專利名稱：一種基于ip應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種編解碼方法，更確切地說是涉及一種基于IP傳送應(yīng)用和抗誤碼的脈沖編碼調(diào)制(PCM)編解碼方法。
現(xiàn)有的對語音或音樂的基于IP傳送應(yīng)用的主要過程是先對輸入語音或音樂數(shù)據(jù)進行PCM編碼，將經(jīng)編碼后的數(shù)據(jù)打包成幀；再經(jīng)因特網(wǎng)(國際互聯(lián)網(wǎng)-Internet)傳輸后，進行解包及PCM解碼輸出。


圖1中示出這種基于IP傳送應(yīng)用的具體過程，包括語音或音樂輸入發(fā)送端10；進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼11；對單幀或多幀語音或音樂數(shù)據(jù)進行TCP(一種因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議)或UDP(一種因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議)打包12；對單幀或多幀語音或音樂數(shù)據(jù)進行因特網(wǎng)協(xié)議(IP)打包13；在信道(國際互聯(lián)網(wǎng))上傳輸14；接收端進行語音或音樂數(shù)據(jù)包的IP解包15；進行TCP或UDP的解包16；進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼17；最后恢復(fù)語音或音樂輸出18。
目前有線IP(因特網(wǎng)協(xié)議)信道傳輸?shù)目煽啃噪m已日益增強，但對于IP數(shù)據(jù)包的傳輸過程而言，、仍存在有一定的傳輸錯誤，其中除了有IP數(shù)據(jù)包的丟失情況外，占有相當(dāng)大比例的錯誤是突發(fā)性質(zhì)的，主要表現(xiàn)為傳輸幀中某個或某幾個孤立的比特(BIT)錯誤。
在上述的對語音或音樂的基于IP傳送應(yīng)用的過程中，由于在語音或音樂的傳輸數(shù)據(jù)幀中沒有設(shè)置錯誤校驗功能，且對出錯的IP數(shù)據(jù)包僅作簡單處理或不作處理。在基于IP的語音或音樂的傳輸過程中，如果對于這種錯誤不加處理，就會影響語音或音樂的傳輸質(zhì)量。如果僅僅對出錯幀作簡單的丟棄處理，一方面浪費掉大量有用的正確數(shù)據(jù)，另一方面也會對音樂或語音的傳輸質(zhì)量造成影響。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，針對現(xiàn)有技術(shù)中，對語音或音樂的傳輸數(shù)據(jù)幀中不設(shè)置錯誤校驗功能和對出錯幀僅作簡單丟棄處理所帶來的缺點，而提出一種新的基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，以增強語音或音樂幀在傳輸過程中的抗突發(fā)錯誤的能力，進而提高語音或音樂的傳輸質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于于發(fā)送側(cè)，對語音或音樂數(shù)據(jù)流按段進行校驗并插入校驗信息，再對數(shù)據(jù)流及校驗信息進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)的數(shù)據(jù)打包及因特網(wǎng)(IP)數(shù)據(jù)打包后發(fā)送；于接收側(cè)，對經(jīng)因特網(wǎng)IP數(shù)據(jù)解包和因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)數(shù)據(jù)解包后的數(shù)據(jù)流及校驗信息按段進行校驗，對出錯段進行語音或音樂數(shù)據(jù)恢復(fù)處理。
所述的于發(fā)送側(cè)，對語音或音樂數(shù)據(jù)流按段進行校驗并插入校驗信息，和所述的于接收側(cè)，對數(shù)據(jù)流及校驗信息按段進行校驗，進一步包括以下步驟于發(fā)送側(cè)，對經(jīng)脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼后的語音或音樂數(shù)據(jù)按時間順序進行分段；對每一分段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行校驗并插入校驗信息；將校驗信息隨各分段語音或音樂數(shù)據(jù)進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)的數(shù)據(jù)打包及因特網(wǎng)(IP)數(shù)據(jù)打包，形成可供下層協(xié)議傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包；于接收側(cè)，對經(jīng)因特網(wǎng)(IP)數(shù)據(jù)解包及因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)數(shù)據(jù)解包后的語音或音樂數(shù)據(jù)，按所述的分段及校驗信息進行校驗，判斷校驗結(jié)果是否正確；在校驗結(jié)果為錯誤時，確定發(fā)生錯誤的分段位置；對出錯分段進行恢復(fù)處理，再進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作。
