20601

Оценка качества передачи речевых сигналов

Лекция

Биология и генетика

Обычно к параметрическим вокодерным относят системы требующие скорости передачи меньшие 16 кбит с. Обычно для обеспечения меньшей скорости передачи требуется применение более сложных алгоритмов т.1 Метод кодирования Скорость передачи кбит с Стандарт Современные приложения ИКМ 64 МСЭТ G.

Русский

2013-07-31

75.5 KB

20 чел.

Лекция №7

Оценка качества передачи речевых сигналов

Речевой сигнал, как процесс, протекающий во времени, характеризуется рядом параметров, которые также являются функциями времени. Параметры, описывающие речевой сигнал, изменяются значительно медленнее, чем процесс в целом. Если по каналу связи передавать не сам речевой сигнал, а информацию об описывающих его параметрах, то для этого потребуется канал связи с меньшей пропускной способностью.

Если речевой сигнал представлен в виде совокупности медленно меняющихся параметров, то говорят о его параметрическом компандировании. На базе параметрического компандирования строятся вокодерные системы (voice coder). Обычно к параметрическим (вокодерным) относят системы, требующие скорости передачи меньшие 16 кбит/с.

Выделение и кодирование параметров речевых сигналов требует применения сложных алгоритмов цифровой обработки сигналов. Обычно, для обеспечения меньшей скорости передачи требуется применение более сложных алгоритмов, т.е. более производительных процессоров.

Для обеспечения совместимости вокодерных устройств организациями стандартизации в области телекоммуникаций установлен ряд стандартов (Табл. 8.1).

Табл. 8.1

Метод кодирования

Скорость передачи, кбит/с

Стандарт

Современные приложения

ИКМ

64

МСЭ-Т G.711

Телефонные сети общего пользования

АДИКМ

32

МСЭ-Т G.726

Телефонные сети общего пользования

LD-CELP

16

МСЭ-Т G.728

Телефонные сети общего пользования

RPE-LTP

13

ETSI GSM

Европейские системы цифровой сотовой связи

VSELP

8

TIA IS54

Системы цифровой сотовой связи США

VSELP

5,6

ETSI полускоростной GSM

Европейские системы цифровой сотовой связи

MP-MLQ

4.8..8.0

МСЭ-Т G.723

Системы мультимедиа и видео телефонии

Качество передачи сигнала методами параметрического компандирования зависит как от вида применяемого алгоритма, так и используемой скорости передачи. Оценка качества передачи речевого сигнала оценивается различными субъективными методами, основанными на усреднении оценок, данных различными группами слушателей.

Поскольку человек как получатель информации является ключевым элементом любой телекоммуникационной системы, качество сигнала оценивается по его субъективному восприятию речи. Качество сигнала измеряется часто по пятибалльной шкале MOS (mean opinion score - средняя субъективная оценка). Оценка по шкале MOS определяется путем обработки оценок, даваемых группами слушателей нескольким речевым сигналам, воспроизводимым различными громкоговорителями.

Каждый слушатель выносит оценку каждого сигнала:

1

2

3

4

5

плохо

слабо

разборчиво

хорошо

отлично

Таб. 1. Оценка сигнала.

Затем результаты усредняются.

Исторически для передачи речи использовались аналоговые каналы ТЧ, объективные методы измерения которых были разработаны и сформулированы в Приказе Министерства связи РФ № 43 «Об утверждении норм на электрические параметры каналов тональной частоты магистральной и внутризоновых первичных сетей». Они основывались на достаточно произвольном, однако подкрепленном огромным объемом опытных данных, предположении, что канал, обладающий определенными физическими параметрами в заданных пределах, вносит искажения в усредненный речевой сигнал, несущественные для его субъективного восприятия. После того, как компромисс между разбросом объективных параметров канала и субъективным восприятием качества речи был найден и сформулирован на уровне международных рекомендаций и российских ГОСТ, измерения качества действительно приобрели объективный характер, т.е. перестали зависеть от экспертов, осуществляющих испытания.

Когда в середине XX в. появились цифровые системы передачи, к известным искажениям речи добавились искажения, возникающие в процессах аналого-цифрового преобразования и, собственно, передачи в цифровом канале.

Искажения аналого-цифрового преобразования сводятся к искажению АЧХ за счет ограниченной частоты дискретизации и к аддитивным шумам квантования, являющимся следствием конечного числа уровней представления аналогового сигнала. Все помехи и искажения, действующие на сигнал в цифровом канале, приводят к искажениям формы двоичных импульсов и в конечном итоге характеризуются единственным параметром — вероятностью ошибки. В результате проведенных работ Ко-тельникова была рассчитана частота дискретизации, не приводящая к ограничению спектра канала ТЧ, рассчитан оптимальный закон квантования, обеспечивающий допустимое влияние на (субъективную!) оценку качества речи, и накоплена статистика влияния вероятности, ошибки на уровень акустического восприятия. Появились нормы на электрические параметры каналов ТЧ магистральной и внутризоновых первичных сетей, включающие в себя каналы ТЧ, образованные в цифровых системах передачи. После этого процесс измерения качества вновь стал объективным.

По мере совершенствования цифровых систем передачи и роста доли их удельной составляющей в общем объеме канало-километ-ров ЕСС, а затем и ВСС России, стала актуальной задача объективного измерения показателей качества чисто цифровых каналов, не имеющих по краям аналоговых окончаний. Действительно, использовать для этих целей существующую методику, дооборудуя измерительные приборы аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, неудобно и нелогично. Результатом многолетних научных исследований в этой области стали «Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной и внутризоновых первичных сетей», утвержденные Приказом Министерства связи № 92, во многом соответствующие международным рекомендациям. Практически соблюдение устанавливаемых нормами параметров формы, отклонения дрожания фазы цифрового сигнала позволяет при стыковке разнородных участков передачи обеспечить вероятность ошибки, не приводящую к заметным (на слух) искажениям речевого сигнала. Методика измерений, содержащаяся в нормах, позволила опять сделать этот процесс объективным.

К сожалению, эта методика, основанная на передаче по каналу псевдослучайной тестовой последовательности с последующим сравнением ее с принятой, неприменима, если цифровой канал обладает непрозрачными элементами, такими как переприем по ТЧ, аппаратура эхоподавления, статистического уплотнения или эффективного кодирования. Для таких каналов на сегодня не существует объективных методов измерения показателей качества. Определение возможных путей к решению этой проблемы и является предметом настоящей статьи.

Стандартизованной методологией субъективной оценки качества передачи речи является Рек. МСЭ-Т Р.800 [3]. В ней описываются условия проведения тестовых испытаний, содержание речевых образцов, система оценок и методики анализа полученных данных. Испытания по данной методологии позволяют получить значение средней субъективной оценки MOS (Mean Opinion Score).

В силу субъективности метода для получения достоверных результатов оценки требуется проведение большого числа тестовых испытаний. Кроме того, сильное влияние на результаты оказывают условия проведения испытаний, язык, настроение, возрастная группа экспертов и другие факторы. Все это приводит к низкой повторяемости результатов и высокому разбросу оценок.

Поскольку тестовые испытания носят точечный во времени характер, данный метод не позволяет оценивать качество в течение некоторого промежутка времени. Между тем, возможность такой оценки особенно важна для сетей с изменяющимися во времени характеристиками качества передачи, например, для сетей IP-телефонии и сетей с использованием статистического уплотнения. К тому же метод не позволяет оценивать изменения параметров тракта передачи, лишь незначительно влияющих на качество передачи. Другие субъективные измерения включают искажения (QDUQuantization Distortion Units), которые определены в Рек. ITU-T G.I 13 [4] как искажения, вносимые одной парой кодеров по Рек. G.711 [5] для ИКМ на скорости 64 кбит/с. Для количественной характеристики ухудшения качества речи применяют единицы QDU. Величина 1 QDU соответствует ухудшению качества при цифровом преобразовании речи с использованием стандартной процедуры ИКМ. Дополнительная обработка речи ведет к дальнейшей потере ее качества. Согласно Рек. МСЭ-Т G.113, для международных вызовов величина QDU не должна превышать 14, причем передача разговора по международным магистральным каналам ухудшает качество речи, как правило, на 4 QDU.

Впрочем, несмотря на свои недостатки, субъективный метод оценки качества передачи речи находит применение благодаря тому, что не требует сложных и дорогостоящих технических средств, которые необходимы для получения объективных оценок, а также наиболее приближен к реальной конечной цели — удовлетворенности пользователя качеством речевой связи.

Объективные оценки качества передачи речи получают с помощью технических средств, обеспечивающих лучшую повторяемость результатов по сравнению с субъективными оценками. Однако объективные методы позволяют только предсказать ожидаемое качество речи, но не способны оценивать качество речи так, как это делает человек. Цель инструментального подхода к предсказанию качества речи — достичь высокой корреляции между предсказанными оценками качества и оценкой, полученной путем тестирования группой экспертов. Большинство инструментальных методов для оценки качества речи сравнивают речевой сигнал источника (неискаженный сигнал) и выходной сигнал системы передачи (искаженный сигнал). Как правило, технические подходы включают в себя несколько этапов:

— на первом этапе исключаются различия в сигналах, которые не существенны в моделируемом тесте, например, общая задержка и разница в уровнях (эти значения задаются или вычисляются заранее);

— на втором этапе оба сигнала преобразуются к внутреннему представлению с использованием психоакустических моделей восприятия звуков человеком. Вычисляется разброс между обоими сигналами, который затем используется для оценки значения качества.

Основным назначением данных методов является тестирование кодеков. С их помощью можно проследить изменения качественных показателей кодеков в зависимости от алгоритма, скорости, уровня сигнала на входе или ошибок в канале. Такое тестирование методов позволяет сократить время, затрачиваемое на настройку оборудования, и выбрать оптимальные параметры кодека, уровней сигнала, скорости передачи и др.

Кроме того, эти методы могут быть использованы для решения ряда других задач в процессе разработки, настройки и эксплуатации оборудования. Они позволяют проводить как краткосрочные измерения, так и длительные в течение нескольких дней. Данные методы могут применяться для сравнительных испытаний при выборе оборудования, решений и технологий для построения сети (например, сети подвижной связи); с их помощью может быть организован периодический контроль производительности и качественных показателей работы сети связи и локализация неисправностей. Другим подходом является оценка качества речи на основе данных о параметрах передачи речи. Этот подход базируется на так называемой Е-модели.

Данная модель позволяет вычислить оценку качества речи в единицах фактора R на основании таких параметров передачи, как задержка передачи, потеря пакетов, тип кодека. Полученное значение фактора R, которое может лежать в диапазоне от 0 до 100, позволяет предсказать субъективную оценку и может быть сопоставлено с категориями качества речи и оценками MOS.

Для оценки качества передачи речи Е-модель может быть представлена в следующем виде:

где R0отношение сигнал-шум, включая шум схемы и шум в помещении; Is — является комбинацией всех искажений, которым подвергается речевой сигнал; Idфактор задержки; 1ефактор оборудования; А — вероятностный фактор, предусматривающий компенсацию факторов, ухудшающих качество в случае, если есть другие преимущества.

Фактор оборудования 1е описывает искажения речевого сигнала, вызванные применением низкоскоростных кодеков. Начальные значения фактора 1е для большинства кодеков определены при отсутствии потерь.

Фактор задержки Id дает численное представление влияния сквозной задержки сигнала и ослабления отраженного эха на качество речи. Зависимость фактора Id от сквозной задержки и коэффициента ослабления эха описывается сложным аналитическим выражением, приведенным в Рек. МСЭ-Т G. 107. Графическое представление зависимости Id от задержки при различном коэффициенте ослабления эха EL приведено на рисунке. При практическом применении метода часто не уточняют влияние эха, и проводят оценку качества для эталонного соединения с коэффициентом ослабления эха 55 дБ (Рек. МСЭ-Т G.107).

При передаче речевых сигналов по спутниковым линиям связи фактору задержки следует уделять особое внимание, поскольку имен- проведения работ по созданию специального прибора, способного объективно оценить качество речи, но в этом случае задержки достигают своих наибольших значений. Наличие на таких линиях аппаратуры эхоподавления стало столь же обязательным, как и наличие самого спутника. Однако в процессе выявления и устранения паразитного эха эта аппаратура сама становится причиной ухудшения качества передаваемой речи. Возможность проведения объективной оценки качества передачи речи по спутниковому тракту с учетом влияния аппаратуры эхоподавления представляет большой интерес и может служить стимулом для проведения работ по созданию специального прибора, способного объективно оценить качество речи.

98


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1137. Миры штриховые для определения предела разрешения 143 KB
  Штриховая мира состоит из элементов с различным количеством штрихов одинаковой длины. Ширина штрихов каждой миры убывает от элемента №1 к элементу номер 25 по закону геометрической прогрессии со знаменателем. Число штрихов в каждой группе элементов миры.
1138. Определение цены деления микроскопа с окуляр-микрометром 44 KB
  Для определения цены деления микроскоп-микрометра применяют объект-микрометр (шкалу с ценой деления 0,01 мм). Перекрестие шкалы окулярного микрометра.
1139. Типовые контрольно-юстировочные приборы 75 KB
  Зрительные трубки. Диоптрийная трубка. Коллиматоры для проверки разрешающей силы и качества изображения. Широкоугольный коллиматор.
1140. Информационные системы и базы данных. Основные требования к СУБД. Основные функции и структура СУБД. 686.5 KB
  Создание пустой базы данных в среде СУБД Access 2003. Добавление полей связи. Концептуальная модель проектируемой базы данных.
1141. Средства среды Delphi и C++Builder для разработки приложений для БД 384.5 KB
  Изучение принципов работы с базами данных в С++ или Delphi. Применение визуальных и невизуальных компонент для организации доступа к базе данных.
1142. Создание базы данных Автосалона 282 KB
  Анализ информационных задач и круга пользователей системы. Определение требований к операционной обстановке. Выбор СУБД и других программных средств. Анализ информационных задач и круга пользователей системы. Преобразование ER–диаграммы в схему базы данных.
1143. Применение экранных форм для ввода и редактирования данных в зависимых связанных объектах базы данных 482 KB
  Приобретение навыков построения системы меню приложений баз данных при помощи средств разработки меню графического интерфейса пакета FoxPro.
1144. Зависимость электропроводности полупроводников от напряженности электрического поля 447.5 KB
  Исследование влияния сильных электрических полей на электропроводность материала варистора. Зависимость проводимости от внешнего электрического поля (экстраполяция по первым и последним четырем точкам).
1145. Управление преобразователем частоты Altivar 58 с помощью интеллектуального реле Zelio Logic 111.5 KB
  Ознакомится с описанием ПЧ Altivar 58 и интеллектуальным реле Zelio Logic используя инструкции фирмы изготовителя. Выполнить настройку параметров ПЧ согласно заданию, сохранить настройки в файле. Проверить работу системы электропривода во всех режимах, при необходимости внести изменения в программу.