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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verschleierungsverfahren
und Vorrichtung für verzögerte Datenpakete
in einem Datenpaket-Netzwerk bzw. Paketvermittlungsnetz, das zum
Verbessern der Verschleierung von verzögerten Datenpaketen verzögerte Parameter
verwendet.
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Hintergrund
der Erfindung
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Digitale
komprimierte Sprachsignale werden häufig in Datenpaketen übertragen,
die Sprachparameter zum Rekonstruieren von Sprach-Datenblöcken bzw.
Sprach-Frames in einem Decodierer am Empfangsende enthalten. Typische
Beispiele derartiger Datenpaket-Netzwerke sind IP- und ATM-Netzwerke. Wenn Datenpakete
verzögert
werden oder verlorengehen, wird eine Art von Verschleierungsverfahren
einsetzt zum Vertreten der verzögerten
oder verloren gegangenen Sprachparameter (siehe [1]). Typischerweise
umfassen diese Verschleierungsverfahren, anstelle der verzögerten oder
verloren gegangenen Parameter, das Vorhersagen der Sprachparameter
für ein
verzögertes
oder verloren gegangenes Datenpaket aus vorher empfangenen Parametern
und das Anwenden der vorhergesagten Parameter auf den Decodiervorgang.
Die Parameter des ersten verzögerten
oder verloren gegangenen Pakets werden gewöhnlich einfach aus dem vorhergehenden
Datenpaket kopiert. Wenn weitere Pakte verzögert werden oder verlorengehen,
werden die gleichen Parameter immer noch verwendet, jedoch werden
die Ausgabesignale nun allmählich
stummgeschaltet. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser Verfahren ist,
dass dieselbe Strategie sowohl für
die verzögerten
als auch die verloren gegangenen Datenpakete verwendet wird. Ein
Nachteil dieser Verfahren ist, dass die Information in verzögerten Datenpaketen
einfach verworfen wird, obwohl sie aktueller ist als die Information,
die für
die Parametervorhersage verwendet wird.
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Ein
Verfahren, das zwischen verzögerten und
verloren gegangenen Datenpaketen unterscheidet, ist in [2] beschrieben.
In dem in dieser Referenz beschriebenen Verfahren ersetzen Sprachparameter in
verzögerten
Datenpaketen die vorhergesagten Parameter, sobald die verzögerten Datenpakete
eintreffen. Jedoch ist ein kennzeichnendes Merkmal dieses Verfahrens,
dass es nicht die Tatsache berücksichtigt,
dass der Decodierer auf einer digitalen Filterung beruht. Digitale
Filter in dem Decodierer erreichen endgültige Filterzustände, nachdem
ein Datenübertragungsblock
bzw. -Frame decodiert worden ist. Diese endgültigen Filterzustände werden
als anfängliche Filterzustände zum
Decodieren des nächsten
Frames (mit den neuen Sprachparametern) verwendet. Wenn das decodierte
Ausgabesignal das gleiche Signal ist wie das in dem Analyse-durch-Synthesevorgang
in dem Codierer am übertragenden
Ende produzierte, optimale Signal, dann müssen sowohl die Sprachparameter
als auch die anfänglichen
Filterzustände
die gleichen sein. In dem in [2] beschriebenen Verfahren werden
nur die richtigen Sprachparameter benutzt, wenn möglicherweise
ein verzögertes
Datenpaket ankommt. Jedoch sind die Filterzustände in der Zwischenzeit aus
dem endgültigen
Zustand des vorhergehenden Frames während der Vorhersagephase weggedriftet,
was zu lästigen
abrupten Ausgangssignal-Veränderungen
führt,
wenn die verzögerten
Sprachparameter plötzlich
verwendet werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verschleierungsverfahren
und eine Vorrichtung für
verzögerte
Datenpakete bereitzustellen, die Information in verzögerten Datenpaketen
verwendet, in der jedoch derartige lästige abrupte Ausgangssignal-Veränderungen
minimalisiert oder selbst eliminiert sind.
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Die
Aufgabe wird in Übereinstimmung
mit den beigefügten
Patentansprüchen
gelöst.
