專利名稱：通過使用幀內(nèi)相關(guān)性的源控制的信道譯碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在一個幀格式中的數(shù)據(jù)的源控制信道譯碼的一個方法和一個譯碼器。
象語言、聲音、圖像和電視的源信號幾乎始終包含在不同位之間的相關(guān)性的意義上的統(tǒng)計學的冗余。通過源編碼可以顯著減少這些冗余，因此使源信號的高效傳輸或者存儲成為可能。這個冗余簡化在傳輸前消除了冗余的信號內(nèi)容，其以例如信號變化曲線的統(tǒng)計學的參數(shù)的基礎(chǔ)知識為基礎(chǔ)。在傳輸后，重新添加這些部分信號，因此客觀上可以證明沒有特性損失。根據(jù)對源信號和在綜合編碼方法中的限制的不完全的了解，通常僅僅可以次佳地實現(xiàn)源編碼，也就是說，在編碼后，在壓縮的數(shù)據(jù)中還存在一定的冗余。
另一方面，在信號傳輸時，為了繼續(xù)消除由于信道干擾而對傳輸產(chǎn)生的影響，通過信道編碼重新補充有目的的冗余是必要的。由于附加的冗余位，因此使接收者可能，沒有發(fā)射方的合作就不能斷定錯誤，并且也許不能校正錯誤。
長期以來，信息理論的基本前提之一是，為了到達最佳的結(jié)果，可以互相獨立地實施源編碼和信道編碼。根據(jù)這個前提，源譯碼器的設(shè)計應(yīng)當僅僅依賴于源特性，而信道編碼模式應(yīng)當僅僅依賴于信道特性。如果源編碼器可以提供統(tǒng)計學上獨立的并且因此非相關(guān)的以及同樣可能的結(jié)果，并且譯碼器延遲可以任意大，則這個原理是正確的。可是，在實用的用于中一般不能滿足這個先決條件。源編碼器的輸出信號經(jīng)常具有剩余冗余，并且特別是在語言傳輸時，同時限制了允許的延遲。
已知，為了校正另外的位錯誤，在所謂的源控制的信道譯碼中使用了源編碼數(shù)據(jù)的這些剩余冗余。對此，信道譯碼器的譯碼過程一方面通過代碼位的傳輸，另一方面通過關(guān)于最可能的值的一個先驗/后驗信息控制一些重要的源位。源信息也對信道譯碼的過程施加影響。在Viterbi算法譯碼的情況下，這個方法稱作先驗Viterbi算法。在使用如此方法的情況下，僅從接收方來講修正是必須的。
從DE-A-42 24 214和J.Hagenauer的文章“源控制的信道譯碼”，IEEE傳輸通信，1995年9月，43卷，2449-2457頁中公開了，在源控制的信道譯碼中利用了幀內(nèi)間相關(guān)性，也就是說在時間上的和/或局部相鄰的信號取樣之間的統(tǒng)計學的依賴性。
參考圖4，現(xiàn)在詳細闡述這個方法。正如在圖4中看出的，根據(jù)這個已知的方法，信號首先進行源編碼10，然后信道編碼，通過一個傳輸信道12傳輸，信道譯碼13，并且接著源譯碼14。此外，在使用關(guān)于源的一個先驗和后驗信息的情況下，源控制地實現(xiàn)信道譯碼。
對此，從源的統(tǒng)計和已經(jīng)判定的信息中事后地(a-posteriori后驗)計算一個可靠性，其在一個最近的步驟中一開始(a-priori先驗)確定邏輯判斷的概率。對此，可以直接在信道譯碼器后、可是以前在源譯碼器后獲得后驗信息。
下面論述參數(shù)化的編碼方法。對此，從源中產(chǎn)生的位流(例如語言)劃分為字組(例如時間幀)，并且分開處理這些字組。源編碼提供所謂的參數(shù)(例如語言系數(shù))，其以一定方式在當前字組中反映源的特性(例如語言的頻譜、濾波器系數(shù))，并且其以一定數(shù)目的位被量化。
對此，特別考慮了源位的相關(guān)性。已知方法的基本思想在于，不是非常頻繁地改變在二個連續(xù)的幀之間的一個參數(shù)的最高值的位，并且因此在傳輸時存在冗余。在使用APRI-SOVA(先驗軟邏輯判斷(weichentscheidung)Viterbi算法)譯碼器的情況下，在接收方可以利用這些在連續(xù)幀之間的相關(guān)性。在軟邏輯判斷譯碼器中不僅考慮真正的邏輯判斷，而且考慮該邏輯判斷的可靠性。概括起來，按照這個已知的方法在使用幀間相關(guān)性的情況下實現(xiàn)了源控制的信道譯碼。
在該方法中表明，根據(jù)參數(shù)值的不一致的分配，特別是在語言傳輸?shù)那闆r下這歸因于源信號的不穩(wěn)定性，不僅在連續(xù)幀的位之間(幀間相關(guān)性)可能存在剩余冗余，而且在一個幀內(nèi)部的一個參數(shù)的位之間也可能存在剩余冗余。這些關(guān)于不同幀的位的冗余稱作幀內(nèi)相關(guān)性。
本發(fā)明的任務(wù)是以少量的費用獲得一個有效的譯碼。
根據(jù)本發(fā)明，通過獨立權(quán)利要求的特征解決了上述任務(wù)。
對此，本發(fā)明的中心思想是，為了提高抗干擾性和為了改善錯誤校正，在信道譯碼中使用了幀內(nèi)相關(guān)性。
根據(jù)本發(fā)明，預(yù)先規(guī)定了一個方法，其用于在一個幀格式中的數(shù)據(jù)的源控制的信道譯碼。對此，首先對一個幀信道譯碼。然后為了確定關(guān)于該已信道譯碼的幀的數(shù)據(jù)的一個后驗相關(guān)信息，可以對這個已信道譯碼的幀進行源譯碼。此外，作為一個選擇，也可以直接從信道譯碼器的判斷信息和其可靠性中計算一個信息，在下面其稱為先驗信息。然后在一個第二信道譯碼步驟中，象以前一樣，可是這次在使用了基于相關(guān)性和剩余冗余的已計算的先驗信息的情況下再次對同一幀進行信道譯碼。
為了信道譯碼，可以特別使用軟邏輯判斷Viterbi算法和后驗最大概率算法。對此，軟邏輯判斷算法是一個這樣的算法，其不僅發(fā)布一個邏輯判斷值，而且此外也表明這個邏輯判斷的值以哪一種概率存在。
上述方法特別適用于GSM標準的語言信道的譯碼。根據(jù)本發(fā)明，此外預(yù)先規(guī)定一個適合于在一個幀格式內(nèi)編碼數(shù)據(jù)的信道譯碼器。對此預(yù)先規(guī)定一個信道譯碼器，其根據(jù)實施例首先對一個沒有先驗信息的幀譯碼。可是該信道譯碼器也可以使用已經(jīng)在這個第一譯碼時分配給他的先驗信息?？梢杂羞x擇地通過一個源譯碼器或直接從信道譯碼器中確定后驗信息。
一個計算單元在這個后驗信息和也許可能的源信息/統(tǒng)計的基礎(chǔ)上確定一個先驗信息，其被分配給信道譯碼器。該信道譯碼器然后就象事前一樣在使用計算單元的先驗信息的情況下再次對同一幀譯碼。
對于信道譯碼器可以使用全部任意算法。然而一個算法是特別有益的，其除了真正的邏輯判斷外發(fā)布一個可靠信息，正如在軟邏輯判斷Viterbi譯碼器或一個后驗最大概率譯碼器中是這種情況。
根據(jù)本發(fā)明，此外預(yù)先規(guī)定一個信道編碼器/譯碼器單元，其具有一個上述形式的譯碼器。此外這個信道編碼器/譯碼器可以具有一個譯碼器，其依賴于其一個成功傳輸?shù)囊饬x，給一個幀的數(shù)據(jù)分配不同的錯誤保護。
現(xiàn)在參考伴有標記的圖以及根據(jù)一個實施例詳細闡述本發(fā)明。圖示

圖1一個根據(jù)本發(fā)明的源控制的信道譯碼器的結(jié)構(gòu)，圖2具有位的幀，這些位具有一定的相關(guān)性，圖3一個信道編碼器，其根據(jù)本發(fā)明的一個特殊實施例可以與圖1譯碼器一起作為編碼器/譯碼器(Codec)單元使用，和圖4根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個編碼器/譯碼器單元的結(jié)構(gòu)。
