EP1288914A2 - Verfahren zur Korrektur von gemessenen Sprachqualitätswerten - Google Patents

Verfahren zur Korrektur von gemessenen Sprachqualitätswerten Download PDF

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EP1288914A2 EP02012790A EP02012790A EP1288914A2 EP 1288914 A2 EP1288914 A2 EP 1288914A2 EP 02012790 A EP02012790 A EP 02012790A EP 02012790 A EP02012790 A EP 02012790A EP 1288914 A2 EP1288914 A2 EP 1288914A2
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speech quality
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measured
correction
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L25/00—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
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    • G10L25/69—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00 specially adapted for particular use for evaluating synthetic or decoded voice signals
    • G—PHYSICS
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    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/0208—Noise filtering
    • G10L21/0216—Noise filtering characterised by the method used for estimating noise
    • G10L2021/02168—Noise filtering characterised by the method used for estimating noise the estimation exclusively taking place during speech pauses

Definitions

  • the invention relates to instrumental methods for measuring the speech quality of recorded or transmitted voice signals. Doing so will measure of speech quality assumed that e.g. with the ITU-T standard P.862 ("Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ), an Objective Method for end-to-end Speech Quality Assessment of Narrow-band Telephone Networks and Speech Codecs ", ITU-T, Geneva, 2001) become.
  • P.862 Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ), an Objective Method for end-to-end Speech Quality Assessment of Narrow-band Telephone Networks and Speech Codecs
  • the perceived speech quality z. B. for telephone connections or radio transmissions is mainly caused by simultaneous speech disorders, i.e. disorders during the Speech activity, determined. But noises in speech breaks also go into that Quality assessment, especially with high quality speech reproduction quality.
  • Speech quality determinations of speech signals are generally made using auditory ("subjective") investigations with test persons.
  • the goal of Instrumental ("objective") procedures for determining speech quality are made up of Properties of the speech signal to be evaluated by means of suitable computing methods To determine characteristic values that determine the speech quality of the speech signal to be assessed describe without having to resort to judgments from test subjects.
  • Known methods for instrumental determination of speech quality determine the speech quality based on a comparison between undisturbed reference speech signal (source speech signal) and the to be evaluated and possibly disturbed signal.
  • sample connection systems at which a known reference speech signal (source speech signal) is fed in at the source and z. B. transmitted over a telephone connection and recorded at the sink. After The speech signal is recorded and a speech quality value is calculated.
  • source speech signal source speech signal
  • Instrumental procedures for determining language quality are usually limited to Evaluation of sections with language activity.
  • the current ITU-T standard P.862 is also only limited to sections with the determination of the speech quality active language. Especially with high quality speech reproduction and noises that these methods (e.g. measuring methods subsequently only occur during pauses in speech) ITU-T Rec. P.862) unreliable quality values.
  • the speech quality here too optimistic because the speech quality felt by a listener is based on the entire signal including possible noises in the speech pauses.
  • Some instrumental procedures for determining speech quality such as B. the procedure according to ITU-T Rec. P.862, take into account the calculation of the speech quality values No sounds during the pauses in speech. The resulting measured values are especially with high playback quality in the case of voice activity but occurring noises during pauses in speech, unreliable. With the present method, the background noises are intended be taken into account in the pauses in the speech when determining the speech quality values.
  • the solution to the task assumes that the background noise in the Speech breaks regarding their disturbing influence on the perceived speech quality be rated.
  • intensity characteristics of the background noise are determined and with these values the speech quality measured values, which are determined by an instrumental Process, e.g. B. according to ITU-T Rec. P.862, were corrected.
  • the speech quality value using the source speech signal and the evaluating disturbed speech signal e.g. B. with the method according to ITU-T Rec. P.962, calculated.
  • These speech signals are also available to the subsequent correction process Input parameters available.
  • the correction procedure described here is required still the calculated speech quality value, the z. B. with the method according to ITU-T Rec. P.862 was calculated.
  • one or more intensity parameters are generated of the noise in pauses in speech.
  • This can e.g. B. the average loudness according to ISO 532 of the background noise during speech pauses.