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Kurz
gesagt bezieht die vorliegende Erfindung die Verwendung der in verzögerten Datenpaketen
empfangenen Information mit ein, um nicht nur die Sprachparameter
sondern auch den ursprünglichen
Decodierer-Zustand zu aktualisieren. Während der Verschleierung von
verzögerten
Datenpaketen werden dann zwei decodierte Ausgabesignale mit den
gleichen Sprachparametern erzeugt, einer auf der Grundlage von gedrifteten
Decodierer-Zuständen und
einer auf der Grundlage von aktualisierten Decodierer-Zuständen. Danach
werden diese zwei Ausgabesignale in ein endgültiges Ausgabesignal zusammen
gewichtet. Dieser Vorgang macht den Übergang von vorhergesagten
zu aktualisierten Sprachparameter gleichmäßiger.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung zusammen mit ihren weiteren Aufgaben und Vorteilen, kann
am besten durch Verweis auf die folgende Beschreibung zusammengenommen
mit den beigefügten
Zeichnungen verstanden werden. Für
die Zeichnungen gilt:
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1 ist
ein Blockdiagramm eines typischen Sprachdecodierers;
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2 ist
ein Blockdiagramm eines FIR-Filters;
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3 ist
ein Blockdiagramm eines anderen typischen Sprachdecodierers;
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4 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das ein Verschleierungsverfahren für verzögerte Datenpakete
nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das ein anderes Verschleierungsverfahren
für verzögerte Datenpakete
nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
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6 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das das Verschleierungsverfahren für verzögerte Datenpakete
nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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7 ist
ein anderes Zeitablaufdiagramm, das das Verschleierungsverfahren
für verzögerte Datenpakete
nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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8 ist
ein Blockdiagramm einer Verschleierungsvorrichtung für verzögerte Datenpakete
nach der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine bevorzugte Ausführungsform für einen
Decodierer, der zum Implementieren der Verschleierungsvorrichtung
der 8 für
verzögerte Datenpakete
geeignet ist; und
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Verschleierungsverfahren für verzögerte Datenpakete nach
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines typischen Sprachdecodierers 10.
Ein unveränderliches
Code-Buch 12 enthält
Anregungsvektoren, die zum Rekonstruieren eines Sprachsignals verwendet
werden. Der aus dem unveränderlichen
Code-Buch 12 ausgewählte
Anregungsvektor wird mit einem Gewichtsfaktor G gewichtet. Dieser
endgültige
Anregungsvektor wird zu einer langfristigen Vorhersagevorrichtung (digitaler
Filter) 16 weitergeleitet. Das Ausgabesignal aus der langfristigen
Vorhersagevorrichtung 16 wird zu einer kurzfristigen Vorhersagevorrichtung
(ein anderer digitaler Filter) 18, das die decodierten
Sprachproben ausgibt, weitergeleitet. Der beschriebene Decodierer
wird durch empfangene Sprachparameter gesteuert. Diese Parameter
können
in zwei Gruppen unterteilt werden, nämlich Anregungsparameter 20 und
Filter-Koeffizienten 22. Die Anregungsparameter 20 steuern
die Auswahl des Vektors aus dem unveränderlichen Code-Buch und stellen
den Gewichtsfaktor G ein. Die Filter-Koeffizienten 22 bestimmen
die Übertragungsfunktionen
der langfristigen und der kurzfristigen Vorhersagevorrichtung 16, 18.
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Zum
Erklären
der vorliegenden Erfindung werden zunächst einige kennzeichnende
Merkmale von digitalen Filtern mit Verweis auf 2 besprochen.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines FIR-Filters. Diese Art von Filter kann in
der kurzfristigen Vorhersagevorrichtung 20 verwendet werden.
Der Filter enthält
eine Kette von Verzögerungselementen
D (die Figur zeigt nur drei Verzögerungselemente,
jedoch sind selbstverständliche
mehrere Elemente möglich).
