Разработка объективных методов оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Нгуен Фи Туен

• Нгуен Фи Туен
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Фи Туен

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ существующих методов оценки качества передачи информации по каналам связи, оборудованным

10

эхоподавляющими устройствами

1.1 Особенности развития современных сетей связи и сети

10

связи Вьетнама

1.1.1 Особенности развития современных сетей

10

связи

15

1.1.2 Особенности сети связи Вьетнама

1.2. Явление "электрического эха и методы борьбы с его

мешающими воздействиями

1.3. Критерии оценки качества передачи информации по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими устройствами

1.4. Методы оценки качества передачи информации по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими устройствами (объективные и субъективные)

1.4.1. Анализ косвенных методов контроля качества телефонного канала связи

1.4.2. Анализ технических объективных и субъективных методов оценки качества передачи телефонной информации

1.4.3. Анализ прямых субъективных методов оценки качества передачи телефонной информации

1.5. Обоснование необходимости совершенствования

объективных методов оценки качества передачи

телефонной информации по каналам связи

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. Разработка новой методики объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным

57

каналам связи

2.1. Понятие обобщенного критерия работоспособности устройств контроля качества передачи речевой

57

информации

2.2. Выбор интегрального критерия оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным

£ П

каналам связи

2.2.1. Общие требования к критериям оценки качества передачи речевой информации и понятие интегрального критерия оценки

2.2.2. Численные методы оценки качества передачи

72

речевой информации,

2.3. Изложение сути новой методики объективной оценки качества передачи речевой информации

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. Возможности технической реализации метода объективной оценки качества передачи речевой информации

по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими

94

устройствами

3.1. Размещение устройства объективного контроля качества передачи речевой информации (УОКК) на

эхозащищенном канале связи

3.2. Разработка математической модели устройства объективного контроля качества передачи речевой информации

3.3. Разработка алгоритма работы устройства объективного контроля качества передачи речевой информации

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования

работоспособности метода объективной оценки качества передачи речевой информации с помощью имитационного

127

моделирования

4.1.Разработка математической основы и логической

129

структуры алгоритма имитационной модели

4.2.Программная реализация метода объективной оценки качества передачи речевой информации по

147

эхозащищенным каналам связи

147

4.2.1. Разработка программы имитационной модели

148

4.2.2. Подготовка источников речевых сигналов

154

4.3.0бработка результатов машинного моделирования

, л л

4.4. Анализ результатов экспериментальных исследовании...

и гг т

4.5. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

167

ЛИТЕРАТУРА

171

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

177

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

196

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка объективных методов оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи»

ВВЕДЕНИЕ

Состояние вопроса и задачи исследования. Успехи развития вычислительной, электронной техники связи, совершенствование технологии производства микроэлектронной аппаратуры, опыт эксплуатации эхоподавляющих устройств подтверждают перспективы решения поставленной перед отраслью связи задачи наиболее эффективного использования существующих направляющих сред и повышения качества передачи информации. Из всех видов передаваемой информации по каналу связи речевая занимает наиболее значительную часть.

Развитие национальной сети связи Вьетнама и международной сети приводит к увеличению числа каналов с повышенным временем распространения сигнала. К таковым, в частности, относятся все каналы, организованные по спутниковым линиям связи, и некоторые каналы, образованные по проводным линиям связи.

Наибольший объем информации в настоящее время передается в виде телефонных сообщений. В каналах с повышенным временем распространения из-за явления электрического эха качество речевой информации резко снижается, переговоры затягиваются из-за переспросов, требуемое число каналов возрастает. В ряде случаев использование таких каналов становится невозможным.

Эффективными средствами борьбы с явлением электрического эха являются эхоподавляющие устройства, реализующие методы

самобалансирующейся дифсистемы; эхозаграждения;

компенсации эхосигнала, осуществляемые эхоподавляющими устройствами типа эхозаградителей и эхокомпенсаторов. Каналы связи, оборудованные подобными устройствами, называются эхозащищенными.

Качество передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи может оцениваться на основе субъективного и объективного методов контроля [1][2][3][4][б][7][8].

По рекомендациям МККТТ [13][14] субъективные методы оценки дают более достоверные результаты. Однако, с точки зрения автоматизации процесса контроля, они обладают существенными недостатками: необходимость привлечения многочисленных подготовленных артикуляционных бригад операторов и аудиторов; трудоемкость и длительность проведения измерений и обработки полученных результатов; необходимость в специально оборудованных помещениях и другое.

Существующие объективные методы, представленные в разных рекомендациях МККТТ, обладают недостатками, состоящими в том, что результаты измерений не имеют необходимого совпадения с результатами субъективных измерений, проведенных на эталонной системе, которые МККТТ считает достоверными. Другими недостатками существующих объективных методов контроля являются: необходимость содержания сложных и трудно реализуемых устройств измерений; необходимость прерывания связи по каналу во время проведения испытаний, что считается основным отрицательным фактором при массовых измерениях.

Анализ состояния вопроса позволяет сделать вывод о том, что российские и зарубежные ученые идут по пути совершенствования и устранения конкретных недостатков объективного метода контроля качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи.

В данной работе осуществлена попытка комплексного подхода к совершенствованию и созданию нового объективного метода контроля качества, имеющего: высокую точность оценки; высокую эффективность применимости проведения контроля качества; возможность отсутствия перерыва связи в процессе оценки.

Целью диссертационной работы является решение актуальной задачи исследования и разработки метода объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи и практической его реализации.

Разрабатываемый метод должен, на основе автоматизации процедуры объективного контроля, оценить качество передачи по эхозащищенным каналам без перерыва связи, и не зависеть от типа испытуемой системы.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие частные задачи исследования:

- анализ существующих методов оценки качества передачи речевой информации по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими устройствами;

- разработка интегрального критерия оценки качества;

- разработка новой методики объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи; .

разработка математических моделей устройства

объективного контроля качества передачи речевой информации, реализующих новые методы объективной оценки качества передачи, позволяющих провести оценку без перерыва связи;

- разработка алгоритма реализации предлагаемого метода контроля качества;

- выбор элементной базы при технической реализации устройства контроля качества;

- разработка математических основ и логической структуры алгоритма имитационной модели, реализующей новый метод оценки качества передачи речевой информации;

- экспериментальные исследования нового объективного метода оценки;

подготовка рекомендации по применению устройства объективного контроля качества (УОКК) на сети связи.

Научная новизна настоящей работы состоит в том, что в ней предложен комплексный подход к созданию нового объективного метода автоматического контроля качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи, позволяющего оценить качество без перерыва связи, базирующегося на основе понятия эквивалентного по мешающему воздействию уровня шума и использования корреляционного принципа обнаружения речевых сигналов на фоне шумов.

Основные положения, представленные к защите:

1. Разработка нового объективного метода контроля качества вызвана необходимостью обеспечения автоматического контроля по прямым показателям без перерыва связи. Существующие субъективные и объективные методики не удовлетворяют предъявленным требованиям.

2. Мешающее воздействие эффекта электрического эха при времени задержки эхосигналов, превышающем 600 миллисекунд, равноценно мешающему воздействию внятной переходной помехи с уровнем, равным уровню эхосигналов. - .......

3. Мешающее воздействие эффекта клиппирования сигнала равноценно мешающему воздействию гладкого аддитивного шума с минимальным уровнем, обеспечивающим нарушение разборчивости подавленного эффектом клиппирования отрезка речи данного уровня.

4. Количественно специфический характер этих мешающих факторов равнозначен, и может быть учтен как разность предельно допустимых значений внятной помехи и гладкого шума в телефонном канале.

5. Оценка качества передачи речевой информации представляется реалистическим интегральным критерием, отражающим показатели качества по громкости, по разборчивости и по натуральности.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный метод объективного контроля качества

передачи речевой информации по каналам, оборудованным эхоподавляющими устройствами, позволяет при достаточно высокой точности, обеспечивающей величину коэффициента вариации не более 10%, проводить автоматизированную оценку качества без прерывания связи.

УОКК, реализованное на основе сигнального микропроцессора АБ8Р2181, позволяет одновременно контролировать качество передачи речевой информации по всем тридцати каналам потока.

Результаты диссертационной работы в виде алгоритма, математических и имитационных моделей УОКК и его среды функционирования внедрены в опытно-конструкторские разработки, проводимые в малом государственном предприятии "НИИР", а также в учебный процесс Ханойского института связи и МТУСИ, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Нгуен Фи Туен

Основные результаты данной' работы заключаются в следующем:

1. В результате анализа существующих методов оценки качества передачи речевой информации установлено:

- субъективные методы дают возможность обеспечить меньшую ошибку оценок измерений по мнению МСЭ-Т. Однако, наряду с достоинствами они имеют существенные недостатки, основные из которых: необходимость привлечения многочисленных тренированных артикуляционных бригад операторов и аудиторов; трудоемкость и длительность проведения артикуляционных измерений и обработки полученных результатов; необходимость в специально оборудованных помещениях (малый уровень шума).

- применяемые ранее технические (объективные) методы нецелесообразно использовать для автоматического контроля из-за необходимости прерывания связи на время проведения испытаний, что является основным отрицательным фактором при проведении массовых измерений.

- отмеченные выше недостатки существующих методов контроля требуют разработки нового метода объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи без участия операторов и без перерыва связи. При этом метод должен обеспечивать независимость получения оценки от типа испытуемой системы и быть автоматизированным.

2. С целью совершенствования метода объективного контроля качества разработан реалистический интегральный критерий оценки. В результате анализа интегрального критерия качества установлена цифровая пятибалльная шкала оценки, рассчитаны пороговые значения оценок по критериям громкости, разборчивости и натуральности с учетом основных характеристик канала связи. Данные результаты дают возможность использовать их при разработке устройства контроля.

3. Разработан новый метод оценки, позволяющий объективно контролировать качество передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи, базирующийся на основе понятия эквивалентного по мешающему воздействию уровня шума, позволяющий адекватно оценить интегральное мешающее воздействие основных для эхозащищенного телефонного канала факторов: шума телефонного канала, остаточного эхосигнала и частичного клиппирования сигнала ближнего абонента нелинейным процессором эхоподавляющего устройства.

4. Практическая реализация предлагаемой методики возможна при использовании корреляционного принципа обнаружения речевых сигналов на фоне шумов, позволяющего дифференцировать значимость каждой из составляющих в интегральную объективную оценку качества передачи и оценить общее качество передачи с учетом степени субъективного мешающего воздействий этих факторов.

5. Разработан вариант подключения устройства объективного контроля на канале, позволяющий без перерыва связи оценить качество передачи. Причем УОКК должен подключаться в точки входа - выхода четырехпроводной части канал ТЧ.

6. Разработаны математические модели и обобщенный алгоритм метода объективного контроля качества. Результаты, полученные путем усреднения оценок более 30 переговоров, позволяют получить оценку с требуемой достоверностью.

7. Предложен сигнальный процессор АБ8Р2181 в качестве базового варианта технической реализации данного устройства контроля. Возможность одновременного контроля качества по каналам потока Е1 выдвигает процессор АБ8Р2181 в ряд наиболее целесообразно применимых для реализации предлагаемой методики оценки качества передачи телефонной информации.

8. Разработаны математические основы имитационной модели, реализующей предлагаемую методику, отвечающую требованиям руководящих документов и международной рекомендации МСЭ-Т.

9. Разработаны логический алгоритм и прикладное программное обеспечение имитационной модели метода объективного контроля качества, позволяющие оценить влияние структур абонентских линий и каналов и работы различных видов эхоподавляющих устройств на качество передачи речевой информации.

10. С помощью имитационного моделирования произведена сравнительная оценка качества передачи речевой информации при различных возникающих ситуациях в период ведения переговоров с целью определения работоспособности устройства объективного контроля. В результате показано, что:

- УОКК способно оценить влияние мешающих факторов: эхосигнала, других видов помех и клиппирования сигнала ближнего абонента, на качество передачи речевой информации.

- с использованием УОКК может быть достигнута высокая точность измерения качества передачи, обеспечивающая величину коэффициента вариации и не более 10%, при статистическом усреднении результатов измерений 30 переговоров.

- эхоподавляющие устройства рекомендуются включать в канал связи при затухании несогласованности дифференциальных систем меньше 33 дБ.

11. Анализируя результаты экспериментальных исследований на имитационной модели, целесообразно рекомендовать применять УОКК в процессе эксплуатации, как достоверное средство автоматического контроля качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Фи Туен, 1999 год

Литература

1. Цыбулин М. К. Подавление электрического эха в телефонных каналах. - Радио и связь, Москва 1988 г.

2. Вемян Г. В. Качество телефонной передачи и его оценки. -Москва, Связь 1970 г.

3. Носов В. Н ; Суторихин Н. Б. Один из способов контроля за качеством передачи телефонных сигналов. - JI; ТУИС 1980 г.

4. Федрович В. Н ; Эльсниц А. Г. Методы оценки качества телефонной передачи, рекомендуемые МККТТ. - Москва, Связь 1958 г.

5. МККТТ - исследовательская комиссия XII, документ № 30 - 1966 г.

6. Вемян Г. В. Передача речи по сетям электросвязи. -Москва, Радио и связь 1985 г.

7. Покровский Н. Б. Расчет и измерения разборчивости речи. -М; Связь 1962 г.

8. Петрова М. 3. Исследования факторов, влияющих на оценку и нормирование телефонных сетей по эквивалентному затуханию. М; ЦНИИС 1970 г.

9. ГОСТ 8031-78. Аппаратуры телефонные. Тональный метод измерения разборчивости речи.

10. МККТТ рекомендация Р.79. Желтая книга, том III .1, 1981 г.

11. МККТТ рекомендации серии Р. Желтая книга, том V, 1981г.

12. Study group XII - Report № 7, 1983 , p. 42-43.

13. МККТТ рекомендация Р.62. Синяя книга, том V, 1988 г.

14. МККТТ рекомендации серии Р. Красная книга, том V, 1962г.

15. МККТТ рекомендации серии Р. Оранжевая книга, том V, 1980 г.

16. CCITT - Study group XII - Report № 6, 1983.

17. Сурков Ю. П. Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной и внутризоновых первичных сетей. - Москва; министерство связи Российской федерации 1996 г.

18. Сурков Ю. П. Нормы на электрические параметры каналов ТЧ магистральной и внутризоновых первичных сетей. -Москва; министерство связи Российской федерации 1996 г.

19. Омельченко В. А. Основы спектральной теории распознавания сигналов. - Харьков; Вища школа 1983 г.

20. Петленко Б. И, Бутырский JI. С. Речевая связь в искусственных атмосферах. - Москва; Связь 1978 г.

21. Проблемы построения систем понимания речи. - Москва; Наука 1980 г.

22. Рамишвили Г. С. . Автоматическое опознавание говорящего по голосу. - Москва; Радио и связь 1981 г.

23. Котов А. В. Человеческие факторы в телефонии. - М.; Связь 1980 г.

24. Цвикер Э. Фельдкеллер Р. Ухо как приемник информации. - перевод с немецкого . - Москва; Связь 1971 г.

25. Сапожков М. А. Электроакустика. - Москва; Связь 1978 г.

26. Сапожков М. А. Ефимов А. П. Справочник / Акустика. -Москва; Радио и связь 1989 г.

27. Зелигер Г. В. Критерии оценки качества систем связи. - М.; Связь, 1974г.

28. Лев А. Ю. , Гитлиц М. В. Теоретические основы многоканальной электросвязи. - М.; Радио и связь, 1985 г.

29. Баева Н. Н. Многоканальная электросвязь и РРЛ. - М. ; Радио и связь, 1984 г.

30. Шаврин С. С. Руководящий документ: Требования по установке эхоподавляющих устройств. - Москва, 1997 г.

31. Дж. Фланаган. Анализ, синтез и восприятие речи. Перевод с английского языка А. А. Пирогова. - Москва. Связь, 1968г.

32. Нгуен Фи Туен "Особенности развития современных сетей связи и сети связи Вьетнама" - Депонированная статья; ВИНИТИ; № 2096-св97, с. 35-44.

33. Нгуен Фи Туен, Цыбулин М. К. "Проблема контроля качества передачи информации по эхозащищенным каналам связи" - Депонированная статья; ВИНИТИ; № 2096-св97, с. 45-54.

34. Нгуен Фи Туен, Цыбулин М. К. "Выбор критерия оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи" - Депонированная статья; ВИНИТИ; № 2096-св97, с. 15-23.

35. Баева Н. Н., Гордиенко В.Н. Многоканальные системы передачи. Москва; Радио и связь, 1997г.

36. Попов Б. В. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи. Москва; Радио и связь, 1996г.

37. Лобоцкая Н. Л. Основы вышей математики. Минск, Вышэйшая школа, 1978 г.

38. Марков. С. Цифровые сигнальные процессоры. Москва, МИКРОАРТ, 1996 г.

39. Кунегин С. В., Пестов В. Ю., Кукушкин А. Г. Эхокомпенсатор и эхозаградитель на основе цифрового процессора обработки сигналов ТМ8320С10. Москва, электросвязь № 9 - 1995г. с. 26-29.

40. Запорощенко Е. К. Исследование и разработка методов объективной оценки качества работы эхоподавляющих устройств компенсационного типа. Диссертация на соискание звания к.т.н. - М.; 1989г.

41. Лам Куок Кыонг Разработка и исследование новых методов адаптивной эхокомпенсации. Диссертация на соискание звания к.т.н. - М.; 1995г.

42. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики. -М.; Финансы и статистика, 1996г.

43. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники, книга первая. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. -Сов. радио.

44. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.; Радио и связь, 1982 г.

45. Нгуен Фи Туен, Цыбулин М.К. Измеритель качества передачи речевых сигналов./ Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи: Тезисы докладов научной международной конференции. М. - МТУ СИ, 1997г. с 171.

46. Цыбулин М.К., Нгуен Фи Туен Спектрально-временной анализ речевых сигналов./ Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи: Тезисы докладов научной международной конференции. М. - МТУСИ, 1997г. с 172.

47. Нгуен Фи Туен, Цыбулин М.К. Модернизация объективных методов оценки качества передачи речевой информации по каналам связи./ Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова: Тезисы докладов научной конференции. М. 1997г. с 103.

48. Шаврин С.С., Лихачев Н.И., Мусатова О.Ю., Шлыков A.B. Способ обнаружения речевых сигналов на фоне шумов. - A.C. №1469559 от 1.12.88 г. Опубл. в Б.И.№ 12, 89 г.

49. Шаврин С.С., Каримов Х.А., Цыбулин М.К. Устройство контроля эхозаградителей. - A.C. №1626397 от 8.10.91 г. Опубл. в Б.И.№ 5, 91 г.

50. Шаврин С.С., Лихачев Н.И. Методические указания по применению микропроцессорной элементной базы при дипломном проектирования, в УИРС и НИРС. - М. : МЭИС, 1989 г. 41 с.

51. ADSP-2100 family User's Manual. - Analog Devices, Inc. Computer Products Division One Technology Way. - Third Edition, 9/1995.

52. Нгуен Ф.Т., Цыбулин М.К. Новый объективный метод оценки разборчивости речевой информации, передаваемой по каналу связи. М. : Электросвязь, № 1,1999г.

53.Рабинер Л. Р., Шафер Р. В. Цифровая обработка речевых сигналов. Пер. с агл. -М. - Радио и связь, 1981г. -496с.

54. Михайлов В. Г., Залатоустова Л. В. Измерение параметров речи. - Под ред. М. А. Сапожкова. - М. Радио и связь, 1987г. 168с.

55. Назаров М. В., Прохоров Ю. Н. Методы цифровой обработки и передачи речевых сигналов. -М. Радио и связь, 1985г. 176с.

56. Погрибной В. А. Яковлев В. П. Дельта-модуляция при цифровой фильтрации, корреляционном анализе и дискретном преобразовании Фурье. Зарубежная радиоэлектроника. -1987г. - №8, - с. 23-41.