ES2235431T3 - Aparato de emision / recepcion para seleccionar un codificador de fuente y procedimientos utilizados en un aparato de este tipo. - Google Patents
Aparato de emision / recepcion para seleccionar un codificador de fuente y procedimientos utilizados en un aparato de este tipo.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN APARATO DE EMISION/RECEPCION DE SEÑALES RADIOELECTRICAS QUE RECIBE EN LA ENTRADA UNA SEÑAL DE PALABRA Y QUE EMITE UNA SEÑAL DE SALIDA A UN CAUDAL DE SALIDA DETERMINADO, HABIENDO SIDO LA SEÑAL DE PALABRA SOMETIDA A UNA CODIFICACION DE FUENTE DESTINADA A COMPRIMIR SUFICIENTEMENTE LA SEÑAL DE ENTRADA PARA OBTENER EL CAUDAL DE SALIDA DESEADO MIENTRAS SE CONSERVA UNA TASA DE DISTORSION ACEPTABLE. LA FINALIDAD DE ESTA INVENCION CONSISTE EN MEJORAR EL COMPROMISO DE LA CALIDAD DE EMISION DE LA SEÑAL DE PALABRA/CAUDAL EMITIDO, SELECCIONANDO EL CODIFICADOR OPTIMO ENTRE LOS QUE ESTAN DISPONIBLES. PARA ELLO, ESTE APARATO TIENE UNOS MEDIOS DE MEDIDA DE LA DISTORSION DE LA SEÑAL DE SALIDA DE UN CODIFICADOR Y UNOS MEDIOS DE CONTROL PARA COMPARAR LA DISTORSION ESTIMADA A VALORES DE CONSIGNA Y DEDUCIR DE ELLO EL CODIFICADOR OPTIMO PARA LA DISTORSION MEDIDA. APLICACION: RADIOTELEFONOS.
Description
Aparato de emisión/recepción para seleccionar un
codificador de fuente y procedimientos utilizados en un aparato de
este tipo.
La invención tal como se ha reivindicado se
refiere a un aparato de emisión/recepción de señales digitales que
incluye una parte de emisión y una parte de recepción, recibiendo
la parte de emisión en la entrada una señal de habla, denominada
señal original, y que incluye:
- \bullet
- medios de codificación de fuente que comprenden una pluralidad de codificadores de fuente para comprimir dicha señal de habla y suministrar una señal comprimida a una tasa de salida dada, teniendo dicha señal comprimida una distorsión que puede medirse, y
- \bullet
- medios de selección de un codificador de fuente entre la pluralidad de codificadores.
Asimismo, se refiere a un equipo telefónico de
telecomunicaciones digitales.
La invención también se refiere a un
procedimiento de emisión de señales digitales que incluye las
siguientes etapas:
- \bullet
- una etapa de recepción de una señal de habla, denominada señal original,
- \bullet
- una etapa de codificación de fuente para comprimir dicha señal de habla y suministrar una señal comprimida a una tasa de salida dada, teniendo dicha señal comprimida una distorsión que puede medirse y
- \bullet
- una etapa de selección de un codificador de fuente entre una pluralidad de codificadores para realizar la etapa de codificación de fuente.
Finalmente, se refiere a un procedimiento de
recepción de señales digitales que incluye una etapa de
decodificación de fuente.
La invención se aplica particularmente a
cualquier terminal celular que funciona según una norma de
telecomunicaciones digital de tipo GSM (del inglés Global System
for Mobile communications), PCS1900 (Personal Communications
System), PHS (Personal Handyphone System), TDMA (Time Division
Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple Access), WBCDMA
(Wide Band CDMA), UMTS (Universal Mobile Teleccomunications
System), etc.
