AT528299B1

AT528299B1 - Verfahren und Kommunikationssystem zur Verbesserung der Wiedergabequalität von Audiosignalen

Info

Publication number: AT528299B1
Application number: ATA50900/2024A
Authority: AT
Inventors: Neuhaus Alexander; Sobtzick Christian
Original assignee: Frequentis Ag
Priority date: 2024-11-14
Filing date: 2024-11-14
Publication date: 2025-12-15
Also published as: AT528299A4

Abstract

Verfahren und Kommunikationssystem zur Verbesserung der Wiedergabequalität von Audiosignalen, welche über Funk, insbesondere von einem Luftfahrzeug (10), als Sprechfunkmeldung (11) ausgesendet wurden, bei dem a) zumindest ein unverändertes Audiosignal (1) von einem Kommunikationssystem (12) empfangen wird, wobei das unveränderte Audiosignal ein Nutzsignal und ein Störsignal aufweist, wobei das Störsignal durch mehrere Störsignalanteile gebildet ist, b) das Audiosignal um Störsignalanteile reduziert und über einen mit dem Kommunikationssystem verbundenen Fluglotsenarbeitsplatz (13) an einen Fluglotsen (14) als durch ein Filter gefiltertes Audiosignal in Echtzeit wiedergegeben wird, c) ein Differenzsignal zwischen dem unveränderten Audiosignal und dem gefilterten Audiosignal, parallel zur Wiedergabe am Fluglotsenarbeitsplatz, gebildet wird, d) eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung das Differenzsignal auf allfällig vorhandene Stimmenanteile der Sprechfunkmeldung überprüft, und e) bei Unterschreiten eines vorbestimmten Qualitätsschwellenwertes eine Aktion am Fluglotsenarbeitsplatz ausgelöst wird.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der WMedergabequalität von Audiosignalen, welche über Funk, insbesondere von einem Luftfahrzeug, als Sprechfunkmeldung ausgesendet wurden. Die Erfindung betrifft auch ein Kommunikationssystem zum Empfangen von unveränderten Audiosignalen, welche über Funk, insbesondere von einem Luftfahrzeug als Sprechfunkmeldung ausgesendet wurden, aufweisend ein Computersystem, welches umfasst: ein Filter, welches einen Eingang zum Empfangen eines unveränderten Audiosignales aufweist, sowie einen Ausgang zur Übertragung eines gefilterten Audiosignals an eine Audiovorrichtung eines Fluglotsenarbeitsplatzes.

[0002] Bei der Funkkommunikation kommt es regelmäßig zu signalstörenden Ereignissen, bei welchen das eigentliche Audiosignal, das aus Sequenzen menschlicher Sprache besteht, von Rauschanteilen verschiedener, teilweise technisch nicht kontrollierbarer Herkunft, überlagert wird. So führt auch der im Bereich der Flugverkehrslienkung und -überwachung sowie z.B. in der maritimen Kommunikation verwendete analoge Funk zu einer deutlichen Limitierung der AudioQualität (Bandbreite etwa 300 Hz bis 3 kHz) der übertragenen Sprachsignale. Auch andere Störgeräusche, die durch die Umgebung oder Übertragung entstehen, können die Kommunikation beeinflussen. Je nach Ausprägung führen die Störungen zu einer verringerten Sprachverständlichkeit bis hin zur Unverständlichkeit der übertragenen Sprache. Es ist daher wünschenswert, die Wiedergabequalität von empfangenen Audiosignalen mit technischen Mitteln zu verbessern.

