PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69519811T2 19.07.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0664536
Titel Verarbeitung von kodierten Sprachsignalen
Anmelder Nokia Mobile Phones Ltd., Salo, FI;
Nokia Networks Oy, Espoo, FI
Erfinder Jarvinen, Kari, SF-33100 Tampere, FI;
Vainio, Janne, SF-33720 Tampere, FI
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69519811
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.01.1995
EP-Aktenzeichen 953003860
EP-Offenlegungsdatum 26.07.1995
EP date of grant 10.01.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2001
IPC-Hauptklasse G10L 19/00
IPC-Nebenklasse G10L 19/14   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf die Sprachcodeverarbeitung, insbesondere auf die Verarbeitung von Sprachcodeparametern im Empfänger eines Kommunikationssystems.

Es ist bekannt, daß im Übertragungsweg eines Kommunikationssystems Übertragungsfehler auftreten, die bewirken, daß die Qualität des decodierten Sprachsignals im Empfänger beeinträchtigt wird. Im allgemeinen wird versucht, solche Übertragungsfehler zu vermeiden, und insbesondere die Sprachcodierungsparameter vor solchen Fehlern zu schützen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine Fehlerkorrekturcodierung in der Kanalcodierung für den Sender ausgeführt, in Verbindung mit der Kanalcodierung, für die wichtigsten zu sendenden Parameter. Mittels der Fehlerkorrekturcodierung können die Übertragungsfehler, die im Übertragungsweg erzeugt worden sind und die mittels Fehlerkorrekturcode codierten Parameter beeinträchtigt haben, erfaßt werden und möglicherweise in der Kanaldecodierung korrigiert werden, die im Empfänger ausgeführt wird. Diese Art von Verfahren wurde beschrieben im Artikel "Frame substitution an adaptive post-filtering in speech coding", D. Sereno, Eurospeech-91, S. 595-598. Wenn im Übertragungsweg Übertragungsfehler gebildet worden sind, die mittels des Kanaldecodierers nicht korrigiert werden können, zeigt der Kanaldecodierer an, daß der empfangene Sprachrahmen fehlerhaft ist.

Wenn im folgenden auf einen fehlerhaften oder einen fehlerfreien Sprachrahmen Bezug genommen wird, wird auf die Erfassung jedes individuellen fehlerhaften Rahmens Bezug genommen, die für jeden empfangenen Sprachrahmen ausgeführt worden ist auf der Grundlage der Fehlerkorrekturcodierung und möglicherweise mit einer bestimmten anderen Argumentation. Die Identifikation fehlerhafter oder fehlerfreier Sprachrahmen kann in bestimmten Fällen fehlschlagen und eine Situation erzeugen, in der der ein fehlerhafter Rahmen als ein fehlerfreier Rahmen oder ein fehlerfreier Rahmen als ein fehlerhafter Rahmen interpretiert wird. Gelegentlich entsteht eine Situation, in der der Übertragungsfehler nicht erfaßt wird und die fehlerhaften Sprachcodierungsparameter für die Decodierung des Sprachsignals verwendet werden, was besonders schwierig ist und zu einer unrichtigen Decodierung führt. Aufgrund der beschränkten Kapazität oder Informationsbandbreite eines typischen Übertragungskanals können nicht alle Parameter mittels Fehlerkorrekturcodierung geschützt werden, so daß nicht alle Übertragungsfehler im Empfänger detektiert werden können.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für einen wohlbekannten Empfänger eines Kommunikationssystems zum Übertragen von Sprachsignalen. Ein empfangener digitaler Informationsrahmen 100 wird in den Kanaldecodierer 101 eingegeben. Die Sprachcodierungsparameter 102 entsprechend dem jeweils verwendeten Sprachcodeverfahren werden vom Kanaldecodierer empfangen, wobei für jeden Rahmen eine Anzeige der Fehlerebene 103, d. h. eine Information darüber, ob ein Fehler im empfangenen Rahmen detektiert worden ist, den die Kanaldecodierung nicht korrigieren konnte, ebenfalls vom Kanaldecodierer empfangen wird. Die Parameter des Sprachcodierers werden ferner in den Block 104 eingegeben, wo eine Verarbeitung der Codierungsparameter ausgeführt wird. Die Verarbeitung umfaßt typischerweise ein bestimmtes System zum Entfernen eines schlechten Rahmens oder zum Ersetzen desselben. Die verarbeiteten Codierungsparameter 105 werden schließlich in den Sprachdecodierer 106 eingegeben, der auf der Grundlage hiervon das Sprachsignal 107 synthetisiert.

Fig. 2 zeigt den Verarbeitungsblock 104 für die Codierungsparameter der Fig. 1 genauer. Dieser Block ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet. Die Sprachcodierungspasameter 201 jedes empfangenen Rahmens, die vom Kanaldecodierer 101 empfangen werden, werden direkt zum Ausgang 203 weitergeleitet, wenn der Fehlerindikator 202, der ebenfalls vom Kanaldecodierer 101 in den Verarbeitungsblock 200 eingegeben wird, anzeigt, daß kein unkorrigierter Übertragungsfehler in den Parametern des empfangenen Rahmens detektiert worden ist und kein Übertragungsfehler im empfangenen Rahmen in den Parametern des Sprachcodierers detektiert werden kann. Die Erfassung der Übertragungsfehler direkt aus den Sprachcodierungsparametern wird im Block 206 ausgeführt, der im Verarbeitungsblock der Codierungsparameter enthalten ist.