  • Other intensity parameters e.g. Sharpness, impulsiveness, fluctuation strength
  • sharpness, impulsiveness, fluctuation strength can be included in the correction value. It it is assumed that increasing intensity values of one also increasing disturbance caused by the noise in speech pauses and thus lead to a greater reduction in the perceived speech quality.
  • the speech quality is rated too high by the described speech quality measurement methods.
  • One or more background noise intensity values during speech pauses are used to correct the measured speech quality value. Assuming that the measured speech quality value on a scale from 1 (low quality) to 5 (very good quality) according to ITU-T Recommendation P.800 ("Methods for objective and subjective assessment of quality", ITU-T, Geneva 1996 ), all values above a certain speech quality threshold value (e.g. above 3.0 in the ITU-T Rec. P.862 procedure) are reduced if background noise occurs during speech pauses.
  • This reduction depends on the intensity characteristics of the background noise, the proportion of the speech pauses in the overall signal PA and the speech quality value Y.
  • the function a (N) represents a clear and increasing weighting function of the intensity characteristic value N.
  • the corrected speech quality value is always less than or equal to the uncorrected value.
  • the correction is small if the intensity of the noise is low (N is small), there are only a few pauses in speech ( PA small) or the speech quality value is close to the speech quality threshold ( Y-YS small). Corrections are made more strongly if there are strong pause noises with an otherwise high speech quality Y.
  • the intensity parameters are weighted with the weighting functions a (N), b (M) and c (O) . Since an increasing disturbance with increasing values is assumed, clear and increasing weighting functions must also be used here.
  • the exemplary embodiment presented here shows an example of a correction of the speech quality values determined using the method according to ITU-T Rec. P.862 "PESQ" (status 2001).
  • This method provides a speech quality value by comparing an undisturbed source speech signal with the disturbed speech signal to be evaluated. These two speech signals are used to determine the mean loudness of the background noise in accordance with patent application DE 101 20 168.
  • the value N in sone thus calculated is used to correct the quality value calculated using the method according to ITU-T Rec. P.862 "PESQ” (status 2001) used.
  • the value of the threshold crossing YD is determined, ie by what proportion the measured speech quality Y exceeds the speech quality threshold YS .

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Abstract

Instrumentelle Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität von Sprachsignalen werten oft nur Signalabschnitte mit Sprachaktivität aus. Hintergrundgeräusche, die in den Sprachpausen auftreten, bleiben dabei unberücksichtigt. Auch der aktuelle ITU-T Standard P.862 "PESQ" beschränkt sich für die Berechnung des Sprachqualitätswertes auf Signalabschnitte mit Sprachaktivität. Wenn Hintergrundgeräusche in Sprachpausen auftreten, aber ansonsten hochqualitative Sprachqualität vorliegt, bewerten diese Messverfahren die Sprachqualität als zu hoch. Mit dem vorliegenden Verfahren werden die Geräusche in den Sprachpausen bei der Bestimmung der Sprachqualität berücksichtigt, in dem die gemessenen Sprachqualitätswerte korrigiert werden. Dazu werden ein oder mehrere Intensitätswert von den Hintergrundgeräuschen in den Sprachpausen (z. B. mittlere Lautheit) bestimmt und aus diesen sowie dem Anteil der Sprachpausen im Gesamtsignal und dem Qualitätswert selbst der Korrekturwert ermittelt, um den der gemessene Sprachqualitätswert reduziert wird. Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt die Korrektur der Sprachqualitätswerte unter Benutzung der mittleren Lautheit der Hintergrundgeräusche in Sprachpausen für den aktuellen ITU-T Standard P.862 "PESQ" (Stand 2001).

Description

Vorbemerkung
Die Erfindung bezieht sich auf instrumentelle Verfahren zur Messung der Sprachqualität von aufgezeichneten oder übertragenen Sprachsignalen. Dabei wird von Sprachqualitätsmesswerten ausgegangen, die z.B. mit dem ITU-T Standard P.862 ("Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ), an Objective Method for end-to-end Speech Quality Assessment of Narrow-band Telephone Networks and Speech Codecs", ITU-T, Genf, 2001) bestimmt werden.