在判斷校驗結(jié)果是正確時，直接進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作，恢復(fù)輸出語音或音樂。
所述的對經(jīng)脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼后的語音或音樂數(shù)據(jù)進行分段是按一定的時間間隔順序進行的。
所述分段的時間間隔為5ms-40ms。
所述的對打包前的每一分段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行校驗并插入校驗信息，和對解包后的每一分段內(nèi)的數(shù)據(jù)及校驗信息進行校驗，是采用傳統(tǒng)的循環(huán)校驗(CRC)法進行的。
所述的將校驗信息隨各分段語音或音樂數(shù)據(jù)進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)的數(shù)據(jù)打包，是按一幀數(shù)據(jù)的長度，將校驗信息隨語音或音樂數(shù)據(jù)組成幀，再進行IP打包。
所述的對出錯分段進行恢復(fù)處理，進一步包括繼續(xù)判斷是否接收到下一分段；在有下一分段時，對當(dāng)前出錯分段作插值處理，利用波形插值法恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)；在無下一分段時，對當(dāng)前出錯分段進行預(yù)測處理，利用線性預(yù)測法恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼PCM編碼方法，其特征在于包括發(fā)送側(cè)的因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對語音或音樂信號進行量化編碼成數(shù)據(jù)流；按時間間隔將數(shù)據(jù)流順序分成段；對每一段內(nèi)數(shù)據(jù)進行校驗，并插入校驗信息；按一幀時間長度將各分段數(shù)據(jù)及其校驗信息打包成幀，再進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議打包及因特網(wǎng)協(xié)議打包，通過信道傳送到接收側(cè)；接收側(cè)的因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對經(jīng)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行因特網(wǎng)協(xié)議解包和因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議解包；對解包后的數(shù)據(jù)流仍按原分段及其校驗信息進行校驗；對于校驗正確的段，直接進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作；對于校驗出錯的段，由恢復(fù)處理模塊進行恢復(fù)處理，然后再進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作，恢復(fù)輸出語音或音樂。
所述的恢復(fù)處理模塊，先判斷是否接收到出錯分段的下一分段數(shù)據(jù)；在有下一分段數(shù)據(jù)時，對當(dāng)前出錯分段作插值處理，利用波形插值法恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)；在無下一分段數(shù)據(jù)時，對當(dāng)前出錯分段進行預(yù)測處理，利用線性預(yù)測法恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的基本思想是在語音或音樂的IP數(shù)據(jù)包中插入若干錯誤校驗域，對數(shù)據(jù)流進行分段校驗，即在同一數(shù)據(jù)幀中，對數(shù)據(jù)按時間順序分成數(shù)據(jù)段，對每段數(shù)據(jù)進行校驗，并將校驗信息插入數(shù)據(jù)段中傳輸，從而提高編碼的抗誤碼能力，可以增大對錯誤幀處理的靈活性，并可充分利用已成功接收到的語音或音樂的數(shù)據(jù)包。
由于在每一幀語音或音樂的數(shù)據(jù)中插入了分段，在發(fā)生傳輸錯誤時，可以方便地確定錯誤位置，從而可以充分利用未出錯分段的數(shù)據(jù)來恢復(fù)出錯分段的數(shù)據(jù)；通過所確定的發(fā)生錯誤的位置，可以方便地采用傳統(tǒng)的更為靈活的幀內(nèi)恢復(fù)算法，以降低運算量的需求；由于大多數(shù)錯誤可以利用同幀內(nèi)的正確數(shù)據(jù)進行恢復(fù)和處理，所以在發(fā)生錯誤時減小了需要等待下一幀數(shù)據(jù)的概率，降低了進行錯誤處理時需要附加的延時；由于抗誤碼能力的提高，可以容忍更長的數(shù)據(jù)包，減小由于設(shè)置包頭帶來的帶寬損耗；幀內(nèi)各分段可以采用很簡單的校驗方法(如CRC算法)，因此不會因設(shè)置校驗域而帶來大的網(wǎng)絡(luò)開銷。
