JP2008116954A

JP2008116954A - サンプルエラー係数の発生

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Publication number: JP2008116954A
Application number: JP2007282991A
Authority: JP
Inventors: Paul Barrett; バレット，ポール; Ludovic Malfait; マルフェイト，ルドヴィック
Original assignee: Psytechnics Ltd
Current assignee: Psytechnics Ltd
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2008-05-22
Also published as: US8548804B2; US20080106249A1; EP1918909B1; EP1918909A1; DE602006015328D1

Abstract

【課題】音声信号品質評価システムに使用するのに好適なサンプルエラー係数を発生することに関する。
【解決手段】第１信号と同様な第２信号との間のサンプルエラー係数を決定する方法において、第１信号から第１周期性測度を決定するステップ、第２信号から第２周期性測度を決定するステップ、上記第１周期性測度および上記第２周期性測度に応じて比率を発生するステップ、および上記比率に応じてサンプリングレートエラー係数を決定するステップからなる。
【選択図】図３

Description

ａ．発明の分野
本発明は、特に音声信号評価システムへの使用を対象とする、サンプルエラー係数の発生方法に関する。

通信リンクを介して搬送される信号は、数字化、暗号化や変調などの変形をかなり受ける場合がある。また、ロスの多い圧縮や伝送エラーの作用によって歪む傾向もある。

通信リンクを介して搬送される通話信号の聴取品質は、主観的実験によって評価できる。この実験の目的は、パネルを構成する聴取者にある種の傾向のある質問を行い、かつ限られた範囲のうちから回答を得ることによってシステムの通話品質に関する平均的なユーザーの知覚を求めることである。例えば、受話品質を判断するためには、ＢａｄからＥｘｃｅｌｌｅｎｔの五段階スケールで“音声の品質”を評価する質問をユーザーに行う。具体的条件に応じて、全受話者の評点を平均することによって平均オピニオン評点（ＭＯＳ）を算出する。しかし、この主観的な実験は相当な時間が必要であり、また実施コストも高い。

主観的な実験において信号が発生するＭＯＳ値を自動的に推定することを目的とする客観的なプロセスについては、開発段階であり、装置の開発、装置試験やシステム性能の評価に適用されているのが現状である。

いくつかの客観的プロセスもあるが、この場合には、既知の（基準）信号を、歪みを発生しているシステム（試験対象の通信ネットワークや他のシステム）に送り出し、劣化信号を誘導し、これを歪みのない基準信号と比較する必要がある。このようなシステムは、“侵入的”品質評価システムとして知られている。試験を行っている間、一般的に、試験対象のチャネルは現実に通話を行えないからである。

自動化システムを使用すると、聴取者が評価するよりも首尾一貫した評価が可能になり、また圧縮されたより簡単な試験が可能になるが、意味の通るものがないため、聴取者の評価と組み合わせると結果の信頼性が低くなる。

ｂ．関連のある技術
特に、１９９８年１０月１４日に付与された欧州特許第０６４７３７５号を始めとする多数の特許公報および出願公報が、侵入的品質評価に関する発明を開示している。この欧州特許第０６４７３７５号に開示されている発明では、試験信号の２つの初期に同じであるコピーを使用している。第１コピーを、試験対象の通信システムに伝送する。劣化している可能性のある生成した信号を基準コピーと比較し、劣化信号の音声エラーを確認する。これらの音声エラーを評価し、知覚的な有意味性を決定する。即ち、聞き手側にとって有意味であると考えられるエラーに、それほど有意味ではないと考えられるエラーよりも重い重みをつける。特に、聞き取れないエラーは、知覚的に適切ではなく、評価する必要はない。その他の公知文献については、後記文献リスト参照。

公知の侵入的品質評価方法の一つの問題は、基準信号のサンプリングレートと劣化信号のサンプリングレートとの間にわずかでもレート差があると、生成するＭＯＳが人工的に低くなる傾向がある（すなわち、自動化システムによって推測されたＭＯＳが、聞き手側による推測ＭＯＳと一致しなくなる）。

この問題は、サンプリングエラーが０．０１％でも発生する傾向がり、原因は、サンプリングレートＲで基準信号をサンプリングし、サンプリングレートＲ＋ｅで劣化信号をサンプリングした場合、このサンプリングレートｅにおけるレート差は、２つの信号の分光内容が、周波数の点で既に一致しなくなることを意味する。このアラインメントエラーは周波数に比例し、従って高周波では悪化する。

