EP1677286A1 - Verfahren zur Anpassung von Comfort Noise Generation Parametern - Google Patents

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Publication number
EP1677286A1
EP1677286A1 EP05111976A EP05111976A EP1677286A1 EP 1677286 A1 EP1677286 A1 EP 1677286A1 EP 05111976 A EP05111976 A EP 05111976A EP 05111976 A EP05111976 A EP 05111976A EP 1677286 A1 EP1677286 A1 EP 1677286A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cng
parameters
cnp
qrc
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05111976A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nitin Arora
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1677286A1 publication Critical patent/EP1677286A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/012—Comfort noise or silence coding

Definitions

  • the present invention relates to a method for adapting comfort noise generation (CNG) parameters provided for generating a background noise signal in a telecommunication system consisting of a packet-oriented telecommunication network and at least one first and second communication device connected thereto.
  • CNG comfort noise generation
  • the CNG parameters are generated in the first communication device and inserted into at least one Silence Insertion Descriptor (SID) transmission frame over the packet-oriented telecommunications network to the second communication device.
  • SID Silence Insertion Descriptor
  • IP Voice Over Internet Protocol
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • the receiving unit uses the CNG parameters to create an artificial, pleasant noise (“Comfort Noise Generation”), using many different techniques to produce CNG parameters and then recover the background noise (“comfort noise generation”) which implement both predefined and at least partially standardized protocols for the exchange of CNG parameters both in the receiving unit and in the transmitting unit.
  • SID Session Insertion Descriptor
  • CNG Comfort Noise Generation
  • a non-binding definition of such CNG parameters with regard to the transmission frame to be used or the "comfort noise payload" transmitted in a data packet is provided in standard G.711 Appendix II of the ITU Telecommunication Standardization Section (ITU-T), which already stipulates that the "comfort noise payload" may include a parameter indicative of the noise signal level and a plurality of parameters indicative of background noise spectral characteristics in the form of filter coefficients.
  • the essential advantage of the method according to the invention can be seen in that the transmitted CNG parameters are compared with a predetermined CNG parameter format and thereby adapted to the predetermined CNG parameter format in the event of deviation from the predetermined CNG parameter format which removes individual CNG parameters and / or replaces faulty, missing, or incompatible CNG parameters with predetermined target CNG parameters.
  • the transmitted CNG parameters are compared with a predetermined CNG parameter format and thereby adapted to the predetermined CNG parameter format in the event of deviation from the predetermined CNG parameter format which removes individual CNG parameters and / or replaces faulty, missing, or incompatible CNG parameters with predetermined target CNG parameters.
  • the predetermined CNG parameter format limits the number of transmitted CNG parameters to a maximum of 11 parameters including a QEL parameter and 10 QRC coefficients.
  • the limitation of the number of parameters to a maximum of 11 parameters, of which 10 are formed as spectral parameters, allows the use of commercially available filter units and reduces both the hardware implementation costs and the computational effort within the telecommunications system.
  • a telecommunication system 1 in particular a packet-oriented telecommunication system, is shown by way of a schematic structure diagram, which has a first communication device 2 and a second communication device 3, which are interconnected, for example, via a packet-oriented or IP-oriented communication network 4 ,
  • the data transmission via the IP-oriented communication network 4 takes place here by means of data packets.
  • the first and second communication device 2, 3 may be configured as gateway computer systems that are of different technical structure and to which, in turn, communication terminals such as an IP telephone or client computer systems, etc. are connected (not shown in the figures).
  • a transmitting unit 5 is provided in the first communication device 2 by way of example and a receiving unit 6 is provided in the second communication device 3, which are designed to transmit the data packets via the IP-oriented communication network 4, for example according to the transmission standard G.711 of the ITU.
  • the transmission standard G.726 of the ITU can be used.
  • the transmission unit 5 has a "Voice Activity Detection (VAD)" unit 7, which is connected via a connection line with, for example, an input 12 A data signal or voice data signal received at the input 12 is transmitted to the VAD unit 7 and there is a lack of voice data to be transmitted in the data signal If there are no voice data available, the VAD unit 7 generates a so-called "Silence Insertion Descriptor" (SID) transmission frame which is further processed in the transmission unit 5 and subsequently to the reception unit 6 of the second communication device This process is continued until voice data is again available in the transmission unit 5.
  • SID Stress Insertion Descriptor
  • a "discontinuous transmission” (DTX) unit 8 is provided in the transmission unit 5, which is likewise connected via connecting lines to the input 12 of the first communication device 2 and the VAD unit 7. With the aid of the DTX unit 8, the generated SID transmission frames SID are counted during a coherent speech pause, and thus the frequency of generation or transmission of the SID transmission frames SID during the speech pauses is determined.
  • DTX discontinuous transmission
  • VAD unit 7 is connected via a connecting line with a first "Comfort Noise Generation” (CNG) unit 9, which is also connected via a further connecting line to the input 12.
