45293

Объективная оценка показателей качества передачи речи: рейтинговая модель E при планировании; интегральные оценки по отношению сигнал/шум и на основе обобщенного коэффициента

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Объективная оценка показателей качества передачи речи: рейтинговая модель E при планировании; интегральные оценки по отношению сигнал шум и на основе обобщенного коэффициента. Субъективная оценка показателей качества передачи речи: статистические слушательская и абонентская. Оценка качества передачи речи При оценке качества передачи речевой информации применяются субъективные квазисубъективные либо объективные методы. В последнее время чаще используются объективные методы оценки позволяющие автоматизировать данный процесс сделать его...

Русский

2013-11-20

490.5 KB

24 чел.

21. Объективная оценка показателей качества передачи речи: рейтинговая модель E при планировании; интегральные оценки по отношению сигнал/шум и на основе обобщенного коэффициента. Субъективная оценка показателей качества передачи речи: статистические слушательская и абонентская.

Оценка качества передачи речи

При оценке качества передачи речевой информации применяются субъективные, квазисубъективные либо объективные методы. В последнее время чаще используются объективные методы оценки, позволяющие автоматизировать данный процесс, сделать его экономичнее и технологичнее и, что самое важное, осуществлять оценку качества без перерыва связи. Применение известных методов оценки качества при передаче речевой информации по каналам мобильной связи имеет ряд особенностей, в частности:

•  в процессе связи оценку качества проводят непосредственно абоненты, ведущие в данный момент переговоры;

•  абоненты могут вести переговоры в разных ситуационных условиях (на месте, в движении либо один из них на месте, а другой в движении);                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         •  каналы мобильной связи, даже для одного и того же соединения, могут иметь разную структуру (т. е. время прохождения информационного сообщения);

•  от структуры канала мобильной связи зависит величина помех, влияющих на качество, и их разновидность; в свою очередь, структура канала, непосредственно связана со структурой сети мобильной связи,  определяемой  системой,  предоставляющей услуги связи, и стандартом оборудования.

Расчетная модель, применяемая при планировании(Е-модель)

При планировании современных сетей с точки зрения обеспечения достаточного качества передаваемой речи МСЭ-Т и BTSI рекомендуют основываться на специально разработанной Е-модели. Основной принцип, заложенный в Е-модель, гласит: «Психологические факторы на психологической шкале являются аддитивны». Таким образом, Е-модель учитывает все факторы, влияющие на качество речевого обмена в телефонных сетях, основными из которых являются уровень речевого сигнала, амплитудно-частотные искажения, задержка передачи, задержка и ослабление эхо-сигнала, уровень шума, нелинейные искажения (в том числе низкоскоростных кодеков речи), а в случае участка с IP-телефонией -пропадание пакетов и непостоянство задержки передачи. Модель вводит такой параметр, как рейтинг (качества) передачи (transmission ratings -R). Основное уравнение данной модели выглядит следующим образом:

R = Ro-Is-ld-Ie + A,

где Ro - отношение сигнал/шум; Is - степень ухудшения тракта, связанная с искажениями типа перегрузки, шумом квантования, местным эффектом и др.; Id - ухудшение тракта, связанное с задержкой распространения радиосигнала; Ie - снижение качества передачи, связанное с включенными в тракт устройствами обработки речи; A - коэффициент ожидания, определяемый эмоциональным настроем пользователя, который подсознательно предъявляет к качеству связи разные требования в зависимости от условий ведения разговора и его доступности.

При комфортных условиях и со стационарного телефона ожидаемое пользователем качество связи очень высокое, т. е. А = 0. При разговоре из быстро движущегося транспорта или с корреспондентом, который находится где-нибудь в малодоступном районе, пользователь заранее настроен не обращать внимания на плохое качество, и значение А может равняться 20.