試験システムそれ自体を含む端末間チェーンの一つかそれ以上のステージがアナログステージ（analogue stage）を含む場合に、サンプリングエラーが発生することが最も多い。この場合、基準信号および劣化信号の有効サンプルレートは、異なるクロック源によって決定することができ、従ってクロックレート間にレート差があるとサンプルエラーが発生することになる。エラーの別な発生源は、適正なサンプル変換ファクターを使用するソフトウェアで実行されるアップダウン操作である。

どのような解決方法があるとしても必要な条件の一つは、タイムワープ（ｔｉｍｅ−ｗａｒｐｉｎｇ）アルゴリズムの存在下でこれを実施することである。この条件は、本発明によって満足させることができる。なぜなら、本発明は、試験信号の周期部分の分析に基づくものであり、タイムワープアルゴリズムの目的は、ピッチ周期、すなわち周期性を変更することなく、信号の一部の期間を増減することだからである。
欧州特許第０６４７３７５号 WO ０１／３１６３８ＡＵＳ２００３／２１９０８７Ａ１ＥＰ１１８７１００Ａ MOULINES E ET AL: ″Non-parametric techniques for pitch-scale and time-scale modification of speech″ SPEECH COMMUNICATION, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, Vol. 16, no. 2, February 1995 (1995-02)

送信（既知）信号と受信（場合によって劣化している）信号を比較することによって送信システムの主観的品質を推定する客観的モデルが本発明の対象である。また、本発明は、一般的な音声信号を対象とするモデルや、通話や音楽などの具体的な音声信号サブセットを対象として設計されたモデルにも同様に適用できる。本発明は、送信信号と受信信号との間のサンプリングエラーの存在下で主観的品質の推定（subjective quality prediction）の精度を以下のステップによって改善するものである。

１．試験信号の周期性を利用して、端末相互間試験チェーンによって誘導される場合のあるサンプルエラーを、送信信号と受信信号との間に周期性変化がある場合にこれを検出するステップ。この場合、試験信号としては、サンプルエラーの測定のみを対象とするパイロット信号を使用することができ、あるいは通話測度あるいは音声品質測度によって分析すべき基準信号・劣化信号ペアを使用することができる。
２．通話または音声品質測度によって分析すべき２つの信号のうち少なくとも一つを再サンプリングすることによって基準信号および劣化信号のサンプルレートをマッチングさせるステップ。

すなわち、本発明は、第１信号と同様な第２信号との間のサンプルエラー係数を決定する方法において、
ａ）第１信号から第１周期性測度を決定するステップ、ｂ）第２信号から第２周期性測度を決定するステップ、ｃ）上記第１周期性測度および上記第２周期性測度に応じて比率を発生するステップ、およびｄ）上記比率に応じてサンプリングレートエラー係数を決定するステップからなる上記方法を提供するものである。

第１信号が、通信チャネルを介して送信される第１既知信号で、そして第２信号が、この第１既知信号の場合によっては劣化している信号で、通信チャネルを介して受信された第１受信信号であることが好ましい。

一つの実施態様では、第１既知信号は、一つかそれ以上の音質からなる信号である。

一つの実施態様では、周期性測度を決定するステップａ）およびｂ）は、各信号の自動補正機能におけるピークの位置に応じて決定することができる各信号のピッチ周期を決定するステップを有する。あるいは、この周期性測度は、各信号のフーリエ変換における一つかそれ以上のピークの周波数に応じて決定することができる。

第１信号を複数の区分に分離し、これら第１信号の複数の各区分に関する区分サンプリングレートエラーについて、類似度測度が所定の閾値を越える第２信号の区分を選択するステップ、および区分第１周期性測度および区分第２周期性測度に応じて区分サンプルレートエラー係数を決定するステップに従ってこれらを決定し、そして得られた複数の区分サンプルレート係数に応じてステップｄ）でこのサンプリングレートエラー係数を決定することが好ましい。

周期性成分をもつ区分のみを使用するのが好ましい。

複数の区分サンプルを使用してヒストグラムを生成し、最大数の係数をもつヒストグラムｂｉｎを選択することによってステップｄ）でサンプリングレートエラー係数を決定するが好ましい。あるいは、好ましくは各ｂｉｎにおける係数の相対的数に基づいて、複数のヒストグラムｂｉｎ間の補間処理によって、サンプリングレートエラー係数を決定する。

