CN1386330A - 信号编码 - Google Patents

Abstract

本发明提供信号编码,其中该信号被编码以便获得一个编码的数据流,并且在编码的数据流中包括有信源有效信息(SSI),该信源有效信息(SSI)表明编码的数据流各部分所期望的保护率。在此方式下,一个信道编码器可以从编码的数据流中获得信源有效信息,这对于在具有中间网络层的情况下是有益的。可取的是,编码的数据流包括各个数据分组,被包括在与各个数据分组相关的各个首标中,一个给定的首标表示相关数据分组各部分(pin)期望的保护率。为了便于检测信源有效信息(SSI),一个第一首标(SSI1)被放在编码的数据流的一个开头上。可替换的,提供一个标识符给第一首标(SSI1)。

Description

信号编码

本发明涉及编码一个信号。

本发明还涉及信道编码。

Hagenauer，J，和Stockhammer，T.，的文章‘Channel Coding andTransmission Aspects for Wireless Multimedia’，IEEE会议文件，Vol.87，No.10，1999年10月，公开了用于多媒体的联合信源/信道编码和解码的方法。多媒体必须处理各种压缩的和解压缩的信源信号，比如数据，文本，图像，音频和视频。在无线信道上错误率是高的，而且信源/信道编码和解码方法是有益的。

在不同种类的通信世界中，分层的结构是用于标准化，设计和实现的一个重要特征。通常一个层只与在接收机端上相应的层通信，通过使用较低层完成上层的请求。对于标准化和实现来说，需要仅仅定义用于每个层的接口和任务，其中接口定义是非常简单的。通常使用一个状态机描述层。此外，在层模型中存在很清楚的区分：端-到-端应用在不同的物理媒体上传送，像光纤，铜线，或一个连接内的无线。

与层结构相反，越过层的优化压缩和传输扩展在移动环境中可能是有用的。通过移动信道和可用资源的状态可以影响信源编码方案甚至应用控制一些业务可能会受到限制，由于差错，复杂性，和延迟约束。通信系统优化应用和信道对未来的宽带和功率有效传输是有意义的。

如果了解一些信源特性，也就是比特灵敏度测量或者信源有效信息，或者如果应用提供从增强信息中分离出来的基础信息，通过使用先进的信道编码算法或调制技术可以提供不等错误保护(UEP)方法。更多的重要基础信息有力的保护传送保证，较少的增强信息受到较低保护或者在糟糕的信道条件中甚至不发送。

图1显示了在一个非频率选择的衰落信道上用于一个单一应用的最简单的传输配置的一部分。不同的方框信源1，信道编码器2，传输信道3，信道解码器4，和信源解码器5以各种方式被链接。从信源编码器1提供一个信源信号u道信道编码器2以便获得一个信道编码的信号x。信道编码的信号x在传输信道3上被发送和被恶化，导致一个恶化的信号y。恶化的信号y在信道编码器4中被解码以得到一个信道解码的信号 ，它被提供到信源解码器5。仅通过解调器/检测器的硬判决信道和解码器不被连接。软判决和信道状态信息(CSI)被传递。信源有效信息(SSI)被传递到信道编码器2来用于静态或动态UEP。根据假设一个分组的某一确定部分的丢失或出错，通过评估被解码的应用可以导出SSI。

本发明的一个目的是提供优越的信号编码。为此，本发明提供编码，信道编码，一个编码的数据流，和一个存储媒介，如在独立权利要求中所定义的。最佳实施例被定义在从属权利要求中。本发明特殊的优点在于具有中间层的情况下，例如用于网络的设备的协议层。

按照本发明的第一个方面，一个信号被信源编码以便得到一个编码的数据流，并且信源有效信息(SSI)被包括在编码的数据流中，信源有效信息指明编码的数据流各个部分期望的保护率。在有中间网络层的情况下，本发明提供信源和信道编码器之间良好的信息交换，从而允许UEP更好的致力于有效的提供无线网络体系结构和设备的设计，例如，蜂窝网络。本发明可以用于电路交换以及分组交换的网络。通过把SSI包括在编码的数据流中，从编码的比特流中可以获得SSI，简单的保持了编码层之间的对接。在编码的数据流中包括SSI信息具有这样的结果，应该安排一个信道编码器以便从编码的比特流中提取SSI信息。从信源编码器发送到信道编码器的SSI表明期望的保护率。按照本发明的一个信道编码器，根据识别的SSI的控制信道编码该编码的数据流。此外，最好是信道编码器还考虑传输信道的状态。这样，根据从信源编码器中得到的编码数据流中的SSI的控制和传输信道的状态，用各个错误保护率信道编码该编码数据流的各个部分。因此，实际的信道编码数据流的错误保护率不必与通过从信源编码器得到的SSI所表明的期望错误保护率相同。在信道条件不符合某种确定所需的带宽的情况下，信道编码器也可以决定省去传输给定的信息。

有益的是，SSI包括编码的数据流的各个部分的各个长度。本发明的这个方面提供用于编码数据流各部分各种长度的有利编码。

有益的是，SSI被包括在与各个分组有关的各个首标中，一个给定的SSI首标表明用于相关分组各个部分的期望的保护率。本发明的这个方面提供在使用数据分组的一个编码系统中信源和信道编码器之间一种有益的交换。

有益的是，SSI被包括在表明相关数据分组的一个开始位置的一个偏移量中。这样，信道编码器配备一个指示器道编码的数据流以便直接地在被信道编码的数据分组的开始位置上存取编码的数据流。

有益的是，SSI以这样的方式被包括在编码的数据流中，它能够容易被一个信道编码器所识别，信道编码器必须按照本发明被安排。最好是，信道编码器应该可以获得SSI而不必在信道编码器上解码该编码的数据流。本发明的另一个实施例提供了在信道编码器中识别SSI的良好方法。

有益的是，在一组数据分组中的第一数据分组的SSI首标，即第一SSI首标，被放在该组数据分组的开始上。该实施例提供了一种易于存取SSI首标的方法。该实施例要求在每个中间编码层上，SSI首标被放在该组数据分组的开始上，并且第一SSI首标中的偏移量被更新以便考虑中间编码层的长度。

可替换的，第一首标配备一个标识符，最好是正好在第一SSI首标的前面。该实施例具有另一个优点是，SSI首标对网络是透明的。该标识符可以是一种伪随机字或本领域中已知的任何类型的标识符。可取的是，伪随机字是一个伪噪声序列。参考John G.Proakis，‘数字通信’，第二版本，McGraw-Hill，1989，801-817页，831-836页。一种优选的伪噪声序列是技术领域中已知的Gold序列。伪噪声序列具有自相关特性，特别适用于检测和/或同步。安排按照本发明的一个信道编码器以识别标识符并因而识别第一SSI首标。

尽管本发明的优选应用是把信源有效信息提供给一个信道编码器，但已经被包括在编码数据流中的SSI可以可替换的应用于在一个信道上从信道编码器到信道解码器的发送SSI的过程中。

本发明的一个优选应用领域是MPEG-4视频的无线传输。Heinzelman，W.R.，Budagavi，M.和Talluni，R.，的文章‘MPEG-4压缩视频的不等错误保护’，图像处理国际会议的会议论文，1999年10月，公开了一种MPEG-4压缩比特流的结构，借助于使用不等错误保护以确保在比特流的重要部分中有较少的错误。

通过结合参考对下面所述实施例的阐述本发明的上述和其他方面将易于理解。

在附图中：

图1显示根据现有技术已知的一个编码安排的一个方框图；

图2显示在一个数据分组中包括一个SSI首标的一个实施例；

图3显示一个SSI首标的一个例子；

图4显示按照本发明的一个实施例管理一个编码比特流中第一数据分组的一个SSI首标；

图5显示按照本发明的一个实施例管理其余数据分组的SSI首标；

图6显示按照本发明的一个实施例一个垂直层概念的一个图；

图7显示按照本发明的一个实施例一个系统的一个方框图；

图8显示按照本发明的一个实施例使用一个标识符自动的SSI首标检测；和

图9显示按照本发明的另一个实施例一个系统的一个方框图。

附图只显示用于理解本发明所需的那些部件。

在UEP中，运行在一个物理层上的一个信道编码器/解码器能够根据从信源接收的SSI用不同的速率编码/解码部分的数据流。

在下文中，一个MPEG-4编码器被考虑运行在一个应用层上，编码器进行传送一个视频流到一个终端用户。处于简便，假设视频流被分成N个视频数据分组的组，例如，在诸帧中，并且在一个给定层上多个组不被分类成较小的单元(作为本领域技术人员来说，在阅读了该描述之后，将会直接扩展到这种情况，其中多个组被分解)。在下文中，集中讨论一个单组N个MPEG-4视频数据分组的传输。

按照本发明的一个方面，各个SSI首标被合并在包括各个数据分组的一个编码的数据流中，其中一个给定的SSI首标与一个给定的数据分组有关。参看图2一个数据分组的一个例子，具有一个SSI首标。一个MPEG-4视频分组基本上包括一个视频分组首标p1，位移信息p2(在预测编码帧的情况下)，和组织结构信息p3，数据分组的每部分具有可变的尺寸