[0003] Die AT 526211 A1 zeigt ein solches Verfahren, bei welchem ein Fluglotse während des Sprechfunkbetriebs entscheiden kann, ob er den Abschnitt einer gerade gehörten, aber als zu sehr gestört empfundenen Funkmeldung sich nochmals in gefilterter Fassung wiedergeben lässt. Dafür werden parallel zur unveränderten Funkübertragung gefilterte Audioabschnitte von einem elektronischen System erstellt und für die Wiedergabe bereitgehalten. Nachteilig ist hier, dass der Fluglotse zusätzlich zu seiner regulären Tätigkeit die Aufgabe zu erfüllen hat, zu entscheiden, ob er sich Abschnitte aus dem Funk wiederholen lassen möchte. Zudem ist in manchen Situationen nicht vorhersehbar, ob die Wiedergabe des gefilterten Abschnitts eine entscheidend bessere Klangqualität hat. Es ist ebenso nicht vorhersehbar, ob Abschnitte zu stark gefiltert und wesentliche Sprachanteile darin unterdrückt sind.

[0004] Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, dass die Qualität von Sprechfunkmeldungen in Echtzeit verbessert, aber die Sicherheitsanforderungen beispielsweise in der Luftfahrtkommunikation erfüllt. Zudem sollen den Fluglotsen Möglichkeiten gegeben werden, das System an seine Wünsche betreffs der Audioqualität anzupassen.

[0005] Die Erfindung zum Erreichen dieser Ziele ist ein Verfahren, bei welchem

a) zumindest ein unverändertes Audiosignal von einem Kommunikationssystem empfangen wird, wobei das unveränderte Audiosignal ein Nutzsignal und ein Störsignal aufweist, wobei das Störsignal durch mehrere Störsignalanteile gebildet ist,

b) das Audiosignal um Störsignalanteile reduziert und über einen mit dem Kommunikationssystem verbundenen Fluglotsenarbeitsplatz an einen Fluglotsen als durch ein Filter gefiltertes Audiosignal in Echtzeit wiedergegeben wird, wobei

c) ein Differenzsignal zwischen dem unveränderten Audiosignal und dem gefilterten Audiosignal, parallel zur Wiedergabe am Fluglotsenarbeitsplatz, gebildet wird,

d) eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung das Differenzsignal auf allfällig vorhandene Stimmenanteile der Sprechfunkmeldung überprüft, und

e) bei Unterschreiten eines vorbestimmten Qualitätsschwellenwertes eine Aktion am Fluglotsenarbeitsplatz ausgelöst wird.

[0006] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass in Schritt d) während der Qualitätsprüfung zumindest ein Indikator gebildet wird, der auf mindestens einem Zahlenwert basiert, welcher für die Menge allfällig vorhandener Stimmenanteile im Differenzsignal steht. Für den Indikator wird ein Qualitätsschwellenwert für Schritt e) festgelegt. Dadurch ist es möglich, das Filter automatisch aus und ggf. wieder einzuschalten. Zudem ist es möglich, dem Nutzer die In-

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dikatorwerte anzuzeigen, um ihm zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen, um die Qualität der Filterung besser beurteilen zu können.

[0007] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Aktion darin besteht, Art und/oder Parameter des Filters zu reduzieren oder das unveränderte Audiosignal anstatt dem gefilterten Audiosignal am Fluglotsenarbeitsplatz wiederzugeben. Auch dadurch wird es besonders möglich, die Filterwirkung an variierende Anteile von Störsignalen anzupassen.

[0008] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Aktion nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet wird, oder die Aktion zu beenden, wenn der Qualitätsschwellenwert für eine vorbestimmte Zeit wieder überschritten wird. Vorteilhaft ist daran, dem Nutzer Justierarbeit in Bezug auf das Filter durch Automatisierung abzunehmen und ihm dadurch die Konzentration auf die eigentliche Sprachmitteilung zu erleichtern.

[0009] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Aktion manuell durch den Fluglotsen beendet wird. Diese Option ist vorteilhaft für Nutzer, die eine Eigenkontrolle über das System behalten wollen.