本發(fā)明中對出錯分段的恢復(fù)處理，所涉及的線性預(yù)測處理法及波形插值處理法，可概括為所述的波形插值法包括通過分別估計出出錯分段上一個分段與下一個分段的基音周期，得到當(dāng)前出錯分段的語音基音個數(shù)；根據(jù)上一個與下一個分段的基音周期和當(dāng)前出錯分段的語音基音個數(shù)，通過插值得到當(dāng)前出錯分段的基音周期；分別從上一個分段與下一個分段中提取一個完整的基音；利用從上一個分段與下一個分段中提取的基音和當(dāng)前出錯分段的語音基音個數(shù)及基音周期，對當(dāng)前出錯分段的基音進行線性插值，獲得當(dāng)前出錯分段各個基音中各點的相位及幅度。
所述的線性預(yù)測法包括將出錯分段上一個分段的數(shù)據(jù)分成兩個子段，分別估計出每個子段的基音周期；根據(jù)第一子段的基音周期和第二子段的基音周期求出當(dāng)前出錯分段的語音基音個數(shù)；預(yù)測當(dāng)前出錯分段的語音基音周期；分別從第一子段與第二子段數(shù)據(jù)中提取一個完整的基音；利用從第一子段與第二子段中提取的基音和當(dāng)前出錯分段的語音基音個數(shù)及基音周期，對當(dāng)前出錯分段的基音進行線性插值，獲得當(dāng)前出錯分段各個基音中各點的相位及幅度。
上述方法已公開在申請日為2000年9月30日、申請?zhí)枮?0129594.2、名稱為“一種在網(wǎng)絡(luò)上傳輸IP語音包的丟包恢復(fù)方法”的中國專利申請中，只是其IP語音數(shù)據(jù)包的概念被分段的概念所取代，相關(guān)內(nèi)容不再詳述。
該發(fā)明可以應(yīng)用于目前INTERNET上公用網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)的IP語音或音樂傳送，也可以用于未來移動通信中基于IP的核心網(wǎng)語音或音樂傳送。
下面結(jié)合實施例及附圖進一步說明本發(fā)明的技術(shù)。
圖1是傳統(tǒng)的基于IP應(yīng)用的語音或音樂的傳輸過程示意框圖。
圖2是本發(fā)明的語音或音樂數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的語音或音樂數(shù)據(jù)幀發(fā)生錯誤時的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明的方法流程框圖。
圖5是本發(fā)明的接收端譯碼過程示意框圖。
圖6是本發(fā)明方法在IP網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用示意圖。
圖1說明前已述及，不再贅述。
參見圖4，并結(jié)合參見圖2、圖3，發(fā)送端編碼的基本流程是輸入信源是語音或音樂信號，根據(jù)采樣率順序輸入，獲得采樣量化的數(shù)據(jù)；對輸入的數(shù)據(jù)進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼后按時間順序并以一定的時間間隔分段(401)；對每一段數(shù)據(jù)進行校驗并插入校驗信息(402)；進行TCP或UDP打包形成數(shù)據(jù)幀(403)，其分段及插入校驗信息后的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖2中所示；對數(shù)據(jù)幀進行IP打包后(404)，再送入下層(傳輸層)協(xié)議進行傳輸(405)，如Internet傳輸。
接收端解碼的基本流程是接收端進行IP解包(406)；進一步進行TCP或UDP解包(407)；對解包后的數(shù)據(jù)按原分段及其校驗信息進行校驗(408)；在無出錯的正常情況下，PCM解碼模塊正常解碼，輸出語音或音樂信號(410)；在出錯情況下，根據(jù)校驗結(jié)果確定錯誤發(fā)生的分段位置，如圖3中出錯比特(error bit)發(fā)生在幀結(jié)構(gòu)的某一分段數(shù)據(jù)中，對出錯分段進行恢復(fù)處理(409)；再經(jīng)PCM解碼模塊解碼后輸出語音或音樂信號(410)。
結(jié)合參見圖5，對解包后的數(shù)據(jù)進行校驗判斷是否有出錯分段(501)；在當(dāng)前分段出錯情況下，對該出錯分段進行恢復(fù)處理，是由恢復(fù)處理模塊執(zhí)行的，在判斷出當(dāng)前的出錯分段后，需進一步判斷該出錯分段的下一分段是否可得(502)；若可得，則利用下一分段數(shù)據(jù)對當(dāng)前的出錯分段作波形插值處理，以恢復(fù)出當(dāng)前的出錯分段(503)；若下一分段不可得，則利用上一分段數(shù)據(jù)對當(dāng)前的出錯分段作線性預(yù)測處理(504)；最后再對恢復(fù)出的當(dāng)前出錯分段數(shù)據(jù)作PCM解碼，輸出語音或音樂信號(505)。
采用本發(fā)明的方法，可以在接收端解碼時檢測出傳輸中的錯誤幀，并對錯誤幀進行恢復(fù)處理，保證了語音或音樂的傳輸質(zhì)量。
參見圖6，圖中示出一個簡單的應(yīng)用本發(fā)明方法的實例，在因特網(wǎng)公用網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)上進行語音或音樂的傳送。如圖中所示，在其中的IP網(wǎng)關(guān)，采用本發(fā)明的編解碼方法，在出現(xiàn)傳輸比特(BIT)出錯的情況下，譯碼器能夠自動糾正錯誤，保證譯碼質(zhì)量。
具體操作為發(fā)送端交換機通過電話機等設(shè)備接收由用戶線路傳送的語音或音樂信號(模擬信號)，進行量化(PCM編碼)，并將量化后的PCM編碼數(shù)據(jù)傳送給IP網(wǎng)關(guān)；IP網(wǎng)關(guān)對由交換機傳輸?shù)恼Z音或音樂數(shù)據(jù)進行傳輸層協(xié)議打包，同時按一定的時間間隔T(T＝5ms)，對每一時段內(nèi)數(shù)據(jù)進行校驗，并在數(shù)據(jù)流中插入校驗位，然后以每30ms數(shù)據(jù)組成一幀再進行IP打包，通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳送到接收端。
接收端的IP網(wǎng)關(guān)對由Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行IP解包和傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)解包，同時對接收的數(shù)據(jù)進行分時段的校驗，時段長度等于發(fā)送端的分時段長度T(T＝5ms)，對于校驗正確的時段，直接進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作，對于校驗出錯的時段，由恢復(fù)處理模塊進行恢復(fù)處理，然后再進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作，解碼輸出的語音或音樂，由交換機通過用戶線路傳送到電話機等用戶終端設(shè)備，進行語音或音樂的輸出。
分時段長度T可取5ms-40ms，若間隔太長，則會增加傳輸延時，影響語音或音樂的收聽質(zhì)量。
在此實施例中，校驗位可采用簡單的CRC校驗算法。
權(quán)利要求
1.一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于于發(fā)送側(cè)，對語音或音樂數(shù)據(jù)流按段進行校驗并插入校驗信息，再對數(shù)據(jù)流及校驗信息進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)的數(shù)據(jù)打包及因特網(wǎng)(IP)數(shù)據(jù)打包后發(fā)送；于接收側(cè)，對經(jīng)因特網(wǎng)IP數(shù)據(jù)解包和因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)數(shù)據(jù)解包后的數(shù)據(jù)流及校驗信息按段進行校驗，對出錯段進行語音或音樂數(shù)據(jù)恢復(fù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的于發(fā)送側(cè)，對語音或音樂數(shù)據(jù)流按段進行校驗并插入校驗信息，和所述的于接收側(cè)，對數(shù)據(jù)流及校驗信息按段進行校驗，進一步包括以下步驟于發(fā)送側(cè)，對經(jīng)脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼后的語音或音樂數(shù)據(jù)按時間順序進行分段；對每一分段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行校驗并插入校驗信息；將校驗信息隨各分段語音或音樂數(shù)據(jù)進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)的數(shù)據(jù)打包及因特網(wǎng)(IP)數(shù)據(jù)打包，形成可供下層協(xié)議傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包；于接收側(cè)，對經(jīng)因特網(wǎng)(IP)解包及因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)解包后的語音或音樂數(shù)據(jù)按所述的分段及校驗信息進行校驗，判斷校驗結(jié)果是否正確；在校驗結(jié)果為錯誤時，確定發(fā)生錯誤的分段位置；對出錯分段進行恢復(fù)處理，再進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于在判斷校驗結(jié)果是正確時，直接進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作，恢復(fù)輸出語音或音樂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的對經(jīng)脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼后的語音或音樂數(shù)據(jù)進行分段是按一定的時間間隔順序進行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的發(fā)送側(cè)分段的時間間隔為5ms-40ms。