基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备及方法技术

一种基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备及方法，当ＡＤＰＣＭ解码器接收到好帧时，直接进行解码，并将解码数据进行缓存后输出；当出现丢帧时，先根据所缓存的语音进行丢帧补偿，然后利用丢帧补偿值并结合ＡＤＰＣＭ解码器的状态寄存器值，对ＡＤＰＣＭ解码器进行状态校正。还对丢帧补偿值进行静音检测，根据丢帧补偿值是否为静音产生一个大小不同的抑制窗，并根据抑制窗的大小对ＡＤＰＣＭ解码器的输出进行不同信号长度的降噪处理。本发明专利技术克服了基于ＡＤＰＣＭ编解码算法在ＩＰ网络上传输语音时，会由于丢帧引起语音质量快速下降的缺点，降低了丢帧所引起的语音质量下降，提高了语音的传输质量。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备及方法
本专利技术涉及IP网络
，尤其涉及一种IP网络中基于自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)的丢帧处理设备及方法。
技术介绍
IP(因特网协议)电话是一种数字电话，是技术创新的一种通信服务业务，它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包解压等交换处理在IP网或互联网上实现语音通信，它促进了网络资源利用，降低语音业务成本，因此在全球范围内得到了迅速的发展。可以说是当今世界上发展最快、普及最快的一门应用服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之一。VoIP(承载于IP上的语音，即IP电话)通过对语音信号进行编码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转换为IP数据包在IP网络上进行传输，从而达到了在IP网络上进行语音通信的目的。如图1所示为VoIP的传输过程示意图，VoIP传输过程可分为语音数字化、信号编码分组、信号打包传送、解包及解压缩过程及数字语音模拟化等几个过程。VoIP的关键技术包括信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量(QoS)保证技术、以及网络传输技术等。其中编码技术又分为波形编码、参数编码和混合编码，其中波形编码器会尽可能构出包括背景噪音在内的模拟波形。由于波形编码器作用于所有输入信号，因此会产生高质量的样值。对于波形编码，ITU-T G.711建议规定了A率和Mu率PCM(脉冲-->编码调制)分段对数量化算法，可在64kbit/s的速率上取得令人满意的效果，已广泛地应用于电缆、微波、卫星、光缆等多种通信系统。由于G.711只利用了语音信号的一维统计特征，当编码速率进一步降低时，话音质量将下降明显，并且对于许多应用场合，64kbit/s的编码速率占用的频带太宽，通信费用太大，因此人们一直寻求能在更低速率上获得高质量语音的编解码算法。ADPCM是利用自适应技术和差值编码技术相结合的一种编解码技术，可以使64kbit/s的脉冲编码(PCM)信号进一步压缩为32kbit/s的脉冲编码数据，使传输脉冲编码所需要的带宽减少一半，提高了信道的利用效率，并且还可以使脉码调制系统的通信质量得到提高。ADPCM的基本原理是利用对过去的几个抽样值来预测当前输入的样值，并使预测电路具有自适应的预测功能与实际检测值进行比较，随时对测得的差值自动进行量化级差的处理，使之始终保持与信号同步变化。1984年CCITT提出G.721建议，这是一种基于ADPCM(自适应差分PCM)技术的语音编码算法标准，编码速率为32kbit/s，每个语音样值相当于用4bit进行编码；此后在G.723建议中补充了40kbit/s和24kbit/s两种编码速率，并于1990年在G.726建议中补充了16kbit/s编码速率，从而形成一套多速率的ADPCM算法标准。其中24和16bits/s的信道主要应用在数字电路倍增设备(DCME)中过载传输语音；40bits/s主要用来在DCME中传输数据调制信号，特别用来传输大于4800bits/s的调制信号。G.726算法可以在40kbit/s、32kbit/s和24kbit/s三种速率中动态调整，以达到在给定的信道中增加容量的目的，从而在语音存储和语音传输等应用领域得到广泛应用。但是IP包在网络传送过程中，无法避免包在通过网络传输的过程中被破坏、包由于网络拥塞(网络节点的队列已满)而被丢弃、包由于网络的故障而丢失、或者仅仅由于到达接收端太晚而无法包括在重放语音-->中并被丢弃。过多的丢帧会引起语音质量严重下降，对于VoIP中常用的编解码算法比如G.711，G.723.1，G.729，由于其本身具有的丢帧隐藏模块，使之在较低的丢帧率时仍然保持较高的语音质量，在VoIP中较为常用。而对于ADPCM编解码器，如G.726虽然具有良好的压缩功能和较低的处理能力，特别适合传送信号音(DTMF、单频音、调制信号等)，兼备了G.711与G.729两者的优点，但由于本身没有丢帧隐藏功能，在有丢帧的情况下，语音质量快速下降，严重影响其在网上使用，只能限制在存储转发等用途上。针对ADPCM丢帧或者误码特性的研究，在业界提出过各种不同的思路，比较典型的是降噪法。申请日为1999年1月20日，专利号为US6578162，名称为《Error recovery method and apparatus for ADPCMencoded speech》的美国专利提供了一种ADPCM编码语音的错误恢复方法和设备，该专利的核心技术是消除由于误码时引起的“咔嚓”声，其基本思路依据是根据当前的信号是否错误来决定对于输出的信号进行消噪处理。