[0010] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass bei der Aktion zusätzlich das Abgeben eines akustischen oder optischen Signals an den Fluglotsen erfolgt, wobei das optische Signal insbesondere entweder anzeigt, dass das Filter nicht aktiv ist oder es einen Skalenwert zur Filterqualität anzeigt. Solche Zusatzinformationen steigern das Verständnis des Nutzers in einer besonderen Funksituation, die durch variierende Störsignalanteile beeinträchtigt ist.

[0011] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass das unveränderte Audiosignal aufgezeichnet wird, wobei insbesondere Abschnitte des aufgezeichneten Audiosignals an den Zeitpunkten markiert werden, an denen eine Aktion begonnen oder ggf. geendet hat. Vorteilhafterweise kann dadurch in besonders problematischen Situationen ein Audioabschnitt nochmals zu Vergleichszwecken angehört werden. Dies erhöht das Verständnis der Sprachmeldung.

[0012] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Aktion das Wiedergeben eines vergangenen Abschnitts des unveränderten Audiosignales einer vorbestimmten Länge umfasst. Dadurch kann sich vorteilhafterweise der Nutzer selbst ein Bild davon machen, wie stark das ungefilterte Signal gestört war.

[0013] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass das gefilterte Audiosignal aufgezeichnet wird. Vorteilhafterweise kann diese Aufzeichnung nach dem Kommunikationsvorgang zu Auswertungszwecken und Lernzwecken herangezogen werden.

[0014] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass das zumindest eine unveränderte Audiosignal ein analoges, insbesondere über VHF-Sprechfunk gesendetes, Audiosignal ist. Dadurch ist das Verfahren auf einen wichtigen Frequenzbereich im Flugfunk anwendbar.

[0015] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass das Filter ein digitales Filter ist. Digitale Filter sind wirkungsvoller und flexibler als analoge Filter.

[0016] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Art und/oder die Parameter des Filters am Fluglotsenarbeitsplatz, insbesondere durch den Fluglotsen, ausgewählt werden und/oder veränderbar sind. Dies erhöht die Kontrollierbarkeit und ggf. die Anpassbarkeit des Fluglotsenarbeitsplatzes an wechselnde Nutzer mit unterschiedlichen Hörpräferenzen.

[0017] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass anhand der Qualitätsprüfung die Art und/oder die Parameter des Filters ausgewählt werden und/oder veränderbar sind. Vorteilhafterweise ist das Verfahren dadurch dynamisch an veränderliche Empfangsbedingungen anpassbar.

[0018] Eine Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass mindestens eine Datei, insbesondere eine Textdatei, eine Tabellendatei oder eine Datenbank angelegt wird, welche zumindest umfasst: das aufgezeichnete unveränderte Audiosignal, das aufgezeichnete gefilterte Audiosignal, Art und Parameter des Filters, Zeitpunkte der Aktionen, sowie eine Funkkanal-Identifikation. Dies ermöglicht eine Auswertung der Verfahrensergebnisse nach mehreren Funkereig-

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nissen zur Verbesserung des Verfahrens für weitere Funkereignisse.

[0019] Das eingangs genannte Kommunikationssystem erreicht die Ziele dadurch, dass das Computersystem weiterhin eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung umfasst, welche mit dem Filter in Datenverbindung steht, wobei ferner die Einrichtung mit einer Bildschirmanzeige (Graphical User Interface) des Fluglotsenarbeitsplatzes in Datenverbindung steht.

[0020] Eine Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass in der Einrichtung zur Qualitätsprüfung während der Qualitätsprüfung zumindest ein Indikator bildbar ist, der mindestens einen Zahlenwert umfasst, welcher für die Menge allfällig vorhandener Stimmenanteile im Differenzsignal steht und wobei für den Indikator ein Qualitätsschwellenwert für vorbestimmt ist. Dadurch ist es möglich, die Filteraktivität automatisch aus und ggf. wieder einzuschalten. Zudem ist es möglich, dem Nutzer die Indikatorwerte anzuzeigen, um ihm zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen, um eine aktuelle Funknachricht besser verstehen zu können.