Im Klassifizierungsblock 207 wird der empfangene Rahmen entweder als fehlerhaft oder als fehlerfrei klassifiziert auf der Grundlage verschiedener Fehlerindikatoren. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Klassifikation wird der Schalter 208 so gesteuert, daß die empfangenen Parameter 201 direkt in den Ausgang 203 weitergeleitet werden, d. h. der Schalter befindet sich in Position 2, wenn der Sprachrahmen als fehlerfrei klassifiziert worden ist. Im Fall eines im Sprachrahmen detektierten Fehlers wechselt der Schalter zur Position 1. Als ein Ergebnis hiervon werden die von der Ersetzung der fehlerhaften Rahmen im Ersetzungsblock der fehlerhaft Rahmen 204 empfangenen Parameter zum Ausgang 203 weitergeleitet. Im Ersetzungsblock 204 werden die Parameter des fehlerhaften Sprachrahmens durch die Parameter des zuletzt empfangenen fehlerfreien Rahmens ersetzt oder es werden auf der Grundlage dieser Parameter neue Parameter aus diesen extrapoliert mittels eines bestimmten geeigneten Verfahrens. Fig. 2 zeigt einen Verzögerungsblock 205, der die Abhängigkeit der Parameter jedes Rahmens, der ersetzt werden soll, von den Parametern zeigt, die im vorherigen Rahmen während der Ersetzungsprozedur verwendet worden sind.

Wenn Informationen empfangen werden, daß der empfangene Sprachrahmen fehlerhaft ist, ist es sinnlos, die fehlerhaften Sprachcodiererparameter zum Sprachdecodierer zu befördern, jedoch ist es ratsam, den verlorenen Sprachrahmen mittels einer bestimmten geeigneten Einrichtung, wie sie z. B. vorher beschrieben worden ist, zu ersetzen. Ein wohlbekanntes einfaches Verfahren zum Ersetzen eines verlorenen Sprachrahmens ist, den Ausgang vollständig stummzuschalten, anstatt die empfangenen fehlerhaften Parameter zu verwenden. Diese Vorgehensweise ist nicht sehr gut oder praktisch, da sie Unterbrechungen hervorruft, die die Qualität des synthetisierten Sprachsignals deutlich beeinträchtigen.

Ein weiteres wohlbekanntes Verfahren, das eine bessere Vorgehensweise als das Stummschalten der Sprachsignaldecodierung darstellt, besteht darin, einige oder alle der Parameter des zuletzt empfangenen guten Sprachrahmens anstelle der verlorenen Parameter zu verwenden. Die Effizienz dieser Ersetzungsprozedur beruht auf der Tatsache, daß ein Großteil der Töne des Sprachsignals im wesentlichen länger als die Rahmenlänge von 20 ms dauert, die typischerweise bei der Sprachcodierung verwendet wird, so daß sich die Eigenschaften eines Sprachsignals nicht sehr schnell ändern. Diese Art von Prozedur ist z. B. beschrieben in der UK-Patentanmeldung GB-2.238.933. Bestenfalls kann ein Sprachsignal durch eine Ersetzungsprozedur erzeugt werden, das sehr gut einem verlorenen Sprachrahmen entspricht. Ein Nachteil ist jedoch, daß dies nicht sehr oft wiederholt werden kann, wenn z. B. mehrere aufeinanderfolgende verlorene Rahmen durch das Sprachsignal ersetzt werden, da hierbei der Ton allmählich unnatürlich und maschinenähnlich wird. Die Dauer der Sprachtöne beträgt typischerweise meistens einige hundert Millisekunden, so daß es nicht vernünftig ist, mit der Ersetzungsprozedur länger fortzufahren. Wenn mehrere aufeinanderfolgende fehlerhafte Rahmen ersetzt werden, ist es günstig, während des Ausführens der Ersetzung die Parameter des Sprachcodierers zu verarbeiten, so daß das Sprachsignal während einer gewissen endlichen Zeitspanne ausklingt. Hierbei bleibt kein Ton zurück, der kontinuierlich klingt, selbst in dem Fall, in dem eine lange Sequenz von ausschließlich fehlerhaften Sprachrahmen empfangen wird.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Ersetzungsprozedur fehlerhafter Rahmen zeigt, die auf dem Gebiet der Technik wohlbekannt ist und im System gemäß der Fig. 2 verwendet werden kann. Der Zustand 0 im Diagramm zeigt eine Situation, in der ein als fehlerfrei klassifizierter Rahmen empfangen worden ist und somit keine Ersetzungsprozedur benötigt wird, wobei die Sprachcodierungsparameter des empfangenen Rahmens unverändert in den Sprachdecodierer eingegeben werden und der Schalter der Fig. 2 sich in der Position 2 befindet. Der Zustand 0 wird jedesmal erreicht, wenn der empfangene Rahmen nicht als fehlerhaft angegeben worden ist, wobei alle fehlerfreien Rahmen in den Sprachdecodierer eingegeben werden. Wenn nach einem fehlerfreien Rahmen der erste fehlerhafte Rahmen empfangen wird, wird die Ersetzungsprozedur 301 für fehlerhafte Rahmen gestartet, wobei der Schalter der Fig. 2 zur Position 1 wechselt. Im Fall nachfolgender fehlerhafter Rahmen werden die Zustände 2, 3 usw. erreicht. Während der Ersetzungsprozedur 301 werden die Parameter des letzten fehlerfreien Rahmens verwendet, um den in einer fehlerhaften Form empfangenen Rahmen zu ersetzen. Die Ersetzungsprozedur mittels der Parameter des letzten fehlerfreien Rahmens wird für höchstens M-1 aufeinanderfolgende fehlerhafte Rahmen ausgeführt, wobei M eine positive ganze Zahl ist. Anschließend wird der Zustand M erreicht, in welchem die Parameter, die den Ausgang völlig stumm schalten, in den Sprachdecodierer eingegeben werden. In der Ersetzungsprozedur werden die Parameter typischerweise so verarbeitet, daß sie für jeden aufeinanderfolgenden fehlerhaften Rahmen, der ersetzt wird, ein stärker gedämpftes Sprachsignal erzeugen, d. h. mit höherer, im Flußdiagramm der Fig. 3 erreichter Zustandsnummer wird die Dämpfung größer.

