良好帧，意味着没有衰减，并且输入给框109的语音解码器输出被照原样施加给音频扬声器110。如果N＝1，则所处理的是良好帧之后的第一个不良帧。通常对于这样的将被替代的第一个帧不衰减，而是将它不经衰减地施加给音频扬声器。但如果值N＝2，即接到了第二个连续不良帧，则在将输出施加给音频扬声器之前初始化对语音解码器输出的衰减。所接到的连续不良帧的个数愈多则由替代过程所产生的语音信号在框109中被衰减得愈多。
图1b是现有技术对诸不良帧的替代方法并将该替代方法应用于语音解码器的第二个实施方式。这个实施方式在应用中比第一实施方式更为普遍。根据第二实施方式，通过处理影响即将被解码语音的幅度的一个或多个编码参数的值，在语音解码器之前执行对即将在替代过程中合成的语音信号的衰减，使得即将被解码的语音信号被衰减。为简明起见，尽管想要得到的衰减可依赖编码算法作为几个参数的互作用的结果来实现，但以下仅论述一个对语音幅度具有影响的语言编码参数的处理。除语音解码器输出通过衰减一个影响即将在替代过程期间合成的语音信号的幅度而不是语音解码器输出被衰减之外，图1b中所描述的实现与图1a相似，这样的一个信号的例子是LPC(线性预测编码)类型语音解码器中激励信号的一个增益参数。框209仅衰减这个参数，影响比如频率内容的诸其它LPC系数参数照原样传过给开关107。该影响幅度的参数被起始于该参数在最后一个良好帧中所拥有的初始值的参数“a”衰减。并且，在此情形下，衰减参数“a”作为诸连续不良帧的函数，其行为遵循图1c所描述的曲线。
比如图1b中所示的替代过程被公开于GSM建议06.11，该项建议描述这样一种算法，根据该算法将替代过程所获语音信号的幅度的衰减初始化成起始于第二个将被替代的语音帧。通过减小用于激励RPE-LTP(规则脉冲激励-长期预测，Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction)语音编码器的增益参数的Xmaxcr值执行衰减。在十六个连续不良帧之后，即320ms的时间之后，最终将这样的诸参数值施加给语音解码器使语音解码器的输出被完全静音。结果，在比这还长的一列不良语音帧期间，电话将完全被静音。
以上所述的诸现有技术方法共有这样一个共同的特征，即替代迟早将被停止，造成对加给音频扬声器的信号完全静音。若对电话突然的静音持续几秒钟，对聆听语音信号的人来说是非常讨厌的体验。使用户将不能肯定是否连接已断，是否通话者已突然停止谈话，或者是否电话的静音是诸接收参数已被分类为过于错误而导致有意电话静音。因此，用户可能关掉电话即便传输信道有可能重新获得如此好的质量使纠错编码能够再次足够适宜地纠正由传输信道引起的诸错误并将诸接收帧分类为供语音合成用的良好帧。
本发明的一个目的是提供借以可避免以上所述电话静音的一种不良帧替代方法和一种语音解码器。这一目的是通过权利要求1中所要求的一种方法和权利要求10中所要求的一种接收机而达到的。
根据本发明，取代对电话的静音，给被叫方一个关于如下事实的特定指示：语音合成已被有意间断，这是因为若干个接收帧被分类为不良帧而连接尚未彻底中断。可以用受控方式将这一指示给电话用户，比如作为一种微弱的噪声信号。与控制重复诸先前语音参数的效率协同，控制替代过程期间所产生的噪声信号的幅度。
根据第一实施方式，将噪声与语音解码器的输出信号相加。根据第二实施方式，将噪声与诸不良帧的替代过程期间加给语音解码器的若干帧的诸参数值相加。噪声可以是这样的：它变强，从而在替代过程的最后阶段当合成不再间断时，噪声是微弱的但缓慢变强。在完全停止合成时，噪声被保持在一个常电平上。
以下将利用后附的诸附图描述本发明，附图中
图1a和1b是现有技术的诸不良帧替代方法的框图表示，
图1c描述一个衰减系数作为连续不良帧个数的函数的行为的一条曲线，
图2a和2b是根据本发明的诸不良帧替代方法的框图表示，
图2c描述一个衰减系数作为连续不良帧个数的函数的行为的一条曲线，以及
图3显示诸不良帧替代过程的第二个实施方式。
