V dnešní době jsou stále více používány systémy
umožňující přenos řečových signálů (telefonních hovorů) v paketové formě.
Ke zhodnocení případného zhoršení kvality řeči lze použít subjektivní metody.
Subjective methods for voice quality classification
Abstract
Today are still in use systems, which enable transmission of voice signals (phone calls) in packet form. To evaluate potential decrease of voice quality subjective methods can be used.
Systémy pro přenos
hovorových signálů založené na technologii zdrojového kódování řeči a
následného paketového přenosu přes datové sítě se v dnešní době začínají
rozvíjet a uplatňovat v čím dál větší míře. Jejich hlavní výhodou je úspora přenosové
kapacity a výrazně nižší provozní i pořizovací cena. S tím úzce souvisí i
úspora prostředků vynaložených na přenos hovorových signálů telekomunikační
sítí a konečná cena hovoru. Při použití těchto zařízení je díky kódování snížena
celková přenosová kapacita na cca jednu třetinu až čtvrtinu, při zachování
únosné kvality signálu. Pomocí paketovacího mechanismu lze zase dosáhnout efektivního
využití jednotných prostředků pro přenos dat i hovoru.
Je pochopitelné, že
tyto výhody s sebou nesou i nevýhody. Těmi je hlavně zhoršení kvality přeneseného
hovorového signálu a jeho zpoždění – obzvlášť při opakovaném kódování
(kompresi) a rekonstrukci. Pro testování kvality přenosu řečového signálu
telekomunikačními zařízeními a systémy byly vyvinuty dvě základní metody,
subjektivní a objektivní. Metody jsou detailně popsány v doporučeních ITU-T
řady P [1], [2], [3] a [4].
Metody subjektivního ohodnocení kvality
Metody
subjektivního ohodnocení kvality jsou určeny pro obecné použití. Jsou nezávislé
na typu degradace hovorového signálu, ať se jedná o ztrátu rámců, šum,
chybovost přenosu, ozvěny nebo nelineární zkreslení při použití kodeků s nízkými
přenosovými rychlostmi. K subjektivnímu posouzení kvality telekomunikačních
zařízení a systémů lze použít dva typy metod - poslechové a konverzační.
Konverzační metody
Konverzační testy jsou určeny k laboratorní simulaci
situací, se kterými se setkávají uživatelé telekomunikačních koncových zařízení. Při
použití konverzačních testů je nutné zvolit vhodné podmínky a testovací subjekty,
stejně důležité je i korektní vedení testu.
Princip testu je
následující: dva testovací subjekty (osoby) jsou umístěny do dvou zvukotěsných
místností, které jsou blízko kontrolní místnosti. Objem místností nesmí být
menší než 20 m3. Šum v obou místnostech musí být udržován na nejnižší
možné míře. Oba testovací subjekty vedou normální telefonní rozhovor a hodnotí
kvalitu přenosu hovorového signálu, zatímco obsluha v kontrolní místnosti mění
podmínky testu.
Škála pro ohodnocení kvality přeneseného hovorového signálu
je v případě konverzačních testů pětistupňová:
5 - výborně (Excellent)
4 - dobře (Good)
3 - průměrně (Fair)
2 - špatně (Poor)
1 - nedostatečně (Bad)
Poslechové metody
Výsledky
poslechových testů nejsou stejně realistické, jako testy konverzační. Omezení testovacích
podmínek jsou proto v určitých aspektech méně přísná. Umělost tohoto testu
znamená, že je nutné sledovat, kontrolovat a specifikovat mnoho parametrů,
které jsou při konverzačních testech automaticky v rovnováze. Proces testování
je však jednodušší, než u testů konverzačních. Princip testu je následující:
testovací subjekt je umístěn do zvukotěsné místnosti, která má objem v rozmezí
30 - 120 m3. Šum musí být opět udržován na co nejnižší možné míře.
Testovacímu subjektu jsou do sluchátka přehrávány testované hovorové signály a
subjekt hodnotí jejich kvalitu pomocí jedné z metod uvedených dále.
Metoda absolutního ohodnocení - ACR
Při testu založeném na metodě ACR (Absolute Category Rating)
jsou hodnoceny skupiny 2 - 5 na
sobě nezávislých vět po přenosu telekomunikačním zařízením. Testované vzorky se
hodnotí z různých hledisek. Následující škály ohodnocení jsou nejpoužívanější a
také mají nejvyšší vypovídací hodnotu:
Škála
poslechové kvality (Listening-quality scale) je stejná jako v případě konverzačních
testů. Výsledkem ohodnocení testovaných vzorků je hodnota MOS (Mean Opinium
Score).
Škála úsilí pro
porozumění (Listening-effort scale) je opět pětistupňová a její hodnoty
jsou:
5 - není nutné žádné
úsilí (Complete relaxation possible; no effort required)
4 - není nutné značné
úsilí (Attention necessary; no appreciable effort required)
3 - nutné určité úsilí
(Moderate effort required)
2 - nutné značné úsilí
(Considerable effort required)
1 - srozumitelné s maximálním úsilím (No meaning understood
with any feasible effort)
Výsledkem ohodnocení testovaných vzorků je hodnota MOSLE.
Škála ohodnocení hlasitosti (Loudness-preference scale)
- hodnoty této škály jsou:
5 - příliš hlasité (Much louder then preferred)
4 - hlasitější (Louder than preferred)
3 - přiměřená hlasitost (Preferred)
2 - tišší (Quieter than preferred)
1 - příliš tiché (Much quieter than preferred)
Výsledkem ohodnocení testovaných vzorků je hodnota MOSLP.
