專利名稱：用較不重要數(shù)據(jù)位保護(hù)重要數(shù)據(jù)位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位的傳輸，更具體地涉及利用第二組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位檢測(cè)第一組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位中的錯(cuò)誤的方法。
在有噪聲的信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)位或符號(hào)產(chǎn)生傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)內(nèi)出錯(cuò)的可能性。一些符號(hào)中的錯(cuò)誤比其它符號(hào)中的錯(cuò)誤更致命而必須用檢錯(cuò)與糾錯(cuò)加以保護(hù)。在移動(dòng)無(wú)線信號(hào)的傳輸中，數(shù)據(jù)符號(hào)可表示數(shù)字化語(yǔ)音波形的不同部分。如果錯(cuò)誤出現(xiàn)在語(yǔ)音波形的較重要數(shù)據(jù)位(一級(jí)位)中而未檢測(cè)到，則語(yǔ)音解碼器的語(yǔ)音波形處理可導(dǎo)致出現(xiàn)不愉快的贗象。贗象包括由于解碼錯(cuò)誤而在解碼后的語(yǔ)音波形中產(chǎn)生的不愉快的非語(yǔ)音聲。語(yǔ)音波形的較不重要語(yǔ)音位(二級(jí)位)中的錯(cuò)誤只導(dǎo)致背景噪聲的能容忍的增加。
為了能采用屏蔽贗象的產(chǎn)生的各種措施，必須檢測(cè)較重要的一級(jí)數(shù)據(jù)位中的錯(cuò)誤。例如，通過(guò)引用結(jié)合在此的英國(guó)專利號(hào)8 119 215描述了如何能用對(duì)應(yīng)于錯(cuò)誤的段前面大約一或多個(gè)喉音脈沖周期的語(yǔ)音波形段的較早接收的語(yǔ)音波形段來(lái)替換語(yǔ)音波形的錯(cuò)誤的段。通過(guò)引用結(jié)合在此的美國(guó)專利號(hào)5,097,507中描述了稱作人工再生的更完善的錯(cuò)誤屏蔽策略。
在處理表示諸如殘留激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(RELP)編碼器、矢量碼塊受激線性預(yù)測(cè)(VSELP)編碼器或高級(jí)多頻帶激勵(lì)(或子帶)編碼器(AMBE)等語(yǔ)音數(shù)字化器生成的數(shù)字化語(yǔ)音的輸入位時(shí)，某些位(一級(jí)位)不僅對(duì)用糾錯(cuò)編碼保護(hù)比其它位(二級(jí)位)更重要，而且它們對(duì)用檢錯(cuò)過(guò)程保護(hù)也更重要。當(dāng)糾錯(cuò)編碼失敗時(shí)，所產(chǎn)生的贗象對(duì)聽(tīng)眾可能非常干擾。通過(guò)檢測(cè)何時(shí)在一級(jí)位中出現(xiàn)錯(cuò)誤及減弱音頻輸出或結(jié)合完善的錯(cuò)誤橋接技術(shù)可防止贗象。
當(dāng)前存在著用于在解碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中檢錯(cuò)的各種方法。這些方法之一，基于幀的語(yǔ)音解碼法，將幀中的位分成重要與較不重要的位及將循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC)碼用于檢錯(cuò)來(lái)保護(hù)最重要的位。這一過(guò)程描述在稱作GSM的歐洲數(shù)字蜂窩式系統(tǒng)的公布的標(biāo)準(zhǔn)中。
在容量受到同信道用戶之間的互相干擾的限制的陸基蜂窩式無(wú)線電話系統(tǒng)中，在所有的傳輸上增加CRC碼并不改變信號(hào)的載波對(duì)干擾比(C/I)因此在容量上并無(wú)明顯效果。在容量受到與熱背景噪聲作斗爭(zhēng)可利用的衛(wèi)星傳輸功率量的限制的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，在傳輸上增加CRC碼增加必須傳輸?shù)奈换蚍?hào)的數(shù)目。這增加所需的發(fā)射機(jī)功率。從而CRC碼的檢錯(cuò)能力只能以傳輸功率為代價(jià)獲得。由于即使不使用CRC提高發(fā)射功率也會(huì)降低出錯(cuò)率，所以得不到明顯的效益。從而，改進(jìn)在諸如一級(jí)語(yǔ)音位等較重要的位組中的檢錯(cuò)而無(wú)須增加必須傳輸?shù)姆?hào)的數(shù)目的方法是具有極大效益的。美國(guó)專利號(hào)5,517,511(Hardnick等人)描述了通過(guò)解碼第二組位利用Galay塊碼檢測(cè)第一組位中的錯(cuò)誤的方法。然而，Golay碼只能用于1/2的特定編碼率，在許多情況中這是不夠的。因此，需要利用更靈活的卷積碼的方法。
本發(fā)明用傳輸包含第一與第二組數(shù)據(jù)符號(hào)的編碼信號(hào)的改進(jìn)的系統(tǒng)克服上述及其它問(wèn)題。將待傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分成供傳輸?shù)膬山M符號(hào)，將它們標(biāo)識(shí)為最重要的位(符號(hào))與較不重要的位(符號(hào))。利用諸如比率1/4咬尾卷積碼(rate 1/4 tailbiting convolational code)等提供高度冗余的卷積碼來(lái)糾錯(cuò)編碼最重要的位，而用諸如比率1/2咬尾卷積碼等具有較低冗余度的卷積碼來(lái)糾錯(cuò)編碼較不重要的數(shù)據(jù)符號(hào)。利用咬尾碼來(lái)避免傳輸與傳輸CRC檢驗(yàn)碼一樣浪費(fèi)的尾位的開銷。利用未編碼的最重要的位來(lái)擾頻供傳輸?shù)木幋a的較不重要的位，諸如通過(guò)加上依賴于未編碼的最重要的位的偽隨機(jī)位模式，或通過(guò)改變與之相關(guān)的位傳輸次序。