Die empfundene Sprachqualität z. B. bei Telefonverbindungen oder Rundfunkübertragungen wird hauptsächlich von sprachsimultanen Störungen, also Störungen während der Sprachaktivität, bestimmt. Aber auch Geräusche in Sprachpausen gehen in das Qualitätsurteil ein, das insbesondere bei hochqualitativer Sprachwiedergabequalität.
Sprachqualitätsbestimmungen von Sprachsignalen werden in der Regel mittels auditiver ("subjektiver") Untersuchungen mit Versuchspersonen vorgenommen. Das Ziel von instrumentellen ("objektiven") Verfahren zur Sprachqualitätsbestimmung ist es dagegen, aus Eigenschaften des zu bewertenden Sprachsignals mittels geeigneter Rechenverfahren Kennwerte zu ermitteln, die die Sprachqualität des zu bewertenden Sprachsignals beschreiben ohne auf Urteile von Versuchspersonen zurückgreifen zu müssen.
Stand der Technik und Nachteile bekannter Verfahren
Bekannte Verfahren zur instrumentellen Bestimmung der Sprachqualität (z. B. ITU-T Rec. P.862 "PESQ") bestimmen die Sprachqualität anhand eines Vergleichs zwischen ungestörtem Referenzsprachsignal (Quellsprachsignal) und dem zu bewertenden und möglicherweise gestörten Signal.
Solche Messverfahren werden in sogenannten Probeverbindungssystemen eingesetzt, bei denen ein bekanntes Referenzsprachsignal (Quellsprachsignal) an der Quelle eingespeist und z. B. über eine Telefonverbindung übertragen und an der Senke aufgezeichnet wird. Nach der Aufzeichnung des Sprachsignals erfolgt die Berechnung eines Sprachqualitätswertes.
Instrumentelle Verfahren zur Sprachqualitätsbestimmung beschränken sich meist auf die Auswertung von Abschnitten mit Sprachaktivität. Der aktuelle ITU-T Standard P.862 beschränkt sich bei der Bestimmung der Sprachqualität ebenfalls nur auf Abschnitte mit aktiver Sprache. Insbesondere bei hochqualitativer Sprachwiedergabe und Geräuschen, die ausschließlich in Sprachpausen auftreten, liefern diese Verfahren (z. B. Messverfahren nach ITU-T Rec. P.862) unzuverlässige Qualitätswerte. Die Sprachqualität wird hier zu optimistisch bewertet, da die von einem Zuhörer empfundene Sprachqualität sich auf das gesamte Signal einschließlich möglicher Geräusche in den Sprachpausen bezieht.
Aufgabe
Einige instrumentelle Verfahren zur Sprachqualitätsbestimmung, wie z. B. das Verfahren nach ITU-T Rec. P.862, berücksichtigen bei der Berechnung der Sprachqualitätswerte die Geräusche in den Sprachpausen nicht. Die sich ergebenden Messwerte sind dadurch, insbesondere bei hoher Wiedergabequalität bei Sprachaktivität aber auftretenden Geräuschen in Sprachpausen, unzuverlässig. Mit dem vorliegenden Verfahren sollen die Hintergeräusche in den Sprachpausen bei der Bestimmung der Sprachqualitätswerte berücksichtigt werden.
Lösungsprinzip
Die Lösung der Aufgabe geht davon aus, dass die Hintergrundgeräusche in den Sprachpausen hinsichtlich ihres störenden Einflusses auf die empfundene Sprachqualität bewertet werden. Dazu werden Intensitätskennwerte des Hintergrundgeräusches ermittelt und mit diesen Werten die Sprachqualitätsmesswerte, die durch ein instrumentales Verfahren, z. B. nach ITU-T Rec. P.862, gewonnenen wurden, korrigiert.