El resumen japonés publicado bajo el número
08237711 A describe un dispositivo de emisión/recepción de la clase
mencionada en el párrafo de introducción, para aumentar la calidad
de una señal de audio a transmitir. Para ello, el dispositivo
incluye medios para comprobar directamente sobre la señal útil, los
rendimientos de familias de codificador de fuente seleccionadas
sucesivamente en una lista de familias disponibles y medios para
comparar cada señal de salida con la señal original para transmitir
únicamente la señal codificada más próxima a la señal original. El
documento EP 0 417 739 también divulga un dispositivo
semejante.
La invención propone un método más económico para
optimizar el compromiso calidad de emisión de la señal de habla /
capacidad del medio de comunicación, en los aparatos de
telecomunicaciones digitales que implican una codificación de
fuente.
Para ello, está previsto un aparato de la clase
mencionada en el párrafo de introducción, relevante porque dichos
medios de selección comprenden:
- \bullet
- medios de cálculo para efectuar una estimación de la distorsión de la señal comprimida,
- \bullet
- medios de control para comparar esta estimación con valores de consigna y seleccionar un codificador de fuente en función del resultado de dicha comparación.
De este modo, cada señal original únicamente
experimenta una sola prueba de codificación de fuente antes de la
selección del codificador óptimo, permaneciendo al mismo tiempo en
una misma familia de codificadores.
Según una característica importante de la
invención, la parte de recepción incluye una pluralidad de
decodificadores compatibles con dichos codificadores de fuente y
medios de mando que cooperan con dichos medios de control para
seleccionar automáticamente entre la pluralidad de decodificadores,
un decodificador compatible con el codificador de fuente
seleccionado por dichos medios de control.
Según un modo de realización particular de la
invención, el codificador de fuente suministra una señal de error
residual interior y dichos medios de cálculo utilizan dicha señal
de error para estimar dicha distorsión.
Según otro modo de realización, los medios de
cálculo comprenden:
- \bullet
- medios de decodificación de fuente inversa que cooperan con los medios de codificación de fuente para suministrar una señal decodificada a partir de dicha señal comprimida,
- \bullet
- medios de comparación de la señal decodificada con la señal original para suministrar una señal de error residual, y
- \bullet
- medios de tratamiento de la señal de error residual para deducir dicha estimación.
Está previsto un procedimiento de emisión de la
clase mencionada en el párrafo de introducción, relevante porque
dicha etapa de selección comprende:
- \bullet
- una sub-etapa de cálculo para efectuar una estimación de la distorsión de la señal comprimida,
- \bullet
- una sub-etapa de control para comparar esta estimación con valores de consigna y seleccionar un codificador de fuente en función del resultado de dicha comparación.
La invención suministra finalmente un
procedimiento de recepción de la clase mencionada en el párrafo de
introducción para decodificar una señal comprimida por un
procedimiento de emisión del tipo anterior, relevante porque incluye
una etapa de selección automática de un decodificador entre una
pluralidad de decodificadores disponibles en función de dicho
codificador de fuente seleccionado.
La siguiente descripción, realizada con respecto
a unos dibujos adjuntos, todo ello proporcionado a título de
ejemplo no limitativo hará que se comprenda bien cómo puede
realizarse la invención.
La figura 1 es un esquema de bloques de un emisor
digital clásico.
La figura 2 es un esquema de bloques de la parte
de emisión de un aparato de emisión/recepción según la
invención.
La figura 3 ilustra un primer modo de realización
de la parte de emisión esquematizada en la figura 2.
La figura 4 ilustra un segundo modo de
realización de la parte de emisión esquematizada en la figura
2.
La figura 5 es un organigrama que ilustra un
procedimiento de emisión según la invención.
La figura 6 representa un ejemplo de un sistema
de telecomunicaciones digitales según la invención.
En la figura 1 se muestra la estructura general
de un emisor digital para un sistema de tipo GSM, es decir sin
espectro ensanchado. Incluye una fuente 10, un codificador 11 de
fuente (COD), un codificador 12 de canal, un multiplexor 13, un
modulador 14 (MOD), un dispositivo 15 para convertir la señal a la
frecuencia fr de radio y una antena 16.