  • CNG Comfort Noise Generation
  • the background noise present in the speech pause is detected on the basis of "Comfort Noise Generation” parameters CNP, which in particular determine the background noise volume using a Quantized Energy Level parameter QEP and, if appropriate, the background noise spectral properties several “quantized Reflection Coefficients "QRC coefficients
  • CNP Comfort Noise Generation
  • QEP Quantized Energy Level parameter
  • QRC coefficients The determined comfort noise generation parameters CNP and quantized energy level parameters QEP and the quantized reflection coefficients QRC are inserted into the SID transmission frame SID.
  • a first speech signal unit 10 is provided in the transmitting unit 5 of the first communication device 2, which is connected to the input 12 of the first telecommunication device 2.
  • a voice data signal received via the input 12 is coded and inserted into a user data transmission frame VP.
  • the generated user data transmission frames VP and the generated SID transmission frames SID are then inserted into data packets (not shown) and transmitted via the IP-oriented telecommunications network 4.
  • a multiplex unit 11 is connected via connecting lines, which packs the Nutz Schemeübertragungsrahmen VP or the SID transmission frame SID in at least one data packet and to the output E2 of the first communication device 2 for transmission over the IP -oriented telecommunications network 4 controls.
  • a demultiplexer unit 12 is connected, which reads out the transmission frames VP or SID contained in the received data packets and either to a connected second speech signal unit 13 or to a second "Comfort Noise Generation” (CNG) unit 14 forwards.
  • CNG Comfort Noise Generation
  • the information contained in the SID transmission frame SID is read out and evaluated to generate a background noise.
  • a control unit 15 and a memory unit 16 are provided in the receiving unit 6 by way of example, which are provided for controlling the CNG unit 14 and the second voice signal unit 13 as well as for storing data, in particular the last received "Comfort Noise Generation" parameters CNP.
  • FIG. 2 shows by way of example the first byte indicating the "Quantized Energy Level” parameter QEP within the SID transmission frame SID.
  • the noise signal level is given here in -dBov, where values from 0 to 127 and from 0 to -127 dBov can be mapped.
  • 8 bits are provided which correspond to the first byte of the SID transmission frame SID. In this case, the bit having the zeroth bit position is blanketed with the value 0, and the remaining first to seventh bits represent the actual noise signal level value, the "Most Significant Bit” (MSB) being provided at the first bit position.
  • MSB Monitoring Significant Bit
  • the "Quantized Reflection Coefficients" coefficients QRC are transmitted on the basis of the second to M + 1-th bytes within the SID transmission frame SID, the second QRC coefficient N 1 being based on the second byte, the second QRC coefficient N being the second byte 2 , etc. is transmitted.
  • the M-th QRC coefficient N M is finally transmitted last, in which case the number of M of the QRC coefficients QRC determines the order of the digital filter over which the background noise is formed from a Gaussian random signal or stochastic random noise signal.
  • the extracted CNG parameters CNP are subjected to an analysis in such a way that they are first split into the Quantized Energy Level parameter QEP and the Quantized Reflection Coefficients QRC and here the number M of the transmitted ones QRC coefficients N 1 - N M is determined.
  • the parameter values are checked byte-by-byte to determine whether they are within a predetermined range that exceeds CNPF or a predetermined number of bytes by a predetermined CNG parameter format.
  • All remaining, ie non-compliant CNG parameters CNP are first adjusted in a third step 19 to the default CNG parameter format CNPF.
  • standard filters for the generation of the background noise signal can advantageously be used, whereby the adaptation of the filter order of the filters provided in the different transmitting and receiving units is eliminated.
  • a fourth step 20 the content of the CNG parameter CNP, which now consists of a maximum of 11 bytes, is checked in terms of content, i. the QEL parameters QEP and the remaining QRC coefficients QRC are analyzed in greater detail and, for example, missing or incomplete or erroneous or incompatible are replaced by target CNG parameters SCNP.
  • the target CNG parameters SCNP are taken from a "Set of Golden Parameters" SGP which is stored in the memory unit 16.
  • the "Set of Golden Parameters" SGP in a preferred embodiment comprises a golden QEL parameter GQEP and ten golden QRC coefficients GQRC, which were determined by extensive analyzes of numerous test files with standardized or trial samples of speech samples. For this purpose, a spectral analysis of the speech samples was created after they were subjected to high-pass filtering, window filtering and an autocorrelation function and the Levison-Durbin algorithm, wherein the Set of Golden Parameters SGP is selected such that the generated background noise in a uniform frequency range between 900 to 3400 Hz comes to rest. In this case, the received signal energy approaches the said frequency range evenly distributed between 900 to 3400 Hz. In particular, care was taken to ensure that only a few frequency components fall within the frequency range of 300-900 Hz, which produces a louder impression in human hearing.
  • the thus adapted CNG parameters CNP * are then smoothed in a fifth step 21 with regard to the signal level of the background noise that can be generated thereby. This is done, for example, analogously to the method defined in ITU Standard G.711 Appendix II.
