CN1697537A - 数据采样及编码时间调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信领域，公开了一种数据采样及编码时间调整方法，使得能够通过取消延时缓存，减少系统端到端语音包的延时，提高语音质量。此外，还能够克服TA一直要求延时或提前发送导致的发送空包会丢包的问题，进一步提高语音质量。这种数据采样及编码时间调整方法包含以下步骤：当核心网收到来自无线网络控制器一侧的时间调整消息时，根据其时间调整要求对来自外部网络的脉冲编码调制码流进行采样，并完成自适应多速率编码；核心网将自适应多速率数据包发送给无线网络控制器。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及对传输数据进行采样及编码的技术。
背景技术
宽带码分多址(Wide-Band Code Division Multiple Access，简称″WCDMA″)是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一。WCDMA带来的更新更灵活的通信能力和更高的数据速率使得移动信息和业务的接入能力大大增强，现在WCDMA技术已经被广泛的采纳和应用起来了。
在WCDMA系统中，在核心网和外部网络之间传送的是脉码调制(PulseCode Modulation，简称″PCM″)数据流，而在核心网与无线网络控制器之间传送的则是自适应多速率(Adaptive Multi-Rate，简称″AMR″)数据。其中，PCM是一种对模拟信号数字化的取样技术，特别是对于音频信号。PCM对信号每秒钟取样8000次；每次取样为8个位，总共64kbps。AMR标准作为第三代移动通信中语音编解码器的标准，与全球移动通信系统(GlobalSystem for mobile Communication，简称″GSM″)语音编解码器提供的3种有同样容错率的编码速率不同，AMR提供了8种编码速率，且每种速率都有不同的容错率。一方面，是为了提供不同无线传输环境下不同容错率的编码器，从而使系统中语音质量和系统容量的折衷更加平稳、灵活，另一方面也是为了满足系统可能提出的特殊要求。
因此，核心网的一个重要的任务就是对来自外部网络的PCM数据流进行采样并将其编码为AMR格式的数据。
根据3GPP TS 25.415(3rd Generation Partnership Project TechnicalSpecification 25.415——第三代合作伙伴项目技术说明书25.415)协议标准，无线网络控制器在将核心网一侧的数据转发到网络B节点21时，为了减少缓冲延时，无线网络控制器通过计算核心网一侧下发数据的到达时刻和其缓冲区的占有趋势，产生时间调整(Time Alignment，简称″TA″)消息，并通过无线网络控制器和核心网之间接口的通讯协议IuUP(Iu user plane)协议发送给核心网，该消息包含了要求核心网提前或者延迟发送数据包的时间需求，其调整步长为500us；核心网接收到该消息后，如果核心网支持该时间调整功能，即按照时间调整的需求提前或者延迟相应时间发送数据包。
下面参照图1，进一步讲述现有技术处理时间调整的一个实例。
首先在步骤100中，核心网接收来自外部网络的PCM数据流，核心网对其进行采样，并完成编码和缓存，且根据AMR算法(打包时间间隔为20ms，也就是先缓存20ms或者40ms的编码后数据)在其缓冲区内缓存一帧或者两帧数据，此后进入步骤110。
在步骤110中，核心网检测自身是否收到无线网络控制器一侧的时间调整消息，以判断是否需要调整其向无线网络控制器发送数据的时间。若核心网没有收到时间调整消息，则进入步骤150，向无线网络控制器正常发送数据包；若核心网收到了时间调整消息，则进入步骤120，检测核心网是否支持时间调整功能。若核心网不支持该功能，则进入步骤130中，核心网向无线网络控制器返回一个拒绝消息(NACK)；若核心网支持该功能，则进入步骤140。
在步骤140中，核心网向无线网络控制器返回确认消息(ACK)，并根据时间调整要求来调整发送数据包的时刻。具体的说，核心网解析该时间调整消息，并根据无线网络控制器的要求，提前或者延迟相应的时间调整发送数据包的时刻，从而实现无线网络控制器的时间调整需求，如果时间调整一直要求提前发送并超过了缓存时间，由于当前无包发送，核心网则发送一个空包，获得缓存一个数据包从而重新同步；如果时间调整一直要求延时发送并累积超过了一个打包时长，则丢弃一个数据包减小延时从而重新获得同步。时间调整结束后，进入步骤150，核心网重新正常向无线网络控制器发送数据包。
下面结合图2来进一步现有技术中的一个实例。图中示出了从0到160ms的PCM码流的发送情况。首先，由核心网在第20ms完成对当前时刻的PCM码流的采样和AMR编码，随后分别在40ms、80ms直至140ms对该PCM码流进行采样编码。同时，在无时间调整要求的情况下，首先在核心网内缓存一个数据包，并对第一个数据包延时20ms，直到在40ms时开始发送这个已编码完成的第1个数据包。然后依次在60ms、80ms直至160ms分别发送各个采样编码后的数据包。
而在有时间调整要求的情况下，在正常发送完第1个数据包后，核心网收到TA1要求第2个数据包提前5ms发送。此时，由于第一个数据包的发送是延时20ms后发送的，故在此基础上提前5ms发送第2个数据包即可。实际上，在第40ms时核心网也已经开始对第2个数据包的进行采样和编码了，原本在60ms时发送的第2个数据包提前5ms发送给无线网络控制器就可以实现TA1所要求的提前5ms的时间调整。
按照同样的方法，可以实现TA2、TA3对核心网发送数据包的时间调整要求。在这里为了文章的简明不再重复叙述了。
在实际应用中，上述方案存降低语音质量的问题。
造成这种情况的主要原因在于，首先，需要延时缓存，增加系统中端到端语音包的延时；其次，当TA一直要求延时发送时，则延时将越来越大，一旦累积超过一个打包时长的调整范围后，便需要丢弃一个语音帧以重新同步；另一方面，当TA一直要求提前发送，则如果超过了预留的缓存时间(例如20ms)，则由于无语音包发送，需要发送一个空包或重复包，以重新同步。以上几种情况都会影响到语音质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数据采样及编码时间调整方法，使得能够通过取消延时缓存，减少系统端到端语音包的延时，提高语音质量。此外，还能够克服TA一直要求延时或提前发送导致的发送空包或者丢包的问题，进一步提高语音质量。
为实现上述目的，本发明提供了一种数据采样及编码时间调整方法，包含以下步骤：
C当核心网收到来自无线网络控制器一侧的时间调整消息时，根据其时间调整要求调整采样时间，对来自外部网络的脉冲编码调制码流完成采样以及自适应多速率编码；
D所述核心网将自适应多速率数据包发送给所述无线网络控制器。
其中，包含以下步骤：
A核心网对来自外部网络的脉冲编码调制码流进行采样，并完成自适应多速率编码；
B所述核心网判断是否收到来自无线网络控制器一侧的时间调整消息，如果是，则执行步骤C，否则，执行步骤D。
所述步骤C还包含以下步骤：
核心网检测自身是否支持时间调整功能，如果是，则根据其时间调整要求对来自外部网络的脉冲编码调制码流进行采样，并完成自适应多速率编码，否则，向无线网络控制器反馈拒绝消息，并执行步骤D。
在所述步骤C中，当所述时间调整消息要求提前指定间隔发送时，核心网提前该指定间隔对来自外部网络的脉冲编码调制码流采样，并完成自适应多速率编码；当所述时间调整消息要求延时指定间隔发送时，核心网延迟指定间隔对脉冲编码调制码流采样，并进行自适应多速率编码。
在所述步骤C中，当所述时间调整消息要求提前指定间隔发送，并且当前没有自适应多速率数据包可以发送时，核心网向无线网络控制器发送空包。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，在本发明中，通过实现时间调整在编码之前完成，从而无需额外的附加延时，减小了系统端到端的延时，提高了语音质量；而且如果时间调整一直要求提前发送，该方法可以一直提前相应要求间隔采样PCM码流，无需发送空包(或者重复包)来同步，提高了语音质量；另一方面。如果时间调整一直要求延时发送，该方法可以一直延时相应要求间隔采样PCM码流，不需要丢包来同步，提高了语音质量；PCM采样阶段的调整，只是针对打包时长内PCM码流的调整(远小于20ms话音采样信息)，重用或者丢弃的内容很小，对语音质量影响比现有方法丢弃一个编码后数据包(20ms话音信息)要小很多。
附图说明
图1是现有技术中进行数据采样和编码的方法的流程示意图；
图2是现有技术中进行数据采样和编码的方法的提前和延时示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的数据采样和编码方法的流程示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的数据采样和编码方法的提前和延时示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
根据本发明的原理，是要解决在WCDMA移动通信系统中由于现有技术的时间调整方法所造成的语音质量低的问题。通过采用时间调整在编解码之前，也就是调整对PCM码流的采样时间来提高语音质量。具体说来，就是取消预留延时，从而减少系统端到端的延时，克服TA一直要求提前发送情况下，导致无包发送而发送空包(或者重复包)的问题，克服时间调整一直要求延时发送累积超过打包时长情况下丢包的问题，以提高语音质量。
下面参照图5，来进一步描述本发明的一个实施例的时间调整流程。如图所示，首先在步骤400中，核心网接收来自外部网络的PCM数据流，核心网对其进行采样，并通过核心网中的移动交换中心/访问位置寄存器来完成对PCM码流编码，实现PCM码到AMR码的转换，此后进入步骤410。
在步骤410中，核心网检测是否收到无线网络控制器发来的时间调整消息。若核心网没有收到时间调整消息，则进入步骤450，向无线网络控制器直接发送编码完成了的AMR数据包；若核心网收到了时间调整消息，则进入步骤420。
在步骤420中，核心网检测是否支持时间调整功能，若核心网不支持该功能，则进入步骤430中，核心网向无线网络控制器返回一个拒绝消息(NACK)；若核心网支持该功能，则进入步骤440。
在步骤440中，核心网向无线网络控制器返回确认消息，且根据时间调整要求调整对PCM码流的采样和编码时间，并进行采样和编码。具体的说，核心网解析该时间调整消息，根据无线网络控制器的要求，提前或者延迟相应的时间调整发送数据包。当收到时间调整信息，需要提前A间隔发送时，则将PCM码流的采样时间提前相应的A间隔，并完成AMR编码，进入步骤450，直接发送编码后的数据包，这样就实现了提前A间隔发送数据报文，如果提前A间隔没有数据包发送，则发送一空包，以获得同步；如果收到的时间调整信息需要延时B间隔发送时，则将PCM码流的采样时间延时相应的B间隔，并完成AMR编码，进入步骤450，将编码后的数据包直接发送，这样也就实现了延时B间隔发送数据报文的时间调整目的；
下面参照图6来进一步描述本发明的一个时间调整具体方案的实施例。
图中显示了由0开始到160ms的PCM码流，这是对模拟信号数字化的数据流。熟悉本领域的人员应该理解，PCM的方式是对信号每秒钟取样8000次，每次取样为8位。
如图所示，在无时间调整要求的情形下，核心网对PCM码流的采样是每隔20ms采样一个数据包，本发明和现有技术不同的是在采样第一个数据包时不需要延时20ms，直接在第20ms时采样并编码，随后在无时间调整要求的情况下直接发送到无线网络控制器。同样的方法，这样也就是完成了图中无时间调整要求的情况下所示出的第1、2、3、4、5、6、7个数据包的采样。
在有时间调整要求的情况下，根据三个时间调整消息TA1、TA2和TA3，图中分别示出了各自的时间调整方式。首先，在由时刻20ms开始，采样完成第1个数据包。随后核心网收到来自无线网络控制器的时间调整消息TA1，要求核心网提前5ms发送数据包给无线网络控制器，于是核心网提前5ms对下一个数据包进行采样，完成第2个数据包，并对其进行AMR编码，编码完成后发送给无线网络控制器，这样便实现了提前5ms的时间调整。这个有别与现有技术中的编码在时间调整之前完成的方法。
用同样的方法可以实现对第3个数据包的提前5ms的时间调整要求。如图所示，随后，核心网收到要求第4个数据包的延时5ms的时间调整消息TA2，核心网于是延时到第80ms的时刻开始采样PCM码流，完成第4个数据后对其进行AMR编码，并在编码完成后即将数据发送给无线网络控制器，这样也就实现了无线网络控制器所要求的延时5ms的时间调整要求。同样，用本发明的方法实现对第5个要求延时5ms的时间调整，以及再后面的对第6个和第7个数据包的提前5ms的时间调整消息TA3的时间调整要求，在这里为了文章的简明就不重复叙述了。
熟悉本领域的人员应该可以理解，上面所述的实现时间调整的目的，也可以通过将PCM码流缓存在核心网中，然后从核心网中提前或者延时提取PCM码流进行编码的方式来实现，效果与上述内容是一致的。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (5)
1.一种数据采样及编码时间调整方法，其特征在于，包含以下步骤：
C当核心网收到来自无线网络控制器一侧的时间调整消息时，根据其时间调整要求调整采样时间，对来自外部网络的脉冲编码调制码流完成采样以及自适应多速率编码；
D所述核心网将所述步骤C中产生的自适应多速率数据包发送给所述无线网络控制器。
2.根据权利要求1所述的数据采样及编码时间调整方法，其特征在于，所述方法还包含以下步骤：
A核心网对来自外部网络的脉冲编码调制码流进行采样，并完成自适应多速率编码；
B所述核心网判断是否收到来自无线网络控制器一侧的时间调整消息，如果是，则执行步骤C，否则，执行步骤D。
3.根据权利要求1或2所述的数据采样及编码时间调整方法，其特征在于，所述步骤C还包含以下步骤：
核心网检测自身是否支持时间调整功能，如果是，则根据其时间调整要求对来自外部网络的脉冲编码调制码流进行采样，并完成自适应多速率编码，否则，向无线网络控制器反馈拒绝消息，并执行步骤D。
4.根据权利要求1或2所述的数据采样及编码时间调整方法，其特征在于，在所述步骤C中，当所述时间调整消息要求提前指定间隔发送时，核心网提前该指定间隔对来自外部网络的脉冲编码调制码流采样，并完成自适应多速率编码；当所述时间调整消息要求延时指定间隔发送时，核心网延迟指定间隔对脉冲编码调制码流采样，并进行自适应多速率编码。
5.根据权利要求4所述的数据采样及编码时间调整方法，其特征在于，在所述步骤C中，当所述时间调整消息要求提前指定间隔发送，并且当前没有自适应多速率数据包可以发送时，核心网向无线网络控制器发送空包。
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