接收機(jī)從編碼的最重要的位分開擾頻與編碼的較不重要的位并利用適應(yīng)于解碼高度冗余卷積碼的糾錯(cuò)解碼器解碼最重要的位，而產(chǎn)生第一累積解碼量度。利用解碼的最重要的位解擾編碼的較不重要位。然后用適用于低冗余度的糾錯(cuò)碼的糾錯(cuò)解碼器解碼解擾的較不重要的位及生成第二累積量度。檢錯(cuò)器處理第一與第二累積量度來(lái)判定這些量度是位于可接受解碼的區(qū)中還是位于拒絕解碼的數(shù)據(jù)的區(qū)中。
為了更完整地理解本發(fā)明，參見(jiàn)下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述，附圖中

圖1為按照本發(fā)明的發(fā)射機(jī)編碼的圖；圖2示出移位寄存器的一個(gè)實(shí)施例；圖3為按照本發(fā)明的接收機(jī)解碼器的圖；圖4示出接受/拒絕閾值在逆量化質(zhì)量指示符之和上的應(yīng)用；
圖5a-5f示出各種閾值級(jí)的接受與拒絕的相對(duì)概率；圖6為發(fā)射機(jī)編碼器的另一實(shí)施例；以及圖7為接收機(jī)解碼器的另一實(shí)施例。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，更具體地參見(jiàn)圖1，其中示出了本發(fā)明的編碼發(fā)射機(jī)的框圖。為了便于下面的討論，將相對(duì)于語(yǔ)音數(shù)據(jù)描述編碼，其中最重要的數(shù)據(jù)位由一級(jí)語(yǔ)音數(shù)據(jù)構(gòu)成而較不重要的數(shù)據(jù)位由二級(jí)語(yǔ)音數(shù)據(jù)構(gòu)成。然而，應(yīng)理解本發(fā)明能用于任何兩組數(shù)據(jù)位，其中用戶希望利用第二組數(shù)據(jù)位來(lái)保護(hù)另一組數(shù)據(jù)位。
將N1個(gè)一級(jí)位與N2個(gè)二級(jí)位構(gòu)成的數(shù)據(jù)符號(hào)組10輸入到分離器15中，將該組數(shù)據(jù)符號(hào)分離成第一組N1個(gè)一級(jí)位20及第二組N2個(gè)二級(jí)位25。用卷積編碼器30編碼一級(jí)位20。例如，卷積編碼器30包括比率1/4咬尾卷積編碼器。比率1/4咬尾卷積編碼器30處理一級(jí)位20中的N個(gè)鄰接的位(限制長(zhǎng)度)生成4個(gè)輸出位。然后在生成另一4位輸出之前將N個(gè)鄰接的位移位1位位置。這一過(guò)程繼續(xù)到鄰接的位已整個(gè)移動(dòng)通過(guò)一級(jí)位為止。這一過(guò)程最終提供四倍原來(lái)提供給編碼器30的位數(shù)。
二級(jí)位25是用第二卷積編碼器35編碼的。在一個(gè)實(shí)施例中，第二卷積編碼器35包括比率1/2卷積編碼器，它的操作類似于比率1/4卷積解碼器，除了該編碼器在來(lái)自二級(jí)數(shù)據(jù)位的選擇的N個(gè)鄰接位的組的每一移位周期中只生成兩個(gè)輸出位以外。從而，只生成兩倍原來(lái)提供的二級(jí)位25的數(shù)目。在較佳實(shí)施例中，第一卷積編碼器為比率1/5咬尾編碼器而第二卷積編碼器為比率1/3卷積編碼器。此外，通過(guò)收縮各組將來(lái)自第一(比率1/5)卷積編碼器的編碼位分成表示比率2/5的收縮碼的兩個(gè)相等的組，同時(shí)將來(lái)自第二(比率1/3)卷積解碼器的編碼的位收縮或分成給出兩個(gè)比率2/3碼的兩個(gè)相等的組。然后將比率2/5編碼組之一與比率2/3編碼組之一組合并用第一裝置傳輸，同時(shí)將另一比率2/3與另一比率2/5組組合并可選地用諸如分集裝置等第二裝置傳輸。接收機(jī)接收第一裝置的傳輸及第二裝置的可選傳輸，并解碼接收的信號(hào)。
編碼器30、35選擇的鄰接位的數(shù)目N稱作限制長(zhǎng)度。編碼器30、35的限制長(zhǎng)度不一定非相等不可。較長(zhǎng)的限制長(zhǎng)度提供更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力但要求更復(fù)雜的解碼器。糾錯(cuò)性能更大地受卷積編碼器30與35的碼率(分別為1/4及1/2)的影響。碼率是編碼過(guò)程增加的冗余量。例如，比率1/4編碼器四倍傳輸位的數(shù)目，而比率1/2編碼器雙倍傳輸位的數(shù)目。
也將未編碼的一級(jí)位20輸入到擾頻掩碼發(fā)生器40。擾頻掩碼發(fā)生器40生成具有等于第二卷積編碼器35生成的位的位數(shù)的擾頻掩碼。編碼的二級(jí)位可通過(guò)與擾頻編碼“異或”加以擾頻。擾頻掩碼是以確定性方式從提供的一級(jí)位20中計(jì)算出的。雖然擾頻掩碼可用任何數(shù)目的方法生成，圖2中示出了一種生成擾頻掩碼的技術(shù)。擾頻掩碼發(fā)生器40包括具有N1個(gè)串聯(lián)級(jí)50的移位寄存器45。初始時(shí)用N1個(gè)一級(jí)數(shù)據(jù)位加載串聯(lián)級(jí)50。反饋邏輯電路55組合來(lái)自選擇的級(jí)的位以產(chǎn)生反饋位。在寄存器45上作用時(shí)鐘脈沖60導(dǎo)致寄存器中的數(shù)據(jù)位向右移位1位，使得反饋位拍頻到最左的級(jí)50a而最右級(jí)50z從右邊掉出。