La señal S emitida por la fuente 10 es o bien
analógica, como por ejemplo el habla, y por tanto debe
digitalizarse, o bien directamente digital, como las señales de
señalización. Aquí lo que interesa es la señal de habla de la cual
se pretende mejorar la calidad en la emisión. Esta señal
experimenta una codificación, denominada codificación de fuente,
por el codificador 11 de fuente para minimizar la cantidad de
información a emitir.
Existen numerosos métodos de codificación de
fuente como la modulación de impulsos codificados (MIC) o la
codificación de análisis por síntesis. El primero efectúa un
muestreado a 8 kHz (un poco más del doble de la frecuencia más alta
presente, según el criterio de Nyquist) de la banda denominada
"banda telefónica" situada entre 300 y 3400 Hz. Cada muestra
se codifica en ocho bits. Se obtiene una tasa de 8*8 = 64 bits. El
segundo método utilizado actualmente en la norma GSM utiliza un
modelo de producción del habla con ayuda de un análisis de tipo PLC
(del inglés Linear Predictive Coding) de la señal de habla. Al
utilizar este tipo de codificador y estas variantes se obtienen
tasas bastante inferiores a las obtenidas por la codificación MIC,
como por ejemplo 13 kbits/s para el codificador GSM de tasa
máxima.
Un segundo codificador 12, denominado codificador
de canal, cuyo objetivo es añadir redundancia a la secuencia de
símbolos a transmitir trata la señal codificada de este modo para
disminuir los riesgos de errores de transmisión. A continuación,
los datos codificados se conforman y multiplexan entre los
distintos canales lógicos disponibles, por el multiplexor 13, en
función del tipo de acceso múltiple utilizado para la transmisión.
Por ejemplo, para un sistema de multiplexado temporal, un canal
físico sólo ocupa un segmento de tiempo limitado. Por tanto, es
necesario dividir los bloques de información codificados en
sub-bloques a insertar en los intervalos de tiempo
vía radio.
Una vez realizado el multiplexado, el modulador
14 modula la secuencia de símbolos. Esta operación consiste en
transformar la serie de símbolos digitales en una señal a emitir a
través del canal. A continuación, la señal se transforma en forma
de onda según el tipo de modulación elegido. La modulación produce
un desbordamiento en los canales vecinos que es necesario filtrar.
El dispositivo 15 apropiado, convierte a continuación la señal a la
frecuencia fr de radio, es decir, a la frecuencia portadora del
canal, antes de que se transmita en las ondas de radio por la
antena 16.
Como el receptor también es de forma generalmente
clásica, el experto de la técnica podrá deducir fácilmente su
estructura de la del emisor que va a describirse.
En la figura 2 se ilustra un dispositivo de
emisión conforme a la invención. Los bloques comunes a la figura 1
llevan las mismas referencias. Un bloque 21 de cálculo así como un
bloque 23 de control se han añadido a la cadena de emisión clásica.
El bloque 21 de cálculo incluye medios de medida para efectuar una
estimación de la distorsión de la señal de salida del codificador 11
de fuente. El bloque 11 de codificación de fuente comprende varios
codificadores susceptibles de ser seleccionados por el bloque 23 de
control. Para ello, el bloque 23 de control compara la estimación
de la distorsión con valores de umbral almacenados en una tabla de
memoria del aparato y selecciona un codificador de fuente entre los
codificadores disponibles en el bloque 11 de codificación de
fuente, en función del resultado de la comparación.
Los distintos codificadores pueden indicarse por
ejemplo por orden de precisión creciente, es decir, por orden de
tasa de salida creciente. En este caso, cuando se alcanza un umbral
de referencia elevado (respectivamente bajo) para la estimación de
la distorsión, el bloque de control selecciona automáticamente el
codificador disponible inmediatamente superior (respectivamente
inferior) en términos de precisión.
