处理丢失帧的语音通信系统及方法技术方案

一种语音通信系统及方法，具有一改进，用于处理在从编码器到解码器传输期间丢失信息的方法。更具体地说，该改进的语音通信系统能够更精确地恢复关于一语音帧的丢失的信息，诸如线谱频率（ＬＳＦ），音调滞后（或自适应码本激励），固定码本激励和／或增益信息。为了处理丢失的ＬＳＦ，该改进的语音通信系统将ＬＳＦ之间的最小间隔设置为一增加的值，然后在受控的自适应方式下可选地降低该值用于后续帧。为了处理一丢失的音调滞后，该改进的系统通过从先前接收的多个帧的音调滞后外推而估计用于该丢失帧的音调滞后。当该改进的解码器收到后续接收的帧的音调滞后时，该系统在先前收到的帧的音调滞后与该后续收到的帧音调滞后之间使用曲线拟合，以便精细调整其对用于该丢失帧的音调滞后的估计，从而在自适应码本缓冲器被后续帧使用之前对其进行调整并校正。在处理丢失增益参数中，该改进的系统对丢失增益参数的估计取决于该语音是周期状或非周期状，该丢失增益参数是自适应码本增益参数还是固定码本增益参数，以及其它因素，诸如一自适应数目先前收到帧的子帧的平均自适应码本增益参数，自适应码本激励能量对总激励能量的比值，先前收到的帧的频谱倾斜和／或先前收到的帧的能量。如果语音通信系统不向解码器发送固定码本激励值，则该改进的编码器／解码器使用其值由该帧中的信息确定的种子值对给定的帧产生相同的随激励机值。在估计一丢失帧中的丢失参数并合成语音之后，该改进的系统使该合成语音的能量与先前收到的帧的能量相匹配。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
参考引用在此整体结合以下美国专利申请以资参考并使其构成本申请的一部分1998年9月18日提交的，序列号为09/156,650的美国专利申请“Speech Encoder Using Gain Normalization That Combines Open AndClosed Loop Gain”，Conexant文档号为98RSS399；1999年9月22日提交的，序列号为60/155,321的美国临时申请，“4kbits/s Speech Coding”，Conexant文档号为99RSS485；以及2000年5月19日提交的，序列号为09/574,396的美国专利申请，“ANew Speech Gain Quantization Strategy”，Conexant文档号为99RSS312。为了对基本的语音建模，对语音信号按时间采样并按帧存储作为待被数字化处理的离散波形。然而，为了更有效地使用语音的通信带宽，在发送之前，特别是当语音要在有限带宽约束下传输时要对语音进行编码。对于不同的语音编码问题已经提出多种算法。例如，可对语音信号执行合成分析的编码方法。在编码语音时，语音编码算法试图以需要最小带宽的方式表示语音信号的特征。例如，语音编码算法设法除去语音信号中的冗余性。第一步是除去短期相关性。一种信号编码技术是线性预测编码(LPC)。在使用LPC方法时，将任意特定时间的语音信号值模型化为先前值的线性函数。通过使用LPC方法，能够降低短期相关性，并可通过估计并应用某些预测参数表示该信号来确定有效的语音信号表示。作为语音信号中短期相关性包络的LPC频谱，例如可由LSF(线谱频率)表示。在除去语音信号中的短期相关性之后，保留有LPC残余信号。这种残余信号包含需要被模型化的周期性信息。除去语音中的冗余性的第二步是对周期性信息建模。可使用音调预测对周期性信息建模。语音的某些部分具有周期性，而其它部分则没有。例如，声音“aah”有周期性信息，而声音“shhh”则没有周期性信息。在使用LPC技术时，传统的源编码器作用于语音信号，以便提取待被编码的建模和参数信息，用于通过通信信道与传统的源解码器通信。把建模和参数信息编码为较小信息量的一种方法是使用量化。参数的量化涉及在表或码本中选择最接近的项表示该参数。这样，例如如果码本包含0，0.1，0.2，0.3等，则可由0.1表示参数0.125。量化包括标量量化和矢量量化。在标量量化中，在表或码本中按上述选择最接近参数的项。与此相对照，矢量量化组合两个或多个参数，并在表或码本中选择最接近被组合的参数的项。例如矢量量化可以在码本中选择最接近参数之间的差的项。用于一次矢量量化两个参数的码本常被称为二维码本。一个n-维码本一次量化n个参数。量化的参数可被打包为若干数据包，从编码器发送至解码器。换言之，一旦被编码，表示输入语音信号的参数就被发送至收发器。这样，例如可将LSF量化，并且将对应于码本中的索引转换为若干位，然后从编码器发送至解码器。根据该实施例，每一个包可表示该语音信号的一个帧的一部分，一个语音帧，或不止一个语音帧。在收发器处，解码器接收被编码的信息。因为解码器被配置为知道语音信号被编码的方式，故解码器可对编码的信息解码，以便重构用于回放人耳感觉如同原来语音的声音信号。然而，至少有一个数据包在传输期间丢失可能是不可避免的，从而解码器并没有收到由编码器发送的所有信息。例如，当语音从一蜂窝式电话向另一蜂窝式电话传输时，在接收不良或有噪声时数据可能丢失。因而，向解码器发送编码的建模和参数信息需要一种方法，该方法使得解码器能够校正或调整丢失的数据包。虽然现有技术描述了某些用于调整丢失的数据包的方法，例如通过外推试图猜测丢失的包中是些什么信息，但这些方法受到限制，以至需要改进的方法。除了LSF信息之外，向解码器发送的其它参数也可能丢失。例如在CELP(码激励线性预测)语音编码中，有两种类型的增益也要被量化并向解码器发送。第一种类型的增益是音调增益GP，也称为自适应码本增益。自适应码本增益有时(包括这里)以下标“a”而不是下标“p”标记。第二类增益是固定码本增益GC。语音编码算法具有包括自适应码本增益和固定码本增益的量化参数。其他参数可包括例如代表话音语音(voiced speech)周期性的音调滞后。如果语音编码器对语音信号分类，也可以向解码器发送关于语音信号分类的信息。对于将语音分类并以不同模式操作的改进的语音编码器/解码器，参见2000年5月19日提交的美国专利申请09/574,396，“A New Speech Gain Quantization Strategy，”Conexant文档号为99RSS312，该文献先前已被引用在此作为参考。因为这些和其它参数信息是通过不完善的传输装置向解码器发送，这些参数的某些会丢失或永远不会被解码器收到。对于每一语音帧传输一个信息包的语音通信系统，一个包的丢失就造成一帧信息的丢失。为了重构或估计丢失的信息，现有技术系统根据参数的丢失已尝试了不同的方法。某些方法简单地使用实际上由解码器收到的来自先前帧的参数。这些现有技术方法有其不足之处，不够精确并有问题。这样就需要一种改进的方法来校正或调整丢失的信息，使得再生一个尽可能接近原来的语音信号的语音信号。为了节省带宽，某些现有技术语音通信系统不从编码器向解码器传输固定码本激励。这些系统具有本地高斯时间序列产生器，所述时间序列产生器使用初始固定种子值(seed)产生随机激励值，然后每当系统遇到包含静音或背景噪声的帧时就更新该种子值。这样，对于每一个噪声帧，种子值都发生改变。因为编码器和解码器具有按相同的顺序使用相同的种子值的相同的高斯时间序列产生器，因而它们对噪声帧产生相同的随机激励值。然而，如果一个噪声帧丢失而没有被解码器收到，则编码器和解码器对相同的噪声帧使用不同的种子值，从而失去它们的同步性。这样，就需要一种语音通信系统，它不向解码器发送固定码本激励值，但是当传输期间帧丢失时，能够维持编码器与解码器之间的同步。本专利技术第一个单独的方面是一种语音通信系统，该系统以受控的自适应方式通过把LSF之间的最小间隔设置为一增加的值，然后对后续的帧降低该值来处理丢失的LSF信息。本专利技术第二个单独的方面是一种语音通信系统，该系统通过从多个先前收到的帧的音调滞后外推而估计丢失的音调滞后。