ES2206667T3 - Procedimiento para generar ruido de bienestar durante una transmision discontinua. - Google Patents
Procedimiento para generar ruido de bienestar durante una transmision discontinua.Info
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Abstract
UN PROCEDIMIENTO MEJORADO PARA GENERAR RUIDO DE BIENESTAR (CN) EN UN TERMINAL MOVIL, FUNCIONANDO EN UN MODO DE TRANSMISION DISCONTINUA (DTX). EN UNA REALIZACION, LA INVENCION PROPORCIONA UN PROCEDIMIENTO MEJORADO PARA LA GENERACION DE RUIDO DE BIENESTAR, EN EL QUE SE MODIFICA UNA EXCITACION ALEATORIA, MEDIANTE UN FILTRO ESPECTRAL DE CONTROL, DE MANERA QUE EL CONTENIDO EN FRECUENCIA DEL RUIDO DE BIENESTAR Y EL RUIDO DE FONDO LLEGUE A SER SIMILAR. EN OTRA REALIZACION DE LA INVENCION, EL TRANSMISOR IDENTIFICA LOS PARAMETROS DE CODIFICACION DEL HABLA QUE NO SON REPRESENTATIVOS DEL RUIDO DE FONDO VERDADERO, Y REEMPLAZA LOS PARAMETROS IDENTIFICADOS, CON PARAMETROS QUE TENGAN UN VALOR MEDIO. DE ESTA MANERA, LOS PARAMETROS NO REPRESENTATIVOS NO DISTORSIONAN EL RESULTADO DE UN FUNCIONAMIENTO PROMEDIAL.
Description
Procedimiento para generar ruido de bienestar
durante una transmisión discontinua.
Esta invención se refiere generalmente al campo
de la comunicación de voz y, más particularmente, a la transmisión
discontinua (DTX) y a mejorar la calidad de ruido de bienestar (CN)
durante transmisión discontinua.
La transmisión discontinua es utilizada en
sistemas de comunicación móvil para desconectar el transmisor de
radio durante las pausas de voz. El uso de DTX ahorra energía en la
estación móvil e incrementa el tiempo requerido entre la recarga de
batería. Reduce, además, el nivel de interferencia general y mejora,
por tanto, la calidad de transmisión.
No obstante, durante las pausas de voz, el ruido
de fondo que es transmitido con la voz desaparece también si el
canal es interrumpido completamente. El resultado es una señal de
audio que suena no natural (silencio) en el extremo de recepción de
la comunicación.
Se conoce en la técnica, en lugar de desconectar
completamente la transmisión durante pausas de voz, generar
parámetros que caractericen el ruido de fondo, y enviar estos
parámetros por el interfaz hertziano a una velocidad baja en las
tramas de Descriptor de Silencio (SID). Estos parámetros son
utilizados en el lado de recepción para regenerar el ruido de fondo
que se refleja, así como sea posible, el contenido temporal y
espectral del ruido de fondo en el lado de transmisión. Estos
parámetros que caracterizan el ruido de fondo son referidos como
parámetros de ruido de bienestar (CN). Los parámetros de ruido de
bienestar incluyen típicamente un subconjunto de parámetros de
codificación de voz: en particular, los coeficientes de filtro de
síntesis y los parámetros de ganancia.
No obstante, debería indicarse que en muchos
esquemas de evaluación de ruido de bienestar de algunos codec
(codificador-decodificador) de voz, parte de los
parámetros de ruido de bienestar son derivados de parámetros de
codificación de voz, mientras que otro(s)
parámetro(s) de ruido de bienestar son derivados, por
ejemplo, de señales que están disponibles en el codificador de voz,
pero que no son transmitidas por el interfaz hertziano.
Se supone en los sistemas DTX de la técnica
anterior, que la excitación puede aproximarse suficientemente bien
mediante ruido espectralmente plano (por ejemplo, ruido blanco). En
los sistemas DTX de la técnica anterior, el ruido de bienestar es
generado por la alimentación de ruido espectralmente plano, generado
localmente, a través de un filtro de síntesis de codificador de
voz. No obstante, tales secuencias de ruido blanco son incapaces de
producir ruido de bienestar de alta calidad. Esto es debido a que
las secuencias de excitación óptimas no son espectralmente planas,
pero pueden tener inclinación espectral o incluso una desviación
más fuerte a partir de las características espectrales planas.
Dependiendo del tipo de ruido de fondo, los espectros de las
secuencias de excitación óptimas pueden tener, por ejemplo,
características de paso bajo o paso alto. Debido a este desajuste
entre la excitación aleatoria y la excitación correcta u óptima, el
ruido de bienestar generado en los sonidos del lado de recepción
diferentes del ruido de fondo sobre el lado de transmisión. El
ruido de bienestar generado puede sonar, por ejemplo,
considerablemente "más animado" o "más oscuro" que lo que
debería. Durante el DTX, el contenido espectral del ruido de fondo
cambia, por tanto, entre voz activa (es decir, codificación de voz
conectada), y pausas de voz (es decir, generación ruido de
bienestar conectada). Esta diferencia audible en el ruido de
bienestar provoca, por tanto, una reducción en la calidad de
transmisión que puede ser percibida por el usuario.
En los sistemas de codificación de voz, tales
como en los canales de voz de régimen completo (FR), régimen medio
(HR), y régimen completo mejorado (EFR) del sistema GSM, los
parámetros de ruido de bienestar son transmitidos a una velocidad
baja. Por ejemplo, en los canales FR y EFR, esta velocidad es
solamente una vez por cada 24 tramas (es decir, cada 480
milisegundos). Esto significa que los parámetros de ruido de
bienestar están actualizados solamente aproximadamente dos veces por
segundo. Esta velocidad de transmisión baja no puede representar de
forma exacta las características espectrales y temporales del ruido
de fondo y, por tanto, es inevitable cierta degradación en la
calidad del ruido de fondo durante DTX.
Un problema adicional que surge durante DTX en
los sistemas celulares digitales, tales como GSM, se refiere a un
periodo de persistencia de algunas tramas de voz que se introduce
después de una ráfaga de voz, y antes de que se termine la
transmisión real. Si la ráfaga de voz está por debajo de cierta
duración umbral, puede interpretarse como un pico de ruido de
fondo, y en este caso, la ráfaga de voz no está seguido por un
periodo de pausa. El periodo de pausa es utilizado para calcular una
estimación de las características del ruido de fondo sobre el lado
de transmisión que debe ser transmitido hasta el lado de recepción
en un mensaje de parámetro de ruido de bienestar (o trama (SID)
Descriptor de Silencio), antes de que se finalice la transmisión.
Como se describió anteriormente, la estimación de ruido de fondo
transmitido es utilizada sobre el lado de recepción para generar el
ruido de bienestar con las características similares al ruido de
fondo del lado de transmisión en el momento en el que se termina la
transmisión.
En tipos conocidos de mecanismos DTX, similares a
los de GSM FR y HR, se emplean los esquemas de cuantificación de
ruido de bienestar de predicción. Debido a esto, el lado de
recepción no tiene que conocer si existe un periodo pausa al final
de una ráfaga de voz. No obstante, en GSM EFR, se emplean los
esquemas de cuantificación de ruido de bienestar de predicción, y
se evalúa localmente la existencia de un periodo pausa en el lado
de recepción para contribuir en la descuantificación del ruido de
bienestar. Esto implica una pequeña carga de cálculo y que debe
ejecutarse un número de instrucciones del programa.
Surge otro problema si el ruido de fondo sobre el
lado de transmisión no está estacionario, sino que varía
considerablemente. En este caso, puede existir un solo trama o un
pequeño número de tramas dentro de un periodo promediado, para el
que algunos o todos los parámetros de codificación de voz
proporcionan una caracterización pobre del ruido de fondo típico.
Puede producirse una situación similar cuando una Detección de
Actividad de Voz o algoritmo VAD interpreta el extremo sin voz del
periodo de voz activa como "no voz", o el ruido de fondo
estacionario contiene ráfagas de ruido del tipo de impulso fuerte.
Debido a la corta duración de los periodos de promedio en los tipos
conocidos de sistemas DTX, tales parámetros de codificación de voz
mal acondicionados pueden cambiar el resultado del promedio de
forma significativa lo suficiente, de modo que los parámetros CN
promediados resultantes no caracterizan de forma exacta el ruido de
fondo. Esto da lugar a un desajuste o bien en el nivel o en el
espectro, o ambos, entre el ruido de fondo y el ruido de bienestar.
La calidad de la transmisión se ve perjudicada, por tanto, a medida
que el ruido de fondo suena diferente para el usuario dependiendo
de si es recibido durante la voz (codificación de voz normal de voz
y ruido de fondo) o durante las pausas de voz (producido por
generación de ruido de bienestar).
Más detalladamente, durante el periodo de pausa
DTX, algunas tramas declarados por el algoritmo VAD como tramas de
"no voz" son enviados por el interfaz hertziano, y los
parámetros de codificación de voz son memorizados temporalmente para
ser capaces de evaluar los parámetros de ruido de bienestar para un
primer trama SID. El primer trama SID es transmitido inmediatamente
después del final del periodo pausa DTX. La longitud del periodo de
pausa DTX es determinada, por tanto, por la longitud del periodo
promediado. De este modo, para reducir al mínimo la actividad del
canal del sistema, debería fijarse el periodo promediado a una
longitud relativamente corta.
Antes de describir la presente invención, será
instructivo revistar los circuitos y métodos convencionales para
generar los parámetros de ruido de bienestar sobre el lado de
transmisión y generar ruido de bienestar sobre el lado de recepción.
A este respecto, se hace en primer lugar referencia a las figuras
1a-1d.
Con referencia a la figura 1a, se calculan los
parámetros espectrales a corto plazo 102 a partir de una señal de
voz 100 en un bloque de análisis de Codificación Predictiva Lineal
(LPC) 101. La LPC es un método bien conocido en la técnica anterior.
Para simplicidad, se describe aquí solamente el caso donde el filtro
de síntesis tiene solamente un filtro de síntesis a corto plazo,
interpretándose que la mayoría de los sistemas de la técnica
anterior, tales como en GSM FR, HR y codificadores EFR, el filtro de
síntesis está construido como una cascada de un filtro de síntesis
a corto plazo y un filtro de síntesis a largo plazo. No obstante,
para los fines de esta descripción, no es necesaria una descripción
del filtro de síntesis a largo plazo. Adicionalmente, el filtro de
síntesis a largo plazo está desconectado típicamente durante la
generación de ruido de bienestar en los sistemas DTX de la técnica
anterior.
El análisis LPC produce un conjunto de parámetros
espectrales a corto plazo 102 una vez para cada trama de
transmisión. La duración de la trama depende del sistema. Por
ejemplo, en todos los canales GSM, el tamaño de la trama es ajustado
a 20 milisegundos.
La señal de voz es alimentada a través de un
filtro inverso 103 para producir una señal residual 104. El filtro
inverso es de la forma:
(1)A(z)=1-\sum\limits^{M}_{i=1}a(i)z^{-1}
Los coeficientes del filtro a(i), i=1,...,
M son producidos en el análisis LPC y son actualizados una vez para
cada trama. La interpolación, como se conoce en la codificación de
voz de la técnica anterior, puede aplicarse en el filtro inverso 103
para obtener un cambio uniforme en los parámetros de filtro entre
las tramas. El filtro inverso 103 produce la señal residual 104 que
es la señal de excitación óptima, y que genera la señal de voz
exacta 100, cuando se alimenta a través del filtro de síntesis
1/A(z) 112 sobre el lado de recepción (ver figura 1b). Se
mide la energía de la secuencia de excitación y se calcula la
ganancia de escala 106 para cada trama de transmisión en el bloque
de cálculo de ganancia de excitación 105.
La ganancia de excitación 106 y los coeficientes
espectrales 102 a corto plazo son promediados en varios tramas de
transmisión para obtener una caracterización del contenido espectral
medio y temporal del ruido de fondo. El promedio se lleva a cabo
típicamente sobre cuatro tramas para el canal GSM FR a ocho tramas,
como es el caso para el canal GSM EFR. Los parámetros que deben
promediarse son memorizados temporalmente en una duración del
periodo promediado en los bloques 107a y 108a (ver figura 1d). El
proceso de promedio se lleva a cabo en los bloques 107 y 108, y se
generan, por tanto, los parámetros medios que caracterizan el ruido
de fondo. Existe ganancia de excitación media g_{mean}y los
coeficientes espectrales medios a corto plazo. En los codec de voz
modernos, existen típicamente 10 coeficientes espectrales a corto
plazo (M=10) que son representados normalmente como coeficientes de
pareja de líneas espectrales (LSP) f_{mean}(i), i = 1,...,
M, como en el sistema GSM EFR DTX. Aunque estos parámetros se
cuantifican típicamente antes de la transmisión, la cuantificación
es ignorada en esta descripción por simplicidad, puesto que el tipo
exacto de cuantificación que se realiza es irrelevante para un
entendimiento del funcionamiento de la invención como se describe a
continuación.
Haciendo referencia brevemente a la figura 1d, se
muestra que los bloques de promedio 107 y 108 incluye cada uno las
memorias temporales respectivas 107a y 108a, que emiten las señales
memorizadas temporalmente 107b y 108b, respectivamente, a los
bloques de promedio. Se pondrá mayor atención a las memorias
temporales 107a y 108a a continuación cuando se describen las
formas de realización de la invención mostradas en las figuras 4 y
5.
El cálculo y el promedio de los parámetros de
ruido de bienestar se explica en detalle en la recomendación GSM:
GSM 06.62 "Comfort noise aspects for Enhanced Full Rate (EFR)
speech traffic channels". Además, por ejemplo, se explica la
transmisión discontinua en la recomendación GSM: GSM 06.81
"Discontinnuos Transmission (DTX) for Enahnced Full Rate (EFR) for
speech traffic channels", y se explica la detección e la
actividad de voz (VAD) en la recomendación GSM: GSM 06.82 "Voice
Activity Detection (VAD) for Enhanced Full Rate (EFR) speech
channels". Como tal, no se describen adicionalmente aquí los
detalles de estas varias funciones.
Haciendo referencia a la figura 1b, se muestra un
diagrama de bloques de un decodificador convencional sobre el lado
de recepción que se utiliza para generar el ruido de bienestar en
el sistema de comunicación de voz la técnica anterior. El
decodificador recibe los dos parámetros de ruido de bienestar, la
ganancia de excitación media g_{mean} y el conjunto de los
coeficientes espectrales medios a corto plazo f_{mean}(i),
i=1,..., M, y basado en los parámetros del decodificador genera el
ruido de bienestar. La operación de generación de ruido de
bienestar sobre el lado de recepción es similar a la decodificación
de voz, excepto que los parámetros son utilizados a una velocidad
inferior significativamente (por ejemplo, una vez cada 480
milisegundos, como en los canales GSM FR y EFR), y no se recibe
señal de excitación desde el codificador de voz. Durante la
decodificación de voz, se obtiene la excitación sobre el lado de
recepción desde un libro de códigos que contiene una pluralidad de
posibles secuencias de excitación, y un índice para el vector de
excitación particular en el libro de códigos es transmitido junto
con los otros parámetros de codificación de voz. Para una
descripción detallada de la decodificación de voz y el uso de
referencia de los libros de código puede hacerse referencia, por
ejemplo, a la Patente US Nº 5.327.519, titulada "Pulse Pattern
Excited Linear Prediction Voice Coder", por Jari Hagqvist, Kari
Järvinen, Kari-Pekka Estola, y Jukka Ranta; que
debería leerse en unión con este documento.
