CN1433590A - 信息解码的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了源控制的解码将源统计上面的前面的或后面的信息的影响依赖于解码可靠性进行改善。

Description

信息解码的方法和装置

本发明涉及到从信息源输出的、编码的和经过带有干扰的传输信道传输的信息的解码方法和装置。

源信号如语言信号或视频信号通常包括统计的冗余。通过源编码可以减少这些冗余，这样就使源信号的有效传输或者存储成为可能。为了避免接收方的信道干扰已知，通过信道编码插入发送方有目的的冗余。

由于对于源信号或编码方法复杂性限制的不完全知识一般来说只能部分最佳地实现源编码，也就是说在被压缩的数据中还存在某些冗余。将这些剩余冗余可以作为前面的/后面的信息利用在所谓的源控制的或共同的源编码和信道编码中，以便修正其他的比特误差。其中不仅通过被传输的信息而且通过一些加权的源比特的或然率数值上面的前面的/后面的信息控制信道解码器的解码过程。为了估算前面的/后面的信息例如人们可以使用在Kalman-滤波器基础上的一种方法。

当然从中得出使用这些剩余冗余，即前面的/后面的信息在信道编码时可以导致源控制的信道解码中的解码误差。如果准备传输的一个比特位的数值与关于这个比特位数值的统计的前面的/后面的信息有偏差时，则考虑到前面的/后面的信息将导致解码变坏。

因此以下任务以本发明为基础，在考虑到信息源上面的统计信息情况下具有满意解码结果的信息解码成为可能。

此任务是通过独立的权利要求特征解决的。有益的和符合要求的扩展结构是从从属权利要求中得出的。

本发明以以下原理为基础，为了源控制信道解码将源统计上面的前面的或后面的信息的影响依赖于解码的可靠性进行改善。

为了决策属于一个比特位的数值除了被传输的信息之外考虑到在信息源上面的统计信息，其中将在信息源上面的统计信息对决策的影响依赖于解码的可靠性进行改善。

例如可以求出代表解码可靠性的数值，用这个数值将在信息源上面的统计信息加权，特别是相乘。

从而有可能，根据现实的解码可靠性排除信息源上面的统计信息对决策属于一个比特位上面的数值的大或小的影响。

本发明的扩展结构考虑了，解码特别是信道解码具有表示解码可靠性特性的软输出。软输出的数值于是可以直接或间接改善信息源上面的统计信息对解码的影响。对于专家这些软输出解码方法是已知的，例如软输出Viterbi算法或软输出最大似然性解码方法。

为了解码还可以进行多个连续解码步骤。因此本发明另外的实施结构考虑了，不考虑在信息源上面的统计信息进行第一个解码步骤，考虑在信息源上面的统计信息情况下进行第二个解码步骤，和将信息源上面的统计信息对解码的影响依赖于第一个解码步骤中的解码可靠性进行改善。

其中第一个解码步骤与第二个解码步骤有可能涉及到同一个比特位，或第一个解码步骤涉及到第一个比特位，和例如第二个解码步骤涉及到后面的帧上的第二个比特位。特别是在交互式解码方法中通过引进例如增强-解码，如复杂仿真显示出，这导致好的解码结果，不需要显著提高解码的计算费用。

最后本发明的扩展结构考虑了，在信息源上面的统计信息对解码的影响在相对小的解码可靠性时是相对大的，相反在相对大的解码可靠性时是相对小的。

下面借助于附图详细叙述本发明的实施例。附图表示：

附图1数据传输链的框图，

附图2准备传输的两个数据帧。

附图1表示了具有数据传输重要功能单元的框图。在其中还叙述帧k的传输，此时将自然数上采用的注脚k为了比较清晰起见在附图和后面的叙述中不作为参考，如果为了理解实施例不要求这个时。对于本发明用帧上的传输不是必要的先决条件。下面借助于附图2叙述帧k的结构。

在发送机8上通过信息源1产生的源符号序列{q₁′}是由源符号q₁′构成的，这个源符号依赖于准备发送的信息例如有数值“+1”或“-1”。注脚1′对于用帧k传输的源符号q₁′是从0至L′-1，其中L′是每个帧k的源符号q₁′的数目。将源符号序列{q₁′}通过例如GSM全比率语言编码器的源编码器2进行压缩。其中将源编码序列{u₁}由源编码符号u₁产生。源编码符号u₁有数值“+1”或“-1”。注脚1在一个帧内从0至L-1，其中L是一个帧内的源编码符号u₁的数目。其中一般来说L′大于L。

将源编码序列{u₁}然后在一个信道编码器3中对于信道干扰进行编码，其中例如使用卷集编码。此时产生由编码字x₁构成的信道编码序列{x_1，n}。在编码字x₁内将比特位通过注脚n进行标记，注脚在一个编码字x₁内是从0至N-1，其中N是一个编码字x₁内的比特位的数目。编码字x₁的比特位x_1，n又有或者数字数值“+1”或“-1”。将信道编码序列{x_1，n}在没有表示的调制器中继续处理和随后经过一个传输路段4进行传输。传输路段是一个无线信道或一个传输电缆或还可以是一个存储介质，从中可以读出数据。当通过无线信道传输时出现例如通过衰减系数a_k，标志的衰减和通过噪声系数N₀标志的噪声干扰。

传输路段4位于发送机8和一个接收机9之间。必要时接收机9包括没有表示的用于接收经过传输路段4传输的信号的天线，包括一个扫描装置，包括一个信号解调器和用于减少相互之间干扰的校正器。同样由于简化原因在附图1上没有表示这些装置。校正器输出接收序列{y_1，n}的一个接收值y_1，n。由于在经过传输路段4传输时的干扰接收值y_1，n可以有与“+1”和“-1”有偏差的数值例如“+0.2”或“-3.7”。

在信道解码器5中继续处理接收值y_1，n。为了计算接收值y_1，n也可以使用最大的后面的或然率算法或最大的似然性算法。其中将经过传输路段传输的数据序列与参考序列s进行比较，和确定参考序列s，这个参考序列以最大的或然率属于被发送的数据序列。最大的后面的或然率意味着，选择参考序列s，对于这个参考序列或然率P(s|y)变成最大的，其中y是被接收的数据序列。最大的似然性意味着，选择参考序列s，对于这个参考序列或然率P(y|s)变成最大的。例如最大的似然性解码可以通过原本已知的菲特比算法实现。将信道编码器3进行的卷集编码可以这样在信道解码器5中重新反过来，此时应该修正传输误差。

通过例如可以由数字信号处理器构成的处理器装置，信道解码器5由源编码的或者由信道解码的接收符号₁产生一个被接收的源编码系列{₁}。被监视的可靠性值L*(_k-1，1)属于每个源编码的接收符号_k-1，1，这个可靠性值是信道解码器5的一个所谓的软输出。这个可靠性值L^*(_k-1，1)是可靠性的一个尺度，用这个可以将源编码的接收符号₁通过信道解码器5确定。

通常对于具有元素{+1；-1}的二进制随机变量可以按照下面来定义对数的或然率比例L或L^*。 $L\left(u_1\right)=\log \frac{P(u_1=+1)}{P(u_1=-1)}=\log \frac{1-p}{p}---\left(0\right).$ P(u₁＝-1)＝p是u₁数值为“-1”的或然率。P(u₁＝+1)＝1-p相反是u₁数值为“+1”的或然率。缩写“log”代表自然对数。这个数值也被称为软数值或软输出值。其中可以涉及到被估算的数值L，这个数值确定前面的或后面的信息和描述信息源上面的统计信息，或可以涉及到被监视的数值L^*，这个数值描述被进行的解码步骤的可靠性。

根据定义(0)在信息源上面的统计信息L或被监视的可靠性值L^*是通过[-∞，+∞]范围的一个实数标志的。人们借助于数值L(u₁)“+1”或“-1”进行分类，于是符号sign(L(u₁))说明了所谓的硬决策和数值|L(u₁)|说明了被估算的前面的或后面的信息或决策的可靠性。

将被源编码的接收符号_k-1，1和/或被监视的可靠性值L^*(_k-1，1)输入给一个源解码器6，这个源解码器将被源编码的接收符号₁解压缩，在其中由被接收的源符号 产生源符号序列

例如在卷集解码时使用已知的菲特比算法。为了进行菲特比算法必要时也将信道状态信息CSI Lc_1，n输入给信道解码器5。在信道解码器5中进行菲特比算法时可以在涉及到信息源SAI上面的统计信息情况下按照以下公式计算比特位1的路径m的一个所谓的节拍M₁ ^(m)： $M_l^{\left(m\right)}={M_{l-1}}^{\left(m\right)}+\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{{\hat{x}}_{l,n}}^{\left(m\right)}{\mathrm{Lc}}_{l,n}{y}_{l,n}+{{\hat{u}}_l}^{\left(m\right)}L\left(u_{k,l}\right)---\left(1\right),$ 其中M_1-1 ^(m)是路径m的老的节拍，也就是说对于比特位1-1， 是属于路径m的比特和是属于比特位1的编码字的，₁ ^(m)是属于编码字

的被解码的符号的和L(u_k，1)是信息源上面的统计信息，这些是源编码符号u₁等于“-1”时的或然率的一个尺度。

关于信息源SAI的统计信息，这些特别是可以由L(u_k，1)构成的，根据实施结构变型可以在进行解码之前例如由发送方求出“前面的”和传送给接收机和进行存储或在解码之后或解码时求出“后面的”。例如这种方法是从公开号码WO98/59423的公开文献，特别是由附图3和4的说明中知道的。

可以隐含地确定信道状态信息CSI＝Lc_1，n，如果求出一个所谓的信道软输出，这个信道软输出相当于信道状态信息CSI＝Lc_1，n和各个接收值y_1，n的乘积。对于信道软输出的关系为：

L_cy＝L(x/y)-L(x)                                     (2)，其中L(x/y)说明，如果计数值y已经被接收，在编码字的各个比特位上数值x用哪个或然率出现，和L(x)说明，可以如何可靠地确定数值x。对于一个所谓的高斯/衰减信道为L_C＝4aE_s/N_o，其中a是衰减系数和E_s/N_o是信噪比。

附图2表示了由源编码符号u₁构成的两个帧，即现实的帧k和前面的帧k-1。L源编码接收符号u₁属于每个帧k，k-1，则注脚1为从0至L-1。在被确定的源编码符号，例如符号u_k，1和u_k-1，1连续的帧k-1，k之间常常存在一个明显的相关。可以利用这个相关，以便求出信息源L(u_k，1)上面的“后面的”统计信息。

如果计算出属于接收符号_k-1，1状态的节拍增量M₁ ^(m)，则按照公式(1)考虑到信息源L(u_k-1，1)上面的各个统计信息。在这个时间点上还不知道可靠性值L^*(_k-1，1)。如果随后计算出属于接收符号_k，1状态的节拍M₁ ^(m)，则从这个时间点已知的可靠性值L^*(_k-1，1)可以借助于一个Kalman-滤波器计算出信息源L(u_k，1)上面的“后面的”统计信息。

现在人们从一种情况出发，在这种情况时在连续帧的一个帧内的同一个比特位几乎始终具有数值+1，和人们确定在帧k上由已经被解码的比特构成的对于u_k，1的前面的信息在前面帧的同一个比特位上，则被估算的前面的信息L(u_k，1)＞0，也就是说u_k，1具有比-1大的或然率+1。但是如果现在被发送的这个比特位的数值为-1时，则考虑到将这个前面的信息用于u_k，1的解码对于解码结果有一个负面的影响。

因此按照本发明的实施变型通过表示解码可靠性特性的一个数值将这个前面的信息进行改善。例如则可以在公式1中将前面的信息L(u_k，1)用(1-|m′(_k)|)L(u_k，1)代替，其中 $m^{\′}\left({\hat{u}}_{k,l}\right)=\tanh \frac{\mathrm{\λL}*\left({\hat{u}}_{k,l}\right)}{2}$ m′是一个软输出值，这个软输出值是与前面解码步骤中的比特位_K-1，1的无向量的被监视的可靠性值λL^*(_k，1)有关的(λ＞0是一个无向量值)。例如可以将λL^*(_k，1)通过一个软输出菲特比算法或一个MAP(最大的后面的或然率)确定。在其中确定 $1-\left|m^{\′}\left({\hat{u}}_{k,l}\right)\right|=\frac{2}{1+e^{\mathrm{\λ}/L*\left({\hat{u}}_{k,j}\right)}}$ 前面的解码步骤的不可靠性。前面的信息则有一个大的影响，如果前面的解码步骤相对不可靠时为(|m′(_k-1，1)|＜＜1)。

其中m′与解码可靠性有关。此时可以在现实的解码步骤前面的解码步骤中确定解码可靠性。根据实施变型此时前面的解码步骤可以涉及到同一个帧的同一个比特位，同一个帧的前面的比特位，前面的帧的前面的比特位，或前面的帧的同一个比特位-表示在附图2上。在本发明的一个实施结构形式中考虑到，不进行第二个解码步骤，如果在第一个解码步骤中的解码可靠性超过一个预先规定的阈值时，例如|L^*|大于一个预先规定的阈值时。这有可能减少解码费用。

由于可靠性信息的现实性提供了解码特别是然后好的解码结果，-与附图2表示的不同-如果在第二个解码步骤中如在第一个解码步骤中一样将同一个帧的同一个比特位解码，然而在上述充分利用从第一个解码步骤中求出的解码可靠性的情况时。此时则对于一个比特位进行两个或在实施变型中甚至更多的解码步骤。

特别是为了确定解码可靠性可以使用一个软输出值。然而本发明不仅限于此；将解码可靠性还可以更多地通过专家已知的另外的量进行描述，例如语言帧误差检测率，将这个在源解码器中确定。在第一个解码步骤中不是考虑到将前面的信息用于解码。在第二个解码步骤中考虑到将前面的信息用于解码，当然依赖于第一个解码步骤的可靠性进行改善。

本发明的实施变型考虑了，也已经在第一个解码步骤中考虑到将前面的信息用于解码。

在上述例子中首先与信道解码有联系地叙述本发明。但是本发明绝不仅限于此。更多地处于专家涉及的范围，还与另外的解码方式有联系地使用本发明。这样例如同样通过本发明可以改善一个校正器，例如在使用菲特比算法作为比率-1编码的信道解码器可以监视这个校正器时。同样可以考虑到将本发明用于特别是被编码的调制信号的解调制上。

Claims (12)

1.信息解码方法，这些信息是从一个信息源(1)输出的和编码的和经过带有干扰的传输信道(4)传输的，

-在其中

除了被传输的信息(y，1，n)之外考虑到在信息源上面的统计信息(SAI)，

其特性为，

-将信息源上面的统计信息(SAI)对解码的影响依赖于解码的可靠性(DRI)进行改善。

2.按照权利要求1的方法，

在其中

-解码包括一个软输出解码步骤，和软输出解码步骤的数值表示解码可靠性(DRI)的特性。

3.按照上述权利要求之一的方法，

-在其中进行第一个解码步骤和第二个解码步骤，和

-在其中在第二个解码步骤中将解码用信息源(1)上面的统计信息(SAI)进行，其中将信息源(1)上面的统计信息(SAI)对解码的影响依赖于在第一个解码步骤中的解码可靠性(DRI)进行改善。

4.按照权利要求3的方法，

-在其中

在第一个解码步骤中不用信息源(1)上面的统计信息(SAI)进行解码。

5.按照权利要求3或4之一的方法，

-在其中

如果在第一个解码步骤中的解码可靠性位于预先规定的阈值之上时，不进行第二个解码步骤。

6.按照上述权利要求之一的方法，

-在其中

信息源(1)上面的统计信息(SAI)对于解码的影响随着解码可靠性的减小而增加。

7.信息解码的装置，这些信息是从一个信息源输出的和编码的和经过带有干扰的传输信道(4)传输的，

具有

-一个解码器(5)，其是这样装备的，

-为了解码除了被传输的信息之外考虑到信息源上面的统计信息，和

-信息源上面的统计信息对解码的影响依赖于解码可靠性进行改善。

8.按照权利要求7的装置，

在其中

-解码包括一个软输出解码步骤，和软输出解码步骤的数值表示解码可靠性(DRI)的特性。

9.按照权利要求7或8之一的装置，

-在其中进行第一个解码步骤和第二个解码步骤，和

-在其中在第二个解码步骤中将解码用信息源(1)上面的统计信息(SAI)进行，其中将信息源(1)上面的统计信息(SAI)对解码的影响依赖于第一个解码步骤中的解码可靠性(DRI)进行改善。

10.按照权利要求9的装置，

-在其中

在第一个解码步骤中不用信息源(1)上面的统计信息(SAI)进行解码。

11.按照权利要求9或10之一的装置，

-如果在第一个解码步骤中的解码可靠性位于预先规定的阈值之上时，在装置上不进行第二个解码步骤。

12.按照权利要求7至11之一的装置，

-其中信息源上面的统计信息对于解码的影响随着解码可靠性的减小而增加。

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