CN1372737A - 检测被破坏信号参数的错误隐蔽方法 - Google Patents

Abstract

该错误隐蔽方法改善了传输系统中的信号质量。该方法用于处理在通过传输信道传输之前已经被编码为语音参数的语音信号。这允许在接收方检测由于不利信道条件产生的被破坏信号参数。该方法包括信号质量估计和信号参数变化的统计研究,以便获得该参数可能被破坏的指示。执行一个第一信号质量估计。它可以是例如在帧最重要位内的错误概率估计。执行第二信号质量估计。它可以是例如在帧位内的错误概率估计。根据该估计的结果,执行统计研究以便检测哪个信号参数可能被破坏。

Description

检测被破坏信号参数的错误隐蔽方法

本发明领域

本发明涉及在传输系统中的错误隐蔽，用于改善接收端的信号质量。

本发明在传输系统中具有大量应用。它特别对于经历不利信道条件的传输系统有用，例如无线电系统。本发明例如应用于语音传输系统。因此与许多语音编码器/解码器或声码器等兼容，例如GSM(全球通)全速率语音声码器，GSM增强全速率语音声码器和用于GSM和UMTS(通用移动电信系统)系统的AMR(自适应多速率)语音声码器。

背景技术

在EUPSIC098，721724页，1998年9月由Norbert Gortz发表的“在CELP语音编码中冗余和零冗余信道错误检测和组合”文章中描述了在接收端校正坏帧内被破坏语音参数的错误隐蔽方法。按照该方法，在帧的最重要位上执行信号质量估计，用于指示该帧是否被认为坏或不坏。然后，该方法利用参数统计以便检测坏帧语音参数中的哪个被破坏。

本发明概述

本发明的目的是提供一种获得更好信号质量的错误隐蔽方法。

本发明考虑下列方面。在数字传输系统中，输入信号通常被分成二进制单元或位的顺序帧。一帧的多位代表一组信号参数。每个信号参数对应该信号的预定特性特征。帧中的某些位被认为比其它位更重要。这些位被称为最重要位。很清楚，最重要位中任何一个的传输错误将导致信号质量的严重恶化。因此，大多数通信标准例如GSM系统包括了信号质量估计装置，用于一帧一帧地估计在帧中最重要位中出现的传输错误。在GSM系统中，这种信号质量估计被称为CRC(循环冗余校验)。CRC产生一个坏帧指示符BFI，该指示符表示该帧是否被认为是坏的或不坏。BFI指示符不包含有关表示坏帧中哪个参数被破坏的信息。

在所引用的文献中，提供了一种方法，其中根据CRC类型的结果执行错误隐蔽过程，以便检查CRC结果并且检测坏帧的哪个参数可能被破坏。该方法使用了CRC结果来区别被认为好的帧和被认为坏帧。然后，参数内的不同被定义为正处理参数数值与相同参数最近未被破坏数值之间的差别。如果参数内差别大于预定阈值，正处理的参数被认为可能被破坏。当一个帧被认为是坏帧时，对该帧的每个参数计算参数内差别以便确定哪个参数可能被破坏。当一个帧被认为是好帧时，该帧的参数被简单保存以在例如进一步处理中使用。进一步处理包括信号参数解码，用于纠正传输信号。

按照所引用的方法，通过CRC被检测为良好的帧内的参数也被认为良好，并且进一步处理为未被破坏参数。当CRC结果指示坏帧时所引用方法只计算参数内差别。它不提供当结果表示好帧时检查CRC结果的装置。实际上，可能出现CRC不能检测坏帧。因此，被CRC检测为好帧的帧可能实际上被破坏。按照所引用方法，这将导致对这些帧内可能被破坏参数的错误检测。这种错误检测因此引起对被破坏参数的正常解码，这导致信号质量的严重恶化。

按照本发明，提供一种方法、一个用于执行该方法的计算机程序产品、一个接收机和一个包括一个其中可以实施计算机程序产品接收机的无线电电话机，本发明克服了公知方法的缺点。在这方面，如同第一段中所述的一种方法被提供，其中错误检测步骤包括下列子步骤：

一个第一信号质量的第一估计，用于获得第一误差概率估计，

一个第二信号质量的第二估计，用于获得第二误差概率估计，和

根据第一和第二误差概率估计，在当前信号参数和最近的前一个信号参数之间比较以便获得是否当前参数可能被破坏。

按照本发明的方法执行一个第一信号质量的第一估计和一个第二信号质量的第二估计。第二估计允许检查第一估计的结果，例如，当第一估计往往表示好帧时。然后，根据第一和第二估计的结果，执行比较以便进一步检查两个估计结果和检测哪个参数被破坏。

本发明具有消除或至少减少由所接收信号中信道误差产生的高噪声感觉。它也用于改善最终用户所收听的语音信号的清晰度。

附图简要说明

本发明和可选择地用于实现本发明优点的另外特征通过参照附图将更明显。

图1是表示按照本发明接收机的示意方框图。

图2是表示包括按照本发明接收机的传输系统例子的示意方框图。

图3是表示按照本发明方法的流程图。

图4表示按照本发明无线电电话机的例子。

附图详细说明

图1所示的方框图是按照本发明的接收机例子，用于接收包括表示为P(k)的随后信号参数的编码信号，k是代表正处理参数指数的整数。该接收机包括错误检测装置，用于检测可能的被破坏信号参数。该错误检测装置包括：

一个第一质量估计器EST2，用于提供第一信号质量的第一错误概率估计BFI，

一个第二质量估计器ETS2，用于提供第二信号质量的第二错误概率估计RXQaul，

一个统计单元STAT，用于存储已经被检测为未被破坏信号参数和用于将当前信号参数P(k)与最新前一个未被破坏信号参数P(k)比较，k是代表前面参数指数的整数。

一个控制单元CTRL，用于针对第一和第二信号错误概率估计BFI和RXQual启动统计单元STAT，用于采集比较结果和用于获得该结果，如果当前参数P(k)可能被破坏。

按照本发明的优选实施例，第一和第二错误概率估计BFI和RXQaul基于不同质量标准。例如，如果信号参数包含在帧中，至少一个第一质量估计器可以估计帧内的错误概率。如果帧包括一组最重要位，如同在例如GSM系统的大多数传输系统中的情况，第一质量估计器可以估计该组最重要位中的错误概率。然后，第二质量估计器可以估计整个帧内的另一个错误概率。

按照本发明的优选实施例，一旦接收第一和第二误差概率估计统计单元STAT通过控制单元CTRL启动，如果第一和第二误差概率估计相互不同达到大于预定阈值的程度。

按照本发明的优选实施例，统计单元计算当前参数数值和相同参数最新未被破坏数值之间的参数内差别以便将所述差别与基准数值进行比较。如果该差别大于基准数值，当前参数被认为被破坏并且不用于进一步处理。优选地，该被破坏参数将通过例如以最新未被破坏参数替代该数值或通过利用日夜其它校正方法进行校正。

图2表示了传输系统的例子，其中可以实现按照图1的接收机。它表示了按照通信标准例如GSM建议工作的无线电传输系统，但是本发明也应用于任何其它传输系统。大量有关GSM标准的数字被作为例子使用以改善对本发明的理解。图2的系统包括一个发射部分，该部分包含模块21、A/D、SC、CC和24，还包括一个接收部分，包括了模块26、CD、SD、D/A和29。该系统包括：

一个麦克风21，用于接收话音信号和用于将其转换为模拟电语音信号，

一个模数转换器A/D，用于将从麦克风21接收的模拟语音信号转换为数字语音样本，

一个语音编码器SC，用于将语音样本分段成为例如20毫秒的语音帧，和用于将语音帧编码成为例如一组76个语音参数的，

一个信道编码器CC，用于防止由于信道产生的语音参数传输错误，

一个发射电路24，用于通过传输信道发射语音参数，

一个传输信道，例如，无线电信道，

一个接收电路26，用于接收来自传输信道25的语音参数，

一个信道解码器CD，用于消除由信道编码器CC加入的冗余位和用于检索所传输语音参数，

一个语音解码器SD，用于对从信道解码器CD所接收和由语音编码器SC产生的语音参数解码，和用于检索传输的语音信号，

一个数模转换器D/A，用于将从语音解码器SD所接收数字语音信号转换为模拟语音信号，

一个扬声器或耳机29，用于提供音频消息给用户。

语音编码器/解码器SC和SD，分别在GSM建议06.10(ETS200961)中描述：“数字蜂窝电信系统；全速率语音；代码转换”1997年5月，GSM全速率语音声码器一部分。语音声码器的目的是减少传输位速率。一个信道编码器和解码器CC和CD分别在GSM建议05.03(ETS300909)中描述：“数字蜂窝电信系统(阶段2+)；信道编码”1996年8月，GSM全速率语音声码器一部分。信道声码器的目的是增加形成语音参数的所传输信息的冗余度以便防止它们受信道误码影响。

事实上，不利信道条件可以引起由接收电路26所接收的语音参数包括大量数据误码。信道编码器CC为此目的防止传输数据受这种信道误码影响。可是，在极端信道条件下，数据误码可能仍然与信道编码无关。错误隐蔽过程因此被提供以对付由于信道产生的剩余误码，以便更好地进行语音解码处理和改善最终语音质量。

如图1所示的错误隐蔽设备可以在信道解码CD或语音解码SD模块任何一个中实现。也可以在位于信道和语音解码模块之间的单独实体上实现。

在信道编码器CC中，信息位按照预定帧格式排序，其中最相关位被安置在最不相关位之前，如同GSM建议05.03(ETS300909)中所指定的。位相关是基于主观检测。有50个最相关位由称为CRC(循环冗余校验)循环码利用3个奇偶校验位保护。CRC在信道解码器CD中解码以检测该帧的50个最相关位内的比特误码。当至少一个最相关位被破坏时就认为一个帧被破坏。信道解码器CD然后发布一个坏帧指示符BFI以便表示该帧被CRC检测为被破坏。按照本发明的优选实施例，接收机可以使用CRC作为第一质量估计器用于提供坏帧指示符BFI。在坏信道条件下CRC不能检测被破坏帧的概率不是零。坏帧错误检测可以发生并且导致对坏帧的常规解码，这将一起信号质量恶化，例如高噪声。

在信道编码器CC中，整个帧也由卷积码保护，该码允许估计整个帧的比特误码率。位按照GSM建议05.03(ETS300909)中所指定的卷积码编码形成卷积码字。卷积码字在信道解码器中由维特比算法进行解码。为估计比特误码率，解码后比特被重新编码并且与所接收比特进行比较。所接收位与重新编码位之间差的总量用于计算接收质量估计器，表示为RXQual。按照本发明优选实施例的接收机可以使用RXQual接收质量估计器作为第二质量估计器以便核实第一质量估计器的结果，该第一质量估计器例如是CRC类型。RXQual的可靠性往往取决于信号质量。信号质量越坏，RXQual的可靠性越差。因此，CRC一般比RXQual更可靠。因此，当CRC表示一个好帧时，RXQual结果最好只用于错误隐蔽。这是因为当CRC已经表示坏帧时，RXQual的可靠性值得怀疑。

图3表示了由图1所示接收机执行按照本发明的方法示例的主要步骤。按照本发明优选实施例，接收机由计算机控制。该计算机按照程序执行一组指令。当被加载到接收机中时，该程序使接收机执行下面所描述的方法。

按照本发明的方法是一个处理包括随后信号参数的编码后信号的方法。该信号参数可以是例如包含在信号参数的顺序组中。该方法执行错误检测以检测可能的被破坏参数。错误检测包括下列主要步骤：

一个接收步骤31，用于接收一个信号，包括n个信号参数的顺序组[f1(k)，f2(k)，…，fn(k)]，其中n＞0而k是代表当前参数组的指数的整数，

一个第一信号质量估计步骤32，用于估计第一信号质量和用于获得第一误码概率估计，

一个第二信号质量估计步骤33，用于估计第二信号质量和用于获得第二误码概率估计，和

根据第一和第二误码概率估计，一个比较步骤34用于比较当前组信号参数[f1(k)，f2(k)，…，fn(k)]与至少前一组信号参数[f1(k1)，f2(k1)，…，fn(k1)]，该前一组被认为是没有被破坏，

k1是前一组的指数，并且用于推导当前组哪个参数可能被破坏，

对于可能被破坏的参数，一个校正步骤35(CORR)被执行，例如用于利用前组相同参数替代被破坏参数，

如果当前组至少一个参数可能没有被破坏，错误隐蔽处理结束和在该参数上执行进一步处理36，例如信号解码(DECOD)。

针对GSM应用，第一估计步骤可以包括在帧最相关位上的循环冗余校验(CRC)，以便确定包含信号参数当前组的帧是否可能被破坏。然后，按照优选实施例，如果CRC结果表示一个好帧(GF)则执行第二估计步骤33。该第二估计步骤33可以包括一个卷积解码以估计在整个帧内的比特误码率。这种估计可以由RXQual类型估计器的计算产生。如果由RXQual类型估计器指示的比特误码率大于表示为rxthres的预定阈值，该帧被认为被破坏(Y)。反之，被认为良好。如果RXQual类型估计器大于预定阈值rxthres(Y)，由此CRC估计器指示一个良好帧(GF)，第2估计器结果被认为不同。在此情况下，比较步骤34被执行以便在该组每个参数上执行最终校验。在其它情况下，如果RXQual类型估计器低于或等于预定阈值rxthres(N)，由此CRC估计器指示一个良好帧(GF)，当前组的参数被认为没有被破坏并且可以直接在步骤36中解码。估计器不同以便启动比较步骤34的程度可以通过为在第二估计步骤33中估计比特误码率测定的阈值rxthres确定。

当第2估计器结果不同到由阈值rxthres所确定程度时，比较步骤34被执行。该比较步骤34也允许检测这些被破坏的参数组并且在解码之前被校正。对于每个参数组的参数内差别可以被计算。参数内差别被定义为当前组中信号参数数值与前一组中相同参数的数值之间的差，当前信号参数表示为fj(k)，j是该组参数的指数，而前一组相同参数的数值表示为以前的参数fj(k1)。优选地，前面数值是相同参数的最新未被破坏数值。如上所述，指数k和1是整数，k是当前组参数的指数而k1是例如前一组相同参数最新未被破坏数值的指数。表示为[|fj(k)fj(k1)|低于某个阈值δ的概率γ可以由下列公式表示：