尽管在图2中未示出，一个MPEG-4分组通常包括在分组末端上的填充比特，也就是，在组织结构信息p3之后。这些填充比特应该得到与分组p1的首标相同的保护，因为如果该信息被破坏可逆的编码就不能被执行，而且如果接收的填充比特出错，一个随后的分组可能被丢失。首标p1包括分租的最重要的比特，位移比特p2是其次重要的和组织结构比特p3是最不重要的。要注意的是，数据分组各部分的重要性与SSI直接有关。假设期望不同的保护率来执行UEP，首标p1应该得到一个给定的保护r1，位移比特p2应该得到一个较低级的保护r2，且组织结构比特p3应该接收一个最低级的保护r3。层L表示一个MPEG编码层。在每个顺序的层1＝L-1，...，1上，执行一些处理并且一个首标h(1)被插入编码的数据流中，通常是在编码数据流的开始。按照本发明的一个优选实施例，第一分组的SSI首标，即SSI¹被放在编码的比特流的开头上，如图4所示。在图5中显示了管理其余数据分组的SSI首标。

对于每个数据分组，一个数据分组部分

的一个开始位置被给出： ${\mathrm{\Δ}}_i^{l,n}={\mathrm{\Δ}}_{i-1}^{l,n}+{\mathrm{\Δ}}_{i-1}^{L,n}----\left(1\right)$

对于i≥2，其中 ${\mathrm{\Δ}}_1^{l,n}={\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{ofs}}^{l,n}$

第一分组的偏移量

是当前首标长度

和第一分组的先前偏移量

总和，表示为：

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{ofs}}^{l,1}={\mathrm{\Δ}}_h^l+{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{ofs}}^{l+\mathrm{1,1}},$ 1＝L，...1

在层L上的偏移量

等于SSI首标的长度，也就是， ${\mathrm{\Δ}}_h^{L,1}={\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{SSI}}$ 和 ${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{ofs}}^{L+\mathrm{1,1}}=0.$

第一SSI首标最好包括尺寸

，比率

，和偏移量

。在图3中显示了这样一个优选的SSI首标。在此方式下，信道编码器接收分组每部分的尺寸

和相应的比率r_i。

在按照图4的一个实施例中，考虑到当前层的首标的长度，偏移量

需要以此方式在每层上更新，信道编码器被给定正确的指示器以便正确的编码视频分组的不同部分。图4显示了在每个层上，与第一MPEG-4数据分组相关联的SSI首标被放在该组数据分组的开头上以便它能够被立即检测到；而且，根据当前层的长度相应的偏移量

被更新。对于其余的MPEG-4视频分组，

(n＝2，...，N)对应于各个SSI首标 的长度。如果所有的 具有一预定的长度，对于n≥2，能够在SSI首标中省去偏移量 ，只要信道编码器考虑

。如此定义的SSI首标可以被翻译成一个延伸贯穿几个层1，...，L的一个垂直层，如图6所示。层L表示一个MPEG-4应用，层1是一个信道编码/物理层。在此方式中，通过垂直层SSI可以在多层之间被携带，使得信道编码器即刻接收所有信息，这些信息是根据一个UEP标准编码视频分组数据所需的信息。垂直层延伸贯穿网络层，从而允许良好的信源适于UEP。

图7显示按照本发明的一个实施例的一个系统的一个方框图。在应用层L上，显示了一个信源编码器10(例如一个MPEG-4编码器)，配备一个SSI首标产生单元11和一个多路复用器12。信源编码器10产生一个编码的数据流。多路复用器12把由SSI首标产生单元产生的SSI首标合并到编码的数据流中。在中间层上，一个中间编码器13执行一个编码操作，其中第一SSI首标被位移并且更新的偏移量与图4所示的编码操作相同。每个层L-1，...，2合并这样一个编码器13。在信道编码/物理层1上，显示了由一个控制器14控制的一个信道编码器15。控制器14识别第一SSI首标。这是一种容易的操作，因为在该实施例中，SSI首标出现在编码数据流的开头。通过使用偏移量和各个分组部分的长度识别另外的SSI首标。来自SSI首标中可用的信息被提供到信道编码器15，它在编码的数据流上执行一个信道编码操作，其中根据信源有效信息的控制用各个保护率编码该编码数据流的各个部分。由信道编码器15产生的一个信道编码的数据流被提供到一个调制器16，它执行一个调制操作以使编码的信号适用于在信道3’上的传输。可替换的，传输信道3’可以是一种存储媒介。包括按照本发明的SSI信息的每个层的结果数据流可以在这样一个信道上被发送，或者可以被存储在这样一个存储媒介中。在一个接收机端上，在一个解调器17中接收发送的数据流，在其中从发送的数据流上提取控制信息。控制信息被提供到一个控制器18，它控制一个信道编码器19。通过中间层信道编码器提供一个信道编码的信号到一个信源解码器20。

可以根据任何已知的适合信道编码机理的信源执行信道编码。可取的是，发送按照本发明的SSI首标以便通知信道编码器在信道编码器15中UEP操作已经被执行的情况。信道编码器15应该保护SSI首标防止信道错误，并且信道编码器19应该完成解码操作以便解码SSI。在信道编码中的错误保护率不同于从原始SSI首标中获得的期望保护率的情况下，SSI首标需要更新以表明由信道编码器15使用的实际的错误保护率。

因为在每个层上建议的技术要求管理SSI首标，相对于现有技术的系统，在每个层上需要附加的处理。

本发明的一个可替换的实施例防止了在每个层上的附加处理，并且使UEP对网络是透明的，仅在SSI首标的前面使用一个标识符。例如，一个伪随机字可以被刚好放在第一MPEG-4分组的SSI首标的前面，以便通过相关技术它能够在物理层上被自动地检测。标识符增加另外的冗余到比特流上和标识符的检测需要在物理层上附加的硬件和/或软件资源来用于相关计算。然而，这种技术的优点是，它能使UEP不考虑中间层。

图8显示按照本发明的一个实施例使用一个标识符检测SSI首标的一个实施例。通过在编码的数据流中插入一个标识符，按照本发明的一个信道编码器可以容易的识别与标识符相关联的SSI首标。在该实施例中，在每个中间层上不需要更新和替换编码数据流开头上的第一SSI首标。实际上，在每个中间层上不需要识别和处理第一SSI首标。因此，可以使用现有技术的中间编码。随后的首标h(L-1)，h(L-2)，等等被刚好放在第一SSI首标的前面。

图9显示在中间层上不用SSI管理实现UEP的一个方框图。图9中显示的部件与图7的实现中所示的部件类似。区别在于现在已经安排了SSI首标插入单元11，以便把一个标识符包括在编码的数据流中，该标识符与第一SSI首标相关，并最好把它放在刚好是第一SSI首标之前的编码比特流中。在此方式下，SSI首标在信道编码器15中可以被容易的识别。因为在每个中间层处理中，在编码的数据流的开头上不需要替换SSI首标，在中间层中不需要附加的处理。与图7的另一个区别是，现在已经安排了控制器14来识别SSI首标标识符。当SSI首标被信道编码和被发送的情况下，该实施例中的单元18已经被安排来检测标识符。可以设计在接收端上检测标识符，可以有效的增强防止信道错误。不需要信道编码这样的一个标识符。始终保持需要SSI首标的信道编码。

当数据分组的多个组被分解时，产生了较小的多组数据分组。每个这些较小组的第一数据分组可以被处理，如上所述。

本发明优选的应用领域是移动电话和移动通信设备。

应该注意的是，上述示例的实施例并不限制本发明，而且在不脱离所附权利要求范围的条件下，本领域普通技术人员能够设计出许多可替换的实施例。在权利要求中，放在括号之间的任何参考标记并不构成对权利要求的限制。单词‘包括’并不排除在权利要求中没列出的现有的其它部件或步骤。本发明可以通过包括几个不同部件的硬件装置来实现，和通过适合编程的计算机装置来实现。在一个设备权利要求中列举了几个装置，通过一个和相同项目的硬件可以具体化这些装置中的一些。实际上，在相互不同的从属权利要求中叙述的确定的手段并不表示这些手段的组合不具有先进性。

总之，本发明提供信号编码，其中信号被信源编码以获得一个编码的数据流，并且信源有效信息被包括在编码的数据流中，信源有效信息表明编码的数据流各部分所期望的保护率。在此方式下，一个信道编码器从编码的数据流中可以获得信源有效信息，这在具有中间网络层的情况下是有益的。可取的是，编码的数据流包括各个数据分组，被包括在与各个数据分组相关联的各个首标中，一个给定的首标表示用于相关数据分组各个部分的期望保护率。为了易于检测信源有效信息，把一个第一首标放在编码的数据流的开头。可替换的，第一首标配置一个标识符。

Claims (16)