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的對打包前的每一分段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行校驗并插入校驗信息，和對解包后的每一分段內(nèi)的數(shù)據(jù)及校驗信息進行校驗，是采用傳統(tǒng)的循環(huán)校驗(CRC)法進行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的將校驗信息隨各分段語音或音樂數(shù)據(jù)進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)的數(shù)據(jù)打包，是按一幀數(shù)據(jù)的長度，將校驗信息隨語音或音樂數(shù)據(jù)組成幀，再進行IP打包。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的對出錯分段進行恢復(fù)處理，進一步包括繼續(xù)判斷是否接收到下一分段；在有下一分段時，對當(dāng)前出錯分段作插值處理，利用波形插值法恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)；在無下一分段時，對當(dāng)前出錯分段進行預(yù)測處理，利用線性預(yù)測法恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)。
9.一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于包括發(fā)送側(cè)的因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對語音或音樂信號進行量化編碼成數(shù)據(jù)流；按時間間隔將數(shù)據(jù)流順序分成段；對每一段內(nèi)數(shù)據(jù)進行校驗，并插入校驗信息；按一幀時間長度將各分段數(shù)據(jù)及其校驗信息打包成幀，再進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議打包及因特網(wǎng)協(xié)議打包，通過信道傳送到接收側(cè)；接收側(cè)的因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對經(jīng)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行因特網(wǎng)協(xié)議解包和因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議解包；對解包后的數(shù)據(jù)流仍按原分段及其校驗信息進行校驗；對于校驗正確的段，直接進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作；對于校驗出錯的段，由恢復(fù)處理模塊進行恢復(fù)處理，然后再進行脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼操作，恢復(fù)輸出語音或音樂。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法，其特征在于所述的恢復(fù)處理模塊先判斷是否接收到出錯分段的下一分段數(shù)據(jù)；在有下一分段數(shù)據(jù)時，對當(dāng)前出錯分段作波形插值處理，恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)；在無下一分段時，對當(dāng)前出錯分段進行線性預(yù)測處理，恢復(fù)當(dāng)前出錯分段的語音或音樂數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于IP應(yīng)用的抗誤碼編解碼方法。于發(fā)送側(cè),對經(jīng)脈沖編碼調(diào)制(PCM)后的語音或音樂數(shù)據(jù)流按段進行校驗并插入校驗信息,再進行因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)打包及因特網(wǎng)(IP)打包后發(fā)送;于接收側(cè),對經(jīng)IP解包和TCP或UDP解包后的數(shù)據(jù)流及校驗信息按段進行校驗,確定出錯段位置,并對其進行恢復(fù)處理,然后再作PCM解碼輸出。本發(fā)明通過在語音或音樂編碼幀中加入校驗信息,從而增強其在傳輸過程中的抗突發(fā)錯誤能力,進而提高傳輸質(zhì)量。
文檔編號H04B14/04GK1350377SQ0012995
公開日2002年5月22日 申請日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月19日
發(fā)明者霍其增, 孫亞民, 潘勝昔 申請人:華為技術(shù)有限公司