公开/公告号CN101019327A
专利类型发明专利
公开/公告日2007-08-15
原文格式PDF
申请/专利权人 摩托罗拉公司(在特拉华州注册的公司);
申请/专利号CN200580008230.1
申请日2005-03-10
分类号H03M13/00(20060101);
代理机构11219 中原信达知识产权代理有限责任公司;
代理人陆锦华;穆德骏
地址 美国伊利诺伊州
入库时间 2023-12-17 18:59:03
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2011-07-27
专利权人的姓名或者名称、地址的变更 IPC(主分类):H03M13/00 变更前: 变更后: 申请日:20050310
专利权人的姓名或者名称、地址的变更
2010-02-24
授权
授权
2007-10-10
实质审查的生效
实质审查的生效
2007-08-15
公开
公开
技术领域
本发明通常涉及通信系统，并且特别地，涉及一种用于对具有端到端加密的通信系统中编码帧重要性分类的方法和设备。
背景技术
对于具有端到端加密的无线电通信系统，例如，如欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute)(ETSI)所定义的陆地集群无线电(TErrestrial Trunked RAdio)(TETRA)系统，使接收终端中的解密模块同发射终端中的加密模块同步的同步信息，被嵌入在音频数据流中。特别地，在加密音频数据流的起点处，重复的同步信息替换语音信息，以便于确保当加密语音数据开始传出时，解密模块是同步的。重复地安置同步信息，以允许所谓的延迟加入(lateentry)，并且使安置同步信息之间的时间周期随机化。当两个安全系统正在通信并且双方需要处于密码算法中的完全相同的向量状态时，该延迟加入出现。因此大部分安全系统将该向量作为第一个数据发送。然而，如果接收方丢失了该向量(接收移动站可能关机)，则该接收方将不再能够解密消息的剩余部分。为了克服该问题，需要额外的同步。因此，在交织到数据中的小的部分中发送密码向量。这使得移动站即使在丢失第一部分时仍能够重新获得密码同步。该额外的同步被实现为所谓的帧挪用(frame stealing)。该帧挪用以这样的方式实现，即同步信息替换某些音频帧。丢弃由同步信息替换的音频数据。
尽管帧挪用技术允许接收终端中的解密模块同发射终端中的加密模块之间的同步，但是该处理具有某些明显的缺陷。
在TETRA通信系统中，如果帧已被挪用并且用于同步，则ACELP(Algebraic Code Excited Linear Predictive)(代数码激励线性预测)解码器试图使用坏帧指示(Bad Frame Indication)(BFI)算法重新构造丢失的帧。BFI算法是ACELP标准的一部分。然而，重新构造的结果常常远不是理想的，并且移动站扬声器中的音频信号的质量是差的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种方法，所述方法通过计算使用错误检测情况下进行帧的第一解码的输出同不使用所述错误检测情况下进行所述帧的第二解码的输出之间的能量差，对数字通信系统中编码帧的重要性进行分类。
优选地，根据代数码激励线性预测(ACELP)对所述帧进行编码，并且所述方法包括下列步骤：
a)在启用坏帧指示(BFI)功能的ACELP解码器中对帧进行第一解码；
b)在禁用所述BFI功能的所述ACELP解码器中对所述帧进行第二解码；
c)计算所述第一解码输出和所述第二解码输出之间的能量差。所述计算的能量差是所述重要性的测度。所述第一解码和所述第二解码的所述输出是脉冲编码调制信号。
为了允许在相同的条件下执行这两个解码步骤，在所述第一解码步骤之前存储ACELP解码器的状态，并且在第二解码步骤之前将该ACELP解码器的状态重新设定到所保存的状态。另外，保存所述第一解码和所述第二解码的输出，用于所述能量差的所述计算。
在一个实施例中，在数据流中的每个ACELP编码帧上执行步骤a)～c)。
优选地，在所述计算步骤中，使用基本能量估计。可替换地，可以实现语音活动检测(VAD)方法。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于对数字通信系统中编码帧重要性分类的设备。该设备包括：解码装置和错误检测装置，其中所述解码装置适于在所述错误检测装置激活情况下解码帧，并且在所述错误检测装置撤消激活情况下解码所述帧。该设备进一步包括：处理器，其适于计算所述错误检测装置激活情况下进行的所述帧解码的输出同所述错误检测装置撤消激活情况下进行的所述帧解码的输出之间的能量差。
优选地，所述解码装置是代数码激励线性预测(ACELP)解码器，并且所述错误检测装置是坏帧指示(BFI)功能。该设备进一步包括：存储器，用于在所述错误检测激活情况下进行所述第一解码之前存储ACELP解码器的状态，并且用于在所述错误检测撤消激活情况下进行所述第二解码之前将所述ACELP解码器的状态重新设定为所保存的状态。所述存储器还适于存储所述错误检测激活情况下进行的所述解码的输出和所述错误检测撤消激活情况下进行的所述解码的输出。对于所述能量差的所述计算，该输出是必需的。