Ein Satz von Multiplizierern M0, M1, M2, M3 zapfen das Eingabesignal
X(N) und die verzögerten
Signale X(N – 1),
X(N – 2),
X(N – 3)
an und multiplizieren diese Signale jeweils mit Filter-Koeffizienten C0,
C1, C2, C3. Schließlich
werden die multiplizierten Signale in Addierern A1–A3 addiert,
zum Ausbilden von Ausgabesignalen Y(N) des Filters. Der Satz der Signale
X(N), X(N – 1),
X(N – 2),
X(N – 3)
bilden den Filterzustand aus. Aus dieser Beschreibung wird deutlich,
dass das Filterausgabesignal Y(N) nicht nur von den Filter-Koeffizienten, sondern
auch von den ursprünglichen
Filterzuständen
abhängen
wird. Man sagt, dass der Filter ein "Gedächtnis" aufweise. Dieses
Gedächtnis
ist die Ursache für
die abrupten Signalveränderungen,
die in den Decodierern aus dem Stand der Technik auftreten, wenn
nur die Filter-Koeffizienten aktualisiert werden. In dem Fall eines FIR-Filters
wird der Einfluss eines fehlerhaften Filterzustands von der Länge des
Filters abhängen.
Weniger Filter-Abzapfungen werden ein kürzeres Gedächtnis ergeben. Andererseits
ist in dem Fall eines IIR-Filters, so wie das typischerweise in
der langfristigen Vorhersagevorrichtung 18 verwendet wird,
das Gedächtnis
unbegrenzt.
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In
der Ausführungsform
der 1 ist der Decodierer 10 durch Implementieren
der langfristigen Vorhersagevorrichtung 18 als ein digitaler
Filter realisiert. Eine andere Ausführungsform ist ein Decodierer,
in dem die langfristige Vorhersagevorrichtung stattdessen als ein
adaptives Code-Buch implementiert ist, wie in 3 veranschaulicht.
Ein adaptives Code-Buch führt
die gleiche Funktion aus wie eine langfristige Vorhersagevorrichtung,
ist jedoch nicht genauso wie ein digitaler Filter implementiert.
Stattdessen ist ein adaptives Code-Buch 16 ein Puffer für lange
Sprachproben, die kontinuierlich durch eine Rückkopplungsleitung 15 aktualisiert
werden, wenn das Decodieren fortschreitet. Die Vektoren werden ausgewählt, indem
auf bestimmte Teile dieses langen Puffers gezeigt wird. In dieser
Ausführungsform werden
die Anregungsparameter einen derartigen Zeiger auch auf einen Verstärkungsfaktor
GA für
den ausgewählten
adaptiven Code-Buch-Vektor enthalten. Weil das adaptive Code-Buch
mit neuen Proben aktualisiert wird, wenn das Decodieren fortschreitet, so
wird gewürdigt,
dass die decodierten Sprachproben eines Datenübertragungsblocks bzw. Frames von
dem ursprünglichen
Zustand des adaptiven Code-Buchs abhängen. Folglich weist das adaptive
Code-Buch ein "Gedächtnis" wie ein digitaler
Filter auf. Um beide Ausführungsformen
abzudecken, kann daher der Ausdruck "ursprünglicher Decodierzustand" verwendet werden.
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4 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das ein Verschleierungsverfahren für verzögerte Datenpakete
nach dem Stand der Technik veranschaulicht. Ein Empfänger, der einen
Decodierer enthält,
empfängt Datenpakete 1–9.
Sprachparameter P1–P3
und P7–P9
werden aus den Datenpaketen extrahiert, die rechtzeitig zum Decodieren
empfangen worden sind, während
die verzögerten
Datenpakete 4–6 einfach ignoriert
werden. Die extrahierten Parameter P1–P3 werden zu dem Decodierer
weitergeleitet, und werden zusammen mit den entsprechenden ursprünglichen
Decodierer-Zuständen
S1–S3
die Sprachsignale für
die Frames 1–3 erzeugen.
Die gestrichelten Leitungen zwischen ursprünglichen Decodierer-Zuständen, beispielsweise
zwischen den ursprünglichen Decodierer-Zuständen S1–S3, deuten
an, dass der spätere
ursprüngliche
Decodierer-Zustand aus dem vorhergehenden ursprünglichen Decodierer-Zustand erhalten
wird, wenn die angedeuteten Sprachparameter (P2 in diesem Beispiel)
zum Decodieren verwendet werden. Weil das Datenpaket 4 verzögert ist, sind
Sprachparameter für
das Frame 4 nicht verfügbar.
Daher werden diese Sprachparameter aus den vorhergehenden Sprachparametern
P3 vorhergesagt. Eine der häufig
verwendeten Vorhersageverfahren besteht einfach darin, die gleichen
Sprachparameter wie in dem vorhergehenden Frame zu verwenden. Die
vorhergesagten Sprachparameter für das
Frame 4 werden in der Figur mit P4P bezeichnet. Folglich
wird das Frame 4 mit dem korrekten, ursprünglichen
Decodierer-Zustand S4 decodiert, jedoch mit vorhergesagtem Sprachparametern
P4P. Weil das Datenpaket 5 ebenfalls verzögert ist,
müssen
Sprachparameter auch für
das Frame 5 vorhergesagt werden. Weil jedoch das Datenpaket 5 ignoriert
worden ist, muss die neue Vorhersage P5P auf der vorhergehenden
Vorhersage P4P begründet
werden. Eine der häufig
verwendeten Vorhersageverfahren besteht darin, noch einmal die Sprachparameter aus
dem vorhergehenden Frame zu benutzen, jedoch die Energie des Ausgabesignals
zu verringern. Weiterhin wird der ursprüngliche Decodierer-Zustand für das Frame 5 nicht
der richtige ursprüngliche
Decodierer-Zustand S5 sein, weil das Frame 4 mit vorhergesagten
Sprachparameter P4P decodiert wurde, sondern der fehlerhafte ursprüngliche
Decodierer-Zustand S5E. Weil das Datenpaket 6 ebenfalls verzögert ist,
wird der gleiche Vorgang (Kopieren von Sprachparametern aus dem
vorhergehenden Frame, Verringern der Energie und Begründen des
Decodierens auf einem fehlerhaften ursprünglichen Decodierer-Zustand)
für das
Frame 6 wie in dem Frame 5 wiederholt. Weil das
Datenpaket 7 rechtzeitig ankommt, werden seine Sprachparameter
P7 zum Decodieren des Frame 7 verwendet. Weil jedoch die vorhergehenden
Frames mit vorhergesagten Sprachparameter decodiert worden sind,
wird der anfängliche
Decodierer-Zustand F7E fehlerbehaftet sein. Dieser Umstand zusammen
mit dem plötzlichen Amplitudenanstieg
aufgrund der korrekt empfangenen Sprachparameter wird eine abrupte
Veränderung
in dem decodierten Sprachsignal erzeugen. Nach dem Decodieren des
Frame 7 ist der Einfluss des "Gedächtnisses" in dem Decodierer
vernachlässigbar
(in einigen Typen von Decodierern; andere Typen können längere "Gedächtnisse" aufweisen) und daher
wird das Frame 8 richtig decodiert, wenn das Datenpaket 8 rechtzeitig
eintrifft.
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das ein anderes Verschleierungsverfahren
für verzögerte Datenpakete
aus dem Stand der Technik, wie in [2] beschrieben, veranschaulicht.
So lange vorhergehende Datenpakete 1–3 rechtzeitig eintreffen,
werden sie normal decodiert. Die Sprachparameter für das Frame 4 werden
vorhergesagt, weil das Datenpaket 4 verzögert ist.
Diese vorhergesagten Sprachparameter werden zum Beginnen des Decodierens des
Frames 4 verwendet. Wenn jedoch das Datenpaket 4 eintrifft,
wird es nicht wie in 4 ignoriert. Stattdessen werden
Sprachparameter P4 extrahiert und unmittelbar zum Decodieren verwendet.
Die vorhergesagten Sprachproben, die noch nicht ausgegeben worden
sind, werden dann auf der Grundlage von richtigen bzw. korrekten
Sprachparametern P4 jedoch fehlerhaften anfänglichen Decodierer-Zuständen S4E
durch Sprachproben ersetzt. Dies führt aber zu einer lästigen abrupten
Veränderung
des Ausgabesignals. Unter der Annahme, dass das Datenpaket 5 ebenfalls
verzögert
ist, werden die Sprachparameter P5P aus den Sprachparametern P4
vorhergesagt. Diese vorhergesagten Parameter P5P und der fehlerhafte
anfängliche
Decodierer-Zustand S5E werden zum Decodieren des Frames 5 verwendet.
Wenn dann das Datenpaket 5 eintrifft, werden die vorhergesagten
und noch nicht ausgegebenen Sprachproben ersetzt durch die decodierten
Sprachproben auf der Grundlage der spät eintreffenden Sprachparameter P5
und einem fehlerhaften anfänglichen
Decodierer-Zustand S5E (die zwei mit S5E bezeichneten Zustände brauchen
nicht die gleichen zu sein, die Bezeichnung bzw. Notation deutet
lediglich an, dass sie fehlerhaft sind). Dies führt zu einer anderen abrupten Signalveränderung,
wenn das Datenpaket 6 rechtzeitig eintrifft und zum Decodieren
des Frames 6 verwendet wird. Danach verläuft das
Decodieren wieder normal, weil die Datenpakete 7–9 rechtzeitig
eintreffen.
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6 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das das Verschleierungsverfahren für verzögerte Datenpakete
nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die ersten drei
normalen Datenübertragungsblöcke bzw.
Frames werden in der gleichen Art und Weise wie in den 4 und 5 behandelt.
Frame 4 wird in einem Decodierer auf dieselbe Art und Weise
vorhergesagt, wie in 4. Bevor jedoch das Frame decodiert
wird, wird der anfängliche
Decodierer-Zustand S4 kopiert und diese Kopie wird für zukünftige Verwendung
abgespeichert. Sobald das verzögerte Datenpaket 4 eintrifft,
werden seine Sprachparameter P4 extrahiert und in einem Decodierer
verwendet, um den anfänglichen
Decodierer-Zustand in den korrekten Zustand S5 zu aktualisieren.
Die aktuellen bzw. gegenwärtigen
Sprachproben, die ein solches Decodieren erzeugen würde, werden
ignoriert. Der Zweck dieses zweiten Decodierens ist lediglich, den anfänglichen
Decodierer-Zustand zu aktualisieren. Weil das Datenpaket 5 ebenfalls
verzögert
ist, müssen
seine Sprachparameter vorhergesagt werden. Weil jetzt jedoch die
neueren bzw. kürzlicheren Sprachparameter
P4 bekannt sind, werden diese Parameter für die Vorhersage der Parameter
P5P verwendet. Des weiteren werden zwei Decodierungen des Frames 5 ausgeführt, insbesondere
ein Decodieren auf der Grundlage von vorhergesagten Sprachparametern
P5P und einem fehlerhaften anfänglichen
Decodierer-Zustand S5E, und ein Decodieren auf der Grundlage der
gleichen Sprachparameter und dem korrigierten anfänglichen
Decodierer-Zustand S5. Nach dem Decodieren der zwei Sprachproben
werden die Frames kombiniert, um ein endgültiges Ausgabesignal auszubilden.
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Wie
an der Unterseite der 6 gezeigt, werden die zwei decodierten
Signale gewichtet und danach werden die gewichteten Signale addiert.
Die Gewichtung wird in einer solchen Art und Weise ausgeführt, dass
das Signal 1 aus dem Decodierer 1 ein hohes anfängliches
Gewicht und ein niedriges endgültiges
Gewicht (durchgezogene Linie) aufweist, während das Signal 2 aus dem
Decodierer 2 ein niedriges anfängliches Gewicht und ein hohes
endgültiges
Gewicht (gestrichelte Linie) aufweist. Das Signal kann beispielsweise
entsprechend der folgenden Formel kombiniert werden: y(n)
= k(n)y1(n) + (1 – k(N))y2(n)wobei
n die Probennummer in dem Frame bezeichnet, y1(n)
die decodierte Probe n des Signals 1 bezeichnet, y2(n)
die decodierte Probe n des Signals 2 bezeichnet und k(n) eine Gewichtsfunktion
ist, die beispielsweise definiert ist als k(n)
= 1 – log(n)/log(N) wobei
N die Framegröße bezeichnet.
Der Gewichtsfaktor k(n) kann selbstverständlich auch auf andere Arten
berechnet werden. Das Beispiel liefert eine exponentiell abfallende
Kurve wie in 6. Auf diese Weise gibt es einen
gleichmäßigen Übergang
von dem Signal 1 zu dem genaueren Signal 2.
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Zurückkehrend
zu 6, weil das Datenpaket 5 verzögert ist,
wird der richtige anfängliche
Decodierer-Zustand
S5 kopiert und für
ein späteres
Aktualisieren durch den Decodierer 2 gespeichert, wenn
das Datenpaket 5 eintrifft. Des Weiteren wird, weil das
Signal 2 (aufgrund der Gewichtung) am Ende des Frames 5 betont
ist, der anfängliche
Decodierer-Zustand S6E des Decodierers 1, der zum Decodieren
des Frame 6 verwendet wird, von dem Decodierer 2 nach
dem Decodieren des Frames 5 übernommen. Weil das Datenpaket 6 ebenfalls
verzögert ist,
werden, die aus dem Datenpaket 5 vorhergesagten Sprachparameter
P6P zum Decodieren des Frames 6 verwendet, wobei sowohl
die fehlerhaften als auch die korrigierten anfänglichen Decodierer-Zustände S6E
und S6 verwendet werden. Danach werden die beiden Ausgabesignale
gewichtet und kombiniert. Weil das Datenpaket 6 verzögert ist,
wird der richtige anfängliche
Decodierer-Zustand S6 kopiert und für ein späteres Aktualisieren durch den
Decodierer 2 gespeichert, wenn das Datenpaket 6 eintrifft. Wie
in dem vorhergehenden Frame wird der anfängliche Decodierer-Zustand
S7E des Decodierers 1, der zum Decodieren des Frames 7 verwendet
wird, von dem Decodierer 2 nach dem Decodieren des Frames 6 übernommen.
Weil das Datenpaket 7 rechtzeitig ist, können Sprachparameter
P7 zum Decodieren verwendet werden ohne eine Notwendigkeit zur Vorhersage.
Danach werden die zwei Ausgabesignale gewichtet und kombiniert.
Weil die Datenpakete 8 und 9 ebenfalls rechtzeitig
sind, wird der Decodierer 2 nicht mehr benötigt und
das Decodieren kann wie gewöhnlich
in dem Decodierer 1 fortgesetzt werden. In dem Frame 8 wird
der anfängliche
Decodierer-Zustand S8 aus dem Decodierer 2 verwendet, weil
dieser garantiert korrekt ist.
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7 ist
ein anderes Zeitablaufdiagramm, das das Verschleierungsverfahren
für verzögerte Datenpakete
nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses Schaubild
ist ähnlich
wie das Schaubild in 6, veranschaulicht jedoch einen
anderen Fall, insbesondere wenn das Datenpaket 4 um mehr
als einen Frame verzögert
ist. Dieser Fall unterscheidet sich von dem vorhergehenden Fall
dadurch, dass herkömmliche
Verschleierungsverfahren sowohl in dem Frame 4 als auch
in dem Frame 5 verwendet werden müssen, und dadurch, dass der
anfängliche
Decodierer-Zustand aufgrund des sehr späten Eintreffens des Datenpakets 4 zweimal
in dem Frame 5 aktualisiert wird. Danach werden die gleichen
Schritte wie in 6 ausgeführt.
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8 ist
Blockdiagramm für
eine Verschleierungsvorrichtung für verzögerte Datenpakete nach der
vorliegenden Erfindung. Sprachparameter werden zu den zwei Decodierern 30 und 32 weitergeleitet.
Die Ausgabesignale aus diesen beiden Decodierern werden in einem
Addierer 34 kombiniert, um eine aktuelle Sprachprobe zu
erzeugen. Zwischen den Decodierern 30, 32 ist
ein zusätzliches
Speichersegment 36 zum Speichern einer Kopie eines zu aktualisierenden,
anfänglichen
Decodierer-Zustands bereitgestellt.
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9 ist
eine bevorzugte Ausführungsform für einen
Decodierer, der zum Implementieren der Verschleierungsvorrichtung
für verzögerte Datenpakete
in der 8 geeignet ist. Diese Ausführungsform implementiert den
Decodierer in Übereinstimmung
mit den mit Verweis auf 1 beschriebenen Prinzipien,
das heißt
mit digitalen Filtern sowohl in der kurzfristigen Vorhersagevorrichtung
als auch in der langfristigen Vorhersagevorrichtung. Weil der Decodierer 2 nur
verwendet wird, wenn verzögerte
Datenpakete auftreten, ist es tatsächlich nicht notwendig, zwei
getrennte Decodierer in Hardware zu implementieren, von denen die
meiste Zeit nur einer benutzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beruht der Decodierer daher auf einer
Mikro-/Signal-Prozessor-Kombination 40, die sowohl den
Decodierer 1 als auch den Decodierer 2 implementiert,
jedoch zu verschiedenen Zeiten. Der Prozessor 40 ist mit
den Speichersegmenten verbunden, die die Verstärkung G, das unveränderliche
Code-Buch 12, die Anregungsparameter 20 und die
Filter-Koeffizienten 22 enthalten. Ein Speichersegment 42 ist
zum Speichern und Abrufen der vorhergesagten Filter-Koeffizienten bereitgestellt.
Derzeitige Decodierer-Filterzustände für den Decodierer 1 und
den Decodierer 2 werden in den Speichersegmenten 44 und 46 gespeichert.
Speichersegmente 36 speichern eine Kopie eines korrigierten
anfänglichen
Filterzustands, wenn ein Datenpaket verzögert ist. Decodierte Sprache
auf dem Decodierer 1 wird in einem Puffer 48 gespeichert
und decodierte Sprache auf dem Decodierer 2 wird in einem
Puffer 50 gespeichert. Sprachproben aus jedem Puffer werden
durch die Gewichtungsblöcke 52 und 54 jeweils
gewichtet, bevor sie in dem Addierer 34 addiert werden.
Zwei Schalter SW1, SW2, die durch Steuersignale C1, C2 aus dem Prozessor 40 gesteuert
werden, bestimmen, welcher Decodier-Prozessor 40 derzeit
implementiert ist. Wenn die Schalter in der in der Figur gezeigten
Position sind, ist der Decodierer 1 implementiert, wohingegen
die andere Position den Decodierer 2 implementiert. Eine
Linie zwischen den Speichersegmenten 46 und 44 deutet
die Übertragung
des anfänglichen
Filterzustands aus dem Decodierer 2 zu dem Decodierer 1 an,
wie am Anfang der Frames 5 und 6 in 6 angedeutet.
Dieser Vorgang und ebenso die Übertragung
der Filterzustände
aus dem Speichersegment 44 zu dem Speichersegment 36 und
die Übertragung
der Filterzustände
aus dem Speichersegment 46 zu dem Speichersegment 36 und
zurück,
werden ebenfalls durch den Prozessor 4 gesteuert, jedoch
sind die entsprechenden Steuersignale ausgelassen, um störende Daten
in der Figur zu vermeiden.
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Gelegentlich
treffen Datenpakete in der falschen Reihenfolge ein. In Abhängigkeit
vom Typ des Decodierers erfordern derartige Fälle mehrere Speichersegmente
36 zum Speichern anfänglicher
Filterzustände.
Die Anzahl der Speichersegmente, die zum Abspeichern ursprünglicher
Filterzustände
erforderlich ist, hängt
ab von dem Speicher des Decodierers und ebenso von der Größe eines
Sprach-Frames. Der
Speicher sollte dazu ausgebildet sein, die Vorgeschichte der Decodierer-Zustände und
ebenso möglicherweise
empfangene Parameter während
der Zeitdauer, in der die Parameter die Ausgabe beeinflussen können, zu
speichern, wobei das letztere natürlich von dem Decodierverfahren
abhängig
ist. Für einen
Sprach-Decodierer,
der vorwärts
gerichtete Vorhersageverfahren zum Vorhersagen des Kurzzeit-Verhaltens
einsetzt, und für
eine Frame-Größe von 20
ms könnten
jedoch etwa 10 Speichersegmente, die 200 ms Sprache abdecken, geeignet
bzw. angemessen sein.
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Verschleierungsverfahren für verzögerte Datenpakete nach
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Im Schritt S1 wird überprüft, ob das
nächste
erwartete Datenpaket verzögert
ist. Falls nicht, wird das nächste
Frame als ein normales Frame in dem Decodierer 1 im Schritt
S2 decodiert und danach kehrt das Unterprogramm zurück zum Schritt
S1. Wenn das Datenpaket verzögert
ist, wird der letzte richtige Filterzustand im Schritt S3 zum späteren Aktualisieren
gespeichert. Weil das Datenpaket verzögert war, führt der Decodierer 1 herkömmliches
Verschleiern aus durch Vorhersagen der Sprachparameter und Erzeugen
eines Sprach-Frames,
das die Verzögerung
in den Schritten S4 und S5 abdeckt. Schritt S6 überprüft, ob das erwartete Datenpaket
immer noch verzögert
ist (wie in 7). Wenn dies der Fall ist,
werden die Schritte S4 bis S6 wiederholt. Falls nicht, fährt das
Programm fort mit den Schritten S7 und S8, in denen das nun eingetroffene
Datenpaket zum Aktualisieren der Sprachparameter und des abgespeicherten
Filterzustands verwendet wird. Schritt S9 überprüft, ob das nächste Datenpaket
ebenfalls verzögert
ist. Wenn das Datenpaket verzögert
ist, wird eine Kopie des Filterzustands des Decodierers 2 für zukünftige Aktualisierung
im Schritt S10 abgespeichert. Im Schritt S11 werden Sprachparameter
aus dem vorhergehenden Frame vorhergesagt und in den Schritten S12
und S13 zum Erzeugen von Ausgabesignalen aus den Decodierern 1 und 2 verwendet.
Im Schritt S14 werden diese Ausgabesignale (vorzugsweise nach dem
Gewichten) in ein endgültiges
Sprach-Frame kombiniert. Im Schritt S15 wird der endgültige Filterzustand
des Decodierers 2 zu dem Decodierer 1 übertragen
(wie im Frame 5 in 6). Danach
kehrt das Programm zurück
zu den Schritten S7 und S8. Wenn ein Paket schließlich wieder
rechtzeitig ist, überträgt die Überprüfung im Schritt
S9 das Programm zu den Schritten S16 und S17, in denen Ausgabesignale
auf der Grundlage der richtigen Sprachparameter in den Decodierern 1 und 2 erzeugt
werden. Im Schritt S18 werden diese Signale (vorzugsweise nach dem
Gewichten) kombiniert. Nun ist alles zum Normalzustand zurückgekehrt
und der Programmablauf fährt
fort zum Schritt S1.
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Die
vorliegende Erfindung ist mit Verweis auf Sprachsignale und entsprechende
Sprachparameter beschrieben worden. Es wird jedoch gewürdigt, dass diese
Parameter tatsächlich
nicht notwendigerweise nur Sprache repräsentieren. Ein korrekterer
Ausdruck wäre Audioparameter,
weil beispielsweise Musik und Hintergrundgeräusche in der gleichen Art und Weise
dargestellt werden. Des Weiteren können die gleichen Prinzipien
auch auf andere Signale in Paketform, wie Videosignale, die digitale
Filter zum Decodieren erfordern, angewendet werden. Daher ist ein allgemeinerer
Ausdruck als Sprach- oder Audioparameter der Ausdruck Datenübertragungsblock-
bzw. Frame-Parameter, der in den Patentansprüchen verwendet wird. Daher
wird anerkannt, dass das Verschleierungsverfahren nach der vorliegenden
Erfindung in allen Umgebungen anwendbar ist, wo vorhersagbare Echtzeitdaten
in einem Paketmodus übertragen
werden, und wo die Datenpakete in einer nicht-vorhersehbaren Weise verzögert sind.
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Es
sollte vom Fachmann verstanden werden, dass vielfältige Modifikationen
und Veränderungen
an der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne
Abweichung von deren Essenz und Schutzumfang, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Referenzen bzw. Literaturverweise
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- 1. K. Cluver, "An
ATM Speech Codec with Improved Reconstruction of Lost Cells", Proceedings Eusipco, 1996,
- 2. US-Patent 5,615,214 (Motorola Inc.)