專利名稱：用于共同的源和信道編碼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到信息編碼和解碼的方法，特別是數(shù)字傳輸或者存儲的方法。
源信號或者源信息如語言-、聲音-和視頻信號幾乎始終包含有統(tǒng)計學(xué)的兀余，即兀余信息。通過源編碼可以顯著地減少這些兀余，這樣就使源信號的有效傳輸或者存儲成為可能。在傳輸之前這種降低兀余避免了兀余的信號內(nèi)容，這些是建立在例如信號過程的統(tǒng)計參數(shù)基礎(chǔ)知識上的。在傳輸之后將這部分在源解碼時重新附加在信號上，這樣客觀上沒有有據(jù)可查的質(zhì)量損失。
由于關(guān)于源信號不完整的知識或者在源編碼方法整體性的限制一般來說只可以次佳地實現(xiàn)源編碼，也就是說在源編碼之后在壓縮數(shù)據(jù)中也還有某些兀余存在。在目前的源編碼方法中常常將源信號壓縮為符號或者量化的參數(shù)，然后將這些對應(yīng)于分配命令表示為二進制編碼字，其中分配命令目前或多或少是偶然選擇的。
另一方面常常在信號傳輸時將有目的的兀余通過信道編碼重新補充進去，以避免由于信道干擾影響傳輸。因此通過附加兀余比特使接收器或者解碼器有可能識別誤差和必要時也可能修正誤差。
長時間以來信息理論有一個基本的前提，可以相互獨立地進行源編碼和信道編碼以達到最佳結(jié)果。根據(jù)這個基本原則只依賴于源特性設(shè)計源解碼器，相反信道編碼設(shè)計應(yīng)該只依賴于信道特性。如果源編碼器提供統(tǒng)計的獨立的和因此不相關(guān)的以及同時是概率的符號和解碼延遲可以任意長時，這個基本原則可以是正確的。在實際應(yīng)用中一般來說不能滿足這些先決條件。源編碼器的輸出信號或者由源編碼器輸出的符號序列常有一個剩余兀余和同時允許的延遲特別在語言傳輸時是有限制的。
已知，將源編碼符號序列的這些剩余兀余利用在所謂的源控制的信道解碼中。其中信道解碼器的解碼過程一方面由被傳輸?shù)谋忍睾土硪环矫嬗申P(guān)于一些重要源比特概率值的A優(yōu)先-/A其次-信息進行控制。源信息影響信道解碼的結(jié)果。在用Viterbi算法進行解碼情況時這種方法被稱為A優(yōu)先-Viterbi算法。當(dāng)使用這種方法時只在接收器方面有必要進行改進。這樣文獻J.Hagenauer，“源控制的信道解碼”，IEEE Trans.Commun.，43卷，2449-2457頁，1995年9月，指出在源控制的信道解碼時充分利用幀之間的相關(guān)，也就是說充分利用時間和/或位置之間相鄰信號樣本的統(tǒng)計關(guān)系。
試驗也得出，由于參數(shù)值的不均勻分布，這又引起源信號的不穩(wěn)定性，不只在連續(xù)幀的比特之間，而且在幀內(nèi)參數(shù)的比特之間也有一個剩余兀余。
本發(fā)明的任務(wù)是，達到盡可能少誤差和盡可能少費用的信息傳輸或者信息存儲。
上述任務(wù)按照本發(fā)明是通過獨立權(quán)利要求的特征解決的。
本發(fā)明是以以下思路為基礎(chǔ)的，將符號首先按照其相對概率進行分類和按照分類結(jié)果分配給普通二進制編碼。
通過本發(fā)明達到，不需要過多費用可以降低解碼比特的誤差率，和這樣可以將干擾比較少的信息進行傳輸。
下面借助于有利的實施例詳細敘述本發(fā)明。其中特別敘述了信息的數(shù)字傳輸。然后本發(fā)明也可以應(yīng)用在信息存儲上，因為將信息寫入存儲器介質(zhì)和將信息從存儲器介質(zhì)中讀出涉及到本發(fā)明對應(yīng)于信息發(fā)送器和信息接收器。
常使用“解碼”概念，以描述信道編碼比特位的解碼，如果一般來說決策關(guān)于比特位的二進制數(shù)值時，而使用“檢測”概念。因為本發(fā)明可以有益地使用在兩種場合，在本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)“解碼”概念也包括檢測過程。