存儲(chǔ)器65在2*N2個(gè)時(shí)鐘脈沖的每一個(gè)之后記錄反饋位來(lái)產(chǎn)生2*N2位擾頻掩碼。存儲(chǔ)器65能交替地記錄從寄存器級(jí)50z掉出的位或寄存器45中的位的任何其它函數(shù)。存儲(chǔ)器65不需要為作用在寄存器45上的每一個(gè)時(shí)鐘脈沖記錄一位。例如，可將23個(gè)時(shí)鐘脈沖作用在寄存器45上然后存儲(chǔ)器65記錄從寄存器選擇的8位。這一過(guò)程將繼續(xù)到至少記錄了2N2位為止。只要對(duì)一級(jí)位模式的任何改變導(dǎo)致大約50％的生成的擾頻掩碼與原始提供的一級(jí)位不同，則生成從一級(jí)位開始的偽隨機(jī)位模式的任何方法都可利用。
在使用模2(異或)加法的加法器70上將生成的擾頻編碼加在編碼的二級(jí)位36上。逐位(逐個(gè)符號(hào))的模2加法保證擾頻與編碼的二級(jí)位的單個(gè)傳輸(錯(cuò)誤)在接收機(jī)上解擾以后仍保持單個(gè)錯(cuò)誤。作為替代，使用位置換來(lái)替代逐位加法也可防止錯(cuò)誤擴(kuò)大。在利用位置換的實(shí)現(xiàn)中，編碼的二級(jí)位36將依賴于一級(jí)位20重新排序。例如，這能通過(guò)使用一級(jí)位20初始化PRN發(fā)生器來(lái)完成，將其輸出作為一序列位下標(biāo)對(duì)待，指定在下一個(gè)可利用的位位置上應(yīng)傳輸哪一個(gè)編碼的二級(jí)位。擾頻之后，在交錯(cuò)器75上交錯(cuò)編碼的一級(jí)位32與編碼且擾頻的二級(jí)位36。可供選擇地，在傳輸前可利用進(jìn)一步擾頻(未示出)來(lái)提供附加的保密性。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3，其中示出用于解碼圖1的編碼裝置所生成的信號(hào)的解碼器。將包含交錯(cuò)的編碼一級(jí)信號(hào)32與擾頻且編碼的二級(jí)信號(hào)36的接收信號(hào)提供給用于分離的解交錯(cuò)器80。用解碼器85處理分離的編碼一級(jí)信號(hào)32以恢復(fù)一級(jí)位20連同提供給檢錯(cuò)器90的第一解碼質(zhì)量指示符。解碼器85配置成解碼編碼器30(圖1)所實(shí)現(xiàn)的任何編碼方案。
將解碼的一級(jí)位20提供給擾頻掩碼發(fā)生器95，在其中再生前面相對(duì)于圖1描述的擾頻掩碼。在解擾器100上在逐位(逐個(gè)符號(hào))的基礎(chǔ)上從擾頻且編碼的二級(jí)位36中減去再生的擾頻掩碼來(lái)解擾編碼二級(jí)位。作為替代，如果將位置換用于擾頻，則通過(guò)重新排序編碼的二級(jí)位用解碼的一級(jí)位來(lái)控制它們的解擾。然后解碼器105處理解擾的編碼二級(jí)位36來(lái)恢復(fù)二級(jí)位20連同解碼過(guò)程的第二解碼質(zhì)量指示符的估計(jì)。解碼質(zhì)量指示符為諸如指示解碼的數(shù)據(jù)序列是正確的序列的似然性的對(duì)數(shù)的累積路徑量度。將解碼質(zhì)量指示符提供給檢錯(cuò)器90。解碼器105配置成解碼編碼器35(圖1)實(shí)現(xiàn)的任何編碼方案。檢錯(cuò)器90用二個(gè)質(zhì)量指示符判定解碼的一級(jí)位是對(duì)還是錯(cuò)。
擾頻掩碼的作用是將編碼的二級(jí)位36從編碼器36的有效編碼輸出改變到無(wú)效輸出，直到擾頻過(guò)程在接收機(jī)上顛倒為止。然而，為了顛倒擾頻過(guò)程，必須有擾頻所依賴的一級(jí)位的正確知識(shí)。如果在解碼一級(jí)位中在接收機(jī)上出現(xiàn)錯(cuò)誤，擾頻過(guò)程便不能正確地解除，而不能適當(dāng)?shù)亟鈹_編碼的二級(jí)位。不正確地解擾的二級(jí)位將不代表編碼器35已生成的有效編碼輸出。對(duì)應(yīng)的解碼器105檢測(cè)到這一點(diǎn)并利用具有表示低似然性的值的解碼質(zhì)量指示符來(lái)提供在一級(jí)位的解碼中可能已出現(xiàn)錯(cuò)誤的暗示。
從而，圖1與3的編碼/解碼系統(tǒng)提供藉此第二組位(二級(jí)位)的解碼能協(xié)助判定第一組位(一級(jí)位)的前面解碼是否成功的措施。在第二組中的位數(shù)比第一組中的位數(shù)大得多時(shí)這是有用的，因此關(guān)于編碼的二級(jí)位是否代表有效的編碼器輸出的判定是基于比只根據(jù)較小數(shù)目的一級(jí)位的判定大得多的位數(shù)上的。
檢錯(cuò)器90利用來(lái)自解碼器105與解碼器85兩者的解碼質(zhì)量指示符來(lái)判定解碼的一級(jí)位中的錯(cuò)誤的似然性并為進(jìn)一步處理提供出錯(cuò)指示。進(jìn)一步處理可包括話音解碼器110(用虛線示出)，用于從解碼的一級(jí)與二級(jí)位中再生話音波形。當(dāng)檢錯(cuò)器90指示解碼的一級(jí)位中高出錯(cuò)似然性時(shí)話音解碼器110利用該出錯(cuò)指示來(lái)屏蔽錯(cuò)誤的贗象。
下面描述檢錯(cuò)器90可判定一級(jí)位20的解碼中出現(xiàn)的似然性的方法。當(dāng)然應(yīng)理解在本發(fā)明的同一精神內(nèi)能設(shè)計(jì)出用于處理似然性量度的各種各樣方法。解碼器85與105利用軟判定順序最大似然性解碼(MLSE)估計(jì)所接收的信號(hào)中出現(xiàn)的最可能的一級(jí)與二級(jí)位序列，在軟判定順序最大似然性解碼中不將接收的編碼位量化到零或一，而是判定為指示編碼的位的“一性”或“零性”程度的軟值。檢錯(cuò)器90中的MLSE解碼器(未示出)假設(shè)長(zhǎng)度等于糾錯(cuò)碼的限制長(zhǎng)度的所有可能位模式并確定應(yīng)得出的編碼的位模式。然后將各編碼的位模式與對(duì)應(yīng)的軟值模式比較。如果極性相符，便從對(duì)應(yīng)的假設(shè)的似然性量度中減去軟值的幅值。否則，將軟值的幅值加在對(duì)應(yīng)假設(shè)的量度上。
然后將假設(shè)的位模式延伸一個(gè)新符號(hào)，加倍模式的數(shù)目，但通過(guò)在只有在它們最老的位位置上不同的模式對(duì)之間進(jìn)行選擇并保留各對(duì)中具有較低量度的模式而同時(shí)將模式的數(shù)目濃縮一個(gè)因子2。當(dāng)已經(jīng)假設(shè)了所有信息位時(shí)，最低累積量度表示最可能的符號(hào)序列，并且量度是所接收的信號(hào)與該序列的編碼版本之間的相關(guān)性的負(fù)值。
當(dāng)使用咬尾卷積解碼器時(shí)，可在周期中任何點(diǎn)上開始解碼位周期，過(guò)程繼續(xù)到至少已進(jìn)行了一個(gè)完整的解碼周期為止。由于咬尾解碼器并不開始及結(jié)束在已知狀態(tài)上，解碼的第一與最后一位趨向于出現(xiàn)較高的差錯(cuò)率。因此，通常允許解碼器完成例如兩個(gè)完整的周期并選擇在兩個(gè)周期中央解碼的位組。然后在兩個(gè)周期上而不是在中央位上求和得出的累積量度。因此，當(dāng)允許咬尾解碼器超程運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將用作相關(guān)值的負(fù)值量度計(jì)算為剛好在解碼最終選擇的輸出位的第一位之前的累積量度與解碼所選擇的輸出位的最后一位之后的量度之間的差。這給出由于處理選擇的輸出位而導(dǎo)致量度增長(zhǎng)多少的正確測(cè)定。
可使用確定質(zhì)量指示符的其它方法，其中可將最終解碼的位序列與存儲(chǔ)的接收軟值回溯地相關(guān)以獲得相關(guān)值，將其除以編碼位的數(shù)目來(lái)得出平均相關(guān)值。如果序列是正確的，則平均相關(guān)值會(huì)等于平均接收信號(hào)幅值。從而，分開的累計(jì)求和所接收的軟值的平方，除以它們的數(shù)目，及取平方根來(lái)得出所接收的信號(hào)的幅值均方根(RMS)平均值。
將平均相關(guān)值除以RMS平均信號(hào)值來(lái)得出位于零與一之間的解碼質(zhì)量指示符。值一表示不存在噪聲且在解碼中未檢測(cè)到錯(cuò)誤。小于一的值表示在接收的信號(hào)中存在的噪聲量及得出的解碼錯(cuò)誤的可能數(shù)目。作為一減去上面確定的值的逆質(zhì)量指示也許更有價(jià)值?？蓪①|(zhì)量指示的逆量化成寬度0.05的20個(gè)帶之一，從而給出介于1與20之間的量化的逆質(zhì)量指示符，其中1表示非常可靠的解碼而20表示非常不可靠的解碼。
圖3的兩個(gè)解碼器85與105都能導(dǎo)致輸出逆質(zhì)量指示符給檢錯(cuò)器90。然后檢錯(cuò)器90根據(jù)兩個(gè)質(zhì)量指示符作出判定來(lái)確定一級(jí)位是否已正確地解碼。例如，只要上面定義的逆量化質(zhì)量指示符之和小于選定的閾值，便可判定解碼最可能是正確的。圖4用圖形示出接受/拒絕閾值對(duì)逆/量化質(zhì)量指示符之和的應(yīng)用。從垂直軸向上標(biāo)記解碼一級(jí)位的第一逆質(zhì)量指示符的可能值1-20。沿水平軸標(biāo)記解碼二級(jí)位的第二逆質(zhì)量指示符。
任何解碼操作的可接受度閾值等于一級(jí)與二級(jí)逆質(zhì)量指示符之和并不應(yīng)超過(guò)20。這對(duì)應(yīng)于圖4中的斜線，它通過(guò)其坐標(biāo)之和等于示范性閾值0的所有格點(diǎn)。從而，落入這一直線的右上方的解碼操作具有超過(guò)20的質(zhì)量值之和而受到拒絕(即分類為錯(cuò)誤的解碼)，而落入閾值線左下方的解碼操作則被接受。當(dāng)然，接收/拒絕線可以不是直線而是通過(guò)預(yù)定格點(diǎn)的曲線。
應(yīng)將曲線選擇成在正確地拒絕錯(cuò)誤的解碼、虛假地拒絕正確的解碼與虛假地接受錯(cuò)誤的解碼之間給出最佳折衷。剩下的事件包括正確接受正確的解碼。在圖5a-5f中為不同的接受/拒絕閾值畫出這四種類型事件的相對(duì)概率。圖5a用下述參數(shù)示出特定類型的編碼器與匹配的解碼器的結(jié)果1.語(yǔ)音編碼器每20毫秒輸出72個(gè)位幀，分成12個(gè)一級(jí)位及60個(gè)二級(jí)位；2.使用比率1/5限制長(zhǎng)度7，咬尾卷積編碼器編碼12個(gè)一級(jí)位給出60個(gè)編碼位；3.使用比率1/3限制長(zhǎng)度7，咬尾卷積編碼器編碼60個(gè)二級(jí)位給出180個(gè)編碼位；以及4.解碼后在各種信噪比上在有噪聲的信道上傳輸該60加180個(gè)編碼位；將閾值18放置在逆量化質(zhì)量指示符之和上來(lái)判定是否應(yīng)接受或拒絕幀。
使用解碼器能發(fā)生四種類型的事件。所希望的事件包含檢錯(cuò)器90接受正確地解碼的幀或者檢錯(cuò)器90拒絕在一級(jí)位中帶有錯(cuò)誤的解碼的幀。不希望的結(jié)果包含錯(cuò)誤地拒絕正確地解碼的幀，或者檢錯(cuò)器90錯(cuò)誤地接受在一級(jí)位中帶有錯(cuò)誤的解碼的幀。