本発明方法は、サンプルエラーが推定品質に影響を与える傾向がある通信チャネルの品質を推定する客観的方法に特に有効である。なお、主観的品質は、推奨範囲では影響を受けない。

別な態様によれば、本発明は、ｅ）通信チャネルを介して第２既知信号を送信するステップ、ｆ）場合によって劣化している第２既知信号である第２受信信号を上記通信チャネルを介して受信するステップ、ｇ）第２既知信号のコピーと第２受信信号とを比較するステップ、およびｈ）この比較に基づいて品質測度を発生するステップを有する通信チャネルの品質を評価する方法において、上記比較ステップが、ｉ）上記方法に従ってサンプリングレートエラー係数を決定するサブステップ、ｊ）上記サンプリングレートエラー係数に応じて受信信号を再サンプリングして、再サンプリングした信号を発生するサブステップ、およびｋ）既知信号と再サンプリングした信号を比較するサブステップを有することを特徴とする通信チャネルの品質評価方法を提供するものである。

上記第１既知信号は、第２既知信号と同じ信号であってもよく、また第１受信信号は、第２受信信号と同じ信号であってもよい。

上記の再サンプリングステップｊ）については、トランケーションのあるｓｉｎ（ｘ）／ｘ伝達関数を使用して実施するのが好ましい。

以下例示のみを目的として、本発明の実施態様を添付図面について説明する。

図１は、通信チャネルの感知された品質を測定する装置を示す図である。通信チャネルは、送信機１０と受信機２０を有する。

送信機１０は、アナログ信号（analogue signal）およびサンプルを受信し上記信号をコード化し、ソースコード化データ信号を発生するソースエンコーダ１１、ソースコード化データ信号を受信し、チャネルコード化データ信号を発生するチャネルエンコーダ１２、およびモジュレータ１３を有する。受信機２０は、対応するデモジュレータ２３、チャネルエンコーダ２２およびソースデコーダ２１を有する。

ソースデコーダ２１に出力で受信された受信信号４５を、コンパレータ４２によって既知データ信号のローカルコピー４１と比較し、比較の結果を侵入的品質評価モデル４７によって使用し、受信信号４５の感知された品質の評価値４８を発生する。

図２に、本発明のサンプルエラー発生プロセスを示す。ステップ２０１で、第１データ信号を一つかそれ以上の区分に分割する。好ましい実施態様では、各区分は、数十ミリ秒であるが、原則的には、第１信号全体からなる単一の区分を利用できる。一般的には、第１信号は、例えば有声通話や調性楽器の音声の周期性部分を含むものである。

ステップ２０２では、一つかそれ以上の区分について、第２の同様なデータ信号を検索し、第１信号の対応する区分にマッチする区分を求める。二つの信号を時間アライニングする方法は公知であり、劣化信号の目的区分と基準信号の複数の候補区分との間の相互相関値の計算を含むものである。ここでは、最も高い相互相関値を発生する基準区分を基準信号に対する最良のマッチとみなす。

第２信号のマッチする区分を識別したなら、次にこの区分のマッチングペアについて、ステップ２０３で、各区分について周期性の測度を計算する。好適な実施態様では、周期性の測度は、区分の自動補正関数を計算し、この関数の最も高いピーク（ゼロオフセットに対応するピークは排除するものとする）に対応するピッチを計算することによって得られたピッチ周期の測度である。当業者ならば、ゼロ交差レート、ケプストラル（Ｃｅｐｓｔｒａｌ）方法や分光ピーク分析などの他の周期性評価方法も利用できることを理解できるはずである。

次に、マッチング区分のそれぞれについて周期性測定間の比率を決定する。各マッチング区分ペアについてこれを実施し、得られた一つかそれ以上の比率を使用して、ステップ２０５において、サンプルエラー係数を発生する。

好適な実施態様では、各比率を使用して、（ｂｉｎとして知られている）所定のセットの範囲内にある比率の数を計数するステップ２０４でヒストグラムを更新する。最大数の比率をもつｂｉｎの中間範囲値を利用すると、サンプルエラー係数を決定することができる。好適な実施態様で使用するのは、最大数の比率をもつｂｉｎの比率の値の平均値である。別な実施態様では、二つかそれ以上のｂｉｎ間の補間処理を使用して、各ｂｉｎの係数の数に比例する各ｂｉｎの値に重みをつけることによってサンプルエラー係数を決定することができる。

一つの実施態様では、信号全体にわたって（すなわち、区分すべてを使用して）サンプルエラー分析を行うことができる。これは、非周期的な音声のピッチ−周期評価値の場合、分布がランダムであり、従ってヒストグラムピークの位置に影響しないからである。なお、周期性を決定する他の方法を使用する場合には、周期性成分を含む区分のみにサンプルエラー計算を制限することが有利な場合がある。この部分を識別する技術は、公知であり、信号の自動補正関数のピークに閾値を与えることを含む。

本発明方法は、特に、信号を通信チャネル全体に送信する場合に誘導されるサンプルエラーや、試験信号を送受信するために使用する試験／測定装置によって誘導されるサンプルエラーを決定する場合に適用できる。

サンプルエラーを測定する場合には、通信チャネルを介して送信される既知の信号および通信チャネルを介して受信された既知信号の場合によっては受信時に劣化した信号を利用することができる。既知信号としては、通話や音楽などの音声信号や、試験中のシステムを通過する一つかそれ以上の同時音声からなるパイロット信号を利用することができる。この場合、送受信された一つかそれ以上の音声の周波数の比率を計算することによってサンプルエラーを決定する。このような音声の周波数を測定するために好適な方法について例示すれば、Ｇｏｅｔｚｌ方法を利用して計算することができる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）などであるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図３は、再サンプリングエラー係数を使用して通信チャネルの品質を測定する改良装置を示すブロック線図である。

従来技術と同様に、この通信チャネルを介して既知データ信号４４を送信する。受信信号４５は、通信チャネルを介して受信される。コンパレータ４２によって既知信号のコピー４１を受信信号４５と比較し、この比較によって発生されたエラーパターンに基づいて、品質評価モデル４７が品質測度４８を発生する。なお、比較する前に、以上のようにして発生したサンプルエラー係数に応じて受信信号４５を再サンプリング手段４３によって再サンプリングする。

この既知データ信号および受信データ信号は、サンプルエラー係数を発生するために使用したのと同じ信号であればよく、またサンプルエラー係数についても、上述した異なるデータ信号またはパイロット音声によって発生したものであればよい。

また、サンプルエラーを繰り返し測定し、サンプルエラーが所定の閾値以下になるまで、新たに再サンプリングされた受信信号を発生すれば、プロセスを反復することができる。

品質評価モデル４７について例示すれば、１９９８年１０月１４日に発行された欧州特許第０６４７３７５号に記載されているモデルがあるが、本発明はこれに制限されるものではない。このモデルの場合、既知データ信号を受信データ信号と比較し、劣化信号における可聴エラーを識別する。これら可聴エラーを評価して、感知された有意味性を決定する。すなわち、聴取者側によって有意味と考えられるエラーに、有意味とは考えられないエラーよりも重い重みをつける。特に、可聴不能なエラーは感知にとっては適切ではなく、従って評価する必要はない。

本システムの出力は、もともと人間が評価するために工夫された主観的品質測度に匹敵する。具体的には、二つの値ＹＬＥ、ＹＬＱを発生する。これらの値は、同じ信号を聴いたときにパネルを構成する聴取者が与える“聞き取り度”および“聞き取り品質”を表す平均オピニオン評点（ＭＯＳ）と等価である。

この具体的なモデルの場合、各信号の可聴変換を取り、人間の聴覚系（耳および脳）の音に対する反応をエミュレートする。通信網を通じて聴取者が聞き取れると考えられる主観的品質が変換によって抽出されたパラメータから決定できるようにそれぞれを変換した後、次に劣化信号を基準信号と比較する。

以上の方法の場合、音声信号評価システムで使用される以外の信号ペアに関するサンプルエラー係数を与えるものである。

なお、当業者ならば、以上のプロセスが通常のプログラマブルコンピュータで実行することができ、また上記方法を実行できるようにプログラマブルコンピュータを制御する指示をコード化するコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り式媒体にインストールできることを理解できるはずである。

特許請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱しなくても、上記各構成部材の構成および配置に各種の変更など、および／または追加を加えることができる。

通信チャネルにおけるエラー特性を測定する装置を示すブロック線図である。本発明のサンプルエラー係数は発生プロセスを示すフローチャートである。通信チャネルにおけるエラー特性を測定する改良装置を示すブロック線図である。

符号の説明

１０：送信機
２０：受信機
３１：既知データシーケンス
３２：既知コード化データシーケンス
４０：サンプルエラー係数
４１：既知データシーケンスのコピー
４４：既知信号
４５：受信信号
４６：再サンプリングした受信信号
２０１：第１信号を短区分に分割
２０２：第２信号を探索し、マッチング区分を求める
２０３：マッチング区分対に関して周期性を計算する
２０４：ヒストグラムの更新
２０５：サンプルエラーの決定

Claims

第１信号と同様な第２信号との間のサンプルエラー係数を決定する方法において、
ａ）第１信号から第１周期性測度を決定するステップ、
ｂ）第２信号から第２周期性測度を決定するステップ、
ｃ）上記第１周期性測度および上記第２周期性測度に応じて比率を発生するステップ、および
ｄ）上記比率に応じてサンプリングレートエラー係数を決定するステップからなることを特徴とするサンプルエラー決定方法。
第１信号が、通信チャネルを介して送信される第１既知信号で、そして第２信号が、この第１既知信号の場合によっては劣化している信号で、通信チャネルを介して受信された第１受信信号である請求項１記載の方法。
上記第１既知信号が音声を有する信号である請求項２記載の方法。
第１既知信号が二つ以上の音質からなる信号である請求項３記載の方法。
周期性測度を決定するステップａ）およびｂ）が、各信号のピッチ周期を決定するステップを有する請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
各信号の自動補正機能におけるピークの位置に応じて上記ピッチ周期を決定する請求項５記載の方法。
各信号のフーリエ変換の一つかそれ以上のピークの周波数に応じて上記ステップａ）およびｂ）を決定する請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
第１信号を複数の区分に分離し、これら第１信号の複数の各区分に関する区分サンプリングレートエラーについて、
類似度測度が所定の閾値を越える第２信号の区分を選択するステップ、および
区分第１周期性測度および区分第２周期性測度に応じて区分サンプルレートエラー係数を決定するステップに従ってこれらを決定し、そして得られた複数の区分サンプルレート係数に応じてステップｄ）でこのサンプリングレートエラー係数を決定する請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
第１信号の上記複数の区分が周期性成分をもつ区分からなる請求項８記載の方法。
上記複数の区分サンプルレートを使用してヒストグラムを生成し、そして最大数の係数をもつヒストグラムｂｉｎから値を選択することによってステップｄ）においてサンプリングレートエラー係数を決定する請求項８または９記載の方法。
最大数の係数を持つヒストグラムｂｉｎの値の平均値を発生することによって上記値を選択する請求項１０記載の方法。
上記複数の区分サンプルレートを使用してヒストグラムを生成し、そして複数のヒストグラムｂｉｎ間を補間処理することによってステップｄ）においてサンプリングレートエラー係数を決定する請求項８または９記載の方法。
ｅ）通信チャネルを介して第２既知信号を送信するステップ、
ｆ）場合によって劣化している既知信号である第２受信信号を上記通信チャネルを介して受信するステップ、
ｇ）第２既知信号のコピーと第２受信信号とを比較するステップ、および
ｈ）この比較に基づいて品質測度を発生するステップを有する通信チャネルの品質を評価する方法において、上記比較ステップが、
ｉ）請求項１〜１１のいずれか１項の方法に従ってサンプリングレートエラー係数を決定するサブステップ、
ｊ）上記サンプリングレートエラー係数に応じて受信信号を再サンプリングして、再サンプリングした信号を発生するサブステップ、および
ｋ）既知信号と再サンプリングした信号を比較するサブステップを有することを特徴とする通信チャネルの品質評価方法
第１既知信号が第２既知信号からなり、そして第１受信信号が第２受信信号からなる請求項１３記載の方法。
再サンプリングステップｊ）を、トランケーションのあるｓｉｎ（ｘ）／ｘトランスファー関数を使用して実施する請求項１３または１４記載の方法。
請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法を実行するコンピュータプログラムをもつコンピュータ読み取り式媒体。
請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法を実行するコンピュータプログラム。