將下面列出的附圖用于敘述本發(fā)明的實施形式。
附圖表示附

圖1消息傳輸鏈的簡圖附圖2在一個幀結(jié)構(gòu)中符號和源編碼比特序列之間關(guān)系的簡圖附圖3符號和各各二進制表示的二進制數(shù)值的概率分布附圖1表示了產(chǎn)生源信號QS的源Q，將源信號被源編碼器QE，如GSM全比率語言編碼器，壓縮到由符號組成的符號序列SY。其中符號有一個數(shù)值c，j(符號值)。在參數(shù)化的源編碼方法中將由源Q產(chǎn)生的源信號QS(例如語言)分成數(shù)據(jù)塊(例如時幀)和將這些分開處理。源編碼器QE產(chǎn)生量化的參數(shù)(例如語言系數(shù))，下面將這個也稱為一個符號序列的符號SY，和這些在現(xiàn)實的數(shù)據(jù)塊中一定程度上反應(yīng)了源的特性(例如語言的頻譜，濾波器參數(shù))。這些符號在量化之后有確定的符號值c，j。
例如GSM全比率編碼器產(chǎn)生76個參數(shù)，其中0至7是所謂的LAR系數(shù)(對數(shù)區(qū)比率)，這些是在LPC分析時產(chǎn)生的(線性預(yù)報譯碼)。參數(shù)9、26、43和60是所謂的LTP(長期預(yù)報)的相似性尺度。此外在每個幀內(nèi)有所謂的PRE分析(有規(guī)則的脈沖激勵)的四個XMAX系數(shù)(或者參數(shù))，這些在幀與幀之間只有很小變化。
由于關(guān)于源信號或者源編碼方法的整體性限制的不完整知識一般來說只可能次佳地實現(xiàn)源編碼QE，也就是說包含在被壓縮信息中的符號序列SY也還包括兀余信息。
如附圖2所示將符號序列SY的符號或者相應(yīng)的符號值c，j通過二進制表示BM(分配命令)，這常被敘述為源編碼QE的一部分，表示為二進制編碼字bcw，j的一個序列BCW，這些各自有多個比特位b，i。將另外的二進制編碼字bcw，j分配給每個符號值c，j，二進制編碼字由于不同的二進制數(shù)值在一個或者多個比特位b，j上是有區(qū)別的。其中腳注j代表符號的不同數(shù)值或者不同的編碼字和腳注i和后面的k，q位于相應(yīng)數(shù)值的位上。
如果將這些二進制編碼字bcw，j先后繼續(xù)處理為二進制編碼字的序列BCW，這樣由源編碼比特位uq產(chǎn)生一個序列u，將這些可以置入幀結(jié)構(gòu)中，其中將每個比特位uq固定地分配給確定的編碼字bcw，j的確定的比特位b，i上。這樣例如在GSM全比率編碼時每20毫秒產(chǎn)生有260個比特位uq的幀。
附圖2表示了這樣產(chǎn)生的一個幀k的幀結(jié)構(gòu)。源編碼比特位uq或者有數(shù)值“+1”或者“-1”或者“0”。在一個幀內(nèi)腳注i由0至Q-1，其中Q是源編碼比特位uq在一個幀內(nèi)的數(shù)目。在每個幀內(nèi)例如可以將比特位調(diào)整為具有不同意義的和對信道干擾不同敏感度的三級。
在信道編碼器CE中，如卷集編碼器，將源編碼比特位u進行編碼這樣抗信道干擾，在最重要的等級上出現(xiàn)最小的比特誤差概率。為此首先將50個最重要的比特(等級1a)通過循環(huán)的數(shù)據(jù)塊安全性(CRC)的3比特保證安全。將其次的132個重要的比特(等級1b)用在這之前敘述的53比特重新分組和共同用具有1/2比率的4個尾部比特進行卷集編碼。將78個不太重要的比特(等級2)不編碼地進行傳輸。
將這種信道編碼的比特序列x在沒有表示的調(diào)制器中繼續(xù)處理和隨后經(jīng)過傳輸路段CH傳輸。當(dāng)進行傳輸時出現(xiàn)干擾，例如用褪色系數(shù)ak描述的褪色，和用噪聲系數(shù)N0描述的噪聲。
傳輸路段CH位于發(fā)送機和接收機之間。接收機必要時包括一個沒有表示的天線用于接收經(jīng)過傳輸路段CH傳輸?shù)男盘?，一個掃描裝置，一個解調(diào)器用于將信號解調(diào)和一個校正器用于降低符號之間的干擾。同樣為了簡化原因?qū)⑦@些裝置沒有表示在附圖1中，也沒有表示可能的交叉和解交叉。
校正器輸出接收序列y的接收值。接收值由于在經(jīng)過CH傳輸路段傳輸時的干擾有與“+1”和“-1”有偏差的值，例如“+0.2”或者“-3.7”。
在信道解碼器CD中取消信道編碼。此外在接收序列y的接收值基礎(chǔ)上決策關(guān)于單個被接收的比特位uq或者b，i的二進制數(shù)值。除了信道狀態(tài)信息CSI之外其中將上面解釋的符號序列SY的剩余兀余可以充分利用在所謂的源控制的或者共同的信道解碼上，以修正比特誤差或者改善解碼。為此原則上有兩種可能●在A優(yōu)先信息APRI意義上將關(guān)于符號值c，j的概率的兀余信息和因此還有確定的比特位b，i的二進制數(shù)值的概率的兀余信息和符號相互的相關(guān)和因此還有確定的比特位b，i相互的相關(guān)直接利用在信道解碼器上，如果例如在這之前在一個試驗源編碼器上或者借助于試驗源編碼器通過一些試驗源信號求出這些信息，和然后將這些信息存儲在屬于信道解碼器CD的存儲器單元中和將其利用作為信道解碼，如果將這些用于確定一個閾值，從這個閾值開始例如對于接收序列y的數(shù)值決策為二進制數(shù)值“1”。
●將關(guān)于符號值c，j的概率的兀余信息和因此還有確定的比特位b，i的二進制數(shù)值的概率的兀余信息和符號相互的相關(guān)和因此還有確定的比特位b，I的二進制數(shù)值相互的相關(guān)在A其次信息意義上在信道解碼之后求出。其中將A其次信息APOI可以直接在信道解碼器CD之后或者在源解碼QD之后或者源解碼期間求出。
在“J.Hagenauer，“源控制的信道解碼”IEEE Tran.Commun.，43卷2449-2457頁，1995年9月”，特別是在2451和2452頁中敘述了這種方法，其中信道解碼器的解碼過程不僅由被傳輸?shù)木幋a比特控制而且由關(guān)于一些重要源比特的概率值的A優(yōu)先/A其次信息控制。在VS(Viterbi算法)解碼情況時將這種方法稱為Apri-VA。
為了信道解碼CD例如也可以使用SOVA(軟輸出-Viterbi算法)。其中SOVA是一種算法，這種算法不僅得出一個決策值，而且還繼續(xù)得出決策值以什么樣的概率出現(xiàn)。
在成功的信道解碼CD之后將被接收的信道解碼的比特序列u或者包含在其中的二進制編碼字bcw，j重新表示DB為被接收的符號序列SY的被接收的符號，然后將這些在源解碼器QD上處理成被接收的源信號QS和在信息下載S上輸出。
下面介紹4種可能的不同的二進制表示BM-普通的二進制編碼NBC-卷積的二進制編碼FBC-灰色的二進制編碼GBC-最小距離編碼MBC將這4種二進制表示各自用4個比特位為例表示在下面的表格中在目前已知的源編碼方法中將符號或者參數(shù)在源編碼QE和源量化之后不分類地表示為普通的二進制編碼NBC。隨后將源控制的信道解碼CD也只使用在這樣的源編碼的比特位b，i上。
如果在符號或者在由符號組成的符號序列SY中還存在兀余信息時，也就是說符號值c，j的相對概率是不均勻分布的，或者一些符號是相互相關(guān)的，這樣在一些比特位b，i上也自動存在兀余信息。在用自己為了這個目的開發(fā)的仿真方法的復(fù)雜的仿真時得出，由于符號值c，j的不均勻分布通過有目標(biāo)地使用一定的二進制表示BM可以將包含在符號序列SY中的剩余兀余充分利用在信道解碼CD上特別是可以很好地使用在改善誤差修正上。
本發(fā)明將包含在符號序列SY中的剩余兀余很好地利用在比特位的二進制數(shù)值的解碼或者比特位的解碼上，如果不是任意偶然選擇二進制表示時，而是代替這個為了二進制表示將符號或者參數(shù)首先按照其概率進行分類和將這樣產(chǎn)生的符號結(jié)構(gòu)分配給普通的二進制編碼。
這樣將按照出現(xiàn)概率分類的符號用一種方法分配給普通二進制編碼(NBC)，將編碼字分配給最常出現(xiàn)的符號，這在所有比特位上有第一個二進制數(shù)值或者將一個編碼字分配，這在所有比特位上有第二個二進制數(shù)值，和將一個編碼字分配給最少出現(xiàn)的符號上，這在所有比特位上有第二個二進制數(shù)值或者將一個編碼字分配，這在所有比特位上有第一個二進制數(shù)值。
這導(dǎo)致符號兀余有效地表示在單個的比特位兀余上；從而可以將關(guān)于單個比特位b，i的二進制數(shù)值的更多的兀余信息充分利用到誤差修正上。此外為了將最重要的比特解碼比為了次重要的比特解碼可以利用更多的兀余信息。特別是為了將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或者矢量量化的參數(shù)可以表示在編碼字上-如仿真結(jié)果表示的-通過按照本發(fā)明方法特別改善了解碼結(jié)果。
在源控制的信道解碼CD時現(xiàn)在可以比較容易的和比較有效的利用存在于源編碼符號序列SY中的剩余兀余(不均勻的分布)，因為將存在于符號平面的兀余已經(jīng)轉(zhuǎn)換為存在于比特平面上的兀余(不均勻的分布)，這些可以被源控制的信道解碼器(例如Apri-VA)直接使用。用這種方法在傳輸源信號QS(聲音，語言，等)時人們可以達到改善質(zhì)量的目的。在二進制表示BM之前的這種分類的附加計算費用是很少的和一般來說可以忽略不計。
這種二進制表示BM可以隱含地集成在源編碼器和源解碼器中。然而對于已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的編碼如GSM全比率/增強的全比率語言編碼這些意味著不僅在接收機而且在發(fā)送機上的改進。當(dāng)然這種改進不需要大的硬件改動是可能的。在GSM系統(tǒng)中從基礎(chǔ)設(shè)施方面只有必要在TRAU(轉(zhuǎn)換編碼器和比率適配裝置)中補充二進制表示和逆變表示，BTS(基站收發(fā)器)、BSC(基站控制器)等保持不變。
附圖3表示了符號值c，j和被分配的二進制編碼字bcw，j的概率分布。其中可以看出，在NBC情況下在第一個比特位b1上二進制數(shù)值“0”的概率大大地大于二進制數(shù)值“1”，特別是在已經(jīng)將符號c1或者c2發(fā)送出去的條件下。在源控制的信道解碼時在A優(yōu)先或者A其次信息的意義上可以利用這個信息，以便決策關(guān)于比特位b1的二進制數(shù)值，或者確定為此使用的閾值，和這樣使得決策比較可靠。
如果也使用關(guān)于有可能被傳輸?shù)姆栔礳，j的信息，還可以改善解碼。
如果人們在二進制表示之前不將符號分類，則有可能在源控制的信道解碼時使用的A優(yōu)先或者A其次信息(也就是說二進制數(shù)值的概率為“0”)一般來說比較小和有可能不會這樣可靠地進行比特位的解碼。
在本發(fā)明的實施變型中將符號分類和表示為編碼字之后將所有或者編碼字比特位的一部分進行調(diào)換。
在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中將由符號序列SY組成的信息是這樣表示在各自具有多個比特位b.i的二進制編碼字上的，在相應(yīng)的比特位b，i，k(或者在幀平面上uq，k)和b，i，k+1(或者在幀平面上uq，k+1)連續(xù)幀k，k+1之間的相關(guān)也大。其中特別應(yīng)該考慮源比特的相關(guān)。這種方法的基本思想在于，在兩個連續(xù)幀之間的相應(yīng)的符號不經(jīng)常變化和因此在傳輸時出現(xiàn)兀余。將連續(xù)幀之間的這種相關(guān)在接收方在使用解碼器APRI-SOVA(A優(yōu)先軟輸出Viterbi算法)情況下可以特別好地充分利用，如果這樣選擇一個二進制表示BM，在連續(xù)幀相應(yīng)的比特位的二進制數(shù)值之間的相關(guān)大時。這樣在復(fù)雜的仿真時得出使用GBC作為二進制表示特別有益，特別是如果符號具有高斯分布或者反高斯分布，這在很多情況下是這種情況。
當(dāng)源控制信道解碼CD時也可以利用幀交互相關(guān)，也就是說也可以利用時間和/或位置相鄰的符號樣本之間的統(tǒng)計關(guān)系。為了評估A優(yōu)先/A其次信息人們例如可以使用經(jīng)驗的“HUK算法”，這種算法敘述在“J，Hagenauer，“源控制信道解碼”，IEEE Tran.Commun.，43卷，2449-2457頁，1995年9月”或者為了源控制信道解碼使用在Kalman濾波器基礎(chǔ)上的方法。
在另外的實施變型中將由符號序列SY組成的信息這樣表示在各自具有多個比特位b，i的二進制編碼字上，當(dāng)被錯誤檢測的二進制數(shù)值時，在被檢測的符號上或者在被輸出的源信號QS上的誤差是小的。通過適當(dāng)?shù)亩M制表示BM則源信號對信道干擾的反應(yīng)敏感度比較小。這樣當(dāng)復(fù)雜的仿真時得出使用FBC作為二進制表示特別有益，特別是如果符號具有高斯或者反高斯分布時，這在很多情況下是這種情況。
還有的實施變型是可能的，在其中這樣選擇二進制表示BM，將上述變型多種方案在妥協(xié)的意義上組合在一起。
為了實施上述方法安排了集成在例如無線機，如移動無線系統(tǒng)的移動站或者基站上程序控制的信號處理器，這個信號處理器為了傳輸信息按照上述之一的方法編碼和/或解碼。
權(quán)利要求
1.將由符號序列(SY)組成的信息編碼的方法，其中符號以不同的概率出現(xiàn)，在其中-將符號表示在各自具有多個比特位(b，i)的二進制編碼字(bcw，j)上，在其中表示是這樣進行的，-將按照其出現(xiàn)概率分類的符號分配給普通的二進制編碼(NBC)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，在其中-將至少符號的重要部分或者所有符號按照其概率分類，和-將至少這樣分類的符號的重要部分或者所有這樣分類的符號分配給普通的二進制編碼(NBC)。
3.按照上述權(quán)利要求之一的方法，在其中將按照其出現(xiàn)概率分類的符號用一種方法分配給普通的二進制編碼(NBC)，-將一個編碼字分配給最常出現(xiàn)的符號，在所有比特位上有第一個二進制數(shù)值或者將一個編碼字分配，在所有比特位上有第二個二進制數(shù)值，和-將一個編碼字分配給最少出現(xiàn)的符號，在所有比特位上有第二個二進制數(shù)值或者將一個編碼字分配，在所有比特位上有第一個二進制數(shù)值。
4.按照上述權(quán)利要求之一的方法，在其中符號序列(SY)是來源于源編碼(QE)的。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法，在其中比特位(b，i)被從表示中得到的編碼字(bcw，j)調(diào)換。
6.信息解碼的方法，在其中將由符號序列組成的信息按照前面權(quán)利要求之一已經(jīng)編碼，和將被分配在符號序列(SY)或者被分配在比特位上的編碼字中包括的兀余信息作為A優(yōu)先和/或A其次信息使用在求取比特位(b，i)的數(shù)值上。
7.信息傳輸?shù)姆椒?，在其中將信息按照?quán)利要求1至5之一進行編碼和按照權(quán)利要求6進行解碼。
8.具有按照權(quán)利要求1至5之一進行信息編碼方法的信號處理器。
9.具有按照權(quán)利要求6進行信息解碼方法的信號處理器。
10.具有按照權(quán)利要求1至5之一進行信息編碼方法的和具有按照權(quán)利要求6進行信息解碼方法的無線電設(shè)備。
全文摘要
信息編碼方法,在其中將符號由符號序列組成的信息首先按照其概率分類,然后在普通二進制編碼中進行表示和這樣可以將包括在符號序列中的兀余信息利用在比特位的解碼上。
文檔編號H03M7/26GK1320302SQ99811416
公開日2001年10月31日 申請日期1999年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者W·徐 申請人:西門子公司