专利名称：利用纠错和检错的信息编码方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用纠错和/或检错的信息编码方法，在该方法中，数据传输连接的质量被用来选择用于数据传输连接的编码模式。本发明也涉及应用本方法的系统和终端装置。本发明特别适合于与通过无线实现的数据传送连接有关的应用。
在通过使用遭受到传输错误的传输连接来传输信息(例如，语音或数据)时，要被传送的信息通常使用纠错算法来进行保护。特别是在数字连接中，试图检测传输错误和纠正错误的信息比特。在这方面接连进行的效果如何，将特别依赖于传输错误的数量和所使用的纠错算法。在本领域技术人员先前已知的语言编码系统中，包含有语音信息的比特的主要部分是通过使用纠错码来保护的。这是例如在GSM系统的所谓的全速率(FR，Fu11 Rate)语音编码译码器中的过程。
在GSM系统的所谓的全速率语音编码译码器(它在后面也被称为FR-语音编码译码器)中，使用了基于PRE-LTP(常规脉冲激励-长时期预测)的语音编码系统。它产生对于每个20ms语音帧的260个语音参量比特。在这260个比特中，182个主观上最重要比特通过使用纠错码而被保护。作为纠错码，使用了1/2-速率卷积编码。其余的78个比特在不进行纠错的情况下完全在数据传输连接中被传送。
数据传输连接时传输错误的数目可能暂时超过在GSM系统中使用的1/2-速率卷积编码的纠错容量。结果，重要的接收的语音参量比特可能包含传输错误。检测这些所发生的传输错误是重要的，即使不可能纠正它们的话。如果对于语音质量是最重要的那些语音参量包含传输错误，它们将不被使用于接收机中的语音合成，它们必须被拒绝。在GSM-系统的全速率FR-语音编码译码器中，使用3-比特CRC(循环冗余检验)-检错。CRC-检错被集中在语音编码的50个最重要的比特。在接收机中，检错码被用来验证每个20ms语音帧的50个最重要比特的正确性。如果它们包含错误，则该帧被归类为坏帧，它在语音合成时不被使用。替代地，试图用一个估值代替坏帧，该估值是例如根据按时间次序在先的没有错误的帧而构成的。
只要在传输错误的相对共用不是增长得太高的情况下，以上简短地给出的GSM系统的全速率语音编码法可以运行得相当好。在这些条件下，纠错算法能够足够地纠正传输错误，以便得到满意的传输连接，和通过它得到满意的语音质量。当传输错误的比例增长到中等或高水平时，就超过了具有1/2-速率编码比值的卷积编码的纠错能力。在这种情况下，需要有更有效的纠错算法，例如，具有1/3-速率编码比值的卷积编码。然而，在这种情况下，总的语音编码效率将大大地减小，因为更多的纠错信息比特必须被包括在数据传输连接中。这自然地增加为数据传输连接所需要的数据传输率。因之，这个方法不能被使用于以固定的线路速度的编码译码器。替代地，以上给出的基于使得纠错算法更有效的方法是适合用于可变线路速度的系统的。
例如，用于传输语音的数据传输系统的总的比特率可被保持为恒定不变，倘若在用于语音参量比特的纠错编码的比特数目增加的同时，用于语音编码本身的比特数目减小的话。接下来这又需要在发射机和接收机中使用带有不同的线路速度的几种不同的语音编码译码器，这使得系统结构更复杂。而且，用于语音编码的比特数目越低，通常对于系统的不同部件需要越多的计算容量。以上出现的缺点增加了系统的成本。除了以上提到的，当更多的比特用于纠错时，不能避免语音质量的恶化，因为可供使用于语音编码的比特越少，用来兼顾话音质量的比特必须越多。在语音中有背景噪声(例如来自汽车引擎的噪声)的这样的情况下，由于被使用于语音编码的比特数目的减少而引起的话音质量恶化是特别重要的。
按照先有技术的语音编码方法中出现的一个问题是当使用包含有大量传送错误的数据传输连接时，接收机中语音合成的完全的静噪。这是因为当检错算法检测到语音帧中的传输错误时，它过于容易使语音合成器静噪。这导致了语音信息的丢失。
从以上说明中很容易看到，在包含大量传输错误的数据传输连接中，有需要发展一种更好的保护信息参量的方法。除此以外，有需要开发一种其中接收机更好地容忍包含错误的信息参量帧的系统。在下面，主要通过以在移动通信系统中的语音编码作为一个例子，来说明按照本发明的信息编码方法和利用该方法的系统以及终端装置。然而，绝不能限制按照本发明的信息编码系统用于编码除语音数据以外的其它数据。为了简明起见，本发明在以下也被称为语音编码方法，因为它最好地描述了本发明应用的最重要的领域之一。除了无线连接以外，有可能例如在使用有线连接实现的信息传输系统方面利用本发明。
现在已经发明了利用集中的纠错和检错系统的信息编码方法，通过使用它，可以减少以上所描述的问题。本发明的一个目的是提供一种语音编码方法，它将能作为数据传输连接质量的函数而进行自动调整，使得在任何质量的数据传输连接时语音质量最佳化。对所使用的数据传输连接的质量进行分析，这种分析是通过测量描述数据传输连接质量的参量(例如本领域技术人员先前熟知的C/I(载波对干扰)比值、S/N(信号对噪声)比值或误码率(BER))而实现的。在按照本发明的信息编码方法中，不需要减少与信息传输连接中所使用的总的比特率相关的语音编码所使用的比特数，在这种情况下，语音的话音质量保持良好。在按照本发明的信息编码方法中，纠错和/或检错作为描述数据传输连接质量的所述C/I比值或某些其它参量的函数而被集中在对于话音质量最重要的比特。对于在质量很差的数据传输连接时在先前已知的系统中出现的语音合成的噪声抑制，可以按照本发明的信息编码方法通过使用集中检错(换句话说，通过使用集中检测坏帧)而加以减小。
按照本发明的信息编码方法能很好地容忍数据传输错误。对数据传输错误的高的容忍性是通过监视数据传输连接质量和通过使得语音参量的纠错和检错的集中最佳化而达到的。检错编码(例如，卷积编码)和检错编码(例如，循环冗余检验)被加以调整以便匹配数据传输连接的错误条件。
当出现很少的数据传输错误时，所有的和几乎所有的语音参量比特通过按照本发明的系统中的纠错码来进行保护。当出现较多的数据传输错误时，纠错越集中到对于语音质量和清晰度最重要的语音参量(当传送除了语音以外的数据时，集中到对于信息最重要的比特)，则将出现越多的数据传输错误。替换地，或附加地，当出现很少的数据传输错误时，所有的和几乎所有的语音参量比特通过按照本发明的系统中的检错码来加以保护，并且当出现更多的数据传输错误时，检错越集中到对于语音质量和清晰度最重要的语音参量，则出现越多的数据传输错误。集中检错比特可通过保持检错比特数目为常数(例如，3个CRC比特)但根据数据传输质量对不同的信息比特量执行检错而完成。可以通过根据数据传输质量而改变检错比特量来实现集中检错比特。哪些比特是对于语音质量最重要的比特，是根据所使用的语音编码方法来确定的。例如，当使用简单的PCM(脉冲编码调制)编码时，显然最高有效比特(MSB，最高位)是最重要的，它们必须被细心地保护。如果需要的话，最低有效比特(LSB，最低位)可再次成为不保护的，因为它们对语音清晰度的有效性很小。在本领域技术人员先前已知的GSM系统的FR-语音编码译码器中，比特的相对重要程度已在GSM技术条件中规定。关于哪些比特对于语音质量是最重要的最后判决主要是根据收听测试主观作出的。当在按照本发明的方法中检错码集中在最重要的比特时，纠错码同时被改变成更有效的，或有更多的与被保护的语音参量比特相关的纠错信息被包括进来。这是例如通过使用具有较低的编码比值的卷积编码来实现的。
当信息传输连接的质量变成为很差时，正如在移动通信系统中当移动台和基站之间的数据连接质量恶化时发生的情形那样，在按照本发明的系统中，所有语音参量比特的越来越小的部分被选择地保护，除非使用增强的纠错码。纠错编码被集中在对于语音质量最重要的比特，这样，最重要比特总是被保护，以及不太重要的比特在由信息传输连接质量和对于纠错所允许的可提供的比特数目所设定的限度内被保护。由于纠错码的增强，即使在包含大量错误的信息传输连接时，有可能在接收端进行语音译码，换句话说，利用按照本发明的语音编码方法的系统将不“崩溃”，即语音译码器的输出不被静噪。不带纠错码而进行传输的比特可能由于传输错误而降低语音质量，但受到很好保护的、最重要的语音参量比特仍可确保语音的清晰度。至于语音质量，这个方法远优于通过使用很差的纠错码来试图保护所有的语音参量比特或其中的主要部分。带有大量干扰的信息传输连接上的很差的纠错码会导致纠错码不再能够校正传输错误的情形。在这种情况下，实际上所有对于纠错所使用的比特都浪费了。当信息传输连接的质量改进、或传输错误减小时，按照本发明的语音编码方法使其自身随之自适应于新的情形，并提高受保护的语音参量比特与检错码的共用。这样，纠错就有效地运行在所有数据传输条件下。
有可能通过多种方法来分析信息传输连接的质量。在这些方法之中，有以上所述的本领域技术人员先前已知的、在信息传输连接中所测量的C/I(信道对干扰)-和S/N(信号对噪声)-比值。也有可能分析作为在语音合成时由于在最重要比特中包含的错误而被拒绝的语音测量帧的出现频率的函数的接收机中信息传输连接的质量，正如后面结合本发明的实施例更详细地解释的那样。有可能在发射机和接收机中执行信息传输连接质量的检测，但有关所选择的语音编码模式的信息(或检测和/或检错比特如何按照本发明而被集中的信息)总是必须被传输到发射机的语音编码器。
按照本发明的系统典型地使用以固定的线路速度运行的同样的语音编码译码器。只有纠错编码和检错编码的集中被调整来与当前的数据传输条件相对应。这使得系统易于在“崩溃点”上运行。崩溃点是指一种情形，其中数据传输连接包含太多的数据传输错误，以使得接收机不再能够翻译出接收的信息。换句话说，利用按照本发明的集中纠错和检错的信息编码方法可减少数据传输连接的崩溃点，它实际上意味着，例如，在移动台和基站之间的数据传输连接在比先前更差的信号噪声比的无线连接时仍可被成功地建立。
利用按照本发明的语音编码方法的系统可自动地按照当前的数据传输条件来进行调整，因此，使得数据传输错误对语音质量的影响最小化。因为在某些语音比特上纠错码的集中是纠错码本身的一部分，所以有可能利用本发明实现这样一种以固定的线路速度运行的系统，它提供高的语音质量。有可能把本发明使用于所有种类的数据传输连接，而不需要转向使用较低线路速度的编码译码器。在使用可变线路速度或改变在语音参量比特和纠错信息之间的比值的这样的数据传输系统中，本发明可被同样地利用来改进数据传输连接和通过它改进语音质量。
除了在按照本发明的语音编码方法中纠错码被集中为与最重要的语音参量比特相关以外，另外，检错码(例如CRC)越是被集中于保护最重要语音参量比特，则当前数据传输连接包含的数据传输错误越多。这进一步改善了进入通过的信息的概率，以及减小了在接收机中静噪语音信号的需要。这优选地改进语音质量和清晰度。当使用包含非常大量的数据传输错误的数据传输连接时，有可能在接收机中接受在语音帧的不太重要的比特处的数据传输错误，以及使用这些语音帧来合成语音，因为如果由于在语音帧的最重要比特中的错误而有必要拒绝语音帧时语音质量反正是降低了。
按照本发明的利用集中的纠错和/或集中的检错的信息编码方法的特征将在权利要求1，10，11，12，和13的特征部分中给出。
按照本发明的利用集中的纠错和/或集中的检错的信息编码方法及其实现将在以下的使用语音编码的例子中参照附图来详细描述，其中
图1A以方框图的形式给出本领域技术人员先前已知的语音编码器，以及被包括在与该语音编码器有关的数据流中的检错和纠错，图1B以方框图的形式给出与本领域技术人员先前已知的图1A给出的语音编码器相应的语音编码器和功能块，图1C给出将卷积编码集中在GSM系统中语音帧内最重要语音参量比特，图2以图的形式给出在按照本发明的信息编码系统中卷积编码效率与纠错所集中的参量比特数目的比值，图3给出将检错编码集中在语音参量比特上与在按照本发明的信息编码系统中所使用的纠错编码的效率的关系，图4以方框图的形式给出按照本发明的利用集中的纠错和检错的发射机，图5以方框图的形式给出按照本发明的利用集中的纠错和检错的接收机，图6给出按照本发明的把集中的检错集中在作为检错模式的函数的语音参量比特，图7和8给出在与使用具有不同比特率的几种语音编码译码器的语音编码器相联系的情况下，按照本发明的集中的纠错和检错的实现，图9以方框图给出按照本发明的移动台的结构，以及图10给出按照本发明的信息传输系统。
图1A以方框图给出先前从GSM系统中已知的FR语音编码译码器的发射机的结构和功能。语音信号100在语音编码器101中被编码成语音参量102，它们被进一步传送到信道编码器104。信道编码器104把纠错和检错比特连同语音参量102相加在一起。在比特分离块103中，语音参量被分成两类重要的类别。对于最重要的182个比特(类别I)形成检错和纠错参量。首先，在方块105，对于50个最重要比特计算3-比特CRC-检错参量，在其后，把所产生的比特流(182+3比特)送到卷积编码器106。卷积编码器106对于这些比特计算带有四个尾比特的1/2比率卷积码。其结果是卷积编码数据107的378个比特(2*182+2*4+2*3)。卷积编码数据107被送到复接器109，在其中把它与最不重要的78个比特相组合(类别II，参照108)。在所有信道上，编码器104对于每个20ms语音帧向输出端(参照110)产生456个比特，这样，FR语音编码译码器总的线路速度成为22.8kbps。
图1B给出本领域技术人员先前已知的装置，用于在数字接收机中，例如在GSM系统的接收机中，进行语音和信道码译码。从信息传输连接上接收到的信道编码的信号111在多路分接器112中被分成两个部分78个未保护的语音参量比特(参照121)和由卷积编码器106产生的378个比特(参照113)。信道编码在信道译码器的两级中被译码。在第一级中，由卷积编码保护的比特113在卷积译码器115中被处理，该卷积译码器115纠正它检测出的传输错误，并去除在检错时使用的比特。这样，在卷积译码器115的输出中得到比特流116，该比特流116包含182个语音参量比特(参照119)和3个CRC比特。根据CRC比特，信道译码器114在CRC控制下检验在50个最重要比特中间是否还剩余有任何的错误的比特。如果没有错误，则语音参量比特119在语音译码器125中被使用于产生语音信号126。语音参量比特119和未保护的比特121在复接器120中被组合，以便构成整个的语音帧(如前面提到的，它包括260个比特)。如果在50个最重要比特中间检测到传输错误，则语音帧被认为是坏帧，它不能被使用于语音合成。而为了改进语音的悦耳性和清晰度，不用被拒绝的帧，而把由复接器120根据先前的无错误的语音参量得到的预测值传送到语音译码器125。这是在方块122完成的。CRC控制器117通过使用坏帧指示标志118(坏帧指示，BFI)控制开关124，根据该坏帧指示，选择从信息传输连接上接收的语音帧123，或在坏帧的情况下，选择替代的预测122，以用于语音译码器。
图1C给出用于GSM系统的全速率语音编码的语音帧的260个语音参量比特。在图1C上，语音参量比特以语音编码重要性次序这样地给出，以便使得最重要比特在最顶上给出，以及不太重要的比特在底下。在真实信息传输连接中，最高位比特和最低位比特在语音帧中被交织，以便减小像突发脉冲那样的扰动(几个接连的错误率特)的干扰影响。主观重要性是指，在GSM系统中最后根据收听测试而把比特划分为对于语音质量是较重要的和不太重要的比特，即使如果有可能也使用其它方法(例如，错误率特对语音信号的S/N比值的影响)进行粗分类的话。182个最重要比特b1-b182(粗黑体表示)总是通过使用1/2速率卷积编码而被保护的，除此之外，50个最重要比特被提供以3-比特CRC检错码。这样，在GSM系统中，它总是同样的用与传输连接质量无关的纠错参量和检错参量保护的比特。在GSM系统中使用的全速率语音编码译码器的功能已在GSM建议书06.10中详细地描述。它也规定了关于由所使用的RPE-LTP编码译码器构成的语音编码参量的语音质量的主观重要性。
图2给出了描述本发明实施例的图。它给出卷积编码的效率以及把它按照本发明的方式将卷积编码集中在作为信息传输信道的错误率的函数的最重要信息比特的某个部分。信息信道的错误率在本例中被模型化为C/I(载波对干扰)-比值。C/I-比值描述了接收的RF信号的质量，主要是载波信号对干扰信号的比值。干扰信号包含例如由以相同频率发射的另一个基站造成的同信道干扰，以及由相邻信道造成的干扰。对于分类，同样可能使用例如信号噪声比(S/N，信号对噪声，或后面解释的根据所接收的被拒绝的语音帧的数目的指示)。根据信息传输信道的错误率，信息传输信道在本例中被分成四种不同的类别几乎无错误的信道 (C/I＞10dB)低的错误率 (7dB＜C/I≤10dB)中等的错误率 (4dB＜C/I≤7dB)高的错误率 (C/I≤4dB)在几乎无错误的信息传输信道上，有可能使用具有低的纠错能力的纠错码。例如，其编码比率高于1/2的卷积编码是足以纠正在信息传输连接中最终出现的错误。在这种情况下，对于每个语音参量比特只有不足一个比特的纠错信息可供使用，但这是足够的。在一个13.0kbps语音编码译码器和具有22.8kbps的传输速率的信息传输信道的情况下，20ms语音帧的所有的260语音参量比特可通过使用带有4个尾比特和3比特CRC码的167/456速率卷积编码而被保护。这样，所使用的纠错编码增加260语音参量比特的原先的数目(456/267)*(260+4+3)＝456比特，这正好是我们的例子中所使用的GSM系统所需要的那样。
有可能从1/2速率卷积码通过凿孔(by pucturing)实现267/456速率卷积码。凿孔是本领域技术人员先前已知的技术，通过使用它，有可能藉使用相同的卷积编码多项式实现带有不同编码比的卷积码。凿孔是容易实现和灵活的方法，它很适合于产生在按照本发明的语音编码方法中所需要的带有不同编码比的卷积码。例如，267/456速率卷积码可在两级中从1/2速率卷积码得到。在第一级，267比特(260语音参量比特，3CRC比特，和4个尾比特)通过使用1/2速率卷积码被编码。在第二级，在所得到的534比特卷积编码比特流中，78个比特被丢弃(凿孔)，以便于使它适合于456比特信道帧。这样，得到了267/456速率卷积码。在接收机中，卷积译码器222与卷积编码器209同步地运行，因此，它知道丢弃比特的比特位置。卷积译码器222用中性数值来填充所缺掉的(凿孔的)比特位置，该中性数值不呈现“0”或“1”，而宁可是“半个比特”。填充了缺掉的比特位置以后，卷积译码器222具有534比特块，它在此后通过使用1/2速率卷积码被译码。
当信息传输信道的错误率变成为足够高、以使得信道被解释为低错误率信道(7dB＜C/I≤10dB)时，267/456速率卷积码不再能够纠正在数据传输时出现的错误。需要有更有效的纠错码。因此，这将要求有比系统内可能放置的更多的纠错信息比特被放置在信息传输信道中。在按照本发明的语音编码方法中，通过把纠错码只集中在260语音参量比特的最重要的部分，得到充分有效的纠错。在按照本发明的这个实现例中，这是通过使用四种运行模式实现的，这样，集中得越精确，信息传输信道的错误率越高。同时地，纠错的编码比率被相应地调整。在本例中，1/2速率卷积码被使用于具有低错误率的信道的182最重要比特，这样，得到信道帧所需要的2*(182+3+4)+78＝456比特。
对于中等错误率(4dB＜C/I≤7dB)和高的错误率(C/I≤4dB)的信道，为了能够纠正增加的错误则需要更为有效的纠错码。对于这些信道，在按照本发明的语音编码方法的这个实现例子中，使用了速率127/316和1/4的卷积码，而相应地纠错分别集中在120和56最重要比特上。下面的图表给出四种不同集中模式的概况，除了信息传输信道错误率以外，也给出了卷积码比值和所保护的比特数，以及按照本发明的语音编码系统的参量特性。
替换地，或另外地，通过使用集中的纠错、即改变纠错保护比特的总量(上表的A行)，可使用集中检错。这意味着，必须没有实行纠错的变化(或完全不实行纠错)，而检错是集中的，这样，当很少的数据传输错误出现时，所有的或几乎所有的语音参量比特可用按照本发明的系统中的检错码来保护，以及当更多的数据传输错误出现时，检错越集中在对于语音质量和清晰度最重要的语音参量比特，则数据传输错误出现得越多。检错比特的集中可通过保持检错比特数为常数(例如，3CRC比特)、但对取决于数据传输质量的不同数目的信息比特(该数目可以是如上表的A行所给出的)执行检错而完成的。由于检错和/或纠错造成的冗余比特数目也会根据数据传输质量而变化。例如，检错比特数目可随着在上表的模式0-3中使用对于CRC的6，5，4，或3比特而变化。在这种情况下，系统中的总的比特率(即，由源编码比特和错误保护比特构成的要被发射的总的比特数)也将取决于数据传输质量。CRC比特数或纠错比特数的增加可通过在同时减小源编码比特率而被补偿。这意味着，除了集中的纠错和检错以外，源编码比特数与错误保护比特数的比值在系统中按照数据传输质量而变化。
信息信道的错误率在以上的图表中已被模型化为C/I(载波对干扰)比或信号对噪声(S/N)比。对于本方法，这样的用于分析数据传输连接的质量的方法是很适合的，其中使用了基于所接收的、被拒绝的语音帧的数目的模型。这在下面详细地解释。
数据传输连接质量可根据所接收的、被拒绝的语音帧的数目而被估计。该估计是根据在一个时间单位内所接收的、被拒绝语音帧的数目作出的。例如，有可能与所有接收的语音帧有关地监视在最后两秒期间内所接收的、被拒绝语音帧数目，并执行分类如下几乎无错误的信道 被拒绝的帧≤0.3％低的错误率0.3％＜被拒绝的帧≤3％中等的错误率 3％＜被拒绝的帧≤15％高的错误率被拒绝的帧＞15％所有接收的语音帧中的被拒绝的语音帧的百分数并不像所说的那样非常精确，它涉及到哪种类型的语音质量的降低。例如，在这样的情况下，其中在系统中没有使用跳频，以及其中电话用户移动得很慢，则在传输连接中可出现长的本地衰落，即使被拒绝的帧的共用在整体上是很小的。一种优于以上给出的检测信息传输连接质量的方法因而可通过把根据接连接收的坏帧数目的附加检测与直接根据被拒绝帧的百分数的以上给出的方法相组合而被得出。这种附加检测是根据例如在最后两秒期间内接连接收的坏帧数目，并且通过使用它，可达到更可靠地选择针对偶然的长衰落的集中模式。
在下面，给出基于本方法的质量分析方法。在该方法中，接收的接连的坏帧数目被表示为P。
几乎无错误的信道P≤1低的错误率 1＜P≤3中等的错误率3＜P≤6高的错误率 P＞6以上给出的基于坏帧的百分数和基于接连的被拒绝的帧数目的方法优选地被这样组合，以使得信息传输连接质量可通过同时使用以上两种方法而被检测，以及给出较低质量的检测结果被用来选择按照本方法的集中模式。
在现有技术中，被拒绝的帧的替代过程是基于一种状态机，在该状态机其中接连的被拒绝的帧数目被直接计数。当接收到几个接连的坏帧时，由于每个被拒绝的帧的影响，在状态机中发生向更低一级的状态的移动，并且在替代过程期间语音信号被静音越强，则替代过程中使用的状态越低。例如，在GSM建议书06.11“Substitution andmuting of lost frame for full-rate speech traffic channels(用于全速率语音业务信道的丢失帧的替代和静噪)”中和在美国专利5,526,366“Speech code processing(语音编码处理)”中描述了这样的方法。在这类方法中，被拒绝的接连的帧数目容易根据已被访问的被拒绝的帧替代过程的最低状态从状态机中直接找出。这样，以上给出的信息传输连接质量的检测也可这样地被应用，以使得当P控制检测时，它是在被拒绝的帧的替代过程的最低状态下使用的，该过程是在监视时隙期间被访问的。取决于替代过程，P然后不再直接地就是接连的被拒绝帧的数目，但它更一般地描述在被拒绝的帧的替代过程中，每个被拒绝的语音帧的替代是多么难于被估计。例如，美国专利5,526,366“Speech code processing(语音编码处理)”描述了一种方法，其中状态机被这样地修正，以使得被拒绝的帧的替代过程的最低状态也可由于单个坏帧而被移入，如果这样一个单帧正好在一个或仅仅几个好帧以后被接收到的话。
图3给出在按照本发明的语音编码系统的实现例中使用的四种运行模式中，将语音参量分离成由卷积编码保护的比特和未保护的比特。在不同的实施例中，也可以有多于和少有四种的运行模式。图3上，用粗黑体显示了由卷积编码保护的比特。这四个模式之一被用于每个20ms的语音帧。模式的选择是基于信息传输线路错误率的估值，并且有可能对于每个帧单独地确定模式。在接收机中，被用来编码的编码模式(集中模式)可从接收的比特流直接地识别。替换地，有可能包括有关在语音帧中使用的编码模式的信息作为附带的信息比特。因为有关所使用的编码模式的信息是对于译码所需要的最重要信息，在这种情况下，该附带的信息比特必须通过使用最有效的检错和检错算法而被保护。这自然地在某种程度上减小编码译码器的效率，因此，在译码器中从接收的数据中识别编码模式是较好的解决办法。也有可能在信令信道上传送编码模式，如果当前的信息传输系统容易做到这一点的话。
图4给出了利用按照本发明的集中纠错和检错的发射机部分10。在其中，语音信号200在语音编码器201中被编码，它把语音编码成以语音编码算法(例如，RPE-LTP-编码)为特征的语音参量比特202。纠错和检错按照本发明作为信息传输连接质量的函数被集中在语音参量比特202。信息传输连接被连续地监视。监视例如是通过使用检测器215而实行的，该检测器测量信息传输连接的C/I比(替换地，有可能使用例如S/N比或误码率(BER))。所测量的C/I比203被传输到集中模式选择器216，后者选择编码模式213以便用于按照在解释图2和3时所提到的原理进行的语音编码。从信息传输连接214接收的信号质量因而可根据例如S/N、C/I或误码率(BER)而被分析。这些参量典型地在接收机的信道均衡器块中被形成。信号噪声比和误码率的估值例如在美国专利出版物US 5557639中给出。
在双向信息业务中，在到不同方向(发射的信息，接收的信息)的信息传输连接(参照214)的错误率上可能出现重大的差别。为了能够按照本方法以最佳的可能的集中模式来发射要被发射的信息，一种这样的实施例可被使用于本方法，其中传输信道214的质量的检测在接收机20(图5)中执行，以及接收机20将发射机10控制到最佳可能的集中模式。在这种情况下，传输信道214质量的检测和集中模式的选择在接收机20中执行。接收机20把所选择的集中模式作为一个附带的信息发送到发射机10，后者转移到使用所选择的集中模式。这样，发射机10不需要执行对传输信道214质量的检测和对集中模式的选择。这个实施例在后面更详细地描述。
由语音编码器201产生的语音参量比特202(图4)被送到语音参量分离器204，在其中，它们被划分成两个部分通过使用纠错码和检错码而被保护的比特205，以及在信息传输连接上未被保护地发射的比特206(如果有的话)。在按照本发明的信息编码系统中，也有可能使用互相独立的纠错码和检错码，换句话说，只使用纠错码或只使用检错码。然而，同时使用这两种编码方法在话音质量上给出最好的结果。按照本发明的集中纠错编码(例如卷积编码209)和检错编码(例如CRC编码208)在信道编码器207中被执行。将卷积编码器209的输出210和没有错误编码而传输的语音参量比特211(模式1到3，图3)通过使用复接器212组合起来，以便形成要被发送到信息传输连接的信道编码信号214。该信号通过收发信机单元240被发送到信息传输连接。当使用模式0时，所有语音参量比特被保护，在这种情况下，语音参量比特分离204和复接212不需要被执行，但所有语音参量比特都要通过纠错编码209和检错编码208。
关于图2和3，主要描述了在某些语音参量比特上纠错编码的集中。以相应的方式，有可能把用于检测传输错误的编码(例如CRC编码208)集中在所选择的比特上。这进一步增加了使最重要比特达到它们的目标的概率。这样，在接收机中不会像现有的已知系统中那样频繁地引起对语音合成的噪声抑制的需要，因为有可能对比以前更大的语音帧份额进行译码。
在几乎无错误信道(C/I＞10dB)上，CRC编码208在以上描述的情况下被集中在100个最重要比特，而在低的错误率(7dB＜C/I≤10dB)、中等的错误率(4dB＜C/I≤7dB)、和高的错误率(C/I≤4dB)时，信道CRC 208分别只覆盖50、30和15个最重要比特。图6给出作为集中模式213的函数的CRC编码208在某些比特上的集中。
图5以方框图给出在按照本发明的信息编码系统中使用的接收机20的结构。从信息传输连接214接收的数据从收发信机单元241被送到多路分接器210，在其中它通过由所使用的集中模式所确定的方法(例如图3，模式0到模式3)被译码。要被使用的集中模式例如作为附带的信息比特(参照213)从发射机被接收，并被传输到集中模式选择器248。接收机20的集中模式选择器248也可通过使用检测器245测量信息传输连接214的质量来作出对集中模式是否适合于信息传输连接214的判决。检测器245也可根据被拒绝的数据分组来测量信息传输连接的质量，如先前所述。这是通过来自CRC检验块224的信号226描述的。测量结果以信号247的形式被传输到集中模式选择器248。如果在接收机20中完成集中模式的选择，则有关它的信息例如作为附带的信息比特由接收机发送到发射机10。这由虚线242给出。
当集中模式选择器248确定要被使用的集中模式250时，它把集中模式250传输到信道译码器223。如果接收机20能够在没有附带的信息比特213的情况下识别要被使用的模式，则语音译码器优选地对译码时要被使用的集中模式作出判决。与以哪种方式传送或识别集中模式无关，接收的数据218根据集中模式被划分成未保护的比特225和用纠错码209(图4)与检错码208(图4)保护的比特220。如果信息传输连接214是几乎无错误的(模式0被选择用于集中模式)，则不需要实行比特分离，因为所有的比特已被保护。
在要从分接器219传送到信道译码器223的数据中，首先去除纠错编码。这是通过使用卷积译码器222按照根据集中模式250所确定的算法实现的。在卷积译码器222中，使用了与发射机10中相同的卷积编码比(267/456，1/2，127/316，或1/4)。此后，数据被引导到CRC检验块224，它从它已接收的数据中检验受到集中检错编码的比特是否包括卷积译码器222不能够纠正的某些错误。CRC检验在本例的情况下以由集中模式250确定的方式被集中在100、50、30或15个最重要的比特。CRC检验块224将译码的语音参量227和坏帧指示信号226作为其输出给出。
如果CRC检验块224在受到检错编码的比特中未检测到任何错误，则译码的语音参量比特227和最终未被保护的比特225在复接器228中被组合成一个完整的语音帧230，它还被送到语音译码器232以用于语音合成。如果CRC检验块224在CRC保护的语音参量比特中检测出错误，则它启动坏帧指示信号226，在这种情况下，所提到的帧230不被用于语音合成。相反，根据早先从复接器228接收到的无错误帧230，坏帧替代单元229可产生一个估值，并且把它发送到语音译码器232。坏帧指示信号226控制开关231，通过该开关231可实现在译码的语音参量帧230与替代坏帧的帧270之间的选择。坏帧指示信号226也被引导到接收机20的信息传输连接质量检测器245。
相同的语音编码器201和相同的语音译码器232始终被使用于按照本发明的利用集中纠错和检测的信息编码方法中。另外，语音编码速率被保持为常数。只有纠错编码和/或纠错编码的模式是根据信息传输连接214的质量而被最佳化，以便得到最好可能的语音质量。然而，没有任何问题可妨碍在可变线路速度下运行的语音编码系统中使用本发明。同样地，本发明优越地适合于结合这样的以固定线路速度的语音编码系统使用，其中使用了几种以不同的线路速度运行的语音编码译码器。在这些系统中，语音参量的纠错比特和/或检错比特的比例份额是根据信息传输连接质量而被调整，而总的线路速度保持为常数。在这些系统中，有可能使用按照本发明的集中纠错和检错作为附加特性首先在系统中选择语音参量比特与纠错/检错比特之间的比值，其后，集中模式对于纠错和/或检错所使用的每个线路速度单独地被选择。另外，在这些系统中，有可能在语音编码系统中通过使用按照本发明的集中纠错和检错得到更好的语音质量，特别是在具有很差的错误率的信息传输连接的情况下。
图7给出固定线路速度编码系统编码器，它包括N个运行在不同的线路速度的语音编码器SPE1，SPE2，…，SPEN。每个语音编码器产生不同的语音编码比特率k1，k2，…，kN。每个语音编码器SPE1，SPE2，…，SPEN被连接到N个信道编码器CHE1，CHE2，…，CHEN中的一个信道编码器。N个信道编码器CHE1，CHE2，…，CHEN中的每个信道编码器也具有不同的总的比特率c1，c2，…，cN(图上未示出)，它们作为一个总体用于纠错和检错。语音编码器和信道编码器的比特率是这样的，以使得k1＞k2＞…＞kN和c1＜c2＜…＜cN。加到信息传输信道的编码信息的总的比特率K对于系统是常数。这是通过使用语音编码器SPE1，SPE2，…，SPEN和信道编码器CHE1，CHE2，…，CHEN的这样的比特率而达到的，该比特率使得以下的公式成立ki+ci＝K，i＝1，…，N。因此，只有由语音编码器和信道编码器所使用的比特率的比例份额改变，而总的线路速度K保持常数。比特率的比例份额根据信息传输连接的质量而被调整在信息传输连接中出现传输错误越多，则使用越低的比特率语音编码器和越高的比特率信道编码器(使用越多的比特用于纠错和检错)。以上的语音编码系统对于本领域技术人员是先前熟知的。
当按照本发明的集中纠错和检错被加到上述的语音编码系统时，它是对于N个编码模式(语音编码器和信道编码器的组合)的每个编码模式(或对于它们中的某些)单独地实现的。这样，对于N个编码模式的每个编码模式(或对于它们中的一部分)，有按照本发明的多个集中模式。信息转送信道的错误越多，选择越高的集中模式号(图8)。换句话说，越多的纠错和检错被集中在对于语音质量最重要的比特。
按照本发明的集中纠错和/或检错的使用可以给出适应于变化的质量的信息传输连接的更多的附加灵活性，并导致在带有干扰的信息传输连接上更好的语音质量。本发明提供用于调整纠错和检错的集中的新的参量，在这种情况下，所达到的精度和效率比先前已知的系统更好。本发明给出优越的方式来实现从纠错和检错观点运行在几种不同的工作模式上的语音编码系统，该系统优选地只使用少量的不同的语音编码译码器。按照本发明的安排使得一种运行在几种不同的工作模式的语音编码系统易于实现，对传输错误有高的容忍性，使用少量语音编码译码器，以及使系统的总的复杂性保持在低的水平。这样，本发明的不同的实施例在经济意义上也是有竞争力的。
图8给出不同的集中模式(在本例中是1到3)如何被集中在作为信息传输连接质量的函数(在图上被给出为C/I比)的每个不同的编码比1，2，3，…，N。编码比是指运行在恒定线路速度的语音编码系统中的语音参量比特对纠错和或检错比特的比值。
图9以方框图给出按照本发明的移动台的结构，在该移动台中，使用了按照本发明的集中纠错和检错。从话筒301得到的和要被发送的语音信号在A/D转换器302中被采样，以及语音在语音编码器303中被编码，此后，基带频率信号的处理在方块304进行，实际上，按照本发明的信道编码207(图4)执行纠错和检错。此后，信道编码的信号被转换到射频，并从发射机305通过双工器-滤波器DPLX和天线ANT发射出去。在接收时，所接收的语音受到结合图5解释的接收支路306的功能的作用，例如在方块223中使用按照本发明的集中模式213，213’的语音译码。译码的语音通过D/A转换器308被引到扬声器以用于重现。
图10给出按照本发明的信息传输系统310，该系统包括移动台311和311’、基站312(BTS，基站收发信机)、基站控制器313(BSC，基站控制器)、移动交换中心314(MSC，移动交换中心)、电信网络315和316、以及被直接连接到它们或通过终端装置(例如，计算机318)连接到它们的用户终端317和319。在按照本发明的信息传输系统310中，移动台和其它用户终端317、318和319通过电信网络315和316被互相连接，以及它们使用结合图2或9描述的信息编码方法以用于信息传送。按照本发明的方法在该系统中、优选地在移动台311，311’和基站312中被使用。
上面是利用实例对本发明及其实施例的实现的说明。对于本领域技术人员本身显而易见的是，本发明不限于以上给出的例子的细节，以及本发明也可在其它实施例中被实现，而不背离本发明的特性。
所给出的实施例应当被看作为说明，而不是限制。因而，实现和使用本发明的可能性只由附属权利要求来限制。因而，由权利要求规定的本发明的不同的实施例(也是等同的实施例)，被包括在本发明的范围中。
权利要求
1.数字信息传输系统(310)，包括发射机(10，311，312)和接收机(20，311，312)以及在所述发射机(10，311，312)和接收机(20，311，312)之间的信息传输连接(214)，所述发射机(10，311，312)和接收机(20，311，312)包括用于处理信息(200)和用于通过使用所述信息传输连接(214)把信息从所述发射机(10，311，312)传输到所述接收机(20，311，312)的装置(201，204，207，212，240，241，219，223，228，229，231，232)，所述发射机(10，311，312)包括信道编码器(207)，用于处理该信息(200)，所述信息处理装置(201，204，207，212，240，241，219，223，228，229，231，232)包括第一划分装置(204)，用于把信息划分成至少两个部分，即第一部分(205)和第二部分(206)，以及在所述信道编码器(207)中对于所述第一部分信息(205)，实行以下操作(208，209)中的至少一种操作纠错编码(209)，用于在接收时纠正出现在信息传输连接中的传输错误，检错编码(208)，用于在接收时检测出现在信息传输连接中的传输错误，以及它们的组合，其特征在于，它包括用于分析所述信息传输连接(214)的质量和用于产生描述质量的响应(203，247)的装置(215，216，245，248)，以及所述发射机(10，311，312)被安排成根据从所述信息传输连接质量分析装置(215，216，245，248)接收的响应(203，247)来调整所述第一信息(205)和所述第二信息(206)之间的比值。
2.按照权利要求1的信息传输系统(310)，其特征在于，所述信道编码器(207)包括第二划分装置(208，209)，用于把所述第一信息(205)划分成两个子部分，即第一子部分和第二子部分，所述信道编码器(207)包括用于结合所述第一子部分的信息一起来附加检错码的装置(208)。
3.按照权利要求1的信息传输系统(310)，其特征在于，所述信道编码器(207)包括第二划分装置(208，209)，用于把所述第一信息(205)划分成两个子部分，即第一子部分和第二子部分，所述信道编码器(207)包括用于结合所述第一子部分的信息一起来附加纠错码的装置(208)。
4.按照权利要求2或3的信息传输系统(310)，其特征在于，所述第二划分装置(208，209)被安排成根据从所述信息传输连接质量分析装置(215，216，245，248)接收的响应(203，247)来把所述第一信息(205)划分成两个子部分。
5.按照权利要求1的信息传输系统(310)，其特征在于，所述用于分析信息传输连接(214)的质量的装置(215，216，245，248)包括用于检测在所述发射机(10，311，312)中信息传输连接(214)的质量，以便形式所述响应(203，247)的检测器(215)。
6.按照权利要求1的信息传输系统(310)，其特征在于，所述用于分析信息传输连接(214)的质量的装置(215，216，245，248)包括用于检测在所述接收机(20，311，312)中信息传输连接(214)的质量以便形式所述响应(203，247)的检测器(245)。
7.按照权利要求6的信息传输系统(310)，其特征在于，所述接收机(20，311，312)还包括用于检测坏的语音帧的装置(224)，以及所述检测器(245)包括用于分析信息传输连接(214)的质量和用于根据所检测的坏的语音帧形成所述响应(203，247)的装置。
8.按照权利要求5，6，或7的信息传输系统(310)，其特征在于，该系统包括集中模式选择器(216)，它被安排成根据所述响应(203，247)来选择要被用于编码信息(220)的集中模式(模式0，模式1，模式2，模式3)。
9.按照权利要求1的信息传输系统(310)，其特征在于，所述发射机(10，311，312)包括几个语音编码器(SPE1，SPE2，…，SPEN)，它们被安排来编码以几个不同的线路速度(k1，k2，…，kN)输入的信息(200)，以便形成语音参量(202)，所述发射机(10，311，312)还包括几个信道编码器(CHE1，CHE2，…，CHEN)，它们被安排成结合语音参量(202)一起来附加信道码(210)，以及根据由所述信息传输连接质量分析装置(215，216，245，248)形成的响应(203，247)而把信息(200)划分成所述第一部分(205)和第二部分(206)被安排成对于每个由一个语音编码器(SPE1，SPE2，…，SPEN)和几个信道编码器(CHE1，CHE2，…，CHEN)联合形成的语音编码译码器被分开地构成。
10.移动台(311，311’，319)，包括发射机(10，311)和接收机(20，311)，所述发射机(10，311)和接收机(20，311)包括用于处理信息(200)的装置(201，204，207，212，240，241，219，223，228，229，231，232)，所述发射机(10，311)包括用于处理该信息(200)的信道编码器(207)，所述信息处理装置(201，204，207，212，240，241，219，223，228，229，231，232)包括第一划分装置(204)，用于把信息(200)划分成至少两个部分，即第一部分(205)和第二部分(206)，以及在所述信道编码器(207)中对于所述第一部分信息(205)实行以下操作(208，209)中的一种操作纠错编码(209)，用于在接收时纠正出现在信息传输连接(214)中的传输错误，检错编码(208)，用于在接收时检测出现在信息传输连接(214)中的传输错误，以及它们的组合，其特征在于，它包括用于分析所述信息传输连接(214)的质量和用于产生描述质量的响应(203，247)的装置(215，216，245，248)，以及所述发射机(10，311)被安排成根据从所述信息传输连接质量分析装置(215，216，245，248)接收的响应(203，247)来调整所述第一信息(205)和所述第二信息(206)之间的比值。
11.发射机(10)，包括用于处理信息(200)和把它传输到信息传输连接(214)的装置(201，204，207，212，240)，所述发射机(10)包括用于处理信息(200)的信道编码器(207)，所述信息处理装置(201，204，207，212，240)包括第一划分装置(204)，用于把信息(200)划分成至少两个部分，即第一部分(205)和第二部分(206)，以及在所述信道编码器(207)中对于所述第一部分信息(205)实行以下操作(208，209)中的一种操作纠错编码(209)，用于在接收时纠正出现在信息传输连接(214)中的传输错误，检错编码(208)，用于在接收时检测出现在信息传输连接(214)中的传输错误，以及它们的组合，其特征在于，它包括用于分析所述信息传输连接(214)的质量和用于产生描述质量的响应(203)的装置(215，216)，以及所述发射机(10)被安排成根据从所述信息传输连接质量分析装置(215，216)接收的响应(203)来调整所述第一信息(205)和所述第二信息(206)之间的比值。
12.接收机(20)，包括用于通过信息传输连接(214)接收来自发射机(10)的信息(214，218)的装置(241，245，247，219)，和用于对从信息传输连接(214)接收到的信息(214，218)执行信道译码操作(222，223)中的一种操作的信道译码器(223)，其特征在于，它包括用于分析所述信息传输连接(214)的质量和用于形成响应(242，247，250)的装置(245，231，241)，用于根据所述响应(242，247，250)确定在所述信息传输连接(214)中要被使用的纠正信道编码模式(242)的装置(245，248，250)，以及用于通过使用信息传输连接(214)而把所述信道编码模式(242)传输到发射机的装置(241)。
13.在数字信息传输系统(310)中用于传输信息(200)的方法，其特征在于，其中-要被发送的信息(200)被划分成至少两个部分，即第一部分(205)和第二部分(206)，-对于所述第一部分信息(205)，实行编码操作(207，208，209)中的一种操作，其特征在于，-在信道编码(207，208，209)以前，分析信息传输连接(214)的质量，以便于形成分析结果(203，213，242，247，250)，以及-根据所述分析结果(203，213，242，247，250)来调整所述第一部分(205)和所述第二部分(206)之间的比值。
14.按照权利要求13的方法，其特征在于，-所述分析是在接收机(20)中执行的，以及-所述分析结果(203，213，242，247，250)从接收机(20)传输到发射机(10)。
15.按照权利要求13或14的方法，其特征在于，描述信息传输连接(214)的质量的所述分析结果(203，213，242，247，250)是通过使用以下的测量操作之一而得到的-测量在语音合成(233)时在某个时间单位内被拒绝的语音参量帧(230)的数目，-测量在语音合成(233)时被拒绝的接连的语音参量帧(230)的数目，以及-执行以上这两项操作。
全文摘要
在按照本发明的信息编码系统中,使用了集中的纠错和或集中的检错。本发明的目的是给出语音编码方法,其中,在其上有纠错编码和/或检错编码集中点的语音参量比特数目,可以作为信息传输连接质量的函数而相对于总的语音参量比特数被自动地调整。在按照本发明的信息编码系统中,不需要减少用于语音编码的比特数,由此,语音的话音质量保持为高水平。在按照本发明的信息编码系统中,纠错和或检错被集中在对于话音质量最重要的比特上,例如,作为C/I(信道对干扰)－描述信息传输连接质量的参量—的函数。在很差的信息传输连接时,在先前已知的系统中出现的语音合成的噪声抑制,可在按照本发明的信息编码系统中通过使用集中纠错而被减小。
文档编号H03M13/23GK1269923SQ98802418
公开日2000年10月11日 申请日期1998年1月27日 优先权日1997年2月7日
发明者K·耶尔维南, M·卡雅拉, J·韦尼奥 申请人:诺基亚流动电话有限公司