No obstante, durante la generación de ruido de
bienestar, no se transmite el índice al libro de códigos, y, se
obtiene la excitación en lugar de un número aleatorio o generador
de excitación (RE) 110. El generador RE 110 genera vectores de
excitación 114 que tienen un espectro plano. Los vectores de
excitación 114 son escalados entonces por la ganancia de excitación
media g_{mean}, en la unidad de escala 115, de forma que su
energía se corresponde con la ganancia media de la excitación 104
sobre el lado de transmisión. Se introduce entonces una secuencia
de excitación aleatoria escalada resultante 111 al filtro de
síntesis de voz 112 para generar la señal de salida del ruido de
bienestar 113. Los coeficientes espectrales medios a corto plazo
f_{mean}(i) son utilizados en el filtro de síntesis de voz
112.
La figura 1c ilustra el espectro asociado con la
señal en diferentes partes del decodificador de la técnica anterior
de la figura 1b. El generador RE 110 produce las secuencias de
excitación del número aleatorio 114 (y la excitación escalada 111)
que tienen un espectro plano. Este espectro es mostrado por la curva
A. El filtro de síntesis de espectro 112 modifica entonces la
excitación para producir un espectro no plano como se muestra en la
curva B.
Como se describió anteriormente, existen varios
problemas con respecto a las técnicas de generación de ruido de
bienestar convencionales. Estos problemas incluyen el desajuste
entre la excitación aleatoria y la excitación correcta u óptima que
da lugar al ruido de bienestar generado en el lado de recepción que
suena diferente del ruido de fondo real en el lado de transmisión.
Es un objeto de esta invención reducir o eliminar estos
problemas.
Esta invención aborda el problema de generar
ruido de bienestar durante la transmisión discontinua para reducir
al mínimo una pérdida de la calidad de la señal debido al uso de
transmisión discontinua. De acuerdo con la invención, están
previstos un método de acuerdo con la reivindicación 1 y un aparato
de acuerdo con la reivindicación 21.
Las formas de realización de esta invención
proporcionan los métodos de generación de ruido de bienestar que son
capaces de caracterizar mejor el ruido de fondo, y que proporcionan
adicionalmente una calidad mejorada del ruido de bienestar y una
calidad mejorada de la transmisión durante la transmisión
discontinua.
Las formas de realización de esta invención
proporcionan una técnica de generación de ruido de bienestar que
elimina o reduce al mínimo la generación de ruido de bienestar no
representativo, y que emplea un tiempo promedio reducido.
De acuerdo con una forma de realización preferida
de esta invención, todos o un número predeterminado de los
parámetros de codificación mal acondicionados dentro de un periodo
promediado son eliminados, o sustituidos mediante la aplicación de
un método de substitución por la media, cuando son promediados los
parámetros. En esta forma de realización de la invención, son
ejecutadas las etapas de medición de las distancias de los
parámetros de codificación de voz entre sí entre las tramas
individuales dentro de un periodo promediado, ordenado estos
parámetros de acuerdo con las distancias medidas, encontrando los
parámetros que presentan las mayores distancias con respecto a
otros parámetros dentro del periodo promediado, y, si las distancias
exceden un umbral predeterminado, sustituir estos parámetros con un
parámetro que tiene una distancia medida más pequeña (es decir, un
valor medio) respecto a los otros parámetros dentro del periodo
promediado. El parámetro de valor medio es considerado por tener un
valor que es la representación exacta de las características del
ruido de fondo entre los parámetros dentro del periodo promediado.
Después de este procedimiento, el promedio de los parámetros de
codificación de voz puede realizarse de cualquier manera deseada.
Adicionalmente, la enseñanza de esta forma de realización de la
invención no cambia el modo en el que se reciben los parámetros CN
y se utilizan sobre el lado de recepción del sistema DTX.
Adicionalmente, para eliminar los parámetros CN
mal acondicionados del periodo promediado, y mejorar así la calidad
del ruido de bienestar, esta forma de realización de la invención
proporciona otras ventajas. Por ejemplo, en los sistemas DTX de la
técnica anterior, se requiere un periodo promediado más largo que
debe utilizares con el fin de reducir el efecto de los parámetros
mal acondicionados en el promedio. EL uso de esta invención permite
de forma beneficiosa el uso de un periodo promediado más corto que
en los sistemas de DTX de la técnica anterior, puesto que se reduce
el efecto de los parámetros mal acondicionados en la operación de
promedio. Además, en los sistemas DTX de la técnica anterior, se
requiere un periodo de pausa más largo debido l periodo promediado
más largo, incrementando así la actividad del canal. El periodo
promediado más corto hecho posible por esta forma de realización de
la invención, permite también que sea reducido el periodo de pausa
DTX, y así se reduce la actividad del canal. Adicionalmente, en los
sistemas DTX de la técnica anterior, debido al periodo promediado
más largo empleado, se requiere una cantidad significativa de
memoria estática por el algoritmo de promedio CN. Una ventaja
adicional del periodo promediado más corto alcanzado por esta
invención es una reducción en una cantidad de memoria estática
requerida por el algoritmo de promedio CN.
Las formas de realización ejemplares de la
invención se describen de aquí en adelante con referencia a los
dibujos que acompañan, en los que:
La figura 1a es un diagrama de bloques de
circuito convencional para generar parámetros de ruido de bienestar
en el lado de transmisión.
La figura 1b es un diagrama de bloques de un
decodificador convencional en el lado de recepción que es utilizado
para generar ruido de bienestar.
La figura 1c ilustra el espectro asociado con la
señal en diferentes partes del decodificador de la técnica anterior
de la figura 1b.
La figura 1d ilustra más detalladamente los
bloques de promedio mostrados en la figura 1a.
La figura 2a es un diagrama de bloques de
circuito para generar parámetros de ruido confort en el lado de
transmisión.
La figura 2b es un diagrama de bloques de un
decodificador en el lado de recepción que es utilizado para generar
el ruido de bienestar.
La figura 2c ilustra el espectro asociado con el
decodificador de la figura 2b.
La figura 3a es un diagrama de bloques de una
segunda forma de realización de circuitos para generar los
parámetros de ruido de bienestar en el lado de transmisión.
La figura 3b es un diagrama de bloques de una
segunda forma de realización del decodificador en el lado de
recepción.
Las figuras 4 y 5 son cada una de ellas un
diagrama de bloques de circuitos para evaluar los parámetros de
ruido de bienestar en el lado de transmisión de un sistema de
comunicaciones digitales DTX de acuerdo con las formas de
realización de esta invención.
La figura 6 es un diagrama de bloques de un
codificador de voz convencional.
Las figuras 7 y 8 son diagramas de sincronización
que ilustran la salida del codificador de voz convencional de la
figura 6.
La figura 9 es un diagrama de bloques de un
decodificador de voz convencional, todos ellos son útiles en la
explicación del decodificador de voz mostrado en la figura 10, que
ilustra una forma de realización adicional de esta invención.
Las figuras 11a-11g ilustran
respuestas de frecuencia ejemplares del filtro RESC.
La figura 12 ilustra una estación móvil adecuada
para poner en práctica esta invención, mientras que la Figura 13
ilustra el terminal móvil acoplado a una estación de base de un
sistema de comunicación inalámbrico que es adecuado también para
poner en práctica esta invención.
La figura 14 es un diagrama de sincronización que
ilustra un procedimiento pausa normal, donde el N_{transcurrido}
indica un número de tramas transcurridos desde el último caso de
parámetros de ruido de bienestar actualizados (CN), y donde
N_{transcurrido} es igual o mayor de 24.
La figura 15 es un diagrama de sincronización que
ilustra la manipulación de las ráfagas de voz cortas, donde
N_{transcurrido} es menor de 24.
Se realizó previamente una descripción de una
técnica convencional tanto para codificación como decodificación de
ruido de bienestar. Se hace referencia ahora a las figuras
2a-2c para mostrar una primera forma de realización
de circuitos y un método de acuerdo con esta invención. En las
figuras 2a y 2b, estos elementos que aparecen también en las
figuras 1a y 1b son numerados, por consiguiente.
Hay que indicar, en primer lugar, que el
"periodo promediado SID" es una frase relacionada con GSM,
mientras que el "periodo promediado de ruido de bienestar" o
"periodo promediado CN" es un IS-641, Rev. A es
una frase relacionada. Para los fines de esta invención, estas dos
frases pueden utilizarse de forma intercambiable en la siguiente
descripción. De igual modo, pueden utilizarse de forma
intercambiable las frases "trama SID" y "mensaje de
parámetro de ruido de bienestar" o "mensaje del parámetro
CN".
En la figura 2a, se muestra un diagrama de
bloques del aparato para producir parámetros de ruido de bienestar
en el lado de transmisión. Las nuevas operaciones en este diagrama
de bloques del aparato son separadas de las conocidas en la técnica
anterior por una línea de trazos 204.
La señal residual 104 emitida desde el filtro
inverso 103 es sometida a un análisis adicional (tal como análisis
LPC) para producir otro conjunto de coeficientes de filtro. El
segundo análisis, que es referido aquí como excitación aleatoria
(RE), el análisis LPC 200, es típicamente de un grado menor que el
análisis LPC llevado a cabo en el bloque 101. Se obtienen los
parámetros de control espectral de excitación aleatoria (RESC)
r_{mean}(i), i=1,..., R, mediante el promedio de los
parámetros espectrales 201 a partir del bloque de análisis RE LPC
200 sobre varios tramas consecutivos en el bloque de promedio 203.
Los parámetros RESC caracterizan el espectro de la excitación.
Debería indicarse que los parámetros RESC no son
un subconjunto de los parámetros de codificación de voz, sino que
son generados y utilizados solamente durante la generación de ruido
de bienestar. Los técnicos de la invención han encontrado que el
análisis LPC de primer o segundo orden es suficiente para generar
los parámetros RESC (R=1 ó 2). No obstante, pueden utilizarse
también los modelos espectrales diferentes al modelo de todos los
polos de la técnica LPC. El promedio puede llevarse a cabo
alternativamente por el bloque del análisis RE LPC 200 haciendo el
promedio de los coeficientes de auto-correlación
dentro del cálculo del parámetro LPC, o por cualquier otra técnica
de promedio adecuada dentro del cálculo del coeficiente LPC. El
periodo promediado para los parámetros RESC puede ser igual al
utilizado para otros parámetros CN, pero no está limitado solamente
al mismo promedio. Por ejemplo, se ha encontrado que puede ser
ventajoso el promedio más largo que se utiliza para los parámetros
CN convencionales, Por tanto, en lugar de utilizar un periodo
promediado de siete tramas, puede ser preferido un periodo
promediado más largo (por ejemplo, de 10-12
tramas).
Antes de calcular la ganancia de excitación, la
señal residual-LPC 104 es alimentada a través de un
segundo filtro inverso H_{RESC}(z) 202. Este filtro produce
una señal residual controlada por espectro 205 que tiene
generalmente un espectro más plano que la señal residual LPC 104.
El filtro inverso H_{RESC}(z) del control espectral de
excitación aleatoria (RESC) puede ser de forma de un filtro todo
cero (pero no limitado solamente a esta forma):
(2)H_{RESC}(z)=1-\sum\limits^{R}_{i=1}b(i)z^{-1},
La ganancia de excitación es calculada a partir
de la señal residual aplanada por espectro 205. De otra manera, las
operaciones en la figura 2a son similares a las descritas
anteriormente con respecto a la figura 1a.
Haciendo referencia a hora a la figura 2b, se
muestra un diagrama de bloques del decodificador en el lado de
recepción que es utilizado para generar el ruido de bienestar de
cuerdo con la presente invención. En el decodificador, la excitación
212 está formada generando, en primer lugar, la secuencia de
excitación de ruido blanco 114 con el generador de excitación
aleatorio 110, que es escalado entonces por g_{mean} en el bloque
de escala 115.
La secuencia de ruido plano de forma espectral
111 es procesada entonces en un filtro 211 de control espectral de
excitación aleatoria (RESC) que produce una excitación que tiene un
contenido espectral correcto. El filtro de control espectral RE 211
realiza la operación inversa respecto al filtro inverso RESC 202
empleado en el codificador de la figura 2a. Utilizando el filtro
inverso RESC de la ecuación (2) en el lado de transmisión, el
filtro de control espectral RE 211 utilizado en el lado de recepción
es de la forma de
(3)1/H_{RESC}(z)=
\frac{1}{1-\sum\limits^{R}_{i=1}b(i)z^{-1}}
Los parámetros RESC r_{mean}(i),
i=1,..., R que definen los coeficientes de filtro b(i),
i=1,..., R son transmitidos como parte de los parámetros CN al lado
de recepción, y son utilizados en el filtro de control espectral RE
211, de forma que la excitación para el filtro de síntesis 112 es
ponderada de forma espectral adecuadamente, y así no es
generalmente plana de forma espectral.
Los parámetros RESC r_{mean}(i),
i=1,..., R pueden ser iguales a los coeficientes del filtro
b(i), i=1,..., R, o pueden utilizar alguna representación de
otro parámetro que permita una cuantificación eficiente para la
transmisión, tal como coeficientes LSP. Las figuras
11a-11g ilustran las respuestas de frecuencia
ejemplar del filtro RESC 211.
En resumen, el generador de excitación CN 210
genera una excitación aleatoria espectralmente plana en el
generador RE 110. La excitación espectralmente plana es entonces
escalada adecuadamente por el escalador de ganancia medio 115. Para
producir el espectro correcto para el ruido de bienestar, y evitar
un desajuste entre el espectro del ruido de bienestar y el del
ruido de fondo, se alimenta la excitación aleatoria a través del
filtro de control espectral RE 211. La excitación controlada de
forma espectral 212 es utilizada entonces en el filtro de síntesis
de voz 112 para producir el ruido de bienestar que tiene un ajuste
mejorado con respecto al espectro del ruido de fondo que está
presente en el lado de transmisión.
Los parámetros RESC no son un subconjunto de los
parámetros de codificación de voz que son utilizados durante el
procesamiento de señales de voz, sino que en su lugar son
calculados solamente durante el cálculo de ruido de bienestar. Los
parámetros RESC son calculados y transmitidos solamente para los
fines de generar excitación mejorada para el ruido de bienestar
durante las pausas de voz. El filtro inverso RESC 202 en el
codificador y el filtro RESC 211 en el decodificador son utilizados
solamente para los fines de control del espectro de la excitación
aleatoria.
