本發(fā)明涉及語(yǔ)音通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于PCM編碼特征的語(yǔ)音失步檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，語(yǔ)音通信的工作原理為：由終端設(shè)備對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、編碼等處理后，通過各種信道傳輸，對(duì)端終端接收之后，再進(jìn)行解碼等處理還原話音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)端到端通信。這一處理過程中，語(yǔ)音信號(hào)的編碼方式幾乎都采用PCM(脈沖編碼調(diào)制)或以PCM為基礎(chǔ)的編碼壓縮算法，PCM編碼采樣頻率為8k，每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)8位二進(jìn)制碼，通信雙方需嚴(yán)格按照這個(gè)格式進(jìn)行編、解碼，才能還原出原始的語(yǔ)音信號(hào)。傳輸過程中，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)報(bào)文的丟失或錯(cuò)誤，都可能導(dǎo)致語(yǔ)音通信的失步或中斷，因此如何實(shí)現(xiàn)通信中的失步檢測(cè)是每個(gè)通信系統(tǒng)必須解決的問題。

目前常用的失步檢測(cè)方法：發(fā)端插入同步碼，收端逐位比較的方式。這種方法需要占用信道冗余帶寬(傳輸有效載荷之外的信道資源)，發(fā)端周期性集中或分散插入同步碼，如圖1所示。在接收端產(chǎn)生一組與發(fā)送端插入同步碼相同的本地同步碼組，在識(shí)別電路中使用本地同步碼組與接收的信號(hào)序列進(jìn)行逐位的比較、識(shí)別，進(jìn)行失步檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)時(shí)，各個(gè)對(duì)應(yīng)比較的碼位都相同，則沒有失步脈沖輸出；當(dāng)系統(tǒng)處于非同步狀態(tài)，對(duì)應(yīng)比較的碼位不同，這時(shí)就有失步脈沖輸出，使本地同步碼組逐位移動(dòng)，向接收序列中的同步碼組靠近，直至重新進(jìn)入同步狀態(tài)。逐位比較的失步檢測(cè)方法，首先要求傳輸信道提供額外的帶寬資源，插入幀同步碼增加了傳輸設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)為降低載荷數(shù)據(jù)的偽同步概率，同步碼組往往較長(zhǎng)，這勢(shì)必進(jìn)一步降低信道的容量。此外在通信過程中，還可能由于傳輸信道誤碼，引起同步識(shí)別電路也會(huì)誤認(rèn)為失步，從而造成“假失步”等問題。

因此，當(dāng)信道帶寬有限或傳輸誤碼率較高時(shí)，現(xiàn)有失步檢測(cè)方法的效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)上述存在的問題，提供了一種基于PCM編碼特征的語(yǔ)音失步檢測(cè)方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于PCM編碼特征的語(yǔ)音失步檢測(cè)方法，具體包括以下過程，步驟1、語(yǔ)音接收端將加密數(shù)據(jù)解密成PCM數(shù)據(jù)；步驟2、啟動(dòng)失步檢測(cè)，將PCM數(shù)據(jù)的每個(gè)采樣點(diǎn)的8位二進(jìn)制編碼進(jìn)行預(yù)處理；步驟3、對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行“段位碼差值”和“段位碼峰值”兩項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)、分析；步驟4、檢測(cè)周期結(jié)束后，將“段位碼差值”和“段位碼峰值”的統(tǒng)計(jì)值與失步檢測(cè)預(yù)設(shè)的門限值相比較，如不滿足失步判決門限值，則判斷通信同步；如滿足失步判決門限值，則判斷該檢測(cè)周期的通信處于失步狀態(tài)，應(yīng)啟動(dòng)重新同步機(jī)制。

進(jìn)一步的，所述步驟2中的預(yù)處理過程，將8位二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)化為符號(hào)位+段位碼+段內(nèi)碼”格式。

進(jìn)一步的，所述步驟3中“段位碼差值”統(tǒng)計(jì)、分析的具體過程為：(1)每個(gè)檢測(cè)周期開始前，將“段位碼差值”計(jì)數(shù)器清0；(2)檢測(cè)啟動(dòng)后，對(duì)檢測(cè)周期內(nèi)每?jī)蓚€(gè)相鄰采樣點(diǎn)的預(yù)處理數(shù)據(jù)之間的“段位碼差值”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；(3)將統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，如果“段位碼差值”的絕對(duì)值≤1，則“段位碼差值”計(jì)數(shù)器加1；如果“段位碼差值”的絕對(duì)值＞1，則“段位碼差值”計(jì)數(shù)器不變。

進(jìn)一步的，所述步驟3中“段位碼峰值”統(tǒng)計(jì)、分析的具體過程為：(1)每個(gè)檢測(cè)周期開始前，將“段位碼峰值”計(jì)數(shù)器清0；檢測(cè)啟動(dòng)后，對(duì)檢測(cè)周期內(nèi)每?jī)蓚€(gè)相鄰采樣點(diǎn)的預(yù)處理數(shù)據(jù)之間的“段位碼峰值”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；(3)將統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，如果段位碼的絕對(duì)值≥5，則“段位碼差值”計(jì)數(shù)器加1；如果段位碼的絕對(duì)值＜5，則“段位碼峰值”計(jì)數(shù)器不變。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的有益效果為：本發(fā)明通過對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)本身的編碼特征進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)“段位碼差值”和“段位碼峰值”，即統(tǒng)計(jì)“跳變頻率”和“能量分布”，與檢測(cè)門限值相比較，有效地實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信的失步檢測(cè)。與常用的“插入同步碼，逐位比較”方式相比較，本發(fā)明不占用額外的信道資源，有利于提高信道容量；具備極強(qiáng)的抗傳輸誤碼能力，有效防止“假失步”問題；此外本發(fā)明的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)論采用軟件、硬件均可實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于有線、無(wú)線、衛(wèi)星等多種類型的通信系統(tǒng)中。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)失步檢測(cè)方法中插入同步碼的示意圖。

圖2是本發(fā)明失步檢測(cè)流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)用的示意圖。

圖4是本發(fā)明PCM數(shù)據(jù)預(yù)處理示意圖。

圖5是本發(fā)明段位碼差值統(tǒng)計(jì)示意圖。

圖6是本發(fā)明失步判決門限示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

自然界中，正常的各類聲音信號(hào)(例如人類話音、鈴音、音樂、背景聲、汽車?guó)Q笛等)均是較為平緩、漸變的，在經(jīng)過采樣、量化、編碼處理后，輸出64kbps的PCM編碼數(shù)(每一秒8000個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)輸出一個(gè)8位二進(jìn)制碼)，也具有相同的特性。其表現(xiàn)為每個(gè)采樣點(diǎn)之間的段位碼變化較小，同時(shí)在周期內(nèi)的能量分布較為均勻。一旦出現(xiàn)周期內(nèi)大量采樣點(diǎn)間的段位碼劇烈變化以及峰值能量分布，表明該周期的語(yǔ)音信號(hào)發(fā)生了不規(guī)律的跳變，預(yù)示著語(yǔ)音通信中出現(xiàn)了大量噪聲，即語(yǔ)音失步。

如圖3所示是本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)用的示意圖，加密通信系統(tǒng)中的終端A和終端B，通過信道建立通信連接，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信功能，并采用本發(fā)明提出的方法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信的失步檢測(cè)。終端A，將模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過采樣、量化、編碼后，PCM編碼輸出A率PCM數(shù)據(jù)，再經(jīng)過加密后通過發(fā)送單元發(fā)往線路傳輸；終端B，接收單元收到加密語(yǔ)音數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行解密運(yùn)算，恢復(fù)A率PCM數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行失步檢測(cè)。

本發(fā)明的檢測(cè)周期指示每一次失步檢測(cè)的數(shù)據(jù)量和時(shí)間，過短可能降低失步檢測(cè)的準(zhǔn)確性，過長(zhǎng)則會(huì)延緩失步恢復(fù)時(shí)間，降低用戶體驗(yàn)。檢測(cè)周期通常設(shè)定在0.5～1秒之間，下面以輸入信號(hào)為A率PCM數(shù)據(jù)，檢測(cè)周期為1秒為例進(jìn)行說(shuō)明。本方案主要通過對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)本身的編碼特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，來(lái)判斷通信系統(tǒng)的同/失步狀態(tài)，解決在信道帶寬有限和傳輸誤碼較大環(huán)境下的語(yǔ)音失步檢測(cè)技術(shù)問題。

如圖2所示，一種基于PCM編碼特征的語(yǔ)音失步檢測(cè)方法，具體包括以下過程。

步驟1、語(yǔ)音接收端將加密數(shù)據(jù)解密成PCM數(shù)據(jù)。

步驟2、啟動(dòng)失步檢測(cè)，將PCM數(shù)據(jù)的每個(gè)采樣點(diǎn)的8位二進(jìn)制編碼0x8d與0xd5相異或，將8位二進(jìn)制編碼0x8d轉(zhuǎn)化為“符號(hào)位+段位碼+段內(nèi)碼”格式，如圖4所示，預(yù)處理后的8位二進(jìn)制編碼0x58中bit7為符號(hào)位，bit6～4為段位碼，bit3～0為段內(nèi)碼。