參考具有標記的圖1，應(yīng)當首先闡明一個根據(jù)本發(fā)明的源控制信道譯碼器的基本結(jié)構(gòu)。正如開始已經(jīng)說明的，根據(jù)本發(fā)明為了源控制的信道譯碼，利用在一個幀內(nèi)部的參數(shù)的位之間的剩余冗余。為了確定位的幀內(nèi)相關(guān)性，根據(jù)本發(fā)明提出一個基于反復(fù)信道譯碼的方法。正如在圖1中描述的，在一個幀格式內(nèi)已編碼的數(shù)據(jù)，比如GSM標準，通過一個傳輸信道4被供給一個信道譯碼器1。該信道譯碼器1例如可以是一個所謂的SOVA(軟邏輯判斷-Viterbi-算法)或一個MAP(后驗最大概率)譯碼器。在這些譯碼器中接收的信號與所有基本可能的信號進行比較，然后選出與這個接收的信號最相似的信號。信道譯碼器1根據(jù)這個實施例在沒有使用一個先驗信息的情況下對通過傳輸信道4供給的已編碼數(shù)據(jù)進行譯碼。然而該信道譯碼器也可以使用已經(jīng)在這個第一譯碼的情況下分配給他的先驗信息。
在圖1中用19表示一個象征性的開關(guān)，其在信道譯碼器1的第一譯碼步驟中處在位置①。在這個第一信道譯碼后，由于信道譯碼器1沒有先驗相關(guān)信息，這個已譯碼的信號被供給一個源譯碼器2。為了獲得一個后驗信息，該源譯碼器2對由信道譯碼器1供給的數(shù)據(jù)進行源譯碼。可以有選擇地或附加地直接在信道譯碼器1后推斷出后驗信息，比如通過虛線表示的。該后驗信息交給一個單元3，其在這個后驗信息的基礎(chǔ)上計算先驗信息，此外詳細加以說明。單元3的先驗信息然后被供給信道譯碼器1。可以這樣說，象征性的開關(guān)處在位置②?，F(xiàn)在信道譯碼器1正如前面一樣就同一個幀進行信道譯碼，可是，這次考慮了單元3的先驗信息。在第二信道譯碼時也進行源控制的信道譯碼。
因此概括起來講，在幀譯碼的第一步驟中首先在沒有考慮先驗信息的情況下進行譯碼。根據(jù)這個譯碼的參數(shù)然后可以確定該譯碼位的一個后驗信息，也就是說幀內(nèi)相關(guān)性。在第二步驟中，接收的幀然后再次進行譯碼，對此這次使用了在先前譯碼中獲得的先驗信息。
原理上，如果在源位(語言、圖像、數(shù)據(jù)等等)中存在幀內(nèi)相關(guān)性，則在所有的信道譯碼中可以使用這個方法，比如在GSM控制信道(例如SACCH)的控制信息數(shù)據(jù)的譯碼中就是這種情況。特別是在GSM滿速率的情況下或者在增強滿速率語言編碼的情況下，與基于位的幀間相關(guān)性的源控制信道譯碼相比，該方法得到了效率的另外改善。
下面參考圖3說明一個在本發(fā)明中使用的編碼器。在GSM滿速率傳輸語言信息的情況下，關(guān)于信道錯誤，源譯碼器的靈敏度是典型不均勻的。與一定類型的位的錯誤減少相比，重建的語言信息的質(zhì)量是相當不靈敏的，相反，如果減少另一級別的錯誤，則語言的質(zhì)量顯著下降。語言編碼器6產(chǎn)生全部20毫秒的一個具有260位的幀。每個幀可以劃分為具有不同意義和靈敏度的三個位級別。如此改進信道編碼過程，在最重要的級別中出現(xiàn)最低的位錯誤概率。根據(jù)圖3的信道譯碼線路圖，以一個循環(huán)的安全字組(CRC)的3個位首先鎖定(9)50個最重要的位(級別1a)。以上述的53個位重組(6)緊接著的132個重要的位(級別1b)，并且以速率1/2把這132個重要位與4個末位一起合并編碼(7)。非譯碼地傳輸78個不重要的位(級別2)。
現(xiàn)在參考圖2詳細闡述幀內(nèi)相關(guān)性的確定。正如事先闡明的，以不同數(shù)目的位根據(jù)其意義量化通過圖3的語言譯碼器6輸出的每個系數(shù)。在圖2中以u1，k和u2，k表示在時刻k一定系數(shù)的二個重要的位。根據(jù)源編碼器的輸出端上的剩余冗余，位u1，k和u2，k在同一個幀內(nèi)部是統(tǒng)計學非獨立的。也就是說在這二個位u1，k和u2，k之間存在相關(guān)性。可以如下表達在相同幀內(nèi)的剩余相關(guān)性等式1u1，k＝f(u2，k)等式2u2，k＝f(u1，k)因此可以如下表達關(guān)于u1，k和u2，k的先驗概率等式3P(u1,k=i)=Σi∈{-1,+1}P(u1,k=i|u2,k=j).P(u2,k=j)]]>等式4P(u2,k=i)=Σi∈{-1,+1}P(u2,k=i|u1,k=j).P(u1,k=j)]]>其中，I，j∈{-1；+1}在這種情況下，可以獲得作為后驗信息以及源特性的組合的先驗信息。在此期間能夠看出，在幀內(nèi)相關(guān)性中接收方可以提供后驗概率，因為為了猜中關(guān)于位uq，k+1＝f(uq，k)的內(nèi)容，后驗信息首先在僅接著的幀內(nèi)使用。正如從圖2中可以看出的，然而幀內(nèi)冗余的根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用的情況下，如果譯碼器處理信息u1，k，則還不能提供后驗信息P(u2，k＝j(luò))。為了回避這個問題使用了上面已說明的譯碼器算法
步驟1首先通過一個譯碼器在沒有先驗信息的情況下處理全部接收的幀。然而該譯碼器也可以使用已經(jīng)在這個第一步驟中供給他的先驗信息。為了計算根據(jù)等式3和4的新的先驗信息使用了相關(guān)位的后驗概率。
步驟2再次譯碼接收的幀，其中這次使用了用于分析先驗信息的一個APRI-S0VA譯碼器，該先驗信息是在上步中計算。
可以以下面的方式在接收方容易地估算概率P(u1，k＝i|u2，k＝j(luò))和P(u2，k＝i|u1，k＝j(luò))，其表明源特性。根據(jù)下面的二進制形成給標記Sk∈(0，1，2，3)分配一對(u1，k，u2，k)。
等式5(-1，-1)0(-1，+1)1(+1，-1)2(+1，+1)3在假設(shè)借助于從最后1幀(1表示窗口的大小，例如對于GSM滿速率1總計為128或256)中猜中的邏輯判斷估算事先獲得的標記Sk的概率P(0)、P(1)、P(2)、P(3)的情況下，可以計算源特性。也依賴于最后的1幀估計標記出現(xiàn)的概率。對此依賴于源的特性，例如相關(guān)性或穩(wěn)定性選擇數(shù)值1。P(u1,k=-1|u2,k=-1)=P(0)P(0)+P(2)]]>等式6P(u1,k=+1|u2,k=-1)=P(0)P(0)+P(2)]]>P(u1,k=-1|u2,k=+1)=P(0)P(1)+P(3)]]>P(u1,k=+1|u2,k=+1)=P(3)P(1)+P(3)]]>P(u2,k=-1|u1,k=-1)=P(0)P(0)+P(1)]]>P(u2,k=+1|u1,k=-1)=P(1)P(0)+P(1)]]>P(u2,k=-1|u1,k=+1)=P(2)P(2)+P(3)]]>P(u2,k=+1|u1,k=+1)=P(3)P(2)+P(3)]]>容易看出，如果非均勻地大概分配標記Sk，則位u1，k和u2，k是非統(tǒng)計學獨立的，并且因此存在相關(guān)性。正如上面說明的，為了改善譯碼器的效率，使用了在相同幀內(nèi)部的位之間的這個統(tǒng)計學的依賴關(guān)系。
因為語言信息表達一個高度非穩(wěn)定的過程，所以在一個確定的持續(xù)時間內(nèi)可以顯著改變源特性。移動窗口的任務(wù)在于，估算當前語言段的標記Sk的概率。
權(quán)利要求
1.在一個幀格式內(nèi)的數(shù)據(jù)的源控制的信道譯碼方法，其特征在于，如下步驟-數(shù)據(jù)的一個幀的信道譯碼(1)，-在信道譯碼(1)的和/或在信道譯碼(1)之后的源譯碼(2)的可靠邏輯判斷的基礎(chǔ)上確定后驗信息，-在后驗信息和數(shù)據(jù)剩余冗余的基礎(chǔ)上計算(3)先驗信息，和-在使用已計算(3)的先驗信息的情況下再次對同一幀進行信道譯碼(1)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在編碼時依賴于幀的數(shù)據(jù)的成功傳輸，給幀的數(shù)據(jù)分配不同的錯誤保護。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，從后驗信息與源特性的邏輯連接中確定先驗信息。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，為了確定源特性而考慮最近的1幀。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法的應(yīng)用，其特征在于，其應(yīng)用于GSM標準的語言信道的譯碼。
6.在一個幀格式內(nèi)的數(shù)據(jù)的信道譯碼器，其特征在于，-一個信道譯碼器(1)，為了通過可靠邏輯判斷確定關(guān)于一個已信道譯碼的幀的數(shù)據(jù)的后驗信息，對一個幀進行譯碼，或把用于確定后驗信息的信息傳輸給源譯碼器(2)，-一個計算單元(3)，其在后驗信息的基礎(chǔ)上確定先驗信息，并且把已確定的先驗信息分配給信道譯碼器(1)，其中，信道譯碼器(1)在使用該先驗信息的情況下再次對同一幀進行譯碼。
7.按照權(quán)利要求5的信道譯碼器，其特征在于，含有一個源譯碼器(2)，并且有選擇地或附加地在源譯碼器(2)的輸出端上得到后驗信息。
8.按照權(quán)利要求5或6之一的信道譯碼器，其特征在于，從后驗信息與源特性的邏輯連接中確定先驗信息。
9.按照權(quán)利要求8的信道譯碼器，其特征在于，為了確定源特性而考慮最近的1幀。
10.信道編碼器/譯碼器單元，其特征在于，一個按照權(quán)利要求4至6之一的譯碼器，和一個編碼器(5)，依賴于幀的數(shù)據(jù)的成功傳輸，給幀的數(shù)據(jù)分配不同的錯誤保護。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明,在一個GSM系統(tǒng)中在使用幀內(nèi)相關(guān)性的情況下預(yù)先規(guī)定了用于源控制的信道譯碼的方法和譯碼器。對此,一個適合于在一個幀格式中的編碼數(shù)據(jù)的根據(jù)本發(fā)明的信道編碼器具有一個信道譯碼器(1),其有選擇地在考慮一個先驗信息的情況下對一個幀進行譯碼,并且關(guān)于已譯碼的幀猜中一個可靠邏輯判斷。計算單元(3)在信道譯碼器(1)的后驗相關(guān)信息的基礎(chǔ)上確定先驗相關(guān)信息,并且把確定的先驗相關(guān)信息供給信道譯碼器(1)。信道譯碼器(1)在使用先驗相關(guān)信息的情況下再次對同一幀進行譯碼。根據(jù)本發(fā)明,也利用了在相同幀內(nèi)的位之間的剩余相關(guān)性。
文檔編號H03M13/00GK1260927SQ98806148
公開日2000年7月19日 申請日期1998年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月13日
發(fā)明者W·徐, T·辛德朗, A·盧斯托 申請人:西門子公司