CN1237073A - 选择源编码器的收发器和在此收发器中进行的过程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在输入端接收语音信号并以给定的输出速率产生输出信号的无线电信号收发器,语音信号经历源编码,意在充分地压缩输入信号以获得要求的输出速率,而同时维持可接受的畸变率。本发明的目的是通过从可用的多个编码器中选择最优的编码器来改进语音信号的传输质量与传输速率之间的折衷。为此目的,收发器包括用来测量编码器输出信号的畸变的测量装置和用来把估计的畸变与设定值比较并由此得到就测量的畸变而言最优的编码器的检查装置。
Description
本发明涉及数字信号收发器，它包括发射部分和接收部分，发射部分在输入端接收被称为原信号的语音信号，并包括：
●源编码器装置，它包括多个压缩所述语音信号，并以给定的输出速率传送所述压缩信号用的源编码器，所述压缩信号具有可测量的畸变，以及
●从该多个编码器中选择一个源编码器用的装置。
本发明还涉及电话设备和数字远程通信系统。
本发明同样涉及数字信号发射过程，它包括下列步骤：
●接收所谓原信号的语音信号的接收步骤，
●压缩所述语音信号并以给定的输出速率传送压缩信号的源编码步骤，所述压缩信号具有可测量的畸变，以及
●从多个编码器中选择一个源编码器以实现源编码步骤的选择步骤。
本发明最后涉及包括源解码过程的数字信号接收过程。
本发明显然可以应用于按照GSM(全球移动通信系统)型、PCS1900(个人通信系统)、PHS(个人手提电话系统)、TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)、WBCDMA(宽带码分多址)、UMTS(通用移动远程通信系统)等数字远程通信标准工作的任何一种蜂窝式终端。
在No.08237711A下出版的日本文摘描述了一种开篇中定义的类型的收发器，用来提高准备发射的音频信号的质量。为此目的，该收发器包括：用来直接用有用信号测试从可用的各族源编码器的清单中顺序地选择的各族源编码器的性能的装置；以及用来把每一个输出信号与原信号比较以便只发射与原信号最接近的编码信号的装置。
本发明提出一种成本较低的方法，用来优化涉及源编码的数字远程通信设备中语音信号发射质量与通信装置能力之间的折衷。
为此目的，提供一种在开篇中定义的类型的装置，其特征在于所述选择装置包括：
●计算装置，用来形成压缩信号畸变的估计值；
●检查装置，用来把这个估计值与设置值进行比较，以便根据这一比较结果选择源编码器。
这样，在选择最优编码器之前每一个原信号都只经历一次源编码测试，而同时依附同一编码器族。
按照本发明一个重要的特征，接收部分包括多个与所述源编码器兼容的解码器，以及控制装置，后者与所述检查装置合作，用来从多个解码器中自动选择一个与由所述检查装置选出的源编码器兼容的解码器。
按照本发明一个特定的实施例，源编码器传送内部残留误差信号，而所述计算装置利用所述误差信号来估计所述畸变。
按照另一个实施例，计算装置包括：
●反向源解码器装置，它与源编码器装置合作，用来根据所述压缩信号产生解码后的信号，
●用来把解码后的信号与原信号比较、以便产生残留误差信号的装置，以及
●用来处理残留误差信号、以便由此推算估计值的装置。
提供开篇中定义的类型的发射过程，其特征在于在所述选择步骤包括：
●用来形成压缩信号畸变的估计值的计算子步骤，
●用来把这个估计值与设定值比较并根据所述比较的结果选择源编码器的检查子步骤。
本发明最后提供开篇中所定义的类型的接收过程，用来对通过上述类型的发射过程送来的压缩信号进行解码，其特征在于所述接收过程包括根据所述选择的源编码器从多个可用的解码器中自动选择一个解码器。
本发明的这些或其它方面将会在参照下述实施例以非限制性的举例方式看出并加以阐明。
附图中：
图1是传统数字发射机的方框图；
图2是按照本发明的收发器发射部分的方框图；
图3举例说明图2示意地示出的发射部分的第一实施例；
图4举例说明图2示意地示出的发射部分的第二实施例；
图5是举例说明按照本发明的发射过程的流程图；而
图6代表按照本发明的数字通信系统的一个实例。
GSM系统，亦即不扩展频谱的系统的数字发射机的一般结构示于图1。它包括源10、源编码器11(COD)、信道编码器12、多路复用器13、调制器14(MOD)、把信号变换成无线电频率(rf)用的装置15及天线16。
由源10发送的信号S或者是模拟的，例如，诸如将被数字化的语音等，或者直接就是数字的，就像信令信号等。这里对试图改进其发射质量的语音信号感兴趣。这种信号经过由源编码器11进行的编码、被称为源编码，以便把要发射的数据量减到最少。