1.编码一个信号的一种方法，该方法包括：

信源编码(10)信号以获得一个编码的数据流；

把信源有效信息(SSI)包括(11，12)在编码的数据流中，信源有效信息(SSI)表明编码的数据流各部分的期望的保护率(riⁿ)。

2.如权利要求1中的方法，其中信源有效信息(SSI)包括编码的数据流各部分的各个长度

3.如权利要求1中的方法，其中编码的数据流包括各个数据分组，信源有效信息(SSI)被包括在与各个数据分组相关的各个首标(SSIⁿ)中，一个给定的首标(SSIⁿ)表明相关数据分组各部分 期望的保护率(riⁿ)。

4.如权利要求3中的方法，其中在给定的首标(SSIⁿ)中包括一个偏移量 ，该偏移量

表示相关数据分组的一个开始位置 $\left({\mathrm{\Δ}}_i^{l,n}\right).$

5.如权利要求3中的方法，其中编码的数据流包括各组数据分组，在方法中与该组数据分组的第一数据分组相关的第一首标(SSI¹)被放在编码的数据流的一个开头上。

6.如权利要求3中的方法，其中编码的数据流包括各组数据分组，在方法中与该组数据分组的第一数据分组相关的第一首标(SSI¹)被提供一个标识符(id)。

7.如权利要求6中的方法，其中标识符被正好放在第一首标(SSI¹)的前面。

8.编码(13)一个编码的数据流的一种方法，该编码的数据流包括各组数据分组和第一首标(SSI¹)存在与编码的数据流的一个开头上，第一首标(SSI¹)与该组数据分组的第一数据分组相关联和包括信源有效信息，信源有效信息包括一个偏移量 ，该偏移量

表明相关第一数据分组的一个开始位置，

该方法包括：

把一个其他的首标(h(1))包括在编码的数据流中；

在编码的数据流上替换第一首标(SSI¹)；和

在第一首标(SSI¹)中更新偏移量

9.一种信道编码方法，该方法包括：

接收(14，15)一个编码的数据流，其中已经包括了信源有效信息(SSI)，信源有效信息(SSI)表明编码的数据流各部分(p)期望的保护率(r)；

在编码的数据流中识别(14)信源有效信息(SSI)；和

根据信源有效信息(SSI)的控制用各个保护率(r)信道编码(15)该编码的比特流的各个部分。

10.一种信道解码方法，该方法包括：

接收(17)一个信道编码的数据流，其中已经合并了信源有效信息，信源有效信息(SSI)表明信道编码的数据流各部分(p)期望的保护率(r)；

在信道编码的数据流中识别(18)信源有效信息(SSI)；和

根据信源有效信息(SSI)的控制用各个保护率(r)信道解码(19)该编码的比特流的各个部分。

11.一种用于编码一个信号的设备，该设备包括：

装置(10)，用于信源编码(10)信号以获得一个编码的数据流；

装置(11，12)，用于把信源有效信息(SSI)包括在编码的数据流中，信源有效信息(SSI)表明编码的数据流各部分(p)的期望的保护率(r)。

12.用于编码一个编码的数据流的一种设备(13)，该编码的数据流包括各组数据分组和第一首标(SSI¹)存在与编码的数据流的一个开头上，第一首标(SSI¹)与该组数据分组的第一数据分组相关联和包括信源有效信息，信源有效信息包括一个偏移量

，该偏移量表明相关第一数据分组的一个开始位置，

该设备包括：

装置(13)，用于把一个其他的首标(h)包括在编码的数据流中；

装置(13)，用于在编码的数据流上替换第一首标(SSI¹)；和装置(13)，用于在第一首标(SSI¹)中更新偏移量

13.一种信道编码器包括：装置，用于接收(14，15)一个编码的数据流，其中已经包括了信源有效信息(SSI)，信源有效信息(SSI)表明编码的数据流各部分(p)期望的保护率(r)；

装置，用于在编码的数据流中识别(14)信源有效信息(SSI)；知

装置，用于根据信源有效信息(SSI)的控制用各个保护率(r)信道编码(15)该编码的比特流的各个部分。

14.一种信道解码器包括：

装置(17)，用于接收一个信道编码的数据流，其中已经合并了信源有效信息，信源有效信息(SSI)表明信道编码的数据流各部分

期望的保护率

装置(18)，用于在信道编码的数据流中识别信源有效信息(SSI)；知

装置(19)，用于根据信源有效信息(SSI)的控制用各个保护率

信道解码该编码的比特流的各个部分。

15.一种编码的数据流，包括信源有效信息(SSI)，表明编码的数据流各部分

期望的保护率

16.一种存储媒介(3)，其中已经存储了如权利要求15所要求的一个编码的数据流。

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