La figura 2c ilustra el espectro de ciertas
señales dentro del decodificador de la figura 2b durante la
generación de ruido de bienestar. El generador RE 110 produce las
secuencias de número aleatorio que tienen el espectro plano mostrado
en la curva A. Este espectro es idéntico al mostrado en la curva A
de la figura 1c. Las señales 114 y 111 tienen ambas este espectro
plano, siendo indicado que la escala de ganancia que se produce en
el bloque 115 no afecta a la configuración del espectro. La
secuencia de ruido blanco 111 es alimentada entonces a través del
filtro de control de espectro RE 211 para producir la excitación
212 al filtro de síntesis LPC. La secuencia de excitación mejorada
212 tiene generalmente un espectro no plano (curva C), y el efecto
de este espectro no plano es observado en el espectro de la señal
de salida 113 del filtro de síntesis 112 (curva D). La secuencia de
excitación 212 puede ser del tipo de paso bajo o de paso alto,
puede mostrar un contenido de frecuencia más sofisticado
(dependiendo del grado del filtro RESC). El control de espectro es
determinado por los parámetros RESC, que son calculados en el lado
de transmisión y son transmitidos como parte del ruido de bienestar
al lado de recepción, como se describió anteriormente.
Contrastando la figura 3a con la figura 2a, puede
observarse que el cálculo de la ganancia de excitación se lleva a
cabo desde la señal residual LPC 104, y no desde la señal residual
del filtro inverso RESC 202. El filtro inverso RESC 202 no es
requerido en la figura 3a, y puede eliminarse. El decodificador en
el lado de recepción para uso con el codificador de la figura 3a se
muestra en la figura 3b. Cuando se compara con la figura 2b, puede
indicarse que la escala (bloque 115) de la excitación se mueve hasta
la salida del filtro de control de espectro RE 211. De otro modo,
la operación del codificador y decodificador de las figuras 3a y 3b
es similar a la mostrada en las figuras 2a y 2b.
Haciendo referencia a la figura 4, se muestra un
diagrama de bloques de circuitos para evaluar los parámetros de
ruido en el lateral TX de acuerdo con una forma de realización de
esta invención. Esta forma de realización considera los problemas
mencionados anteriormente que surgen cuando existe un solo trama o
un número pequeño de tramas dentro de un periodo promediado para el
que algunos o todos los parámetros de codificación de voz ofrecen
una caracterización pobre del ruido de fondo típico. Las
operaciones de acuerdo con esta forma de realización de la invención
están separadas de las conocidas de la técnica anterior por las
líneas de trazos 300 y 310. De acuerdo con esta forma de
realización de la invención, los parámetros de codificación de voz,
que son memorizados temporalmente en el bloque 107a y 108a, son
sometidos a un proceso de sustitución de umbral medio antes de ser
aplicados a los bloques de promedio 107 y 108 para calcular la
ganancia de excitación media g_{mean} y los coeficientes de
espectro medio a corto plazo f_{mean} (i). En este proceso, son
substituidos los parámetros dentro del periodo promediado que
tienen valores no típicos del ruido de fondo, si se cumplen las
condiciones específicas por los valores de parámetro que son
considerados como típicos del ruido de fondo real, es decir, los
valores medianos.
En primer lugar, se describen las operaciones
indicadas por el bloque 300 que son realizadas en los parámetros de
ganancia de excitación de valor escalar g antes del promedio en el
bloque 107. El conjunto de los valores de ganancia de excitación
107b memorizado temporalmente en el bloque 107a en el periodo
promediado son enviados al bloque 301, en el que son ordenados de
acuerdo con sus valores. Cada uno de los valores de ganancia de
excitación tiene su propio índice dentro del conjunto. El conjunto
ordenado de parámetros de ganancia 302 es considerado con un bloque
de substitución por la media 303, en el que estos valores de
ganancia de excitación L se diferencian de la mayoría del valor
medio, mientras que la diferencia excede el valor umbral
predeterminado, son sustituidos por el valor medio del conjunto de
parámetros. Son calculadas las diferencias entre cada valor de
parámetro individual y el valor medio en el bloque 304, y los
índices de los valores de ganancia de excitación para los que el
valor absoluto de esta diferencia calculada excede un umbral, son
comunicados como la señal 305 hasta el bloque de substitución por la
media 303.
La longitud N del periodo promediado es
preferentemente un número impar. En este caso, el mediano del
conjunto ordenado es su elemento ((N+1)/2). La variable L, que
determina el número de los parámetros sustituidos, puede asumir un
valor entre 0 y N-1. L puede ser también un valor
predeterminado (es decir, una constante).
Si existen valores de ganancia de excitación
individual, de forma que la diferencia entre el valor de ganancia
de excitación y el valor medio exceda el umbral predeterminado, el
selector 307 es conmutado hasta la posición en la que los valores de
ganancia de excitación 309 para el bloque de promedio 107 se
obtienen a partir del bloque de substitución por la media 303 como
la señal 308. No obstante, si para cada uno de los valores de
ganancia de excitación, la diferencia entre el valor de ganancia y
el valor medio no excede el umbral predeterminado, el selector 307
es conmutado de forma que los parámetros 309 introducidos al bloque
de promedio 107 se obtienen directamente desde el bloque de memoria
temporal 107a.
El estado de conmutación del selector 307 es
controlado por el bloque umbral 304 con la señal 306.
A continuación, las operaciones del bloque 310 se
describen con respecto a los coeficientes LSP f(k), k=1,...,
M, antes del promedio en el bloque 108. El conjunto de los
coeficientes LSP 108b memorizados temporalmente en el bloque 108a
durante el periodo promediado son enviados al bloque 311. La
distancia espectral de los coeficientes LSP f_{i}(k) de la
trama i en el periodo promediado, respecto de los coeficientes LSP
f_{j}(k) de la trama j en el periodo promediado, es
aproximada de acuerdo con la siguiente ecuación:
(4)\Delta
R_{ij}=\sum\limits^{M}_{k=1}(f_{i}(k)-f_{j}(k))^{2}
donde M es el grado del modelo LPC, y
f_{i}(k) es el parámetro LSP k de la trama i en el periodo
promediado.
Para encontrar la distancia espectral
\DeltaS_{i} de los coeficientes LSP f_{i}(k) de la
trama i respecto a los coeficientes LSP de todas las demás tramas
j=1,...,N, i\neqj, dentro del periodo promediado de la longitud
N, se calcula la suma de las distancias espectrales
\DeltaR_{ij}, como sigue:
(5)\Delta
S_{i}=\sum\limits^{N}_{j=1,j\neq i}\Delta
R_{ij},
para todo i = 1,...,N \DeltaR_{ij} = 0 (es
decir, la distancia de un parámetro de sí mismo es cero). Se llevan
a cabo las operaciones expresadas en las ecuaciones (4) y (5) en el
bloque
311.
La distancia espectral puede aproximarse
utilizando un número de otras representaciones del filtro LPC, por
ejemplo, ver A.H. Gray, Jr. y J.D. Markel, "Distance measures for
speech processing", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and
Signal Processing, Vol. 24, pp. 380-391, 1976.
Además, pueden utilizarse "Immittance Spectral Pairs" (ISP) de
forma similar a las parejas espectrales de línea, por ejemplo, ver
Y. Bistritz and S. Peller, "Immitance spectral pairs" (ISP)
para codificación de voz, en Proceedings of IEEE International
Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing ,
Minneapolis, Minnesota, Vol. 2, pp. 9-12,
27-30 de Abril de 1993.
Después de hallar las distancias espectrales
\DeltaS_{i} en el bloque 311 para cada uno de los vectores LSP
f_{i} dentro del periodo promediado, estas distancias 312 son
enviadas al bloque 313. En el bloque de ordenación 313, las
distancias espectrales son ordenadas de acuerdo con sus valores.
Cada uno de los valores de distancia espectral está relacionado por
un índice a un vector LSP dentro del periodo promediado. El vector
f_{i} que presenta la menor distancia \DeltaS_{i} dentro del
periodo promediado i=1,2,..., N es considerado como el vector medio
f_{med} del periodo promediado. Su distancia se designa como
\DeltaS_{med}.
El conjunto de los vectores de coeficiente LSP
f_{i} dentro del periodo promediado son ordenados en el bloque
313 de acuerdo con la ordenación encontrada para las distancias
espectrales. Este conjunto ordenado de vectores LSP 314 obtenidos
del bloque 313 es enviado al bloque de substitución por la media
315. En el bloque 315, los vectores
\hbox{ P(O \leq P \leq N-1) }
LSP f_{i} son sustituidos por el f_{med}mediano. Los índices de
estos vectores P son determinados comparando \DeltaS_{i} para
i=1, 2,..., N con el \DeltaS_{med} mediano en el bloque 316. De
ahí que los índices de f_{i}, para los que \DeltaS_{i} -
\DeltaS_{med} es mayor que un umbral, son comunicados por la
señal 317 al bloque de substitución por la media 315.
Si la diferencia \DeltaS_{i} -
\DeltaS_{med} es mayor que un umbral para cierto i= 1,2,...,N,
el selector 319 es conmutado en una posición tal que el bloque de
promedio 108 recibe los parámetros 321 desde el bloque de
substitución por la media 315 como la señal 320.
No obstante, si
\DeltaS_{i}-\DeltaS_{med} es más pequeño que
un umbral para todo i=1,2,...,N, el selector 319 está conmutado a
la posición en la que la señal de entrada 321 al bloque de promedio
108 se obtiene directamente desde el bloque de memoria temporal
108(a) a través de la señal 108(b).
El selector 319 es controlado por el bloque
umbral 316 con la señal 318.
La figura 5 muestra otra forma de realización de
la invención. En esta forma de realización, las operaciones de
acuerdo con esta invención se distinguen a partir estas conocidas
de la técnica anterior por la línea de trazos 400. Aunque en la
forma de realización mostrada en la figura 4, y descrita
anteriormente, se realizan las operaciones medianas
independientemente para los valores de ganancia de excitación g y
los vectores LSP f_{i}, en la forma de realización de la figura
5, estos dos conjuntos de parámetros son manejados juntos como
sigue.
Se determina que los parámetros en una trama
individual a sustituir por los valores medianos, entonces, tanto el
valor de ganancia de excitación g como los vectores LSP f_{i} de
la trama, son sustituidos por los parámetros respectivos de la trama
que contiene los parámetros medianos.
Con el fin de encontrar la ordenación de las
tramas para la substitución por la media, la ecuación (4) de la
distancia aproximada \DeltaR_{ij} entre los parámetros de la
trama i, la trama j del periodo promediado es revisado para tener en
cuenta tanto el valor de ganancia de excitación g como el vector
LSP f_{i} como sigue:
(6)\Delta
T_{V}=\sum\limits^{M}_{k=1}(f_{i}(k)-f_{j}(k))^{2}+w(g_{i}-
g_{j})^{2},
donde M es el grado del modelo LPC,
f_{i}(k) es el parámetro LSP k de la trama i del periodo
promediado, y g_{i} es el parámetro de ganancia de excitación de
la trama
i.
Para encontrar la distancia \DeltaS_{i} de
los parámetros de trama i, para todos i=1,..., N, hasta los
parámetros de todas las demás tramas j= 1,...,N, i\neqj dentro del
periodo promediado de longitud N, se aplica la ecuación (5) después
de calcular \DeltaT_{ij}. La distancia \DeltaT_{ij} es
utilizada entonces en lugar de la distancia \DeltaR_{ij} en la
ecuación (5). Los procedimientos expresados por las ecuaciones (5) y
(6) se llevan a cabo en el bloque 401. El factor de ponderación w
es elegido para obtener un compromiso preferido subjetivamente entre
la realización de la substitución por la media de acuerdo con los
valores de ganancia de excitación o de acuerdo con las distancias
espectrales. El compromiso preferido subjetivamente se encuentra
llevando a cabo los ensayos con usuarios típicos.
Después, las distancias \DeltaS_{i} han sido
encontradas en el bloque 401 para cada uno de las tramas dentro del
periodo promediado, estas distancias 402 son enviadas al bloque de
ordenación 403. En el bloque de ordenación 403, las distancias son
ordenadas de acuerdo con sus valores. Cada una de las distancias
está relacionada por un índice a una trama dentro del periodo
promediado. La trama que presenta la menor distancia
\DeltaS_{i} dentro del periodo promediado i=1,2,..., N es
considerado como la trama mediano del periodo promediado, con
parámetros g_{med} y f_{med}. Su distancia es designada como
\DeltaS_{med}.
Los valores de ganancia de excitación que deben
ser ordenados en el bloqueo 403 son enviados al bloque por la señal
107b desde la memoria temporal 107a, y los coeficientes LSP son
enviados al bloque por la señal 108b desde la memoria intermedia
108a. Como se indicó anteriormente, el conjunto de parámetros dentro
del periodo promediado son ordenados en el bloque 403 de acuerdo con
la ordenación encontrada para sus distancias espectrales
\DeltaS_{i}. El conjunto de parámetros ordenado obtenido a
partir del bloque 403 es enviado como señales 404 y en 405 al bloque
de substitución por la media 406. En el bloque 406, los parámetros
g_{i} y f_{i} de tramas
L(O\leqL\leqN-1) son sustituidos
por los parámetros g_{med} y f_{med} de la trama media. Los
índices de estos vectores L son determinados comparando
\DeltaS_{i} para i=1,2,...,N con el \DeltaS_{med} mediano en
el bloque 407, y en comunicación con el bloque de substitución por
la media 406 como la señal 408. Si la diferencia
\DeltaS_{i}-\DeltaS_{med} es mayor que un
umbral en el bloque 407, los parámetros g_{i} y f_{i} son
sustituidos por g_{med} y f_{med} en el bloque de substitución
por la media 406. El valor de L puede estar unido por los valores
mínimo y máximo predeterminado.
Si la diferencia
\DeltaS_{i}-\DeltaS_{med} es mayor que un
umbral para i=1,2,..., N, el selector 410 es conmutado de forma que
el bloque de promedio 108 recibe los parámetros 321 desde el bloque
de substitución por la media 406 como la señal 411, y el bloque de
promedio 107 recibe los parámetros 309 desde el bloque de
substitución por la media 406 como la señal 412. No obstante, si
\DeltaS_{i}-\DeltaS_{med} es más pequeño que
un umbral para todo i=1,2,..., N, el selector 410 está conmutado de
forma que la señal de entrada 321 al bloque de promedio 108 se
obtiene directamente desde el bloque de memoria temporal 108a a
través de la señal 108b, y la señal de salida 309 hasta el bloque
de promedio 107 se obtiene directamente desde el bloque de memoria
temporal 107a a través de la señal 107b. El selector 410 es
controlado por el bloque umbral 407 con la señal 409.
Además de restar la distancia mediana de una
distancia individual (es decir, calculando
\DeltaS_{i}-\DeltaS_{med}), las diferencias
entre cada distancia individual y la distancia mediana pueden
calcularse en los bloques 316 y 407, por ejemplo, dividiendo una
distancia individual por la distancia mediana (es decir, calculando
\DeltaS_{i}/\DeltaS_{med}). Este puede ser un método
preferido en la mayoría de los casos, puesto que encuentra una
desviación relativa o normalizada de una distancia individual desde
la distancia mediana, independiente de los valores absolutos de las
distancias \DeltaS_{i} y \DeltaS_{med}.