圖5a示出對(duì)于上述參數(shù)作為信噪比(EB/NO)的函數(shù)的四種類型的事件的概率。可看出在一級(jí)位中有錯(cuò)誤的幀絕大部分遭拒絕，逃過(guò)檢錯(cuò)的剩余數(shù)目在0.1％至1％的區(qū)中。話音編碼器能用人工重構(gòu)丟失的段來(lái)橋接同時(shí)保留有用的話音質(zhì)量的幀擦除區(qū)高達(dá)10％。為了了解概率如何隨拒絕閾值的選擇而變化，可觀察下面的圖。圖4a示出無(wú)檢錯(cuò)，其中所有的幀都接受，圖4b示出只在閾值20上拒絕，圖4c示出只在閾值19以上拒絕，圖4e示出只在閾值18以上拒絕，而圖4f示出只在閾值17以上拒絕。
在圖4a-4f中示出由于檢錯(cuò)器錯(cuò)誤地拒絕好幀而引起的幀擦除的數(shù)目有時(shí)大于由錯(cuò)誤引起的被拒絕的幀的數(shù)目。這是任何檢錯(cuò)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)失效率，有時(shí)好幀不能通過(guò)檢驗(yàn)，從而增加了丟失的幀的數(shù)目。然而，因?yàn)楸景l(fā)明為了檢錯(cuò)的目的并不增加以CRC形式的開銷，所有傳輸?shù)哪芰慷际羌性诩m錯(cuò)上的，并從而丟失的幀的數(shù)目低于采用CRC時(shí)。由于錯(cuò)誤地拒絕好幀與錯(cuò)誤地接受壞幀引起的丟失的幀之間的權(quán)衡能通過(guò)選擇拒絕閾值使性能適應(yīng)于特定類型的信息源編碼器與解碼器而改變。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6，其中示出了本發(fā)明的編碼器的另一實(shí)施例，其中不是將一級(jí)與二級(jí)位分組成兩個(gè)分開的數(shù)據(jù)符號(hào)組及分開地編碼與解碼它們，而是將一級(jí)與二級(jí)位一起組合在單一數(shù)據(jù)組120中，該數(shù)據(jù)組清楚地分成一級(jí)與二級(jí)位，并且該組是用單個(gè)卷積編碼器125編碼的。卷積編碼器125最好包括具有取決于該設(shè)備正在編碼一級(jí)或二級(jí)位的可變比率的咬尾卷積編碼器?？勺儽嚷示矸e碼是通過(guò)為各編碼的數(shù)據(jù)位計(jì)算比需要的多的編碼的位并選擇它們的可變部分用于傳輸而生成的。將不選擇用于傳輸?shù)木幋a位稱作“收縮掉”。收縮掉的編碼位的數(shù)目可以以發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間預(yù)先同意的方式從位到位連續(xù)地變化。
由于使用可變編碼率，每當(dāng)編碼器125正在為一級(jí)位計(jì)算編碼位時(shí)，所生成的編碼位的數(shù)目將大于編碼器從二級(jí)位計(jì)算的編碼位。當(dāng)使用單個(gè)收縮卷積編碼器125時(shí)，有時(shí)編碼器125正在處理全部一級(jí)位、全部二級(jí)位或一級(jí)與二級(jí)位的混合物。在此期間，編碼器根據(jù)正在編碼的位的級(jí)別選擇用于傳輸?shù)木幋a的位。收縮方案選擇的位數(shù)可能必須在僅僅二個(gè)值(如4與2或5與3)以上的值之間變化，以便在用一種碼率的一級(jí)位與用第二碼率的二級(jí)位的編碼之間實(shí)現(xiàn)“嵌接”。當(dāng)編碼器125正在編碼二級(jí)位時(shí)，擾頻發(fā)生器130從一級(jí)位中生成擾頻掩碼，如前面描述的，并在擾頻器135上將掩碼與編碼的二級(jí)位相加。作為替代，擾頻發(fā)生器控制將編碼二級(jí)位插入傳輸流中的次序。將編碼的一級(jí)與二級(jí)位提交供傳輸給接收機(jī)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7，其中示出用于解碼按照?qǐng)D4中所示的編碼器編碼的接收信號(hào)。要假設(shè)一組(150)一級(jí)與二級(jí)位。要求的解碼輸出的格式是事先知道在一定的給定位置上包含給定數(shù)目(N1)的一級(jí)位及在其它給定位置上包含第二給定數(shù)目(N2)的二級(jí)位。已知的MLSE解碼器(未示出)能通過(guò)假設(shè)任何N個(gè)接連的解碼的位開始，其中N為限制長(zhǎng)度減1。如上面所述，為2(N-1)種可能的位模式的每一種累積相似性量度，對(duì)于各位模式，首先假設(shè)第N位為1，然后第N位為0，編碼各模式(現(xiàn)在延伸了第N位而包含N位；即等于已知碼的限制長(zhǎng)度)并將編碼的模式與接收的信號(hào)樣本比較。然后與對(duì)應(yīng)的模式一起保留對(duì)應(yīng)于只是它們的第一位位置不同而位2，3，4，…，N全相同的二個(gè)模式的各對(duì)量度中的較小者。以這一方式，保留的模式的數(shù)目現(xiàn)在又是2(N-1)個(gè)，并且N位中的第一位現(xiàn)在已限制在各模式的一定的保留的值上，而位2，3，4，…N現(xiàn)在呈現(xiàn)所有可能的2(N-1)種組合。
