CN86100787A - 利用预测信号值的差错检测与隐蔽 - Google Patents

Abstract

本系统用块码字发送领先N个信号值字块供接收机检测差错之用。在发射机中预测估计下一信号值；比较器从这每个实际值减去相应估计值得“Δ值”；“最大Δ编码器”对全部N个字中最大Δ值的绝对值编码，所得块码字被先于相应N字组多路复用至信道；“N采样延时”延迟该N个字使块码字领先。在接收机中块码字多路分解以恢复跟随的N字组最大Δ值绝对值；收到N个字的每一个字时将其从预测器产生的预测值中减去；若差值大于该块最大Δ值，则接收信号值代表差错信号，差错然后由其预测值取代而被隐蔽。

Description

本发明涉及接收数据中误差的检测与屏蔽的领域，并主要涉及对数据在通过发射机和接收机之间的信道期间的引入误差错的检测与隐蔽。

先有技术有许多方法可用来检测和校正接收信号中的误差。例如，奇偶检验数据可以在传输以前加到数据信号中以提供检测和/或校正发生于传输中的差错的方法。例如，在分组编码中，发生在（2^M-M-1）位序列中的单个差错能够利用被加到所发送的位序列的M个奇偶检验位来校正。为了校正（2^M-KM-1）位序列中的K重差错，至少需要KM个奇偶检验位。

但是，实现多重差错的校正需要非常昂贵的系统。而且，所有这些方法在它们用于信道时是低效率的。加到所传输的信息序列的奇偶检验位减小了传送信息信号的信道容量。在传输中差错率很高时，专用于传输奇偶检验位的那部分波道容量变得过大。此外，当信道差错率超过设计极限时，所有方法就失效。在音频信号情况下，差错率即使在设计限度以内，所建立的尝试也要产生讨厌的“卡嗒”声。

已研制的另一种系统，它可供差错检测之用，但不能校正。被检测出的差错可通过用估计值来取代差错的数据的方法而不隐蔽。在斯蒂尔（R.Steele）和杰因特（N.S.Jayant）的《DPCM-AQF语言的统计分组保护编码》，IEEE    1980年国家电信会议报告（下文引作斯蒂尔）中叙述了此种类型系统的例子。斯蒂尔讲授了差分脉码调制（DPCM）语言的分组保护编码方法。发射机中的电路既计算一个分组中相邻语言采样之间的最大差值，也计算这一个分组中所有相邻差值的根均方（rms）值。这些数值在传输语言采样组之前首先传输。在接收机，每一个被确定是正确的采样与其下一个采样之间的差值被计算出来，并且，若这个差值大于传输前所算的最大值，那么这下一个采样被认为是错误的。通过把差值的根均方值加到正确的（较早的）采样的方法来达到隐蔽。

保证信息（例如被传输的信息信号）的完整性是本发明的一个目的。

提供一个系统，在这个系统的信道中产生的差错可在接收机检测或隐蔽，这也是本发明的一个目的。

利用信息信号的予测值与相应的实际值之间的差值以确定差错的存在是本发明的进一步的目的。

在隐蔽接收到的信息信号的差错实际值的过程中利用予测值是本发明的更进一步的目的。

本发明论及由信息信号（例如代表语言的电信号）传输所产生的差错的检测与隐蔽。通过利用信息信号本身的统计特性来检测那些主观上非常令人烦恼的差错，本发明力图减小必须用于完成差错检测和屏蔽的信息量。为了同时对传输差错进行检测和隐蔽，可用一个予测器。

被传输的信息信号的统计特性体现在两个相同的予测器中，一个在发射机，一个在接收机。每一个予测器从一个或几个较早的信号数值中计算在一特定时间的信息信号的予测值。发射机的予测器利用尚待发送的信息信号的实际值予测若干这样的数值;然后，它就确定每一个予测值与相应的实际值之间的差值。接收机的予测器利用接收到的信息信号的实际值予测这些数值，并同样地确定每一个予测值与相应的实际值之间的差值。

假若在信息信号通过信道时没有引入差错，则接收到的信息信号值与发射的信息信号值就会相同，两个予测器就会予测出相同的值，并且在发射机确定的差值就会与在接收机确定的差值相同。然而，差错本来是会引入的;在这样情况下，在接收机确定为有差错的接收到的信息信号值与其相应的予测值之间的差值可能大于或小于在发射机确定的正确值与其相应的予测值之间的差值。本人已发现，通常在主观基础上最有害的差错是当存在于接收到的信息信号值与其相应予测值之间的差值很大时的差错。这些差错可被本发明所隐蔽。