Pr[|fj(k)fj(k1)|＜δ]＝γ       (1)

其中Pr[g]表示函数g的概率。阈值δ可以被固定以便概率γ高。因此，信号参数产生参数内差别低于δ的绝对值的概率大。这样的参数因此被认为未被破坏。相反，产生参数内差别绝对值大于δ的信号参数不太可能。这种产生因此被认为被破坏。只有未被破坏参数被保留用于进一步处理(DECOD)和用于计算参数内差别。被认为被破坏的参数将被校正(CORR)。

当第一质量估计器32指示一个坏帧(BF)时，公式1中表示的相同类型的参数内差别可以在步骤37中优选地利用不同阈值进行计算。为使正确参数部分外被破坏的可能性最小，阈值应当针对相应的如下可能性进行设置。由CRC类型过程首先检测帧为良好(GF)情况下的概率γ大于由CRC类型过程检测帧是坏的(BF)情况下的概率β。阈值应当因此被设置得满足上述概率：γ＞β。

检测为未被破坏的所接收参数被存储以便用于比较步骤34火7。它们也可以用于进一步处理36例如信号解码(DECOD)。由任何步骤34或37被检测为被破坏的参数应当在解码之前在校正步骤35中被校正。

图4表示按照本发明的无线电电话机，包括图1和图2所示的接收机。它包括一个机壳40，一个键盘41，一个屏幕42，一个扬声器43，一个麦克风44和一个天线45。该天线被耦合到接收电路和信道解码器，如图2所示分别参照26和CD，信道解码器CD包括一个具有如图1所示的错误隐蔽设备的接收机。

前面的说明和附图并非表示对本发明的限制。很明显，大量替代将落入权利要求书的范围。为此，提出下列结束语。

存在大量通过硬件或软件或两者实现这些功能的方式。为此，附图非常简略，每个附图只代表本发明一个可能的实施例。因此，尽管附图将不同功能表示为不同模块，这并不意味着排除由单独一项硬件或软件执行几个功能。也不排除一个功能由硬件或软件或两者项目的组合实现。

在权利要求中的任何参考标记将不构成对权利要求的限制。使用动词“包括”和其各个形态不排除出现权利要求之外的单元或步骤。在单元或步骤之前的冠词“一个”不排除出现耽搁这种单元或步骤。

Claims (10)

1.一种处理包括随后的信号参数的编码信号的方法，该方法包括检测可能的被破坏参数的错误检测步骤，其中错误检测步骤包括下列子步骤：

一个第一信号质量的第一估计，用于获得第一错误概率估计，

一个第二信号质量的第二估计，用于获得第二错误概率估计，和

根据第一和第二错误概率估计，在当前信号参数和至少一个以前信号参数之间比较以便获得当前参数是否可能被破坏。

2.权利要求1所要求的一种方法，其中第一和第二估计步骤根据不同质量标准。

3.权利要求1或2所要求的一种方法，其中如果第一和第二错误概率估计相互不同达到大于预定阈值的程度就执行比较步骤。

4.权利要求1到3任何一个所要求的一种方法，其中比较步骤计算当前参数和最新未被破坏参数之间的差别以便将所述差别与基准数值比较。

5.权利要求1到4任何一个所要求的一种方法，其中信号参数被包含在帧中，和至少第一估计步骤估计一个帧中的错误概率。

6.权利要求5所要求的一种方法，其中帧包括一组最重要位，和第一估计步骤估计该组最相关位内的错误概率。

7.一个计算机程序产品，用于包括一组指令的接收机，当被加载到接收机中时，使所述接收机执行权利要求1到6的任何一个中所要求的方法。

8.一种接收机，用于接收包括信号参数的编码后信号，该接收机包括错误检测装置用于检测可能被破坏的信号参数，其中错误检测装置包括：

一个第一质量估计器，用于提供第一信号质量的第一错误概率估计，

一个第二质量估计器，用于提供第二信号质量的第二错误概率估计，

一个比较单元，用于将当前参数与至少一个以前参数进行比较并且获得当前参数是否可能被破坏，

一个控制单元，用于针对第一和第二错误概率估计启动该比较单元。

9.权利要求8所要求的一种接收机，其中如果第一和第二错误概率估计相互不同达到大于预定阈值程度则控制单元启动比较单元。

10.一个无线电电话机，用于接收包括语音参数的编码后语音信号，特征在于它包括权利要求8或9任何一个所要求的接收机。

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