如图2所示为该专利的原理示意图，该专利主要是应用在PSTN或者无线传输方面，当信号进来通过解调得到实际信号，重定格式模块通过纠错处理后，信号输入到错帧检测器检视当前数据是否存在误码或者丢帧，抑制窗产生器根据误码的情况来决定产生一个大小为n(根据错帧情况决定)的抑制窗，非线性处理器根据抑制窗口的大小来对信号进行非线性消噪，目的是消除误码或者丢帧引起的噪音，衰减调节器对于非线性处理器的输出进行衰减，转换器的作用是根据当前信号是否出错来决定当前的输出。该方案的重点是对于丢帧后引起的“咔嚓”噪音进行抑制，而对于已经丢失的帧并没有进行补偿，也没有对于解码器进行状态恢复，无法真正提高语音质量。而且该方案仅依赖于PSTN或者无线传送，并不能满-->足在IP网络上的传送。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术基于ADPCM编解码算法在IP网络上传输语音时，会由于丢帧引起语音质量快速下降的缺点，提供一种ADPCM编解码的丢帧处理设备及方法，降低丢帧所引起的语音质量下降，提高语音的传输质量。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为：这种基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备，包括自适应差分脉冲解码器，在自适应差分脉冲解码器上增加一输入端，在该输入端上设有丢帧补偿模块和状态校正模块，丢帧补偿模块与状态校正模块连接，状态校正模块与自适应差分脉冲解码器双向连接，在自适应差分脉冲解码器的输出端增设缓冲模块，缓冲模块还与所述的丢帧补偿模块连接；当出现丢帧时，丢帧补偿模块根据缓冲模块中所保留的语音进行丢帧补偿，将丢帧补偿值输入所述的状态校正模块，状态校正模块结合自适应差分脉冲解码器的状态寄存器值，对自适应差分脉冲解码器的状态进行校正。所述的丢帧补偿模块上还可连接一抑制窗产生器，抑制窗产生器与一降噪模块连接，降噪模块位于自适应差分脉冲解码器的输出端，所述的抑制窗产生器根据丢帧补偿模块输出的丢帧补偿值产生一个抑制窗，来控制所述降噪模块处理信号的长度。所述的丢帧补偿模块与缓冲模块可为双向连接，丢帧补偿模块输出的丢帧补偿值还直接输出到所述的缓冲模块，由缓冲模块进行保存输出。所述的状态校正模块采用自适应差分脉冲编码器。相应的一种基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理方法，当自适应差分脉冲解码器接收到好帧时，直接进行解码，并将解码数据进行缓-->存后输出；当出现丢帧时，先根据所缓存的语音进行丢帧补偿，然后利用丢帧补偿值并结合自适应差分脉冲解码器的状态寄存器值，对自适应差分脉冲解码器进行状态校正。进行丢帧补偿时，可根据所缓存的语音，采用基音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备，其特征在于：包括自适应差分脉冲解码器，在自适应差分脉冲解码器上增加一输入端，在该输入端上设有丢帧补偿模块和状态校正模块，丢帧补偿模块与状态校正模块连接，状态校正模块与自适应差分脉冲解码器双向连接，在自适应差分脉冲解码器的输出端增设缓冲模块，缓冲模块还与所述的丢帧补偿模块连接；当出现丢帧时，丢帧补偿模块根据缓冲模块中所保留的语音进行丢帧补偿，将丢帧补偿值输入所述的状态校正模块，状态校正模块结合自适应差分脉冲解码器的状态寄存器 值，对自适应差分脉冲解码器的状态进行校正。

【技术特征摘要】
1、一种基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备，其特征在于：包括自适应差分脉冲解码器，在自适应差分脉冲解码器上增加一输入端，在该输入端上设有丢帧补偿模块和状态校正模块，丢帧补偿模块与状态校正模块连接，状态校正模块与自适应差分脉冲解码器双向连接，在自适应差分脉冲解码器的输出端增设缓冲模块，缓冲模块还与所述的丢帧补偿模块连接；当出现丢帧时，丢帧补偿模块根据缓冲模块中所保留的语音进行丢帧补偿，将丢帧补偿值输入所述的状态校正模块，状态校正模块结合自适应差分脉冲解码器的状态寄存器值，对自适应差分脉冲解码器的状态进行校正。2、根据权利要求1所述的基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备，其特征在于：所述的丢帧补偿模块上还连接有一抑制窗产生器，抑制窗产生器与一降噪模块连接，降噪模块位于自适应差分脉冲解码器的输出端，所述的抑制窗产生器根据丢帧补偿模块输出的丢帧补偿值产生一个抑制窗，来控制所述降噪模块处理信号的长度。3、根据权利要求1或2所述的基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备，其特征在于：所述的丢帧补偿模块与缓冲模块为双向连接，丢帧补偿模块输出的丢帧补偿值还直接输出到所述的缓冲模块，由缓冲模块进行保存输出。4、根据权利要求3所述的基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理设备，其特征在于：所述的状态校正模块采用自适应差分脉冲编码器。5、一种基于自适应差分脉冲编码调制的丢帧处理方法，其特征在于，包括以下步骤：当自适应差分脉冲解码器接收到好帧时，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫运能，李玉龙，唐繁荣，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]