有许多源编码方法，诸如脉冲编码调制(PCM)或合成分析编码。第一种方法以8kHz(千赫兹)(略小于按照尼奎斯特判据的最高出现频率的两倍)对处于300和3400Hz(赫兹)之间的被称为“电话频带”的频带进行采样。每一个样值被编码成8位。获得8*8=64千位的速率。实际采用于GSM标准的第二种方法采用借助于对语音信号的LPC(线性预测编码)分析产生语音的模型。利用这种类型的编码器和这些变种，所获得的速率远低于借助PCM编码所获得的速率，例如，诸如用于全速(full rate)GSM编码器的13千位/秒。
这样编码的信号由被称为信道编码器的第二编码器12处理，其目的是给要发射的符号序列加上冗余，以便减小出现传送差错的危险。然后多路复用器13对编码后的数据进行整形，并根据传送所用的多址类型在不同的可用的逻辑信道中对其进行多路切换。例如，对于时分多址系统，物理信道只占用有限的时隙。于是编码的数据块被划分成子块，准备插入无线电信道上的时间间隔中。
一旦实现多路切换，调制器14便对符号序列进行调制。这种操作包括把数字符号序列变换成准备由信道传送的信号。然后把该信号转换成与所选择的调制类型一致的波形。调制在需要滤波的相邻信道中引起溢出。随后，在通过天线16、借助无线电波发射信号之前，用适当的装置把该信号变换成无线电频率rf，就是说，信道的载波频率。
因为接收机也具有一般的传统形式，本专业的技术人员都很容易从刚才描述的发射机的结构形式推导出它的结构形式。
按照本发明的发射装置举例说明于图2中。出现在图1的类似的框带有类似的标号。计算框21和检查框23已经加入传统的发射链中。计算框21包括测量装置，用来求出源编码器11输出信号的畸变的估计值。源编码器框11包括各种可以由检查框23选择的编码器。为此目的，检查框23把畸变的估计值与储存在该装置存储器中的阈值比较，并根据比较结果从源编码器框11中可用的编码器中选出一个源编码器。
各种编码器可以，例如以精度递增的顺序加标号，就是说，以输出速率递增的顺序加标号。在这种情况下，当畸变估计值达到高(或低)基准阈值时，检查框自动选出就精度而言略优(或略次)的可用编码器。
然后检查框23向网络提出改变编码器的请求，并在实际选择新的更加适配的编码器之前等待网络的同意。网络拒绝时，保留以前的编码器。实际上，通信双方，这里是无线电话和网络，需要使用兼容的编码器和解码器。
某些网络不对数据进行解码而从移动电台向移动电台发送数字消息。在这种情况下，移动电台的接收机必须使用一种能够对其被叫方发射机所发射的消息进行解码的解码器。因此，本发明规定，收发器发射机中源编码器的选择自动触发接收机中兼容解码器的选择。
图3举例说明本发明的第一实施例，用来估计源编码器11输出信号的畸变。按照本实施例，在原语音信号S和由源编码器11编码，然后由反向解码器33解码的信号之间进行减法31，以获得代表发射信号和编码信号之间的误差的误差信号e。然后用感知(perceptive)滤波器34对这种误差e进行滤波，用能量计算框35计算它的能量。在计算装置31+33+34+35的输出端，获得由编码器11引起的畸变的估计值E，后者将由检查框23处理。
图4举例说明本发明的第二实施例，用来估计源编码器输出信号的畸变。按照本实施例，源编码器11具有内部残留误差ER，后者可以被访问，以便由此推算数据。然后用感知滤波器41(这种滤波器已经出现在按照GSM标准EFR06.60的无线电话发射链中)对这种残留误差进行滤波。然后用能量计算装置43计算滤波后误差的能量，以便向检查框23提供源编码器11引起的信号畸变的估计值E。
按照本发明的过程举例说明于图5。它包括步骤K0至K7。步骤K0代表源编码器接收语音信号S。然后该信号S经过双重编码步骤K1：意在压缩传送信号的源编码和意在保护传送信号免受传送差错的信道编码。在步骤K2，求出语音编码器在原信号上引起的畸变的估计值E。这个估计值E是，例如，按照就图3和4所描述的方法之一求出的。该过程一直继续到检查步骤，后者包括将该估计值E与设定值比较的子步骤K3，继之以判别子步骤K4，用来根据这个估计值从发射机内的编码器中选择一个编码器。选择源编码器之后，检查框通过无线电话网络征得对这一选择的认可。步骤K5包括向网络提出请求，要求网络用选出的编码器代替旧的编码器，并等待网络的回应。若回应是肯定的(K6)，则用以前所选择的编码器代替发射机中的旧的编码器，而若是否定的，则保留旧的编码器。
这个过程最好每个数据帧进行一次。但若网络或被叫方移动电台的接收机不让解码器决定(例如，它只有一个解码器或该速率不可接受)，则这个过程只是每次连接或每次通信进行一次。
图6代表蜂窝式无线电通信系统，例如，GSM型系统。但是，本发明可以在音频信号采用源编码的所有数字式通信系统中实现。