In der Ersetzungsprozedur wird üblicherweise nur der erste zu ersetzende Sprachrahmen (d. h. wenn der Zustand 1 erreicht ist) direkt durch die Parameter des fehlerfreien Rahmens unverändert ersetzt, wobei wenigstens vom zweiten zu ersetzenden Rahmen an, d. h. vom Rahmen 2 an, die Parameter so verarbeitet werden, daß das synthetisierte Sprachsignal abzuklingen beginnt. Die Dämpfung eines Sprachsignals, das synthetisiert werden soll, kann ausgeführt werden unter Verwendung einer linearen Vorhersagecodierung des LPC- Typs (linear predictive coding) z. B. durch Dämpfen der Stärke des Anregungssignals von Rahmen zu Rahmen.

Die Operation des Systems kann wie folgt beschrieben werden unter Verwendung der Bezeichnungen:

rrec = Parameter, der vom Kanaldecodierer empfangen wird und die Amplitude des zu synthetisierenden Sprachsignals übermittelt,

rdec = Parameter, der die Amplitude des zu synthetisierenden Sprachsignals übermittelt und der in den Sprachdecodierer eingegeben wird,

rdec.prev = Parameter, der die Amplitude des zu synthetisierenden Sprachsignals übermittelt und der in den Sprachdecodierer während des vorangehenden Sprachrahmens eingegeben worden ist,

step = eine Konstante, die die Ersetzungsprozedur während der nachfolgenden fehlerhaften Rahmen dämpft

Zustand 0: rdec = rrec

Zustand 1: rdec rdecprev

Zustand 2, ..., Zustand M-1: rdec = rdec,prev - step

Zustand M: völliges Stummschalten des Ausgangs des Sprachdecodierers

In bekannten Sprachcodierungssystemen, die die obenbeschriebenen Ersetzungsprozeduren für fehlerhafte Rahmen verwenden, wird eine Übersetzungsprozedur unabhängig von der gualität der Übertragungsverbindung ausgeführt. Somit wird die Ersetzungsprozedur genauso stark für relativ gute Kanalbedingungen gestartet wie für sehr schlechte Kanalbedingungen. Hierbei starten einige aufeinanderfolgende gute Rahmen, die während einer schlechten Übertragungsverbindung in Abschnitten, die hauptsächlich fehlerhafte Rahmen enthalten, eine Ersetzungsprozedur, die über mehrere Rahmen andauert. Somit ist ein Großteil der von einem Sprachdecodierer während eines Übertragungsverbindung mit schlechter Qualität synthetisierten Sprache eine Sprache, die nur mittels der Ersetzungsprozedur erzeugt wird. Durch Ausführen einer starken Ersetzungsprozedur, wenn eine schlechte Übertragungsbedingung vorherrscht, wird versucht, die Dauer des Sprachsignals künstlich zu verlängern, obwohl so wenige fehlerfreie Sprachrahmen empfangen werden, daß unzureichende Informationen vorhanden sind, um insgesamt die Ersetzungsprozedur auf vernünftigen Grundlagen einzuleiten und die verlorenen Sprachrahmen durch diese gut genug ersetzt werden können. Während einer schlechten Übertragungsverbindung, wenn eine starke Ersetzungsprozedur auf der Grundlage eines einzelnen als fehlerfrei angegebenen Rahmens gestartet wird, werden im Sprachsignal maschinenähnliche Töne hervorgerufen, die das menschliche Gehör nicht vollständig als Sprache interpretieren kann und deren gualität beeinträchtigen.

In bekannten Sprachcodierungssystemen werden die fehlerfreien Sprachrahmen in den Sprachdecodierer unabhängig vom Zustand der Übertragungsverbindung eingegeben. Während einer Übertragungsverbindung mit schlechter Qualität ist es jedoch nicht sinnvoll, was die Qualität der Sprache betrifft, die Parameter eines als fehlerfrei angezeigten Rahmens unverändert direkt zum Sprachdecodierer weiterzuleiten. Es ist jedoch vorteilhaft, in einer bestimmten geeigneten Weise den Übergang von der Ersetzungsprozedur weicher zu machen oder eine vollständige Dämpfung des Ausgangs des Sprachdecodierers für den Gebrauch der Sprachrahmenparameter zu veranlassen. Dies liegt an mehreren Faktoren. Erstens, die Aktivierung des Sprachdecodierers nach einer langen Übertragungsverbindung kann eine plötzliche Änderung im Sprachsignal erzeugen, die die Qualität der Sprache beeinträchtigt. Obwohl die Parameter des Sprachsignals fehlerfrei waren, hat der Sprachdecodierer aufgrund der Unterbrechung Informationen verloren, die sich auf den vorangehenden Rahmen der Sprache beziehen und beim Decodieren der späteren Sprache verwendet werden, und startet die Decodierung des Sprachsignals nicht von einem korrekten internen Zustand aus. Der interne Zustand wird beeinflußt z. B. durch die Werte der Zustandsvariablen der Filter, die im Sprachdecodierer enthalten sind und die nach einer langen Ersetzungsprozedurphase nicht mehr korrekt sind. Zweitens, während einer schlechten Übertragungsverbindung ist es wahrscheinlicher als andernfalls, daß die Fehlerkorrekturcodierung in dem als fehlerfrei interpretierten Rahmen fehlgeschlagen ist und eine falsche Anzeige für die Fehlerebene im Sprachrahmen geliefert hat. Der als fehlerfrei identifizierte empfangene Rahmen kann schwere Übertragungsfehler enthalten.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Verarbeiten von Sprachrahmen in einem Empfänger, das die Klassifizierung eines empfangenen Sprachrahmens als fehlerhaft oder fehlerfrei und das Ersetzen eines fehlerhaften Rahmens in einem von mehreren Ersetzungszuständen (Zustand D&sub1;, Zustand D&sub2;, ... Zustand DM) zum Ersetzen des fehlerhaften Rahmens durch einen Rahmen, der einem vorher empfangenen fehlerfreien Sprachrahmen entspricht, umfaßt, wobei

die Qualität einer Übertragungsverbindung ermittelt wird anhand der Fehlerhaft/fehlerfrei-Klassifizierung, so daß die gualität abnimmt, wenn die Anzahl der fehlerhaften Sprachrahmen zunimmt;

das Ersetzen von fehlerhaften Rahmen unabhängig ist von der Qualität der Übertragungsverbindung, so daß die Dauer und Stärke der Ersetzung abnimmt, wenn die Qualität schlechter wird; und

fehlerfreie Rahmen in der Lautstärke für eine Übertragungsverbindung mit schlechter Qualität reduziert werden, wobei in einer Übertragungsverbindung mit guter Qualität die fehlerfreien Rahmen gedämpft werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Verarbeiten von Sprachrahmen für einen Empfänger, das umfaßt:

Klassifizierung eines empfangenen Sprachrahmens als einen fehlerfreien Sprachrahmen oder einen fehlerhaften Sprachrahmen;

Definieren eines ersten Zustands D&sub1; zum Ersetzen eines fehlerhaften Sprachrahmens durch einen Sprachrahmen, der einem vorherigen fehlerfreien Sprachrahmen entspricht;

Definieren weiterer erster sequentieller Zustände D&sub2;... DM, die aufeinanderfolgenden Vorkommen von fehlerhaften Sprachrahmen zugeordnet sind, zum Ersetzen der aufeinanderfolgenden fehlerhaften Sprachrahmen durch Sprachrahmen, die einem vorherigen fehlerfreien Sprachrahmen entsprechen mit sequentiell zunehmender Dämpfung, entsprechend einem bestimmten Zustand D&sub2;... DM; und

Definieren einer zweiten Sequenz von Zuständen U&sub0;..., UM-1die jeweils einem fehlerfreien Rahmen zugeordnet sind, der während der entsprechenden Zustände D&sub1;... DM empfangen wird; wobei

ein weiteres Auftreten eines fehlerfreien Rahmens einen Zustand in einer sequentiell niedrigeren Position der zweiten Sequenz von Zuständen (U&sub0; UML) definiert und ein Auftreten eines fehlerhaften Rahmens nach einem Auftreten eines fehlerfreien Rahmens einen entsprechenden ersten Zustand (D&sub1; ... DM) definiert oder zum ersten der sequentiellen Zustände (D&sub1;) führt.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein digitaler Kommunikationsempfänger geschaffen, der umfaßt:

eine Klassifizierungseinrichtung zum Klassifizieren eines empfangenen kanaldecodierten Sprachrahmens als fehlerhaft/fehlerfrei;

eine Ersetzungseinrichtung zum Ersetzen fehlerhafter Rahmen durch Rahmen, die vorher empfangenen fehlerfreien Sprachrahmen entsprechen;

eine Koppeleinrichtung, die in Reaktion auf ein Steuersignal, das von der Klassiflzierungseinrichtung geliefert wird, entweder einen ersetzten Rahmen oder einen fehlerfreien Sprachrahmen zu einem Sprachdecodierer weiterleitet und ferner umfaßt:

eine Rahmenverarbeitungseinrichtung zum Empfangen von Sprachrahmen, Verarbeiten der empfangenen Rahmen und Weiterleiten der verarbeiteten Rahmen zur Verbindungseinrichtung;

eine Quahtätskontrolleinrichtung, die in Reaktion auf das Steuersignal ein Signal erzeugt, das die Qualität einer Übertragungsverbindung anzeigt, wobei

die Ersetzungseinrichtung die Dauer und die Stärke der Ersetzung der fehlerhaften Rahmen verringert, während die Quahtät der Übertragungsverbindung schlechter wird, im Vergleich zu der Ersetzung, die während einer Übertragungsverbindung mit guter Qualität ausgeführt wird; und

das Rahmenverarbeitungselement die Rahmen so verarbeitet, daß für eine Übertragungsverbindung mit schlechter Qualität das vom Sprachdecodierer erzeugte Sprachsignal gedämpft wird und für eine Verbindung mit guter Quahtät die Rahmen nicht von der Rahmenverarbeitungseinrichtung verarbeitet werden.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Sprachqualität verbessert werden kann.

Im folgenden werden Ausführungsformen gemäß der Erfindung lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Prinzips des Empfängers eines Kommunikationssystems zeigt;

Fig. 2 eine Ersetzungsprozedur für fehlerhafte Rahmen gemäß einem System des Standes der Technik zeigt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm einer Ersetzungsprozedur für fehlerhafte Rahmen des Standes der Technik zeigt;

Fig. 4 einen Empfänger gemäß der Erfindung zeigt, bei dem sowohl die Ersetzung fehlerhafter Rahmen als auch die Verarbeitung fehlerfreier Rahmen in Abhängigkeit von der Quahtät von der Übertragungsverbindung ausgeführt werden;

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Systems gemäß der Erfindung zeigt; und

Fig. 6 ein Beispiel zeigt, das die Änderung der Zustände im System zeigt, das gemäß der Erfindung arbeitet.

Das Verarbeitungssystem 400 für Sprachcodierungsparameter, das in Fig. 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von den Systemen des Standes der Technik, z. B. von dem in Fig. 2 gezeigten System, dadurch, daß im System der Fig. 4 die Qualität der Übertragungsverbindung im Block 409 geschätzt wird und das Ergebnis verwendet wird, um die Verarbeitung der Sprachcodierungsparameter zu steuern. Sowohl die Ersetzung der fehlerhaften Rahmen 404 als auch die Verarbeitung der fehlerfreien Rahmen, die im Block 406 ausgeführt wird, werden auf der Grundlage der Qualität der Übertragungsverbindung gesteuert.

Im System werden entweder die Parameter, die von der Ersetzungsprozedur erzeugt worden sind (Schalter 408 in Position 1) oder die Parameter des empfangenen Rahmens, der als fehlerfrei gekennzeichnet ist (Schalter in Position 2), zum Ausgang weitergeleitet. Die Quahlität der Übertragungsverbindung wird ermittelt auf der Grundlage der individuellen Fehleranzeigen der empfangenen Rahmen im Block 409. Die Anzeige der Fehler wird im Block 410 ausgeführt und beruht auf den Informationen 402, die von der Kanaldecodierung empfangen werden, und möglicherweise auf Rahmenfehlern, die von anderen Einrichtungen erfaßt worden sind, wie z. B. Fehlern, die direkt anhand der Sprachcodierungsparameter im Block 407 identifiziert werden.

Wenn die Übertragungsverbindung im Block 409 als schlecht ermittelt worden ist und der empfangene Rahmen als fehlerhaft klassifiziert worden ist, werden die Parameter des Ersetzungsrahmens im Ersetzungsblock für fehlerhafte Rahmen 404 verarbeitet, so daß das decodierte Sprachsignal schneller ausklingt als in dem Fall, in dem die Übertragungsverbindung als gut ermittelt worden ist.

Eine starke Ersetzungsprozedur wird zugelassen, wenn die Übertragungsverbindung eine gute gualität aufweist und fehlerhafte Rahmen empfangen worden sind. Wenn die Übertragungsverbindung als besonders schlecht ermittelt worden ist und Rahmen empfangen werden, die als fehlerhaft klassifiziert sind, wird die Ersetzung fehlerhafter Rahmen unter Verwendung von Parametern, die vom letzten fehlerfreien Rahmen abgeleitet worden sind, schließlich nicht unbedingt ausgeführt, sondern der Ausgang des Sprachdecodierers wird für den ersten als fehlerhaft klassifizierten Rahmen vollständig gedämpft.

Wenn die empfangenen Rahmen als fehlerfrei ermittelt worden sind, werden sie entweder unverändert oder verarbeitet zum Ausgang weitergeleitet (Schalter 408 ist in Position 2), auf der Grundlage der Qualität, mit der die Übertragungsverbindung beurteilt worden ist. Die Rahmen werden im Block 406, entsprechend der Schätzung der Quahtät der Übertragungsverbindung, die vom Schätzungsblock 409 ausgeführt wird, mit einem um so größeren Maß gedämpft, je schlechter die Übertragungsverbindung war, als der als fehlerfrei angegebene Rahmen vom Kanaldecodierer empfangen worden ist.

Nur im dem Fall, in dem die Qualität der Übertragungsverbindung im Block 409 als die bestmögliche ermittelt worden ist, werden Decodierungsparameter direkt zum Ausgang 403 weitergeleitet für die Synthese des Sprachsignal im Sprachdecodierer. Andernfalls werden die Sprachcodierungsparameter verarbeitet, so daß das daraus erzeugte Sprachsignal im Sprachdecodierer um so stärker gedämpft wird, je schlechter die Übertragungsverbindung ist, in welcher der als fehlerfrei empfangene Rahmen empfangen worden ist. Der Übergang vom Unterbrechungszustand, in dem der Sprachcodierer vollständig gedämpft worden ist, zur Verwendung der Parameter des empfangenen Sprachrahmens wird auf diese Weise weicher gemacht, da die Aktivierung des Sprachdecodierers nach einer langen Unterbrechung der Übertragungsverbindung eine plötzliche Änderung des Sprachsignals erzeugen kann, die die Qualität der Sprache beeinträchtigt, und da ferner während einer schlechten Übertragungsverbindung es wahrscheinlicher ist, daß in einem als fehlerfrei interpretierten Rahmen die Fehlerkorrekturcodierung fehlgeschlagen ist und der als fehlerfrei bezeichnete Rahmen in Wirklichkeit ein fehlerhafter Rahmen ist.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Flußdiagramms gezeigt, das ein System gemäß der Erfindung verwirklicht. Im Flußdiagramm sind das System 502, das für die Ersetzung der fehlerhaften Rahmen verwendet wird, und das System 501, das für die Verarbeitung der fehlerfreien Rahmen verwendet wird, als individuelle Abschnitte getrennt worden. Im System gemäß der Erfindung kann eine ähnliche Zustandsstruktur 301 wie in Fig. 3 verwendet werden zum Ersetzen der fehlerhaften Rahmen, mit der Ausnahme und dem bemerkenswerten Hilfsmittel, daß die Ersetzung der schlechten Rahmen von einem beliebigen Zustand aus (unabhängig von der Qualität der Übertragungsverbindung) gestartet werden kann, selbst in dem Zustand, in dem der Ausgang des Sprachdecodierers direkt vollständig gedämpft ist (Zustand DM). Wie in dem in Fig. 3 gezeigten bekannten System wird dementsprechend nur der erste Sprachrahmen direkt durch die Parameter des guten Rahmens ersetzt, wobei von der Verarbeitung des zweiten Rahmens an die Ersetzung der Parameter so durchgeführt wird, daß das synthetisierte Sprachsignal um so stärker gedämpft wird, je größer die Anzahl der aufeinanderfolgenden ersetzten Rahmen ist. Die Ersetzungsprozedur wird fortgesetzt unter Verwendung der Parameter des letzten empfangenen fehlerfreien Rahmens, bis der Zustand DM erreicht wird, wo der Ausgang des Sprachdecodierers vollständig gedämpft wird.

Die Dämpfung der fehlerfreien Rahmen für eine schlechte Übertragungsverbindung wird ausgeführt bei der Verarbeitung der fehlerfreien Rahmen 501 während der Zustände UM-1, UM-2, ... U1, so daß nur dann, wenn die Qualität der Übertragungsverbindung sich ausreichend verbessert hat, der Zustand 0 erreicht wird, d. h. die vom Kanaldecodierer empfangenen Sprachcodierungsparameter 401, die am Verarbeitungsblock 400 der Fig. 4 angekommen sind, dürfen direkt zum Ausgang 403 gelangen, wo sie in den Sprachdecodierer eingegeben werden. Nur im Zustand 0, d. h. in dem Fall der besten Übertragungsverbindungsklassifizierung, wird der empfangene Rahmen direkt genommen, um ihn im Sprachdecodierer zu verwenden. Im Zustand UMJ wird die Verarbeitung für die Sprachcodierungsparameter des als fehlerfrei angegebenen Rahmens ausgeführt, die das zu decodierende Signal am stärksten dämpft. Die Dämpfung nimmt in Richtung zum Zustand U 1 ab. Eine starke Dämpfung wird verwendet, wenn der Kanal den schlechtesten Klassfizierungszustand aufweist, d. h. in dem Fall, in dem der fehlerfreie Rahmen empfangen worden ist, als der Ausgang des Sprachdecodierers vollständig gedämpft war (d. h. das System befand sich im Zustand DM).

In der obenbeschriebenen Ausführungsform hängt die Amplitude sowohl der Ersetzung der fehlerhaften Rahmen als auch die Dämpfung der fehlerfreien Rahmen davon ab, welche Ebene des Flußdiagramms der Fig. 5 erreicht ist. Dies wird seinerseits ermittelt durch die Qualität der Übertragungsverbindung, d. h. wie groß ein Abschnitt der vorangehenden in den Empfänger eingegebenen Rahmen als fehlerhaft angegeben worden ist. In der obigen Ausführungsform wird der Zustand der Übertragungsverbindung mit einer Zustandsmaschinenanordnung geschätzt, in der die Ankunft eines fehlerhaften oder eines fehlerfreien Sprachrahmens den Zustand des Systems in unterschiedlichen Richtungen ändert, und die auf diese Weise von Rahmen zu Rahmen die Qualität der Übertragungsverbindung auf der Grundlage der Fehleranzeigen der einzelnen Rahmen ermittelt. Die Qualitätsermittlung einer Übertragungsverbindung gemäß der Erfindung kann auf der Grundlage der Fehleranzeigen einzelner Rahmen auch mit einer anderen Einrichtung als einer Zustandssystemanordnung gemäß der Fig. 5 durchgeführt werden.

Im System gemäß der Erfindung kann irgendeine bekannte Ersetzungsprozedur für fehlerhafte Rahmen verwendet werden, z. B. das System, das in Verbindung mit Fig. 3 vorgestellt worden ist, in welchem der Wert des Parameters, der die Stärke des Anregungssignals übermittelt, schrittweise gesenkt wird. Durch Verwendung einer größeren Schrittgröße dstep(Zustand D&sub1;), wobei i = 2, ..., M-1 gilt, für die Senkung kann mit zunehmend schlechterer Übertragungsverbindung die Ersetzungsprozedur im Fall einer schlechten Übertragungsverbindung schnell gedämpft werden, wodurch eine starke Abhängigkeit erreicht wird in bezug auf die Qualität der Übertragungsverbindung und die Stärke der Ersetzungsprozedur dstep(Zustand D&sub1;) < dstep(Zustand D&sub1;+1X 1), i = 2, .... M-2.

Dies kann z. B. wie folgt verwirklicht werden:

Zustand D1: rdec = rdec,prev

Zustand D&sub1;; i = 2, ...,M-1: rdec = rdec.prev - dstep(Zustand D&sub1;)

Zustand DM: völliges Dämpfen des Ausgangs des Sprachdecodierers

Der Empfang der fehlerfreien Rahmen startet die Verarbeitung 501 der fehlerfreien Rahmen, die verwendet wird außer zum Steuern der Stärke der Ersetzung der fehlerhaften Rahmen in der obenbeschriebenen Weise, um auch eine zu große Änderung im Sprachsignal zu verhindern, wenn die Übertragungsverbindung aktiviert wird. Je schlechter die Übertragungsverbindung ist, während als fehlerfrei bezeichnete Sprachrahmen empfangen werden, desto mehr Zustände der Verarbeitung der fehlerfreien Rahmen 501 werden durchlaufen, bevor die Sprachcodierungsparameter direkt in den Sprachdecodierer eingegeben werden, d. h. der Zustand 0 erreicht wird, und um so weicher wird die Änderung der Verwendung der empfangenen Sprachcodierungsparameter.

Mehrere unterschiedliche Verfahren können verwendet werden für die Dämpfung der Sprachcodierungsparameter in den Zuständen der Verarbeitung 501 der fehlerfreien Rahmen. Zum Beispiel kann die Rate der Änderung der Sprachcodierungsparameter, die die synthetisierte Sprache beeinflussen, auf den Wert ustep(Zustand Ui) begrenzt werden, in Abhängigkeit vom Zustand des Systems:

Zustand Li; i = M-1, M-2, ..., 1:

wenn rdec > rrec,prev + ustep(Zustand Ui)

dann rdec = rdec.prev + ustep(Zustand Ui)

andernfalls rdec = rrec

Der Parameter, der die Beeinflussung der Stärke betrifft, kann auch direkt mit dem Wert mplier(Zustand U1) gedämpft werden, in Abhängigkeit vom Zustand:

Zustand Ui; i = M-1, M-2, ..., 1:

rdec = rrec · mplier(Zustand Ui)

Im Zustand 0 werden die Sprachcodierungsparameter unverändert in den Sprachdecodierer eingegeben, d. h.

Zustand 0: rdec = rrec

In Fig. 6 ist ein Beispiel gezeigt, das die Änderung der Zustände im Betrieb des Systems zeigt, das auf der Grundlage der Qualität der Übertragungsverbindung arbeitet. Im Fall des Beispiels wurde die Anordnung gemäß Fig. 5 verwendet, in der sechs Ebenen (M = 6) in der Verarbeitung der fehlerhaften Rahmen und fünf Ebenen in der Verarbeitung der fehlerfreien Rahmen vorhanden sind. In der linken Spalte sind aufeinanderfolgende Rahmen mit aufeinanderfolgenden Nummern bezeichnet. In der folgenden Spalte wurde die Klassifizierung jedes Rahmens angegeben, so daß die fehlerhaften Rahmen mit B (schlechter Rahmen) markiert worden sind und die fehlerfreien Rahmen mit g (guter Rahmen) markiert worden sind. In der Figur läuft die Zeitrichtung von oben nach unten, so daß unten die Angaben bezüglich der Rahmen zu finden sind, die zuletzt den Empfänger erreicht haben. Aus den Fehleranzeigen ist zu erkennen, daß sich die Übertragungsverbindung in diesem Beispiel als Funktion der Zeit verschlechtert, d. h. die Anzahl der mit B bezeichneten Rahmen nimmt zu.

In der dritten Spalte von links ist der Fortschritt der Verarbeitung der Sprachrahmen dargestellt auf der Grundlage der Fehleranzeigen der zweiten Spalte, die durch die Anordnung gemäß der Fig. 5 erreicht wird. Der Verarbeitungszustand jedes Rahmens ist markiert, so daß der auf den Zustand bezogene Buchstabe vor der Zahl des Zustands dargestellt wird. Zum Beispiel bedeutet D&sub3;, daß der Zustand D&sub3; der Ersetzungsprozedur für fehlerhafte Rahmen erreicht ist. Zum Vergleich wurde der entsprechende Fortschritt im System des Standes der Technik gemäß Fig. 3 in der Figur in der rechten Spalte markiert, d. h. die Zahlen der durchlaufenen Zustände in der Ersetzung der fehlerhaften Rahmen. In diesem Fall geht die Operation direkt vom Ersetzungszustand zum Senden der Parameter des fehlerfreien Rahmens über (Zustand 0), sobald ein solcher Rahmen empfangen worden ist.

Die Unterschiede zwischen bekannten Systemen und der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der zwei rechten Spalten. Die Spalte "Verarbeitungszustand gemäß der Erfindung" zeigt deutlich, daß die Ersetzungsprozedur unter Verwendung der Parameter des fehlerfreien Rahmens nicht für eine sehr lange Zeitspanne ausgeführt wird, wenn der Kanal schlechter wird. Für die schlechten Rahmen, beginnend bei Rahmen 16, wird eine volle Ersetzungsprozedur der Länge von fünf Rahmen immer noch ausgeführt unter Verwendung der Parameter des letzten fehlerfreien Rahmens, bevor die Dämpfung des Ausgangs des Sprachdecodierers eintritt. Je schlechter die Übertragungsverbindung ist, desto kürzer ist die Dauer der Ersetzung, die für die fehlerhaften Rahmen ausgeführt wird. Für schlechte Rahmen, beginnend bei dem Rahmen 24, wird nur eine Ersetzung, die nur einen Rahmen andauert, ausgeführt, bevor der Ausgang des Sprachdecodierers vollständig gedämpft wird. Wenn die Übertragungsverbindung weiter beeinträchtigt ist, wird die Ersetzungsprozedur vollständig ausgelassen und der Zustand Dg wird erreicht, in welchem der Ausgang des Codierers vollständig stummgeschaltet ist. Die im Rahmen 30 empfangenen Sprachcodierungsparameter, die als fehlerfrei angegeben sind, werden in den Sprachdecodierer eingegeben, woraufhin die Ersetzung unter Verwendung der Parameter des fehlerfreien Rahmens letztlich nicht gestartet wird, wobei beim Rahmen 31 die Verwendung der Parameter, die den Ausgang des Sprachdecodierer vollständig dämpfen, direkt gestartet wird.

Mit der Ausnahme, daß die Ersetzungsprozedur nur in einer relativ guten Übertuagungsverbindung stark ist (im oberen Abschnitt der Fig. 6), wird auch die Übertragung der fehlerfreien Rahmen zum Sprachdecodierer nur in einer guten Übertragungsverbindung durchgeführt (Zustand 0). Wenn sich die Übertragungsverbindung verschlechtert, während der untere Abschnitt der Figur erreicht wird, werden auch die Parameter des Sprachcodierers, die als fehlerfrei empfangen worden sind, in den Sprachdecodierer so verarbeitet eingegeben, daß ein plötzliches Öffnen der Übertragungsverbindung verhindert wird.

Hinsichtlich der vorangehenden Beschreibung wird einem Fachmann klar, daß verschiedene Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, vorgenommen werden können.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Verarbeiten von Sprachrahmen in einem Empfänger, das die Klassifizierung eines empfangenen Sprachrahmens als fehlerhaft oder fehlerfrei und das Ersetzen eines fehlerhaften Rahmens in einem von mehreren Ersetzungszuständen (Zustand D&sub1;, Zustand D&sub2;, ... Zustand DM) zum Ersetzen des fehlerhaften Rahmens durch einen Rahmen, der einem vorher empfangenen fehlerfreien Sprachrahmen entspricht, umfaßt; wobei

die Qualität einer Übertragungsverbindung ermittelt wird anhand der Fehlerhaft/fehlerfrei-Klassifizierung, so daß die gualität abnimmt, wenn die Anzahl der fehlerhaften Sprachrahmen zunimmt;

das Ersetzen von fehlerhaften Rahmen von der Qualität der Übertragungsverbindung unabhängig ist, so daß die Dauer und Stärke der Ersetzung abnimmt, wenn die Qualität schlechter wird; und

fehlerfreie Rahmen in der Lautstärke für eine Übertragungsverbindung mit schlechter Qualität reduziert werden, wobei in einer Übertragungsverbindung mit guter Qualität die fehlerfreien Rahmen nicht gedämpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Ankunft eines Sprachrahmens, der als fehlerhaft bezeichnet ist, den Ersetzungszustand (Zustand D1... Zustand DM) in einer Richtung zu einem schlechtesten Übertragungsverbindungsqualitätsmaß (Zustand DM) bewegt, und eine Ankunft eines Sprachrahmens, der als fehlerfrei bezeichnet ist, den Ersetzungszustand in einer Richtung zu einer besseren Übertragungsverbindungsqualität bewegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei dann, wenn die Qualität der Übertragungsverbindung als die schlechteste ermittelt worden ist, die Ersetzungsrahmen im Ersetzungszustand (Zustand DM) vollständig gedämpft werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nur entweder die Steuerung der Ersetzungsprozedur der fehlerhaften Rahmen oder die Steuerung der Verarbeitung der fehlerfreien Rahmen gemäß der Qualität der Übertragungsverbindung ausgeführt wird.

5. Digitaler Kommunikationsempfänger, der umfaßt

eine Klassifizierungseinrichtung (410) zum Klassifizieren eines empfangenen kanaldecodierten Sprachrahmens (401) als fehlerhaft/fehlerfrei;

eine Ersetzungseinrichtung (404) zum Ersetzen fehlerhafter Rahmen durch Rahmen, die vorher empfangenen fehlerfreien Sprachrahmen entsprechen;

eine Koppeleinrichtung (408), die als Antwort auf ein Steuersignal, das von der Klassifizierungseinrichtung (410) geliefert wird, entweder einen ersetzten Rahmen oder einen fehlerfreien Sprachrahmen zu einem Sprachdecodierer weiterleitet und ferner umfaßt:

eine Rahmenverarbeitungseinrichtung (406) zum Empfangen von Sprachrahmen (401), Verarbeiten der empfangenen Rahmen und Weiterleiten der verarbeiteten Rahmen zur Verbindungseinrichtung (408);

eine Qualitätskontrolleinrichtung (409), die in Reaktion auf das Steuersignal ein Signal erzeugt, das die Qualität einer Übertragungsverbindung anzeigt, wobei

die Ersetzungseinrichtung (404) die Dauer und die Stärke der Ersetzung der fehlerhaften Rahmen verringert, während die Qualität der Übertragungsverbindung schlechter wird, im Vergleich zu der Ersetzung, die während einer Übertragungsverbindung mit guter Qualität ausgeführt wird; und

das Rahmenverarbeitungselement (406) die Rahmen so verarbeitet, daß für eine Übertragungsverbindung mit schlechter Quahtät das vom Sprachdecodierer erzeugte Sprachsignal gedämpft wird und für eine Verbindung mit guter Qualität die Rahmen nicht von der Rahmenverarbeitungseinrichtung (406) verarbeitet werden.

6. Empfänger nach Anspruch 5, bei dem das Qualitätskontrollelement (409) eine schlechtere Übertragungsverbindungsqualität anzeigt, wenn ein als fehlerhaft bezeichneter Sprachrahmen am Empfänger ankommt, und eine bessere Übertragungsverbindungsqualität anzeigt, wenn ein als fehlerfrei bezeichneter Sprachrahmen am Empfänger empfangen wird.

7. Empfänger nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Ersetzungseinrichtung (405) einen oder mehrere Ersetzungszustände überspringt, wenn die Qualität der Übertragungsverbindung sich schnell verschlechtert.

8. Verfahren zum Verarbeiten von Sprachrahmen für einen Empfänger, das umfaßt:

Klassifizierung eines empfangenen Sprachrahmens als einen fehlerfreien Sprachrahmen oder einen fehlerhaften Sprachrahmen;

Definieren eines ersten Zustands (Zustand D&sub1;) zum Ersetzen eines fehlerhaften Sprachrahmens durch einen Sprachrahmen, der einem vorherigen fehlerfreien Sprachrahmen entspricht;

Definieren weiterer erster sequentieller Zustände (Zustand D&sub2;... Zustand DM), die aufeinanderfolgenden Vorkommen von fehlerhaften Sprachrahmen zugeordnet sind, zum Ersetzen der aufeinanderfolgenden fehlerhaften Sprachrahmen durch Sprachrahmen, die einem vorherigen fehlerfreien Sprachrahmen entsprechen mit sequentiell zunehmender Dämpfung, entsprechend einem bestimmten Zustand (Zustand D&sub2;... Zustand DM); und

Definieren einer zweiten Sequenz von Zuständen (Zustand U0... Zustand UM-i), die jeweils einem fehlerfreien Rahmen zugeordnet sind, der während der entsprechenden ersten Zustände (Zustand D 1... Zustand DM) empfangen wird; wobei

ein weiteres Auftreten eines fehlerfreien Rahmens einen Zustand in einer sequentiell niedrigeren Position der zweiten Sequenz von Zuständen (Zustand U0... Zustand UM1) definiert und ein Auftreten eines fehlerhaften Rahmens nach einem Auftreten eines fehlerfreien Rahmens einen entsprechenden ersten Zustand (Zustand D1... Zustand DM) definiert oder zum ersten der sequentiellen Zustände (Zustand D1) führt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Sequenz von Zuständen (Zustand 130... Zustand UM 1) die fehlerfreien Rahmen entsprechend der Positionsreihenfolge jedes Zustands (Zustand U0... Zustand UM 1) dämpft, und wobei der Zustand der zweiten Sequenz von Zuständen, der die sequentiell niedrigste Postion hat (Zustand U0), die Dämpfung 0 aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei jeder Zustand in der zweiten Sequenz der Zustände (Zustand U0... Zustand UM 1) eine Dämpfung 0 der fehlerfreien Rahmen ausführt.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com