過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)地假設(shè)第(N+1)位，第(N+2)位等等，直到解碼了所有的位為止。在各階段上，當(dāng)為了與接收的信號(hào)樣本比較而重新編碼最近假設(shè)的N個(gè)位時(shí)，所使用的重新編碼過(guò)程是根據(jù)該N位為一級(jí)位，二級(jí)位還是混合物選擇的，這與發(fā)射機(jī)為編碼一級(jí)位、二級(jí)位或混合物所用的已知方式相同。換言之，一級(jí)與二級(jí)位的位位置及各自的編碼過(guò)程是在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間事先同意的。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，上述解碼過(guò)程是在一級(jí)位位置上開始的。編碼器155的復(fù)制品從數(shù)據(jù)組150中的X個(gè)鄰接位(限制長(zhǎng)度)的每一次接連的移位中生成若干編碼位。圖5中的從其開始選擇鄰接位的位置跨越二級(jí)與一級(jí)位兩者。然而，第一個(gè)選擇的起始位置應(yīng)是并不生成擾頻的任何編碼位的位置(即一級(jí)位而不是二級(jí)位)。
從而，解碼通過(guò)選擇從位于數(shù)據(jù)組150中的位置上的一組鄰接的位得出的所有可能的假設(shè)開始，該位置不產(chǎn)生已擾頻的編碼位。在這一時(shí)間段中，擾頻掩碼發(fā)生器160生成空模式及擾頻器165執(zhí)行空擾頻操作。在比較器175上將編碼器155的復(fù)制品所生成的編碼位與從接收緩沖器170接收的位比較。接收緩沖器170接收?qǐng)D4的編碼器124生成的編碼信號(hào)。比較器175在編碼位與接收位之間的比較生成鄰接位組的各假設(shè)的量度。將這些量度結(jié)合它們的對(duì)應(yīng)假設(shè)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器180中。將鄰接位組的各種假設(shè)存儲(chǔ)在路徑歷史存儲(chǔ)器152中。
然后從數(shù)據(jù)組150選擇的鄰接位組前進(jìn)通過(guò)不包含擾頻位的所有一級(jí)位位置，在比較器175上在各位置上將生成的編碼位與來(lái)自接收緩沖器170的對(duì)應(yīng)接收位進(jìn)行比較來(lái)計(jì)算量度值的增量。將鄰接位選擇旋轉(zhuǎn)通過(guò)只包含一級(jí)位的各位置之后，假設(shè)存儲(chǔ)器180中包含所有一級(jí)位的若干不同假設(shè)與相關(guān)的部分累積量度。
現(xiàn)在在擾頻掩碼發(fā)生器160中利用一級(jí)位假設(shè)產(chǎn)生擾頻位，它們用擾頻器165在編碼器155的輸出上操作來(lái)為擾頻的二級(jí)數(shù)據(jù)位生成期望的擾頻編碼位?，F(xiàn)在必須將存儲(chǔ)器152中的各假設(shè)一次延伸一位地產(chǎn)生編碼與擾頻的二級(jí)位，然后在比較器175上將它們與來(lái)自接收緩沖器170的對(duì)應(yīng)接收位比較。比較結(jié)果提供對(duì)選擇的假設(shè)的現(xiàn)有量度的增加量度或增量。當(dāng)所有假設(shè)都已前進(jìn)一位并且產(chǎn)生了新的累積量度時(shí)，通過(guò)增加新位將假設(shè)的數(shù)目加倍，然后根據(jù)Viterbi解碼原理在只有它們的最老的位中狀態(tài)不同的對(duì)之間選擇時(shí)將它們的數(shù)目減半。
以這一方式繼續(xù)解碼，直到假設(shè)了包含擾頻的編碼位的數(shù)據(jù)組150的所有位為止，編碼器已移動(dòng)一個(gè)整圈再一次選擇初始的起始位組。解碼繼續(xù)進(jìn)行第二周期，一級(jí)位不需要解擾它們的編碼位，而二級(jí)位需要使用來(lái)自同一機(jī)器狀態(tài)的已經(jīng)假設(shè)的一級(jí)位擾頻。解碼繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行直到認(rèn)為不會(huì)得出進(jìn)一步的改進(jìn)為止。選擇具有最低累積量度的假設(shè)，并從多個(gè)解碼周期的中央抽取解碼的一級(jí)與二級(jí)位組以便避免端點(diǎn)效應(yīng)。
如果在解碼期間未保存部分量度，可回溯利用抽取的位來(lái)處理接收的信號(hào)樣本以生成解碼質(zhì)量指示符。如果在解碼期間保存部分量度，則從緊接在解碼第一一級(jí)位之前的部分量度與解碼最后的一級(jí)位之后的部分量度之差中導(dǎo)出解碼一級(jí)位的質(zhì)量指示符。類似地，從緊接在解碼第一二級(jí)位之前的部分量度與解碼最后的二級(jí)位之后的部分量度之差導(dǎo)出二級(jí)位解碼的質(zhì)量指示符。當(dāng)然，質(zhì)量指示符是從相對(duì)于最佳假設(shè)(即具有最低總量度的機(jī)器狀態(tài))存儲(chǔ)的部分量度中計(jì)算出的，并由檢錯(cuò)器200聯(lián)合處理來(lái)檢驗(yàn)解碼的一級(jí)位中包含解碼錯(cuò)誤的可能性。
雖然在附圖中已示出及在上面的詳細(xì)描述中已描述了本發(fā)明的方法及裝置的較佳實(shí)施例，應(yīng)理解本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，但能具有許許多多重新配置、修正及替代品而不脫離下面的權(quán)利要求所陳述與定義的發(fā)明精神。
權(quán)利要求