示意地示于图6的系统包括两个链接到GSM网络62的无线电基站60,61，还包括两个移动电台63和64，后者可以在代表GSM网络的无线电覆盖区域的覆盖区域内通过基站60,61和网络62借助无线电信道彼此通信。基站60,61实现GSM网络62和移动电台63与64之间的无线电接口。
现行GSM标准规定，发射的移动电台编码和发射的消息，在它们被发射到接收移动电台之前由网络解码。于是位于移动电台内的源编码器装置必须与网络所用的解码器兼容。
按照特定的实施例，尤其是按照现行GSM标准，移动电台63的发射部分在如刚才的描述的那样选择了源编码器之后，需要向网络60,61,62发出请求，请求网络使其解码器装置适合于发射端刚才选择的源编码器。收到确认的消息时，移动电台63的发射部分便实际更换编码器。
但是，对于网络对移动电台编码的消息不进行解码、而直接将其发射的情况，提供另一个实施例。
在两个移动电台的连接中，区分语音消息的发射移动电台，例如，移动电台63和接收移动电台，例如移动电台64。按照本发明，移动电台63选择源编码器，但不请求网络授权使用这个源编码器，而是以信令信息的形式通过网络向移动电台64的接收机发出请求。因为网络不对发射端编码的消息进行解码，该任务就落在接收移动电台64上。因此，接收移动电台64的接收部分要具有用来选择与发射端所采用的源编码器兼容的解码器的装置。该装置包括多个与发射部分源编码器兼容的解码器及控制装置，用来在发射移动电台请求时自动从这多个解码器中选择一个兼容的解码器。
为了使两个移动电台之间的通信对称，还规定，每一个移动电台使用相同的编码器和相同的解码器，但这不是硬性规定。实际上，通信可以在一个方向上使用一种类型的编码/解码，而在另一个方向上使用另一种。为了使该系统均匀，本发明规定，移动电台的接收部分自动选择与发射端以前选择的编码器兼容的解码器。为此目的，接收部分包括多个与所述编码器兼容的解码器，以及控制装置，后者与发射部分的检查装置合作，以便自动从多个解码器中选择一个与发射端所选的源编码器兼容的解码器。
Claims (10)
1．一种数字信号收发器，它包括发射部分和接收部分，发射部分在输入端接收被称为原信号的语音信号，并包括：
●源编码器装置，它包括多个压缩所述语音信号，并以给定的输出速率传递所述压缩信号用的源编码器，所述压缩信号具有可测量的畸变，以及
●从该多个编码器中选择一个源编码器用的装置，
其特征在于所述选择装置包括：
●计算装置，用来形成所述压缩信号畸变的估计值；
●检查装置，用来把这个估计值与设置值进行比较，以便根据这一比较结果选择源编码器。
2．权利要求1所要求的收发器，它带有传送内部残留误差信号的源编码器，其特征在于：所述计算装置用所述误差信号来估计所述畸变。
3．权利要求1所要求的收发器，其特征在于所述计算装置包括：
●反向源解码器装置，它与源编码器装置合作，用来根据所述压缩信号产生解码后的信号，
●用来把解码后的信号与原信号比较、以便产生残留误差信号的装置，以及
●用来处理残留误差信号、以便由此推算估计值的装置。
4．权利要求1至3中的一个所要求的收发器，所述接收部分包括多个与所述源编码器兼容的解码器，其特征在于：所述收发器包括控制装置，后者与所述检查装置合作，用来从多个解码器中自动选择一个与由所述检查装置选出的源编码器兼容的解码器。
5．包括如权利要求1至4中的一个所要求的收发器的电话设备，其特征在于它符合数字远程通信标准。
6．带有权利要求5所要求的电话设备的语音交换用的数字式远程通信系统。
7．一种数字信号发射过程，它包括下列步骤：
●接收所谓原信号的语音信号的接收步骤，
●压缩所述语音信号并以给定的输出速率传送压缩信号的源编码步骤，所述压缩信号具有可测量的畸变，以及
●从多个编码器中选择一个源编码器以实现源编码步骤的选择步骤，
其特征在于所述选择步骤包括：
●用来形成压缩信号畸变的估计值的计算子步骤，
●用来把这个估计值与设定值加以比较，并根据所述比较的结果选择源编码器的检查子步骤。
8．权利要求7所要求所过程，其中源编码器传送内部残留误差信号，其特征在于：所述误差信号用于估计压缩信号的所述畸变的计算子步骤。
9．权利要求7所要求的过程，其特征在于所述计算子步骤包括：
●反向解码步骤，用来根据所述压缩信号产生解码后的信号，
●把所述原信号与所述解码后的信号比较、以便产生残留误差信号的步骤，以及
●处理残留误差信号、以获得所述估计值的步骤。
10．一种数字信号接收过程，它包括用来对通过权利要求7所要求的发射方法送来的压缩信号进行解码的源解码步骤，其特征在于所述接收过程包括根据所述选择的源编码器从多个可用的解码器中自动地选择解码器的步骤。
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