经过一个予定的时间周期，发射机电路计算出所确定的差值的最大值。这个最大值就被传输到接收机以用于差错检测和隐蔽。接收机电路将每一个所确定的差值与接收到的、在所研究的时间周期内生效的最大值相比较。如果这个差值小于最大值，则不必采取措施。如果这个差值大于最大值，则用以计算这个差值的接收到的信息信号值就被定为有差错。于是这个值就被相应的予测值所取代。

在发射机中，把所要传输的信息信号的数字值送至予测器、比较器和N-字延迟线。予测器估计下一个信号值，该值被适当地延迟，以便把目前值与其估计值进行比较。比较器由每一个真实值减去其相应的估计值，当在处理整个N字组块时，暂时存储这个差值，称其为“△-值”。“最大△编码器”对全部N个字的最大△值的绝对值进行编码（具有适当的差错校正）。把所得到的块码字，先于其相应于N字组的块码字，进行多路复用到数据信道中去。使用一个“N采样延迟”以延迟这N字组，以便块码字能先于N字组而传送。

在接收机中，对块码字进行多路分离和差错校正以恢复所跟随的N字组的最大△值的绝对值。当N个字中的每一个被收到时，它被从与发射机中相同的予测器电路产生的予测值中减去。如果这个差值大于这个字块的最大△值，则所收到的信号值就代表一个差错。然后用其予测值来取代该差错，该差错就被隐蔽。如果这个差值小于或等于最大△值，则所收到的信号就被承认为正确的。

由于在信道中仅须传送检测和隐蔽那些主观干扰的差错所必需而最少的信息，故本发明具有高效率地使用信道的优点。本发明能够在差错率很高的信道中恢复可以接受的信号，并且它的实现成本是低的。

图1是本发明的发射机端的电路系统最佳实施方案的方框图。

图2是本发明的接收机端电路系统最佳实施方案的方框图。

最佳实施方案的说明

图1说明本发明的发射机电路系统的最佳实施方案。信息信号的周期采样被输入到延迟电路120和予测器130。该数据信号最好是相关信号，例如音频或视频信号;但也可以是非相关的，甚至可以是一个随机过程。相关信就是：在这种信号中，尚待接收的数据的一个或多个参数在某种程度上是可以由已经接收的数据来予测的。（音频和视频电视信号是相关信号的例子。）信号的形式可以是模拟的、量化的或数字的，最好是数字的。

予测器130计算相应于信息信号的下一个真实值的予测值。这是利用一个或多个以前的真实值以及信息信号的统计特性来完成的。这种予测器是人们熟知的，例如在奥利弗（Oliver），美国专利第2，732，424号（用于予测电视传输的若干先前信号值的加权总和）;阿特尔（Atal），美国专利第3，631，520〔利用可变予测参数的予测器处理具有变化的统计特性的信号（例如语言）〕;以及格雷厄姆（Graham），美国专利第3，026，375号（处理电视传输中快速信号变化的递归予测）中所提出的，所有这些都包括在这里作为参考。

时延电路120将目前信号值延迟一段时间T，相当于予测器电路中产生的时延的二倍。予测器输出信号是下一个信号值的予测值。由于时延T是予测器电路时延的二倍，所以就保证了时延电路120的输出信号和予测器130相应于相同的信号值的输出信号。延时延电路120可以是能产生必要的时延的任何常规电路。

将延迟后的信号输入到N-采样延迟线140和减法器150。将实际的和予测的信号值之差值（△值）的绝对值输出到编码器160，它存储每个N采样块中遇到的最大△值;并且在N采样块的末尾，对这个最大△值进行具有适当的差错校正位的编码。

将编码的最大△值输入到多路复用器170，170领先于相应的N个采样值，对最大△值进行多路复用。N-采样延迟线140保证编码的最大△值领先于N个采样。将多路复用器170的输出发送到信道。也可用单独的信道传送编码的最大△值。

图2表示本发明接收机电路系统的最佳实施方案。在多路分离器210接收由编码的最大△值领先的N数据字块，编码的最大△值被输送到解码器240，240就进行解码并校正其中的差错。代表信息信号采样的N个数据字被输送到延迟电路220和予测器230。延迟电路220和予测器230分别与上述图1所示的发射机的延迟电路120和予测器130相同。

予测器230计算下一个信号值，而延迟电路220将目前信号值延迟时间T以便予测信号值与其相应的实际信号值可同时利用。予测信号值被同时输入到减法器250和双掷开关270的两个互相独立的端子之一。相应的实际信号值被输入到开关270的另一个端子。

与图1所示的发射机的减法器150相同的减法器250确定予测信号值和相应的接收到的实际信号值之间的差值的绝对值，并且把这个绝对值（目前△值）输出至比较器260。

比较器260比较它的两个输入;并且，如果目前△值小于或等于最大△值，则就判定为不存在差错。然后使开关270将接收到的实际信号值连接到输出线280。

仅仅在目前△值大于最大△值时，比较器260才检测出传输中的错误。通过用相应的予测信号值取代差错的实际信号值，差错就被隐蔽掉。这是由比较器260通过扳动开关270使得予测信号值连接到线路280来实现。

这样，当接收到的信号值与相应的予测信号值之差值大于传输之前计算的最大差值时，接收到的信号值就按差错处理。通过利用相应的予测信号值取代差错信号值的方法来隐蔽差错信号值。

最佳实施方案已经通过采用数字式数据作为输入信号进行了说明。通过用差动放大器来代替电路150和250中的减法器这一简单的置换，用模拟或量化输入信号也可构成这种系统。信号就或者可以作为模拟式或者可以作为数字式来传输。

另外，信号可以作为模拟式传输，而最大△值作为数字式传输，或者二者都可以是模拟信号。而且，最大△值可以在单独的信道内传输。本发明也可以或者用串行的或或者用并行的计算和/或传输技术来实现。

虽然所列举的本发明的实施方案已参考附图进行了详细说明，但应该明了，本发明并不限于那些明确了的实施方案，不同的变化和修改可以由技术熟练者通过不脱离本发明的范围或精神来实现。

构造方法可取决于应用。在音频信号情况时，虽然采用部分模拟技术是可行的，但希望采用全数字设备。在视频信号情况时，最大△值在线路闭锁间隔内可以数字式传输，或者在任何与视频信号相关的其他数字信道内传输。在此情况下予测器可以使用以前的视频信号的电视线路。

本技术可以与其他的差错校正/隐蔽方法相结合。这个方法本身可以提高误差校正能力（而不是局限制于误差隐蔽）。各种现存的误差检测方法确定已发生的误差类型，但不能确定误差的精确位置。最大△值可用于这个目的。一个这种方法需要在N-字组中引入一个单个的附加数据字。这个字是该组中其他N个字的模1相加。

Claims (18)

1、一个能够检测差错的方法，该差错是在经过信道传输至接收机的过程中引入信息信号的，所述方法的特征在于包括以下步骤：

从未被传输的信息信号中予测信息信号的若干实际值；

确定这组实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值；

从所确定的这组实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值产生一个差错检测信号；

通过信道把该组实际值传送至接收机；

将差错检测信号传输至接收机。

2、权利要求1的方法的特征在于信息信号是一种相关信号。

3、一个检测差错的方法，该差错是在把信息信号经过信道送至接收机的过程中引入信息信号的，所述方法的特征在于包括以下步骤：

从未被传输的信息信号中予测若干信息信号的实际值;

确定这组实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值;

从所确定的这组实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值产生一个误差检测信号;

通过信道把这组实际值传送至接收机;

将误差检测信号传输至接收机;

由接收到的实际值予测接收到的数据信号的这组实际值中的每一个值;

确定这组接收到的实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值;

将接收到的差错检测信号和所确定的这组接收到的实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值相比较以检测差错。

4、权利要求3的方法的特征在于信息信号是相关信号。

5、一种能够检测差错的方法，该差错是在信息信号经过信道传输至接收机过程中引入信息信号的，所述方法的特征在于包括以下步骤：

周期地对信息信号进行采样;

从未被传输的采样值计算相应于每个采样值的予测值;

确定每个采样值与相应予测值之间的差值;

从所确定的每个采样值与相应的予测值之间的差值产生差错检测信号;

通过信道把采样值传送至接收机;

把差错检测信号传送至接收机。

6、权利要求5的方法的特征在于，信息信号具有已知的统计特性，并且所述的从未被传输的采样值计算予测值的步骤包括只根据一个或几个以前的未被传输的采样值和信息信号的统计特性来计算予测值。

7、一种检测差错的方法，该差错是在信息信号经过信道至接收机的过程中引入信息信号的，所述方法的特征在于包括以下步骤：

周期地对信息信号进行采样;

从未被传输的采样值计算相应于每个采样值的予测值;

确定每个采样值与相应的予测值之间的差值;

从所确定的每个采样值与相应的予测值之间的差值产生差错检测信号;

通过信道把采样值传送至接收机;

把差错检测信号传送至接收机;

从接收到的采样值计算相应于每个采样值的予测值;

确定每个接收到的采样值与相应的予测值之间的差值;

将接收到的差错检测信号和所确定的每个接收到的采样值与相应的予测值之间的差值相比较以检测差错信号。

8、权利要求7的方法的特征在于：

信息信号具有已知的统计特性;

所述的从未被传输的采样值计算予测值的步骤包括仅仅根据一个或几个先前的未被传输的采样值和信息信号的统计特性来计算予测值;

所述的从接收到的采样值计算予测值的步骤包括只根据一个或几个先前接收到的采样值和信息信号的统计特性来计算予测值。

9、一种检测和隐蔽差错的方法，该差错是在信息信号经过信道至接收机的过程中引入信息信号的，所述方法的特征在于包括以下步骤：

接收若干信息信号的实际值;

从接收到的实际值予测接收到的信息信号的该组实际值中的每一个值;

确定这组接收到的实际值中的每一个值与相应予测值之间的差值;

接收一个最大差值;

将接收到的最大差值和所确定的这组接收到的实际值中的每一个值与相应的予测值之间的差值相比较，以便检测差错信号;

对于任一个检测为差错的接收到的实际值用的予测值来代替。

10、权利要求9的方法的特征还在于包括初始步骤如下：

从未被传输的信息信号予测信息信号的一组实际值;

确定这组未被传输的信息信号的实际值中每一个值与其相应予测值之间的差值;

在予定的时间周期内计算所确定的这组未被传输的信息信号的实际值中每一个值与相应的予测值之间的差值的最大值;

将所计算得的最大值传输至接收机作为最大差值。

11、一个检测和隐蔽差错的方法，该差错是在信息信号经过信道至接收机的过程中引入信息信号的，该方法的特征在于包括步骤如下：

接收一组信息信号的采样值;

从接收到的采样中计算相应于每个采样值的予测值;

确定每一个接收到的采样值与其相应的予测值之间的差值;

接收一个最大差值;

为了检测差错，将接收到的最大差值和所确定的每个接收到的采样值与其相应的予测值之间的差值相比较;

用相应的予测值取代任一被检测为差错的接收到的采样值。

12、权利要求11的方法的特征还在于包括初始步骤如下：

从未被传输的信息信号中计算相应于一组信息信号采样中每一个的予测值;

确定每一个未被传输的信息信号的采样与其相应予测值之间的差值;

对予定数目的采样值计算所确定的每一个未被传输的信息信号的采样值与其相应的予测值之间的差值的最大值;

将所求得的最大值传输至接收机作为最大差值。

13、一个检测实际信号值中的差错的方法的特征在于包括步骤如下：

根据一组在时间上先出现的实际信号值予测一个实际信号值;

将予测的信号值与实际信号值相比较，结果产生△值;

仅当所产生的△值大于予先确定的最大△值时，才检测出一个差错。

14、权利要求13的方法的特征在于，实际信号值由周期采样值代表，予先确定的最大△值是对一组N个连续周期中确定的，其中N是个正整数。

15、权利要求14的方法的特征在于N大于1。

16、检测和隐蔽实际信号值中差错的方法的特征在于包括步骤如下：

根据至少一个以前的实际信号值予测一个实际信号值;

将予测信号值与相应的实际信号值相比较，结果产生△值;

将该△值与予先确定的最大△值相比较;

仅当该△值大于予先确定的最大△值时才检测出一个差错信号;

如果检测到一个差错，则通过用相应的予测信号值取代实际信号值来隐蔽这个差错。

17、权利要求16的方法的特征在于，实际信号值用周期采样值代表，予先确定的最大△值是对一组N个连续的周期确定的，这里N是个正整数。

18、权利要求17的方法的特征在于N大于1。

19、一个从周期采样的实际信号值产生差错检测信息的方法，该方法的特征在于包括步骤如下：

根据至少一个以前的实际信号值予测一个实际信号值;

将予测的信号值与相应的实际信号值相比较，结果产生一个△值;

对于总共为N个实际信号值重点所述的予测和比较步骤，这里N为正整数;

将实际信号值延迟一个相应于N采样速率的时间周期，

把最大△值存储为误差检测信息。

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