Antes de describir ahora una forma de realización
adicional de esta invención, se hace referencia a la figura 6 que
es un diagrama de bloques simplificado del sistema de codificador
de voz DTX del lado de transmisión (TX). La señal de entrada 601 de
un convertidor analógico-a-digital
600 es procesada trama por trama en el codificador de voz 602. Como
antes, la longitud de la trama es típicamente de 20 mseg. La
frecuencia de muestreo de la señal de voz 601 es generalmente de 8
kHz. El codificador de voz 602 codifica trama por trama la voz de
entrada en un conjunto de parámetros 603 que son enviados al
subsistema de radio 611 de la unidad de radio móvil digital para la
transmisión del lado de recepción (RX).
El funcionamiento del mecanismo DTX está
controlado de forma indirecta por una detección de actividad de voz
(VAD) realizada sobre el lateral TX. La función básica de la VAD
604 es distinguir entre ruido con voz presente y ruido sin voz
presente. La VAD 604 funciona de forma continua para evaluar si la
señal de entrada contiene voz o no contiene voz. La operación de la
VAD 604 está basada en el codificador de voz 602 y sus variables
internas 605. La salida de la VAD 604 es un indicador de VAD binario
606 que es igual a uno cuando está presente voz, y que es igual a
cero cuando la voz no está presente. El VAD 604 funciona sobre una
base de trama a trama, como se especifica, por ejemplo, en GSM
06.82.
El gestor del codificador de voz DTX 612 pasa
continuamente tramas de tráfico, marcados individualmente por un
indicador SP binario 607, al subsistema de radio 611. El indicador
SP 607 indica al subsistema de radio 611 si una trama de tráfico que
ha pasado por el gestor DTX 612 es una trama de voz (indicador SP =
"1") o un denominador trama Descriptor Silenciador (SID) (o
mensaje de Parámetro de Ruido de bienestar) indicador SP =
"O"). El subsistema de radio 611 controla el esquema de las
tramas para la transmisión en el interfaz hertziano, basado en el
estado del indicador SP 607.
Un problema fundamental asociado con el uso
precedente del DTX es que el ruido acústico de fondo, que es
transmitido junto con la voz, puede desaparecer cuando se termina
la transmisión por el interfaz hertziano, dando lugar a
discontinuidades del ruido de fondo sobre el lateral RX. Puesto que
puede producirse rápidamente la conmutación DTX, se ha encontrado
que este efecto puede ser desagradable para el oyente. Esto es
particularmente cierto en entornos con un nivel de ruido de fondo
alto, tal como un vehículo. En el peor de los casos, este efecto
puede dar lugar a que la voz sea inteligible.
Una solución actualmente preferida para este
problema es generar, en el lateral RX, ruido sintético (es decir,
ruido de bienestar) similar al ruido de fondo del lateral TX cuando
se termina la transmisión. Como se describió anteriormente, los
parámetros requeridos para la generación de ruido de bienestar son
evaluados en el codificador de voz en el lateral TX (bloque 608 en
la figura 6), y son transmitidos al lateral RX en las tramas SID
antes de que se desconecte la transmisión de radio, y a una
velocidad repetitiva baja después. Esto permite que el ruido de
bienestar generado durante la inactividad de voz en el lateral RX
se adapte a los cambios del ruido de fondo en el lateral TX.
Se ha encontrado que el ruido de bienestar de
calidad buena subjetiva puede ser generado en el lateral RX si los
parámetros de ruido de bienestar evaluados en el lateral TX
representan, adecuadamente, el nivel y la envoltura espectral del
ruido de fondo acústico. Estas características de ruido de fondo
varían, con frecuencia, ligeramente en el tiempo, y por tanto, con
el fin de obtener una buena representación, los parámetros del
codificador de voz que describen el nivel y la envoltura espectral
del ruido de fondo necesitan ser promediados sobre algunas tramas
de voz. En los sistemas DTX de los codificadores de voz de régimen
completo GSM y de régimen completo mejorado (ver GSM 06.31 y GSM
06.81), la longitud del periodo promediado SID es cuatro tramas de
voz y ocho tramas de voz, de 20 milisegundos de duración,
respectivamente.
Con el fin de evaluar y transmitir el primer
trama SID que contiene los parámetros de ruido de bienestar al
lateral RX al final de una ráfaga de voz, antes de la transmisión,
se desconecta antes de la transmisión, se introduce el periodo de
pausa mencionado anteriormente. El periodo de pausa es un periodo
durante el cual se ha detectado la inactividad de voz por la VAD
604 (es decir, indicador de VAD 606 = "0"), pero la
transmisión de tramas de voz no se ha desconectado todavía, (es
decir, indicador SP 607 = "1"). La referencia a este respecto
puede hacerse también a la figura 7. Durante el periodo de pausa,
puesto que VAD 604 ha detectado la inactividad de voz, se garantiza
que las tramas de voz contienen cualquier ruido (y no voz), y por
tanto, que estos tramas de pausa pueden utilizarse para el promedio
de parámetros de codificador de voz para evaluar los parámetros de
ruido de bienestar.
La longitud del periodo de pausa es determinada
por la longitud del periodo promediado SID, es decir, la longitud
del periodo de pausa debe ser lo suficientemente larga para
completar el promedio de los parámetros antes de que sean
transmitidos los parámetros de ruido de bienestar resultantes en una
trama SID. En el sistema DTX del codificador de voz de régimen
completo GSM, la longitud del periodo de pausa es igual a cuatro
tramas (la longitud del periodo promediado SID), puesto que la
técnica de evaluación de ruido de bienestar utiliza solamente los
parámetros procedentes de las tramas previos para hacer disponible
la trama SID actualizado. En el sistema DTX, del codificador de voz
de régimen completo mejorado GSM, la longitud del periodo de pausa
es igual a siete tramas (la longitud del periodo promediado SID
menos uno), puesto que los parámetros del octavo trama del periodo
promediado SID pueden obtenerse a partir del codificador de voz
mientras se procesa el primer trama SID. La figura 7 ilustra los
conceptos del periodo de pausa y los periodos de promedio SID en el
sistema DTX del codificador de voz de régimen completo mejorado
GSM.
Al final del periodo de pausa, el primer trama
SID es transmitido, y el algoritmo de evaluación de ruido de
bienestar continúa evaluando las características del ruido de fondo
y pasa las tramas SID actualizados al subsistema de radio 611 trama
por trama, mientras que la VAD 604 continúa detectando la
inactividad de voz. El gestor TX DTX 612 informa al algoritmo de
evaluación de ruido de bienestar 608 de la terminación del periodo
promediado SID utilizando un indicador 609. El indicador 609 es
repuesto a "O", y es elevado a "1" cuando un cuando una
trama SID actualizado debe pasar al subsistema de radio 611. Cuando
el indicador 609 es elevado, el algoritmo de evaluación de ruido de
bienestar 608 realiza el promedio de los parámetros para hacer
disponible una trama SID actualizado para el subsistema de radio
611. Las tramas SID actualizados son enviados al subsistema de
radio 611, así como escritos a un bloque de memoria SID 610, que
memoriza la trama SID más reciente para uso posterior.
\newpage
Si, al final de la ráfaga de voz, han
transcurrido menos de 24 tramas desde que se calculó la trama SID y
pasó al subsistema de radio, entonces, el último trama SID es
buscado repetidamente desde la memoria SID 610 y pasa hasta el
subsistema de radio 611. Esto se produce hasta que esté disponible
un nuevo trama SID actualizado, es decir, este proceso continúa
hasta que se completa de nuevo el periodo promediado SID. Esta
técnica reduce la actividad de transmisión en casos donde se
interpretan los picos de ruido de fondo cortos como voz, puesto que
no existe necesidad de insertar el periodo de pausa al final de la
ráfaga de voz para poder calcular un nuevo trama SID.
La figura 8 muestra un ejemplo de la ráfaga de
voz más larga posible sin pausa. El indicador binario 613 es
utilizado para señalizar la memoria SID 610 cuando se memoriza el
nuevo trama SID actualizado en la memoria SID 610, y cuando se envía
la trama SID actualizado más reciente desde la memoria SID 610 al
subsistema de radio 611. La memoria SID 610 determina si se memoriza
o envía la trama SID durante cada trama cuando el indicador SP 607
es un "0".
El indicador binario 614 es necesario también, en
el sistema DTX del codificador de voz de velocidad completa
mejorada GSM para informar del algoritmo de evaluación de ruido
aproximadamente al final del periodo de pausa. El indicador 614 es
repuesto normalmente a "0", y es elevado a "1" en una
duración de una trama cuando debe enviarse el primer trama SID
después de una ráfaga de voz, si es precedido por el periodo de
pausa.
La figura 9 es un diagrama de bloques del
decodificador de voz del lado de recepción (RX) del sistema DTX. El
conjunto de entrada de los parámetros del codificador de voz 701
procedente del subsistema de radio 700 de la unidad de radio móvil
digital es procesado trama por trama en el decodificador de voz 702
para sintetizar una señal de señal 703 que es proporcionada a un
convertidor digital a analógico 704. El convertidor
digital-a-analógico 704 genera una
señal audio para el usuario oyente.
El sistema RX DTX recibe del subsistema de radio
el indicador SP binario 705, que refleja la operación del indicador
SP del lado TX, es decir, el indicador SP = "1" cuando se
recibe la trama de voz, y el indicador SP = "0" cuando o bien
se recibe la trama SID, o se termina la transmisión. El indicador
binario 706, recibido desde el subsistema de radio 700, informa al
algoritmo de generación de ruido de bienestar 707 de la existencia
de un nuevo trama SID recibido, es decir, el indicador es repuesto
normalmente a "0", y es elevado a un "1" cuando el
indicador SP 705 es "0" y se recibe un nuevo trama SID.
Cuando el indicador SP 705 = "0", es decir,
la transmisión discontinua está activa, el bloque de generación de
ruido de bienestar 707 del decodificador de voz 702 genera el ruido
de bienestar basado en la representación de las características del
ruido de fondo en el lateral TX, como se recibe en las tramas SID.
Las tramas SID actualizados son recibidos a una velocidad baja
repetitiva durante la transmisión discontinua, y los parámetros de
ruido de bienestar decodificados don interpolados entre las tramas
SID actualizados para proporcionar transiciones uniformes en las
características del ruido de bienestar.
En el sistema DTX del codificador de voz de
régimen completo GSM, cuando debe calcularse un nuevo trama SID
actualizado y debe enviarse al subsistema de radio 611 (Figura 6),
los parámetros que describen las características (el nivel y el
espectro) el ruido de fondo son promediados en un periodo promediado
SID y cuantificados de forma escalar, utilizando los mismos
esquemas de cuantificación como se utiliza para cuantificar en el
modo de codificación de voz normal. De igual modo, cuando una trama
SID llega al decodificador de voz de régimen completo GSM 702, se
decodifican los parámetros descriptores de silencio utilizando los
mismos esquemas de des-cuantificación que los
utilizados en el modo de decodificación de voz normal (por ejemplo,
ver, GSM 06.12).
En el sistema DTX del codificador de voz de
régimen completo mejorado GSM, los parámetros que describen el
espectro del ruido de fondo (los parámetros LSP) son promediados en
el periodo promediado SID cuando debe calcularse un nuevo trama
SID, y el vector cuantificado que utiliza tablas de cuantificación
de predicción que son utilizadas también para la cuantificación de
estos parámetros en el modo de codificación de voz normal. En el
decodificador 702, estos parámetros espectrales son des-
cuantificados utilizando las mismas tablas de
des-cuantificación de predicción que las utilizadas
en el modo de decodificación de voz normal. Los parámetros que
describen el nivel del ruido de fondo (la ganancia del libro de
códigos fijo) son promediados en el periodo promediado SID cuando
debe calcularse un nuevo trama SID, y cuantificarse utilizando la
tabla de cuantificación de predicción escalar que es utilizada
también para cuantificación de estos parámetros en el modo de
codificación de voz normal. En el decodificador, estos parámetros de
ganancia son des-cuantificados utilizando la misma
tabla de des- cuantificación de predicción utilizada en el modo de
decodificación de voz ordinario (ver GSM 06.62).
No obstante, la adaptación de los cuantificadores
de predicción hace difícil emplear este tipo de esquema de
cuantificación para cuantificar los parámetros de ruido de
bienestar que se envían las tramas SID. Puesto que se termina la
transmisión durante la inactividad de voz, no existe modo de
mantener los elementos de predicción en el cuantificador y el
des-cuantificador del codificador y decodificador,
respectivamente, sincronizados en una base de trama por trama. No
obstante, los valores del elemento de predicción para los
cuantificadores puede evaluarse localmente en el codificador y
decodificador del mismo modo que sigue. El LSP cuantificado y los
parámetros de ganancia de libro de códigos fijo de los siete tramas
de voz más recientes son memorizados localmente tanto en el
codificador 602 como en el decodificador 702. Cuando el periodo de
pausa al final de la ráfaga de voz ha finalizado, son promediados
estos parámetros memorizados, Los parámetros promediados obtenidos,
que son el vector de parámetro LSP de referencia f^{ref} y la
ganancia de libro de códigos fijo de referencia g_{c}^{ref},
entonces, tienen los mismos valores tanto en el codificador 602
como en el decodificador 702, puesto que, debido a la
cuantificación, están disponibles los mismos valores de ganancia de
libro de códigos fijo y LSP cuantificados durante el modo de
codificación de voz normal (suponiendo una transmisión libre de
errores). Los valores promediados del vector de parámetro de
referencia LSP f^{ref} y la ganancia de libro de códigos fijo de
referencia g_{c}^{ref}, son entonces congelados hasta el
siguiente momento en el que se produzca el periodo de pausa después
de una ráfaga de voz, y se utilizan en lugar de los elementos de
predicción normales en los algoritmos de cuantificación para
cuantificación de los parámetros de ruido de bienestar.
Con referencia una vez más a la figura 9, un
gestor RX DTX 708 recibe el indicador SP 705 como entrada, y emite
el indicador binario 709, que es repuesto normalmente a "0", y
que es ajustado a "1" para la duración de una trama cuando ha
transcurrido el periodo de pausa después de una ráfaga de voz. El
indicador 709 es requerido en el sistema DTX del decodificador de
voz de régimen completo mejorado GSM 702 para informar del
algoritmo de generación de ruido de bienestar 707 cuando se realice
el promedio para actualizar el vector del parámetro de referencia
LSP f^{ref} y la ganancia del libro de códigos fijo de referencia
g_{c}^{ref} (ver GSM 06.62). Se describe un método para
determinar el valor del indicador 709 en una solicitud patente
Finlandesa presentada anteriormente FI953252, y en la Solicitud de
Patente US correspondiente S.N. 08/672.932, presentada el 28 de
Junio de 1996, y en la solicitud PCT "PCT/FI96/00369", que
debería leerse en unión con este documento.