В табл. 2.13 показано соотношение между величиной коэффициента R, результатами субъективно-статистической оценки качества передачи речи по 5-балльной шкале MOS(Средняя экспертная оценка - MOS (Mean Opinion Scores) - это субъективное измерение, определенное в рекомендациях ITU-T для оценки качества передачи речи в телефонных сетях)  и степенью удовлетворенности пользователей качеством речи.

Таблица 2.13. Степень удовлетворенности пользователей качеством связи в зависимости от показателей R и MOS

ЗначениеR (нижний предел)

MOS (нижний предел)

Удовлетворенность пользователей

90

4,34

Весьма удовлетворены

80

4,03

Удовлетворены

70

3,60

Некоторые пользователи не удовлетворены

60

3,10

Многие пользователи не удовлетворены

50

2,58

Почти все пользователи не удовлетворены

E-model существует в двух версиях: в версии для оценки пропускной способности сети на участке «конечный пользователь - конечный пользователь» (SCQME) и в версии для сетевого планирования (ТРЕ). Применение Е-модели при планировании сетей мобильной связи позволяет прогнозировать качество предоставляемых пользователю услуг речевой связи. Однако при наличии в тракте нескольких низкоскоростных кодеков прогнозирование качества речи невозможно. В реальных составных трактах нельзя исключить возможность включения нескольких участков с низкоскоростными кодеками, и тогда результирующее качество речи становится непредсказуемым.

Объективная оценка качества речи

В последнее время наиболее часто используются объективные методы оценки, дающие возможность автоматизировать данный процесс, сделать его экономичнее и технологичнее и, что самое важное, осуществлять оценку качества без перерыва связи. Объективные измерения эффективны с точки зрения цены и повторяемости результатов, однако при этом важно правильно выбрать метод измерения для применяемых типов кодеков в системе мобильной связи. Примеры объективных измерений речи включают:

•  отношение сигнал/шум и воспринимаемое взвешенное отношение сигнал/шум (далее - ОСШ);

•  индекс артикуляции (AI);

•  искажения логарифмического спектра (LSD) и логарифмическое кепстральное расстояние (LCD).

Наиболее общим измерением искажений является среднеквадратическая ошибка (Mean Square Error, MSE), определяемая как

где х - вектор входных значений; у - вектор оценок; N- общее число отсчетов.

Допускается, что искажения, вносимые каждым элементом вектора х, имеют равный вес. В общем случае можно ввести неравные веса, чтобы отразить вклады отдельных элементов в искажение как более важные, чем другие. Таким образом, взвешенная среднеквадратическая ошибка определяется как

где W- положительно определенная взвешивающая матрица.

Для количественной оценки качества речевого сигнала обычно используют нормированный показатель погрешности, характеризующий средний квадрат ошибки воспроизведения , усредненной по времени и приведенной к дисперсии сообщения :

Величина, обратная нормированному показателю погрешности, является отношением мощности сигнала к мощности шумов:

При объективных методах оценки для анализа качества систем передачи речи необходимо оценивать отношение мощности сигнала к суммарной мощности шума - и знать взаимосвязь между и разборчивостью S.

Известно, что значения ОСШ имеют устойчивую связь с субъективными оценками качества восприятия речи. При субъективных оценках наиболее часто используются численные характеристики разборчивости фрагментов речи, в частности слогов. Для слоговой разборчивости S* найдены функции взаимосвязи с другими видами разборчивости: слов, фраз, фоном.

