专利名称：通信系统,接收器,纠正信道差错的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于通过一个通信信道在发送器和接收器之间发送数据帧的一种接收器和一种通信系统，该接收器包括一种用于纠正接收数据中的传输差错的纠错装置。
本发明还涉及纠错装置并涉及一种在接收数字数据帧中纠正传输差错的方法。
本发明广泛地用于语音通信系统，尤其是采用IP(因特网协议)或者ATM(异步传输模式)协议的数字移动电信系统和话音传输系统。
美国专利5,432,778号描述了一种检测在采用神经网络技术接收的语音帧中的传输差错的方法。
本发明的目的是提供比在上述文件中用于在接收器端检测接收数据帧中的传输差错的装置更便宜的和更简单的装置，以及用于纠正它们的装置。为此目的，提出接收数据帧传送代表语音单元的信息。因此，本发明提供本文首段所述的一种接收器、一种系统和一种装置，并且，其特征在于，所述纠错装置包括-声音识别装置，用于识别接收数据帧中的语音单元；-检测装置，用于检测所述识别的语音单元中的恶化部分；-合成装置，用于合成相应于所述恶化部分的语音单元的部分；和-替换装置，用于以所述接收数据帧中的合成部分替换所述恶化部分。
不管所考虑的单元的类型或者大小，用于重新组成该语言的所有的字所需的语音单元的数量是受到限制的。然而，根据面对的应用，这个数量可以是一个临界的参数，特别是当用于实现本发明的存储器的容量和部件的计算能力应受到限制时。根据一个优选的实施例，本发明于是建议构成接收信号的语音单元是音素或者双音或者允许利用有限数量的单元重新构成所有的语音字的任何其他声音的单元。例如，在大多数的语言中，语音由五十个音素构成。
参照以下叙述的实施例，本发明的这些和其他方面从和将利用非限定的例子的说明中变得明显。
附图中
图1是包括根据本发明的一个发送器和一个接收器的、装备有一个纠错装置的系统的例子的传输链的方框图。
图2示出代表作为时间的函数的语言信号的3条曲线，以解释由图1所示的纠错装置实现的根据本发明的方法的主要步骤图3示出图1所示的根据本发明的纠错装置的一个实施例。
图4解释根据本发明的通信系统的一个例子，其中包括一个电话发送器和接收器。
图1解释包括根据本发明的一个发送器和一个接收器的系统的例子的传输和接收链。该发送器包括-一个信号源块11，包括例如一个话筒和一个用于收集模拟语音信号并且产生由二进制数据构成的数字语音信号E(t)的A/D变换器；-一个编码块12，以对语音进行编码，一方面，通过发送代表语音信号E(t)的编码符号序列A(t)，用于减少通过所述信道发送的信息数量并且用于对所述信道进行编码，另一方面，通过在发送的符号序列中引入冗余而用于减少传输差错的概率；-一个调制块13，用于将所述编码块12提供的符号A(t)变换为一个可通过一个通信信道14发送的已调信号U(t)。
该接收器包括-一个解调块15，用于解调从信道14收到的信号U＾(t)并用于获得一个包括信道传输差错的已解调信号；-一个解码块16，用于执行所述编码块的相反的操作并在其输出提供二进制数据E＾(t)，其中包括在信道解码期间没有纠正的、并且尤其是由于用于无线传输在所述信道中的干扰或由于所述信道中的高噪音电平导致的差的接收所引起的剩余传输差错；-一个特定的纠错块17，用于纠正在解码信号E＾(t)中检测的剩余传输差错，并用于供给纠正的输出信号S(t)；
-一个输出块18，包括例如一个D/A变换器和一个用于向用户提供模拟输出信号的扬声器/头带式耳机。
由解码块16实现的信道解码性能取决于传输条件和一个参数与信道解码器可纠正的恶化的连续比特的最大数量相对应的约束长度。例如，在低噪声信道中，数据遭受很少的信道传输差错。因此，一个小的约束长度足够在该信道解码电平获得非常好的结果。相反，在高噪声信道中，数据需要更大的冗余，即一个大的约束长度，以便在解码期间确保一个好的识别概率。但是，冗余所具有的主要缺陷是增加了发送的信息量，这在信道具有有限的通带时是不利的。
因此，本发明提供在解码块16之后增加一个特定的纠正块17，用于检测和纠正超过信道解码器的纠正容量的剩余信道差错而不必增加其约束长度。在或许遭受非常差的传输条件例如无线电干扰或者在信道中的任何其他噪声现象的系统中，它是特别有利的。