  • the adapted QRC coefficients QRC * are converted into "Linear Prediction Coefficient (LPC)" coefficients LPC using the Levison Durbin algorithm.
  • LPC Linear Prediction Coefficient
  • resource-conserving golden LPC coefficients LPC which are also stored in the memory unit 16, can be used directly for the golden QRC coefficients GQRC.
  • a computationally intensive determination of the associated LPC coefficients LPC for the QRC coefficients QRC * taken from the set of golden parameters SGP is omitted.
  • a Gaussian random signal is generated, which is subjected to a calibration.
  • the generated gaussian random signal is performed by filtering through a filter unit applied with the detected LPC coefficients LPC, thereby generating the background noise signal superimposed on the speech data signal.

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Abstract

Zur Anpassung von Comfort Noise Generation (CNG) Parametern CNP, die zur Erzeugung eines Hintergrundrauschsignals in einem Telekommunikationssystem 1 bestehend aus einem paketorientierten Telekommunikationsnetzwerk 4 und zumindest einem ersten und zweiten daran angeschlossenen Kommunikationsgerät 2,3 vorgesehen sind, werden zunächst die CNG-Parameter CNP in zumindest dem ersten Kommunikationsgeräts 2 erzeugt und eingefügt in zumindest einem Silence Insertion Descriptor (SID) Übertragungsrahmen SID über das paket-orientierte Telekommunikationsnetzwerk 4 an das zweite Kommunikationsgerät 3 übertragen. Die übertragenen CNG-Parameter CNP werden mit einem vorgegebenen CNG-Parameter-Format CNPF verglichen und bei einem Abweichen von dem vorgegebenen CNG-Parameter-Format CNPF an das vorgegebene CNG-Parameter-Format CNPF dadurch angepasst, das einzelne CNG-Parameter CNP entfernt und/oder fehlerbehaftete, fehlende oder inkompatible CNG-Parameter CNP durch vorgegebene Soll-CNG-Parameter SCNP ersetzt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung von Comfort Noise Generation (CNG) Parametern, die zur Erzeugung eines Hintergrundrauschsignals in einem Telekommunikationssystem bestehend aus einem paket-orientierten Telekommunikationsnetzwerk und zumindest einem ersten und zweiten daran angeschlossenen Kommunikationsgerät vorgesehen sind. Die CNG-Parameter werden in dem ersten Kommunikationsgerät erzeugt und eingefügt in zumindest einen Silence Insertion Descriptor (SID) Übertragungsrahmen über das paket-orientierte Telekommunikationsnetzwerk an das zweite Kommunikationsgeräts übertragen.
  • Aufgrund einer zunehmenden globalen Ausrichtung von Unternehmen nimmt die Nutzung von Telekommunikationsdiensten zur Übermittlung von Sprache und Daten ständig zu. Dies hat zur Folge, dass die durch die Telekommunikationsdienste verursachten Kosten ständig steigen und zu einem erheblichen Kostenfaktor für Unternehmen werden, die Möglichkeiten zur Reduzierung dieser Kosten suchen. Eine Möglichkeit Daten, insbesondere Sprachdaten kostengünstig und weltweit übermitteln zu können, bieten globale und lokale Computernetze, wie beispielsweise ein Intranet oder das Internet. Hierbei werden auch vermehrt echtzeit-kritische Daten, beispielsweise Sprach- und Videodaten über lokale und globale paket-orientierte Telekommunikationssysteme übermittelt.
  • In derartigen, insbesondere gemäß der Voice Over Internet Protocol (IP) - Technologie oder Code Division Multiple Access (CDMA)-Technologie realisierten Telekommunikationssystemen können die beispielsweise bei einem IP-Telefongespräch auftretenden Gesprächspausen bzw. die Zuhörphasen eines Gesprächspartners vorteilhaft dazu verwendet werden, das zu übertragende Datenvolumen innerhalb des Telekommunikationssystems zu reduzieren. Hierzu werden beispielsweise bei Sprachpausen eines Gesprächspartners anstelle eines realen Hintergrundgeräusches lediglich mehrere das Hintergrundgeräusch beschreibende Parameter in einem hierfür vorgesehen Übertragungsrahmen übertragen, aus denen in der Empfangsstation ein künstliches angenehmes Hintergrundrauschsignal ("Comfort Noise Signal") erzeugt wird, so das dem aktuell sprechenden Gesprächspartner der Eindruck vermittelt wird, dass die Telekommunikationsverbindung auch in Gegenrichtung weiterhin besteht.
  • Diese Parameter beschreiben somit die Rauschsignalstärke sowie dessen spektrale Eigenschaften und werden in der Literatur als "Silence Insertion Descriptor (SID) Informationen" oder "Comfort Noise Generation (CNG) Parameter" bezeichnet. In der Empfangseinheit werden die CNG-Parameter zur Erzeugung eines künstlichen angenehmen Hintergrundgeräusches (,,Comfort Noise Generation") verwendet. Hierbei sind viele unterschiedliche Verfahren zur Erzeugung von CNG-Parameter und der folgenden Widerherstellung des Hintergrundgeräusches (,,Comfort Noise Generation") bekannt, die sowohl in der Empfangseinheit als auch in der Sendeeinheit implementierte und vordefinierte sowie zumindest teilweise standardisierte Protokolle für den Austausch von CNG-Parameter erfordern.
  • Eine unverbindliche Definition derartiger CNG-Parameter im Hinblick auf den zu verwendenden Übertragungsrahmen bzw. die in einem Datenpaket übertragene "Comfort Noise Payload" erfolgt im Standard G.711 Appendix II der ITU Telecommunication Standardization Section (ITU-T), die bereits festlegt, dass die "Comfort Noise Payload" einen die Rauschsignallautstärkepegel angebenden Parameter sowie mehrere die Spektraleigenschaften des Hintergrundrauschens in Form von Filterkoeffizienten angebende Parameter umfassen kann. Jedoch werden durch den ITU-T Standard G.711 Appendix II für "Interworking Scenarios" bei beispielsweise mehreren unterschiedlichen Gateway-Computersystemen keine verbindlichen Randbedingungen in Hinblick auf den Aufbau und die Verwendung des SID-Übertragungsrahmens gesetzt, so dass unterschiedliche Ausgestaltungen des verwendeten SID-Übertragungsrahmens sowie der darin enthaltenen CNG-Parameter innerhalb der unterschiedlichen Telekommunikationssysteme vorliegen können.
  • Insbesondere bei den gemäß der Voice Over IP - oder CDMA - Technologie arbeitenden Telekommunikationssystemen werden beispielsweise in einem derartigen SID-Übertragungsrahmen entweder ausschließlich die Lautstärkeparameter ("Quantized Energy Level") oder zusätzlich die Spektralparameter in Form von Filterkoeffizienten ("Quantized Reflection Coefficients") übertragen, wobei hierbei die Anzahl der Filterkoeffizienten von Anwendungsfall zu Anwendungsfall deutlich variieren kann. Dies führt zu SID-Übertragungsrahmen mit unterschiedlicher Länge zwischen 1 Byte und 15 Bytes. Auch wird durch den ITU-T Standard G.711 Appendix II keine explizite Anleitung für die Ermittlung der Größenordnung der Parameter vorgegeben, so dass auch die in den SID-Übertragungsrahmen enthaltenen Parameter bzgl. der von Ihnen angenommenen Werte in einem breiten Umfang streuen können. Derartig unterschiedlich ausgestaltete CNG-Parametersätze führen zu einer deutlichen Verschlechterung des erzeugten Hintergrundgeräusches, welches beispielsweise in Extremfällen einen derartig hohen Lautstärkepegel annehmen kann, dass das eigentliche Sprachsignal übertönt wird, zumindest jedoch gestört wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Anpassung von in zumindest einem SID-Übertragungsrahmen übertragenen CNG-Parametern zur Erzeugung eines Hintergrundrauschsignals in einem paket-orientieren Telekommunikationssystem anzugeben, bei dem CNG-Parameter unterschiedlichster Ausgestaltung bzw. Verfahren zu Erzeugung derartiger CNG-Parametersätze unterstützt werden und jeweils ein annähernd gleich gute Signaleigenschaften aufweisendes Hintergrundrauschsignal erzeugt wird.
  • Die Aufgabe wird ausgehen von dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
  • Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die übertragenen CNG-Parameter mit einem vorgegebenen CNG-Parameter-Format verglichen werden und bei einem Abweichen von dem vorgegebenen CNG-Parameter-Format an das vorgegebene CNG-Parameter-Format dadurch angepasst werden, das einzelne CNG-Parameter entfernt und/oder fehlerbehaftete, fehlende oder inkompatible CNG-Parameter durch vorgegebene Soll-CNG-Parameter ersetzt werden. Vorteilhaft können durch das Aussondern von überzähligen und/oder das Ersetzen von fehlenden oder fehlerbehafteten CNG-Parametern durch Default-Parameter hohe Lautstärkepegel des Hintergrundrauschsignals, die das eigentliche Sprachsignal übertönen oder stören, vermieden werden. Das Verfahren ist insbesondere auch für den Einsatz innerhalb unterschiedlicher Gateway-Computersysteme mit unterschiedlichen "Interworking Scenarios" geeignet.
  • Weiterhin vorteilhaft wird durch das vorgegebene CNG-Parameter-Format die Anzahl der übertragenen CNG-Parameter auf höchstens 11 Parameter beschränkt, die einen QEL-Parameter und 10 QRC-Koeffizienten umfassen. Die Beschränkung der Parameteranzahl auf höchstens 11 Parameter, wovon 10 als Spektralparameter ausgebildet sind, ermöglicht den Einsatz von handelsüblichen Filtereinheiten und reduziert sowohl den hardwaretechnischen Implementierungsaufwand als auch den Rechenaufwand innerhalb des Telekommunikationssystems.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von schematischen Blockdarstellungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    beispielhaft ein Telekommunikationssystem, insbesondere zur Übertragung von Sprachdatensignalen;
    Figur 2
    beispielhaft das den Lautstärkepegel angebende erste Byte eines SID-Übertragungsrahmens;
    Figur 3
    beispielhaft die Comfort Noise Payload eines SID-Übertragungsrahmens und
    Figur 4
    beispielhaft in einem Ablaufdiagramm die einzelnen Verfahrensschritte zur Anpassung der CNG-Parameter.
