專利名稱：超高速數(shù)據(jù)編碼和解碼方法及其映射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)，特別是涉及用于高速數(shù)據(jù)通信信號(hào)的壓縮的信號(hào)處理技術(shù)，用以改進(jìn)發(fā)送性能和增加通信系統(tǒng)容量。
典型的電話多路復(fù)用需要對(duì)電話信號(hào)進(jìn)行取樣并以一比電話信號(hào)之頻率高得多的頻率發(fā)送各取樣。為了這一目的，現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)電話信號(hào)進(jìn)行數(shù)字取樣和編碼，復(fù)用和發(fā)送該信號(hào)，然后接收，去復(fù)用和解碼該信號(hào)。這樣的一個(gè)取樣和編碼系統(tǒng)就是脈碼調(diào)制(PCM)，其中以8千個(gè)取樣/每秒的速率對(duì)模擬話音信號(hào)進(jìn)行取樣，每個(gè)取樣用8比特表示。結(jié)果，話音信號(hào)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)64千比特/秒(Kb/s)的數(shù)字信號(hào)。
電信系統(tǒng)的另一種形式是無線電話系統(tǒng)。無線電話系統(tǒng)利用一組選擇的射頻(RF)在兩個(gè)或多個(gè)位置之間承載電話通信信號(hào)，其典型地利用了一種頻分多址(FDMA)形式。這些無線系統(tǒng)(被稱作無線通信系統(tǒng))在例如鄉(xiāng)村地區(qū)使用以提供本地電話業(yè)務(wù)或在移動(dòng)單元中使用以提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。
一類RF通信系統(tǒng)利用TDM使得用戶能夠利用在RF載波上調(diào)制的多個(gè)信息時(shí)隙。如果許多用戶競爭一小組信息時(shí)隙，該系統(tǒng)被稱作時(shí)分多址(TDMA)?？紤]到FDMA RF通信信道的TDMA，使用了一種被稱作″FDMA/TDMA″并在美國專利4,675,863(這里一并作為參考)中進(jìn)行了描述的方法來增加RF通信系統(tǒng)的容量。然而，與電線或光纖通信系統(tǒng)相比，RF通信系統(tǒng)在容量方面仍然是頻率受限的。
因此，為了進(jìn)一步增加容量，已使用壓縮技術(shù)來減少經(jīng)一RF信道傳輸一電話信號(hào)所需的帶寬。用于話音信號(hào)的典型技術(shù)是子帶編碼，自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制(ADPCM)，和殘留線性預(yù)測編碼(RELP)。RFLP或類似的語音壓縮算法允許一被64Kb/s取樣和量化的話音信號(hào)能夠經(jīng)RF信道作為一被降低比特速率(例如，14.6Kb/s或更小)信號(hào)發(fā)送。接收機(jī)根據(jù)該降低比特速率信號(hào)重新構(gòu)造該64Kb/s話音信號(hào)，而收聽者感覺不出信號(hào)質(zhì)量的損失。
包括RELP的下述語音壓縮方法是一種編碼和解碼算法，其利用了話音信號(hào)的公知特征。RFLP方法的一種類型假設(shè)了某些人類話音的諧波特征。然而，目前，電話網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大部分通信信號(hào)是非話數(shù)據(jù)通信信號(hào)，諸如傳真(FAX)或音頻調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)。遺憾的是，各語音壓縮算法特別不能與這些數(shù)據(jù)通信信號(hào)兼容，因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)不呈現(xiàn)話音信號(hào)的特征。
因此，一些RF通信系統(tǒng)對(duì)電話信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視以檢測一數(shù)據(jù)通信信號(hào)的存在。典型地，已對(duì)表示FAX或多至2.4Kb/s音頻調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)信號(hào)(低速率數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行檢測并提供一個(gè)專門的壓縮算法。接收機(jī)重新構(gòu)造該數(shù)據(jù)信號(hào)而不降低傳輸數(shù)據(jù)速率。這樣的一種系統(tǒng)和方法例如在美國專利4,974,099(這里一并作為參考)中進(jìn)行了描述。然而，目前的電話數(shù)據(jù)信號(hào)較典型地是9.6Kb/s(高數(shù)據(jù)速率)或更高(超高速率數(shù)據(jù)，諸如14.4Kb/s或28.8Kb/s或其他，更高或較低)，而當(dāng)前的壓縮技術(shù)不能夠?qū)@些較高的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行滿意的壓縮。這些較高數(shù)據(jù)速率的壓縮，以及這些較高數(shù)據(jù)速率的特殊的多種編碼導(dǎo)致了調(diào)制解調(diào)器或FAX信號(hào)質(zhì)量的降低，并且當(dāng)信號(hào)通過一RF通信系統(tǒng)時(shí)，調(diào)制解調(diào)器或FAX機(jī)將不時(shí)地降低數(shù)據(jù)傳輸速率。
根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)電信系統(tǒng)接收一組電話信號(hào)，該電話信號(hào)包括每個(gè)具有一種編碼形式的數(shù)據(jù)信號(hào)，和在至少一個(gè)射頻載波上發(fā)送該電話信號(hào)。每個(gè)RF載波具有一組信息時(shí)隙，每個(gè)電話信號(hào)被分配到至少一個(gè)信息時(shí)隙上，以便該電話信號(hào)被調(diào)制到該RF載波上。該系統(tǒng)包括一種方法，用于監(jiān)視和識(shí)別數(shù)據(jù)信號(hào)，和對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行壓縮以降低該數(shù)據(jù)信號(hào)的所需傳輸帶寬。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超高速數(shù)據(jù)編碼方法，用于壓縮具有至少一個(gè)信號(hào)取樣塊的取樣超高速數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)塊具有至少一個(gè)峰值幅度值，每個(gè)信號(hào)取樣具有一個(gè)與一組對(duì)應(yīng)的第一量化器電平的一個(gè)電平對(duì)應(yīng)的取樣值，該方法包括步驟a)接收具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)取樣塊的超高速數(shù)據(jù)信號(hào)；b)為每個(gè)取樣塊計(jì)算與峰值幅度值成正比的增益值；c)選擇與每組取樣的增益值對(duì)應(yīng)的一批新的量化器電平；和d)根據(jù)該組第一量化器電平和該組新量化器電平值之間的關(guān)系把信號(hào)取樣值映射成每個(gè)信號(hào)取樣塊的每個(gè)信號(hào)取樣值的壓縮電平值，以選擇壓縮電平值；和e)為所述每個(gè)信號(hào)取樣塊提供每個(gè)壓縮電平值和增益值作為發(fā)送信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種超高速數(shù)據(jù)解碼方法，包括步驟a)接收多個(gè)壓縮電平值和增益值b)選擇一批與增益值對(duì)應(yīng)的并與壓縮電平值相關(guān)的反量化器電平值；和c)響應(yīng)增益值并根據(jù)組反量化器電平組和第一量化電平值組之間的關(guān)系把每個(gè)壓縮電平值取樣映射成一組重新構(gòu)成的數(shù)據(jù)信號(hào)取樣，每個(gè)重新構(gòu)成的數(shù)據(jù)信號(hào)取樣是一組第一量化電平值之一。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，還提供了一種超高速數(shù)據(jù)量化方法，用于映射第一組多個(gè)量化信號(hào)取樣，每個(gè)信號(hào)取樣具有相應(yīng)量化幅度值，至少一個(gè)信號(hào)取樣具有峰值量化幅度值，以產(chǎn)生第二組多個(gè)量化壓縮取樣和一個(gè)增益值，其中該方法包括步驟a)檢驗(yàn)每個(gè)幅度以確定峰值幅度值，并設(shè)定與峰值幅度值對(duì)應(yīng)的增益值；b)為第一組多個(gè)量化信號(hào)取樣定義預(yù)定數(shù)量的連續(xù)段，每段具有許多量化電平值，其中每個(gè)連續(xù)段的量化電平值與增益值有關(guān)，所述預(yù)定數(shù)量連續(xù)段的第一段對(duì)應(yīng)于該多個(gè)信號(hào)取樣的峰值幅度；和c)通過下列方式把每個(gè)所述量化信號(hào)取樣映射成量化壓縮取樣(1)為每個(gè)量化信號(hào)值保持每段的多個(gè)量化電平值中所選擇的一個(gè)，直到發(fā)現(xiàn)零值電平，和(2)設(shè)定符號(hào)值為負(fù)值以表示一個(gè)負(fù)值幅度。
圖2是實(shí)施本發(fā)明的壓縮系統(tǒng)的上位形式框圖，包括動(dòng)態(tài)帶寬分配特性，和高速與超高速數(shù)據(jù)編解碼器。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例說明高速數(shù)據(jù)編碼類型的檢測和選擇、無線信道時(shí)隙的確定和分配的上位形式流程圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例表示由信道形成處理器根據(jù)一高速數(shù)據(jù)信道請(qǐng)求執(zhí)行的信道分配過程的上位形式流程圖。
圖4A是一個(gè)表示A律量化器的特征的曲線。
圖4B是一個(gè)表示信號(hào)與PCM的量化噪聲性能比對(duì)均勻量化的曲線。
圖4C說明通過把信號(hào)取樣從一種量化映射到另一種量化進(jìn)行壓縮的方法。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)編碼器的高層次框圖。
圖5B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例說明一個(gè)高速數(shù)據(jù)編碼器傳輸編碼過程。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)解碼器的上位形式框圖。
圖6B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例說明一個(gè)高速數(shù)據(jù)解碼器傳輸解碼過程。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的超高速數(shù)據(jù)編碼器的上位形式框圖。
圖7B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例說明一個(gè)超高速數(shù)據(jù)編碼器傳輸編碼過程。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的超高速數(shù)據(jù)解碼器的上位形式框圖。
圖8B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例說明一個(gè)超高速數(shù)據(jù)解碼器傳輸解碼過程。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例說明用于把PCM量化取樣映射成壓縮量化取樣的超高速量化算法的上位形式流程圖。
一個(gè)典型的無線電信系統(tǒng)(例如，由InterDigital通信公司制造的SLS-104)利用了300-500MHz頻譜區(qū)域內(nèi)24個(gè)預(yù)定的前向信道(基站到用戶單元)和24個(gè)預(yù)定的反向信道(用戶單元到基站)?；镜接脩魡卧耐ㄐ磐ㄟ^在所述頻譜區(qū)域內(nèi)頻率上調(diào)制的通信信道對(duì)(前向和反向)提供。在一典型系統(tǒng)中，基站11經(jīng)過這24個(gè)信道對(duì)同時(shí)進(jìn)行通信。該24個(gè)信道例如可以占用2MHz頻率帶寬。利用25kHz信道間隔，一個(gè)2MHz頻率帶寬例如可以支持80個(gè)信道。在該系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，基站11在低頻率的信道對(duì)上向一用戶發(fā)送，而用戶單元10可以在較高頻率的信道對(duì)上向基站發(fā)送。這樣一個(gè)系統(tǒng)在授予Paneth等人的美國專利4,675,863中進(jìn)行了描述，該專利于1987年6月23授權(quán)，發(fā)明題目為″同時(shí)經(jīng)一單一或多個(gè)RF信道提供多個(gè)話音和/或數(shù)據(jù)信號(hào)的用戶RF電話系統(tǒng)″，這里提出一并作為參考。
為了增加通信容量，在每個(gè)載波頻率上使用時(shí)分多址技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，信道對(duì)的每個(gè)頻率被分成四個(gè)時(shí)隙以便基站11在一個(gè)載波頻率上同時(shí)與多至4個(gè)的用戶單元10進(jìn)行通信。因此，基站利用24個(gè)信道對(duì)能夠允許電話信號(hào)被調(diào)制在95個(gè)信道上，利用一個(gè)信道用于控制和其他管理功能。
在這種方法中增加容量的一個(gè)方面是對(duì)將通過RF通信信道(或有線信道)發(fā)送的電信信道壓縮。如上所述，對(duì)于話音，可以使用諸如RELP的語音編碼技術(shù)。此外，可以使用低速數(shù)據(jù)和低速傳真數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，如Lin等人的美國專利4,974,099中所描述的，其發(fā)明題目為″通信信號(hào)壓縮系統(tǒng)和方法″，這里提出一并作為參考。
在前面描述的系統(tǒng)中，三個(gè)音頻編碼器，RELP，低速數(shù)據(jù)和低速FAX，把64Kb/s PCM信號(hào)壓縮成14.5Kb/s信號(hào)。以14.5Kb/s的速率，這三個(gè)編碼器能夠在一個(gè)單獨(dú)16-相位RF時(shí)隙或一雙倍寬度4-相位RF時(shí)隙內(nèi)工作。RELP編碼器用于話音，低速數(shù)據(jù)編碼器用于通過速率高至2400BPS的多個(gè)音頻調(diào)制解調(diào)器傳輸，而低速FAX編碼器用于通過2400BPS速率的3類FAX傳輸。每個(gè)發(fā)送編碼器在一接收機(jī)內(nèi)具有一相應(yīng)的解碼器，例如，可以通過系統(tǒng)控制信道對(duì)其分配。
為了能夠使該電信系統(tǒng)適用于高速音頻調(diào)制解調(diào)器和FAX機(jī)，使用了本發(fā)明的兩個(gè)相關(guān)的音頻壓縮技術(shù)。被標(biāo)識(shí)為高速編解碼器和超高速編解碼器的編碼器和解碼器(編解碼器)通過利用少量壓縮從而為數(shù)據(jù)信號(hào)提供更寬的帶寬能夠?qū)崿F(xiàn)比低速數(shù)據(jù)和FAX編碼器更好的壓縮數(shù)據(jù)傳輸性能。
高速編解碼器能夠使該電信系統(tǒng)以高至9.6Kb/s實(shí)現(xiàn)音頻調(diào)制解調(diào)器和FAX傳輸。超高速編解碼器支持高至14.4Kb/s或更高的音頻調(diào)制解調(diào)器和FAX傳輸。高速編解碼器利用三個(gè)16-相位RF時(shí)隙和四個(gè)8-相位RF時(shí)隙工作。超高速編解碼器利用四個(gè)16-相位RF時(shí)隙工作。優(yōu)選地，高速數(shù)據(jù)和超高速數(shù)據(jù)壓縮算法使一模擬音頻波形的代表以受限速率通過一數(shù)字信道，而使有害失真最小化。
由于這些編解碼器利用了幾個(gè)RF時(shí)隙，所以RF通信信道內(nèi)的時(shí)隙的動(dòng)態(tài)重新分配是必要的。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配特性檢測和監(jiān)視數(shù)據(jù)發(fā)送，并由必要數(shù)量的時(shí)隙形成一數(shù)據(jù)信道，但如果得不到所需時(shí)隙數(shù)，則把低速數(shù)據(jù)或低速FAX編碼器分配給該呼叫。這樣一種分配方法在1988年11月15日授予D.R.Bolgiano等人的美國專利4,785,450中進(jìn)行了描述，其發(fā)明題目為″在數(shù)字通信系統(tǒng)中獲得頻率靈活性的裝置和方法″，這里提出一并作為參考。
圖2是實(shí)施本發(fā)明壓縮系統(tǒng)的上位形式的框圖，包括動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配特性，和高速和超高速數(shù)據(jù)編解碼器，用于一無線電信系統(tǒng)的實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)壓縮。該系統(tǒng)包括一個(gè)壓縮選擇器處理器(CSP)200，其包括一個(gè)控制單元201和監(jiān)視器部分202；一個(gè)信道形成處理器260；和壓縮編碼器/解碼器(CODEC)RELP 210，低速數(shù)據(jù)220，低速FAX230，高速數(shù)據(jù)240和超高速數(shù)據(jù)250。
CSP 200從本地電話交換機(jī)270接收電話信號(hào)，它是一個(gè)設(shè)計(jì)為執(zhí)行電話信號(hào)監(jiān)視的數(shù)字處理器，以通過它們各自的調(diào)制解調(diào)器應(yīng)答音識(shí)別特定的數(shù)據(jù)信號(hào)類型，和啟動(dòng)建立通信信道。在使用用戶到用戶通信的另一典型實(shí)施例中，CSP 200能夠從其他本地資源接收電話信號(hào)。CSP 200監(jiān)視器部分202通知控制單元201數(shù)據(jù)信號(hào)的存在?？刂茊卧?01負(fù)責(zé)實(shí)施一RF通信信道的外部構(gòu)成，以及分配一種壓縮CODEC 210，220，230，240和250。
信道形成處理器260從CSP 200接收一發(fā)送信道請(qǐng)求和分配一個(gè)可用RF通信時(shí)隙給一電話信號(hào)。信道形成處理器260將當(dāng)前系統(tǒng)信道分配信息保持在存儲(chǔ)器中(未示出)，以確定哪些時(shí)隙當(dāng)前沒被用于其他電話信號(hào)。如在TDMA系統(tǒng)中所知的，每個(gè)信道時(shí)隙形成有一個(gè)保護(hù)時(shí)隙，其是一個(gè)短信號(hào)周期，用于在數(shù)據(jù)發(fā)送前使接收機(jī)初始化。在數(shù)據(jù)信號(hào)需要一個(gè)以上RF時(shí)隙的情況下，信道形成處理器260從一預(yù)定數(shù)量的時(shí)隙中形成信道，并且如果該預(yù)定數(shù)量的時(shí)隙相鄰接，則僅有一個(gè)保護(hù)時(shí)隙被使用。
本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的信道形成處理器260可以是一網(wǎng)絡(luò)基站的無線處理器單元(RPU)。該RPU可以負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信道時(shí)隙分配和為

圖1的整個(gè)系統(tǒng)分配信道時(shí)隙。
RELP CODEC 210執(zhí)行對(duì)話音信號(hào)的壓縮編碼(和解碼)算法。低速數(shù)據(jù)CODEC 220和低速FAX CODEC 230，高速數(shù)據(jù)CODEC 240和超高速數(shù)據(jù)CODEC 250執(zhí)行各自對(duì)識(shí)別類型的音頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)壓縮算法。
一般地說，CSP 200和CODEC 210，220，230，240，和250可以集成在一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器中以實(shí)施數(shù)據(jù)信號(hào)監(jiān)視、信號(hào)處理、和信號(hào)壓縮編碼和解碼操作。例如，可以從Texas Instruments的TMS320C5X數(shù)字信號(hào)處理器系列中選擇這樣的一種處理器。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的壓縮系統(tǒng)的工作進(jìn)行描述。仍參考圖2，當(dāng)話音呼叫被初始建立時(shí)，話音RELP編解碼器被初始分配給該電話信號(hào)。CSP200通過監(jiān)視器部分202監(jiān)視該電話信號(hào)，而控制單元201根據(jù)調(diào)制解調(diào)器應(yīng)答信號(hào)的檢測確定音頻信號(hào)的類型。每種音頻數(shù)據(jù)具有一特定的可識(shí)別的調(diào)制解調(diào)器應(yīng)答信號(hào)。表1概括了一些典型的各種調(diào)制解調(diào)器的始發(fā)和應(yīng)答特征，它們?cè)诒炯夹g(shù)領(lǐng)域中是公知的。然而，表1僅是為了說明的目的，并不是想要描述所有可能的調(diào)制解調(diào)器特征。
表1應(yīng)答(或返回信道)始發(fā) 音頻調(diào)制解調(diào)器特性返回到圖2，一旦確定了音頻數(shù)據(jù)的類型，如果需要高速數(shù)據(jù)或超高速數(shù)據(jù)壓縮，CSP 200開始音頻信道再分配，并且使用下述的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配方法?？刂茊卧?01向信道形成處理器260發(fā)送信號(hào)，以形成一個(gè)具有預(yù)定數(shù)量時(shí)隙的RF通信信道。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)地向該呼叫分配一個(gè)時(shí)隙，但并不要求這樣。信道形成處理器260檢查存儲(chǔ)器，以確定可用RF時(shí)隙的數(shù)量和RF載波位置。如果信道形成處理器確定了預(yù)定時(shí)隙的數(shù)量，那么從預(yù)定數(shù)量的RF時(shí)隙形成RF通信信道，并通知控制單元201。隨后，控制單元201為該數(shù)據(jù)信號(hào)分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的高速數(shù)據(jù)CODEC或超高速數(shù)據(jù)CODEC，并把壓縮數(shù)據(jù)信號(hào)分配給形成的多時(shí)隙RF通信信道并在其上調(diào)制。
如果沒有足夠的時(shí)隙可用，則通知控制單元201，并且從一個(gè)單一RF時(shí)隙形成一個(gè)RF通信信道，然后控制單元201將低速數(shù)據(jù)CODEC或低速FAX CODEC分配給該數(shù)據(jù)信號(hào)。如前面指出的，當(dāng)在形成一個(gè)多時(shí)隙通信信道之前接收到電話信號(hào)時(shí)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例自動(dòng)地分配一個(gè)時(shí)隙，并因此在此刻已經(jīng)給該電話信號(hào)分配了一個(gè)時(shí)隙。動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配表2總結(jié)了各種類型的信號(hào)壓縮的時(shí)隙需求表2

由于高速編碼器在一個(gè)三時(shí)隙16-相位信道和一個(gè)四時(shí)隙8-相位信道上調(diào)制數(shù)據(jù)，它的壓縮數(shù)據(jù)理想地適合于兩個(gè)信道中具有較小帶寬的一個(gè)。表3示出了用于圖1的所述無線電信系統(tǒng)的實(shí)施例的各種信道類型的比特可用率。
表3

表3中，“零”表示不存在調(diào)制，“報(bào)頭”是一個(gè)比特同步patter，“CW”代表碼字，其包括呼叫控制，呼叫處理和信號(hào)信息。A-塊和B-塊代表壓縮音頻數(shù)據(jù)取樣的第一和第二22.5毫秒塊。
如在表3中所見，四時(shí)隙8-相位信道攜帶的比特比三時(shí)隙16-相位信道少。因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的高速編碼器的壓縮輸出塊可以占據(jù)1041比特或較少的比特。表4A示出了高速數(shù)據(jù)編碼器的壓縮輸出塊的比特的分配。
表4A

在表4A中“受保護(hù)”表示對(duì)比特流使用了前向糾錯(cuò)(FEC)。超高速編碼器的比特流調(diào)制一個(gè)四時(shí)隙16-相位信道，在每個(gè)22.5毫秒時(shí)間周期里從中有1408比特可用于編碼器的數(shù)據(jù)。
表4B示出了超高速數(shù)據(jù)編碼器的壓縮輸出塊的比特的分配。
表4B

下面描述的高速數(shù)據(jù)和超高速數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是一個(gè)通信信道可能需要用多個(gè)時(shí)隙的本發(fā)明的實(shí)施例，但是可以為不必采納上述音頻調(diào)制解調(diào)器特性的其它特定類型的數(shù)據(jù)信號(hào)開發(fā)具有與此處所述同樣精神的其它壓縮技術(shù)。這些其它實(shí)施例也可以使用本發(fā)明中所用的動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配方法。
現(xiàn)在說明一般的動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配方法。如圖3A所示，例如，在圖2的CSP 200中所執(zhí)行的動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配過程。參考圖3A，當(dāng)?shù)谝淮谓⒃捯艉艚袝r(shí)，話音監(jiān)視步驟301監(jiān)視電話，以檢測一數(shù)據(jù)信號(hào)。在步驟301，RELP CODEC 210初始分配給電話信號(hào)。但是，當(dāng)存在一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，決定步驟302根據(jù)調(diào)制解調(diào)器應(yīng)答信號(hào)確定音頻信號(hào)的類型。
如果數(shù)據(jù)是低速數(shù)據(jù)或低速FAX，那么步驟303進(jìn)行一低速分配過程，例如，已經(jīng)分配了一個(gè)單一的信號(hào)RF載波時(shí)隙。然后，步驟304確定該數(shù)據(jù)信號(hào)是FAX還是低速數(shù)據(jù)，并且分配低速FAX CODEC230或低速數(shù)據(jù)CODEC 220的對(duì)應(yīng)算法步驟305和306。
如果在步驟302信號(hào)是一個(gè)高速數(shù)據(jù)類型的，那么，下一步驟307從信道形成處理器260請(qǐng)求一個(gè)高速數(shù)據(jù)信道。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，信道形成處理器260需要使用者/用戶提供信息，以請(qǐng)求信道的類型。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例可以進(jìn)一步從解調(diào)器信號(hào)確定數(shù)據(jù)信號(hào)是需要高速數(shù)據(jù)還是超高速數(shù)據(jù)壓縮方法以便請(qǐng)求正確的信道類型。
圖3B顯示了在圖3A步驟307中請(qǐng)求高速數(shù)據(jù)信道時(shí)信道形成處理器260執(zhí)行的信道分配過程。信道形成處理器可以是一個(gè)上述典型現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的基站無線處理單元(RPU)，并且該RPU可以通過通信信道向用戶通信分配RF載波時(shí)隙。
在圖3B的步驟320開始，處理器正常地為一電話呼叫分配一個(gè)話音信道；但是，可以選擇任何初始處理分配，例如在第4,675,863號(hào)美國專利中所述的。接著，步驟321檢查來自圖3A的步驟307的高速數(shù)據(jù)信道請(qǐng)求。如果不存在請(qǐng)求，分配停留在缺省模式，這是用于本實(shí)施例的話音。如果存在請(qǐng)求，步驟322檢查用戶提供信息以確定是否該用戶被提供接受一高速數(shù)據(jù)信道。如果未提供該用戶接受一高速數(shù)據(jù)信道，那么在步驟323分配一個(gè)低速數(shù)據(jù)/FAX信道使用預(yù)定數(shù)量的時(shí)隙。
如果為該用戶提供了一個(gè)高速數(shù)據(jù)信道，那么步驟324確定是否該用戶被提供接受一個(gè)超高速類型的高速數(shù)據(jù)信道(“UHSD”信道)(或如果被請(qǐng)求)。如果是這樣，那么步驟325檢查是否有預(yù)定數(shù)量的RF載波時(shí)隙可用，并且如果是這樣的話，那么步驟326建立該UHSD信道。步驟325可以通過一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)，該處理器檢查一存儲(chǔ)當(dāng)前系統(tǒng)信道分配的存儲(chǔ)器以發(fā)現(xiàn)是否有所需數(shù)量(本實(shí)施例是四)的十六相位RF時(shí)隙可用如果沒有所需數(shù)量的時(shí)隙可用，那么處理器檢查以確定是否可以像在隨后步驟328中所述那樣把該信道建立為一個(gè)高速數(shù)據(jù)類型(“HSD”信道)。
如果該用戶提供信息(或請(qǐng)求)表明在步驟324中高速數(shù)據(jù)信道不應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)超高速類型UHSD信道形成，那么步驟327檢查是否該請(qǐng)求或用戶提供信息指示該高速數(shù)據(jù)信道應(yīng)當(dāng)被形成為一個(gè)高速類型HSD信道。如果不是，如前所述那樣在步驟323形成低速數(shù)據(jù)信道，但是如果請(qǐng)求或提供了該HSD信道，那么步驟328檢查是否有預(yù)定數(shù)量的RF載波時(shí)隙可用于該HSD信道。
步驟328可以通過一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)，其檢查一存儲(chǔ)當(dāng)前系統(tǒng)信道分配的存儲(chǔ)器以發(fā)現(xiàn)是否有一第一所需數(shù)量(本實(shí)施例是三)的時(shí)隙(十六相位RF時(shí)隙)可用，并且如果沒有的話，是否有一第二所需數(shù)量(本實(shí)施例是四)的時(shí)隙(八相位RF時(shí)隙)可用。如果有所需數(shù)量的時(shí)隙可用，那么在步驟329分配時(shí)隙并形成HSD信道。如果高速信道可用率步驟不能發(fā)現(xiàn)所需數(shù)量的信道，那么步驟323簡單地分配低速信道。
返回到圖3A，在步驟308，處理器檢查對(duì)高速數(shù)據(jù)信道請(qǐng)求的響應(yīng)。如果在步驟308該請(qǐng)求被拒絕并且還沒有形成高速數(shù)據(jù)信道，那么執(zhí)行步驟303和序列以分配低速算法。如果該高速數(shù)據(jù)信道請(qǐng)求被接受，高速信道可用率步驟309確定已經(jīng)分配了哪一種類型的信道。如果該高速數(shù)據(jù)信道對(duì)應(yīng)于超高速數(shù)據(jù)，那么在步驟310執(zhí)行超高速數(shù)據(jù)CODEC 250的編碼算法，并且如果該高速數(shù)據(jù)信道對(duì)應(yīng)于高速數(shù)據(jù)，那么在步驟311執(zhí)行高速數(shù)據(jù)CODEC 240的編碼算法。高速和超高速CODEC(編解碼器)高速編解碼器240和超高速編解碼器250提供了利用取樣電話信號(hào)(在本實(shí)施例中是脈碼調(diào)制(PCM)電話信號(hào))作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的本發(fā)明的雙向數(shù)據(jù)信道的壓縮。提供給取樣壓縮過程的電話信號(hào)一般是64kb/s A律或μ律PCM，但是通過利用轉(zhuǎn)換方法可以使用128kb/s 16比特整數(shù)取樣，或其它類型。該壓縮方法把64kb/s(或128kb/s)取樣比特流壓縮成一個(gè)較低數(shù)據(jù)速率。通過一個(gè)RF信道把該較低速率數(shù)據(jù)送到擴(kuò)展處理器，該擴(kuò)展處理器把較低速率數(shù)據(jù)擴(kuò)展回重新構(gòu)造的64kb/s(或128kb/s)取樣比特流。編碼器的目標(biāo)是合成或重新構(gòu)造的取樣應(yīng)當(dāng)是原始取樣信號(hào)的一個(gè)接近的表示。
在PCM系統(tǒng)中，模擬音頻信號(hào)被以8千-取樣/秒的取樣速率轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字取樣序列。這些取樣為8比特寬，導(dǎo)致256種可能的量化電平。當(dāng)模擬信號(hào)被取樣時(shí)，一個(gè)重要的品質(zhì)因數(shù)是信號(hào)與量化噪聲比(SQNR)。對(duì)于一個(gè)均勻間隔的量化器，SQNR是6B-1.24dB，其中B是每個(gè)量化取樣的比特?cái)?shù)。
因此，一個(gè)8比特的均勻量化器具有46.76dB的SQNR，這對(duì)于語音信號(hào)是優(yōu)良的。只有在原始信號(hào)具有占據(jù)量化器的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的幅度時(shí)才能取得這種SQNR。如果原始信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍超過量化器的動(dòng)態(tài)范圍，產(chǎn)生削波。這對(duì)于語言和音頻特制解調(diào)器來說都是一種十分不好的失真類型。如果原始信號(hào)具有比量化器小的動(dòng)態(tài)范圍，那么所得的SQNR小于最佳值46.76dB。信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍每小于量化器的動(dòng)態(tài)范圍1dB，將產(chǎn)生1dB的SQNR的損失。
由于在電話中使用的音頻信號(hào)具有寬的動(dòng)態(tài)范圍，均勻量化器不可能是最佳選擇。因此，使用了非均勻量化器。PCM非均勻量化器有兩種標(biāo)準(zhǔn)μ律和A律，這些標(biāo)準(zhǔn)是已知的，并且在Simon Haykin的“通信系統(tǒng)”(Communication Systems)的第8章中進(jìn)行過說明，結(jié)合于此作為參考。兩種技術(shù)都使用對(duì)數(shù)間隔量化器電平，以便增大量化器的動(dòng)態(tài)范圍。圖4A示出了A律量化器的特性。
在高信號(hào)電平的量化器電平之間的間隔大于低電平的間隔。在逐個(gè)取樣的基礎(chǔ)上，結(jié)果是更一致的SQNR。由于對(duì)于量化器的最佳SQNR小于8-比特均勻量化器的SQNR，這些量化器可以在更寬的信號(hào)電平范圍內(nèi)提供良好的SQNR。
圖4B比較了A律與8-比特均勻量化器的SQNR對(duì)信號(hào)電平的SQNR特性。盡管均勻量化器在高信號(hào)電平上顯示了最佳工作特性，但A律量化器在更寬的動(dòng)態(tài)范圍上保持了良好的SQNR。
由于寬的動(dòng)態(tài)范圍，話音調(diào)制解調(diào)器在利用μ律或A律64kb/sPCM的電話網(wǎng)中都能很好地操作。這些調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射輸出電平是高電平，以便最充分地利用信道，但是電話信號(hào)具有變化的信號(hào)電平損失。結(jié)果，盡管調(diào)制解調(diào)器輸出電平被固定在一個(gè)高電平上，網(wǎng)中另一點(diǎn)上的電平可能顯著地降低。PCM的動(dòng)態(tài)范圍補(bǔ)償這種情況。
壓縮64kb/s PCM至一較低的數(shù)據(jù)速率減少了每個(gè)取樣的比特?cái)?shù)，并且通常導(dǎo)致SQNR的顯著降低。通過動(dòng)態(tài)地設(shè)計(jì)量化器以適應(yīng)輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，本發(fā)明使由于壓縮造成的失真減小到最低程度。一旦使兩個(gè)動(dòng)態(tài)范圍匹配時(shí)，利用一個(gè)具有最新定義的電平間隔的量化器量化取樣。
圖4C顯示了通過將信號(hào)取樣從一種量化映射到另一種量化的壓縮方法的簡單例子。三個(gè)取樣411，413和415組成了一個(gè)信號(hào)取樣塊410。第一組量化電平420指示取樣幅度412，414和416的近似值。但是，量化電平需要把一定數(shù)量的信息比特，即用于第一量化所示20個(gè)電平五個(gè)比特，發(fā)送到一個(gè)接收器，以表示第一次量化的電平中的一個(gè)。為發(fā)送對(duì)應(yīng)于三個(gè)取樣411，413和415的三個(gè)取樣值，十五比特是適當(dāng)?shù)摹?br> 本發(fā)明的示例方法根據(jù)最高幅度為信號(hào)取樣的每個(gè)塊定義了一組新的電平。如圖4C中所示，取樣410塊具有最大幅度值414的取樣413。本方法通過把最大幅度414定義為最高值而定義了一組新的量化電平，并且確定了低于這個(gè)幅度的電平值的預(yù)定數(shù)量。如圖4C中所示，這對(duì)應(yīng)于5個(gè)電平值。對(duì)于這個(gè)新的量化，僅需要三個(gè)比特來定義一個(gè)電平值，但是也必須將最大幅度值作為一個(gè)定標(biāo)因數(shù)發(fā)送，以指出新的量化器電平值與原始量化電平值之間的關(guān)系。結(jié)果，為取樣塊410發(fā)送了對(duì)應(yīng)于原始最大幅度值的五個(gè)比特和九個(gè)比特(每個(gè)取樣三個(gè))，或者說需要十四個(gè)比特。本例顯示少發(fā)送了一個(gè)比特；但是，如果在塊中有十個(gè)取樣，原始量化方法需要發(fā)送五十比特，而新量化器僅需發(fā)送三十五比特。
以下說明為μ律和A律標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的實(shí)施例。但是，公開的技術(shù)可以容易地推廣到任何接收用非均勻壓擴(kuò)量化器量化的取樣的系統(tǒng)。高速數(shù)據(jù)CODEC圖5A是一個(gè)高速數(shù)據(jù)編碼器的上位形式框圖。本實(shí)施例的編碼器在64kb/s PCM與一個(gè)46.58kb/s前向糾錯(cuò)(FEC)編碼壓縮數(shù)據(jù)流之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。壓縮數(shù)據(jù)率為40.267kb/s，并且剩余的發(fā)送比特流被用于糾錯(cuò)。
如圖5A中所示，本發(fā)明的高速數(shù)據(jù)編碼器包括一個(gè)任選緩沖器510，一個(gè)PCM擴(kuò)展器520，一個(gè)增益計(jì)算處理器522，一個(gè)延遲器521，一個(gè)數(shù)據(jù)取樣量化器523，和一個(gè)任選傳輸編碼處理器530。傳輸編碼處理器530進(jìn)一步包括一個(gè)FEC編碼器532和一個(gè)數(shù)字復(fù)用器531。
任選緩沖器510保存預(yù)定數(shù)量的取樣，以便為高速數(shù)據(jù)壓縮處理建立一個(gè)取樣塊。作為選擇，可以以塊格式接收取樣。PCM擴(kuò)展器510把A律或μ律PCM取樣轉(zhuǎn)換成線性取樣。增益計(jì)算處理器計(jì)算用于取樣塊的量化增益值，數(shù)據(jù)取樣量化器使用量化增益值建立一個(gè)具有以量化增益值標(biāo)定的量化電平值的均勻間隔的量化器。延遲器表明量化增益值在壓縮處理器建立編碼量化取樣之前確定，并且傳輸編碼處理器530被用于提供用于編碼量化增益和編碼量化取樣傳輸?shù)募m錯(cuò)編碼。
現(xiàn)在說明高速數(shù)據(jù)壓縮編碼器的操作。如圖5A中所示，緩沖器510接收64kb/s PCM取樣(A律或μ律)。緩沖器510以22.5毫秒塊取樣的形式提供PCM取樣。在PCM的8千-取樣/秒的速率上，每個(gè)塊包含180個(gè)取樣。把接收的PCM幀輸入到PCM擴(kuò)展器520中，PCM擴(kuò)展器520將μ律或A律取樣轉(zhuǎn)換成16比特線性取樣(16比特整數(shù)取樣)。
把所得的線性取樣塊(在本實(shí)施例中是16比特整數(shù)取樣)輸入到增益計(jì)算處理器522中，增益計(jì)算處理器522在塊中發(fā)現(xiàn)具有最大幅度值(絕對(duì)值)的取樣。這個(gè)取樣的幅度決定塊的量化增益值。量化增益值可以是幅度值、最大取樣值與最大塊幅度之間的差，或是一個(gè)倍增值。利用一個(gè)64電平對(duì)數(shù)性間隔的量化器量化量化增益值。增益計(jì)算處理器522提供量化增益和編碼量化增益值。編碼量化增益值是一個(gè)代表對(duì)數(shù)性間隔的增益量化器中的64電平中一個(gè)的6比特?cái)?shù)。
來自增益計(jì)算處理器522的量化增益值以及來自PCM擴(kuò)展處理器的取樣塊被提供給數(shù)據(jù)取樣量化器523。所示的延遲521指示增益計(jì)算處理器522必須在取樣被數(shù)據(jù)取樣量化器523壓縮之前完成整個(gè)塊上的任務(wù)。數(shù)據(jù)取樣量化器523利用一個(gè)32電平均勻間隔量化器量化塊中的180個(gè)取樣。利用量化增益值在一個(gè)一個(gè)塊的基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)量化器電平。因此，對(duì)于當(dāng)前180個(gè)取樣集合的均勻間隔量化器電平范圍是從正(+)量化增益值到負(fù)(-)量化增益值。由于壓縮不需要實(shí)際量化值，取樣量化器僅輸出180個(gè)取樣的5比特編碼代表。
任選地將編碼量化增益和編碼量化取樣輸入包括數(shù)字復(fù)用器531和FEC編碼器532的傳輸編碼處理器530。FEC編碼器532是一個(gè)(64，57)擴(kuò)展?jié)h明編碼器，并且漢明碼可以在每個(gè)64比特塊中糾正一個(gè)單比特誤差和檢測一個(gè)雙比特誤差。FEC編碼器532接收編碼量化增益和編碼量化取樣，并且將它們提供給數(shù)字復(fù)用器531，數(shù)字復(fù)用器531輸出編碼壓縮數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字復(fù)用器是一個(gè)16×64比特塊數(shù)字復(fù)用器。
圖5B顯示了包括數(shù)字復(fù)用器531和FEC漢明編碼器532的傳輸編碼處理器530的一個(gè)實(shí)施例。顯示了一個(gè)64乘16比特塊。16行的每個(gè)代表一個(gè)單一64比特?cái)U(kuò)展?jié)h明碼字。在編碼器，從左至右將從碼字0比特的0開始至碼字15比特的63結(jié)束的行數(shù)據(jù)讀入數(shù)字復(fù)用器塊。跳過比特位置(列)0，1，2，4，8，16和32，并以零填充。在填充完數(shù)字復(fù)用器531后，通過FEC編碼器532在每行中的57個(gè)數(shù)據(jù)比特上進(jìn)行漢明編碼。如圖中所示，將漢明奇偶位插入比特位置1，2，4，8，16和32。可以用一16比特寬異成函數(shù)同時(shí)計(jì)算全部16個(gè)編碼的奇偶位和奇偶校驗(yàn)位。如下計(jì)算奇偶位PiPi＝XOR碼字比特[k]i＝0..6(k-1) & 2i≠0；其中“&”是一個(gè)按位二進(jìn)制“與”函數(shù)。
在把奇偶位插入它們的比特置后，如下計(jì)算奇偶校驗(yàn)位PC(每碼一比特)PC=XORk=163]]>碼字比特[k]一旦計(jì)算并插入了奇偶位，由上至下從碼字0，比特0開始并在碼字15，比特63結(jié)束的列將數(shù)據(jù)從數(shù)字復(fù)用器讀出。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)解碼器的上位形式的框圖。高速數(shù)據(jù)解碼器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)編碼器的數(shù)據(jù)壓縮過程的相反過程，并且解碼器包括一個(gè)任選傳輸解碼處理器601，一個(gè)幀增益解碼器610，一個(gè)數(shù)據(jù)取樣去量化器620，一個(gè)PCM壓縮擴(kuò)展器630，和一個(gè)緩沖器640。傳輸解碼處理器601包括一個(gè)去數(shù)字復(fù)用器603和一個(gè)FEC解碼器602。
現(xiàn)在參考圖6A說明高速數(shù)據(jù)解碼器的操作。任選地將接收的壓縮數(shù)據(jù)輸入去數(shù)字復(fù)用器603，去數(shù)字復(fù)用器603是一個(gè)16×64比特塊的去數(shù)字復(fù)用處理器。把去數(shù)字復(fù)用器603的輸出輸入到FEC解碼器602，F(xiàn)EC解碼器602是一個(gè)(64，57)擴(kuò)展?jié)h明解碼器。漢明解碼器可以糾正每個(gè)塊的1比特誤差和檢測2比特誤差。圖6B示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的去數(shù)字復(fù)用器和漢明解碼處理器。以碼字0比特1開始至碼字15比特63結(jié)束，從上至下地將數(shù)據(jù)讀入去數(shù)字復(fù)用器603。如下計(jì)算校正子計(jì)算奇偶位Pi＝XOR碼字比特[k]i＝0..5(k-1)&2i≠0；其中“&”為一個(gè)按位二進(jìn)制AND函數(shù)校正子＝并置P5|P4|P3|P2|P1|P0計(jì)算奇偶校驗(yàn)位(每個(gè)碼一位)如下PC=XORk=163]]>碼字比特[k]校正子的數(shù)值表示指明了一個(gè)位錯(cuò)(如果有)發(fā)生的比特位置。當(dāng)一個(gè)位錯(cuò)發(fā)生時(shí)，如果該代碼的奇偶檢驗(yàn)位被置位則該位被反相(校正)。否則，其假設(shè)在該代碼中存在2個(gè)(或更多的)位錯(cuò)因而校正子是錯(cuò)誤的。如果校正子為零，則說明沒有發(fā)生位錯(cuò)。在編碼器中，可以利用一個(gè)16比特寬的“異或”運(yùn)算同時(shí)計(jì)算全部16個(gè)碼字的奇偶檢驗(yàn)位和奇偶校驗(yàn)位。
回到圖6A，來自FEC解碼器602的解碼數(shù)據(jù)由編碼量化取樣和編碼量化增益組成。編碼量化增益被提供給增益解碼器610，其從一個(gè)使用編碼量化增益作為索引的表中讀出量化增益值。如前所述，該編碼量化增益代表了一個(gè)64量化電平對(duì)數(shù)間隔量化器的一個(gè)量化電平值。
量化增益值被提供到數(shù)據(jù)樣去量化器620，在此其被用來標(biāo)定一個(gè)32量化電平均勻量化器量化電平表的量化電平值。所標(biāo)定的量化器表將編碼量化取樣解碼為一個(gè)線性量化取樣塊。
該線性量化取樣塊被PCM壓擴(kuò)處理器630轉(zhuǎn)化為一個(gè)PCM取樣(A律或μ律)。該P(yáng)CM取樣塊隨后被任選地提供給緩沖器640，由其將該P(yáng)CM取樣作為一個(gè)64kb/s輸出信號(hào)輸出。超高速CODEC圖7A所示為超高速數(shù)據(jù)編碼器的上位形式方框圖。超高速數(shù)據(jù)編碼器對(duì)超高速音頻調(diào)制解調(diào)器信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮及擴(kuò)展。編碼器將數(shù)據(jù)在64kb/s PCM及62.58kb/s FEC編碼壓縮數(shù)據(jù)流之間變換。實(shí)際的壓縮數(shù)據(jù)速率為56.311kb/s，其余的比特流被用于錯(cuò)誤校正數(shù)據(jù)。超高速編解碼器與高速編解碼器類似。
如圖7A所示，本發(fā)明的超高速數(shù)據(jù)編碼器包括一個(gè)任選緩沖器710，一個(gè)任選取樣格式預(yù)處理器720，一個(gè)增益計(jì)算處理器722，一個(gè)延遲器721，一個(gè)數(shù)據(jù)取樣量化器723，及一個(gè)任選傳輸編碼處理器730。傳輸編碼處理器730另外包括一個(gè)FEC編碼器732和一個(gè)數(shù)字復(fù)用器731。
任選緩沖器710保存一組預(yù)定數(shù)目的取樣以產(chǎn)生一個(gè)用于超高速數(shù)據(jù)壓縮處理的取樣塊。取樣格式預(yù)處理器710清除A律或其它標(biāo)準(zhǔn)傳輸格式的PCM取樣，并為了便于接下來的處理而將這些取樣轉(zhuǎn)化為一個(gè)預(yù)定的數(shù)值格式，諸如其十進(jìn)制值。增益計(jì)算處理器單元722計(jì)算取樣塊的量化增益值，數(shù)據(jù)取樣量化器利用該量化增益值產(chǎn)生一組具有預(yù)定間隔并且其量化電平值由量化增益值所標(biāo)定的量化器量化電平。延遲器表明在壓縮處理產(chǎn)生編碼量化取樣之前便已確定量化增益值，傳輸編碼處理器730被用來為編碼量化增益及編碼量化取樣的傳輸提供糾錯(cuò)編碼。
現(xiàn)在對(duì)超高速數(shù)據(jù)壓縮處理的操作進(jìn)行說明。64kb/s PCM取樣(A律或μ律)被提供到緩沖器710。緩沖器710將這些PCM取樣作為22.5毫秒的取樣塊輸出。在8千取樣/秒的PCM速率下，每個(gè)塊包含180個(gè)取樣。
與高速編解碼器不同，超高速編解碼器不將PCM取樣轉(zhuǎn)化為線性取樣。取而代之的是，8位PCM數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為一個(gè)預(yù)定類型的取樣表示格式。在本示例性實(shí)施例中，對(duì)于μ律，不需要轉(zhuǎn)化格式的操作，但對(duì)于A律，取樣格式預(yù)處理器720在接下來的量化器處理之前將取樣轉(zhuǎn)化為預(yù)定的量化電平值格式。正如為技術(shù)熟練者顯而易見的，μ律取樣能夠被轉(zhuǎn)化為A律表示，或者在其它的示例性實(shí)施例中，兩種格式均能夠被轉(zhuǎn)化為第三種預(yù)定格式。
在超高速編解碼器中，鏈路的發(fā)送端和接收端的PCM壓縮類型最好相同。否則，如果不進(jìn)行另外的處理，μ律和A律特性之間的差異將會(huì)在壓縮編碼的端對(duì)端特性中引起非線性。
所接收的預(yù)定取樣格式的取樣塊被提供給增益計(jì)算處理單元722，由其找出該塊中具有最大幅度值(絕對(duì)值)的取樣。該取樣的幅度確定了該塊的量化增益。由于幅度不用符號(hào)位，量化增益僅需要7位。
表5所示為數(shù)值是如何用A律和μ律表示的。對(duì)應(yīng)于這些表示的取樣的絕對(duì)值被確定并計(jì)算最大幅度。
表5

在計(jì)算出量化增益值之后，如延遲器721所示，來自增益計(jì)算處理單元722的量化增益和2’s補(bǔ)碼塊被提供到數(shù)據(jù)取樣量化器723。
數(shù)據(jù)取樣量化器723由A律或μ律取樣塊產(chǎn)生一個(gè)具有一組量化器量化電平新的量化器。接下來的討論說明了如何為一個(gè)取樣塊確定新的量化器。A律量化器將輸入幅度的范圍分為7段，而μ律量化器將輸入幅度的范圍分為8段。為了方便，接下來的討論僅對(duì)具有7段的A律處理進(jìn)行說明，但對(duì)那些技術(shù)熟練者顯而易見的是其可以將A律的討論類推到μ律取樣的壓縮。
每個(gè)段(除了第一個(gè))的幅度范圍均為下一段的一半，每個(gè)段(除了第一個(gè))均具有16個(gè)量化電平值。其結(jié)果是，每個(gè)段中的量化器步長是其前一段的步長的兩倍。表6列出了一個(gè)示例性實(shí)施例的A律量化器段及其幅度范圍和步長。
表6

代表了輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的取樣可以跨越A律量化器的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍，可以通過清除選中的A律量化器量化電平將一個(gè)A律量化器轉(zhuǎn)化為一個(gè)新的量化器。下文說明了在所得量化器具有均勻的量化電平值間隔且所有的段均被用來表示一個(gè)取樣塊的情況下的處理。最后一段的步長，1/32，是量化器中的最大步長，因此，最后一段中的所有量化器量化電平值均被保留下來。第六段的量化器量化電平值步長為1/64。第七段中的一個(gè)1/32的步長決定了在第六段中的每個(gè)其它的量化器量化電平均被清除，從而產(chǎn)生一個(gè)1/32的步長。類似地，對(duì)第五到第三段重復(fù)該處理。第二段和第一段合在一起僅跨越1/32的范圍，因此沒有一個(gè)量化器量化電平被保留。從而產(chǎn)生31個(gè)正量化電平和31個(gè)負(fù)量化電平，而同時(shí)保留一個(gè)零量化電平以將第一正段和第一負(fù)段分隔開，因而形成一個(gè)63量化電平的均勻量化器。
接下來，該處理計(jì)算一個(gè)取樣塊的峰值幅度并確定哪個(gè)A律段包含該幅度。對(duì)該數(shù)據(jù)塊，所有高于該“峰值段”的段均被忽略。峰值段的步長決定了均勻量化器的步長。因此，在所得的用于該塊的均勻量化器中，峰值段中的所有量化器量化電平均被保留，其相鄰的低段的一半量化電平被保留，量化器量化電平值被一直分配到最后一段或沒有另外的量化器量化電平可用時(shí)為止。
圖9所示為本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的超高速量化器，一個(gè)128量化電平量化器的操作方法。
在步驟904，本方法接收一個(gè)壓擴(kuò)取樣塊(如A律或Mu律縮展)。
在步驟906，確定該塊中的峰值幅度取樣及其對(duì)應(yīng)段，該峰值幅度為峰值段。
在步驟910，保留峰值段的每個(gè)量化器量化電平。
在步驟912，除非已到零量化電平，保留下一段的全部16個(gè)量化電平。
在步驟914，除非已到零量化電平，否則保留下一段的全部16個(gè)量化電平。
在步驟916，除非已到零量化電平，否則保留下一段中的每個(gè)其它量化電平值(8量化電平值)。
在步驟918，除非已到零量化電平，保留下一個(gè)最低段中的四個(gè)量化電平。
在步驟920，除非已到零量化電平，保留下一個(gè)最低段中的兩個(gè)量化電平。
在步驟922，除非已到零量化電平，保留下一個(gè)最低段中的一個(gè)量化電平。
在步驟924，保留零量化電平。
最后，在步驟926，利用正量化電平相等的幅值和通過設(shè)置一符號(hào)值與該正量化電平相反來產(chǎn)生負(fù)量化電平。
峰值幅度(7比特)和180個(gè)7比特編碼取樣構(gòu)成了超高速編碼器壓縮處理器的壓縮輸出。
回到圖7A，編碼量化增益和編碼量化取樣被提供到傳輸編碼處理單元730。傳輸編碼處理器730的示例性實(shí)施例包括FEC編碼器732，比如一個(gè)(87，80)漢明碼編碼器。漢明碼可以校正87位中的一個(gè)單獨(dú)位的錯(cuò)誤。FEC編碼器將向前糾錯(cuò)編碼均勻量化及壓縮數(shù)據(jù)取樣送到數(shù)字復(fù)用器731，比如一個(gè)16×87位塊數(shù)字復(fù)用器。數(shù)字復(fù)用器731為RF通信信道的調(diào)制提供編碼壓縮數(shù)據(jù)。
圖7B所示為超高速數(shù)據(jù)編碼器的示例性實(shí)施例的傳輸編碼處理的方框圖。其中圖示了一個(gè)87乘16比特的塊。16行的每一行代表了一個(gè)單獨(dú)的87比特漢明碼字。在編碼器中，沿以碼字0的位1開始至碼字15的位86結(jié)束的行從左向右將數(shù)據(jù)讀進(jìn)數(shù)字復(fù)用器塊中。碼位位置(列)1，2，4，8，16，32和64被跳過并被填充為零。對(duì)數(shù)字復(fù)用器塊的最后一列/字進(jìn)行特殊處理。其僅有最初3行/比特包含數(shù)據(jù)。其余的行/比特均被零填充。
在填充數(shù)字復(fù)用器之后，在每一行的80個(gè)數(shù)據(jù)比特上均進(jìn)行漢明編碼。漢明碼奇偶位被插到如圖所示的比特置，8，16，32和64中?？梢允褂肈SP的一個(gè)16位寬的“異或”函數(shù)同時(shí)計(jì)算6個(gè)代碼的奇偶檢驗(yàn)位。奇偶位Pi以如下方式計(jì)算，并由表7所示Pi＝XOR碼字比特[k]i＝0..6(k-1)& 2i≠0；其中“&”為一個(gè)按位二進(jìn)制AND函數(shù)表7

一旦計(jì)算出奇偶檢驗(yàn)位并將其插入，便沿由碼字0位1起始至碼字15位87結(jié)束的列從頂?shù)降紫蛳聫臄?shù)字復(fù)用器中讀出數(shù)據(jù)。
表8所示為數(shù)字復(fù)用器塊。其中共有標(biāo)號(hào)為0到87的88個(gè)字。沒有使用第一個(gè)字而是將其保持以與HSD相似。第一個(gè)字不被傳送。數(shù)值0到1266表示181個(gè)字的1267位。表8中的“P”代表奇偶。
表8

圖8A所示為本發(fā)明的超高速數(shù)據(jù)解碼器。數(shù)據(jù)壓擴(kuò)處理與數(shù)據(jù)壓縮處理相反，該解碼器包括一個(gè)任選傳輸解碼處理器801，一個(gè)增益解碼器810，一個(gè)數(shù)據(jù)取樣去量化器820，一個(gè)任選取樣格式再處理器830，和一個(gè)任選緩沖器840。任選傳輸解碼處理器801包括一個(gè)去數(shù)字復(fù)用器803和一個(gè)FEC解碼器802。
如圖8A所示，所接收的編碼壓縮數(shù)據(jù)被提供給傳輸解碼處理單元801以消除傳輸編碼并校正傳輸?shù)腻e(cuò)誤。本發(fā)明的示例性實(shí)施例的傳輸解碼處理單元801包括去數(shù)字復(fù)用器803，其為一個(gè)16×87比特的塊去數(shù)字復(fù)用器。去數(shù)字復(fù)用器803的輸出被提供給FEC解碼器802，其為一個(gè)(87，80)漢明碼解碼器。該漢明碼解碼器可以校正每個(gè)塊的一個(gè)位錯(cuò)。
圖8B所示為本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例包括去數(shù)字復(fù)用和漢明碼解碼的超高速數(shù)據(jù)解碼器的傳輸解碼處理的實(shí)施例。從頂?shù)降讓⒂纱a字0位1開始至碼字15位86結(jié)束的編碼壓縮數(shù)據(jù)讀進(jìn)去數(shù)字復(fù)用器。最后一列/字需要特殊的處理。
校正子的數(shù)值表示指明了一個(gè)位錯(cuò)(如果有)發(fā)生的比特位置。當(dāng)一個(gè)位錯(cuò)發(fā)生時(shí)，該位被反相(校正)。如果校正子為零，則說明沒有發(fā)生位錯(cuò)。在超高速數(shù)據(jù)編碼器中，可以利用一個(gè)16位寬的“異或”運(yùn)算同時(shí)計(jì)算總計(jì)為16個(gè)碼字的奇偶位。
校正子以如下方式計(jì)算計(jì)算奇偶位Pi＝XOR碼字比特[k]i＝0..6(k-1)& 2i≠0；其中“&”為一個(gè)按位二進(jìn)制“與”函數(shù)校正子＝并置P6|P5|P4|P3|P2|P1|P0來自FEC解碼器801的解碼數(shù)據(jù)由編碼量化取樣和編碼量化增益組成。編碼增益被饋送到解碼器中，其將量化增益提供給數(shù)據(jù)取樣去量化器820。
數(shù)據(jù)取樣去量化器利用量化增益值(塊的峰值幅度取樣)產(chǎn)生一個(gè)包含對(duì)應(yīng)于7位取樣的A律(或μ律)量化電平的查找表。該量化器是利用與超高速數(shù)據(jù)編碼器部分中所說明的相同的步驟產(chǎn)生的，其中該查找表具有128個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)于128個(gè)可能的編碼量化取樣值中的一個(gè)。一旦利用可能的編碼量化取樣值的128個(gè)表項(xiàng)產(chǎn)生了該查找表，便可以通過索引表項(xiàng)中對(duì)應(yīng)的編碼量化取樣(7比特代碼)找出PCM取樣。
如圖8A所示，如果需要A律壓擴(kuò)，一個(gè)任選取樣格式再處理器830將取樣的解碼塊轉(zhuǎn)換為一個(gè)所需格式，如A律。對(duì)A律或μ律，對(duì)應(yīng)于所重建的超高速數(shù)據(jù)取樣的解碼塊被提供到輸出緩沖器840，其將一個(gè)64kb/s的壓擴(kuò)信號(hào)作為一個(gè)輸出信號(hào)輸出。
盡管這里顯示并說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解的是這些實(shí)施例僅僅以示例的方式提供的。對(duì)那些技術(shù)熟練者來說存在不背離本發(fā)明的精神的諸多更改，變化和替換。因此，其意味著權(quán)利要求包括了在本發(fā)明的精神及范圍之內(nèi)的所有變化。
權(quán)利要求
1.一種超高速數(shù)據(jù)編碼方法，用于壓縮具有至少一個(gè)信號(hào)取樣塊的取樣超高速數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)塊具有至少一個(gè)峰值幅度值，每個(gè)信號(hào)取樣具有一個(gè)與一組對(duì)應(yīng)的第一量化器電平的一個(gè)電平對(duì)應(yīng)的取樣值，該方法包括步驟a)接收具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)取樣塊的超高速數(shù)據(jù)信號(hào)；b)為每個(gè)取樣塊計(jì)算與峰值幅度值成正比的增益值；c)選擇與每組取樣的增益值對(duì)應(yīng)的一批新的量化器電平；和d)根據(jù)該組第一量化器電平和該組新量化器電平值之間的關(guān)系把信號(hào)取樣值映射成每個(gè)信號(hào)取樣塊的每個(gè)信號(hào)取樣值的壓縮電平值，以選擇壓縮電平值；和e)為所述每個(gè)信號(hào)取樣塊提供每個(gè)壓縮電平值和增益值作為發(fā)送信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中所述步驟e)進(jìn)一步包括發(fā)送編碼增益值和每個(gè)壓縮電平值的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中步驟e)采用數(shù)字復(fù)用和FEC編碼，以提供發(fā)送編碼的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中由一個(gè)16×87比特塊數(shù)字復(fù)用器進(jìn)行數(shù)字復(fù)用，由一個(gè)(87，80)擴(kuò)展?jié)h明編碼器FEC編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中步驟c)進(jìn)一步包括通過為該信號(hào)取樣塊定義預(yù)定數(shù)量的連續(xù)段，每段具有許多量化電平值來選擇一組新量化器電平的步驟，其中每個(gè)連續(xù)段的量化電平值與增益值有關(guān)，預(yù)定數(shù)量連續(xù)段的第一段對(duì)應(yīng)于該多個(gè)信號(hào)取樣的峰值幅度；和所述映射步驟d)進(jìn)一步包括步驟d)(1)保持每個(gè)取樣值與對(duì)應(yīng)的一組第一量化器電平中的一個(gè)電平對(duì)應(yīng)，選擇每段的多個(gè)量化電平值中的一個(gè)，直到發(fā)現(xiàn)零值電平，和d)(2)設(shè)定符號(hào)值為負(fù)值以表示該信號(hào)取樣為負(fù)值幅度；和其中從所保持的、選擇的量化電平值和對(duì)應(yīng)取樣值的符號(hào)值形成壓縮電平值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中所述保持步驟d)(1)保持在與峰值幅度對(duì)應(yīng)的量化器電平開始的第一段的每個(gè)量化器電平；和直到發(fā)現(xiàn)零值電平為止，把所有量化電平值保持在兩個(gè)連續(xù)段的每一個(gè)中，一半量化電平值保持在連續(xù)段中，四分之一量化電平值保持在下一個(gè)連續(xù)段中，八分之一量化電平值保持在下一個(gè)連續(xù)段中，一個(gè)量化電平值保持在下一個(gè)連續(xù)段中，和保持零值電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中所述信號(hào)取樣塊的每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)取樣具有A-律壓擴(kuò)，接收步驟a)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)取樣進(jìn)行2進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中所述第一量化器電平對(duì)應(yīng)于A-律和μ-律壓擴(kuò)量化之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中所述信號(hào)取樣塊是預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)信號(hào)取樣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超高速數(shù)據(jù)編碼方法，其中所述預(yù)定數(shù)量對(duì)應(yīng)于在22.5毫秒內(nèi)接收的取樣數(shù)量。
11.一種超高速數(shù)據(jù)解碼方法，包括步驟a)接收多個(gè)壓縮電平值和增益值；b)選擇一批與增益值對(duì)應(yīng)的并與壓縮電平值相關(guān)的反量化器電平值；和c)響應(yīng)增益值并根據(jù)組反量化器電平組和第一量化電平值組之間的關(guān)系把每個(gè)壓縮電平值取樣映射成一組重新構(gòu)成的數(shù)據(jù)信號(hào)取樣，每個(gè)重新構(gòu)成的數(shù)據(jù)信號(hào)取樣是一組第一量化電平值之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述超高速數(shù)據(jù)解碼方法，進(jìn)一步包括步驟d)，用于從編碼發(fā)送信號(hào)中對(duì)增益值和多個(gè)壓縮電平值解碼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中所述解碼步驟d)包括去數(shù)字復(fù)用和FEC解碼。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中由一個(gè)16×87比特塊去數(shù)字復(fù)用器去數(shù)字復(fù)用，由一個(gè)(87，80)擴(kuò)展?jié)h明解碼器進(jìn)行FEC解碼。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中映射步驟c)利用所述查找表使與所述增益值對(duì)應(yīng)的并與所述壓縮電平值相關(guān)的反量化器電平值組與一組第一量化電平值相關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中所述第一量化電平組對(duì)應(yīng)于A-律和μ-律量化電平值組之一。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中所述第一量化器電平組對(duì)應(yīng)于A-律和μ-律壓擴(kuò)量化之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中所述信號(hào)取樣塊是預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)信號(hào)取樣。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的超高速數(shù)據(jù)解碼方法，其中預(yù)定數(shù)量對(duì)應(yīng)于在22.5毫秒內(nèi)接收的取樣數(shù)量。
20.一種超高速數(shù)據(jù)量化方法，用于映射第一組多個(gè)量化信號(hào)取樣，每個(gè)信號(hào)取樣具有相應(yīng)量化幅度值，至少一個(gè)信號(hào)取樣具有峰值量化幅度值，以產(chǎn)生第二組多個(gè)量化壓縮取樣和一個(gè)增益值，其中該方法包括步驟a)檢驗(yàn)每個(gè)幅度以確定峰值幅度值，并設(shè)定與峰值幅度值對(duì)應(yīng)的增益值；b)為第一組多個(gè)量化信號(hào)取樣定義預(yù)定數(shù)量的連續(xù)段，每段具有許多量化電平值，其中每個(gè)連續(xù)段的量化電平值與增益值有關(guān)，所述預(yù)定數(shù)量連續(xù)段的第一段對(duì)應(yīng)于該多個(gè)信號(hào)取樣的峰值幅度；和c)通過下列方式把每個(gè)所述量化信號(hào)取樣映射成量化壓縮取樣(1)為每個(gè)量化信號(hào)值保持每段的多個(gè)量化電平值中所選擇的一個(gè)，直到發(fā)現(xiàn)零值電平，和(2)設(shè)定符號(hào)值為負(fù)值以表示一個(gè)負(fù)值幅度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述映射第一組多個(gè)量化信號(hào)取樣的超高速數(shù)據(jù)量化方法，其中所述保持步驟d)(1)進(jìn)一步包括步驟保持在與峰值幅度對(duì)應(yīng)的量化器電平開始的第一段的每個(gè)量化器電平；和把所有電平保持在兩個(gè)連續(xù)段的每一個(gè)中，一半量化電平值保持在該連續(xù)段中，四分之一量化電平值保持在下一個(gè)連續(xù)段中，八分之一量化電平值保持在下一個(gè)連續(xù)段中，一個(gè)量化電平值保持在下一個(gè)連續(xù)段中，和保持零值電平，直到發(fā)現(xiàn)零量化器電平為止。
全文摘要
使用了兩個(gè)相關(guān)的音頻壓縮技術(shù)，以便RF電信系統(tǒng)能夠容納高速音頻調(diào)制解調(diào)器和FAX機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)。一個(gè)高速編解碼器(Codec)使得電信系統(tǒng)能夠以高達(dá)9.6kb/s的速度通過音頻調(diào)制解調(diào)器和FAX傳輸。一個(gè)超高速Codec支持高達(dá)14.4kb/s的音頻調(diào)制解調(diào)器和RAX傳輸。高速Codec利用三個(gè)16－相位RF時(shí)隙或四個(gè)8－相位RF時(shí)隙操作，超高速Codec利用四個(gè)16－相位RF時(shí)隙操作。由于這些Codec在可以是在鄰接的數(shù)個(gè)RF時(shí)隙上發(fā)送信息，RF通信信道內(nèi)的時(shí)隙被動(dòng)態(tài)地分配。動(dòng)態(tài)時(shí)隙/帶寬分配特性檢測和監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸和從需要數(shù)量的時(shí)隙形成一個(gè)數(shù)據(jù)信道。
文檔編號(hào)H04M11/06GK1422100SQ02145750
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者斯科特·戴維·庫爾茨 申請(qǐng)人:交互數(shù)字技術(shù)公司