根据本发明的一种纠错方法可由例如图2A、2B和2C所示的纠正块17执行。这些图示出作为时间的函数的发送的数字语音信号E(t)(图2A)、由解码块16提供给纠错块17的恶化的语音信号E＾(t)(图2B)和在纠错块17的输出端的纠正的语音信号S(t)(图2C)。
根据本发明的基本的原理，由解码器16提供的信号E＾(t)是由有限数量的确定的语音单元构成的。从这个有力的假设开始，本发明提供由语音单元构成的一个字典的运用，这些语音单元适合于重新组成声音的语言的所有的字，和声音识别装置，用于在接收期间永久地识别接收信号中的字典的单元。根据一个优选的实施例，音素字典被用于完成声音识别和允许错误的数据帧的恢复，可达40ms的持续时间，它比最小的音素例如英文的(大约50ms)音素的持续时间更短，大多数的音素具有在大约80和130ms之间变化的长度。
根据本发明的用于纠正构成恶化的信号E＾(t)的接收数字数据帧中的传输差错的方法包括下面的步骤-声音识别步聚，用于永久地识别接收数据帧中的语音单元；-检测步骤，用于检测所述识别的语音单元中的恶化部分；
-合成步骤，用于合成相应于所述恶化的部分的语音单元部分；和-替换步骤，用于以所述数据帧中的合成部分替换所述恶化的部分。
根据包括有解码块16的图1，在由解码器16实现的信道解码期间，检测步骤已经部分地完成了该解码器16对解调器输出的信号A＾(t)中的差错的检测。这个检测是利用常规的差错检测方法实现的，例如不用存储器完成称为CRC(循环冗余校验)的方法，它提供恶化帧的一个指示符或BFI(坏帧指示符)，或者利用一个存储器使用一个卷积码和一个维特比(Viterbi)检测器完成的一种方法。如前所述，对一定程度恶化的语音信号可以执行这些方法。在这之外，采用差错纠正器对于纠正由常规的信道解码器遗留的剩余差错是很有意义的。根据本发明的一个实施例的一种变形，可以采用一种原始的互补检测方法作为对由解码器16使用的常规的特定的检测装置的一种补充。这涉及对于在识别步骤期间的声音识别结果的使用和根据语音字典的单元而对所识别的语音单元中的差错进行同时检测的对信号E＾(t)的合成。为此目的，本发明直接采用由声音识别的得分(score)所提供的信息，它指示出在字典的单元中识别当前单元的一个概率。在超出例如在80％和100％之间的一个第一固定的识别阈值的情况下，认为该单元以不需要纠正的方式被识别。在例如低于10％至20％的一个第二固定的识别阈值(小于第一阈值)的情况下，认为该单元以没有纠正的可能性的方式而不被识别。在该两个阈值之间，识别得分还用于指示要纠正的剩余差错率。
声音识别和差错检测步骤的结果示于图2B中。在声音识别步骤期间，在字典的单元中识别由水平大括号21强调的语音单元，在通过与字典所有的并行单元比较它们的接收期间，声音识别步骤永久地完成数据帧的识别。对于理解该图所需的一个假设，单元21的开始和结尾与字典的给定单元是完全同步的。根据上述的检测方法检测由语音单元21的双水平箭头22强调的错误的部分。
合成和替换步骤的结果示于图2C。由双水平箭头23强调的识别的语音单元21的部分和相应于错误的部分22根据包含在字典中的信息被合成，用于替换接收数据帧的单元21中的错误的部分22。
图3示出根据本发明的纠错装置的主要功能的方框图。该装置的输入端接收例如由图1所示的解码器16提供的恶化的语音信号E＾(t)，以便在输出端向扬声器提供一个纠正的语音信号S(t)。它包括-一个存储器TM，用于存储语音单元的字典的信息，此信息由允许对每一个语音单元的识别和合成的特性构成；-一个识别处理器RP，例如在申请No.EP 0788 648-Al中描述的那种类型，用于接收信号E＾(t)并用于永久地识别字典的语音单元；-一信号处理器类型的控制器DSP，用于从处理器RP和/或一个特定的外部差错检测器接收有关当前帧的质量的信息E＾(t)，以便确定它是否包括传输差错；一一个合成处理器SP，用于在控制器DSP的控制下并且利用包含在所述存储器TM中的参考单元的信息实现相应于错误的部分的参考单元部分的合成，并用于以接收数据帧E＾(t)中的合成部分替换所述错误的部分，以便获得纠正的输出信号S(t)；-一个D/A变换器D/A，用于将处理器SP提供的数字输出信号S(t)变换为用于扬声器的模拟信号。
根据选择用于检测识别语音单元中的差错的方法，两个变型是可能的。根据第一种方法，控制装置DSP一方面从处理器RP接收仅关于识别的字典单元的信息，另一方面接收来自一个特定的外部检测装置的坏帧指示符BFI，该指示符是来自解码器16所实现的信道解码步骤。根据互补方法，它还从处理器RP接收一个从声音识别得分导出的差错的指示。
图4说明一个根据本发明的用于在至少一个发送器41和至少一个接收器42之间通过一个通信信道43发送数据帧的通信系统的例子。在图4的实施例中，发送器41是移动无线电话系统的一个基站，而接收器42是一个蜂窝电话机。该电话机的基站分别包括图1所示的单元类型的一个传输链和一个接收链。作为该通信类型的功能，尤其是双向的功能，当例如电话机向基站发送的一个消息时，发送器和接收器的功能可以是互换的。
本发明还适用于许多其它的包括其它类型的发送器和接收器的系统，例如采用配备有如同VOIP(IP话音)或者VOATM(通过ATM传送话音)的语音传输协议层的发送器/接收器的计算机的在因特网上的声音通信系统。
已通过例子描述和解释了包括一个发送器和一个接收器、一个纠错装置的一种系统、以及一种经济的和相对容易地检测和纠正信道的超过信道解码器纠正容量的传输差错的方法。应该注意，在不偏离本发明的范围的条件下，所述的实施例的很多变型是可能的。
权利要求
1．一种接收器，用于接收通过一个通信信道发送的数据帧，并且包括一个纠错装置，用于纠正接收数据中的传输差错，其特征在于，所述纠错装置包括-声音识别装置，用于识别接收数据帧中的语音单元；-检测装置，用于检测所述识别的语音单元中的恶化部分；-合成装置，用于合成相应于所述恶化部分的语音单元的部分；和-替换装置，用于以所述接收数据帧中的合成部分替换所述恶化部分。
2．根据权利要求1所述的接收器，其特征在于，所述语音单元是音素或者双音。
3．根据权利要求1所述的接收器，其特征在于，所述纠错装置包括存储装置，用于存储与由声音识别装置和合成装置使用的语音单元相关的信息。
4．包括如权利要求1所述的接收器的电话设备。
5．一个纠错装置，用于纠正接收数字数据帧中的传输差错，其特征在于，它包括-声音识别装置，用于识别接收数据帧中的语音单元；-检测装置，用于检测所述识别的语音单元中的恶化部分；-合成装置，用于合成相应于所述恶化的部分的语音单元部分；和-替换装置，用于以所述数据帧中的合成部分替换所述恶化的部分。
6．一种通信系统，用于在一个发送器和一个接收器之间通过一个通信信道发送数据帧，所述接收器包括一个纠错装置，用于纠正所述接收数据中的传输差错，其特征在于，所述纠错装置包括-声音识别装置，用于识别接收数据帧中的语音单元；-检测装置，用于检测所述识别的语音单元中的恶化部分；-合成装置，用于合成相应于所述恶化的部分的语音单元部分；和-替换装置，用于以所述数据帧中的合成部分替换所述恶化的部分。
7．一种纠错方法，用于纠正接收数字数据帧中的传输差错，其特征在于，它包括下面的步骤-声音识别步骤，用于永久地识别接收数据帧中的语音单元；-检测步骤，用于检测所述识别的语音单元中的恶化部分；-合成步骤，用于合成相应于所述恶化的部分的语音单元部分；和-替换步骤，用于以所述数据帧中的合成部分替换所述恶化的部分。
全文摘要
本发明提出改进纠正信道传输差错的常规的方法的性能而不必增加编码该信道的冗余。它对于在或许遭受非常差的传输条件例如无线干扰或者在该信道中的任何其他噪声现象的系统中是特别有利的。本发明提供在对该信道解码之后增加一个特定的纠正装置,用于检测和纠正超过信道解码器纠正容量的剩余的信道差错。还提出由解码器提供的信号是由有限数量的确定的语音单元构成的语音信号。本发明提供借助语音单元的字典的接收信号的永久的声音识别,用于检测传输差错,并用于根据语音字典用合成部分替换接收信号中的错误的部分来纠正它们。应用:移动电话机,通过因特网/ATM等传送话音。
文档编号G10L19/005GK1281299SQ0012411
公开日2001年1月24日 申请日期2000年7月15日 优先权日1999年7月20日
发明者L·德佩辛 申请人:皇家菲利浦电子有限公司