  • In Figur 1 ist beispielhaft anhand eines schematischen Strukturbildes ein Telekommunikationssystem 1, insbesondere ein paket-orientiertes Telekommunikationssystem dargestellt, dass ein erstes Kommunikationsgerät 2 und ein zweites Kommunikationsgerät 3 aufweist, die beispielsweise über ein paket-orientiertes bzw. IP-orientieres Kommunikationsnetzwerk 4 miteinander verbunden sind. Die Datenübertragung über das IP-orientiere Kommunikationsnetzwerk 4 erfolgt hierbei mittels Datenpakete. Beispielsweise können das erste und zweite Kommunikationsgerät 2, 3 als Gateway-Computersysteme ausgestaltet sein, die unterschiedlicher technischer Struktur sind und an die wiederum Kommunikationsendgeräte wie beispielsweise ein IP Telefon oder Client-Computersysteme etc. angeschlossen sind (in den Figuren nicht dargestellt). Ferner ist in dem ersten Kommunikationsgerät 2 beispielhaft eine Sendeeinheit 5 und in dem zweiten Kommunikationsgerät 3 eine Empfangseinheit 6 vorgesehen, die zur Übertragung der Datenpakete über das IP-orientiere Kommunikationsnetzwerk 4 beispielsweise gemäß dem Übertragungsstandard G.711 der ITU ausgebildet sind. Alternativ kann auch der Übertragungsstandard G.726 der ITU Verwendung finden.
  • Um die Übertragungsrate innerhalb des IP-orientierten Kommunikationsnetzwerks 4 zu reduzieren weist die Sendeeinheit 5 eine "Voice Activity Detection (VAD)" Einheit 7 auf, die über eine Verbindungsleitung mit beispielsweise einem Eingang 12 des ersten Kommunikationsgerätes 2 verbunden ist und die die sogenannte ,,Voice Activity Detection (VAD)" Funktionalität unterstützt. Ein am Eingang 12 empfangenes Datensignal bzw. Sprachdatensignal wird an die VAD-Einheit 7 übertragen und dort ein Fehlen von zu sendenden Sprachdaten in dem Datensignal bzw. das alleinige Vorliegen von Hintergrundrauschen erkannt. Liegen keine Sprachdaten vor, so wird durch die VAD-Einheit 7 ein sogenannter "Silence Insertion Descriptor" (SID) Übertragungsrahmen erzeugt, der in der Sendeeinheit 5 weiterverarbeitet und anschließend an die Empfangseinheit 6 des zweiten Kommunikationsgerätes 3 übermittelt wird. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt bis erneut Sprachdaten in der Sendeeinheit 5 zur Verfügung stehen.
  • Ferner ist in der Sendeeinheit 5 eine "Discontinuous Transmission" (DTX) Einheit 8 vorgesehen, die ebenfalls über Verbindungsleitungen mit dem Eingang 12 des ersten Kommunikationsgerätes 2 und der VAD-Einheit 7 verbunden ist. Mit Hilfe der DTX-Einheit 8 werden die erzeugten SID-Übertragungsrahmen SID während einer zusammenhängenden Sprachpause gezählt und somit die Häufigkeit der Erzeugung bzw. der Übertragung der SID-Übertragungsrahmen SID während der Sprachpausen ermittelt.
  • Darüber hinaus ist die VAD-Einheit 7 über eine Verbindungsleitung mit einer ersten "Comfort Noise Generation" (CNG)-Einheit 9 verbunden, die ebenfalls über eine weitere Verbindungsleitung mit dem Eingang 12 verbunden ist. An die erste CNG-Einheit 9 wird der in VAD-Einheit 7 erzeugte SID-Übertragungsrahmen SID vor der Übermittlung an das zweite Kommunikationsendgerät 3 zur Weiterverarbeitung übergeben. In der ersten CNG-Einheit 9 wird das in der Sprachpause vorliegende Hintergrundrauschen anhand von "Comfort Noise Generation"-Parametern CNP erfasst, die insbesondere die Lautstärke des Hintergrundrauschens anhand eines "Quantized Energy Level" Parameters QEP und gegebenenfalls die spektralen Eigenschaften des Hintergrundrauschens anhand von mehreren "Quantized Reflection Coefficients" Koeffizienten QRC wiedergeben. Die ermittelten Comfort Noise Generation Parameter CNP bzw. der ,,Quantized Energy Level" Parameters QEP und die "Quantized Reflection Coefficients" Koeffizienten QRC werden in den SID-Übertragungsrahmen SID eingefügt.
  • Ferner werden in der Sendeeinheit 5 beispielsweise übermittelte Sprachdaten in einem Nutzdatenübertragungsrahmen VP - in der Literatur häufig als "voice frames" bezeichnet - gepackt, die wiederum in - nicht dargestellte Datenpakete eingefügt über das IP-orientierte Telekommunikationsnetzwerk 4 übermittelt werden. Hierzu ist in der Sendeeinheit 5 des ersten Kommunikationsgerätes 2 eine erste Sprachsignaleinheit 10 vorgesehen, die mit dem Eingang 12 des ersten Telekommunikationsgerätes 2 verbunden ist. Über die erste Sprachsignaleinheit 10 wird ein über den Eingang 12 empfangenes Sprachdatensignal kodiert und in einen Nutzdatenübertragungsrahmen VP eingefügt. Wie in der Figur 1 angedeutet werden anschließend die erzeugten Nutzdatenübertragungsrahmen VP und die erzeugten SID-Übertragungsrahmen SID in - nicht dargestellte - Datenpakete eingefügt und über das IP-orientierte Telekommunikationsnetzwerk 4 übermittelt.
  • An die erste Sprachsignaleinheit 10 und die erste CNG-Einheit 9 ist über Verbindungsleitungen eine Multiplexeinheit 11 angeschlossen, die den Nutzdatenübertragungsrahmen VP oder den SID-Übertragungsrahmen SID hierzu in zumindest ein Datenpaket verpackt und an den Ausgang E2 des ersten Kommunikationsgerätes 2 zur Übertragung über das IP-orientierte Telekommunikationsnetzwerk 4 steuert.
  • Am einem Eingang 13 des zweiten Kommunikationsgerätes 3 ist eine Demultiplexereinheit 12 angeschlossen, die die in den empfangen Datenpaketen enthaltenen Übertragungsrahmen VP bzw. SID ausliest und entweder an eine angeschlossene zweite Sprachsignaleinheit 13 oder an eine zweite "Comfort Noise Generation" (CNG)- Einheit 14 weiterleitet.
  • Anhand der zweiten CNG-Einheit 14 werden die im SID-Übertragungsrahmen SID enthaltenen Informationen ausgelesen und zur Erzeugung eines Hintergrundgeräusches ausgewertet. Ferner sind in der Empfangseinheit 6 beispielhaft eine Steuereinheit 15 sowie eine Speichereinheit 16 vorgesehen, die zur Steuerung der CNG-Einheit 14 und der zweite Sprachsignaleinheit 13 sowie zur Speicherung von Daten, insbesondere der zuletzt empfangenen "Comfort Noise Generation"-Parametern CNP vorgesehen sind.
  • In Figur 2 ist beispielhaft das die "Quantized Energy Level" Parameter QEP angebende erste Byte innerhalb des SID-Übertragungsrahmens SID dargestellt. Der Rauschsignalpegel wird hierbei in -dBov angegeben, wobei Werte von 0 bis 127 sowie von 0 bis -127 dBov abgebildet werden können. Zur Darstellung des genannten Wertebereiches des "Quantized Energy Level" Parameters QEP werden 8 Bits vorgesehen, die dem ersten Byte des SID-Übertragungsrahmens SID entsprechen. Hierbei ist das die nullte Bitposition aufweisende Bit pauschal mit dem Wert 0 belegt und das verbleibenden erste bis siebte Bit geben den eigentlichen Rauschsignalpegelwert wieder, wobei an erster Bitposition das ,,Most Significant Bit" (MSB) vorgesehen ist.
  • Die "Quantized Reflection Coefficients" Koeffizienten QRC werden anhand der zweiten bis M+1-ten Bytes innerhalb des SID-Übertragungsrahmens SID übertragen, wobei anhand des zweiten Bytes der erste QRC-Koeffizient N1, anhand des zweiten Bytes der zweite QRC-Koeffizient N2 usw. übertragen wird. Der M-te QRC-Koeffizient NM wird schließlich zuletzt übertragen, wobei hierbei durch die Anzahl M der QRC-Koeffizienten QRC die Ordnung des digitale Filters bestimmt wird, über welches das Hintergrundrauschen aus einem gaussförmigen Zufallssignal bzw. stochastischen Zufallsrauschsignal gebildet wird. Überlicherweise werden digitale Filter, insbesondere Synthesefilter der Ordnung M = 10 bis 15 verwendet.
  • Im Folgenden wird anhand des in Figur 4 dargestellten Ablaufdiagramms das Verfahren zur Anpassung von in zumindest einem SID-Übertragungsrahmen SID übertragenen "Comfort Noise Generation" Parametern CNP zur Erzeugung eines verbesserten Hintergrundrauschens näher erläutert.
  • Wird durch die zweite CNG-Einheit 14 ein SID-Übertragungsrahmen SID mit darin enthaltenen "Comfort Noise Generation" Parametern CNP empfangen, so werden in einem ersten Schritt 17 diese aus dem SID-Übertragungsrahmen SID entnommen. Sind im SID-Übertragungsrahmen SID keine neuen "Comfort Noise Generation" Parametern CNP enthalten, so werden die zuletzt in der Speichereinheit 16 abgelegten "Comfort Noise Generation" Parameter CNP für die Erzeugung der Hintergrundrauschens verwendet.
  • In einem zweiten Schritt 18 werden die entnommenen CNG-Parameter CNP einer Analyse unterzogen, und zwar derart, dass zunächst diese in den "Quantized Energy Level" Parameter QEP und die "Quantized Reflection Coefficients" Koeffizienten QRC aufgespalten werden und hierbei die Anzahl M der übertragenen QRC-Koeffizienten N1 - NM bestimmt wird. Darüber hinaus werden byteweise die Parameterwerte dahingehend überprüft, ob diese innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen, der durch ein vorgegebenes CNG-Parameter-Format CNPF bzw. eine vorgegebene Anzahl von Bytes übersteigen. Somit ist durch das vorgegebene CNG-Parameter-Format CNPF eine vorgegebene Anzahl von Filterkoeffizienten, im vorliegenden Ausführungsbeispiel M=10 QRC-Koeffizienten N1 - N10 festgelegt. Untersuchungen haben ergeben, dass bei Verwendung von M=10 Filterkoeffizienten die besten Ergebnisse im Hinblick auf Übertragungsrate und Qualität des erzeugten Hintergrundrauschens erzielt werden. Somit werden lediglich diejenigen aus dem SID-Übertragungsrahmen ausgelesenen CNG-Parameter CNP, die diese Anforderungen erfüllen, ohne Anpassung unmittelbar zur Filterung verwendet.
  • Alle verbleibenden, d.h. nicht den Vorgaben entsprechenden CNG-Parameter CNP werden in einem dritten Schritt 19 zunächst an das vorgegebene CNG-Parameter-Format CNPF angepasst. Hierzu werden zunächst überzählige Filterkoeffizienten, d.h die die Anzahl von 11 Bytes (QEL-Parameter QEP = erste Byte; QRC-Koeffizienten N1 - N10 = zweites bis elftes Byte) übersteigenden 12 bis N-ten Bytes des empfangenen SID-Übertragungsrahmens SID abgeschnitten und somit entfernt. Vorteilhaft können hierdurch Standardfilter für die Erzeugung des Hintergrundrauschsignals verwendet werden, wodurch der die Anpassung der Filterordnung der in den unterschiedlichen Sende-und Empfangseinheiten vorgesehen Filter entfällt.
  • In einem vierten Schritt 20 werden die nunmehr aus maximal elf Bytes bestehenden CNG-Parameter CNP inhaltlich überprüft, d.h. die QEL -Parameter QEP und die verbleibenden QRC-Koeffizienten QRC werden genauer analysiert und beispielsweise fehlende oder unvollständige oder fehlerbehaftete oder inkompatible durch Soll-CNG-Parameter SCNP ersetzt. Die Soll-CNG-Parameter SCNP werden einem "Set of Golden Parameters" SGP entnommen, welcher in der Speichereinheit 16 gespeichert ist.
  • Das "Set of Golden Parameters" SGP umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen goldenen QEL-Parameter GQEP und zehn goldene QRC-Koeffizienten GQRC, die durch umfangreiche Analysen zahlreicher Testfiles mit standardisierten oder im Versuchsfeld gewonnen Sprachproben ermittelt wurden. Hierzu wurde eine Spektralanalyse der Sprachproben erstellt, nachdem diese einer Hochpassfilterung, einer Fensterfilterung sowie mit einer Autokorrelationsfunktion und dem Levison-Durbin-Algorithmus beaufschlagt wurden, wobei das "Set of Golden Parameters" SGP derart gewählt ist, dass das erzeugte Hintergrundrauschen in einem einheitlichen Frequenzbereich zwischen 900 bis 3400 Hz zu liegen kommt. Hierbei wird die empfangen Signalenergie auf den genannten Frequenzbereich annähernd gleichmäßig zwischen 900 bis 3400 Hz verteilt. Insbesondere wurde darauf geachtet, dass nur wenige Frequenzanteile in den bei dem menschlichen Gehör einen lauteren Eindruck hervorrufenden Frequenzbereich von 300 - 900 Hz fallen.
  • Die derart angepassten CNG-Parameter CNP* werden anschließend in einem fünften Schritt 21 im Hinblick auf den durch diesen erzeugbaren Signalpegel des Hintergrundrauschens geglättet. Dies wird beispielsweise analog zu dem im ITU-Standard G.711 Appendix II definierten Verfahren durchgeführt.
  • Im einem weiteren sechsten Schritt 22 werden die angepassten QRC-Koeffizienten QRC* unter Verwendung des Levison Durbin Algorithmus in "Linear Prediction Coefficient (LPC)"-Koeffizienten LPC umgesetzt. Hierbei können resourcenschonend bereits für die goldenen QRC-Koeffizienten GQRC berechnete goldene LPC-Koeffizienten LPC, welche ebenfalls in der Speichereinheit 16 abgespeichert sind, unmittelbar verwendet werden, d.h. es entfällt eine rechenintensive Ermittlung der zugehörigen LPC-Koeffizienten LPC für die aus dem ,,Set of Golden Parameters" SGP entnommenen QRC-Koeffizienten QRC*.
  • In einem siebten Schritt 23 wird ein gaussförmiges Zufallssignal erzeugt, welches einer Kalibrierung unterzogen wird. Schließlich wird in einem achten Schritt 24 das erzeugte gaussförmige Zufallssignal durch eine Filterung bzw. eine Synthesefilterung über eine mit den ermittelten LPC-Koeffizienten LPC beaufschlagten Filtereinheit durchgeführt und hierdurch das Hintergrundrauschsignal erzeugt, welches dem Sprachdatensignal überlagert wird.
  • Die Erfindung wurde voranstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Anpassung von Comfort Noise Generation (CNG) Parametern (CNP), die zur Erzeugung eines Hintergrundrauschsignals in einem Telekommunikationssystem (1) bestehend aus einem paket-orientierten Telekommunikationsnetzwerk (4) und zumindest einem ersten und zweiten daran angeschlossenen Kommunikationsgerät (2,3) vorgesehen sind, bei dem die CNG-Parameter (CNP) in zumindest dem ersten Kommunikationsgeräts (2) erzeugt werden und eingefügt in zumindest einem Silence Insertion Descriptor (SID) Übertragungsrahmen (SID) über das paket-orientierte Telekommunikationsnetzwerk (4) an das zweite Kommunikationsgeräts (3) übertragen werden,
    dadurch gekennzeichnet
    - dass die übertragenen CNG-Parameter (CNP) mit einem vorgegebenen CNG-Parameter-Format (CNPF) verglichen werden,
    - dass die übertragenen CNG-Parameter (CNP) bei einem Abweichen von dem vorgegebenen CNG-Parameter-Format (CNPF) an das vorgegebene CNG-Parameter-Format (CNPF) dadurch angepasst werden, das einzelne CNG-Parameter (CNP) entfernt und/oder fehlerbehaftete, fehlende oder inkompatible CNG-Parameter (CNP) durch vorgegebene Soll-CNG-Parameter (SCNP) ersetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die übertragenen CNG-Parameter (CNP) zumindest einen "Quantized Energy Level" (QEL)-Parameter (QEP) und mehrere "Quantized Reflection Coefficients (QRC)" Koeffizienten (QRC) umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die vorgegebenen Soll-CNG-Parameter (SCNP) aus einem dem vorgegebenen CNG-Parameter-Format (CNPF) entsprechenden "Set of Golden Parameters" (SGP) ausgewählt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die im "Set of Golden Parameters" (SGP) enthaltenen Soll-CNG-Parameter (SCNP) derart ausgewählt werden, dass die Signalenergie des mittels der Soll-CNG-Parameter (SCNP) erzeugten Hintergrundrauschsignals nahezu gleichmäßig über den Frequenzbereich von 900 bis 3400 Hz verteilt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Anpassung der übertragenen CNG-Parameter (CNP) an das vorgegebene CNG-Parameter-Format (CNPF) mindestens einer der "Quantized Reflection Coefficients (QRC)" Koeffizienten (QRC) entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch das vorgegebene CNG-Parameter-Format (CNPF) die Anzahl der übertragenen CNG-Parameter (CNP) auf höchstens 11 Parameter beschränkt wird, die einen QEL-Parameter (QEP) und 10 QRC-Koeffizienten (QRC) umfassen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass über die QEL-Parameter (QEP) der Pegel des zu erzeugenden Hintergrundrauschsignals und über die QRC-Koeffizienten (QRC) die Verteilung der spektralen Signalenergie des zu erzeugenden Hintergrundrauschsignals übermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die im "Set of Golden Parameters" (SGP) enthaltenen Soll-CNG-Parameter (SCNP) mittels Spektralanalysen von Testdatensignalen ermittelt werden, wobei die Testdatensignale Frequenzen im Bereich von 300 bis 3400 Hz, insbesondere im Bereich von 900 bis 3400 Hz aufweisen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Erzeugung des Hintergrundrauschsignals ein gaussförmiges zufallssignal empfangsseitig erzeugt wird, welches mittels einer Filtereinheit, insbesondere einer Synthesefiltereinheit zur Erzeugung des Hintergrundrauschsignals gefiltert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die angepassten QRC-Koeffizienten (QRC*) unter Verwendung des Levison Durbin Algorithmus in Linear Prediction Coefficient (LPC)-Koeffizienten (LPC) umgesetzt werden und die Filtereinheit, insbesondere die Synthesefiltereinheit mit diesen LPC-Koeffizienten (LPC) beaufschlagt wird.
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