CN102148033B - 一种语言传输***清晰度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种语言传输***清晰度测试方法，其在待测位置采用传声器接收经被测语言传输***传输的测试信号，传声器将接收到的测试信号传输给信号处理单元，信号处理单元通过计算250Hz至4000Hz倍频带的调制传递函数MTF，根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值，根据语言传输指数STI值判断语言传输***的清晰度。本发明只对对汉语语言清晰度贡献较大的5个倍频带(250～4000Hz)进行计权，以保证对汉语语言传输***的汉语语言清晰度评价的准确性，提高了测试速度。

Description

一种语言传输***清晰度测试方法

技术领域

本发明涉及通信、语音警报***等领域，具体是指一种语言通信传输***中语言清晰度的测试方法。

背景技术

对于语言传输***语言清晰与否，一般采用IEC 60268-16(2003)标准测量其传输通道的语言传输指数(STI)值，如我国国家标准GB/T 16851-1997对应急声***规定为STI大于或等于0.65。测量公共广播***的STI一直非常耗时。一个完整的测量，需要得到并分析98组调制传递函数(MTF)。对于公共广播***，为了节省测量时间，IEC 60268-16(2003)采用STIPA进行客观评价。但是，STI-PA的测量对背景噪声的要求很高，背景噪声中不能含脉冲特征，其测试***不能引入较强的非线性失真。而且语音警报***的STI-PA量测应该在紧急情况下测量(相同的声压级并且***所有部分都被激活)。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明一种语言传输***清晰度测试方法，具体技术方案如下。

一种语言传输***清晰度测试方法，其在待测位置采用传声器接收经被测语言传输***传输的测试信号，传声器将接收到的测试信号传输给信号处理单元，信号处理单元通过计算250Hz至4000Hz倍频带的调制传递函数MTF，根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值，根据语言传输指数STI值判断语言传输***的清晰度。

上述的测试方法中，所述测试信号为包络调制信号，所述信号处理单元对接收到的包络调制信号通过倍频带滤波、包络检测、低通滤波后再进行所述计算。

上述的测试方法中，所述处理单元计算250Hz至4000Hz五个倍频带的调制传输函数，再根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值。

上述的测试方法中，测试信号的载波为以250、500、1000、2000、4000Hz为中心的倍频程窄带噪声；各窄带噪声之间留有隔离带，测试信号的包络调制信号为极低频的简谐波，频率从0.63Hz到12.5Hz，每1/3oct取1个；其频率分别为0.63Hz、0.8Hz、1.0Hz、1.25Hz、1.6Hz、2.0Hz、2.5Hz、3.15Hz、4.0Hz、5.0Hz、6.3Hz、8.0Hz、10.0Hz、12.5Hz，共14个调制频率

上述的测试方法中，信号处理单元进行所述计算包括：

求出250～4000Hz频率范围内倍频程间隔的5条MTF曲线，每条曲线用1/3倍频带在0.63-12.5Hz调制频率范围内进行频谱分析；由测量获得的5×14个数据的m_k，f矩阵可分别转换为70个表观信噪比SNR_k，f数值，k为倍频带、f为调制频率，

${\mathrm{SNR}}_{k,f}=10\lg \frac{m_{k,f}}{1-m_{k,f}}\mathrm{dB}---\left(1\right)$

然后把表观信噪比SNR_k，f限制在±15dB范围内求传输指数TI_k，f，并使0≤TI_k，f≤1，

${\mathrm{TI}}_{k,f}=\frac{{\mathrm{SNR}}_{k,f}+15}{30}---\left(2\right)$

由同一倍频带的传输指数TI_k，f平均以获得调制传输指数MTI_k：

${\mathrm{MTI}}_k=\frac{1}{14}\underset{f=1}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TI}}_{k,f}---\left(3\right)$

计算语言传输指数STI：

$\mathrm{STI}=\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{MTI}}_n---\left(4\right)$

ω_n如表1所示。

上述的测试方法中，还可以采用MLS(最大长度序列)信号或扫频信号测量测试所述传输通道的脉冲响应，然后应用公式(5)根据脉冲响应和测试时的信噪比计算5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值，

$m\left(f\right)=\frac{\left|{\∫}_0^{\∞}{e}^{-j2\mathrm{\πft}}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right|}{{\∫}_0^{\∞}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·{(1+{10}^{(-S/N)/10})}^{-1}---\left(5\right).$

上述的测试方法中，采用声学软件(如Dirac，Winmls等)测量房间脉冲响应，并应用软件计算得到250～4000Hz倍频带的MTI_k值，然后根据(4)式计算STI值。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明采用汉语语言清晰度指数的计权值(GBT 15485-1995)计算汉语语言传输***的STI值评价其语言清晰度，它只对对汉语语言清晰度贡献较大的5个倍频带(250～4000Hz)进行计权，以保证对汉语语言传输***的汉语语言清晰度评价的准确性，提高了测试速度。

附图说明

图1为测试***框图。

图2为STI测量原理框图。

图3为测量MTF框图。

图4为经包络调制后的测试信号图。

图5为测量得到的脉冲响应图。

图6为种不同计权方法得到的STI值之间的关系图。

图7a～图7c分别为采用IEC60268-16(1988)标准、IEC60268-16(2003)标准和本发明方法的3种不同计权方法得到的STI值与主观汉语言清晰度得分之间的拟合关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

如图1，与测量STI有关的音频测试信号(调制信号或随机信号)通过扬声器重放，经被测语言传输***传输后在待测位置采用接收单元(传声器)接收的测试信号，然后通过信号处理单元(可以采用DSP芯片实现)计算250～4000Hz倍频带的调制传输函数MTF，根据MTF计算STI值。实现框图如图2所示。

测试方法详细步骤如下：

1.测量***应按图2进行配置，其中测试声源与广播传声器的距离为0.5m。

2.测量信号的载波为以250、500、1000、2000、4000Hz为中心的倍频程窄带噪声，其强度同语声谱相当；各窄带噪声之间留出隔离带，其包络调制信号为极低频的简谐波，其频率从0.63Hz到12.5Hz，每1/3oct选取1个调制频率，共14个。

3.求出250～4000Hz频率范围内倍频程间隔的5条MTF曲线。测量MTF的框图如图3所示。每条曲线用1/3倍频带在0.63-12.5Hz调制频率范围内进行频谱分析。由测量获得的5×14个数据的m_k，f矩阵可分别转换为70个表观信噪比SNR_k，f(k为倍频带、f为调制频率)数值。

${\mathrm{SNR}}_{k,f}=101g\frac{m_{k,f}}{1-m_{k,f}}\mathrm{dB}---\left(1\right)$

4.然后把表观信噪比SNR_k，f限制在±15dB范围内求传输指数TI_k，f，并使0≤TI_k，f≤1。

${\mathrm{TI}}_{k,f}=\frac{{\mathrm{SNR}}_{k,f}+15}{30}---\left(2\right)$

5.由同一倍频带的传输指数TI_k，f平均以获得调制传输指数MTI_k：

${\mathrm{MTI}}_k=\frac{1}{14}\underset{f=1}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TI}}_{k,f}---\left(3\right)$

6.计算语言传输指数STI：

$\mathrm{STI}=\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{MTI}}_n---\left(4\right)$

ω_n值如表1所示。

表1不同STI计算方法计权值ω_n

7.该测试***亦可采用MLS信号或扫频信号测量测试传输通道的脉冲响应，然后应用公式(5)根据脉冲响应和测试时的信噪比计算5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值。该过程可采用现有商业声学测量软件如Dirac、Winmls 2004等测量得到250～4000Hz倍频带的MTI_k值，然后根据(4)式计算STI值。

$m\left(f\right)=\frac{\left|{\∫}_0^{\∞}{e}^{-j2\mathrm{\πft}}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right|}{{\∫}_0^{\∞}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·{(1+{10}^{(-S/N)/10})}^{-1}---\left(5\right)$

测量实例：测量某场馆公共广播***在某接收位置的语言清晰度。

方法1：将长时语谱信号经包络调制(图4所示)后，通过公共广播***播放，在待测位置采用传声器接收包络调制信号，信号处理单元对信号进行倍频带滤波、包络检测、低通滤波后计算出5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值。

方法2：采用声学测量软件Dirac测量从公共广播***到接受位置的脉冲响应如图5所示(如用指数扫频测量方法)，并测量接收位置的各倍频带(250～4000Hz)的信号与噪声电平，由Dirac软件计算出5×14个m_k，f(表2)，根据公式(1)～(4)计算出STI的值。

表2m_k，f、MTI、STI

本发明通过在无混响和有混响条件下，对全频带汉语语言信号进行滤波，得到具有不同频率范围的语言清晰度测试信号，通过主观汉语语言清晰度评价，得到具有不同频率范围的汉语语言信号的语言清晰度得分，实验结果表明：为了达到较好的汉语语言清晰度，所需汉语语言信号的最低频率范围为300-6000Hz。本实施方式通过采用对汉语语言清晰度贡献较大的5个倍频带(250～4000Hz)进行计权得到的STI值与采用I EC标准计算得到的STI值之间具有很高的相关性(见图6)，相关系数R＝0.958。图7a～图7c为3种不同计权方法得到的STI值与主观汉语言清晰度得分之间的拟合关系，表1为对应的计权值、相关系数R和标准偏差。由此可以看出，IEC60268-16(2003)中采用的计权和本申请采用的计权方法得到的STI值均能较好预测和评价汉语语言清晰度。但是，采用IEC60268-16(2003)标准需要测量7个倍频带的调制传输指数从而得到STI值，而本发明只需测量5个倍频带的调制传输指数即可得到STI，这样可节约测量时间。

Claims (7)

1.一种语言传输***清晰度测试方法，其特征是在待测位置采用传声器接收经被测语言传输***传输的测试信号，传声器将接收到的测试信号传输给信号处理单元，信号处理单元通过计算250Hz至4000Hz倍频带的调制传递函数MTF，根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值，根据语言传输指数STI值评价语言传输***的清晰度。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于所述测试信号为包络调制信号，所述信号处理单元对接收到的包络调制信号通过倍频带滤波、包络检测、低通滤波后再进行所述计算。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于所述信号处理单元计算250Hz至4000Hz五个倍频带的调制传输函数，再根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于测试信号的载波为以250、500、1000、2000、4000Hz为中心的倍频程窄带噪声；各窄带噪声之间留有隔离带，测试信号的包络调制信号为极低频的简谐波，其频率分别为0.63Hz、0.8Hz、1.0Hz、1.25Hz、1.6Hz、2.0Hz、2.5Hz、3.15Hz、4.0Hz、5.0Hz、6.3Hz、8.0Hz、10.0Hz、12.5Hz，共14个调制频率。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于信号处理单元进行所述计算包括：

求出250～4000Hz频率范围内倍频程间隔的5条MTF曲线，每条曲线用1/3倍频带在0.63-12.5Hz调制频率范围内进行频谱分析；由测量获得的5×14个数据的m_k,f矩阵可分别转换为70个表观信噪比SNR_k,f数值，k为倍频带、f为调制频率，

${\mathrm{SNR}}_{k,f}=10\lg \frac{m_{k,f}}{1-m_{k,f}}\mathrm{dB}---\left(1\right)$

然后把表观信噪比SNR_k,f限制在±15dB范围内求传输指数TI_k,f，并使0≤TI_k,f≤1，

${\mathrm{TI}}_{k,f}=\frac{\mathrm{SN}{R}_{k,f}+15}{30}---\left(2\right)$

由同一倍频带的传输指数TI_k,f平均以获得调制传输指数MTI_k：

${\mathrm{MTI}}_k=\frac{1}{14}\underset{f=1}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TI}}_{k,f}---\left(3\right)$

计算语言传输指数STI：

$\mathrm{STI}=\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{MTI}}_n---\left(4\right)$ 式中ω_n为各倍频带权重值，对应于250Hz～4000Hz倍频带，ω_n分别为0.072、0.144、0.218、0.327和0.234。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于采用最大长度序列信号或扫频信号测量测试语言传输***的传输通道的脉冲响应，然后应用公式(5)根据脉冲响应p(t)和测试时的信噪比S/N计算5×14个数据的m_k,f矩阵m(f)，根据公式(1)～(4)计算出STI值，

$m\left(f\right)=\frac{\left|{\∫}_0^{\∞}{e}^{-j2\mathrm{\πft}}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right|}{{\∫}_0^{\∞}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·{(1+{10}^{(-S/N)/10})}^{-1}---\left(5\right).$

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于采用声学软件测量房间脉冲响应，并应用软件计算得到250～4000Hz倍频带的MTI_k值，然后根据(4)式计算STI值。

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