En resumen, en muchos codificadores de voz
modernos, los parámetros de codificación de voz son cuantificados
utilizando métodos de predicción. Esto implica que en el
cuantificador, se hace un intento por predecir el valor que debe ser
cuantificado tanto estrechamente como sea posible. En estos tipos
de cuantificadores de predicción, la diferencia o el cociente entre
el valor del parámetro real y el valor del parámetro pronosticado
es cuantificado típicamente y enviado al lado de recepción. En el
lado de recepción, el des-cuantificador
correspondiente tiene un elemento de predicción similar al
cuantificador. Como tal, el valor de parámetro cuantificado en el
lateral TX puede reproducirse añadiendo o multiplicando la
diferencia recibida o valor cociente, respectivamente, con el valor
pronosticado.
En tales cuantificadores de predicción, el
elemento de predicción se hace adaptable típicamente de forma que
el resultado de la cuantificación se utiliza para actualizar el
elemento de predicción después de cada cuantificación.
Los elementos de predicción del cuantificador y
el des-cuantificador son ambos actualizados
utilizando el valor reproducido del parámetro cuantificado, con el
fin de mantener los elementos de predicción sincronizados.
La capacidad de adaptación de los cuantificadores
de predicción hace difícil emplear el tipo de esquema de
cuantificación para cuantificar los parámetros de ruido de
bienestar que son enviados en las tramas SID. Puesto que se termina
la transmisión durante cada inactividad, no existe modo de mantener
los elementos de predicción en el cuantificador y el
des-cuantificador del codificador 602 y el
decodificador 702 sincronizados en una base de trama por trama.
No obstante, sería deseable poder emplear las
mismas tablas de cuantificación para cuantificar los parámetros de
ruido de bienestar, como se utilizan por los cuantificadores de
predicción en el modo de codificación de voz ordinario. Esto
requeriría que se realizase la predicción en un modo no adaptable
durante la transmisión discontinua. Los elementos de predicción
deberían tener valores tan próximos como sea posible a los valores
de parámetro medio del ruido de fondo presente, con el fin de que
los cuantificadores sean capaces de codificar las fluctuaciones en
los valores del parámetro debido a los cambios en las
características del ruido de fondo. Los mismos valores de predicción
deberían estar disponibles preferentemente en el cuantificador y en
el des-cuantificador.
Como se indica previamente, una técnica para
obtener buenos valores pronosticados para cuantificar el ruido de
bienestar que debe enviarse en las tramas SID es almacenar los
valores de parámetro cuantificado en el modo de codificación de voz
normal durante el periodo de pausa, y calcular una media de los
valores del parámetro cuantificado al final del periodo de pausa.
Los valores del elemento de predicción promediados son entonces
congelados hasta que se produzca el siguiente periodo de pausa. No
obstante, un problema con este método es que el decodificador de
voz 702, en estas técnicas DTX que son similares a las de GSM, no
conocen cuando existe un periodo de pausa al final de una ráfaga de
voz.
Un aspecto de esta invención es, por tanto,
proporcionar una técnica para informar al decodificador de voz 702
de la existencia de un periodo de pausa al final de la ráfaga de
voz. Esto se alcanza, preferentemente, enviando la información del
periodo de pausa como información secundaria en la trama SID (o
mensaje de parámetro de ruido de bienestar) desde el codificador de
voz 602 hasta el decodificador de voz 702.
Para ilustrar el método de acuerdo con este
aspecto de la invención, se hace referencia a la figura 10. En la
figura 10, el indicador binario 709 no es generado ya por el gestor
RX DTX, sino que en su lugar es transmitido desde el codificador 602
y es recibido desde el canal de transmisión en el primer trama SID.
El bloque del gestor RX DTX 708 no es requerido por tanto ya para
los fines de des-cuantificación utilizando los
métodos descritos en esta invención, puesto que el indicador 709 no
es requerido para ser generador localmente en el decodificador 702.
De acuerdo con este aspecto de la invención, el indicador 709 es
elevado a "1" en el primer trama SID, si el primer trama SID
está precedido por un periodo de pausa. Si el primer trama SID no
está precedido por un periodo de pausa, el indicador 709 en el
primer trama SID es repuesto a "0". En el segundo y
adicionales tramas SID del periodo de inserción de ruido de
bienestar, el indicador 709 es siempre repuesto a "0".
\newpage
Una ventaja de este aspecto de la invención es
que no existe necesidad de que el gestor DTX del decodificador de
voz 708 determine localmente la existencia del periodo de pausa al
final de la ráfaga de voz. Esto elimina una parte de la carga de
cálculo del decodificador de voz 702, y reduce el número de
instrucciones del programa utilizadas por el gestor RX DTX 708.
Una ventaja adicional, relacionada con
proporcionar el decodificador 702 la información referente a la
existencia del periodo de pausa, es que es posible ahora
re-inicializar los generadores de excitación de
pseudo-ruido de forma síncrona en el codificador
602 y el decodificador 702, cada vez que finaliza un periodo de
pausa.
Otra ventaja relacionada con proporcionar al
decodificador 702 la información referente a la existencia del
periodo de pausa es que puede realizarse la interpolación de los
parámetros de ruido de bienestar recibidos de varias formas
diferentes, dependiendo de si está presente o no el periodo de
pausa al final de una ráfaga de voz, con el fin de reducir los
cambios similares a pico de etapa percibida en el nivel o espectro
de ruido de bienestar cuando se producen las ráfagas de voz
cortas.
Antes de describir adicionalmente la operación de
esta invención detalladamente, se hace referencia a las figuras 12
y 13 para ilustrar la estación móvil o terminal de usuario
inalámbrico 10, tal como pero sin limitarse a un radioteléfono
celular o un comunicador personal, que es adecuado para poner en
práctica esta invención. La estación móvil 10 incluye una antena 12
para transmitir las señales y para recibir las señales desde un
sitio de base o estación de base 30. La estación de base 30 es una
parte de una red celular que puede incluir una función de Estación
Base/Centro de Conmutación Móvil/Interconexión (BMI) 32 que incluye
un centro de conmutación móvil (MSC) 34. El MSC 34 proporciona una
conexión con enlaces de línea terrestre cuando la estación móvil 10
está implicada en una llamada. En el contexto de esta descripción,
la estación móvil 10 puede referirse como el lado de transmisión y
l estación base como el lado de recepción. La estación base 30 se
supone que incluye receptores adecuados y decodificadores de voz
para recibir y procesar los parámetros de voz codificados y también
los parámetros de ruido de bienestar DTX, como se describe a
continuación.
La estación móvil incluye un modulador (MOD) 14A,
un transmisor 14, un receptor 16, un demodulador (DEMOD) 16A, y un
controlador 18 que proporciona señales hasta y recibe señales desde
el transmisor 14 y el receptor 16, respectivamente. Estas señales
incluyen información de señalización de acuerdo con la norma de
interfaz hertziano del sistema celular aplicable, y también la voz
de usuario y/o los datos generados por el usuario. La norma de
interfaz hertziano es asumida por esta invención por incluir una
estructura de trama física y lógica, aunque no se pretende que la
enseñanza de esta invención esté limitada a cualquier estructura
específica, o para uso solamente con un IS-136 o
estación móvil compatible similar, o para uso solamente en los
sistemas de tipo TDMA. La norma de interfaz hertziano es asumida
también para soportar un modo de operación DTX.
Debe entenderse que el controlador 18 incluye
también los circuitos requeridos para ejecutar las funciones audio
y lógica de la estación móvil. Por ejemplo, el controlador 18 puede
estar compuesto de un dispositivo procesador de señales digitales,
un dispositivo microprocesador, y varios convertidores analógico a
digital, convertidores digital a analógico, y otros circuitos de
soporte. Las funciones de control y de procesamiento de señales de
la estación móvil son asignadas entre estos dispositivos de acuerdo
con sus capacidades respectivas. El controlador 18 es asumido para
los fines de esta descripción para incluir el codificador de voz
necesario y otras funciones para ejecutar la generación de ruido de
bienestar mejorado y métodos DTX y aparato de esta invención. Estas
funciones pueden ejecutarse de forma completa en software,
completamente hardware, o en una mezcla de hardware y software.
Una interfaz de usuario incluye un auricular o
altavoz convencional 17, un transductor de voz tal como un micrófono
convencional 19 en combinación con un convertidor A/D y un
codificador de voz, una pantalla 20, y un dispositivo de entrada de
usuario, típicamente un teclado 22, todos los cuales están acoplados
al controlador 18. El teclado 22 incluye las teclas numérica
convencional (0-9) y teclas relacionadas (#, *)
22a, y otras teclas 22b utilizadas para funcionamiento de la
estación móvil 10. Estas otras teclas 22b pueden incluir, por
ejemplo, una tecla SEND, varias teclas de menú de desplazamiento en
la pantalla y de función, y una tecla PWR. La estación móvil 10
incluye también una batería 26 para activar varios circuitos que
son necesarios para accionar la estación móvil.
La estación móvil 10 incluye también varias
memorias, mostrado colectivamente como la memoria 24, donde son
memorizadas una pluralidad de constantes y variables que son
utilizadas por el controlador 18 durante la operación de la estación
móvil. Por ejemplo, la memoria 24 memoriza los valores de varios
parámetros del sistema celular y el módulo de asignación del número
(NAM). Un programa de funcionamiento para controlar la operación del
controlador 18 es memorizada también en la memoria 24 (típicamente
en un dispositivo ROM). La memoria 24 puede almacenar también datos,
incluyendo mensajes de usuario, que se recibe desde el BMI 32 antes
de la representación de los mensajes al usuario. La memoria 24
incluye también rutas para ejecutar los métodos descritos a
continuación con respecto a la transmisión de parámetros de ruido de
bienestar durante la operación DTX.
Debería entenderse que la estación móvil 10 puede
ser un vehículo montado o un dispositivo portátil. Debería
apreciarse adicionalmente que la estación móvil 10 puede ser capaz
de funcionar con una o más normas de interfaz hertziano, tipos de
modulación, y tipos de acceso. Por ejemplo, la estación móvil puede
ser capaz de funcionar con cualquier número de otras normas además
de la IS-136, tal como GSM. Debería estar claro,
por tanto, que la enseñanza de esta invención no está producida para
limitarse a ningún tipo particular de estación móvil o norma de
interfaz hertziano.
Aunque la invención se describe a continuación de
forma específica en el contexto de una forma de realización
IS-136, se indica de nuevo que la enseñanza de esta
invención no está limitada solamente a una norma de interfaz
hertziano.
Con respecto a DTX en un canal de tráfico digital
(IS-136.1, Rev. A. Section 2.3.11.2), cuando en el
estado DTX-Alto, el transmisor 14 irradia a un nivel
de potencia indicado por el orden de control de potencia más
reciente (Initial Traffic Channel, Designation message, Digital
Traffic Channel (DTC) Designation message, Handoff message,
Dedicated DTC Handoff message, o Physical Layer Control message)
recibido por la estación móvil 10.
En el estado de DTX-Bajo, el
transmisor 14 permanece desconectado. El CDVCC no es enviado,
excepto para la transmisión de los mensajes del Canal de Control
Asociado Rápido (FACCH). Todos los mensajes (SACCH) de Canal de
Control Asociados Lentos que deben trasmitirse por la estación móvil
10, mientras que en el estado de DTX-Bajo, son
enviados como un mensaje FACCH, después de lo cual, el transmisor 14
retorna de nuevo al estado desconectado a menos que se haya
inhibido de otro modo la Transmisión Discontinua (DTX).
Cuando la estación móvil 10 desea conmutar desde
el estado DTX-Alto hasta el estado
DTX-Bajo, puede completar todos los mensajes SACCH
en progreso en el estado de DTX-Alto, o terminar la
transmisión de mensaje SACCH y reenviar los mensajes SACCH
interrumpidos, en su totalidad, como mensajes FACCH en el estado de
DTX- Bajo.
Cuando una estación móvil se conmuta desde el
estado DTX-Alto hasta el estado
DTX-Bajo, debe pasar a través de un estado de
transición en el que la potencia transmitida está en el nivel de
DTX-Alto hasta que se han transmitido completamente
todos los mensajes FACCH.
En una forma de realización preferida de esta
invención, la estación móvil 10 permanece en el estado de
transición hasta que ha sido transmitido completamente un Bloque de
Ruido de Comfort (compuesto de seis divisiones de pausa DTX, y el
mensaje de Parámetro de Ruido de bienestar relacionado). El Bloque
de Ruido de bienestar es enviado sin interrupción. Si coinciden
muchas otras muescas de mensaje FACCH con el envío del Bloque de
Ruido de bienestar, la estación móvil 10 retrasa la transmisión o
bien del mensaje FACCH o del Bloque de Ruido de bienestar para
transmitir uno antes del otro, pero en cualquier caso, los mensajes
FACCH son agrupados o segregados efectivamente de forma que no
interrumpen o roban las muescas utilizadas para la transmisión del
Bloque de Ruido de bienestar. Esto asegura la mejor calidad
disponible del ruido de bienestar que se genera en una voz de
estación base/decodificador de ruido de bienestar.
La referencia a este respecto se realiza a la
solicitud de patente US cedida comúnmente y pendiente S.N.
08/936.755, presentada el 25/9/97, titulada "Transmission of Comfort Noise Parameters During Discontinous Transmission", por Seppo Alanärä; y Pekka Kapanen.
08/936.755, presentada el 25/9/97, titulada "Transmission of Comfort Noise Parameters During Discontinous Transmission", por Seppo Alanärä; y Pekka Kapanen.
De acuerdo con una forma de realización
específica, el Mensaje de Parámetro de Ruido de bienestar (CN),
mostrado a continuación en la Tabla 1, es transmitido en el canal
de tráfico digital inverso (RDTC), específicamente, el canal lógico
FACCH, y contiene 38 bits, de los cuales 26 bits contienen un
vector residual LSF que es cuantificado utilizando el mismo libro
de códigos de cuantificación de vector dividido (SVQ) como se
utiliza en el codec de voz IS-641. Los algoritmos de
cuantificación/des-cuantificación del codec de voz
son modificados para hacer posible el uso de este libro de códigos.
Los parámetros LSF ofrecen una estimación de la envoltura espectral
del ruido de fondo en el lado de transmisión utilizando,
preferentemente, un modelo de espectro LPC de orden 10.