[0021] Eine Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass in das Computersystem dazu programmiert und/oder ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß der oben beschriebenen Schritte auszuführen.

[0022] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

[0023] Fig. 1 zeigt den schematischen Weg eines Funksignals von einem Flugzeug bis zum Fluglotsenarbeitsplatz,

[0024] Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm über die Verarbeitung eines Audiosignals.

[0025] Die hier vorgeschlagene Lösung betrifft ein Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Signalverbesserung von Sprachsignalen bei sicherheitskritischer und störgeräuschbehafteter Kommunikation (z.B. Air Traffic Management, ATM, Flugfunk zwischen Pilotin und Fluglotsen oder im maritimen Bereich, z.B. Global Maritime Distress and Safety System, GMDSS). Dieses Verfahren wird in Echtzeit angewendet und gewährleistet, dass keine Sprachinformation gefiltert wird und somit verloren gehen könnte.

[0026] Ein direkter Eingriff in die Live-Kommunikation im Sinne einer Veränderung eines empfangenen Sprachsignals, bevor bzw. während dieses am Kopfhörer oder Lautsprecher des Empfängers (wie z.B. eines Fluglotsen) ausgegeben wird, ist vor allem dann problematisch, wenn nicht sichergestellt werden kann, dass durch die Aufbereitung des Originalsignals wesentliche Sprachanteile herausgefiltert bzw. unterdrückt werden. Falls Audiosignale verändert werden, muss sichergestellt werden, dass dies ohne Informationsverlust passiert.

[0027] Gemäß Fig. 1 wird wie üblich eine Sprechfunkmeldung 11 von einem Luftfahrzeug 10 ausgesendet und von einer Bodenstation 15 empfangen. Das Audiosignal 1 wird von einem Kommunikationssystem 12 verarbeitet und an einem Fluglotsenarbeitsplatz 13 wiedergegeben. Dem Fluglotsen 14 können neben dem Ausgabegerät 4 (Lautsprecher, Kopfhörer, etc.) über eine Anzeige- und Eingabegerät 8 („Graphical User Interface“, GUI), wie etwa einem Bildschirm und einer Computertastatur, zusätzliche Daten zur Funksituation visuell dargestellt werden.

[0028] Ein Teil des Kommunikationssystems 12 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Audiosignal 1 wird durch ein Filter 2 in einem Audioverbesserungsmodul (Audio Improvement Service) elektronisch gefiltert und als gefiltertes Signal 3 an das Ausgabegerät 4 weitergegeben. Gleichzeitig wird mit dem Filter 2 ein Differenzsignal 6 gebildet und an einen Detektor, den die Qualitätsprüfung 5 verwendet, weitergeleitet.

[0029] Die Auswertung des Differenzsignals 6 (Original minus bearbeitetes Signal) ermöglicht eine Qualitätssicherung der Audio-Verbesserung, da es auf allfällige Anteile von Sprache geprüft wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine Sprachinformation verloren geht. Dies kann in Echtzeit oder auch mit gespeicherten Signalen erfolgen. Funktioniert die Audiobearbeitung/filterung optimal, so enthält das Differenzsignal 6 nur Störgeräusche und keine Sprachfragmente. Zur Auswertung des Differenzsignals 6 könnte z.B. der Modulationsindex, der in Analysen von Audiodateien bekannt ist, herangezogen werden.

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[0030] Das Audiosignal 1 wird also gleichzeitig

a) dem Nutzer (z.B. Fluglotsen 14) am Lautsprecher oder Headset (Ausgabegerät 8) ausge-

beben, und zwar wahlweise a.1 das eingehende unbearbeitete Audiosignal 1, oder a.2 das verbesserte Sprachsignal (gefiltertes Audiosignal 3);

b) und es erfolgt die Auswertung des Differenzsignals 6 und eine Indikation (mithilfe bekannter sog. Key Performance Indices, KPIs 7) für den Nutzer, ob relevante Informationen herausgefiltert wurden (Qualitätssicherung), wobei

c) dem Nutzer wird zusätzlich ein zeitlich begrenzter Audioabschnitt, der durch den Detektor in der Qualitätsprüfung 5 definiert wurde, entweder das unbearbeitete Audiosignal (ungefiltert) oder wiederum durch ein Filter (allerdings mit höherer Latenz für verbesserte Audioqualität), zum Nachhören ausgebbar bereitgehalten.

[0031] Der Nutzer kann das originale Audiosignal 1 oder das verbesserte, gefilterte Audiosignal 3 zur Wiedergabe auswählen. Diese Funktion wird im sogenannten „VCS“ (Voice Communication System), dem (Sprach-)Vermittlungssystem, an das die Funkempfänger angeschlossen sind, realisiert. Als besonderes Merkmal kann die beschriebene Qualitätssicherung genutzt werden, um den aktiven Algorithmus zur Klangverbesserung automatisch abzuschalten (bei z.B. entsprechender Identifikation von Sprachanteilen im Differenzsignal 6), um so einen Informationsverlust zu verhindern.

[0032] In einem weiteren Schritt kann die Auswahl bzw. Einstellungen der Audio-Algorithmen von Filter 2 auch automatisiert und in Abhängigkeit der Bewertung des Differenzsignals 6 erfolgen. Dies kann die Sprachqualität weiter optimieren und die Arbeit des Fluglotsens 14 noch effizienter gestalten.

[0033] Die Berechnung der Audio-Algorithmen, also der auf das Sprachsignal angewandten Verbesserung, erfolgt mittels eines Services als Komponente der VCS-Software und läuft in Echtzeit bei der Wiedergabe des aufgezeichneten Sprachsignales ab oder wird direkt auf den Live-Audiostream gerechnet.

[0034] Zur Verbesserung der Sprachqualität können verschiedene Filtertypen als Filter 2 genutzt werden. Im Falle von digitalen Filtern ist neben Rechenaufwand (und Speicherbedarf) auch die Latenz, also die durch die Signalverarbeitung erzeugte Verzögerung des Audiosignals zu berücksichtigen.

[0035] Mit einem parametrischen Equalizer (Mittenfrequenz, Amplitudenänderung und Filtergüte sind einstellbar) können bestimmte Frequenzen oder Frequenzbereiche angehoben oder absenkt werden. Damit können schmalbandige und statische Störgeräusche reduziert werden, ohne die Verständlichkeit des Sprachsignals maßgeblich zu beeinflussen. Bei breitbandigen Störgeräuschen, die im wesentlichen Sprachfrequenzbereich liegen bzw. sich mit diesem überlappen, sind solche Filter bei der Störgeräuschreduktion allerdings wenig geeignet.

[0036] Bei der Nutzung des analogen VHF-Sprechfunks ist die Sprache üblicherweise von einem breitbandigen Rauschen überlagert. Um dieses breitbandige Rauschen ausreichend stark filtern Zu können, kommen komplexere Algorithmen zur Anwendung. Das können klassische adaptive Filter (z.B. Wiener Filter) aber auch Kl-basierte Filter (z.B. „Convolutional Neural Networks“, CNN, oder „Recurrent Neural Networks“, RNN) sein. Im Falle von Kl-basierten Filtern kann durch entsprechendes Training auf typische Störgeräusche eine sehr hohe Reduktion (> 20 dB) der Störgeräusche erreicht werden, ohne das Sprachsignal zu beeinträchtigen. Die Qualität solcher Klbasierter Filter, also die maximal mögliche Reduktion der Störgeräusche ohne Beeinflussung der Sprache, hängt dabei vom Rechenaufwand (und Speicherbedarf) sowie der Latenz ab und ist üblicherweise deutlich höher als bei klassischen Filtern.

[0037] Um die Anforderungen üblicher Air Traffic Control-Standards (ATC-Standards, z.B. EUROCAE ED-136) an die Gesamtlatenz (Verzögerung des übertragenen Audiosignals) eines IPbasierten Sprachkommunikationssystems erfüllen zu können, sollte das Filter 2 nur eine minimale Latenz verursachen (etwa 10 ms). Eine höhere Latenz (z.B. etwa 50 oder 100 ms) erlaubt aber

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eine bessere Identifikation von Störsignal und Sprachsignal und damit auch eine bessere Trennung dieser Signalanteile. Wenn nun wegen der im ATC-Bereich vorgegebenen Anforderungen die Latenz im direkten Signalweg minimal sein soll, kann die Auswertung des Differenzsignals 6 mit dem Detektor der Qualitätsprüfung 5 bei einer höheren Latenz (z.B. 50 oder 100 ms) zusätzliche Informationen erzeugen, die bei sicherheitskritischer Kommunikation dafür sorgen, dass keine Sprachinformation verloren geht. Die höhere Latenz des Detektors ist trotzdem noch ausreichend gering, um das Filter 2 automatisiert abzuschalten und/oder eine Warnung für den Nutzer auszulösen.

[0038] Alternativ kann der Flugloste 14 einen für unbefriedigend gehaltenen Audioabschnitt, der mit dem Filter 2 bearbeitet wurde, auch mit der Funktion des „Short term recordings“, also der kurzzeitigen Sprachaufzeichnung nochmal abhören und dabei einen weiteren Filter (z.B. ein Filter wie aus der AT 526211 A1 des Standes der Technik bekannt) zuschalten, um die Sprachverständlichkeit zu verbessern. Hierbei wirkt sich die höhere Latenz des hier eingesetzten Filters nicht negativ aus, weil der Fluglotse 14 in dieser Situation ohnehin mit einer gewissen Zeit für das nochmalige Abhören des Funkspruchs rechnet. Zudem hält der Fluglotse 14 die laufende Kommunikation ohnehin für kurz unterbrechbar und unterbricht sie auch tatsächlich, um den kritischen Audioabschnitt sich nochmals vorspielen zu lassen.

[0039] Das im direkten Signalweg liegende Filter 2 kann vom Nutzer ein- und ausgeschaltet oder in seiner Wirkung eingestellt werden (Grad der Störgeräuschreduktion). Der auf das Differenzsignal wirkende Detektor ist immer aktiv, wenn das Filter 2 eingeschaltet ist und liefert einen mitlaufenden Indikator, z.B. die KPIs 7, für die Qualität der Signalfilterung, d.h. den Anteil an Sprachfragmenten. Der Detektor liefert also einen kontinuierlichen Wert, der gegen einen vorgegebenen Schwellwert geprüft wird. Der daraus gebildete Indikator kann dem Fluglotsen 14 z.B. als Zahlenwert, in Kategorien (z.B. A, B, C oder dergleichen), als Farbcode oder beweglichen Zeiger auf einer Skala angezeigt werden.

[0040] Gemäß Fig. 2 können die KPIs 7 zweifach genutzt werden, und zwar zum einen als (hauptsächlich graphische) Anzeige am Fluglotsenarbeitsplatz 13, nämlich um dem Fluglotsen 14 während der Kommunikation visuelle Hinweise auf die Qualität der Filtertätigkeit zu geben. Zum anderen werden sie genutzt, um an das Filter 2 zurückgegeben zu werden, und zwar entweder für die automatische Abschaltung des Filters 2 bei zu geringer Filterqualität, oder für laufende Anpassungen der Filterparameter in Filter 2.

[0041] Es ist ebenso möglich, nicht nur unterschiedliche Einstellungen des Filters 2 vorzunehmen oder zu ändern, sondern auch die Auswahl des Filtertyps/Algorithmus im direkten Signalweg. Die Evaluierung von verschiedenen Filtertypen (bzw. verbesserten Kl-Modellen) des Filters 2 wird durch die gespeicherten (Vergleichs-)Daten, die das zweite Filter liefert, erleichtert. Gerade im Bereich von Kl-basierten Filtern gibt es eine stetige Weiterentwicklung, die eine (wiederkehrende) Evaluierung erforderlich machen kann.