图2a描述应用于图1a所示的现有技术第一实施方式的方案的根据本发明的对若干个不良帧的替代过程。如同可看出的，该图包含与图1a相同的诸框，并且相应地，合适的地方，图2a中使用相同的标号。与图1a方法的差别是噪声源200是借助于求和装置201被连接至语音解码器的输出的，并且关于接收信号不良性的分类信号106中所含有的信息除控制被连接到语音解码器输出的衰减器109之外，还控制与噪声源输出连接的衰减器202。根据本发明，衰减器109和202在衰减框中交互作用，使得两者均通过以下公开的方法由诸帧的分类信号106控制。
本发明的方法的操作在以下方面不同于图1a中所描述的接收机的操作：即将加给音频扬声器的信号——该信号是在一个不良帧期间于接收机中形成的——是作为从噪声源200获得的噪声信号与从语音解码器108获得的、用诸替代语音参数所合成的语音信号的加权和所形成的，而不仅是被衰减的语音解码器输出。当接到若干个不良语音帧时，即将加给音频扬声器的信号如此形成：它愈有效地与来自噪声源200的噪声信号软性结合，则接到连续不良帧个数愈多。当接到大量比如相当于320ms个数的连续不良帧时，接收机中所形成的、即将加给音频扬声器的信号现仅由微弱的噪声信号组成，该噪声的幅度被调节到一个恒定电平。
噪声信号的幅度由一个加权系数“b”控制，借助它在框202中控制将被相加的噪声信号幅度，而它的值取决于正在处理的是连续序列中哪一个不良帧。
图2c显示当替代几个连续不良帧时衰减系数“a”和“b”的行为的曲线。衰减系数“a”和“b”在相反方向上运作，使得如图2c所示当系数“a”减小时系数“b”相应增大。因此，电话在替换诸不良帧时不被完全静音即便是持续若干秒钟仅接到若干个不良帧，而是将一个微弱的噪声信号——该信号是从噪声源获得的、根据衰减系数“b”衰减后的——加给音频扬声器。系数“b”在该替代过程中饱和使得噪声信号具有恒定幅度。
当一个不良语音帧之后接到若干个良好语音帧时，即将加给音频扬声器的信号以相应的方式形成，使得该信号与噪声信号结合得愈少接到良好语音帧的个数愈多，直至该即将加给音频扬声器的信号最终单独在从传输信道接收的诸语音参数的基础上形成。
亦可用图2b所示的途径将本发明应用于根据图1b所描述的第二个实施方式的现有技术不良语音帧替代方法。在根据图2b的布局中，加上了一个噪声源200、一个相加器201以及一个可控衰减器202。这些器件的操作等同于结合图2a和2c所公开的，并且在此不对其操作作任何更细致的描述。
图3描述应用于图1b现有技术布局的本发明的第三实施方式。根据此实施方式，在将它们加至语音编码器之前将噪声信号与诸语音帧的诸参数相加。因此，与图2b的实施方式相比的差别在于，替代过程期间，当开关107处于位置2时，接收机中形成的即将加给音频扬声器的信号是作为从传输信道接收的最后的诸参数与从噪声源300获得的诸噪声参数加权和而形成的。在衰减框302中控制噪声源影响的程度，其中影响即将合成语音的幅度的参数，比如LPC类型语音编码器激励信号的增益参数，在替代过程中从零增加到一个常数值，即从根本不产生噪声的状态到语音编码器中用噪声参数产生的噪声信号具有恒定电平的状态。在相加装置301中，诸噪声参数愈有效地与所接到的最后一个良好帧的诸参数软性结合，则接到连续不良帧个数愈多。如图2c所描述，根据分类信号106通过控制影响即将在框209和302中合成的语音信号的幅度的语音编码参数“a”和“b”可影响结合的程度。如果接到大量的连续不良帧，接收机中所形成的、即将加给音频扬声器的信号仅根据从在噪声源300获得的诸参数而产生。然而，这是如此来执行的，即通过控制影响幅度的语音编码参数使接收机中所产生的噪声的幅度在替代方法期间饱和至一常数值。
应被理解的是，以上的说明及与它相联系的诸附图仅仅意在描述本发明。本发明的各种不同的变化和修改，不离开后附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神，对于技术熟练人员将是明了的。例如，噪声源不必产生噪声，而它可提供指示被叫方呼叫尚未完全中断的任何种类的信号。

Claims (15)

1.一种在数字通信系统接收机中替代诸不良语音帧的方法，其中
对每个含有语音编码参数的接收帧执行一个正确的/缺陷的分类，
如果该帧被分类为缺陷的，则在将该帧施加给语音解码器之前执行一个替代过程，该过程中该帧的诸参数被诸其它参数替代，在替代过程期间合成语音被衰减，其特征在于，当衰减在替代过程中所合成的语音时，接收机的输出信号包含这样一个指示，该指示在合成语音完全结束之后指示语音合成的停止。
2.权利要求1中所要求的方法，其特征在于，该指示是噪声，并且接收机的输出信号是作为从噪声源获得的噪声信号与从语音解码器获得的语音信号的加权和而形成的，该语音信号是用替代帧的诸参数合成的。
3.权利要求1中所要求的方洗，其特征在于，该指示是噪声，并且接收机的输出信号首先作为替代帧的诸参数与从噪声源获得的若干个零散噪声参数的加权和而形成，随后将由此形成的诸参数施加给语音解码器。
4.权利要求2中所要求的方法，其特征在于，噪声信号愈有效地软性相加，则接到的连续不良帧的个数愈多。
5.权利要求2中所要求的方法，其特征在于，当接到大量的连续不良帧时，替代过程中所合成的语音被完全静音，由此接收机的输出信号仅由在替代方法期间幅度被饱和至一个恒定电平的噪声信号组成。
6.权利要求3中所要求的方法，其特征在于，诸噪声参数愈有效地软性加权，则接到连续不良帧个数愈多。
7.权利要求3中所要求的方法，其特征在于，通过调节至少一个影响即将合成的语音信号的幅度的语音编码参数控制噪声加权。
8.权利要求7中所要求的方法，其特征在于，当接到大量连续不良帧时，仅使用从噪声源获得的若干个参数形成输出信号，并且通过调节影响语音信号幅度的语音编码参数所形成噪声的幅度在替代过程期间被饱和至一个恒定电平。
9.权利要求1或2中所要求的方法，其特征在于，当一个不良语音帧之后接到若干个良好语音帧时，接收机的输出信号被软性形成，使得与它结合的噪声信号部分在相加过程中减少得愈多，则接到的连续良好帧个数愈多直至输出信号最终仅在从传输信道接收的诸语音编码参数的基础上形成。
10.一种发送语音的数字通信系统的接收机，该接收机包括
一个信道解码器(101)，用于形成含有若干个语音编码参数的语音帧，并用于给它们提供一个分类信号(106)，指示该接收帧是正确的还是缺陷的，
一个存储装置(104)，用于存储最后一个正确语音帧，
一个语音解码器(108)，分类信号(106)所控制的一个开关(107)将从信道解码器(102)获得的帧的诸参数或者从存储装置(104)获得的帧的诸参数指向该语音解码器(108)的输入，并且从该语音解码器(108)输出获得即将施加给音频扬声器的信号。
其特征在于，
它进一步包括响应于分类信号(106)用于向即将施加至该音频扬声器的信号产生噪声的装置(200，201，202；300，301，302)。
11.权利要求10中所要求的接收机，其特征在于，该装置包括一个第一噪声源(200)、一个用于衰减从噪声源获得的噪声信号的可调第一衰减器(202)、以及一个其输入为来自第一衰减器(202)的输出信号和一个正比于语音解码器(108)输出信号的信号的第一相加器(201)。
12.权利要求11中所要求的接收机，其特征在于，正比于语音解码器(108)输出信号的信号是在可调第二衰减器(109)中已衰减的语音编码器的输出信号。
13.权利要求10中所要求的接收机，其特征在于，该装置包括一个第二噪声源(300)、一个用于衰减从噪声源获得的噪声信号的可调第三衰减器(302)、以及一个其输入为来自第三衰减器(302)的输出信号和一个正比于从存储装置(104)获得的信号(105)的信号的第二相加器(301)。
14.权利要求13中所要求的接收机，其特征在于，正比于从存储装置(104)获得的信号(105)的信号是在一个可调第四衰减器(209)中已衰减的存储装置(104)的输出信号。
15.权利要求11和13中所要求的接收机，其特征在于，第一衰减器(202)的衰减量(b)和第三衰减器(302)的衰减量(b)由分类信号(106)控制。
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