DE2028005A1 - Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke

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DE2028005A1
DE2028005A1 DE19702028005 DE2028005A DE2028005A1 DE 2028005 A1 DE2028005 A1 DE 2028005A1 DE 19702028005 DE19702028005 DE 19702028005 DE 2028005 A DE2028005 A DE 2028005A DE 2028005 A1 DE2028005 A1 DE 2028005A1
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DE19702028005
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Werner Dr.rer.nat 6100 Darmstadt; Sotscheck Jochem Dipl.-Ing. 1000 Berlin Endres
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SOTSCHECK J
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SOTSCHECK J
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04MTELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M3/00Automatic or semi-automatic exchanges
    • H04M3/22Arrangements for supervision, monitoring or testing
    • H04M3/2236Quality of speech transmission monitoring
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L25/00Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00

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Description

  • Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke.
  • Bekannt sind versohiedene subjektive Methoden zur Bestimmung der Sprachqualität nach der Übertragung über gestörte Kanäle.
  • Beispiele dafür sind z.B. Ermittlung der Rückfragehäufigkeit, Verständlichkeitsmessungen und Opinion-Teste in ihren verschiedenen Variationen, Isopräferenzmethoden.
  • Wegen des großen Zeitaufwandes, vor allem bei Verständliohkeitsmessungen, und um echt reproduzierbare Ergebnisae zu erhalten, hat man sich seit langem bemüht, die Sprachqualitätsbestimmung zu objektivieren. Die dabei entwickelten Methoden stützen sich auf Ergebnisse von Verständlichkeitsmessungen, mit deren Hilfe mittels bestimmter rechnerischer, grafischer oder Vergleichsprozeduren die gesuchte Sprachqualität ermittelt wird. Beispiele dafür sind die Berechnung der Verständlichkeit aus der Kenntnis der Verständlichkeit von Teilbändern (Collard Eleotrical Communication 8 (1929/30), S.
  • 141-163) oder die Ermittlung des Articulation Index (French und Steinberg Journ. Acoußt. Soc. Amer. 19 (1947), S.79-119) oder Ermitteln eines gleichen Qualitätseindrucks zwischen einem Testsignal veränderlicher, aber stets bekannter Qualität und dem zu beurteilenden Signal (Richards, D.L., Swaffield, J. Communioation Theory . Jackson ed. Butterworth, London, 1953).
  • Alle Verfahren weisen entscheidende Nachteile auf. Die Anwendung der Berechnungsverfahren beschränkt sich praktisch auf Systeme mit Bandbegrenzung und verschiedenem Signal-Rauschabstand, das Vergleicheverfahren ist wegen des Qualitätsvergleichs zweier u.U. in ganz unterschiedlichen Merkmalen gestörter Signale meist recht ungenau.
  • Bessere Ergebnisse verspricht ein Verfahren zu liefern, bei dem die Übertragungsqualität aufgrund eines Vergleichs der Zeit- @requenz- und Amplitudenspektren des Signals vor und nach der Übertragung über die zu untersuchende tibertragungestrecke ermittelt wird. Nach diesem auf Licklider zurückgehenden Verfahren wird eine aug einer endlosen Tonbandschleife gespeicherte Spraohprobe vor und nach der gestörten Ubertragung synchron über ein gleitendes schmalbandiges Filter analysiert und die unterschiedlichen Werte der beiden erhaltenen Ausgangspegel untereinander verglichen. Die Differenz beider Werte wird während des Durchgangs des Bandfilters über den gesamten Frequenzbereich zeitlich integriert und einem Meßinstrument zugeführt, das in Verständlichkeit geeicht ist. kieses Verfahren beruht also darauf, daß aus der Ähnlichkeit der beiden Spektren, ausgedrückt durch ihren Amplitudenunterschied in bestimmten schmslen Frequenzbereichen, und dieser aufsummiert über die Meßzeit, ein Maß für die Sprachqualität, speziell der Verständlichkeit, abgeleitet werden kann. flas Verfahren ist daher in der Anwendung nicht auf bestimmte Arten von Qualitätsminderung bei der Übertragung beschränkt wie die bisher angeführten (Schwarzlander H Electronics 32 (1959) 22 S. 88-91) Nachteilig ist bei diesem Verfahren aber vor allem, daß sämtliche Unterschiede in den verglichenen Spektren aufsummiert werden. Damit erzeugen unterschiedliche Pegel, die aber zu verschiedenen Zeiten auftraten, d,h, unterschiedlichen Lauten zugeordnet sind und verschiedenen Frequenzbereichen angehört haben, einen gleichwertigen Anteil an dem angezeigten Beeinträchtigungsw.rt, der ein Maß für die Verständlichkeit ist.
  • Die Erfindung geht ebenfalls von einem Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität durch Vergleich eines über die Strecke übertragenen Testlautevorrates mit einem Testlautevorrat bekannter Sprachqualität aus.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung des angeführten Nachteils dieses Verfahrens.
  • Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch umgangen, daß das Amplitudenspektrum jedes einzelnen Sprachlautes getrennt sowohl zeitlich als auch frequenzgemäß mit wenigstens einem auf denselben Sprachlaut zurückgehenden. aus dem Testlautevorrat bekannter Sprachqualität entnommenen Amplitudenspek trum verglichen wird und die Gesamtheit der individuellen Veränderungen der einzelnen Sprachlaute einer bestimmten Qualitätsaussage, z.B. einen Verständlichkeitswert zugeordnet wird.
  • Pür die Gewinnung des Testlautevorrates bekannter Sprachqualität ergeben sich zwei MUgllchkeiten.
  • Einmal können die Zeit-, Frequenz- und Amplitudenspektren des Testlautevorrats bekannter Sprachqualität aus einem Speicher entnommen werden, indem sie in Form eines Katalogs mit bgestuften Sprachqualitätswerten, s.B. Silbenverständlichkeitswerten, enthalten sind.
  • amine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, daß die Zeit-, Frequenz- und Amplitudenspektren des Testlautevorrats bekannter Sprachqualität aus dem auf die zu untersuchende Strecke übertragenen Testlautevorrat vor seiner Ubertragung gewonnen werden.
  • Im folgenden wird anhand dieser schematischen Darstellungen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt das Prinzip, die Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele.
  • Nach Fig. 1 wird ein geeigneter Lautevorrat #o(t,f) von Testsprachprcben, der s.B. auf Magnetband oder einem anderen Datenträger gespeichert ist und damit fUr alle Untersuchungen phonetisch konstant ist, über die zu untersuchende Strecke X übertragen. Beim Durchlaufen dieser Übertragungsstrecke kann der Lautevorrat #o o (t,f) beliebige zeitliche, frequenzmäßige oder amplitudenmäßige Verzerrungen erleiden. Ein Analysator zerlegt diesen verzerrten Lautevorrat #x (t,f) nach den drei Koordinaten Zeit, Frequenz und Amplitude. Das Ergebnis der Analyse wird durch ein entsprechendes Ausgangssignal A x (#) dreidimena@@@al dargestellt. Dieses Ergebnis kann dabei z. B. durch eine Folge von Meßwerttripeln wie zur Beschreibung der Einzelpunkte eines Visible-Speech-Diagrammes ausgegeben werden, indem der Lautevorrat#x durch ein zeitlich in der Frequenz gleitendes schmales Bandfilter analysiert wird, oder auch in Form einer Parallelausgabe von Zeit-Amplituden-Zuordnungen eines in der Frequenzachse vielkanalig unterteilten Analysators gewonnen werden.
  • In der nächsten Stufe wird das dreidimensionale Analyseergebnis Ax mit einem anderen dreidimensionalen Analyseergebnis A z verglichen, das auf die gleiche eise durch Ubertragung des gleichen Lautevorrats #o über eine Strecke Z bekannter Übertragungsgüte Qz gewonnen wurde. Die Übertragung des Lautevorrats # @ über die Vergleichastrecke Z und die anschließende Analyse von #z können dabei entweder synchron mit der Übertragung von über die zu beurteilende Strecke X und der anschließenden Analyse des verzerrten Lautevorrats #x erfolgen oder zeitlich unabhängig voneinander. In letzterwähntem Falle ist eins der beiden Analyseergebnisse A für den Vergleich einem Speicher zu entnehmen. Durch Bilden der Differenz # A = AZ - AX beider Analyseergebnisse erhält man ein Maß für die Veränderung der Sprachqualität infolge der verzerrenden Eigenschaften der Strecke X gegenüber der Vergleichsetrecke Z.
  • Diese Differenz # A (#) kann durch entsprechende Bewertung der einzelnen Untersohiede in den drei Koordinaten an bekannte Methoden und Maßsysteme zur Bestimmung der Sprachqualität qualität, z.B. Silbenveretändlichkeit, angepaßt werden.
  • Für die Durchführung der Differenzbildung zum Vergleich der Analyseergebnisse ergeben sich zwei verschiedene Möglichkeiten.
  • Nach Fig. 2 wird der ursprüngliche Lautevorrat i o nach der Übertragung über die zu untersuchende Übertragungsstrecke X in seiner verzerrten Form#x auf die beschriebene Weise analysiert und in sein Zeit-frequens-Amplitudenspektrum zerlegt. Dieses Analyseergebnis Ax wird mit einer Reihe von anderen Analyseergebnissen An verglichen. Dazu sind in einem Speicher in Form eines Katalogs weitere Analyseergebnisse An = Aa...Am enthalten, die von entsprechenden Zeit--Frequenz-Amplitudenspektren stammen, welche mit dem gleichen ursprünglichen Iautevorrat#o durch Übertragung über verschiedene Übertragungsstrecken bekannter Übertragungsgüte gewonnen wurden. Die Übertragungsgüte Qn der verschiedenen Übertragungsaysteme ist, z.B. in Form von ermittelten Silbenverständlichkeitawerten, im Speicher den Analyseergebnissen An zugeordnet.
  • Ein Vergleich des zu untersuchenden Zeit-Frequenz-Amplitudenspektrums Ax mit den Yergleichsspektren Aa...Am ergibt jedesmal wieder eine dreidimensionale Datenmenge # A. Sie wird bei denjenigen zum Vergleich herangezogenen Übertragungsstrecken ein Minimum, deren qualitätemindernde Eigenschaften denen der untersuchten Strecke X am ähnlichsten sind. Durch Interpolation zwischen den beiden Differenzspektren mit der insgesamt kleinsten positiven und kleinsten negativen Abweichung kann mit entsprechender Bewertung der Abweichung eine Aussage über die Übertragungsgüte der untersuchten Strecke getroffen werden, s.B. wieder in Werten der Silbenverständlichkeit.
  • Die Differenzbildung sum Vergleich der Analyse ergebnisse läßt sich auch auf dem in Pig. 3 veranschaulichten Wege durchführen. Das Aralyeeergebnls Ax, das der zu untersuohenden Übertragungsstrecke X zugeordnet ist, wird in Form eines eines Zeit-Frequenz-Amplitudenspektrums des verzehrten Lautet vorrats# x auf die beschriebene Weise gewonnen. Das Vergleichsspektrum stammt jetzt aber nicht von einem ebenfalls verzerrten Signal, sondern es wird dazu der ursprüngliche, nicht gestörte Lautevorrat#o in Form seines Zeit-Frequenz-Amplitudenspektrums Ao herangezogen. Durch den Vergleichsprozeß erhält man wieder ein dreidimensionales Differenzspektrum# A = Ao - AX. Durch entsprechende Bewertung dieses Ergebnisses läßt sieX daraus wieder eine Aussage über die erfolgte Qualitätsminderung der übertragenen Sprache ableiten. Diese Angabe kann in einem bekannten Maßsystem erfolgen, sie kann z.B. in Werten der Silbenverständlichkeit für die untersuchte Übertragungsstrecke ausgedrückt werden.

