Měřič kvality přenosu řeči

Článek popisuje měřicí přístroj pro měření kvality přenosu řeči v telefonní síti na analogových rozhraních. Skládá se z HW části a SW, který provádí vyhodnocení výsledků na připojeném PC. Výsledkem měření je parametr MOS, R-faktor a další dílčí parametry.

Abstract - Voice Transmission Quality Tester

The measuring device for quality measure of speech transmission on the analog telephone network interfaces is presented. It consists of hardware and software for evaluation results on the connected PC. The measuring result is a parameter MOS, R-factor and other sub-parameters.

---

Měřič kvality přenosu řeči (VTQ tester) byl konstruován se snahou poskytnout komplexní měření a co nejpřesnější vyhodnocení přenosové cesty, a proto výsledkem měření je vedle MOS více parametrů, které postihují kvalitu přenosu hovorového signálu. K testeru náleží software pro připojené PC, který slouží pro komunikaci s přístrojem a zpracování měření. Je použita metodika dle doporučení  ITU-T  P.863.

Obr. 1 Vzhled funkčního vzorku přístroje

Základní funkce a technické údaje

Napájení přístroje (obr. 1) je zajišťováno ze sítě se jmenovitým napětím 230 V, 50 Hz. K vypnutí a zapnutí přístroje slouží kolébkový vypínač na přední straně přístroje. Pro komunikaci s PC je určeno rozhraní RS232 na zadní straně přístroje. Pro měření přenosové cesty jsou určeny dva konektory na přední straně měřícího zařízení, do kterých se zapojují telefonní přístroje. K signalizaci stavu zařízení slouží 3 kontrolky na přední straně přístroje. USB port slouží jako servisní port.

Mechanické parametry: rozměry V x Š x H – 43 x 235 x 225 mm (bez přívodního kabelu), krytí IP30 (umístění uvnitř budovy).

Elektrické parametry: napájecí napětí 230 V ±10%, 50 Hz, vlastní klidový odběr max. 50 mA, přístrojová pojistka T250 V/0,4 A.

Připojení telefonních přístrojů k VTQ testeru je prováděno podle obr. 2.

Obr. 2 Připojení telefonních přístrojů

Od telefonního přístroje je nutno odpojit mikrotelefon a místo mikrotelefonu je připojen VTQ tester. Jelikož zapojení mikrotelefonu není standardizováno, může mít každý výrobce toto zapojení jiné. VTQ tester má mikrotelefon zapojen podle obr. 3.

Obr. 3 Zapojení mikrotelefonu

Provádění a vyhodnocení měření

Ověření správného zapojení mikrotelefonu u telefonního přístroje je možné poslechem testovacích hovorových sekvencí generovaných přístrojem. Před začátkem měření je nutno vytvořit spojení mezi telefony. Pokud je spojení navázáno, odpojí se mikrotelefony a místo mikrotelefonů se zapojí VTQ tester. V programu VTQ tester na PC se spustí měření. Po odeslání a odměření všech vzorků přes telefonní kanál začne přenos naměřených dat do PC přes sériové rozhraní.

Po příjmu všech naměřených i originálních vzorků je spuštěn algoritmus výpočtu kvality řeči. Tento algoritmus porovná všechny naměřené vzorky s originálními a vypočte jednotlivé parametry, jako je například MOS a R-faktor (obr. 4).

Obr. 4 Výsledky měření

Z obrázku je patrné, že bylo provedeno celkem 12 měření. Při měření jsou použity 3 různé hovorové sekvence, které jsou opakovaně vysílány do telefonního kanálu, a to celkem 4 krát.

Hlavním parametrem, který určuje věrnost hovoru při přenosu mezi telefonními přístroji, je parametr MOS (Mean Opinion Score). Tento parametr byl zaveden pro subjektivní hodnocení řeči, ale používá se i pro objektivní měřicí metody a využívá bodové stupnice 1 až 5. Ze všech naměřených vzorků jsou spočítány jednotlivé hodnoty MOS a pak je určena střední hodnota MOS, která je zobrazena v levém spodním rohu. Zároveň je i graficky zobrazováno slovní hodnocení kvality řeči.

U každé vyhodnocené řečové sekvence je možné zobrazit různé časové a frekvenční charakteristiky. Nad každým sloupečkem, který zobrazuje jedno měření, je umístěno tlačítko s popiskem „Detail“. Po kliknutí na toto tlačítko se zobrazí vypočtené parametry pro dané měření a navíc je možné si zobrazit různé charakteristiky jak naměřeného, tak i originálního vzorku. Tyto vzorky lze zobrazovat i současně či je lze vzájemně porovnávat. Příklad zobrazení časových charakteristik originálního a naměřeného vzorku je uveden na obr. 5.

Obr. 5 Detailní zobrazení jednoho měření

Hlavní vyhodnocované parametry:

• MOS – Mean Opinion Score – parametr kvality řeči
• Speech Quality – Vyjadřuje slovní hodnocení kvality přenášeného hovorového vzorku.
• R-faktor – Další z parametrů, který numericky vyjadřuje hlasovou kvalitu.
• MSE – Mean Square Error – Průměrná kvadratická chyba
• NMSE – Normalized Mean Square Error – Normalizovaná průměrná kvadratická chyba
• MAE – Mean absolute error – Střední absolutní chyba
• SNR – Signal-to-noise ratio – Poměr signálu k šum
• PSNR – Peak signal-to-noise ratio – Poměr maximální hodnoty signálu k šumu
• Crude delay – Přibližné zpoždění mezi vysláním a příjmem

Při přenosu naměřených hovorových vzorků do počítače jsou vzorky převedeny do zvukového formátu wav a uloženy na disk. K těmto naměřeným vzorkům se lze kdykoli v budoucnu vrátit a vypočítat všechny parametry tak, jako jsou počítány při měření. Program dále umožňuje porovnávat dva vzorky samostatně. Pro uchování vypočtených dat je možné uložit naměřená data do souboru.