Los siguientes 8 bits contienen un índice de
cuantificación de energía de ruido de bienestar, que describe la
energía del ruido de fondo en el lado de transmisión. Los 4 bits
restantes en el mensaje son utilizados para la transmisión de un
elemento de información de Control Espectral de Excitación
Aleatorio (RESC).
| Elemento de Información | Tipo | Longitud (bits) |
| Discriminador de Protocolo | M | 2 |
| Tipo de Mensaje | M | 8 |
| Vector Residual LSF | M | 26 |
| Índice de Cuantificación de energía CN | M | 8 |
| Parámetros RESC | M | 4 |
\newpage
Para resumir, los problemas descritos en la
sección de Fondo de esta solicitud de patente son considerados
generando, en el lado de recepción, un ruido sintético similar al
ruido de fondo lado de transmisión. Los parámetros de ruido de
bienestar (CN) son estimados en el lado de transmisión y
transmitidos hasta el lado de recepción antes de que se desconecte
la transmisión, y después de esto a un régimen regular bajo. Esto
permite que el ruido de bienestar se adapte a los cambios del ruido
en el lado de transmisión. El mecanismo DTX de acuerdo con esta
invención emplea: una función de Detector de Actividad de Voz (VAD)
21 (Figura 12) en el lado de transmisión; una evaluación en el
controlador 18 del ruido acústico de fondo en el lado de
transmisión; con el fin de transmitir los parámetros
característicos en el lado de recepción; y una generación en el
lado de recepción de un ruido similar, referido como ruido de
bienestar, durante periodos donde se desconecta la transmisión de
radio.
Además de estas funciones, si los parámetros que
llegan al lado de recepción son encontrados por estar seriamente
corrompidos por errores, la voz o el ruido de bienestar es generado
en su lugar de los datos substituidos con el fin de evitar la
generación de efectos de audio de aturdimiento para el oyente.
La función DTX del lado de transmisión pasa
continuamente las tramas de tráfico, cada uno marcado por un
indicador SP, al transmisor de radio 14, donde el indicador SP =
"1" indica una trama de voz, y donde el indicador SP = "0"
indica un conjunto codificado de parámetros de Ruido de bienestar.
La disposición de las tramas para la transmisión en el interfaz
hertziano es controlada por el transmisor de radio 14, a partir del
indicador SP.
En una forma de realización preferida de esta
invención, y para permitir una verificación exacta de las funciones
DTX del lado de transmisión, todos las tramas antes de la
reposición de la estación móvil 10 son tratados como si fueran
tramas de voz durante un tiempo infinitamente largo. Por tanto, los
primeros 6 tramas después de la reposición son marcados siempre con
el indicador SP = "1", incluso si el indicador VAD = "0"
(periodo de pausa, ver figura 14).
El Detector de la Actividad de Voz (VAD) 21
funciona de forma continua para determinar si la señal de entrada
procedente del micrófono 19 contiene voz. La salida es un indicador
binario (indicador VAD = "1" o indicador VAD = "0",
respectivamente) sobre un base de trama por trama.
El indicador VAD controla indirectamente, a
través de las operaciones del gestor DTX del lado de transmisión
descritas a continuación, la operación general DTX en el lado de
transmisión.
Cuando el indicador VAD = "1", la trama de
salida codificado de voz pasa directamente al transmisor de radio
14, marcado con el indicador SP = "1".
Al final de una ráfaga de voz (indicador VAD de
transición = "1" al indicador VAD = "0"), requiere siete
tramas consecutivos para tener disponible un nuevo conjunto
actualizado de parámetros CN. Normalmente, los primeros seis tramas
de salida del codificador de voz después del final de la ráfaga de
voz pasan directamente al transmisor de radio 14, marcado con el
indicador SP = "1", formado de este modo el "periodo de
pausa". El primer nuevo conjunto de parámetros CN pasa entonces
hasta el transmisor de radio 14 como el siete trama después del
final de la ráfaga de voz, marcado con el indicador SP = "0"
(ver Figura 14).
No obstante, si al final de la ráfaga de voz, han
transcurrido menos de 24 tramas desde que fue calculado y pasó el
último conjunto de parámetros CN al transmisor de radio 14,
entonces, se pasa de forma repetida el último conjunto de parámetros
CN al transmisor de radio 14, hasta que está disponible un conjunto
nuevo actualizado de parámetros CN (siete tramas consecutivos
marcados con indicador VAD = "0"). Esto reduce la actividad en
el interfaz hertziano, en casos los picos de ruido de fondo cortos
son interpretados como voz, evitando la espera de "pausa" para
el cálculo del parámetro CN. La figura 15 muestra como ejemplo la
ráfaga de voz lo más larga posible sin pausa.
Una vez que el primer conjunto de parámetros CN
después del final de una ráfaga de voz se ha calculado y pasado al
transmisor de radio 14, el gestor DTX del lado de transmisión
calcula continuamente y pasa los conjuntos actualizados de
parámetros CN al transmisor de radio 14, marcado con el indicador SP
= "0", mientras que el indicador VAD = "0".
El codificador de voz es accionado en un modo de
codificación de voz normal si el indicador SP = "1" y en un
modo simplificado si el indicador SP = "0", puesto que no se
requieren todas las funciones del codificador para la evaluación del
os parámetros CN.
En el transmisor de radio 14, se disponen los
siguientes tramas de tráfico para la transmisión: todos las tramas
marcados con el indicador SP = "1"; el primer trama marcado
con el indicador SP = "0", después uno o más tramas con el
indicador SP = "1"; estos tramas marcados con SP = "0" y
dispuestos para transmisión de los mensajes de actualización del
parámetro CN.
Esto tiene el efecto general de transición hasta
el estado de bajo DTX después de la transmisión de un mensaje de
parámetro CN cuando el altavoz interrumpe la conversación. Durante
las pausas de voz, la transmisión se retoma, por ejemplo, a
intervalos regulares para la transmisión de un mensaje de parámetro
CN, con el fin de actualizar el ruido de bienestar generado en el
lado de recepción.
El algoritmo de evaluación de ruido de bienestar
utiliza los parámetros de Predicción Lineal (LP) no cuantificados y
cuantificador (por ejemplo) del codificador de voz, utilizando la
representación de Pareja Espectral Lineal (LSP), donde el vector de
la Frecuencia Espectral Lineal no cuantificada (LSF) se da por
f^{t} = [f_{1} f_{2} ...f_{10}] y el vector LSF
cuantificado por f^{t} = [f_{1} f_{2} ...f_{10}],
designando transpuesto. El algoritmo utiliza también la señal
residual LP r(n) de cada sub-trama para
calcular la ganancia de excitación aleatoria y los parámetros de
Control Espectral de Excitación Aleatorio (RESC).
El algoritmo calcula los siguientes parámetros
para contribuir en la generación de ruido de bienestar: el vector
de parámetro LSF de referencia f^{ref} (promedio de los
parámetros LSF cuantificados del periodo de pausa); el vector del
parámetro LSF promediado f^{mean}(media de los parámetros
LSF de los siete tramas más recientes); la ganancia de excitación
aleatoria promediada g^{mean}_{cn} (media de los valores
de ganancia de excitación aleatoria de los siete tramas más
recientes); la ganancia de excitación aleatoria g_{cn}; y los
parámetros RESC \Lambda.
Estos parámetros ofrecen información sobre el
espectro (f, f, f^{ref}, f^{mean}, \Lambda) y el
nivel (g_{cn}, g^{mean}_{cn}) del ruido de fondo.
Tres de los parámetros de ruido de bienestar
evaluados (f^{mean}, \Lambda y g^{mean}_{cn}) son
codificados en un mensaje FACCH especial, referido aquí como el
mensaje de parámetro de Ruido de bienestar (CN), para la
transmisión al lado de recepción. Puesto que el vector del
parámetro LSF de referencia f^{ref} puede evaluarse del
mismo modo en el codificador y el decodificador, como se describe a
continuación, no es necesaria una transmisión de este vector del
parámetro.
El mensaje de parámetro CN sirve también para
iniciar la generación de ruido de bienestar en el lado de
recepción, a medida que un mensaje de parámetro CN es enviado
siempre al final de una ráfaga de voz, es decir, antes de que se
termine la transmisión de radio.
La disposición de los mensajes de parámetro CN o
tramas de voz en la trayectoria de radio se describió anteriormente
con referencia a las figuras 7 y 8.
La evaluación de ruido de fondo implica calcular
tres tipos diferentes de parámetros promediados: los parámetros
LSF, el parámetro de ganancia de excitación aleatoria, y los
parámetros RESC. Los parámetros de ruido de bienestar que deben
codificarse en un mensaje de parámetro de Ruido de bienestar son
calculados en el periodo promediado CN de N=7 tramas consecutivos
marcados con VAD = "0", como se describe más detalladamente a
continuación.
Antes de realizar el promedio de los parámetros
LSF en el periodo promediado CN, se realiza una substitución por la
media en el conjunto de parámetros LSF que deben ser promediados,
para eliminar los parámetros que no son característicos del ruido
de fondo en el lado de transmisión. En primer lugar, las distancias
espectrales desde cada uno de los vectores de parámetro LSF
f(i) a los otros vectores de parámetro LSF f(j), i =
0...6, j = 0...6, i\neqj, dentro del periodo promediado CN son
aproximados de acuerdo con la ecuación:
(4)\Delta
R_{ij}=\sum\limits^{10}_{k=1}(f_{i}(k)-f_{j}(k))^{2}
donde f_{i}(k) es el parámetro k LSF del
vector parámetro LSF f(i) en la trama
i.
Para encontrar la distancia espectral
\DeltaS_{i} del vector de parámetro LSF f(i) a los
vectores de parámetro LSF f(j) de todas las demás tramas j=
0...6, j\neqi, dentro del periodo promediado CN, la suma de las
distancias espectrales \DeltaR_{ij} es calculado como
sigue:
(5)\Delta
S_{i}=\sum\limits^{6}_{j=0,j\neq i}\Delta
R_{ij}
para todo i = 0...6,
i\neqj.
El vector de parámetro LSF f(i) con la
distancia espectral más pequeña \DeltaS_{i} de todos los
vectores de parámetros LSF dentro del periodo promediado CN es
considerado como el vector de parámetro LSF f_{med} del periodo
promediado, y su distancia espectral es designada como
\DeltaS_{med}. El vector de parámetro LSF es considerado por
contener la mejor representación del detalle espectral a corto plazo
del ruido de fondo de todos los vectores de parámetro LSF dentro
del periodo promediado. Si existieran vectores de parámetro LSF
f(j) dentro del periodo promediado CN con:
(6)\frac{\Delta
S_{i}}{\Delta S_{med}}>
TH_{med}
donde TH_{med}= 2,25 es el umbral de
substitución por la media, entonces como máximo dos de estos
vectores de parámetro LSF (los vectores de parámetro LSF que
provocan TH_{med} que se excede lo máximo) son sustituidos por el
vector de parámetro LSF mediano antes de calcular el vector de
parámetro LSF promediado
f^{mean}.
El conjunto de los vectores de parámetro LSF
obtenidos como resultado de la substitución por la media son
designados como f'(n-i), donde n es el índice de la
trama actual, e i es el índice del periodo promediado
(i=0....6).
Cuando la substitución por la media es realizada
al final del periodo de pausa (primera actualización CN), todos los
vectores del parámetro LSF f(n-i) de los
seis tramas previos (el periodo de pausa, i=1...6) tienen valores
cuantificados, mientras que el vector de parámetro LSF f(n)
en la trama más reciente n tiene valores no cuantificados. En la
siguiente actualización CN, los vectores del parámetro LSF del
periodo promediado CN en estos tramas que se solapan con el periodo
de pausa tienen valores cuantificados, mientras que los vectores
del parámetro de tramas más recientes del periodo promediado CN
tienen valores no cuantificados. Si el periodo de los siete tramas
más recientes no está solapándose con el periodo de pausa, la
substitución por la media de los parámetros LSF se realiza
utilizando solamente los valores del parámetro no cuantificado.
El vector del parámetro LSF promediado f^{mean}
(n) en la trama n es calculado de acuerdo con la ecuación:
(7)f^{mean}(n)=\frac{1}{7}\sum\limits^{6}_{i=0}f'(n-i)
donde f'(n-i) es el vector del
parámetro LSF de uno de los siete tramas más recientes (i=0...6)
después de realizar la substitución por la media, es el índice del
periodo promediado, y n es el índice de la
trama.
El vector del parámetro LSF promediado
f^{mean}(n) en la trama n es cuantificado preferentemente
utilizando las mismas tablas de cuantificación que se utilizan
también por el codificador de voz para la cuantificación de los
vectores del parámetro LSF no promediados en el modo de
codificación de voz normal, pero el algoritmo de cuantificación es
modificado con el fin de soportar la cuantificación del ruido de
bienestar. La señal residual de predicción LSF que debe
cuantificarse es obtenida de acuerdo con la siguiente ecuación:
(8)r(n)=f^{mean}(n)-\hat{f}^{ref}
donde f^{mean}(n) es el vector del
parámetro LSF promediado en la trama n, f^{ref} es el
vector del parámetro LSF de referencia, r(n) es el vector
residual de predicción LSF calculado en el cuando n, y n es el
índice de la
trama.
El cálculo del vector del parámetro LSF de
referencia f^{ref} se realiza a partir de los parámetros
LSF cuantificados f haciendo el promedio de estos parámetros
sobre el periodo de pausa de seis tramas de acuerdo con la siguiente
ecuación:
(9)\hat{f}=\frac{1}{6}\sum\limits^{6}_{i=1}\hat{f}(n-i)
donde f(n-i) es el
vector del parámetro LSF cuantificado de uno de las tramas del
periodo de pausa (i=1...6), i es el índice de trama de periodo de
pausa, y n es el índice de la trama. Debería indicarse que los
vectores del parámetro LSF cuantificados
f(n-i) utilizados para calcular
f^{ref} no están sometidos a substitución por la media
antes del
promedio.
Para cada periodo de generación CN, el cálculo
del vector del parámetro LSF de referencia f^{ref} se
realiza solamente una vez al final del periodo de pausa, y para el
resto del periodo de generación CN, f^{ref} está congelado.
El vector del parámetro LSF de referencia f^{ref} es
evaluado en el decodificador del mismo modo que en el codificador,
puesto que durante el periodo de pausa, están disponibles los mismos
vectores de parámetro LSF f en el codificador y el
decodificador. Una excepción a esto son los casos donde los errores
de transmisión son lo suficientemente graves como para provocar que
los parámetros estén inutilizados, y se activa un procedimiento de
sustitución de trama. En estos casos, los parámetros modificados
obtenidos a partir del procedimiento de sustitución de tramas son
utilizados en lugar de los parámetros recibidos.
Se calcula la ganancia de excitación aleatoria
para cada sub-trama, basada en la energía de la
señal residual LP del sub-trama, de acuerdo con la
siguiente ecuación:
(10)g_{cn}(j)=\text{1.286}\sqrt{\frac{\sum\limits^{39}_{i=0}r(i)^2}{10}}
donde g_{cn}(j) es la ganancia de
excitación aleatoria calculada del sub-trama j,
r(I) es la muestra I de la señal residual LP del
sub-trama j, e I es el índice de muestras (I =
0....39). El factor de escala de 1.286 es utilizado para hacer del
nivel del ruido de bienestar coincidente con el ruido de fondo
codificador por el codec de voz. El uso de este valor de factor de
escala particular no debería interpretarse como una limitación de la
práctica de esta
invención.
