CN1471079A - 传输线路编码方法、传输线路解码方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

一种音频编码器在声音信号压缩编码器中将输入声音信号转换为多个压缩帧数据片，在传输线路编码器的分类单元中根据出现传输错误时的解码质量判决每一个比特的重要性，并将比特分类为多个类别。该音频编码器对每一类别按照出现传输错误时的重要性的降序来选择三种处理类型中的一种，这三种类型包括卷积编码和添加CRC校验码，仅仅卷积编码，和不编码。然后，音频编码器在多路复用器中添加前同步码信息和同步信号以生成比特流。因此抑制解码声音信号的恶化而不必添加冗余比特变为可能。

Description

传输线路编码方法、传输 线路解码方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种用于对由电子设备所使用的声音信号进行线路编码/解码的传输线路编码方法和传输线路解码方法、以及使用这些方法的设备。
背景技术
已知在用于无线电工业和商业协会(ARIB)的RCR-STD28中已经定义(PHS标准)了一种用于线路编码/解码声音信号的传输线路编码方法和传输线路解码方法。图8示出了执行该类型线路编码/解码的通信系统关键结构的方框图。
发送方具有一个ADPCM编码器701和CRC代码添加器702。发送方对每个传输帧以ADPCM模式的方式将CRC校验码比特添加到要经过压缩编码的所有声音信号中，然后进行发送。接收方具有用于检测传输错误的CRC码校验器703，用于解码所接收传输帧的ADPCM解码器704，以及用于在出现传输错误时静音被解码声音的静音电路705。
然而，在上述的现有通信系统中，在发生传输错误的时候将声音静音一帧的持续周期。这将导致声音的中断，同时因此也恶化了语音质量。而且，传输帧必须通过共同使用ARQ(自动重复请求)和发送方与接收方之间的双向通信来初始化。这将导致复杂的系统结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种传输线路编码方法、传输线路解码方法、以及使用这些方法的设备，能够用少量冗余码保证解码质量并抑制诸如解码声音信号等信号的质量恶化。
本发明提供了一种传输线路编码方法，用于执行对具有多个压缩帧数据的每一传输帧的传输线路编码，所述方法包括以下步骤：根据出现传输错误时解码质量的恶化程度，将所述压缩帧数据的比特分组为多个类别；以及，对每一类别执行不同的传输线路编码。
通过这种方法，根据类别执行不同的传输线路编码可能最小化添加的冗余比特，籍此防止了比特率的增加。这保证了解码质量，同时提供了短延迟的传输线路编码，因此抑制了诸如解码声音信号等信号的质量恶化。
进一步，所述压缩帧数据的比特分组为至少三种类别，包括第一类别、解码质量的恶化程度小于第一类别的第二类别、解码质量恶化程度小于第二类别的第三类别，其中对分类为第一类别的比特执行第一处理“卷积编码和添加CRC校验码”，对分类为第二类别的比特执行第二处理“仅执行卷积编码”，以及对分类为第三类别的比特执行第三处理“不进行编码”。
通过这种方法，可能提供将添加冗余比特最小化的短延迟传输线路编码，籍此防止了比特率的增加。
进一步，传输线路编码包括将CRC校验码添加到分类为关键类别的比特中，其中在该类别中解码质量的恶化程度最大。
通过这种方法，可能仅仅通过将CRC校验码添加到关键比特的比特中而最小化添加的冗余比特，因此防止了比特率的增加并减少了传输线路编码的延迟量。这保证了解码的质量，同时提供了短延迟的传输线路编码，籍此抑制了诸如解码声音信号等的信号质量的恶化。
进一步，所述多个压缩帧数据是音频压缩帧数据，该数据被分割为两个到六个子频带，并用子频带ADPCM模式压缩数据。
通过这种方法，可能用较少的冗余码通过最小化添加的冗余比特从而保证了解码的质量，在这种情况下通过子频带ADPCM模式压缩声音信号，籍此抑制了解码声音信号质量的恶化。
本发明提供了一种传输线路解码方法，该方法具有以下步骤：对传输帧进行不同的传输线路解码，在多个类别的每一个中通过传输线路编码方法编码该传输帧，该类别以出现传输错误时解码质量恶化程度的降序来分组，接着取消分组以恢复原来的信息。
通过这种方法，可能根据一个类别执行不同的传输线路解码而减少算术运算量，因此允许短延迟传输线路解码以及最小化诸如解码声音信号等信号的质量恶化。
本发明提供了一种传输线路解码方法，该方法具有以下步骤：对分类为第一类别的比特执行第四处理“维特比解码和CRC校验处理”，对分类为第二类别的比特执行第五处理“仅执行维特比解码”，其中第二类别的解码质量恶化程度小于第一类别，对分类为第三类别的比特执行第六处理“不进行解码”，其中第三类别的解码质量恶化程度小于第二类别，通过传输线路编码方法编码每一个比特；以及随后取消分组以恢复原来的信息。
通过这种方法，可能仅仅在对关键类别执行错误纠正的解码中减少算术运算量，因此允许短延迟的传输线路解码。
本发明提供了一种传输线路解码方法，对通过传输线路编码方法编码的传输帧进行处理，对每一个音频压缩帧数据通过子频带ADPCM模式的方式压缩，该方法具有以下步骤：当在所述音频压缩帧数据中出现传输错误时暂停应用每一子频带ADPCM解码的定标因子的处理。
通过这种方法，在解码经过子频带ADPCM模式压缩编码的音频信号中，在音频压缩帧数据中出现错误时，通过停止应用定标因子的处理，可能最小化由于后续数据解码中出现错误而产生的声音信号质量的恶化。
本发明提供了一种具有用于执行传输线路编码方法的装置的音频编码器。通过这种结构，可能提供一种音频编码器，该音频编码器最小化了添加的冗余比特，抑制了比特率的增加，并提供了短延迟的传输线路编码而保证了解码声音信号的质量。
本发明提供了一种具有用于执行传输线路解码方法的装置的音频解码器。通过这种结构，可能提供一种音频解码器，该解码器减少了解码中的算术运算量，节省了电流消耗，提供了短延迟传输线路编码，并最小化了解码声音信号质量的恶化。
本发明提供了一种具有用于执行传输线路编码方法的装置的数字无线发送机。通过这种结构，可能提供一种数字无线发送机，该发送机最小化了添加的冗余比特，抑制了比特率的增加，以及提供了短延迟传输线路编码而保证了解码声音信号的质量。
本发明提供了一种具有执行传输线路解码方法的装置的数字无线发送机。通过这种结构，可能提供一种数字无线发送机，该发送机减少了解码中的算术运算量，节省了电流消耗，提供了短延迟传输线路编码，并最小化了解码声音信号质量的恶化。
本发明提供了一种数字无线扩音器系统的发送器，该发送机具有用于执行传输线路编码方法的装置。通过这种结构，可能提供一种数字无线扩音器系统，该系统最小化了添加的冗余比特，抑制了比特率的增加，以及提供了短延迟传输线路编码而保证了解码声音信号的质量。这允许数据以低速率传输并因此允许多信道操作。
本发明提供了一种数字无线扩音器系统的接收机，该接收机具有用于执行传输线路解码方法的装置。通过这种结构，可能提供一种数字无线扩音器系统，该系统减少了解码中的算术运算量，节省了电流消耗，提供了短延迟传输线路编码，并最小化了解码声音信号质量的恶化。这允许数据以低速率传输并因此允许多信道操作。
附图说明
图1示出了根据本发明第一实施方案的音频编码器的结构方框图；
图2示出了根据本发明第一实施方案的音频解码器的结构方框图；
图3A示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频编码器中相应于重要性的比特；
图3B示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频编码器中的压缩帧数据；
图3C示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频编码器中的分类比特流；
图3D示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频编码器中将CRC校验码比特添加到关键类别的比特流；
图3E示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频编码器中形成卷积编码部分的比特流；
图4A示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频解码器中的比特流；
图4B示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频解码器中去除较小类别的比特流；
图4C示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频解码器中具有经过维特比解码和CRC处理的比特流；