本专利技术第三个单独的方面是一种语音通信系统，该系统接收后续收到的帧的音调滞后，并使用先前收到的帧的音调滞后与后续收到的帧的音调滞后之间的曲线拟合，微调其对丢失帧的音调滞后的估计，以便在由后续帧使用自适应码本缓冲器之前对其进行调整或校正。本专利技术第四个单独的方面是一种语音通信系统，该系统对周期状语音丢失增益参数的估计不同于其对非周期状语音丢失增益参数的估计。本专利技术第五个单独的方面是一种语音通信系统，该系统对丢失的自适应码本增益参数的估计不同于其对丢失的固定码本增益参数的估计。本专利技术第六个单独的方面是一种语音通信系统，该系统基于一自适应数量的先前收到的帧的子帧的平均自适应码本增益参数，确定用于非周期状语音的丢失帧的丢失的自适应码本增益参数。本专利技术第七个单独的方面是一种语音通信系统，该系统基于一自适应数量的先前收到的帧的子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于语音通信系统的解码器，该解码器包括： 接收器，接收待被解码的语音信号的参数，这些参数是基于逐帧接收的并包括表示用于每一帧的线谱频率的最小间隔的参数； 控制逻辑，与该接收器耦合，用于对这些参数进行解码并用于重新合成该语音信号； 丢失帧检测器，检测一参数帧是否未被该接收器收到；以及 帧恢复逻辑，当该丢失帧检测器检测到丢失帧时，将用于该丢失帧的最小间隔参数设置为一第一值，该第一值大于先前收到帧的最小间隔参数。

【技术特征摘要】
US 2000-7-14 09/617,1911.一种用于语音通信系统的解码器，该解码器包括接收器，接收待被解码的语音信号的参数，这些参数是基于逐帧接收的并包括表示用于每一帧的线谱频率的最小间隔的参数；控制逻辑，与该接收器耦合，用于对这些参数进行解码并用于重新合成该语音信号；丢失帧检测器，检测一参数帧是否未被该接收器收到；以及帧恢复逻辑，当该丢失帧检测器检测到丢失帧时，将用于该丢失帧的最小间隔参数设置为一第一值，该第一值大于先前收到帧的最小间隔参数。2.根据权利要求1的解码器，其中该丢失帧检测器是该控制逻辑的一部分。3.根据权利要求1的解码器，其中帧误差逻辑是该控制逻辑的一部分。4.根据权利要求2的解码器，其中帧误差逻辑是控制逻辑的一部分。5.根据权利要求1的解码器，其中帧恢复逻辑将该丢失帧之后收到的帧的最小间隔参数设置为一第二值，该第二值大于在该丢失帧之前收到的紧靠该丢失帧的帧的最小间隔参数，并小于该丢失帧的最小间隔参数。6.根据权利要求5的解码器，其中帧恢复逻辑将该丢失帧之后收到的第二个帧的最小间隔参数设置为一第三值，该第三值小于或等于该丢失帧的最小间隔参数。7.根据权利要求6的解码器，其中帧恢复逻辑将用于该丢失帧之后收到的第二个帧的最小间隔参数设置为一第三值，该第三值也小于或等于用于该丢失帧之后收到的第一个帧的最小间隔参数。8.根据权利要求1的解码器，还包括一计数器，其对该丢失帧之后收到的帧进行计数，其中该计数确定用于该收到帧的最小间隔参数的值。9.根据权利要求5的解码器，还包括一计数器，其对该丢失帧之后收到的帧计数，其中该计数确定用于该收到的帧的最小间隔参数的值。10.根据权利要求1的解码器，其中帧恢复逻辑至少部分基于该语音信号的能量设置用于该丢失帧的最小间隔参数。11.根据权利要求1的解码器，其中帧恢复逻辑至少部分基于语音信号的频谱设置用于该丢失帧的最小间隔参数。12.根据权利要求5的解码器，其中帧恢复逻辑至少部分基于该语音信号的能量设置用于该丢失帧的最小间隔参数。13.根据权利要求5的解码器，其中帧恢复逻辑至少部分基于该语音信号的频谱设置用于该丢失帧的最小间隔参数。14.根据权利要求12的解码器，其中帧恢复逻辑至少部分基于语音信号的频谱设置用于该丢失帧的最小间隔参数。15.根据权利要求13的解码器，其中帧恢复逻辑至少部分基于语音信号的能量设置用于该丢失帧的最小间隔参数。16.一种语音通信系统，包括编码器，处理语音帧并对于每一语音帧确定音调滞后参数；发送器，与该编码器耦合，发送用于每一语音帧的音调滞后参数；接收器，从该发送器逐帧接收所述音调滞后参数；控制逻辑，与该接收器耦合，用于部分基于音调滞后参数重新合成该语音信号；丢失帧检测器，检测一帧是否未被该接收器收到；帧恢复逻辑，当丢失帧检测器检测到丢失帧时，使用多个先前收到的帧的音调滞后参数外推该丢失帧的音调滞后参数。17.根据权利要求16的语音通信系统，其中帧恢复逻辑使用该丢失帧之后收到的帧的音调滞后参数设置该丢失帧的音调滞后参数。18.根据权利要求16的语音通信系统，其中丢失帧检测器和/或帧误差逻辑是控制逻辑的一部分。19.根据权利要求16的语音通信系统，其中当接收器收到丢失帧之后的帧中的音调滞后参数时，帧恢复逻辑使用该丢失帧之后的该帧的音调滞后参数，调整先前设置的用于该丢失帧的音调滞后参数。20.根据权利要求19的语音通信系统，还包括自适应码本缓存器，该缓存器包含用于一第一帧的总激励，该总激励包含量化的自适应码本激励成分，其中缓存的总激励被提取作为所述第一帧之后的帧的自适应码本激励，且帧恢复逻辑使用该丢失帧之后的该帧的音调滞后参数来调整该量化的自适应码本激励。21.根据权利要求17的语音通信系统，其中帧恢复逻辑从该丢失帧之后收到的帧的音调滞后参数外推该丢失帧的音调滞后参数。22.一种用于语音通信系统的解码器，该解码器包括一接收器，接收待被解码的语音信号的参数，这些参数是基于逐帧接收的，其中每一帧包含多个子帧，且这些参数包括一帧的每一子帧的增益参数；一控制逻辑，与接收器耦合，用于解码这些参数并用于重新合成该语音信号；一丢失帧检测器，检测一参数帧是否未被该接收器收到；以及一帧恢复逻辑，当丢失帧检测器检测到丢失帧时，如果该丢失的增益参数是自适应码本增益参数，以一第一方式设置该丢失帧的子帧的增益参数，如果该丢失的增益参数是固定码本增益参数，则以一第二方式设置该参数。23.根据权利要求22的解码器，其中如果该丢失帧包含周期状语音，则帧恢复逻辑以一第三方式设置该丢失帧子帧的增益参数，如果该丢失帧包含非周期状语音，则以一第四方式设置该参数。24.根据权利要求22的解码器，其中所述第一方式不同于第二方式。25.根据权利要求23的解码器，其中所述第三方式不同于第四方式。26.根据权利要求23的解码器，还包括一周期信号检测器，它确定该语音信号是否是周期性的，其中如果该丢失帧包含非周期状语音且如果该丢失的增益参数是固定码本增益参数，则帧恢复逻辑将该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数设置为零。27.根据权利要求26的解码器，其中帧恢复逻辑将该丢失帧的所有多个子帧的固定码本增益参数设置为零。28.根据权利要求23的解码器，还包括一周期信号检测器，它确定该语音信号是否是周期性的，其中如果该丢失帧包含非周期状语音且如果该丢失的增益参数是固定码本增益参数，则帧恢复逻辑基于先前接收帧的语音信号能量与该丢失帧的语音信号能量的比值，将该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数设置为一个值。29.根据权利要求28的解码器，其中帧恢复逻辑将该丢失帧的其余子帧的固定码本增益参数设置为自该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数逐渐降低的一个值。30.根据权利要求23的解码器，其中如果该丢失的增益参数是固定码本增益参数，则帧恢复逻辑将该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数设置为零，而不管该丢失帧包含周期状语音还是包含非周期状语音。31.根据权利要求23的解码器，还包括一周期信号检测器，它确定该语音信号是否是周期性的，其中如果该丢失帧包含周期状语音且如果该丢失的增益参数是固定码本增益参数，则帧恢复逻辑确定先前收到的多个帧的平均自适应码本增益参数是否超过一阈值，如果该平均自适应码本增益参数超过阈值，则帧恢复逻辑将该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数设置为零。32.根据权利要求31的解码器，其中如果该平均自适应码本增益参数小于该阈值，则帧恢复逻辑将该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数设置为零。33.根据权利要求31的解码器，其中如果该平均自适应码本增益参数小于该阈值，则帧恢复逻辑基于先前收到的一个帧的语音信号能量和该丢失帧的语音信号能量的比值，将该丢失帧的第一子帧的固定码本增益参数设置为一个值。34.根据权利要求23的解码器，其中如果正由解码器处理的当前帧是在解码器收到一帧之后将丢失的第一帧，则帧恢复逻辑将该丢失帧的第一子帧的自适应增益参数设置为一任意高的数。35.根据权利要求34的解码器，其中该丢失帧的多个子帧被设置为该任意高的数。36.根据权利要求34的解码器，其中帧恢复逻辑将该丢失帧的每一个其余子帧的自适应增益参数设置为自该丢失帧的第一子帧的自适应增益参数逐渐降低的一个值。37.根据权利要求23的解码器，还包括一周期信号检测器，它确定该语音信号是否是周期性的，其中如果该丢失帧包含非周期状语音且如果该丢失的增益参数是自适应码本增益参数，则帧恢复逻辑确定一自适应数目的先前收到的帧的平均自适应码本增益参数。38.根据权利要求37的解码器，还包括一周期信号检测器，它确定该语音信号是否是周期性的，其中如果该丢失帧包含非周期状语音且一先前收到的帧包含自适应码本激励能量，且如果该丢失的增益参数是自适应码本增益参数，则帧恢复逻辑还基于自适应码本激励能量与总激励能量的比值确定一第一值。39.根据权利要求38的解码器，其中如果该第一值超过一阈值，则帧恢复逻辑将该丢失帧的当前子帧的自适应码本增益参数设置为一任意高的数。40.根据权利要求38的解码器，其中如果该第一值小于一阈值，则帧恢复逻辑将该丢失帧的当前子帧的自适应码本增益参数设置为平均自适应码本增益参数。41.根据权利要求39的解码器，其中该任意高的数是基于一先前收到的帧的谱倾斜。42.根据权利要求41的解码器，其中该任意高的数是基于该先前收到的帧中的语音信号能量。43.根据权利要求41的解码器，其中该任意高的数是基于该先前收到的帧中的该语音信号能量和该第一值。44.根据权利要求37的解码器，还包括一启动检测器，它检测帧是否包含语音启动信号，其中如果该帧包括语音启动信号，则帧恢复逻辑将丢失帧的当前子帧的自适应码本增益参数设置为该平均自适应码本增益参数与一任意高的数中的较小者。45.根据权利要求44的解码器，其中该任意高的数基于一先前收到的帧的谱倾斜。46.根据权利要求44的解码器，其中该任意高的数基于该先前收到的帧中的语音信号能量。47.根据权利要求45的解码器，其中一先前收到的帧包含自适应码本激励能量，且该任意高的数是基于该先前收到的帧中语音信号能量，一第一值是基于该自适应码本激励能量与总激励能量的比值。48.根据权利要求1的解码器，其中在帧恢复逻辑设置该丢失帧的丢失参数之后，解码器从该丢失帧重新合成语音，并调整该合成的语音的能量以使其与从一先前收到的帧合成的语音的能量相匹配。49.根据权利要求5的解码器，其中在帧恢复逻辑设置该丢失帧的丢失参数之后，解码器从该丢失帧重新合成语音，并调整该合成语音的能量以使其与从一先前收到的帧合成的语音的能量相匹配。50.根据权利要求11的解码器，其中在帧恢复逻辑设置该丢失帧的丢失参数之后，解码器从该丢失帧重新合成语音，并调整该合成语音的能量以使其与从一先前收到的帧合成的语音的能量相匹配。51.根据权利要求16的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A拜尼亚斯恩，E施罗默特，HY苏，
申请(专利权)人：康奈克森特系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]