專利名稱：一種基于組合設計的語音冗余交織方法
技術領域：
本發(fā)明涉及語音數(shù)據(jù)傳輸方法領域，具體為一種基于組合設計的語音冗余交織方法。
背景技術：
在實時語音傳輸中，由于語音要求較強的實時性，對少量的數(shù)據(jù)丟失不是很敏感，因此需要和一般網(wǎng)絡傳輸不同的方法。實時性使得語音傳輸不適用帶確認和重傳的TCP協(xié)議，通常使用不可靠的UDP協(xié)議，但UDP不可避免的帶有相對較高的丟包率，如何抵抗丟包和當發(fā)生丟包現(xiàn)象時如何處理的相關問題成為實時語音通信中研究的熱點。丟包處理技術主要有前向糾錯(FEC)、交織、丟包隱藏技術等。前向糾錯技術是一類信道冗余編碼的統(tǒng)稱，目的在于提高語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕敯l(fā)生個別隨機丟包時能恢復丟失的包。這類編碼有簡單有復雜，簡單編碼占用額外帶寬小，恢復能力差，如奇偶校驗等；較復雜的編碼恢復能力好，占用額外帶寬較大，如RS碼等。LDPC碼同時具有較好的編碼性能，并有較靈活的參數(shù)調(diào)整、方便的譯碼方式，目前在一些領域得以推廣應用。但FEC技術都有一個特點，在一定丟包限度內(nèi)，數(shù)據(jù)可以完全恢復，但超過該限度，則完全無法恢復。交織技術是一種減少丟包損失的方法。將原始數(shù)據(jù)分成更小的幀，在發(fā)送前，重排幀的順序，使每個包中的數(shù)據(jù)來自交錯的語音幀。從而在發(fā)生丟包時，丟失的是非連續(xù)的幀數(shù)據(jù)，這些幀如果很少，對聽覺影響不大；并且也方便對這些較分散的丟幀數(shù)據(jù)做后續(xù)的丟包隱藏處理。但交織技術容易引起較大的傳輸時延。丟包隱藏是指接收端在已經(jīng)發(fā)生丟包或丟幀時，通過一定的算法填補丟失的數(shù)據(jù)，減少丟失數(shù)據(jù)帶來的損失。主要包括插入和插值技術，插入是指用固定的信號替代丟失的數(shù)據(jù)，插值是指根據(jù)已知信號與語音的短時相關性，構造丟失的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有交織技術本身并不提供冗余與糾錯功能，而FEC也不支持數(shù)據(jù)的部分恢復。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于組合設計的語音冗余交織方法。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:將實時語音數(shù)據(jù)分解成多個較小的語音幀，然后根據(jù)語音數(shù)據(jù)傳輸要求對多個語音幀進行重新排列與組合，從而交織成數(shù)據(jù)包，最后設定符合語音數(shù)據(jù)傳輸要求的數(shù)據(jù)包傳送順序，按傳輸順序將數(shù)據(jù)包分配到符合語音數(shù)據(jù)傳輸要求的傳輸通道上進行傳輸。所述的一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:多個語音幀的組合方式通過簡單的組合設計確定，具有對稱冗余特性，在網(wǎng)絡上出現(xiàn)隨機丟包時，具有較高的恢復能力。
所述的一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:由于數(shù)據(jù)存在冗余需要額外的傳輸帶寬，故使用多個并行的傳輸通道。所述的一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:在丟包稍多時，可基于正常數(shù)據(jù)進行后續(xù)丟包隱藏處理，仍可正常傳輸部分數(shù)據(jù)，提高語音傳輸質量。本發(fā)明結合了現(xiàn)有交織技術與前向糾錯技術的特點，以增加傳輸帶寬為代價，將數(shù)據(jù)流以分組冗余交織打包的形式傳輸，在與現(xiàn)有交織技術相比沒有引入額外時延的前提下，提高了語音傳輸?shù)目煽啃耘c質量。


圖1為用于對比的非交織語音傳輸技術的實施例圖。圖2為用于對比的傳統(tǒng)交織語音傳輸技術的實施例圖。圖3為用于對比的偏移交織語音傳輸技術的實施例圖。圖4為本發(fā)明所公開的基于組合設計的冗余交織語音傳輸技術的實施例。
具體實施例方式首先通過附圖，展示所述技術的實施例，并將所述技術與其他傳統(tǒng)技術相對比，并說明其特點。應該說明的是，本技術的范圍不局限于附圖所述實施例，實施例是用于描述目的，而不是限制目的。圖1說明了以具有五個幀的包來發(fā)送語音的一個不使用交織技術的基礎實施例。語音數(shù)據(jù)流102的一部分被示為將要在三個包104、105、106中發(fā)送。包104包括數(shù)據(jù)流102中的第一至第五個編碼巾貞,包105包括數(shù)據(jù)流102中的第六至第十個編碼巾貞,包106包括數(shù)據(jù)流102中的第十一至第十五個編碼幀。根據(jù)此基礎實施例，在數(shù)據(jù)流102中第一至第五個相繼編碼幀填滿包104后，在t5發(fā)送包104。同樣，在數(shù)據(jù)流102中第六至第十個編碼中貞填滿包106后,在t1(l發(fā)送包105 ;在1:15發(fā)送包106。不失一般性,設每個五巾貞的包從發(fā)送到接收，也需要五幀的時間，下同。在接收端，在t1(l收到包104中的所有幀，其后跟隨著剩下的幀。根據(jù)此基礎實施例，接收端將在t25收到數(shù)據(jù)流102中的前十五幀并予以播放。如果一個發(fā)送的包在傳輸過程中丟失，那么在接收端將表現(xiàn)為相繼五幀的丟失；因此，語音質量將受到較大損失，即使經(jīng)過丟包隱藏技術處理，由于連續(xù)丟失數(shù)據(jù)較多，也仍會有可察覺的損失。圖2說明了以具有五個幀的包來發(fā)送語音，采用基本交織技術的一個實施例。語音數(shù)據(jù)流202的一部分被示為將要在三個包204、205、206中發(fā)送。包204包括數(shù)據(jù)流202中的第一、四、七、十、十三個編碼幀，包205包括數(shù)據(jù)流202中的第二、五、八、十一、十四個編碼幀，包206包括數(shù)據(jù)流202中的第三、六、九、十二、十五個編碼幀。根據(jù)此實施例，在包204被填滿后，在t13發(fā)送包204。然后，在包205被填滿后，由于傳輸通道被占用，在t18發(fā)送包115，同樣地，在t23發(fā)送包206。在接收端，在t18收到包204中的所有幀，其后跟隨著剩下的幀。根據(jù)此基礎實施例，如果一個發(fā)送的包在傳輸過程中丟失，那么在接收端將表現(xiàn)為相間隔的幀的丟失；因此，語音質量的損失比圖1要小，如經(jīng)過丟包隱藏技術處理，損失會進一步減小。但接收端要在t33才能接收到數(shù)據(jù)流202中的前十五幀并予以播放，在系統(tǒng)中引入了較大的附加時延。
圖3說明了以具有五個幀的包來發(fā)送語音，采用專利CN1906878所述偏移交織技術的一個實施例。語音數(shù)據(jù)流302的一部分被示為將要在三個包304、305、306中發(fā)送。包304包括數(shù)據(jù)流302中的第一、三、五、七、九個編碼幀，包305包括數(shù)據(jù)流302中的第六、八、十、十二、十四個編碼巾貞，包306包括數(shù)據(jù)流302中的第^ 、十三、十五、十七、十九個編碼幀。根據(jù)此實施例，在包304被填滿后，在t9發(fā)送包304。同樣，在包305被填滿后，在t14發(fā)送包305 ;在t19發(fā)送包306。在接收端，在t14收到包304中的所有幀，其后跟隨著剩下的幀。根據(jù)此基礎實施例，如果一個發(fā)送的包在傳輸過程中丟失，那么在接收端將表現(xiàn)為相間隔幀的丟失；因此，語音質量的損失與圖2相接近。與圖2相比，接收端在t29可以接收到數(shù)據(jù)流302中的第一至十五幀并予以播放(忽略第二、四幀的邊緣效應，沒有進入偏移交織范圍)，在系統(tǒng)中引入的附加時延比圖2要小。圖4說明了以具有五個幀的包來發(fā)送語音，采用本技術的一個實施例。語音數(shù)據(jù)流402的相繼十五幀數(shù)據(jù)分為一組并被發(fā)送，在并行的兩條傳輸通道403、404上傳輸。將數(shù)據(jù)流402打包為六個包。包405包括數(shù)據(jù)流402中的第一至第五個編碼幀，于t5時刻在通道403上發(fā)送；包406包括數(shù)據(jù)流402中的第一、六、七、八、九個編碼幀，于t9時刻在通道404上發(fā)送；包407包括數(shù)據(jù)流402中的第二、六、十、i^一、十二個編碼幀，于t12時刻在通道403上發(fā)送；包408包括數(shù)據(jù)流402中的第三、·七、十、十三、十四個編碼幀，于t14時刻在通道404上發(fā)送；包409包括數(shù)據(jù)流402中的第四、八、十一、十三、十五個編碼幀，于t17時刻在通道403上發(fā)送；包410包括數(shù)據(jù)流402中的第五、九、十二、十四、十五個編碼幀，于t19時刻在通道404上發(fā)送。接收端會按同樣順序依次收到各個包中的幀，并放入緩沖區(qū)予以播放。如在沒有丟包的情況下，接收端可在t27時刻收到數(shù)據(jù)流402中的前十五幀并予以播放，比圖2、3的時延都要?。徊⑶遥鶕?jù)此實施例，如發(fā)生一個包在傳輸過程中丟失，接收端最終仍可收到數(shù)據(jù)流402中全部的幀，對語音質量不產(chǎn)生影響，僅可能引入不大的時延。例如假設包409在傳輸過程中丟失，則第十五幀的數(shù)據(jù)要依賴包410提供，將在t29時刻收至IJ，此時時延與圖3相同，并未額外再增加時延。如發(fā)生兩個包在傳輸過程中丟失，則接收端最終收到的幀將缺少一個，對語音質量影響不大，并可以經(jīng)過丟包隱藏技術進一步處理降低影響。如發(fā)生三個以上包在傳輸過程中丟失，對語音的影響會較大，但在一個分組只有六個包的情況下，這種情況實際發(fā)生的概率是微乎其微的，而且圖1、2、3所述實施例，在這種丟包特別多的情況下，影響將更大。由以上實施例可以看出，本技術在現(xiàn)有交織技術的基礎上，以增加傳輸能力為代價，進一步提高了傳輸?shù)目煽啃?，同時并不增加額外的時延。本技術的核心內(nèi)容是交織方法的設計，其設計方法是基于組合設計的，基本原理如下:設本技術的實施例中，每個包中包含η幀數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總共擁有k倍于直接傳輸?shù)膫鬏斖ǖ阑騻鬏攷?，需要在傳輸過程中丟包少于k個時不丟失任何幀，并以M個幀為分組單位進行交織。因此，在這M幀中，任取一個幀，該幀都必須在k個包中出現(xiàn)。設分組所打包成的總包數(shù)為P，為使交織的效果盡量好，應使任何一幀所分配的k個包都互不相同，因此有M=C (P, k)，這里C (P, k)代表P個元素中取k個的組合數(shù)。但另一方面，M幀中每幀在P個大小為η的包中出現(xiàn)k次，因此有Mk=Pn。聯(lián)立此二方程，即可求出M和P的值。然后，在具體交織方法設計上，只需將C(P，k)的所有組合一一列出，并將每個組合分別對應到M個包的每一個即可。在圖4所舉實施例中，n=5，k=2。依據(jù)上述設計方法有:M=C (P, 2)，2M=5P,由此求得M=15，P=6。以15個幀為一組，每組數(shù)據(jù)通過對稱和冗余，打包成6個包。將C(6，2)的組合一一列出，并對應到各幀，得出的分組交織設計方案即與圖4 一致。然后按照時延盡可能小的方式，將設計出的包分別分配在各個通道上傳輸即可。再舉一例如下:設n=10, k=3。依據(jù)上述設計方法有:M=C (P, 3)，3M=10P，由此求得M=20，P=6。以20個幀為一組，每組數(shù)據(jù)通過對稱和冗余，打包成6個包。將C(6，3)的組合一一列出，并對應到各幀，得具體分組交織設計方案如下:包1:幀 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10包2:幀 1、2、3、4、11、12、13、14、15、16包3:幀 1、5、6、7、11、12、13、17、18、19包4:幀 2、5、8、9、11、14、15、17、18、20包5:幀 3、6、8、10、12、14、16、17、19、20包6:幀 4、7、9、10、13、15、16、18、19、20。需要補充說明的一點是，按上述設計方法，有時會出現(xiàn)P不能解得正整數(shù)的情況。通常η的最大值是受到網(wǎng)絡條件制約的，不能任意增大。此時可以將P取為較小的鄰近正整數(shù)，并以此為依據(jù)計算M值，再調(diào)整η值。由組合數(shù)C(P，k)的定義可知，由正整數(shù)P計算出的M和η都是正整數(shù)。例如n=8，k=3時，可得5〈P〈6，則取P=5，然后得出M=10，再得出n=6。
權利要求
1.一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:將實時語音數(shù)據(jù)分解成多個較小的語音幀，然后根據(jù)語音數(shù)據(jù)傳輸要求對多個語音幀進行重新排列與組合，從而交織成數(shù)據(jù)包，最后設定符合語音數(shù)據(jù)傳輸要求的數(shù)據(jù)包傳送順序，按傳輸順序將數(shù)據(jù)包分配到符合語音數(shù)據(jù)傳輸要求的傳輸通道上進行傳輸。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:多個語音幀的組合方式通過簡單的組合設計確定，具有對稱冗余特性，在網(wǎng)絡上出現(xiàn)隨機丟包時，具有較高的恢復能力。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:由于數(shù)據(jù)存在冗余需要額外的傳輸帶寬，故使用多個并行的傳輸通道。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于組合設計的語音冗余交織方法，其特征在于:在丟包稍多時，可基于正常數(shù)據(jù)進行后續(xù)丟包隱藏處理，仍可正常傳輸部分數(shù)據(jù)，提高語音傳輸質量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于組合設計的語音冗余交織方法，將實時語音數(shù)據(jù)分成較小的語音幀，并對這些幀進行重新排列與組合，交織成數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡上傳輸。本發(fā)明結合了現(xiàn)有交織技術與前向糾錯技術的特點，以增加傳輸帶寬為代價，將數(shù)據(jù)流以分組冗余交織打包的形式傳輸，在與現(xiàn)有交織技術相比沒有引入額外時延的前提下，提高了語音傳輸?shù)目煽啃耘c質量。
文檔編號G10L19/008GK103078715SQ20131003020
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權日2013年1月25日
發(fā)明者陳擁權, 李梁, 張羽 申請人:合肥寰景信息技術有限公司