Zunächst wird der Sprachqualitätswert unter Benutzung des Quellsprachsignals und des zu bewertenden gestörten Sprachsignals, z. B. mit dem Verfahren nach ITU-T Rec. P.962, berechnet. Diese Sprachsignale stehen dem anschließenden Korrekturverfahren ebenfalls als Eingangsparameter zur Verfügung. Zusätzlich benötigt das hier beschriebene Korrekturverfahren noch den berechneten Sprachqualitätswert, der z. B. mit dem Verfahren nach ITU-T Rec. P.862 berechnet wurde.
Ausgehend von den beiden Sprachsignalen werden ein oder mehrere Intensitätskennwerte des Geräuschs in Sprachpausen berechnet. Dies kann z. B. die mittlere Lautheit nach ISO 532 der Hintergrundgeräusche in Sprachpausen sein. Ein sehr effizientes Verfahren dafür ist in der Patentanmeldung DE 101 20 168 beschrieben. Auch andere Intensitätskennwerte (z.B. Schärfe, Impulshaftigkeit, Schwankungsstärke) können in den Korrekturwert einfließen. Es wird davon ausgegangen, dass zunehmende Intensitätskennwerte von einer ebenfalls zunehmenden Störung durch das Geräusch in Sprachpausen verursacht werden und damit zu einer stärkeren Verminderung der empfundenen Sprachqualität führen.
Die Sprachqualität wird bei guter Sprachwiedergabequalität und gleichzeitigen Geräuschen in den Sprachpausen von den beschriebenen Sprachqualitätsmessverfahren zu hoch bewertet. Ein oder mehrere Intensitätswerte des Hintergrundgeräusches in Sprachpausen werden dazu benutzt, den gemessenen Sprachqualitätswert zu korrigieren. Ausgehend davon, dass der gemessene Sprachqualitätswert auf einer Skala von 1 (niedrige Qualität) bis 5 (sehr gute Qualität) entsprechend der ITU-T Recommendation P.800 ("Methods for objective and subjective assessment of quality", ITU-T, Genf 1996), abgebildet wird, werden alle Werte oberhalb eines bestimmten Sprachqualitätsschwellwertes (z. B. bei dem Verfahren nach ITU-T Rec. P.862 oberhalb von 3,0) bei Auftreten von Hintergrundgeräuschen in Sprachpausen reduziert. Diese Reduktion ist von den Intensitätskennwerten des Hintergrundgeräusches, dem Anteil der Sprachpausen im Gesamtsignal PA und dem Sprachqualitätswert Y abhängig. Eine allgemeine Beschreibung dieser Korrektur ist für alle Sprachqualitätswerte Y oberhalb eines Sprachqualitätsschwellenwertes YS, bei der nur ein Intensitätskennwert (hier N) berücksichtigt wird. Dies kann z. B. die mittlere Lautheit des Hintergrundgeräusches in Sprachpausen sein: Y(korrigiert) = Y- ((Y- YS)) * a(N) * PA).
Die Funktion a(N) stellt eine eindeutige und steigende Wichtungsfunktion des Intensitätskennwertes N dar. Der korrigierte Sprachqualitätswert ist stets kleiner oder gleich dem unkorrigierten Wert. Die Korrektur fällt gering aus, wenn die Intensität des Geräusches gering ist (N ist klein), nur wenig Sprachpausen auftreten (PA klein) oder sich der Sprachqualitätswert in der Nähe des Sprachqualitätsschwellwertes befindet (Y- YS klein). Stärker wird korrigiert, wenn starke Pausengeräusche bei ansonsten hoher Sprachqualität Y auftreten. In Analogie dazu, kann die Korrektur der Sprachqualitätswerte auch mit Berücksichtigung mehrerer Intensitätskennwerte (hier als Beispiel N, M und O) erfolgen: Y(korrigiert) = Y- ((Y- YS)) * a(N) * b(M) *c(0) * PA)
Die Intensitätskennwerte werden mit den Wichtungsfunktionen a(N), b(M) bzw. c(O) gewichtet. Da von einer zunehmenden Störung bei steigenden Werten ausgegangen wird, sind hier auch eindeutige und steigende Wichtungsfunktionen anzusetzen.
Ausführungsbeispiel für die Korrektur von Sprachqualitätswerten, die mit dem Verfahren "PESQ" nach ITU-T P.862 bestimmt wurden
Das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel zeigt beispielhaft eine Korrektur der mit dem Verfahren nach ITU-T Rec. P.862 "PESQ" (Stand 2001) ermittelten Sprachqualitätswerte. Dieses Verfahren liefert durch den Vergleich eines ungestörten Quellsprachsignals mit dem zu bewertenden gestörten Sprachsignal einen Sprachqualitätswert. Diese beiden Sprachsignale dienen zur Bestimmung der mittleren Lautheit des Hintergrundgeräuschs entsprechend Patentanmeldung DE 101 20 168. Der so berechnete Wert N in sone wird zur Korrektur des mit dem Verfahren nach ITU-T Rec. P.862 "PESQ" (Stand 2001) berechneten Qualitätswertes benutzt. Die Korrektur des Qualitätswertes setzt erst ein, wenn N einen Wert von 1,3 sone überschritten hat (unterer Schwellwert): N1 = N - 1,3, wenn N1 <0, dann N1 = 0
   wenn N1 > 4, dann N1 = 4.
Der Wert der Schwellenüberschreitung N1 wird für die weiteren Schritte benutzt. Negative N1 werden nicht zugelassen, sondern auf N1 = 0 gesetzt. Ebenso wird N1 bei N1 = 4 begrenzt.
In einem zweiten Schritt wird der Wert N1 mit einer Konstanten und dem Anteil der Sprachpausen im Gesamtsignal PA (PA = 0...1) gewichtet: N2 = 0,45 * N1 * PA
Im nächsten Schritt wird der Wert der Schwellüberschreitung YD ermittelt, d.h. um welchen Anteil die gemessene Sprachqualität Y den Sprachqualitätsschwellwert YS überschreitet. Der dafür erforderliche Sprachqualitätsschwellwert YS ist gleich 3.0: YD = Y - YS, wenn YD < 0, dann YD = 0
Der Korrekturwert YK, der die Reduktion des Sprachqualitätswertes durch das Hintergrundgeräusch in Sprachpausen beschreibt, ist der mit der Schwellwertüberschreitung gewichtete Intensitätswert N2: YK = YD * N2
Dieser Korrekturwert wird vom ursprünglichen Y subtrahiert und damit ergibt sich der korrigierte Wert für die Sprachqualität Y(korrigiert): Y(korrigiert) = Y- YK.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Korrektur von gemessenen Sprachqualitätswerten, wobei die Sprachqualitätsmesswerte mittels instrumenteller Verfahren ermittelt werden, die ausschließlich die Signalabschnitte mit Sprachaktivität auswerten,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Geräusche in den Sprachpausen bei der Bestimmung der Sprachqualitätswerte berücksichtigt werden,
    dass dafür die Intensität der Hintergrundgeräusche in den Sprachpausen bestimmt wird und diese Kennwerte für die Korrektur der gemessenen Sprachqualitätswerte verwendet werden, und
    dass die Korrektur in der Weise erfolgt, dass der gemessene Sprachqualitätswert um einen Betrag reduziert wird, der aus einem oder mehreren gewichteten Intensitätskennwerten des Hintergrundgeräusches, dem Anteil an Sprachpausen im zu bewertenden Sprachsignal und dem gemessenen Sprachqualitätswert berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur für nach dem ITU-T Standard P.862 gemessene Sprachqualitätswerte in der Weise erfolgt, dass als Intensitätskennwert die mittlere Lautheit in Sprachpausen bestimmt wird und für die Korrekturberechnung der Betrag berücksichtigt wird, der den Schwellwert 1,3 sone überschreitet und auf maximal 4,0 sone begrenzt wird und dieser Wert mit einem konstanten Faktor (0,45), dem Anteil der Sprachpausen im Gesamtsignal und mit dem Anteil des gemessenen Sprachqualitätswertes multipliziert wird, der den Sprachqualitätsschwellwert von 3,0 übersteigt und einen Korrekturwert ergibt, der zur Ermittlung des korrigierten Sprachqualitätswertes vom gemessenen Sprachqualitätswert subtrahiert wird.
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