[0042] Folgende KPIs 7 oder Metriken können zur qualitativen Beurteilung der Signalfilterung genutzt werden — diese können sowohl für das eingehende Audiosignal 1 als auch für das Differenzsignal 6 verwendet werden:

* Signalpegel, d.h. Amplitude des Audiosignals,

* Crestfaktor, d.h. Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert,

* Signal-Rausch-Verhältnis, d.h. Verhältnis von Nutzsignalleistung zu Rauschleistung (gefiltertes Signal zu Differenzsignal),

* Frequenzspektrum, über ein Zeitfenster gemittelte Frequenzanteile - hier könnte zwischen typischen bzw. untypischen Verlauf unterschieden werden,

* Qualitätsindex (nur auf das Differenzsignal 6 anwendbar).

[0043] Der Signalpegel des Differenzsignals 6 liefert bei eingeschaltetem Filter 2 eine direkte Aussage über den Pegel der Störgeräusche und ob diese in einem für Flugfunk typischen Bereich liegen. Auch das Signal-Rausch-Verhältnis von gefiltertem Signal 3 zu Differenzsignal 6 ermöglicht eine Aussage der eingehenden Signalqualität.

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[0044] Wesentlich für die Qualitätssicherung ist die Berechnung des Qualitätsindex basierend auf der Analyse des Differenzsignals 6. Im Falle eines Kl-basierten zweiten Filters innerhalb der Qualitätsprüfung 5 würde das Model z.B. Werte zwischen 0 und 1 liefern, wobei 1 reines Nutzsignal (Sprache) wäre und 0 reines Störsignal (Rauschen). Die Wertebereiche bzw. Schwellwerte können durch Analyse von aufgezeichneten Daten (z.B. Legal Recordings) festgelegt werden.

[0045] Das Verfahren ist leicht in ein GUI integrierbar. Erstens sind GUI, die laufend und in Echtzeit Informationen zum Funkkanal bereitstellen, ohnehin an Fluglotsenarbeitsplätzen 13 obligatorisch, zweitens bestehen die anzuzeigenden KPIs 7 aus Ziffernangaben, die zweckmäßig im Umfeld anderer bereits gezeigter Ziffernangaben angeordnet werden können, oder aus Symbolen und farblichen Hinweisen (z.B. grüne Ziffernhinterlegung für optimale Filterfunktion), die ebenso einfach in vorhandene graphische Anzeigeverfahren untergebracht werden können.

Claims

A ‚hes AT 528 299 B1 2025-12-15 Ss N Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbesserung der WMedergabequalität von Audiosignalen, welche über Funk, insbesondere von einem Luftfahrzeug (10), als Sprechfunkmeldung (11) ausgesendet wurden, bei dem

a) zumindest ein unverändertes Audiosignal (1) von einem Kommunikationssystem (12) empfangen wird, wobei das unveränderte Audiosignal (1) ein Nutzsignal und ein Störsignal aufweist, wobei das Störsignal durch mehrere Störsignalanteile gebildet ist,

b) das Audiosignal (1) um Störsignalanteile reduziert und über einen mit dem Kommunikationssystem (12) verbundenen Fluglotsenarbeitsplatz (13) an einen Fluglotsen (14) als durch ein Filter (2) gefiltertes Audiosignal (3) in Echtzeit wiedergegeben wird,

c) ein Differenzsignal (6) zwischen dem unveränderten Audiosignal (1) und dem gefilterten Audiosignal (3), parallel zur Medergabe am Fluglotsenarbeitsplatz (13), gebildet wird,

d) eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung (5) das Differenzsignal (6) auf allfällig vorhandene Stimmenanteile der Sprechfunkmeldung (11) überprüft, und

e) bei Unterschreiten eines vorbestimmten Qualitätsschwellenwertes eine Aktion am Fluglotsenarbeitsplatz (13) ausgelöst wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) während der Qualitätsprüfung (5) zumindest ein Indikator (7) gebildet wird, der auf mindestens einem Zahlenwert basiert, welcher für die Menge allfällig vorhandener Stimmenanteile im Differenzsignal (6) steht und wobei für den Indikator (7) ein Qualitätsschwellenwert für Schritt e) vorbestimmt ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die Aktion darin besteht, Art und/oder Parameter des Filters (2) zu reduzieren oder das unveränderte Audiosignal (1) anstatt dem gefilterten Audiosignal (3) am Fluglotsenarbeitsplatz (13) wiederzugeben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktion nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet wird, oder die Aktion zu beenden, wenn der Qualitätsschwellenwert für eine vorbestimmte Zeit wieder überschritten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktion manuell durch den Fluglotsen (14) beendet wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Aktion zusätzlich das Abgeben eines akustischen oder optischen Signals an den Fluglotsen (14) ist, wobei das optische Signal insbesondere entweder anzeigt, dass das Filter nicht aktiv ist oder es einen Skalenwert zur Filterqualität anzeigt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das unveränderte Audiosignal (1) aufgezeichnet wird, wobei insbesondere Abschnitte des aufgezeichneten Audiosignals (1) an den Zeitpunkten markiert werden, an denen eine Aktion begonnen oder ggf. geendet hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktion das WMedergeben eines vergangenen Abschnitts des unveränderten Audiosignales (1) einer vorbestimmten Länge umfasst.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gefilterte Audiosignal (3) aufgezeichnet wird.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine unveränderte Audiosignal (1) ein analoges, insbesondere über VHF- Sprechfunk gesendetes, Audiosignal (1) ist.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (2) ein digitaler Filter ist.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und/oder die Parameter des Filters (2) am Fluglotsenarbeitsplatz (13), insbesondere durch den Fluglotsen (14), ausgewählt werden und/oder veränderbar sind.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Qualitätsüberprüfung (5) die Art und/oder die Parameter des Filters (2) ausgewählt werden und/oder veränderbar sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Datei, insbesondere eine Textdatei, eine Tabellendatei oder eine Datenbank, angelegt wird, welche zumindest umfasst: das aufgezeichnete unveränderte Audiosignal (1), das aufgezeichnete gefilterte Audiosignal (3), Art und Parameter des Filters (2), Zeitpunkte der Aktionen, sowie eine Funkkanal-Identifikation.

15. Kommunikationssystem (12) zum Empfangen von unveränderten Audiosignalen (1), welche über Funk, insbesondere von einem Luftfahrzeug (10) als Sprechfunkmeldung (11) ausgesendet wurden, aufweisend ein Computersystem, wobei das Computersystem umfasst:

ein Filter (2), welches einen Eingang zum Empfangen eines unveränderten Audiosignales (1) aufweist, sowie einen Ausgang zur Übertragung eines gefilterten Audiosignals (3) an eine Audiovorrichtung (4) eines Fluglotsenarbeitsplatzes (13),

dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem weiterhin eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung (5) umfasst, welche mit dem Filter (2) in Datenverbindung steht, wobei ferner die Einrichtung mit einer Bildschirmanzeige (8) des Fluglotsenarbeitsplatzes (13) in Datenverbindung steht.

16. Kommunikationssystem (12) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung zur Qualitätsprüfung (5) während der Qualitätsprüfung (5) zumindest ein Indikator (7) bildbar ist, der mindestens einen Zahlenwert umfasst, welcher für die Menge allfällig vorhandener Stimmenanteile im Differenzsignal (6) steht und wobei für den Indikator (7) ein Qualitätsschwellenwert für vorbestimmt ist.

17. Kommunikationssystem (12) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem dazu programmiert und/oder ausgebildet ist ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen