CN1636241A

CN1636241A - 信号接收方法

Info

Publication number: CN1636241A
Application number: CNA028100069A
Authority: CN
Inventors: T·芬谢德特; I·瓦加
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2022-04-29
Also published as: EP1390947A2; DE10124189A1; WO2002093562A2; EP1390947B1; CN1319045C; WO2002093562A3; DE50201243D1

Abstract

公开了一种在数字通信系统中的信号接收方法，其中由收到的描述发送端背景信号的特性数据在背景信号发生器中生成输出背景信号。这样，输出背景信号在背景信号发生器中从收到的预定带宽的特性数据中生成，所述预定带宽比收到的特性数据描述的背景信号的带宽要宽。

Description

信号接收方法

本发明涉及一种数字通信系统中的信号接收方法，其中，在背景信号发生器中由接收的描述发射端背景信号特性的特性数据产生输出背景信号。此外，本发明涉及一种数字通信系统中语音传输方法以及相应的背景信号发生器，其中，为了传输背景信号，至少在语音间歇时以该语音传输方法运行，而该方法的实施借助于上述的背景信号发生器。

在数字通信系统中，亦即在通信系统中，其中将传输信号数字化以及以数字形式由发射机传输到接收机，例如，在移动通讯系统中，对于总系统的理想、有效的管理来说，传输确定信息的比特位数要尽可能保持很小。这种比特位数的减少通常通过一定的源编码方法达到。语音传输时，人们通过语音编码谈话。语音编码时，传输的语音和/或噪声分成固定长度的段，即所谓的帧。所述帧的长度或持续时间通常共计20ms，然后，帧根据语音编码方法转换成确定位数比特。在当今远距离传输的移动通讯标准GSM中使用EFR-语音编码(增强的全速率)例如可以实现，由128或64kbit/s减少到12.2kbit/s。

使传输信道卸载或者有效使用的进一步可能在于，在传输之前区分主要信息以及次要信息，例如区分有效语音和背景噪声，仅主要信息连续以较高的比特率传输，而次要信息仅以压缩的形式传送。在一个现已使用的方法中，所谓的非连续发送(DTX)借助语音间歇检测器，即一般称为VAD(声音有效性检测器)的，由发送端决定，是否进行全传输或压缩传输。在传输没有同时的语音活动的背景噪声时，例如在GSM标准中，仅每8帧从发射机传送到接收机。其中，每一帧相应地标出，或者是语音帧或者是噪声帧。然后，在接收端在语音解码器内部辨认是否语音帧或者是噪声帧。在接收背景信号帧时，通过简单地重复相应数目的接收的帧补偿以下数个空缺帧。这通常发生在背景信号发生器中，例如在所谓的CNG(舒适噪声发生器)中，该CNG在语音解码器中处于实施语音帧解码的语音解码核附近。在背景噪声期间仅部分帧传输有如下优点，即在这个时间，传输信道可以用于别的用户的其它通话或者也用于传送类似数据。为了使当时的听众感受连续传输，使关于背景噪声的空缺信息的完整在CNG中进行，因此不会被干扰以及担心中断连接。

此外，对于语音编码，目前有具有不同带宽的不同标准。在这种情况下，区分用于狭频带传输(窄带；NB)与宽频带传输(宽带；WB)的主要变体。带宽在窄频带传输例如300到3400Hz时，可以实现8KHz的探测速率(采样频率)。在这种情况下，涉及到普通电话品质下的传输。较好的传输质量可以通过宽带编码实现。例如范围从50到7000Hz，相应的探测速率为16KHz。这个标准在现在一般的固定电话网中部分用于可视会议等。此外，在未来还有其它宽带编码技术开发出并标准化，例如在ITU-T-系统中用于16、24或者32Kbit/s比特率的不同技术。在ETSI/3GPP-标准化框架中，采用宽带-AMR-编码器，也详细列举窄带-AMR-编码器。在所谓的AMR-方法(自适应多速率)中，在发送端根据信道品质不同，语音编码器与信道编码器比特率之间的比例改变。比特率的和取决于传输信道的通信量及容量选择，然后保持稳定。有全速率信道和半速率信道两种。

当在接收端实施了AMR-WB-语音解码器和AMR-NB-语音解码器时，在那儿，相应的传输在窄带以及宽带模式之间，也就是AMR-NB-语音解码器与AMR-WB-语音解码器之间转换。一旦有必要，这样的转换也会出现在会话当中。从宽带到窄带模式的转换中，使用者通常感觉到明显的品质损失。

只要传输窄带信号，听觉舒适性得到改善的可能性在于，在NB-语音解码器(窄带语音解码器)中要被解码的接收信号以及紧接着在所谓的宽带-扩充器内部的总信号被“人工地”拓宽到较大的带宽。这一点原则上采取在文献中已知的人工拓宽带宽的各种方法实现，其信号份额按频率产生，这在窄带信号中不存在或者仅被抑制住存在。这样，所述的人工带宽拓宽尤其对涉及到不同带宽的系统是个好机会，例如，对执行AMR-NB方法以及AMR-WB方法的系统。在这些系统中，只要可能，在宽带模式传输，在可利用的传输容量很小时，转换为窄带模式。为了给设备当时的使用者至少部分提供改善的从正常宽带模式得到的语音品质，在转换为窄带方式时，在接收端采用人工拓宽，使得一旦可能，在传输中不登记很小的带宽。

人工带宽拓展在没有宽带传输可能性的系统中也可以满意地使用。在那，为了提供比NB-传输改善了的语音品质感觉，使用(完全或者从使用者或者网络提供者可调的)宽带扩充器。

在这里，图1展示了按照现有现有技术的相应装置，语音解码核(Core-SD)与CNG处于语音解码器的内部，语音解码核解码送来的语音信号帧S，CNG接收背景信号帧H并产生相应的输出背景信号。根据Core-SD或者CNG是否激活，在这两个装置的输出之间转换。其结果，从窄带语音解码器产生一个相应的窄带信号，该窄带信号不仅包括语音还包括背景信号。这些信号之后在后续的宽带-扩充器(以后简写为WB-扩充器)产生希望得到的带宽。这样借助后接的WB-扩充器的拓宽虽然带来更高的听觉舒适性。但是因为每一次转换操作花费能量，这必然导致设备总能量消耗变高。尤其在移动终端设备使用所述方法有如下缺点，即必然导致将蓄电池的能量迅速消耗光，因此运行到需要补充蓄电池电荷的时间缩短了。

本发明的目的在于提供一种现有技术的替代方案，其允许在减少能量消耗的情况下，以简单、经济的方式扩大接收端的带宽。此外，提供一个用于本方法的背景信号发生器。

这个目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求8的背景信号发生器实现。

根据本发明，在背景信号发生器的内部由接收的特性数据产生带有预置带宽的输出背景信号，该预置带宽比由接收的特性数据描述的背景信号带宽要宽，即直接在背景信号发生器中，由窄带背景信号的特性数据产生宽带背景信号。因此，在该方法中至少对于在背景信号发生器中，即在根据本发明构造的CNG中处理的部分信号，不再必需后接宽带扩充器。因此，在接收期间不再需要大量的转换操作，这样使总能量需求得到所希望的减少。

因此，必须具有根据本发明的背景信号发生器设备来产生输出信号，它如此构造，使得产生的输出背景信号的带宽比由输入端特性数据描述的背景信号的带宽更宽。这样的根据本发明的背景信号发生器，优选地是可以设置在任意一个接收装置中的语音编码器的一部分。优选地，该接收装置是终端设备。然而，也可以是在任意一个通信网络内部，例如无线移动网或固定电话网的接收装置。

本方法和/或这样的背景信号发生器到处可以采用，在那的接收端由传送的特性数据形成输出背景信号，亦即尤其在移动通讯网中采用的通常方法中进行语音传输，其中，单独的背景信号帧在语音间歇时传送，在接收设备中，在CNG内部转变为输出背景信号。在这里，根据本发明的方法和背景信号发生器不局限于窄带以及宽带标准，而是在由窄带传输信号产生宽带信号时总能采用。

输出背景信号或者依照相应的处理通过声学途径直接传给设备的使用者，或者作为背景噪声输出，然而也可以其它方式再处理或者继续传导。

在一个优选实施例中，在背景信号发生器中借助接收的由例如白色噪声构成的特性数据产生输出背景信号，该特性数据具有所希望的较大带宽。这里，特性数据优选包括用于LPC-合成滤波器的所谓的LPC-滤波系数(LPC＝线性预测编码)。该LPC-滤波系数包括背景信号的频谱信息。此外，特性数据也包括代表背景信号的信号能量(即声强)的放大因子。根据LPC-滤波系数的频谱信息的传送以及放大因子的附加发送是以现有标准下的通常途径，发送用于背景信号的特性数据。当在根据本发明的方法中同样采用这些特性数据产生输出背景信号时，有利的是，传输标准的调整毫不必要，即可以在任何时候使用具有根据本发明的背景信号发生器的设备工作，而不取决于当时的发射器或者传输网。

由接收的窄带滤波器的LPC-滤波系数产生带有希望的较大带宽的输出背景信号的优选的可能性在于，接收的LPC-滤波系数转变为对于所希望的较大带宽的LPC-合成滤波器相应的LPC-滤波系数，转变的LPC-滤波系数而后输送给LPC-合成滤波器，以所希望带宽的噪声信号来激励LPC-合成滤波器。

为此，根据本发明的背景信号发生器或者需要噪声信号发生器来产生相应的噪声信号或者需要可选择地所述噪声信号的输入。需要其它装置，为了借助来自噪声信号的接收的特性数据来产生输出背景信号。因此，这些装置可以是所希望的带宽的LPC-合成滤波器以及用于窄带滤波器的LPC-滤波系数的装置，该LPC-滤波系数包括在输入端的特性数据中，并转换成用于宽带LPC-合成滤波器的相应的LPC-滤波系数。

要查出由要接收的LPC-滤波系数构成的、用于宽带LPC-合成滤波器的LPC-滤波系数，一种特别简单可能性在于采用对照表(查阅表)，将“窄带”LPC-滤波系数和“宽带”LPC-滤波系数彼此对照。优选地，LPC-滤波系数彼此以记录方式彼此对照，即所有的LPC-滤波系数记录存储在表中并互相对照。

就转换而言是简单的，只是需要带有相应对照表的存储器。对照表可以是例如通过平行训练以合适的估计方法查出。存储器可以是CNG内部的存储器或者语音解码器内部的存储器。然而可以是外部的、有时出于其它目的本来处于接收装置或者设备内部的存储器，语音解码器或者CNG可以访问该存储器。对照表可以是单一的大对照表，然而也可以是具有多个部分的对照表或若干个单一的对照表。

从文献中公知其它大量的将窄带转换成宽带LPC-滤波系数的方法。

下面，在参考附图依照一个实施例对本发明进行进一步说明。附图是：

图1是根据现有技术的带有后续的带宽拓展装置的窄带语音解码器的原理图，

图2是带有根据本发明的背景信号发生器并带有后续的带宽拓展装置的窄带语音解码器的原理图，

图3是根据本发明的背景信号发生器的实施例原理图。

比较图1和图2就可以清楚地看到根据本发明的方法与现有的一般方法之间的区别。

两种方法的共同之处是，在语音解码器(SD)8中，布置有CNG1以及窄带语音解码核(core-sd)7。送达的信号包括语音帧S以及在语音间歇中的背景信号帧H，这些信号对于当时的话音解码器可相应辨认。语音信号帧S在语音解码核7中解码并产生窄带语音信号SS，该窄带语音信号SS在后续的宽带-拓展器中转变为宽带信号。根据本发明的与现有技术的结构区别在于背景信号发生器1的结构，即CNG1。在根据图1的现有技术中采用的是传统的窄带CNG，其由送达的背景信号帧H产生窄带背景信号。通过一个开关，其相应地切换语音解码核以及CNG的有效性，向语音解码器的输出端提供信号，使得连续的窄带信号施加到输出端，然后送到宽带-拓展器。这意味着，在普通的方法中，产生窄带输出背景信号，以及随后，通过相应的大规模转换操作，在宽带-拓展器中转变为宽带信号。可选择地，依照现有技术，CNG的输出信号首先在语音解码核进一步处理，它的一端输出解码后的背景信号。

对此，在根据本发明的方法中按照图2采用宽带运行的CNG1，由送达的窄带背景信号的背景信号帧H，在输出端产生宽带输出背景信号HS。该宽带背景信号HS不再送经宽带-拓展器处理。因此，只有语音解码核7的输出信号SS送往宽带拓展器10处理。开关9，每次根据语音解码核7与CNG1的有效性在其输出间转换，因此，该开关9布置在宽带-拓展器10之后。

图3表示用于根据本发明的CNG1的特别简单、经济构建的实施例，其由窄带背景信号的背景信号帧H产生输出宽带背景信号HS。这个CNG1的优点在于，可以使用按照现有标准传输的背景信号帧H作为正常的输入信号。即传输实现一般的LPC-滤波系数，该LPC-滤波系数包括信号的频谱信息，和传输代表信号能量的放大因子VF就已足够。所以无需传输标准或者类似标准的改变。

因此，根据本发明的背景信号发生器与传统背景信号发生器构造很相似，具有一个LPC-合成滤波器2，LPC-合成滤波器2借助噪声信号发生器6的白噪声RS激励。

信号的声强经过放大因子VF调节，在放大装置5中相应增强施加在LPC-滤波器的接收端的白噪声信号RS。放大因子VF由送达的背景信号帧借助分析装置4算出。

与现有技术中的CNG根本的区别在于，代替相应于送达的背景信号帧H带宽的LPC-滤波器，这里使用所希望带宽的LPC-滤波器2，因此，噪声信号发生器6不是产生已传送的背景信号带宽的噪声，而是产生所希望带宽的噪声信号RS。

此外，不是把在背景噪声信号帧H中传输的LPC-滤波系数直接送到LPC-滤波器2，而是LPC滤波系数首先在转换装置3由背景信号帧H算出，转换为所希望的大带宽LPC滤波系数FK。这种转换例如借助存储器3a存储的对照表LUT实现。在对照表LUT中是相应于已传送的带宽的背景信号的不同的LPC滤波系数记录，每个LPC-滤波系数记录有输出宽带背景信号HS的所希望的带宽。

在根据本发明的方法中，带宽拓展直接集成在CNG1中，因此带宽拓展的一个有效方法可以用于语音间歇的周期。因为语音间歇的总和在总的语音期间可以占据适当高的部分，因此可以认为所述接收器总共的能量需求显著小。该方法进一步的优点在于，主要的传输语音信号的操作，即传输的语音帧S的操作在语音激活期间不涉及，这样可以以传统的输入装置依照已知的标准进行继续处理。

Claims

1、一种数字通信系统中的信号接收方法，其中，在背景信号发生器(1)中由接收的描述发送端背景信号的特性数据(H)产生输出背景信号(HS)，其特征在于，

在背景信号发生器(1)内部，由接收的特性数据(H)产生带有预定带宽的输出背景信号(HS)，该预定带宽比由接收的特性数据(H)描述的背景信号的带宽要宽。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，在背景信号发生器(1)由噪声信号(RS)借助接收的特性数据(H)产生输出背景信号(HS)，所述噪声信号(RS)具有所希望的较大带宽。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述特性数据包括用于LPC-合成滤波器的LPC-滤波系数(FK)和/或放大因子(VF)。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于，

在接收的LPC-滤波系数的基础上，确定相应的用于所希望得到的较大带宽的LPC-合成滤波器(2)的LPC-滤波系数(FK)，该滤波器以所希望带宽的噪声信号(RS)激励。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于，

用于宽带LPC-合成滤波器的LPC-滤波系数(FK)，由接收的LPC-滤波系数借助对照表(LUT)确定，其中，用于发送端背景信号的带宽的LPC合成滤波器的LPC滤波系数以及用于宽带LPC-合成滤波器(2)的LPC-滤波系数(FK)彼此对照。

6、一种数字通信系统中的信号传输方法，其中，为了传输背景信号，至少在语音间歇时把描述当时背景信号的特性数据(H)传送到接收器，以及在接收端产生输出背景信号(HS)，其特征在于，

输出背景信号(HS)根据依照权利要求1到5之一的方法生成。

7、根据权利要求1到6之一的方法，其特征在于，

数字通信系统包括移动通讯系统。

8、一种带有装置(2、3、4、5、6)的背景信号发生器，用于由输入端描述发送端背景信号的特性数据(H)生成相应的输出背景信号(HS)，其特征在于，

把生成输出背景信号(HS)的装置(2、3、4、5、6)设计成，使得生成的输出背景信号(HS)的带宽比由输入端特性数据(H)描述的背景信号的带宽要宽。

9、根据权利要求8的背景信号发生器，其特征在于，

生成具有所希望的较大带宽的噪声信号的噪声信号发生器和/或用于这样的噪声信号的输入以及由噪声信号(RS)借助接收特性数据(H)产生输出背景信号(HS)的装置(2、3、5)。

10、根据权利要求9的背景信号发生器，其特征在于，

所希望带宽的LPC-合成滤波器(2)以及将被包括在输入端特性数据(H)中的LPC-滤波系数转变为相应的用于LPC-合成滤波器(2)的LPC-滤波系数(FK)的装置(3)。

11、根据权利要求10的背景信号发生器，其特征在于，

带有对照表(LUT)的存储器(3a)，其中，发送端背景信号带宽的LPC-滤波系数与用于宽带LPC-合成滤波器(2)的LPC-滤波系数(FK)彼此对照。

12、带有依照前述权利要求8-11之一的背景信号发生器(1)的语音解码器8。

13、接收装置，带有依照前述权利要求8-11之一的背景信号发生器或带有权利要求12中的语音解码器。

14、终端设备，带有根据权利要求13的接收装置。