图4D示例了在操作根据本发明第一实施方案的音频解码器中解分类的压缩帧数据；
图5A到5C示例了根据本发明第一实施方案的帧数据比特分类和解分类的另一个实例；
图6示出了根据本发明第二实施方案的数字无线扩音器系统的发送机的结构框图；
图7示出了根据本发明第二实施方案的数字无线扩音器系统的接收机的结构框图；以及
图8示出了根据相关技术执行传输线路编码/解码的通信系统的关键结构方框图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施方案。
(第一实施方案)
第一实施方案示出了用于编码/解码声音信号的音频编码器和音频解码器的示例性结构，并作为应用于根据本发明的传输线路编码方法和传输线路解码方法的一个例子。
图1示出了根据本发明第一实施方案的音频编码器的结构框图。音频编码器100具有用于将输入声音信号转换为由编码比特流组成的低比特率压缩帧数据的声音信号压缩编码器101，用于编码每一传输帧的压缩帧数据的传输线路编码器102，以及用于将前同步码信息和同步信号添加到编码传输帧以形成比特流的多路复用器103。
传输线路编码器102具有：分类单元104，用于出现传输错误时以解码质量恶化的降序将声音信号压缩编码器101输出的压缩帧数据的每一个比特分组为多个类别；CRC编码添加器105，用于添加CRC校验码比特；卷积编码器106用于执行卷积操作。
图2示出了根据本发明第一实施方案的音频解码器的结构方框图。音频解码器200具有：多路分解器201，用于多路分解通过传输线路接收的比特流；传输线路解码器202，用于解码被多路分解的数据流；以及音频解码器203，用于解压缩已经解码的被压缩帧数据，以再生数字声音信号。
传输线路解码器202具有：维特比解码器204，用于解码通过多路分解比特流获得的来自数据行的卷积码；CRC校验器205，用于校验是否已经纠正了错误的比特；以及解分类单元206，用于在出现错误时以解码质量恶化程度的降序而取消类别设置，以解压缩被压缩的帧数据。
将用图3A到3E和4A到4D描述上述安排的音频编码器100和音频解码器200中每一个的操作。在该实施方案中，为了简洁起见，单个压缩帧中的数据包括16比特以及一个传输帧包括四个压缩帧的数据。
如图3A中所示，在本实施方案中，根据出现传输错误时解码质量的恶化程度将比特分组为多个类别。作为一个实例，每一个比特定义为恶化程度最大的关键比特301，恶化程度中等的主要比特302，以及恶化程度几乎不受影响的较小比特303。代码304表示一个CRC校验码比特。将CRC校验码比特304添加到关键比特301所属的关键类别330中。
在声音信号压缩编码器101中将输入声音信号分割为多个子频带，然后通过ADPCM模式编码，并被转换为低比特率的压缩帧数据。通过ADPCM模式，通常在声音信号被分割为两个到六个子频带之后才执行编码。如图3B所示，压缩帧数据被每四帧缓冲，以形成具有第一压缩帧数据310到第四压缩帧数据313的帧314。
该帧314被输入到分类单元104。以从第一压缩帧数据到第四压缩帧数据313的顺序提取该关键比特301以形成关键类别320。类似地，分别形成由提取主要比特302形成的主要类别321，以及由提取较小比特303形成的较小(minor)类别322。通过这种方式，形成了三种类别并生成了图3C中所示的帧323。
如图3D所示，在CRC码添加器105中，CRC校验码比特303被添加到关键类别320中。而在本实例中，添加三个CRC校验码比特，但是可能添加其他数量的CRC校验码比特。
接下来，在卷积编码器106中，对添加CRC校验码比特304的关键类别330和不添加CRC校验码比特304的主要类别321分别进行卷积编码。然后形成了如图3E中所示的卷积编码部分340。
在多路复用器103中，由分类单元104所分类的较小类别322被添加到卷积编码部分340。进一步，多路复用前同步码代码和同步信号以形成比特流。调制器(未示出)调制该比特流并通过传输线路发送用于音频解码器200。
另一方面，从音频编码器100发送的被调制信号由解调器(未示出)解调并输入到多路分解器201，在这里去掉前同步码代码和同步信号以形成图4A所示的比特流。进一步，多路分解该关键类别322。
在维特比解码器204中，通过纠正卷积为比特流的信号错误进行解码以形成如图4B中所示包括关键类别330和主要类别321的比特流。使用软判决数据的错误纠正可以在维特比解码中执行。
在CRC校验器205中，校验被解码比特流是否使用添加到关键类别的CRC校验码比特已经纠正了所有的错误。在还没有纠正所有错误的情况下，该信息被传送给音频解码器203。音频解码器203执行定标因子(scale factor)暂停处理因此比特错误将不会影响解码的声音。例如，用ADPCM模式，在每一个子频带中的每一个压缩帧数据(音频压缩帧)更新定标因子作为ITU-TG.722标准中定标因子的应用处理。在所有错误还没有纠正的情况下，因此暂停定标因子应用处理，由于这些错误而使得后续数据采样的解码声音质量的恶化程度最小化。
在CRC校验器205中，从经受错误纠正校验的比特流中去掉CRC校验码比特。产生的比特流如图4C中所示。在解分类单元206中，由多路分解器201多路分解的较小类别322添加到该比特流中。通过与分类单元104操作相反的处理将该比特流恢复为包括第一压缩帧数据310到第四压缩帧数据313的帧314。
在音频解码器203中解码并解压缩该帧314并生成为声音信号。
图5A到5C示例了帧数据比特的分类和解分类的另一个实例。在本实例中，声音信号中的单个压缩帧数据(音频压缩帧)包括24比特并且六个帧中的压缩帧数据用于产生单个传输帧。
与图3A到3E中的实例相同，如图5A所示，在本实例中，根据出现传输错误时解码质量的恶化程度，将每一个比特分组为多个类别中的一个，即关键比特401、主要比特402和较小比特403。在这种情况下，如图5B中所示，对六个音频压缩帧执行分类，即第一到第六音频压缩帧411到416的每一个压缩帧具有24比特。
在编码中，如图5C所示，由图5B的状态执行分类以将每一个音频压缩帧中的三种类别比特，即关键比特421到426、主要比特431到436，和较小比特441到446进行分组。在解码中，执行解分类以便取消分组从图5C的状态变为图5B的状态，然后恢复第一到第六音频压缩帧411到416。通过这种方式，在其中单个传输帧具有多个压缩帧数据的声音信号数据能够根据解码的恶化程度被分割为多个类别。
通过这种方式，在第一实施方案中，音频编码器100对输入声音信号执行压缩编码并将信号转换为多个(例如两个到六个)压缩帧数据以及基于出现传输错误时的解码质量分类数据比特。对于每一个类别，音频编码器100选择性地执行添加CRC校验码比特和卷积编码以形成比特流。在本实例中，音频编码器100对关键类别执行卷积编码和添加CRC校验码比特，对主要类别执行卷积编码而不进行添加CRC校验码比特，对于较小类别既不执行卷积编码也不执行添加CRC校验码比特。当升级对传输错误的容忍程度时，这将最小化添加的冗余码。
音频解码器200使用CRC对接收的比特流选择性地执行维特比解码和错误纠正校验并执行解分类然后恢复原来的压缩数据。这保证了有效的错误纠正并获得了稳定的解码质量。
(第二实施方案)
第二实施方案是将根据本发明的传输线路编码方法和传输线路解码方法应用到数字无线扩音器系统的一个实例。
图6示出了根据本发明第二实施方案的数字无线扩音器系统的发送机结构框图。发送机500具有扩音器510、放大器520、A/D转换器530、音频编码器540、数字调制器/射频放大器550、以及发送天线560。音频编码器540具有声音信号压缩编码器541和传输线路编码器542。
图7示出了根据本发明第二实施方案的数字无线扩音器系统的接收机结构框图。接收机600具有射频放大器/数字解调器620、音频解码器630、D/A转换器640、放大器650、扬声器660、以及AES/EBU发送机670。该音频解码器630具有传输线路解码器631和音频解码器632。
发送机500放大通过放大器520的扩音器510所收集的声音信号，并在A/D转换器530中将声音信号转换为PCM数字信号。如在第一实施方案中已经说明的，发送机500通过使用声音信号压缩编码器541和传输线路编码器542对具有短延迟的声音信号执行压缩编码，并将声音信号转换为比特流。在数字调制器/射频放大器550中对比特流执行数字调制和高频放大，然后作为无线电波从发送天线560辐射出去。
接收机600用接收天线接收从发送机500辐射的无线电波并在射频放大器/数字解调器620中执行高频放大和数字解码，以转换为比特流。接下来，如在第一实施方案中说明的，接收机600使用音频解码器630的传输线路解码器631和音频解码器632对短延迟的音频信号执行解码扩展以输出PCM数字信号。在D/A转换器640中将该PCM信号转换为模拟音频信号并在放大器650中执行低频放大，然后使扬声器660发出声音。
因此，根据第二实施方案，通过使用本发明的传输线路编码方法和传输线路解码方法，可能最小化添加的冗余码并发送具有短延迟的声音信号。进一步，可能抑制声音质量的恶化程度，然后再生高保真声音。因此，当抑制了比特率的增加和以低速率发送声音信号变为可能时，使得能够容易地支持多信道操作。
如上所述，根据该实施方案，可能用较小冗余码而不增加冗余比特从而保证了解码的质量，籍此有效地抑制解码声音信号质量的恶化变为可能。这防止了在信号传输过程中比特率的增加并允许短延迟传输编码和解码。在本实践中，根据出现传输错误时解码质量的恶化程度将发送数据的比特分割为多个类别。例如，对关键类别进行错误纠正而对于解码质量几乎不受错误影响的较小类别不进行错误纠正。当最小化声音质量的恶化时，减少了算术运算量和电流消耗。
在接收方通过执行错误纠正和解码声音信号的处理，而不使用相关技术中应用的ARQ，解决了相关技术中复杂的硬件结构问题。
在解码比特流中的所有错误还没有被纠正的情况下，暂停应用定标因子的处理，以最小化由于错误影响解码后续数据采样的声音质量的恶化程度。
如上所述，上述实施方案的传输线路编码方法，传输线路解码方法和设备使得能够用少量冗余码就能保证解码质量，并抑制了诸如解码声音信号等信号的质量恶化。

Claims (13)

1、一种传输线路编码方法，用于执行对具有多个压缩帧数据的每一传输帧的传输线路编码，所述方法包括以下步骤：
根据出现传输错误时解码质量的恶化程度，将所述压缩帧数据的比特分组为多个类别；以及
对每一类别执行不同的传输线路编码。
2、根据权利要求1的传输线路编码方法，其中所述压缩帧数据的比特被分组为至少三个类别，包括第一类别、解码质量恶化程度小于第一类别解码质量恶化程度的第二类别、以及解码质量恶化程度小于第二类别解码质量恶化程度的第三类别，和
其中对分类为第一类别的比特执行第一处理“卷积编码和添加CRC校验码”，对分类为第二类别的比特执行第二处理“仅执行卷积编码”，对分类为第三类别的比特执行第三处理“不进行编码”。
3、根据权利要求1的传输线路编码方法，
其中传输线路编码包括添加CRC校验码到分类为关键类别的比特中，该关键类别的解码质量恶化程度最大。
4、根据权利要求1的传输线路编码方法，
其中所述多个压缩帧数据是分割为两个到六个子频带、并通过子频带ADPCM模式的方式压缩的音频压缩帧数据。
5、一种传输线路解码方法，包括步骤：
对传输帧执行不同的传输线路解码，该传输帧通过根据权利要求1的传输线路编码方法，在出现传输错误时以解码质量恶化程度降序分组的多个类别的每一个中进行编码；和
随后取消分组以恢复原来的信息。
6、一种传输线路解码方法，包括步骤：
对分类为第一类别的比特执行第四处理“维特比解码和CRC校验处理”，对分类为解码质量恶化程度小于第一类别的第二类别的比特执行第五处理“仅执行维特比解码”，以及对分类为解码质量恶化程度小于第二类别的第三类别的比特执行第六处理“不进行解码”，其中每一个比特通过根据权利要求2所述的传输线路编码方法进行编码；和
随后取消分组以恢复原来的信息。
7、一种传输线路解码方法，使用根据权利要求4所述的传输线路编码方法所编码的传输帧执行处理，其中对每一音频压缩帧数据通过子频带ADPCM模式进行压缩，所述方法包括步骤：
当在所述音频压缩帧数据中出现传输错误时，暂停应用ADPCM解码每一子频带的定标因子的处理。
8、一种音频编码器，包括用于执行根据权利要求1所述的传输线路编码方法的装置。
9、一种音频解码器，包括用于执行根据权利要求5所述的传输线路解码方法的装置。
10、一种数字无线发送机，包括用于执行根据权利要求1所述的传输线路编码方法的装置。
11、一种数字无线发送机，包括用于执行根据权利要求5所述的传输线路解码方法的装置。
12、一种数字无线扩音器系统的发送机，包括用于执行根据权利要求1所述的传输线路编码方法的装置。
13、一种数字无线扩音器系统的接收机，包括用于执行根据权利要求5所述的传输线路解码方法的装置。
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