所述处理器适于使用基本能量估计、或者可替换地使用语音活动检测(VAD)方法，计算能量差。
本发明有利地允许：
·在不使音频严重劣化的情况下进行快速同步，
·提高移动站扬声器中的音频质量。
附图说明
通过下面的详细描述，结合附图，将更加全面地理解和认识本发明，在附图中：
图1是说明了在本发明一个实施例中的对数字通信系统中编码帧重要性分类的方法的流程图，
图2是说明了在本发明一个实施例中的用于实现对数字通信系统中编码帧重要性分类的方法的设备的示图。
具体实施方式
参考图1和图2，示出了根据本发明的对数字通信系统中编码帧重要性分类的方法的一个实施例。在该实施例中，具有根据代数码激励线性预测(ACELP)进行编码的帧形式的无线电信号，由ACELP解码器202接收102。然后在错误检测装置204激活的情况下，在所述ACELP解码器202中对第一个帧进行第一解码106。在所述第一解码的步骤106之前，将ACELP解码器202的状态存储104在设备200的存储器208中。术语“ACELP解码器的状态”指在特定时间中ACELP解码器的参数集合。在一个实施例中，所述错误检测装置204是坏帧指示(BFI)功能。在下一步骤中，使ACELP解码器的状态恢复110为存储在所述存储器209中的状态。下一步，在所述错误检测装置204撤消激活的情况下，执行所述ACELP解码器202中的所述帧的第二解码112。所述第一解码106和所述第二解码112的输出被保存108、114在所述存储器208中。ACELP解码器202的输出是脉冲编码调制信号。保存在存储器208中的所述输出用于计算116所述第一106解码输出和所述第二112解码输出之间的能量差。该能量差是所述重要性的测度。
在所述计算步骤116中，使用基本能量估计。该基本能量估计是硬件或软件实现的计算功能，其估计传入信号的均方根(RMS)功率。可替换地，在计算步骤116中，使用语音活动检测(VAD)方法。该VAD方法在通信系统中是公知的，例如在全球移动通信系统(GSM)中或在TETRA中，该VAD方法是用于识别话音数据比特存在或缺失的处理。
在操作中，针对数据流中的每个ACELP编码帧，执行如上文所述的基于所计算能量差的对帧重要性分类的方法。
在实际的实现方案中，在数字通信系统中使用对编码帧重要性分类的方法，其中实现了具有帧挪用的帧同步处理。在基于帧的重要性选择待挪用的帧时(即，待挪用的帧具有比其他帧的重要性低的重要性)，使帧挪用对音频质量的不利影响最小。
参考图2，示出了用于在数字通信系统中对编码帧重要性分类的设备200。该设备200包括：解码装置202和错误检测装置204。
在一个实施例中，特别适用于TETRA系统，所述解码装置202是代数码激励线性预测(ACELP)解码器并且所述错误检测装置204是坏帧指示(BFI)功能。
所述解码装置202适于在所述错误检测装置204激活的情况下解码帧，并且在所述错误检测装置204撤消激活的情况下解码所述帧。该设备200进一步包括：处理器206，其适于计算在所述错误检测装置204激活情况下进行的所述帧的第一解码106的输出同所述错误检测装置204撤消激活情况下进行的所述帧的第二解码112的输出之间的能量差。
该设备200进一步包括：存储器208，用于在所述错误检测装置204激活情况下进行所述第一解码的步骤106之前，存储解码装置202的状态。所述存储状态用于在所述错误检测装置204撤消激活情况下进行所述第二解码的步骤112之前，将所述解码装置202重新设定为所存储的状态。
在一个实施例中，当存储器208的容量足够大时，该存储器可用于存储ACELP解码器202的状态和ACELP解码器202的输出。可替换地，可以使用两个存储器模块，其中第一存储器模块用于存储所述状态，而第二存储器模块用于存储所述ACELP解码器的输出。
存储器208是随机存取存储器(RAM)。
在一个实施例中，所述处理器206适于使用基本能量估计计算能量差。在可替换的实施例中，所述处理器206适于使用语音活动检测(VAD)方法计算能量差。
在另一实施例中，基本能量估计或者VAD方法可以以专用集成电路的形式通过硬件实现。
所述存储器208适于存储所述错误检测激活情况下执行的所述第一解码106的输出和所述错误检测撤消激活情况下执行的所述第二解码112的输出。然后在所述计算116所述能量差的处理中使用所存储的输出。在计算所述能量差之后，所述处理器206通过对特定帧做标志118，指出该特定帧的重要性。为了对编码帧重要性分类的目的，使用了ACELP解码器。该ACELP解码器用于准确地模拟远端解码器中发生的事件。由于其并非是对远端解码器中的发生事件的估计，而是远端解码器的准确模拟，因此所获得的分类结果优于其他的方法。ACELP解码器还用于对帧的重要性分类，而处理器206将标志添加到编码数据流的各个帧。而且在发射路径中，从编码帧的流中挪用具有指出低重要性的标志的帧，并且使用同步信息将该帧替换。
由于本发明适用于通信系统的元件的发射路径，因此其可以在移动站和通信系统基础设施中实现。
机译： 用于在数字通信系统中对编码帧的重要性进行分类的方法和设备
机译： 用于在数字通信系统中对编码帧的重要性进行分类的方法和设备
机译： 用于在数字通信系统中对编码帧的重要性进行分类的方法和设备
