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Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität einer Übertragungsstrecke.
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Bekannt sind versohiedene subjektive Methoden zur Bestimmung der Sprachqualität
nach der Übertragung über gestörte Kanäle.
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Beispiele dafür sind z.B. Ermittlung der Rückfragehäufigkeit, Verständlichkeitsmessungen
und Opinion-Teste in ihren verschiedenen Variationen, Isopräferenzmethoden.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung des angeführten Nachteils
dieses Verfahrens.
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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.
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Pür die Gewinnung des Testlautevorrates bekannter Sprachqualität ergeben
sich zwei MUgllchkeiten.
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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.
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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.
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Im folgenden wird anhand dieser schematischen Darstellungen das erfindungsgemäße
Verfahren näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt das Prinzip, die Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche
Ausführungsbeispiele.
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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.
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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.
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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.
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Für die Durchführung der Differenzbildung zum Vergleich der Analyseergebnisse
ergeben sich zwei verschiedene Möglichkeiten.
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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.
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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.
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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.