Claims (3)

Patent ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke durch V.rgleioh eines über die Strecke übertragenen Testlautevorrates mit einem Teatlautevorrat bekannter Sprachqualität, d a d u r ¢ h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Amplltudenspektrum Ax (# ) jedes einzelnen Sprachlautes getrennt sowohl zeitlich als auch frequenzgemäß mit wenigsten. einem auf denselben Sprachlaut zurückgehenden, aus dem Testlautevorrat bekannter Sprachqualität entnommenen Amplitudenspektrum (A~ (#) verglichen wird und die Gesamtheit der individuellen Veränderungen # A = (Az - A) der einzelnen Sprachlaute einer bestimmten Qualitätsaussage, z.B. einen Verständlichkeitawert zugeordnet wird. (Fig. 1)
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit-, Frequenz- und Amplitudenspektren des Testlautevorrates bekannter Sprachqualität/(Az) aus einem Speicher entnommen werden, in dem sie in Form eines Katalogs mit abgestuften Sprachqualitätswerten z.B. Silbenverständlichkeitswerten enthalten sind. (Fig. 2)
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit-1 Frequenz- und Amplitudenspektren des Testlautevorrate bekannter Sprachqualität (Az) aus dem auf die zu untersuchende Strecke übertragenen Testlautevorrat vor seiner Übertragung gewonnen werden . (Fig.3) L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2826818A1 (de) * 1977-06-20 1979-02-08 Cselt Centro Studi Lab Telecom Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines kuenstlichen sprechsignals
DE3708002A1 (de) * 1987-03-12 1988-09-22 Telefonbau & Normalzeit Gmbh Messverfahren zum beurteilen der guete von sprachcodierern und/oder uebertragungsstrecken
DE19813285A1 (de) * 1998-03-26 1999-09-30 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur automatischen Messung der Sprachverständlichkeit in Kraftfahrzeugen

Cited By (4)

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