La energía calculada de la señal residual LP es
dividida por el valor de 10 para producir la energía para un
impulso de excitación aleatorio, puesto que durante la generación
de ruido de bienestar, la señal de excitación del
sub-trama (pseudo- ruido), tiene 10 muestras no
cero, cuyas amplitudes pueden tomar valores de +1 ó -1.
Los valores de ganancia de excitación aleatoria
calculados son promediados y actualizados en el primer
subt-rama de cada trama n marcada con SP = "0",
cuando se requiere un conjunto actualizado de parámetros CN, de
acuerdo con la ecuación:
(11)g^{mean}_{cn}(n)=\frac{1}{25}g_{cn}(n)(1)+
\frac{1}{\text{6.25}}\sum\limits^{6}_{i=1}(\frac{1}{4}\sum\limits^{4}_{j=1}g_{cn}(n-i)(j))
donde g_{cn} (n)(1) es la ganancia de
excitación aleatoria calculada en el primer
sub-trama de la trama n, g_{cn}
(n-i)(j) es la ganancia de excitación aleatoria
calculada en el sub-trama j de uno de las tramas
pasados (i=1...6), y n es el índice de la trama. Puesto que la
ganancia de excitación aleatoria de solamente el primer
sub-trama de la trama actual es utilizada en el
promedio, es posible disponer del conjunto actualizado de parámetros
CN para la transmisión después de que se ha procesado el primer
sub-trama de la trama
actual.
La ganancia de excitación aleatoria promediada
está unida por g^{mean}_{cn} \leq 4032.0 y
cuantificada con un cuantificador algorítmico no uniforme de 8 bit
en el dominio logarítmico, requiriendo el no almacenamiento de una
tabla de cuantificación.
Con respecto al cálculo de los parámetros RESC,
puesto que la señal residual LP r(n) se desvía bastante de
las características espectrales planas, se dará lugar a cierta
pérdida en la calidad el ruido de bienestar (desajuste espectral
entre el ruido de fondo y el ruido de bienestar) cuando se utiliza
una excitación aleatoria espectralmente plana para sintetizar el
ruido de bienestar en el lado de recepción. Para proporcionar un
ajuste especial mejorado, se realiza un análisis LP de segundo
orden adicional para la señal residual LP en el periodo promediado
CN, y los coeficientes LP promediados resultantes son transmitidos
al lado de recepción en el mensaje del parámetro CN que debe
utilizarse en la generación del ruido de bienestar. Este método es
referido como el control espectral de excitación aleatoria (RESC),
y los coeficientes LP obtenidos son referidos como los parámetros
RESC \Lambda
Las señales residuales LP r(n) de cada
sub-trama en una trama son concatenadas para
calcular las auto-correlaciones r_{res}(k),
k = 0...2, de la señal residual LP de la trama 20 ms de acuerdo con
la ecuación:
(12)r_{res}(k)=\sum\limits^{159}_{n=k}r(n)r(n-k),k=0,...,2
Después de calcular las
auto-correlaciones de acuerdo con la ecuación
precedentes, se normalizan las auto-correlaciones
para obtener las auto-correlaciones normalizadas
r'_{res}(k).
Para la trama más reciente del periodo promediado
CN, las auto- correlaciones procedentes solamente del primer
sub-trama son utilizadas para hacer el promedio,
haciendo posible preparar el conjunto actualizado de los parámetros
CN para la transmisión después de que se ha procesado el primer
sub-trama de la trama actual.
Las auto-correlaciones
normalizadas calculadas son promediadas y actualizadas en el primer
sub-trama de cada trama n marcado con SP = "0",
cuando se requiere un conjunto actualizado de parámetros CN, de
acuerdo con la ecuación:
(13)r^{mean}_{res}(n)=\frac{1}{25}r'_{res}(n)(1)+\frac{1}{\text{6.25}}\sum\limits^{6}_{i=1}r'_{res}(n-i)
donde r'_{res} (n)(1) son las
auto-correlaciones normalizadas en el primer
sub-trama de la trama n, r'_{res}
(n-i) son las auto-correlaciones
normalizadas de uno de los últimos tramas (i= 1...6) y n es el
índice de la
trama.
Las auto-correlaciones
promediadas, calculadas r^{mean}_{ref} son introducidas en un
algoritmo recursivo de Schur para calcular los dos primeros
coeficientes de reflexión, es decir, los parámetros RESC \Lambda,
ó \lambda(i), i=1, 2. Cada uno de los dos parámetros RESC
son codificados utilizando un cuantificador escalar de
2-bit.
La modificación del algoritmo de codificación de
voz durante la operación DTX es como sigue. Cuando el indicador SP
es igual a "0", el algoritmo de codificación de voz es
modificado del siguiente modo. Los parámetros LP no promediados que
son utilizados para derivar los coeficientes de filtro del filtro
de síntesis a corto plazo H(z) del codificador de voz no son
cuantificados, y la memoria del filtro de ponderación W(z) no
está actualizada, sino en su lugar ajustada a cero. Se realiza una
búsqueda de paso de circuito abierto, pero la búsqueda de intervalo
de paso de circuito cerrado está inactiva y la ganancia del libro
de códigos adaptable es ajustada a cero. Si la ejecución VAD no
utiliza el parámetro de retraso del libro de códigos adaptable para
tomar la decisión VAD, puede desconectarse también la búsqueda de
intervalo de paso del circuito abierto. No se realiza una búsqueda
de libro de códigos fija. En cada sub-trama, el
vector de excitación del libro de códigos fijo del decodificador de
voz normal es sustituido por un vector de excitación aleatorio que
contiene 10 impulsos no cero. Se define a continuación, el algoritmo
de generación de excitación aleatorio. La excitación aleatoria es
filtrada por el filtro de síntesis RESC, como se describe a
continuación, para mantener los contenidos de la memoria temporal
de excitación pasada tan iguales como sea posible tanto en el
codificador como en el decodificador, para permitir un inicio
rápido de la búsqueda del libro de códigos adaptable cuando la
actividad de la voz comienza después del periodo de generación de
ruido de bienestar. El algoritmo de cuantificación de parámetro LP
del modo de codificación de voz está inactivado. Al final del
periodo de pausa, el vector del parámetro LSF de referencia
f^{ref} es calculado como se define anteriormente. Para el
resto del periodo de inserción de ruido de bienestar
f^{ref} está congelado. El vector del parámetro LSF
promediado f^{mean} es calculado cada vez que debe prepararse un
nuevo conjunto de parámetros CN. Este vector de parámetro es
codificado en parámetro CN, el mensaje fue como se define
anteriormente. El algoritmo de cuantificación de ganancia de
excitación del modo de codificación de voz está también inactivo.
El valor de ganancia de excitación aleatoria de promedio
g^{mean}_{cn} es calculado cada vez que debe prepararse un nuevo
conjunto de parámetros CN. Este valor de ganancia es codificado en
el mensaje de parámetro CN como se define previamente. El cálculo
de la ganancia de excitación aleatoria se realiza basado en la
energía de la señal residual LP, como se define anteriormente. Las
memorias del elemento de predicción de la cuantificación de
parámetro LP ordinario y los algoritmos de cuantificación de
ganancia del libro de códigos fijo son repuestos cuando el indicador
SP = "0", de forma que los cuantificadores se inician a partir
de sus estados iniciales cuando la actividad de la voz comienza de
nuevo. Y, finalmente, el cálculo de los parámetros RESC está basado
en el contenido espectral de la señal residual LP, como se define
anteriormente. Los parámetros RESC son calculados cada vez que debe
prepararse un nuevo conjunto de parámetros CN.
El algoritmo de codificación de ruido de
bienestar produce 38 bits para cada mensaje de parámetro CN, como
se muestra en la Tabla 2. Estos bits son referidos como un vector
cn[0...37]. Los bits de ruido de bienestar cn[0...37]
son suministrados al codificador de canal FACCH en el orden
presentado en la Tabla 2 (es decir, no se realiza la ordenación de
acuerdo con la importancia subjetiva de los bits).
| Índice (vector para codificador de canal FACCH) | Descripción | Parámetro |
| cn0-cn7 | Índice de primer subvector LSF | Índice VQ de r[1...3] |
| cn8-cn16 | Índice de segundo subvector LSF | Índice VQ de r[4...6] |
| cn17-cn25 | Índice de tercer subvector LSF | Índice VQ de r[7...10] |
| cn26-cn33 | Ganancia de excitación aleatoria | Índice de g^{mean}_{cn} |
| cn34-cn35 | Índice de primer parámetro RESC | Índice de \lambda(1) |
| cn36-cn37 | Índice de segundo parámetro RESC | Índice de \lambda(2) |
Independientemente de su contexto (voz, mensaje
de parámetro CN, otros mensajes FACCH o ninguno), el receptor de
radio de la estación de base 30 pasa continuamente las tramas de
tráfico recibidos hasta el gestor DTX del lado de recepción,
marcados continuamente por varias funciones de
pre-procesamiento con tres indicadores. Estos son
el indicador del Indicador de Trama Erróneo (BFI), el indicador de
Indicador de Trama Erróneo de parámetro de ruido de bienestar
(BFI_CN), y el Indicador de Actualización de Ruido de bienestar
(CNU) descrito a continuación y en la Tabla 3. Estos indicadores
sirven para clasificar las tramas de tráfico de acuerdo con su fin.
Esta clasificación, resumida en la Tabla 3, permite que el gestor
DTX del lado de recepción determine, de un modo simple, cómo debe
procesarse la trama recibido.
| BFI_CN | ||
| BFI | 0 | 1 |
| 0 | Combinación No válida | Trama de voz bueno |
| 1 | Mensaje de parámetro CN válido | Trama No utilizable |
Los indicadores binarios BFI y BFI_CN indican si
la trama de tráfico es considerado por contener bits de información
valiosa (indicador BFI = "0" y el indicador BFI_CN = "1",
o indicador BFI = "1" e indicador BFI CN = "0") o no
(indicador BFI = "1" e indicador BFI_CN = "1", o
indicador BFI = "0" e indicador BFI_CN = "0"). En el
contexto de esta descripción, una trama FACCH es considerado no por
contener bits valioso a menos que contenga un mensaje de parámetro
CN, y es por tanto, marcado con el indicador BFI SP = "1" y el
indicador BFI CN = "1".
El indicador CNU binario marca con CNU = "1"
aquellas tramas que están alineados con los casos de transmisión de
la información de calidad del canal enviada sobre el FACCH.
El gestor DTX del lado de recepción es
responsable de toda la operación DTX en el lado de recepción. La
operación DTX en el lado de recepción es como sigue: si se detecta
un buen trama de voz, el gestor DTX pasa directamente sobre el
decodificador de voz; cuando son detectados las tramas de voz
perdidos o los mensajes de parámetro CN perdidos, se aplica la
sustitución y el procedimiento de silenciamiento; las tramas de
mensajes de parámetros CN válidos dan lugar a la generación de ruido
de bienestar hasta que se espera el siguiente mensaje de parámetro
CN (CNU = "1") o se detectan nuevos tramas de voz. Durante
este periodo, el gestor del lado de recepción DTX ignora cualquiera
de las tramas inutilizados suministrados por el receptor de radio.
Las siguientes dos operaciones son opcionales; los parámetros al
primer mensaje de parámetro CN perdido son sustituidos por los
parámetros del último mensaje de parámetro CN válido, y se aplica
el procedimiento para el mensaje del parámetro CN; y después del a
recepción de un segundo mensaje de parámetro CN perdido, se aplica
el silenciamiento.
Con respecto al promedio y a la decodificación de
los parámetros LP, cuando las tramas de voz son recibidos por el
decodificador, los parámetros LP de los últimos seis tramas de voz
se mantienen en la memoria. El decodificador calcula el número de
tramas transcurridos desde que el último conjunto de parámetros CN
fue actualizado y pasó al transmisor de radio por el codificador.
Basado en este recuento, el decodificador determina si existe o no
un periodo de pausa al final de la ráfaga de voz (si han pasado al
menos 30 tramas desde la última actualización de parámetro CN cuando
lleva el primer mensaje de parámetro CN después de una ráfaga de
voz, se determina el periodo de pausa que ha existido al final de
la ráfaga de voz).
Tan pronto como se recibe un mensaje de parámetro
CN, y se detecta el periodo de pausa al final de la ráfaga de voz,
los parámetros LP memorizados son promediados para obtener el
vector del parámetro LSF de referencia f^{ref}. El vector
del parámetro de referencia LSF es congelado y utilizado para el
periodo de generación de ruido de bienestar real.
El procedimiento de promedio para obtener los
parámetros de referencia es como sigue:
Cuando se recibe una trama de voz, los parámetros
LSF son decodificados y memorizados en la memoria. Cuando se recibe
el primer mensaje de parámetro CN, y se detecta el periodo de pausa
al final de la ráfaga de voz, los parámetros LSF memorizados son
promediados del mismo modo que el codificador de voz, como
sigue:
(14)\hat{f}^{ref}=\frac{1}{6}\sum\limits^{6}_{i=1}\hat{f}(n-i)
donde f(n-i) es el
vector del parámetro LSF cuantificado de uno de las tramas del
periodo pausa (i=1...6), y n es el índice de la
trama.
Una vez que se ha calculado el vector del
parámetro LSF de referencia, el vector del parámetro LSF promediado
f^{mean}(n) en la trama n (codificado en el mensaje del
parámetro CN) puede reproducirse en el decodificador cada vez que se
recibe un mensaje de actualización CN de acuerdo con la
ecuación:
(15)\hat{f}^{mean}(n)=\hat{r}(n)+\hat{f}^{ref}
\newpage
donde f^{mean} (n) es el vector del
parámetro LSF promediado, cuantificado en la trama n,
f^{ref} es el vector del parámetro LSF de referencia,
r(n) es el vector residual de predicción LSF
cuantificado, recibido en la trama n, y n es el índice de la
trama.
En cada sub-trama, el vector de
excitación del libro de códigos fijo del decodificador de voz normal
que contiene cuatro impulsos no cero es sustituido durante la
inactividad de voz por un vector de excitación aleatorio que
contiene 10 impulsos no cero. Las posiciones de impulso y los
signos de la excitación aleatoria son generados localmente
utilizando números pseudo-aleatorios distribuidos de
manera uniforme. Los impulsos de excitación toman valores de +1 y
-1 en el vector de excitación aleatorio. El algoritmo de generación
de excitación aleatorio funciona de acuerdo con los siguientes
pseudo-códigos.
donde el código [0...39] es la memoria temporal
de excitación del libro de códigos fijo, y (k) aleatorio genera los
valores de entero pseudo-aleatorio, distribuido
uniformemente sobre el intervalo
[0...k-1).
Los índices de parámetro RESC recibidos son
decodificados para obtener los parámetros RESC recibidos
\lambda(i), i = 1, 2. Después de que se ha generado la
excitación aleatoria, se filtra por el filtro de síntesis RESC,
definido como sigue:
(16)H^{syn}_{RESC}(z)=\frac{1}{1+\sum\limits^{2}_{i=1}\hat{\lambda}(i)z^{-1}}
El filtro de síntesis RESC es ejecutado
preferentemente utilizado un método de filtración de celosía.
Después de la filtración de síntesis RESC, la excitación aleatoria
está sometida a escala y la filtración de síntesis LP.
El procedimiento de generación de ruido de
bienestar utiliza el algoritmo del decodificador de voz con las
siguientes modificaciones. Los valores de ganancia del libro de
códigos fijo son sustituidos por el valor de ganancia de excitación
aleatorio recibido en el mensaje del parámetro CN, y la excitación
del libro de códigos fijo es sustituida por la excitación aleatoria
generada localmente como fue descrita anteriormente. La excitación
aleatoria es filtrada por el filtro de síntesis RESC, como se
describió también anteriormente. El valor de ganancia del libro de
códigos adaptable en cada sub- trama es ajustado a 0. El valor de
retraso de paso en cada sub-trama es ajustado a 60,
por ejemplo. Los parámetros de filtro LP utilizados son aquellos
recibidos en el mensaje del parámetro CN. Las memorias elemento de
predicción del parámetro LP ordinario y los algoritmos de
cuantificación de ganancia de libro de códigos fijo son repuestos
cuando el indicador SP = "0", de forma que los cuantificadores
comienzan desde sus estados iniciales cuando la actividad de voz
comienza de nuevo. Con estos parámetros, el decodificador de voz
comienza ahora sus operaciones estándar y sintetiza el ruido de
bienestar. La actualización de los parámetros de ruido de bienestar
(ganancia de excitación aleatoria, parámetros RESC, y parámetros de
filtro LP) se produce cada vez que se recibe un mensaje de parámetro
CN válido, como se describe anteriormente. Cuando se actualiza el
ruido de bienestar, los parámetros precedentes son interpolados
sobre el periodo de actualización CN para obtener las transiciones
uniformes.
El mensaje del parámetro CN perdido es definido
como una trama inutilizable que es recibido cuando el gestor DTX
del lado de recepción está generando ruido de bienestar y se espera
un mensaje de parámetro CN (indicador de Actualización de Ruido de
bienestar, CNU = "1").
Los parámetros del último mensaje de parámetro CN
individual son substituidos por los parámetros del último mensaje
de parámetro CN válido y se aplica el procedimiento para los
parámetros CN válidos. Para el segundo mensaje de parámetro CN
perdido, se utiliza una técnica de silenciamiento para el ruido de
bienestar que disminuye gradualmente el nivel de salida (-3
dB/trama), dando lugar al silenciamiento eventual de la salida del
decodificador. El silenciamiento se alcanza por el descenso de la
ganancia de excitación aleatoria con un valor constante de -3 dB en
cada trama bajando hasta un valor mínimo de 0. Este valor es
mantenido si se producen mensajes de parámetro CN perdidos
adicionales.
Aunque se ha descrito un número de formas de
realización preferidas actualmente de esta invención con respecto a
los valores específicos de las duraciones de tramas, números de
tramas, tipos de mensajes específicos (por ejemplo, FACCH), y
similares, debería tenerse en cuenta que los números de tramas, la
duración de las tramas, duración del periodo de pausa, duración del
periodo promediado, tipos de mensaje, etc., pueden variarse de
acuerdo con las especificaciones y requerimientos de los diferentes
tipos de sistemas de comunicaciones móviles digitales.
Adicionalmente, y aunque la invención se ha descrito en el contexto
de los diagramas de bloque de circuito, tales como los mostrados en
las figuras 2a, 2b, 3a, 3b, 4, 5 y 10, se apreciará que algunos de
los bloques del circuito ilustrados son ejecutados por un
procesador de datos digitales programado adecuadamente (por
ejemplo, el controlador 18 de la figura 12) que forma una porción
del teléfono celular digital 10. Pueden ejecutarse completamente en
software por ejemplo, solamente los selectores 307, 319 y 410 de
las figuras 4 y 5, aunque mostrados como conmutadores.
Además, hay que indicar que existen esquemas de
generación de Ruido de bienestar en muchos sistemas donde los bits
de reserva no están disponibles en el mensaje del parámetro CN (o
trama SID) para transmitir los parámetros RESC desde el lado de
transmisión hasta el lado de recepción. En estos casos, el filtro
RESC podría sustituirse por un filtro de síntesis con coeficientes
fijos. Los coeficientes de filtro fijo son entonces optimizados
para provocar la respuesta de frecuencia del filtro de síntesis para
tener una respuesta media del filtro RESC normal con coeficientes
transmitidos. Los coeficientes del filtro podrían seleccionarse
también para ofrecer una respuesta de filtro que proporciona una
calidad de percepción preferida (subjetivamente) del ruido de
bienestar.
Por tanto, aunque se ha mostrado y descrito
particularmente la invención con respecto a sus formas de
realización preferidas, se entenderá por los técnicos en la materia
que pueden realizarse cambios en la forma y detalle sin separarnos
del alcance de la invención, como se define por las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (25)
1. Método para generar ruido de bienestar (CN) en
un terminal móvil digital que utiliza una transmisión discontinua,
comprendiendo las etapas de:
en respuesta a una pausa de voz, almacenar
temporalmente un conjunto de parámetros de codificación de voz;
dentro de un periodo promediado, sustituir los
parámetros de codificación de voz del conjunto que no son
representativos de ruido de fondo, por los parámetros de
codificación de voz que son representativos del ruido de fondo;
y
realizar un promedio del conjunto de los
parámetros de codificación de voz.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
donde la etapa de sustitución incluye las etapas de:
medir las distancias relativas de los parámetros
de codificación de voz entre las tramas individuales dentro del
periodo promediado;
identificar los parámetros de codificación de voz
que presentan las mayores distancias respecto a otros parámetros
dentro del periodo promediado; y
si las distancias exceden un umbral
predeterminado, sustituir un parámetro de codificación de voz
identificado por un parámetro de codificación de voz que presente
la menor distancia medida respecto a otros parámetros de
codificación de voz dentro del periodo promediado.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
donde la etapa de sustitución incluye las etapas de:
medir las distancias relativas de los parámetros
de codificación de voz entre las tramas individuales dentro del
periodo promediado;
identificar los parámetros de codificación de voz
que presenten las distancias mayores con respecto a otros
parámetros dentro del periodo promediado; y
si las distancias exceden un umbral
predeterminado, sustituir un parámetro de codificación de voz
identificado por un parámetro de codificación de voz que presente
un valor medio.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
donde la etapa de realización de promedio incluye una etapa de
cálculo de una ganancia de excitación media g_{mean} y la media
de los coeficientes de espectro a corto plazo
f_{mean}(i).
5. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
donde la etapa de sustitución incluye las etapas de:
formar un conjunto de valores de ganancia de
excitación memorizados temporalmente en el periodo promediado;
ordenar el conjunto de valores de ganancia de
excitación memorizados temporalmente; y
realizar una operación de substitución por la
media en la que estos valores de ganancia de excitación L que se
diferencian más que el valor medio, cuando la diferencia excede un
valor umbral predeterminado, son sustituidos por el valor medio del
conjunto.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 5,
donde una longitud N del periodo promediado es un número impar, y
donde la media del conjunto ordenado es el elemento
((N+1)/2)^{esimo} del conjunto.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 1, y
que comprende adicionalmente una etapa de:
formar un conjunto de coeficientes de Pareja de
líneas espectrales memorizados temporalmente (LSP) f(k), k =
1, ..., M en el periodo promediado; y
determinar una distancia espectral de los
coeficientes LSP f_{i}(k) de la trama i^{esima} en el
periodo promediado, respecto de los coeficientes LSP
f_{j}(k) de la trama j^{esima} en el periodo
promediado.
8. Método según la reivindicación 7, donde la
etapa de determinación de la distancia espectral se realiza de
acuerdo con la expresión
\Delta
R_{ij}=\sum\limits^{M}_{k=1}(f_{i}(k)-f_{j}(k))^{2},
donde M es el grado del modelo LPC, y
f_{i}(k) es el parámetro LSP k^{esimo} de la trama
i^{esimo} en el periodo
promediado.
9. Método según la reivindicación 7, y que
comprende adicionalmente una etapa de determinación de la distancia
espectral \DeltaS_{i} de los coeficientes LSP f_{j}(k)
de la trama i respecto de los coeficientes LSP de todas las demás
tramas j = 1,..., N, i\neqj, dentro del periodo promediado de
longitud N.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9,
donde la etapa de determinación de la distancia espectral se
realiza determinando la suma de las distancias espectrales
\DeltaR_{ij} de acuerdo con
\Delta
S_{i}=\sum\limits^{N}_{j=1,i\neq1}\Delta
R_{ij},
para todo i = 1,...,
N.
11. Método según la reivindicación 9, y que
comprende adicionalmente las etapas de:
después de hallar las distancias espectrales
\DeltaS_{i} para cada uno de los vectores LSP, f_{j} dentro
del periodo promediado, ordenar las distancias espectrales de
acuerdo con sus valores;
considerar un vector f_{i} que presenta la
menor distancia \DeltaS_{i} dentro del periodo promediado i =
1,2,..., N que sea un vector medio f_{med} del periodo promediado
que tiene una distancia designada como \DeltaS_{med}; y
realizar una substitución por la media de los
vectores P (O\leqP\leqN- 1) LSP f_{i} con el vector medio
f_{med}.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 2,
donde las etapas de identificación y sustitución se realizan
independientemente por valores de ganancia de excitación g y
vectores de Pareja de líneas espectrales (LSP) f_{i}.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 2,
donde las etapas de identificación y sustitución se combinan
conjuntamente para valores de ganancia de excitación g y vectores
de Pareja de líneas espectrales (LSP) f_{i}.
14. Método de acuerdo con la reivindicación 13,
que comprende las etapas de:
en respuesta a la determinación de que los
parámetros de codificación de voz de una trama individual a
sustituir por valores medios de los parámetros, sustituir tanto el
valor de ganancia de excitación g y el vector LSP f_{i} de este
trama por los parámetros respectivos de la trama que contiene los
parámetros medios.
15. Método de acuerdo con la reivindicación 14, y
que comprende las etapas iniciales de:
determinación de una distancia \DeltaT_{ij}
entre los parámetros de la trama i^{esima} y la trama j^{esima}
del periodo promediado de acuerdo con la expresión
\Delta
T_{ij}=\sum\limits^{M}_{k=1}(f_{i}(k)-f_{j}(k))^{2}+
w(g_{i}-
g_{j})^{2},
donde M es el grado del modelo LPC,
f_{i}(k) es el parámetro LSP k^{esimo} de la trama
i^{esima} del periodo promediado, y g_{i} es el parámetro de la
ganancia de excitación de la trama
i^{esima}.
16. Método de acuerdo con la reivindicación 15, y
que comprende adicionalmente una etapa de:
determinación de una distancia \DeltaS_{i} de
los parámetros de codificación de voz de la trama i, para todo i =
1,...,N, respecto de los parámetros de codificación de voz de todas
las demás tramas j=1,...,N, i\neqj, dentro del periodo promediado
de longitud N, de acuerdo con
\Delta
S_{i}=\sum\limits^{N}_{j=1,j\neq1}\Delta
T_{ij},
para todo i = 1,...,
N.
17. Método de acuerdo con la reivindicación 16,
donde después de determinar las distancias \DeltaS_{i} para uno
de las tramas dentro del periodo promediado, que comprende
adicionalmente las etapas de:
ordenar las distancias de acuerdo con sus
valores; y
considerar una trama que presenta la menor
distancia \DeltaS_{i} dentro de periodo promediado i=1,2,..., N
como trama media, que tiene la distancia \DeltaS_{med}, del
periodo medio, teniendo la trama media los parámetros de
codificación de voz g_{med} y f_{med}.
18. Método de acuerdo con la reivindicación 17, y
que comprende una etapa de realizar la substitución por la media en
las tramas de parámetros de codificación de voz dentro del periodo
promediado i = 1,2,..., N, en el que los parámetros g_{i} y
f_{i} de las L(O\leqL\leqN-1) tramas
son sustituidos por los parámetros g_{med} y f_{med} de la
trama media.
19. Método de acuerdo con la reivindicación 17,
donde las diferencias entre cada distancia individual y la
distancia media son determinadas dividiendo una distancia
individual por la distancia media de acuerdo con
\DeltaS_{i}/\DeltaS_{med}.
20. Método de acuerdo con la reivindicación 11,
donde las diferencias entre cada distancia individual y la
distancia media se determinan dividiendo una distancia individual
por la distancia media de acuerdo con
\DeltaS_{i}/\DeltaS_{med}.
21. Aparato para generar ruido de bienestar (CN)
en un sistema que tiene un terminal móvil digital que utiliza una
transmisión discontinua a una red, que comprende:
medios de procesamiento de datos incluidos en
dicho terminal móvil digital que son sensibles a una pausa de voz
para almacenar temporalmente un conjunto de parámetros de
codificación de voz y, dentro de un periodo promediado, sustituir
los parámetros de codificación de voz del conjunto que no son
representativos del ruido de fondo por los parámetros de
codificación de voz que son representativos del ruido de fondo,
realizando dichos medios de procesamiento de datos un promedio del
conjunto de parámetros de codificación de voz y transmitiendo a la
red el conjunto promediado de los parámetros de codificación de
voz.
22. Aparato de acuerdo con la reivindicación 21,
donde dicho procesador de datos sustituye los parámetros de
codificación de voz del conjunto ordenando el conjunto y midiendo
las distancias relativas de los parámetros de codificación de voz
entre tramas individuales dentro del periodo promediado,
identificando estos parámetros de codificación de voz que presenten
las distancias mayores con respecto a otros parámetros dentro del
periodo promediado; y, cuando las distancias exceden un umbral
predeterminado, sustituir los parámetros de codificación de voz
identificados por un parámetro de codificación de voz que presente
la menor distancia medida con respecto a los parámetros de
codificación de voz dentro del periodo promediado.
23. Aparato de acuerdo con la reivindicación 21,
donde dicho procesador de datos sustituye los parámetros de
codificación de voz del conjunto mediante la ordenación del
conjunto y medición de las distancias relativas de los parámetros de
codificación de voz entre las tramas individuales dentro del
periodo promediado; identificación de estos parámetros de
codificación de voz que presentan las mayores distancias respecto a
otros parámetros dentro del periodo promediado; y si las distancias
exceden un umbral predeterminado, sustituir un parámetro de
codificación de voz por un parámetro de codificación de voz que
presente un valor medio.
24. Aparato de acuerdo con la reivindicación 21,
donde dichos medios de procesamiento de datos identifican y
sustituyen los parámetros de codificación de voz independientemente
por valores de ganancia de excitación g y un vector f_{i} de
Pareja de líneas espectrales (LSP).
25. Aparato de acuerdo con la reivindicación 21,
donde dichos medios de procesamiento de datos identifican y
sustituyen los parámetros de codificación de voz conjuntamente por
valores de ganancia de excitación g y un vector f_{i} de Pareja
de Espectral de Línea (LSP).
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