Поскольку в выражении (2.17) используется дисперсия сигнала и шума , вычисленные (или измеренные) за время речевого теста, данный показатель будем именовать долгосрочным ОСШ. Следует отметить, что исследование цифровых методов передачи речи, и особенно различных адаптивных методов кодирования, выявили серьезные расхождения субъективных оценок при одинаковых значениях ОСШ. Это объясняется различным характером искажений, создаваемых адаптивными и неадаптивными системами передачи. В неадаптивных системах имеет место стационарный шум с уровнем, не зависящим от уровня сигнала. Качество тракта передачи при этом определяется главным образом по восприятию шума в паузах речи. В адаптивных системах шумы незанятого канала могут быть неощущаемыми на слух. Восприятие искажений будет определяться нестационарным сопровождающим шумом, дисперсия которого определяется и уровнем сигнала, и его спектральными характеристиками. В связи с этим при объективной оценке различных алгоритмов кодирования и восстановления речи используются специальные устройства, генерирующие шум, коррелированный с речевым сигналом. Такие устройства называются MNRU (Modulated Noise Reference Unit). Использование MNRU позволяет учесть нестационарность возникновения шумов при изменении текущей мощности речевого сигнала. Отметим, однако, что здесь не учитывается изменение модели спектра сигнала при произношении вокализованных и невокализованных звуков. Кроме того, при использовании адаптивных кодеров, например АДИКМ, выявились значительные расхождения субъективных и объективных оценок. В результате для оценки качества предложена более корректная оценка, получившая название сегментного ОСШ:

где и - дисперсии ошибок речевого сообщения и ошибки, вычисленные на сегменте i длительностью Т; М - общее количество сегментов в испытуемом сигнале. Взаимосвязь качества речи в баллах и значений ОСШ - суммарного и сегментного ОСШсег представлена в табл. 2.14.

Объективные методы оценки успешно применяются для оценки ухудшения качества передаваемой речи в реальных условиях конкретных сетей по сравнению с идеальными условиями работы этих сетей. Но при этом нет уверенности в возможности их использования на трактах произвольной структуры без предварительной калибровки.

За основу может быть принят обобщенный коэффициент качества, используемый при оценке показателя качества передачи речевого сигнала по проводным и составным каналам связи:

где Кобобщ. кач - обобщенный коэффициент оценки качества; Кгр - коэффициент громкости; Кразб - коэффициент разборчивости; Кнат - коэффициент натуральности; m1, m2, т3 - весовые коэффициенты соответствующих оценок качества передачи речевой информации по громкости, по разборчивости и по натуральности. Соответственно задача выбора интегрального критерия оценки качества передачи речевой информации по каналам мобильной связи сводится к определению величины обобщенного коэффициента Кобобщ. кач . Интегральную оценку качества можно определить арифметическим либо геометрическим методом.

Возможны   два   варианта   арифметического   метода   вычисления Кобобщ. кач. 

В первом случае выражение для обобщенного коэффициента качества определяется формулой

где величины весовых коэффициентов, определенные методом экспертных оценок, соответственно равны: m1=0,2 ; m2 = 0,4 ; т3=0,2; т4 = 0,2. Во втором случае    Кобобщ. кач определяется по формуле

где величины весовых коэффициентов выбираются равными: m1=0,25; m2=0,5; m3=0,25. К достоинствам арифметического метода следует отнести то, что он учитывает удельный вес каждого индивидуального критерия оценки: разборчивости, натуральности, громкости, структуры мобильного  канала связи.  Проанализируем возможность  использования оценки (2.21), (2.22) в качестве интегрального критерия оценки качества передачи речевой информации.

Практика показывает, что когда одна из составляющих интегрального критерия равна нулю, то интегральный критерий тоже должен быть равен нулю. Оценка по (2.21) и (2.22) эту взаимосвязь не отражает. Поэтому необходимо внести коррекцию, позволяющую устранить этот недостаток. Приведем выражения (2.21) и (2.22) к виду

При геометрическом методе определения интегрального критерия возможны 3 варианта: оптимистический, пессимистический и реалистический.

Оптимистический вариант оценки качества определяется при максимальном значении всех компонентов, т. е.

Из формулы (2.25) следует, что если любой из составляющих компонентов равен нулю, то Кобобщ. кач.опт тоже равен нулю и достигает максимума только тогда, когда все компоненты достигают максимума.

Пессимистический вариант оценки качества передаваемой речи определяется при минимальном значении всех компонентов:

Реалистический критерий является комбинированным вариантом оптимистического и пессимистического критерия. При этом интегральная оценка Кобобщ. кач.реал равна одному из составляющих компонентов, когда 3 остальные равны максимуму; геометрической средней величине двух компонентов, когда третий и четвертый равны максимуму, либо геометрической средней величине трех компонентов, когда один из них достигает максимума, либо геометрической средней величине всех компонентов, когда ни один из них не достигает максимума. На практике при определении Кобобщ. кач.реал используют последний вариант, т.е.

Применяя этот критерий оценки качества передачи речевой информации, можно считать, что он содержит все основные показатели, характеризующие качество передачи речевой информации по каналам мобильной связи.        

                                                                                      

Субъективная оценка качества речи

Методам субъективной оценки посвящено множество нормативных документов: МСЭ-Т, ETSI, TIA, ГОСТ. В частности, детально разработана методика измерения разборчивости русской речи, которая позволяет достаточно точно оценивать ее качество по критерию разборчивости, особенно путем измерения разборчивости слогов. Другие виды разборчивости - словесную и фразовую - имеет смысл применять только для низкокачественных трактов, непригодных для сетей общего пользования. Измерение слоговой разборчивости проводится при следующих ограничениях:

•  Прослушивание переданных через испытуемый тракт слогов должно производиться специалистами, прошедшими ежедневную тренировку в течение 6-9 мес.

• Параллельно с  измерением  разборчивости  испытуемого тракта необходимо измерять разборчивость эталонного тракта для калибровки результатов измерений.

• Продолжительность передачи минимально необходимого для одного измерения числа таблиц около часа.

• Артикуляционные таблицы существуют только для русского (таблицы слогов) и английского (таблицы слов) языков, причем четкого соответствия между оценками трактов по этим двум таблицам не существует. Поэтому результаты измерений с их помощью малосопоставимы. Для других языков результаты таких измерений разборчивости неприменимы.     

• Критерий разборчивости мало связан с такими параметрами речи, как натуральность звучания и узнаваемость голоса говорящего.

• Критерий разборчивости определяет свойство речи передавать информацию в одном направлении без учета указанных выше требований диалогового режима.

Эти обстоятельства делают измерение разборчивости для каждого из нескольких сотен соединений при периодической проверке качества речевого обмена весьма трудоемким и на практике малоприменимым.

Субъективно-статистическая слушательская оценка качества речи

При субъективно-статистическом методе качество передаваемой речи оценивается труппой экспертов, прослушивающих переданные по испытуемому тракту фонетически сбалансированные фразы и выставляющих оценки качества по 5-баллыюЙ шкале. Такие тесты обязательны при выборе стандартных кодеров при разных условиях передачи, когда качество передачи речи в сетях общего пользования должно быть гарантировано. При субъективно-статистическом методе качество передачи речи в основном определяется алгоритмом компрессии и оценивается при помоши экспертной оценки MOS. Экспертная оценка MOS вычисляется как среднеарифметическое значение для большого числа частных оценок качества речи. На практике считается, что оценка выше чем 3,5 балла соответствует качеству речи в стандартном телефонном канале, а ниже 3,0 балла - качеству синтезированной речи.

Шкала оценок MOS приведена в табл. 2.15 применительно к речевой полосе (200...3 400 Гц).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

Таблица 2.15

Шкала средней экспертной оценки

Оценка

Качество

Искажения

5

Превосходное

Незначительные

4

Хорошее

Заметные, но не раздражающие

3

Посредственное

Немного раздражают

2

Плохое

Раздражают, но не неудобны

1

неудовлетворительное

Очень раздражают

Оценки по MOS менее трудоемкие, чем измерение разборчивости. Они определяют натуральность и узнаваемость речи и сопоставимы для разных языков, но, как показали испытания, для таких оценок требуются высококвалифицированные эксперты и наличие эталонного тракта. Здесь, как и в предыдущем случае, оценивается качество собственно речи без учета условий диалогового режима. Поэтому этот метод также мало подходит для поставленной задачи.

Субъективно-статистическая абонентская оценка качества речи

В настоящее время общепризнанно, что окончательная и наиболее полная оценка качества речевого обмена может быть получена только субъективно на основе двусторонних разговоров реальных абонентов ТфОП. Производящий такую оценку абонент будет непроизвольно учитывать все факторы, влияющие на качество речевого обмена.

Существует несколько методик проведения таких оценок. Из них методика, определенная в ГОСТ-Р 51061-97 «Системы низкоскоростной передачи речи по цифровым каналам. Параметры качества речи и методы измерений», представляется наиболее удобной для оценки качества передачи речи по мобильным сетям связи. Оценка производится по трем показателям - общему качеству речи, смысловой разборчивости, узнаваемости голоса собеседника и учитывает особенности низкоскоростных кодеков. При этом, что очень важно, достаточно четко определяет условия отнесения качества оцениваемой речи к разным его градациям. Эта методика была заложена в типовую программу и методику сертификационных испытаний радиооборудования системы стандарта GSM и многократно использована в НИИР при проведении испытаний различных сетей мобильной связи. Опыт испытаний позволяет сделать несколько выводов относительно подобных оценок, а именно:

•  при подведении итогов неподготовленные абоненты дают более высокие оценки, чем лица, знакомые со спецификой испытаний;

•  более достоверные результаты получаются в том случае, если участвующие в опросе абоненты тщательно проинструктированы;

•  для неподготовленных абонентов оценка качества по 5-балльной системе обычно слишком сложна, очень многие используют только два ответа- «хорошо» и «плохо».

Отсюда можно сделать вывод, что оценку качества двустороннего обмена по 5-бачльной шкале целесообразно производить при несистематических испытаниях сетей при приемке или сертификации оборудования по небольшому числу соединений (30-50) группой из 4-6 подготовленных экспертов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2268. Синхронизация процессов. Обмен данными между процессами 56 KB
  Цель работы: получить представление о сигналах в операционной системе UNIX и способах их перехвата и обработки, а также о синхронизации процессов при помощи сигналов и обмене данными между процессами с использованием разделяемой памяти.
2269. Социализация личности 32.5 KB
  Социализация — двусторонний процесс включающий в себя, с одной стороны, усвоение индивидом социального опыта, с другой стороны, процесс активного воспроизводства системы социальных связей за счёт его активной деятельности.
2270. Вимоги у сфері роботи з клієнтами 45 KB
  Бізнес вимоги – вони містять високо рівневі цілі організації, її як правило фінансує хто замовив проект. Бізнес вимоги як правило записуються в документі який називається границями проекту.
2271. Политология как наука и учебная дисциплина. Политическая власть 19.77 KB
  Предмет и структура политологического знания. Сущность и природа политической власти. Формы политической власти и её функции. Политическая система общества.
2272. Экономическая структура 17.52 KB
  Сущность экономической системы и ее структура. Типы и вида экономических систем. Формы хозяйствования.
2273. Лекарственное сырье животного происхождения 93.5 KB
  В современной фармакологии объекты животного происхождения единичны (пиявки, шпанская мушка), больше применяются продукты их переработки - животные жиры, выделения, змеиный яд, продукты жизнедеятельности пчел и т. п.
2274. Профессия учитель 21.61 KB
  Дать детям знания о работе учителя. Воспитывать уважение к учителям и к профессии. Развитие творческого потенциала учащихся.
2276. Конструирование и производство малогабаритного импульсного источника питания 76.67 KB
  Описание принципа работы схемы электрической принципиальной. Разработка конструкторской документации с использованием ПК. Выбор и обоснование структуры технологического процесса, и виды технологической документации.