El bloque 23 de control debe realizar a
continuación una petición a la red para solicitarle que cambie de
codificador y debe esperar su acuerdo antes de seleccionar de forma
efectiva el nuevo codificador mejor adaptado. En caso de rechazo de
la red, el antiguo codificador se conserva. En efecto, es necesario
que las dos partes que se comunican, en este caso el radioteléfono y
la red, utilicen codificadores y decodificadores compatibles.
Ciertas redes transmiten los mensajes digitales
de móvil a móvil sin proceder a decodificar información. En este
caso, los receptores de los aparatos móviles deben utilizar un
decodificador capaz de decodificar los mensajes transmitidos por
los emisores de sus aparatos correspondientes. Para ello, la
invención prevé que la selección de un codificador de fuente en el
emisor del aparato de emisión/recepción active automáticamente la
selección de un decodificador compatible en el receptor.
La figura 3 ilustra un primer modo de realización
de la invención para estimar la distorsión de la señal a la salida
del codificador 11 de fuente. Según este modo de realización, se
efectúa una sustracción 31 entre la señal S de habla original y la
señal codificada por el codificador 11 de fuente decodificada a
continuación por un decodificador 33 inverso para obtener una señal
e de error que representa el error entre la señal emitida y la
señal codificada. A continuación, un filtro 34 perceptivo filtra
este error e y un bloque 35 de cálculo de energía calcula su
energía. A la salida del dispositivo 31+33+34+35 de cálculo se
obtiene una estimación E de la distorsión debida al codificador 11
que será tratado por el bloque 23 de control.
La figura 4 ilustra un segundo modo de
realización de la invención para estimar la distorsión de la señal
a la salida del codificador 11 de fuente. Según este modo de
realización, el codificador 11 de fuente tiene un error ER residual
interior al que se puede acceder para extraer datos. A continuación,
un filtro 41 perceptivo filtra este error residual (este filtro ya
está presente en la cadena de emisión de los radioteléfonos
conformes a la norma GSM EFR 06.60). A continuación, un dispositivo
43 de cálculo de energía calcula la energía del error filtrado para
suministrar al bloque 23 de control una estimación E de la
distorsión de la señal debida al codificador 11 de fuente.
En la figura 5 se ilustra un procedimiento según
la invención. Comprende las etapas K0 a K7. La etapa K0 representa
la recepción de la señal S de habla por el codificador de fuente.
La señal S experimenta a continuación una doble etapa de
codificación K1: una codificación de fuente destinada a comprimir la
señal a transmitir y una codificación de canal destinada a
protegerla contra errores de transmisión. En la etapa K2, se
efectúa una estimación E de la distorsión aportada por el
codificador de habla a la señal original. Esta estimación E puede
efectuarse, por ejemplo, según uno de los métodos descritos con
respecto a las figuras 3 y 4. El procedimiento viene seguido por
una etapa de control que comprende una sub-etapa K3
de comparación de la distorsión estimada E con valores de consigna,
seguida de una sub-etapa de decisión K4 para elegir
un codificador en función de esta estimación entre los
codificadores presentes en el emisor. Cuando se realiza la elección
del codificador de fuente, el bloque de control debe validar esta
elección por la red de radiotelefonía. La etapa K5 consiste en
efectuar una petición a la red para solicitarle que sustituya el
antiguo codificador seleccionado y en esperar la respuesta de la
red. Si la respuesta es positiva (K6), el codificador previamente
seleccionado reemplaza el antiguo codificador en el emisor, en caso
contrario (K7), se conserva el antiguo codificador.
Este procedimiento se efectúa preferiblemente una
vez por trama de datos. Pero si la red o el receptor del móvil del
aparato correspondiente no deja elegir el decodificador (por
ejemplo sólo dispone de un único decodificador o bien la tasa es
inaceptable), el procedimiento sólo se efectuará una vez por
conexión o por comunicación.
La figura 6 representa un sistema de
radiocomunicaciones celulares, por ejemplo de tipo GSM. No
obstante, la invención puede ponerse en práctica en cualquier
sistema de comunicaciones digitales para los que se efectúa una
codificación de fuente de la señal de audio.
El sistema esquematizado en la figura 6 comprende
dos estaciones 60, 61 de radio de base conectadas a la red 62 GSM,
así como dos teléfonos 63 y 64 móviles susceptibles de comunicarse
entre ellos vía radio al interior de una zona 65 de cobertura, que
representa la zona de cobertura radioeléctrica de la red GSM, por
medio de las estaciones 60, 61 de base y de la red 62. Las
estaciones 60, 61 realizan la interfaz de radio entre la red 62 GSM
y los móviles 63, 64.
La norma GSM actual prevé la decodificación por
la red de mensajes codificados y emitidos por los móviles emisores,
antes de transmitirlos a los móviles receptores. Por tanto, los
medios de codificación de fuente situados en los móviles deben ser
compatibles con los medios de decodificación utilizados por la
red.
Según un modo de realización particular,
correspondiente particularmente a la norma GSM actual, la parte
emisora del móvil 63, tras haber seleccionado un codificador de
fuente tal como se ha descrito anteriormente, debe enviar una
petición a la red 60, 61, 62 para solicitarle que adapte sus medios
de decodificación al codificador de fuente que ha sido seleccionado
en la emisión. Al recibir un mensaje de confirmación, la parte
emisora del móvil 63 puede cambiar de codificador de forma
efectiva.
Sin embargo, está previsto otro modo de
realización en caso de que la red no efectuase la decodificación de
los mensajes codificados por los móviles sino que se contentara con
transmitirlos.
En una conexión entre dos móviles, se distingue
un móvil emisor de un mensaje de habla, por ejemplo el móvil 63 y
un móvil receptor, por ejemplo el móvil 64. Según la invención, el
móvil 63 selecciona un codificador de fuente, pero en lugar de
solicitar a la red la autorización para utilizar este codificador de
fuente, envía una petición al móvil 64 receptor en forma de un
mensaje de señalización, por medio de la red. Puesto que si la red
no decodifica los mensajes codificados en la emisión, la tarea
corresponde al móvil 64 receptor. Para ello, la parte de recepción
del móvil 64 receptor debe estar dotada con medios para seleccionar
un decodificador compatible con el codificador de fuente utilizado
en la emisión. Estos medios comprenden una pluralidad de
decodificadores compatibles con los codificadores de fuente de la
parte de emisión así como medios de mando para seleccionar
automáticamente, al efectuar la petición del móvil emisor, un
decodificador compatible entre la pluralidad de
decodificadores.
Asimismo, para hacer la comunicación simétrica
entre los dos móviles está previsto que cada uno utilice un mismo
codificador y un mismo decodificador, pero esto no es obligatorio.
Efectivamente, la comunicación puede utilizar un tipo de
codificación / decodificación en un sentido y otro en el otro
sentido. Para homogeneizar el sistema, la invención prevé que la
parte de recepción de un móvil seleccione automáticamente un
decodificador compatible con el codificador previamente
seleccionado en la emisión. Para ello, la parte de recepción incluye
una pluralidad de decodificadores compatibles con dichos
codificadores de fuente y medios de mando que cooperan con los
medios de control de la parte de emisión para seleccionar
automáticamente, entre la pluralidad de decodificadores, un
decodificador compatible con el codificador de fuente seleccionado
en la emisión.
Claims (11)
1. Aparato de emisión de señales digitales para
emitir señales de salida comprimidas a partir de señales de habla
de entrada, caracterizado porque comprende:
- medios de codificación de fuente que comprenden
una pluralidad de codificadores de fuente que tienen tasas de
salida variadas y de los cuales un solo codificador, denominado
codificador habitual, entre la pluralidad de codificadores se
utiliza a la vez para comprimir la señal de habla de entrada y para
suministrar una señal de salida comprimida a una tasa de salida
dada, incluyendo la señal de salida comprimida una distorsión con
respecto a la señal de habla de entrada,
- medios de cálculo para calcular una estimación
de dicha distorsión de la señal de salida comprimida con ayuda del
codificador habitual,
- medios de control para comparar dicha
estimación con valores de referencia y para seleccionar un
codificador de fuente, denominado nuevo codificador habitual, entre
la pluralidad de codificadores para suministrar la señal de salida
comprimida.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los codificadores de fuente suministran una señal de error residual
interior que es utilizada por los medios de cálculo para calcular
dicha estimación de distorsión.
3. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los medios de cálculo comprenden:
- medios de decodificación de fuente inversa que
cooperan con los medios de codificación de fuente para suministrar
una señal decodificada a partir de la señal de salida
comprimida,
- medios de comparación para comparar la señal
decodificada con la señal de habla de entrada y para suministrar
una señal de error residual y
- medios de tratamiento del error residual para
deducir dicha estimación.
4. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los medios de control comprenden una memoria para almacenar dichos
valores de referencia y en el que cada valor de referencia está
asociado a un codificador de fuente.
5. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los medios de codificación de fuente suministran a los medios de
cálculo una única señal residual de error correspondiente a la
distorsión de la señal de salida comprimida suministrada por un
codificador habitual único entre la pluralidad de codificadores, y
en el que dichos medios de cálculo utilizan dicha única señal
residual de error para estimar la distorsión de la señal de salida
comprimida.
6. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los medios de control seleccionan el nuevo codificador habitual,
denominado codificador óptimo, tras una única prueba comparativa de
la estimación de distorsión calculada para el codificador habitual
anterior con los valores de referencia.
7. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el nuevo codificador habitual seleccionado es el codificador
habitual anteriormente utilizado si la estimación de distorsión
está en un intervalo de valores aceptables predeterminado y es otro
codificador asociado a un valor de referencia correspondiente a la
estimación calculada en caso contrario.
8. Aparato de recepción de señales digitales para
recibir señales de habla comprimidas suministradas por un aparato
según la reivindicación 1, caracterizado porque
comprende:
- una pluralidad de decodificadores de fuente
compatibles con dichos codificadores de fuente,
- medios de mando que cooperan con dichos medios
de control en la emisión para seleccionar un decodificador entre la
pluralidad compatible con el codificador seleccionado en la
emisión.
9. Equipo telefónico que incluye un aparato según
una de las reivindicaciones anteriores.
10. Sistema de telecomunicaciones que incluye al
menos un aparato según una de las reivindicaciones 1 a 7, y al
menos un aparato según la reivindicación 8 para intercambiar
señales de habla.
11. Procedimiento de emisión de señales digitales
que comprende las siguientes etapas:
- una etapa de entrada de una señal de habla de
entrada,
- una etapa de codificación de fuente para
comprimir la señal de habla de entrada con ayuda de un único
codificador de fuente, denominado codificador habitual, entre una
pluralidad de codificadores de fuente que tienen tasas de salida
variadas y para suministrar una señal de salida comprimida a una
tasa de salida dada, incluyendo la señal de salida comprimida una
distorsión con respecto a la señal de habla de entrada,
- una etapa de cálculo para calcular una
estimación de dicha distorsión de la señal de salida comprimida con
ayuda del codificador habitual,
- una etapa de selección de dicho codificador de
fuente habitual que comprende las sub-etapas
siguientes:
- una sub-etapa de cálculo para
calcular una estimación de la distorsión con respecto a la señal de
entrada del codificador habitual
- una sub-etapa de control para
comparar dicha estimación con valores de referencia y para
seleccionar un codificador de fuente, denominado nuevo codificador
habitual, entre la pluralidad de codificadores para suministrar la
señal de salida comprimida.
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