Metoda detekovatelnosti odezvy (Quantal-Response Detectability Method)
Tato metoda je
ideální pro získávání informací o přítomnosti či nepřítomnosti některých rušivých
vlivů (například ozvěny), které se mohou vyskytnout v hovorovém signálu. Škála
ohodnocení je v případě testů vytvořených na základě této metody většinou třístupňová,
obsahuje stupně:
A - slyšitelné - rušící (Objectionable)
B - slyšitelné - nerušící (Detectable)
C - nerušící (Not Detectable)
Metoda ohodnocení degradace - DCR
Metoda ACR není
vhodná pro testování kvalitních hovorových signálů, neboť není dostatečně
citlivá. Citlivější metodou pro tyto signály je metoda ohodnocení degradace DCR
(Degradation Category Rating). Metody tohoto typu jsou založeny na porovnávání
testovaného signálu se signálem referenčním. Hovorové signály jsou testovacímu
subjektu předkládány po dvojicích (A-B) nebo po opakovaných dvojicích (A-B-A-B),
kde A je signál testovaný a B referenční.
Škála ohodnocení je pětistupňová a obsahuje body:
5 - degradace je neslyšitelná (Degradation is inaudiable)
4 - degradace je slyšitelná, ale neruší (Degradation is
audiable but not annoying)
3 - degradace příliš neruší (Degradation is slightly
annoying)
2 - degradace je rušící (Degradation is annoying)
1 - degradace je velmi rušící (Degradation is very annoying)
Výsledkem ohodnocení testovaných vzorků je hodnota DMOS.
Metoda ohodnocení rozdílů - CCR
Metoda CCR (Comparison Category Rating) je velmi podobná
metodě DCR. Testovacím subjektům jsou opět předkládány dvojice signálů,
pořadí signálů se náhodně mění. Subjekt tedy nemá informaci o tom, který ze
signálů je testovaný a který je referenční. Subjekty tedy o dvojici signálů
podávají dvě informace: Který ze signálů byl kvalitnější? a o kolik?
Škála ohodnocení je sedmistupňová a obsahuje stupně:
3 - o mnoho lepší (Much better)
2 - lepší (Better)
1 - o málo lepší (Slightly better)
0 - přibližně stejné (About the same)
-1 - o málo horší (Slightly worse)
-2 - horší (Worse)
-3 - o mnoho horší (Much worse)
Výsledkem ohodnocení testovaných vzorků je hodnota CMOS.
Faktory ovlivňující výsledky subjektivního hodnocení
Na základě
empirických zkušeností získaných z testů subjektivního hodnocení bylo
zjištěno, že se výsledky jednotlivých hodnotitelů se mohou i výrazně lišit
v závislosti na okolním šumu, na stavu sluchových orgánů hodnotitelů, na
únavě hodnotitelů, na místě konání testu atd.
Okolní šum
Jestliže je
hladina okolního šum nižší o méně než 12 dB, stává se hovorový signál naprosto
nesrozumitelným [6]. Doporučení požaduje, aby hladina šumu byla co nejnižší,
ideálně by měla být nižší o více než 60 dB než je hodnocený vzorek.
Stav sluchových orgánů
Stárnutím dochází
k různým poruchám a poškozením sluchových orgánů. Např. velmi významnou
poruchou sluchu je chronické akustické trauma [7]. Při této poruše dochází k
trvalé sluchové ztrátě typicky na frekvencích 3 až 6 kHz, ačkoliv se postižený
pohyboval v prostředí se širokopásmovým hlukem.
Místo konání testu
Doporučení
vyžadují konání testu ve zvukotěsné místnosti větší než 20 (30) m3.
Tato místnost by měla být také bezodrazová. V menších místnostech může
dojít ke zkreslení zvuku vlivem odrazu.
Závěr
Subjektivní
hodnocení kvality řeči může být dobrou pomůckou při testování telekomunikačních
zařízení, avšak je velmi náročné na čas, podmínky testu a prostředky použité
pro test. Pro dosažení nezávislého výsledku je třeba několik desítek (spíše
stovek) hodnotitelů. Proto jsou pro určitá vývojová hodnocení lepší objektivní
metody, byť v některých případech nejsou vždy věrné. Objektivními metodami
se zabývá další článek.
Tento článek vznikl v rámci
grantu FRVŠ G1 2006 - 2830.
Literatura
[1] Doporučení ITU-T P.800: Methods for subjective
determination of transmission quality.
[2] Doporučení ITU-T P.862: Perceptual evaluation of speech
quality (PESQ), an objective method for end-to-end speech quality assessment of
narrowband telephone networks and speech codecs.
[3] Doporučení ITU-T P.862 Amendment 1: Revised Annex A: Source
code for the reference implementation and conformance tests.
[4] Doporučení ITU-T P.830: Subjective performance assessment
of telephone-band and wideband digital codecs.
[5] BENSON, B. K. Audio Engineering Handbook.
McGRAW-HILL BOOK, New York, 1998.
[6] GAN, R. Z. – FENG, B. – SUN, Q. Three-Dimensional
Finite Element Modelling of Human Ear for Sound Transmission. Annals of
Biomedical Engineering., 2004, vol. 32, no. 2, s. 847–859.
[7] LÍK, J. – PELLANT, A. – CHROBOK, V. Vztah
akustiky zevního zvukovodu a chronického akustického traumatu. Pardubice,
2002. Závěrečná zpráva o řešení projektu podpořeného Interní grantovou
agenturou Ministerstva zdravotnictví ČR, reg. č. NK 6179-3.
Metody subjektivního hodnocení kvality hovorových signálů