1.一種用于編碼供傳輸?shù)男畔⑽坏难b置，包括用于將信息位分類成第一組信息位及第二組信息位中的裝置；第一卷積編碼器，用于編碼第一組信息位以生成第三組編碼的信息位；第二卷積編碼器，用于編碼第二組信息位以生成第四組編碼的信息位，其中第三組信息位對(duì)第一組信息位之比大于第四組信息位對(duì)第二組信息位之比；用于根據(jù)第一組信息位擾頻第四組信息位以生成第五組擾頻的編碼信息位的裝置；以及用于在預(yù)定的傳輸序列中傳輸各該第五組擾頻的編碼信息位及各該第三組編碼信息位的裝置。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中該擾頻裝置進(jìn)一步包括偽隨機(jī)序列發(fā)生器，用于從根據(jù)第一組信息位的初始位組生成擾頻位序列。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中該擾頻位序列包含至少等于第四編碼信息位的數(shù)目的位數(shù)。
4.權(quán)利要求2的裝置，其中該擾頻位序列定義用于重新排列第四組編碼信息位以產(chǎn)生第五組擾頻的編碼信息位的擾頻次序。
5.權(quán)利要求3的裝置，其中該擾頻位是與第四組編碼的信息位的對(duì)應(yīng)的位逐位組合以產(chǎn)生第五組擾頻的編碼信息位的。
6.權(quán)利要求3的裝置，其中擾頻位的第一部分是與第四組編碼的信息位的對(duì)應(yīng)的第一部分逐位組合的，及擾頻位的第二部分定義第四組編碼的信息位的排列的擾頻次序。
7.權(quán)利要求5的裝置，其中的組合包括“異或”運(yùn)算。
8.權(quán)利要求1的裝置，其中該第一卷積編碼器包括咬尾卷積編碼器。
9.權(quán)利要求1的裝置，其中該第二卷積編碼器包括咬尾卷積編碼器。
10.權(quán)利要求1的裝置，其中該第一卷積編碼器包括收縮卷積編碼器。
11.權(quán)利要求1的裝置，其中該第二卷積編碼器包括收縮卷積編碼器。
12.權(quán)利要求1的裝置，其中的第一與第二卷積編碼器包括包含若干存儲(chǔ)器單元的移位寄存器；邏輯電路，用于計(jì)算該移位寄存器的存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容的多種邏輯組合；用于使用第一組信息位的第一部分將存儲(chǔ)器單元初始化到初始狀態(tài)的裝置；控制裝置，用于將第一組與第二組信息位順序移位通過(guò)移位寄存器的存儲(chǔ)器單元直到存儲(chǔ)器單元返回到初始狀態(tài)，及用于在每一次移位之前選擇存儲(chǔ)器單元的多個(gè)邏輯組合，這些組合取決于移位寄存器的存儲(chǔ)器單元只包含第一組信息位還是第二組信息位的部分，這些邏輯組合包括第三與第四組編碼的信息位。
13.權(quán)利要求12的裝置，其中為每一次移位的邏輯組合的選擇按照預(yù)定的收縮方案改變。
14.一種用于接收信號(hào)及從中解碼編碼與擾頻的信息位以生成第一與第二組信息位的裝置，包括第一處理裝置，用于根據(jù)量度值假設(shè)包含第一組信息位的多個(gè)第一位序列來(lái)確定帶有指示最高似然性的累積量度的第一位序列；第一重新編碼裝置，用于重新編碼假設(shè)的多個(gè)第一位序列以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一組信息位的第一期望的信號(hào)樣本；第一量度累積裝置，用于比較該第一期望的信號(hào)樣本與對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)樣本，及用于根據(jù)比較累積與該第一期望的信號(hào)樣本關(guān)聯(lián)的累積量度；解擾裝置，用于根據(jù)確定的最高似然性的第一組信息位解擾對(duì)應(yīng)于第二組信息位的接收信號(hào)樣本；第二處理裝置，用于根據(jù)多個(gè)存儲(chǔ)的量度值成功地假設(shè)包含第二組信息位的第二位序列來(lái)確定具有表示最高似然性的第二累積量度的第二位序列；第二重新編碼裝置，用于重新編碼假設(shè)的第二位序列來(lái)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第二組信息位的第二期望的信號(hào)樣本序列；第二量度累積裝置，用于比較解擾的接收信號(hào)與第二期望的信號(hào)樣本序列，及用于根據(jù)這些比較累積多個(gè)第二累積量度；以及出錯(cuò)指示裝置，用于處理表示最高似然性的第一累積量度與表示最高似然性的第二累積量度來(lái)產(chǎn)生出錯(cuò)指示符信號(hào)。
15.權(quán)利要求14的裝置，其中的第一重新編碼器與第二重新編碼器包括卷積編碼器。
16.權(quán)利要求14的裝置，其中的第一與第二重新編碼器包括咬尾卷積編碼器。
17.權(quán)利要求14的裝置，其中的第一與第二重新編碼器包括收縮卷積編碼器。
18.權(quán)利要求14的裝置，其中的第一重新編碼器產(chǎn)生具有對(duì)第一組信息位的第一比值的若干期望的信號(hào)樣本，及第二重新編碼器產(chǎn)生具有對(duì)第二組信息位的第二比值的若干期望的信號(hào)樣本，其中該第二比值低于第一比值。
19.權(quán)利要求14的裝置，其中該解擾裝置進(jìn)一步包括用于從依賴于所確定的最高似然性的第一位序列的初始狀態(tài)生成解擾位序列的裝置。
20.權(quán)利要求14的裝置，其中該解擾位序列包括至少與用第二量度累積裝置比較的信號(hào)樣本相同數(shù)目的位。
21.權(quán)利要求20的裝置，其中用于解擾的裝置將位擾頻序列的各位與對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)樣本組合。
22.權(quán)利要求19的裝置，其中該解擾位序列為用第二量度累積裝置將接收信號(hào)與期望的信號(hào)樣本的比較確定次序。
23.權(quán)利要求14的裝置，其中該出錯(cuò)指示裝置進(jìn)一步相加地組合第一與第二累積量度，及將其和與閾值比較以產(chǎn)生錯(cuò)誤指示符信號(hào)。
24.權(quán)利要求14的裝置，其中該錯(cuò)誤指示符裝置測(cè)定所接收的信號(hào)樣本的平均信號(hào)強(qiáng)度。
25.權(quán)利要求24的裝置，其中該平均信號(hào)強(qiáng)度是用第一與第二量度累積器裝置計(jì)算的。
26.權(quán)利要求24的裝置，其中該平均信號(hào)強(qiáng)度包括均方根測(cè)度。
27.權(quán)利要求14的裝置，其中該錯(cuò)誤指示符裝置通過(guò)除以各自的平均信號(hào)強(qiáng)度歸一化量度。
28.權(quán)利要求27的裝置，其中該歸一化的量度定義一個(gè)二維平面，而錯(cuò)誤指示符信號(hào)依賴于該信號(hào)位于該平面的第一還是第二區(qū)中。
29.一種用于接收信號(hào)及從中解碼編碼與擾頻的信息位來(lái)產(chǎn)生糾正了傳輸錯(cuò)誤的第一組解碼的信息位加上警告未糾正的錯(cuò)誤的似然性的指示符信號(hào)以及糾正了一些傳輸錯(cuò)誤的第二組信息位的裝置，包括第一處理器裝置，用于依賴于量度值成功地假設(shè)包含所述第一組信息位的第一位序列以確定具有表示最高似然性的第一累積量度的第一位序列；第一重新編碼器裝置，用于重新編碼所述假設(shè)的第一位序列以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述第一組信息位的第一期望的信號(hào)樣本序列；第一量度累積裝置，用于比較所述第一期望的信號(hào)樣本與對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)樣本，及根據(jù)相似性或差別累積所述累積量度；第二處理器裝置，用于依賴量度值成功地假設(shè)包含所述第二組信息位的第二序列以確定具有表示最高似然性的第二累積量度的第二位序列；第二重新編碼器裝置，用于重新編碼所述假設(shè)的第二位序列以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述第二組信息位的第二期望的信號(hào)樣本序列；擾頻裝置，用于用所述最高似然性的確定的第一信息位序列擾頻對(duì)應(yīng)于所述第二組信息位的所述第二期望的信號(hào)樣本；第二量度累積裝置，用于比較所述接收信號(hào)樣本與所述擾頻的期望信號(hào)樣本，及根據(jù)相似性或差別累積所述第二累積量度；以及錯(cuò)誤指示符裝置，用于處理表示最高似然性的所述第一累積量度與表示最高似然性的所述第二累積量度，以生成所述指示符信號(hào)。
30.一種用于編碼第一與第二組信息符號(hào)的方法，包括下述步驟將第一組符號(hào)與第二組符號(hào)組合在一起；在只包含第一組符號(hào)的分組的第一與第二組符號(hào)內(nèi)選擇第一數(shù)目的鄰接位；從該第一數(shù)目的鄰接位中計(jì)算第一數(shù)目的編碼的位；從只包含第二組符號(hào)的分組符號(hào)中選擇第二數(shù)目的鄰接位；從第二數(shù)目的鄰接位中計(jì)算第二數(shù)目的編碼的位；以及當(dāng)所述選擇的第二數(shù)目的鄰接位中只包含來(lái)自第二組符號(hào)的位時(shí)，用第一組符號(hào)擾頻所述第二數(shù)目的編碼的位。
31.權(quán)利要求30的方法，其中該擾頻步驟進(jìn)一步包括下述步驟生成依賴第一組符號(hào)的擾頻掩碼；以及將該擾頻掩碼加到第二組編碼的符號(hào)上。
32.一種用于解碼包含對(duì)應(yīng)于第一組信息符號(hào)的第一組編碼的符號(hào)及對(duì)應(yīng)于第二組信息符號(hào)的第二組擾頻與編碼的符號(hào)的編碼的信息信號(hào)的方法，包括下述步驟處理包含第一組編碼的符號(hào)的編碼信息信號(hào)的第一部分為該第一組信息符號(hào)生成若干假設(shè)及關(guān)聯(lián)的似然性量度；使用第一組信息符號(hào)的這若干假設(shè)處理包含第二組擾頻與編碼的符號(hào)的編碼的信息信號(hào)的第二部分以解擾及解碼擾頻的與編碼的符號(hào)并計(jì)算更新的似然性量度；以及當(dāng)將假設(shè)之一擴(kuò)展成包含所有的第一與第二組信息符號(hào)時(shí)，選擇帶有最高似然性量度的該若干種假設(shè)之一并從其中抽取第一與第二組信息符號(hào)作為想要的解碼的符號(hào)。
全文摘要
公開了一種在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中用第二組數(shù)據(jù)位保護(hù)第一組數(shù)據(jù)位的方法與裝置。編碼第一與第二組數(shù)據(jù)位供在通信網(wǎng)中傳輸。利用從第一組數(shù)據(jù)位生成的擾頻掩碼擾頻第二組編碼數(shù)據(jù)位。然后將第一組編碼數(shù)據(jù)位與第二組編碼與擾頻的數(shù)據(jù)位交錯(cuò)及傳輸給接收機(jī)。解碼第一組數(shù)據(jù)位并用它來(lái)再生擾頻掩碼以解擾第二組編碼與擾頻的數(shù)據(jù)位。然后可解碼第二組數(shù)據(jù)位。利用第二組數(shù)據(jù)位的解碼結(jié)果來(lái)判定是否正確地解碼了第一組數(shù)據(jù)位。
文檔編號(hào)H03M13/23GK1273724SQ98809849
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
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