步驟3、如圖5所示，是段位碼統(tǒng)計(jì)示意圖，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中，以任意一個(gè)采樣點(diǎn)的8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)作為失步檢測(cè)起始點(diǎn)，本實(shí)施例是以0x68為起點(diǎn)，在第1個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)(1秒),統(tǒng)計(jì)分析相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)件的“段位碼差值”和“段位碼峰值”；段位碼差值，表示在檢測(cè)周期內(nèi)，語(yǔ)音信號(hào)的變化頻率，當(dāng)相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)的“段位碼差值”的絕對(duì)值≤1時(shí)，“段位碼差值”統(tǒng)計(jì)值Num_margin加1；當(dāng)“段位碼差值”的絕對(duì)值＞1時(shí)，“段位碼差值”統(tǒng)計(jì)值Num_margin不變，每個(gè)檢測(cè)周期結(jié)束后需將Num_margin清零；如圖5中第1、2、3個(gè)采樣數(shù)據(jù)依次為0x68、0x72、0xb2，對(duì)應(yīng)的段位碼為+6、+7、-3；其中第1和第2個(gè)采樣點(diǎn)之間段位碼相減的絕對(duì)值為1，則Num_margin加1，第2和第3個(gè)采樣點(diǎn)間段位碼相減的絕對(duì)值為10，則Num_margin不變?nèi)詾?，依次計(jì)算，直至檢測(cè)周期結(jié)束。段位碼峰值，體現(xiàn)了檢測(cè)周期內(nèi)，語(yǔ)音信號(hào)的能量分布。當(dāng)一個(gè)采樣點(diǎn)的段位碼絕對(duì)值≥5時(shí)，“段位碼峰值”統(tǒng)計(jì)值Num_chord加1；當(dāng)采樣點(diǎn)的段位碼絕對(duì)值＜5時(shí)，“段位碼峰值”統(tǒng)計(jì)值Num_chord不變，每個(gè)檢測(cè)周期結(jié)束時(shí)需將“段位碼峰值”統(tǒng)計(jì)值Num_chord清零；如圖5所示，第1-3個(gè)采樣數(shù)據(jù)依次為0x68、0x72、0xb2，對(duì)應(yīng)的段位碼絕對(duì)值為+6、+7、-3；其中第1和第2個(gè)采樣點(diǎn)的段位碼絕對(duì)值≥5，兩個(gè)采樣點(diǎn)均是段位碼絕對(duì)值≥5，則“段位碼峰值”統(tǒng)計(jì)值Num_chord加2，第3個(gè)采樣點(diǎn)的段位碼絕對(duì)值為3，不滿足條件，則“段位碼峰值”統(tǒng)計(jì)值Num_chord不變，依次計(jì)算，直至檢測(cè)周期結(jié)束。

步驟4、檢測(cè)周期結(jié)束后，將“段位碼差值”和“段位碼峰值”的統(tǒng)計(jì)值與失步檢測(cè)預(yù)設(shè)的門限值相比較，如不滿足失步判決門限值，則判斷通信同步；如滿足失步判決門限值，則判斷該檢測(cè)周期的通信處于失步狀態(tài)，應(yīng)啟動(dòng)重新同步機(jī)制?；赑CM編碼的語(yǔ)音失步檢測(cè)門限，是根據(jù)統(tǒng)計(jì)周期語(yǔ)音信號(hào)的變化頻率和能量分布來(lái)設(shè)計(jì)，如圖6所示，具體如下：

檢測(cè)周期：1秒，包含8000采樣點(diǎn)；判決條件：條件一，一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，段位碼差值的統(tǒng)計(jì)Num_margin≤4000；條件二，一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，段位碼峰值的統(tǒng)計(jì)Num_chord≥2000。(1)如果統(tǒng)計(jì)的段位碼差值Num_margin和段位碼峰值Num_chord同時(shí)滿足判決條件一、二，則表示檢測(cè)周期內(nèi)語(yǔ)音通信處于失步狀態(tài)；(2))如果統(tǒng)計(jì)的段位碼差值Num_margin和段位碼峰值Num_chord只滿足任意一個(gè)判決條件，不滿足另一個(gè)，則表示語(yǔ)音通信處于同步狀態(tài)；(3)如果統(tǒng)計(jì)的段位碼差值Num_margin和段位碼峰值Num_chord同時(shí)不滿足判決條件一、二，表示語(yǔ)音通信處于同步工作狀態(tài)。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所做的非實(shí)質(zhì)性改變或改進(jìn)，都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍。