專利名稱:利用預(yù)測信號值的差錯檢測與隱蔽的制作方法
本發(fā)明涉及接收數(shù)據(jù)中誤差的檢測與屏蔽的領(lǐng)域，并主要涉及對數(shù)據(jù)在通過發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的信道期間的引入誤差錯的檢測與隱蔽。
先有技術(shù)有許多方法可用來檢測和校正接收信號中的誤差。例如，奇偶檢驗數(shù)據(jù)可以在傳輸以前加到數(shù)據(jù)信號中以提供檢測和/或校正發(fā)生于傳輸中的差錯的方法。例如，在分組編碼中，發(fā)生在(2M-M-1)位序列中的單個差錯能夠利用被加到所發(fā)送的位序列的M個奇偶檢驗位來校正。為了校正(2M-KM-1)位序列中的K重差錯，至少需要KM個奇偶檢驗位。
但是，實現(xiàn)多重差錯的校正需要非常昂貴的系統(tǒng)。而且，所有這些方法在它們用于信道時是低效率的。加到所傳輸?shù)男畔⑿蛄械钠媾紮z驗位減小了傳送信息信號的信道容量。在傳輸中差錯率很高時，專用于傳輸奇偶檢驗位的那部分波道容量變得過大。此外，當(dāng)信道差錯率超過設(shè)計極限時，所有方法就失效。在音頻信號情況下，差錯率即使在設(shè)計限度以內(nèi)，所建立的嘗試也要產(chǎn)生討厭的“卡嗒”聲。
已研制的另一種系統(tǒng)，它可供差錯檢測之用，但不能校正。被檢測出的差錯可通過用估計值來取代差錯的數(shù)據(jù)的方法而不隱蔽。在斯蒂爾(R.Steele)和杰因特(N.S.Jayant)的《DPCM-AQF語言的統(tǒng)計分組保護(hù)編碼》，IEEE 1980年國家電信會議報告(下文引作斯蒂爾)中敘述了此種類型系統(tǒng)的例子。斯蒂爾講授了差分脈碼調(diào)制(DPCM)語言的分組保護(hù)編碼方法。發(fā)射機(jī)中的電路既計算一個分組中相鄰語言采樣之間的最大差值，也計算這一個分組中所有相鄰差值的根均方(rms)值。這些數(shù)值在傳輸語言采樣組之前首先傳輸。在接收機(jī)，每一個被確定是正確的采樣與其下一個采樣之間的差值被計算出來，并且，若這個差值大于傳輸前所算的最大值，那么這下一個采樣被認(rèn)為是錯誤的。通過把差值的根均方值加到正確的(較早的)采樣的方法來達(dá)到隱蔽。
保證信息(例如被傳輸?shù)男畔⑿盘?的完整性是本發(fā)明的一個目的。
提供一個系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)的信道中產(chǎn)生的差錯可在接收機(jī)檢測或隱蔽，這也是本發(fā)明的一個目的。
利用信息信號的予測值與相應(yīng)的實際值之間的差值以確定差錯的存在是本發(fā)明的進(jìn)一步的目的。
在隱蔽接收到的信息信號的差錯實際值的過程中利用予測值是本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的。
本發(fā)明論及由信息信號(例如代表語言的電信號)傳輸所產(chǎn)生的差錯的檢測與隱蔽。通過利用信息信號本身的統(tǒng)計特性來檢測那些主觀上非常令人煩惱的差錯，本發(fā)明力圖減小必須用于完成差錯檢測和屏蔽的信息量。為了同時對傳輸差錯進(jìn)行檢測和隱蔽，可用一個予測器。
被傳輸?shù)男畔⑿盘柕慕y(tǒng)計特性體現(xiàn)在兩個相同的予測器中，一個在發(fā)射機(jī)，一個在接收機(jī)。每一個予測器從一個或幾個較早的信號數(shù)值中計算在一特定時間的信息信號的予測值。發(fā)射機(jī)的予測器利用尚待發(fā)送的信息信號的實際值予測若干這樣的數(shù)值;然后，它就確定每一個予測值與相應(yīng)的實際值之間的差值。接收機(jī)的予測器利用接收到的信息信號的實際值予測這些數(shù)值，并同樣地確定每一個予測值與相應(yīng)的實際值之間的差值。
假若在信息信號通過信道時沒有引入差錯，則接收到的信息信號值與發(fā)射的信息信號值就會相同，兩個予測器就會予測出相同的值，并且在發(fā)射機(jī)確定的差值就會與在接收機(jī)確定的差值相同。然而，差錯本來是會引入的;在這樣情況下，在接收機(jī)確定為有差錯的接收到的信息信號值與其相應(yīng)的予測值之間的差值可能大于或小于在發(fā)射機(jī)確定的正確值與其相應(yīng)的予測值之間的差值。本人已發(fā)現(xiàn)，通常在主觀基礎(chǔ)上最有害的差錯是當(dāng)存在于接收到的信息信號值與其相應(yīng)予測值之間的差值很大時的差錯。這些差錯可被本發(fā)明所隱蔽。
經(jīng)過一個予定的時間周期，發(fā)射機(jī)電路計算出所確定的差值的最大值。這個最大值就被傳輸?shù)浇邮諜C(jī)以用于差錯檢測和隱蔽。接收機(jī)電路將每一個所確定的差值與接收到的、在所研究的時間周期內(nèi)生效的最大值相比較。如果這個差值小于最大值，則不必采取措施。如果這個差值大于最大值，則用以計算這個差值的接收到的信息信號值就被定為有差錯。于是這個值就被相應(yīng)的予測值所取代。
在發(fā)射機(jī)中，把所要傳輸?shù)男畔⑿盘柕臄?shù)字值送至予測器、比較器和N-字延遲線。予測器估計下一個信號值，該值被適當(dāng)?shù)匮舆t，以便把目前值與其估計值進(jìn)行比較。比較器由每一個真實值減去其相應(yīng)的估計值，當(dāng)在處理整個N字組塊時，暫時存儲這個差值，稱其為“△-值”。“最大△編碼器”對全部N個字的最大△值的絕對值進(jìn)行編碼(具有適當(dāng)?shù)牟铄e校正)。把所得到的塊碼字，先于其相應(yīng)于N字組的塊碼字，進(jìn)行多路復(fù)用到數(shù)據(jù)信道中去。使用一個“N采樣延遲”以延遲這N字組，以便塊碼字能先于N字組而傳送。
在接收機(jī)中，對塊碼字進(jìn)行多路分離和差錯校正以恢復(fù)所跟隨的N字組的最大△值的絕對值。當(dāng)N個字中的每一個被收到時，它被從與發(fā)射機(jī)中相同的予測器電路產(chǎn)生的予測值中減去。如果這個差值大于這個字塊的最大△值，則所收到的信號值就代表一個差錯。然后用其予測值來取代該差錯，該差錯就被隱蔽。如果這個差值小于或等于最大△值，則所收到的信號就被承認(rèn)為正確的。
由于在信道中僅須傳送檢測和隱蔽那些主觀干擾的差錯所必需而最少的信息，故本發(fā)明具有高效率地使用信道的優(yōu)點。本發(fā)明能夠在差錯率很高的信道中恢復(fù)可以接受的信號，并且它的實現(xiàn)成本是低的。
圖1是本發(fā)明的發(fā)射機(jī)端的電路系統(tǒng)最佳實施方案的方框圖。
圖2是本發(fā)明的接收機(jī)端電路系統(tǒng)最佳實施方案的方框圖。
最佳實施方案的說明圖1說明本發(fā)明的發(fā)射機(jī)電路系統(tǒng)的最佳實施方案。信息信號的周期采樣被輸入到延遲電路120和予測器130。該數(shù)據(jù)信號最好是相關(guān)信號，例如音頻或視頻信號;但也可以是非相關(guān)的，甚至可以是一個隨機(jī)過程。相關(guān)信就是在這種信號中，尚待接收的數(shù)據(jù)的一個或多個參數(shù)在某種程度上是可以由已經(jīng)接收的數(shù)據(jù)來予測的。(音頻和視頻電視信號是相關(guān)信號的例子。)信號的形式可以是模擬的、量化的或數(shù)字的，最好是數(shù)字的。
予測器130計算相應(yīng)于信息信號的下一個真實值的予測值。這是利用一個或多個以前的真實值以及信息信號的統(tǒng)計特性來完成的。這種予測器是人們熟知的，例如在奧利弗(Oliver)，美國專利第2，732，424號(用于予測電視傳輸?shù)娜舾上惹靶盘栔档募訖?quán)總和);阿特爾(Atal)，美國專利第3，631，520〔利用可變予測參數(shù)的予測器處理具有變化的統(tǒng)計特性的信號(例如語言)〕;以及格雷厄姆(Graham)，美國專利第3，026，375號(處理電視傳輸中快速信號變化的遞歸予測)中所提出的，所有這些都包括在這里作為參考。
時延電路120將目前信號值延遲一段時間T，相當(dāng)于予測器電路中產(chǎn)生的時延的二倍。予測器輸出信號是下一個信號值的予測值。由于時延T是予測器電路時延的二倍，所以就保證了時延電路120的輸出信號和予測器130相應(yīng)于相同的信號值的輸出信號。延時延電路120可以是能產(chǎn)生必要的時延的任何常規(guī)電路。
將延遲后的信號輸入到N-采樣延遲線140和減法器150。將實際的和予測的信號值之差值(△值)的絕對值輸出到編碼器160，它存儲每個N采樣塊中遇到的最大△值;并且在N采樣塊的末尾，對這個最大△值進(jìn)行具有適當(dāng)?shù)牟铄e校正位的編碼。
將編碼的最大△值輸入到多路復(fù)用器170，170領(lǐng)先于相應(yīng)的N個采樣值，對最大△值進(jìn)行多路復(fù)用。N-采樣延遲線140保證編碼的最大△值領(lǐng)先于N個采樣。將多路復(fù)用器170的輸出發(fā)送到信道。也可用單獨的信道傳送編碼的最大△值。
圖2表示本發(fā)明接收機(jī)電路系統(tǒng)的最佳實施方案。在多路分離器210接收由編碼的最大△值領(lǐng)先的N數(shù)據(jù)字塊，編碼的最大△值被輸送到解碼器240，240就進(jìn)行解碼并校正其中的差錯。代表信息信號采樣的N個數(shù)據(jù)字被輸送到延遲電路220和予測器230。延遲電路220和予測器230分別與上述圖1所示的發(fā)射機(jī)的延遲電路120和予測器130相同。
予測器230計算下一個信號值，而延遲電路220將目前信號值延遲時間T以便予測信號值與其相應(yīng)的實際信號值可同時利用。予測信號值被同時輸入到減法器250和雙擲開關(guān)270的兩個互相獨立的端子之一。相應(yīng)的實際信號值被輸入到開關(guān)270的另一個端子。
與圖1所示的發(fā)射機(jī)的減法器150相同的減法器250確定予測信號值和相應(yīng)的接收到的實際信號值之間的差值的絕對值，并且把這個絕對值(目前△值)輸出至比較器260。
比較器260比較它的兩個輸入;并且，如果目前△值小于或等于最大△值，則就判定為不存在差錯。然后使開關(guān)270將接收到的實際信號值連接到輸出線280。
僅僅在目前△值大于最大△值時，比較器260才檢測出傳輸中的錯誤。通過用相應(yīng)的予測信號值取代差錯的實際信號值，差錯就被隱蔽掉。這是由比較器260通過扳動開關(guān)270使得予測信號值連接到線路280來實現(xiàn)。
這樣，當(dāng)接收到的信號值與相應(yīng)的予測信號值之差值大于傳輸之前計算的最大差值時，接收到的信號值就按差錯處理。通過利用相應(yīng)的予測信號值取代差錯信號值的方法來隱蔽差錯信號值。
最佳實施方案已經(jīng)通過采用數(shù)字式數(shù)據(jù)作為輸入信號進(jìn)行了說明。通過用差動放大器來代替電路150和250中的減法器這一簡單的置換，用模擬或量化輸入信號也可構(gòu)成這種系統(tǒng)。信號就或者可以作為模擬式或者可以作為數(shù)字式來傳輸。
另外，信號可以作為模擬式傳輸，而最大△值作為數(shù)字式傳輸，或者二者都可以是模擬信號。而且，最大△值可以在單獨的信道內(nèi)傳輸。本發(fā)明也可以或者用串行的或或者用并行的計算和/或傳輸技術(shù)來實現(xiàn)。
雖然所列舉的本發(fā)明的實施方案已參考附圖進(jìn)行了詳細(xì)說明，但應(yīng)該明了，本發(fā)明并不限于那些明確了的實施方案，不同的變化和修改可以由技術(shù)熟練者通過不脫離本發(fā)明的范圍或精神來實現(xiàn)。
構(gòu)造方法可取決于應(yīng)用。在音頻信號情況時，雖然采用部分模擬技術(shù)是可行的，但希望采用全數(shù)字設(shè)備。在視頻信號情況時，最大△值在線路閉鎖間隔內(nèi)可以數(shù)字式傳輸，或者在任何與視頻信號相關(guān)的其他數(shù)字信道內(nèi)傳輸。在此情況下予測器可以使用以前的視頻信號的電視線路。
本技術(shù)可以與其他的差錯校正/隱蔽方法相結(jié)合。這個方法本身可以提高誤差校正能力(而不是局限制于誤差隱蔽)。各種現(xiàn)存的誤差檢測方法確定已發(fā)生的誤差類型，但不能確定誤差的精確位置。最大△值可用于這個目的。一個這種方法需要在N-字組中引入一個單個的附加數(shù)據(jù)字。這個字是該組中其他N個字的模1相加。
權(quán)利要求
1.一個能夠檢測差錯的方法，該差錯是在經(jīng)過信道傳輸至接收機(jī)的過程中引入信息信號的，所述方法的特征在于包括以下步驟從未被傳輸?shù)男畔⑿盘栔杏铚y信息信號的若干實際值；確定這組實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值；從所確定的這組實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值產(chǎn)生一個差錯檢測信號；通過信道把該組實際值傳送至接收機(jī)；將差錯檢測信號傳輸至接收機(jī)。
2.權(quán)利要求
1的方法的特征在于信息信號是一種相關(guān)信號。
3.一個檢測差錯的方法，該差錯是在把信息信號經(jīng)過信道送至接收機(jī)的過程中引入信息信號的，所述方法的特征在于包括以下步驟從未被傳輸?shù)男畔⑿盘栔杏铚y若干信息信號的實際值;確定這組實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值;從所確定的這組實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值產(chǎn)生一個誤差檢測信號;通過信道把這組實際值傳送至接收機(jī);將誤差檢測信號傳輸至接收機(jī);由接收到的實際值予測接收到的數(shù)據(jù)信號的這組實際值中的每一個值;確定這組接收到的實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值;將接收到的差錯檢測信號和所確定的這組接收到的實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值相比較以檢測差錯。
4.權(quán)利要求
3的方法的特征在于信息信號是相關(guān)信號。
5.一種能夠檢測差錯的方法，該差錯是在信息信號經(jīng)過信道傳輸至接收機(jī)過程中引入信息信號的，所述方法的特征在于包括以下步驟周期地對信息信號進(jìn)行采樣;從未被傳輸?shù)牟蓸又涤嬎阆鄳?yīng)于每個采樣值的予測值;確定每個采樣值與相應(yīng)予測值之間的差值;從所確定的每個采樣值與相應(yīng)的予測值之間的差值產(chǎn)生差錯檢測信號;通過信道把采樣值傳送至接收機(jī);把差錯檢測信號傳送至接收機(jī)。
6.權(quán)利要求
5的方法的特征在于，信息信號具有已知的統(tǒng)計特性，并且所述的從未被傳輸?shù)牟蓸又涤嬎阌铚y值的步驟包括只根據(jù)一個或幾個以前的未被傳輸?shù)牟蓸又岛托畔⑿盘柕慕y(tǒng)計特性來計算予測值。
7.一種檢測差錯的方法，該差錯是在信息信號經(jīng)過信道至接收機(jī)的過程中引入信息信號的，所述方法的特征在于包括以下步驟周期地對信息信號進(jìn)行采樣;從未被傳輸?shù)牟蓸又涤嬎阆鄳?yīng)于每個采樣值的予測值;確定每個采樣值與相應(yīng)的予測值之間的差值;從所確定的每個采樣值與相應(yīng)的予測值之間的差值產(chǎn)生差錯檢測信號;通過信道把采樣值傳送至接收機(jī);把差錯檢測信號傳送至接收機(jī);從接收到的采樣值計算相應(yīng)于每個采樣值的予測值;確定每個接收到的采樣值與相應(yīng)的予測值之間的差值;將接收到的差錯檢測信號和所確定的每個接收到的采樣值與相應(yīng)的予測值之間的差值相比較以檢測差錯信號。
8.權(quán)利要求
7的方法的特征在于信息信號具有已知的統(tǒng)計特性;所述的從未被傳輸?shù)牟蓸又涤嬎阌铚y值的步驟包括僅僅根據(jù)一個或幾個先前的未被傳輸?shù)牟蓸又岛托畔⑿盘柕慕y(tǒng)計特性來計算予測值;所述的從接收到的采樣值計算予測值的步驟包括只根據(jù)一個或幾個先前接收到的采樣值和信息信號的統(tǒng)計特性來計算予測值。
9.一種檢測和隱蔽差錯的方法，該差錯是在信息信號經(jīng)過信道至接收機(jī)的過程中引入信息信號的，所述方法的特征在于包括以下步驟接收若干信息信號的實際值;從接收到的實際值予測接收到的信息信號的該組實際值中的每一個值;確定這組接收到的實際值中的每一個值與相應(yīng)予測值之間的差值;接收一個最大差值;將接收到的最大差值和所確定的這組接收到的實際值中的每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值相比較，以便檢測差錯信號;對于任一個檢測為差錯的接收到的實際值用的予測值來代替。
10.權(quán)利要求
9的方法的特征還在于包括初始步驟如下從未被傳輸?shù)男畔⑿盘栍铚y信息信號的一組實際值;確定這組未被傳輸?shù)男畔⑿盘柕膶嶋H值中每一個值與其相應(yīng)予測值之間的差值;在予定的時間周期內(nèi)計算所確定的這組未被傳輸?shù)男畔⑿盘柕膶嶋H值中每一個值與相應(yīng)的予測值之間的差值的最大值;將所計算得的最大值傳輸至接收機(jī)作為最大差值。
11.一個檢測和隱蔽差錯的方法，該差錯是在信息信號經(jīng)過信道至接收機(jī)的過程中引入信息信號的，該方法的特征在于包括步驟如下接收一組信息信號的采樣值;從接收到的采樣中計算相應(yīng)于每個采樣值的予測值;確定每一個接收到的采樣值與其相應(yīng)的予測值之間的差值;接收一個最大差值;為了檢測差錯，將接收到的最大差值和所確定的每個接收到的采樣值與其相應(yīng)的予測值之間的差值相比較;用相應(yīng)的予測值取代任一被檢測為差錯的接收到的采樣值。
12.權(quán)利要求
11的方法的特征還在于包括初始步驟如下從未被傳輸?shù)男畔⑿盘栔杏嬎阆鄳?yīng)于一組信息信號采樣中每一個的予測值;確定每一個未被傳輸?shù)男畔⑿盘柕牟蓸优c其相應(yīng)予測值之間的差值;對予定數(shù)目的采樣值計算所確定的每一個未被傳輸?shù)男畔⑿盘柕牟蓸又蹬c其相應(yīng)的予測值之間的差值的最大值;將所求得的最大值傳輸至接收機(jī)作為最大差值。
13.一個檢測實際信號值中的差錯的方法的特征在于包括步驟如下根據(jù)一組在時間上先出現(xiàn)的實際信號值予測一個實際信號值;將予測的信號值與實際信號值相比較，結(jié)果產(chǎn)生△值;僅當(dāng)所產(chǎn)生的△值大于予先確定的最大△值時，才檢測出一個差錯。14、權(quán)利要求
13的方法的特征在于，實際信號值由周期采樣值代表，予先確定的最大△值是對一組N個連續(xù)周期中確定的，其中N是個正整數(shù)。
15.權(quán)利要求
14的方法的特征在于N大于1。
16.檢測和隱蔽實際信號值中差錯的方法的特征在于包括步驟如下根據(jù)至少一個以前的實際信號值予測一個實際信號值;將予測信號值與相應(yīng)的實際信號值相比較，結(jié)果產(chǎn)生△值;將該△值與予先確定的最大△值相比較;僅當(dāng)該△值大于予先確定的最大△值時才檢測出一個差錯信號;如果檢測到一個差錯，則通過用相應(yīng)的予測信號值取代實際信號值來隱蔽這個差錯。
17.權(quán)利要求
16的方法的特征在于，實際信號值用周期采樣值代表，予先確定的最大△值是對一組N個連續(xù)的周期確定的，這里N是個正整數(shù)。
18.權(quán)利要求
17的方法的特征在于N大于1。
19.一個從周期采樣的實際信號值產(chǎn)生差錯檢測信息的方法，該方法的特征在于包括步驟如下根據(jù)至少一個以前的實際信號值予測一個實際信號值;將予測的信號值與相應(yīng)的實際信號值相比較，結(jié)果產(chǎn)生一個△值;對于總共為N個實際信號值重點所述的予測和比較步驟，這里N為正整數(shù);將實際信號值延遲一個相應(yīng)于N采樣速率的時間周期，把最大△值存儲為誤差檢測信息。
專利摘要
本系統(tǒng)用塊碼字發(fā)送領(lǐng)先N個信號值字塊供接收機(jī)檢測差錯之用。在發(fā)射機(jī)中預(yù)測估計下一信號值；比較器從這每個實際值減去相應(yīng)估計值得“Δ值”；“最大Δ編碼器”對全部N個字中最大Δ值的絕對值編碼，所得塊碼字被先于相應(yīng)N字組多路復(fù)用至信道；“N采樣延時”延遲該N個字使塊碼字領(lǐng)先。在接收機(jī)中塊碼字多路分解以恢復(fù)跟隨的N字組最大Δ值絕對值；收到N個字的每一個字時將其從預(yù)測器產(chǎn)生的預(yù)測值中減去；若差值大于該塊最大Δ值，則接收信號值代表差錯信號，差錯然后由其預(yù)測值取代而被隱蔽。
文檔編號H04B14/06GK86100787SQ86100787
公開日1986年8月27日 申請日期1986年1月31日
發(fā)明者基思·盧卡斯 申請人:數(shù)字視頻系統(tǒng)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan