JP4430566B2

JP4430566B2 - 客観品質評価装置および方法

Info

Publication number: JP4430566B2
Application number: JP2005060888A
Authority: JP
Inventors: 玲高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006243504A

Description

本発明は、客観品質評価装置および方法に関し、より詳しくは、信号の物理的特徴量の測定結果から主観品質を推定する客観品質評価装置および方法に関する。

人間が音声を聴いたときに感じる品質や、映像を観たときに感じる品質を主観品質という。この主観品質は、実際に人間が音声を聴き、または映像を観て行なう主観評価試験によって評価することができる。また、主観評価試験を行うことなく、音声信号や映像信号の物理的特徴量の測定結果から主観品質を推定することも可能である。この主観品質を推定する装置を客観品質評価装置という。

図６に示す従来の客観品質評価装置１０１では、音声データベース部１１１から試験音声信号を送信インタフェース部１１３を介して評価対象系１０２に入力し、これにより評価対象系１０２から出力された評価音声信号を受信インタフェース部１１４を介して受け取る。そして、試験音声信号と評価音声信号とをディジタル信号にして客観評価値計算部１１８に取り込み、試験信号と評価信号とのスペクトル差分から歪みを定量化することにより評価値を算出する。この評価値が試験音声信号に対する主観品質の推定結果となる。

しかし、評価対象系１０２がハードウェアであり、かつ、インタフェース部１１３，１１４がアナログインタフェースである場合には、インタフェース部１１３，１１４で生じる背景雑音が試験音声信号および評価音声信号に重畳され、結果として評価値が影響を受けるなど、評価の普遍性を確保できない可能性がある。

これに対し、図７に示す従来の客観品質評価装置１０１Ａでは、雑音生成部１１６で生成された微量の雑音信号を雑音重畳部１１７において試験音声信号に重畳し、この雑音信号が重畳された試験音声信号を用いて上述した評価を行う。背景雑音は雑音信号に隠蔽されるため、背景雑音によって評価値が受ける影響を緩和することができる（例えば、非特許文献１を参照。）。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
ITU-T Contribution COM 12 - D 11 - E,"Addition of noise floor to reference speech used in Recommendation P.862(NTT)," Jan.2005

隠蔽する雑音信号のスペクトル特性と隠蔽される背景雑音のスペクトル特性との類似度が高いほど、雑音信号による背景雑音の隠蔽効率が高くなる。
一方、インタフェース部１１３，１１４で生じる背景雑音のスペクトル特性は、測定環境に応じて変化する。したがって、測定環境に応じて背景雑音と雑音信号とのスペクトル特性の類似度が変化し、雑音信号による背景雑音の隠蔽効率が変化する。
したがって、従来のように雑音信号によって背景雑音を隠蔽しても、測定環境に応じて隠蔽効率が変化する結果、背景雑音の影響によって評価値が変動してしまうという問題があった。
この問題は、音声信号の客観評価に限らず、映像信号、その他の信号の客観評価においても同様に生じる問題であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、測定環境に応じた評価値の変動を回避し、より普遍的な客観評価を可能とすることにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る客観品質評価装置は、入力信号を評価対象系に送信する送信インタフェース手段と、評価対象系の出力信号を受信する受信インタフェース手段と、送信インタフェース手段の入力信号と受信インタフェース手段の出力信号とを比較し評価対象系の出力信号の主観品質を推定する客観評価値計算手段と、少なくとも送信インタフェース手段および受信インタフェース手段で生じる背景雑音のスペクトルを測定する背景雑音測定手段と、この背景雑音測定手段の測定結果に基づき雑音信号を生成する雑音信号生成手段と、送信インタフェース手段の入力信号に雑音信号を重畳する雑音重畳手段とを備えることを特徴とする。

例えば、背景雑音測定手段は、送信インタフェース手段の入力信号が振幅パワー０の信号であるときの受信インタフェース手段の出力信号のスペクトルを測定することによって、背景雑音のスペクトルを測定することができる。

また、本発明に係る客観品質評価方法は、少なくとも送信インタフェース手段および受信インタフェース手段で生じる背景雑音のスペクトルを測定し、その結果に基づき雑音信号を生成するステップと、雑音信号を入力信号に重畳し、送信インタフェース手段を介して評価対象系に入力し、その応答として評価対象系から出力される出力信号を受信インタフェース手段を介して取得し、取得した出力信号と雑音信号が重畳された入力信号とを比較し出力信号の主観品質を推定するステップとを備えることを特徴とする。

本発明では、インタフェース手段で生じる背景雑音のスペクトルを測定し、その結果に基づき雑音信号を生成する。これにより、測定環境に応じてインタフェース手段で生じる背景雑音のスペクトル特性が変化しても、その背景雑音のスペクトル特性に類似した特性を有する雑音信号を生成し、雑音信号による背景雑音の隠蔽効率の低下を抑制することができる。したがって、測定環境によらず、背景雑音によって評価値が受ける影響を緩和し、評価値の変動を回避することができる。その結果、従来よりも普遍的な客観評価が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る客観品質評価装置の構成を示すブロック図である。
この図に示す客観品質評価装置１は、音声データベース部１１と、スイッチ１２と、送信インタフェース部１３と、受信インタフェース部１４と、スペクトル測定部（背景雑音測定部）１５と、雑音生成部１６と、雑音重畳部１７と、客観評価値計算部１８と、出力端子１９とを有する。

ここで、音声データベース部１１には、評価に用いられる試験音声信号の他、雑音信号生成の際に用いられる無音信号が蓄積されている。無音信号とは、振幅パワーが０の音声信号のことである。
スイッチ１２は、音声データベース部１１から出力される無音信号と試験音声信号を、送信インタフェース部１３と雑音重畳部１７に選択的に供給する。
送信インタフェース部１３は、無音信号と、雑音重畳部１７を介して入力される試験音声信号を評価対象系２に送信する。
受信インタフェース部１４は、評価対象系２から出力される信号を受信する。

スペクトル測定部１５は、無音信号供給時に受信インタフェース部１４から出力される信号の長時間スペクトル特徴量を算出する。スペクトル特徴量の一例として１次線形予測利得が挙げられる。１次線形予測利得は周波数軸に対するスペクトルの傾きを表現しており、その長時間平均値を「長時間スペクトル特徴量」として用いることができる。

雑音生成部１６は、スペクトル測定部１５で抽出された特徴を有する雑音信号を生成する。例えば、雑音生成部１６は、白色雑音発生源と特性可変のフィルタとを有し、スペクトル測定部１５で算出された１次線形予測利得に合わせてフィルタの周波数特性を制御し、この状態でフィルタに白色雑音を通す。これにより、図２に示すようにフィルタの周波数特性に応じた雑音信号を得ることができる。したがって、無音信号供給時に受信インタフェース部１４から出力される信号にスペクトル特徴が類似した雑音信号を生成することが可能となる。あるいは、雑音生成部１６は、白色雑音発生源と、それぞれ周波数特性が異なる複数のフィルタとを有し、１次線形予測利得に対応したフィルタを選択して白色雑音を通すようにしてもよい。

雑音重畳部１７は、スイッチ１２を介して音声データベース１１から入力される試験音声信号と、雑音生成部１６で生成される雑音信号とを、予め決められた信号対雑音比で重畳する。
客観評価値計算部１８は、雑音重畳部１７から出力される雑音信号が重畳された試験音声信号と、この試験音声信号供給時に受信インタフェース部１４から出力される評価音声信号とを比較することにより、客観評価値を算出する。客観評価値の算出には、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｐ．８６２に規定される音声品質客観評価法を用いることができる。なお、客観評価値が評価音声信号に対する主観品質の推定結果となる。

次に、図３を参照し、図１に示した客観品質評価装置１の動作について説明する。
音声信号の客観評価に先立って、試験音声信号に重畳する雑音信号を生成する（ステップＳ１）。
まず、スイッチ１２を送信インタフェース部１３側に接続した状態で、音声データベース部１１から無音信号を出力する。この無音信号はスイッチ１２、送信インタフェース部１３、評価対象系２、受信インタフェース部１４を経て、スペクトル測定部１５に入力される。

スペクトル測定部１５に入力された信号には、送信インタフェース部１３および受信インタフェース部１４で生じた背景雑音のみが含まれている。この信号をスペクトル測定部１５において分析し、背景雑音の長時間スペクトル特徴量を算出する。そして、雑音生成部１６において、背景雑音とスペクトル特徴が類似した雑音信号を生成する。

次に、音声信号の客観評価を行う（ステップＳ２）。
今度はスイッチ１２を雑音重畳部１７側に接続した状態で、音声データベース部１１から試験音声信号を出力する。雑音重畳部１７において、スイッチ１２を介して入力された試験音声信号に雑音生成部１６で生成された雑音信号を重畳し、送信インタフェース部１３および客観評価値計算部１８に出力する。送信インタフェース部１３に出力された試験音声信号は評価対象系２に入力され、その応答として評価対象系２から評価音声信号が出力される。評価音声信号は受信インタフェース部１４を経て、客観評価値計算部１８に入力される。

客観評価値計算部１８に入力された評価音声信号には、送信インタフェース部１３および受信インタフェース部１４で生じた背景雑音が重畳されているが、この背景雑音はやはり評価音声信号に重畳されている雑音信号によって隠蔽される。しかも、雑音信号と背景雑音とはスペクトル特性の類似度が高いので、雑音信号による背景雑音の隠蔽効率は高い。したがって、客観評価値計算部１８において行われる客観評価が受ける背景雑音の影響を低減することができる。

以上のように、本実施の形態においては、インタフェース部１３，１４で生じる背景雑音のスペクトル特性を測定し、その結果に基づいて生成した雑音信号を試験音声信号に重畳して音声信号の品質評価を行う。これにより、試験音声信号の収録条件など、測定環境に応じて背景雑音のスペクトル特性が変化しても、その背景雑音のスペクトル特性に類似した特性を有する雑音信号を生成し、雑音信号による背景雑音の隠蔽効率の低下を抑制することができる。したがって、測定環境によらず、背景雑音によって客観評価値が受ける影響を緩和し、客観評価値の変動を回避することができる。その結果、従来よりも普遍的な客観評価が可能となる。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る客観品質評価装置の構成を示すブロック図である。この図では、図１に示した構成要素と同一要素を、図１と同一符号で示している。
図４に示す客観品質評価装置１Ａは、雑音生成部の構成が図１に示した客観品質評価装置１と異なる。図４における雑音生成部２０は、雑音データベース部２１と、雑音選択部２２とを有する。

雑音データベース部２１には、１次線形予測利得の違いに基づいてスペクトルの傾きがそれぞれ異なる雑音が複数蓄積されている。
雑音選択部２２は、スペクトル測定部１５で算出された背景雑音の１次線形予測利得に対応する雑音を雑音データベース部２１から選択し、雑音信号として雑音重畳部１７に出力する。

図５に示すように、雑音データベース部２１に蓄積されている雑音には、それぞれの特徴に応じて１次線形予測利得値（Ｇ）の下限および上限が予め決められている。雑音選択部２２は、背景雑音の１次線形予測利得値が属する範囲に応じて、用いる雑音を選択する。ここでは、Ｇ＜Ｔ₁のときは雑音１を、Ｔ₁≦Ｇ＜Ｔ₂のときには雑音２を、Ｔ₂≦Ｇのときには雑音３を選択する。これにより、インタフェース部１３，１４で生じた背景雑音と最も特徴が類似する雑音を選択し、雑音信号として用いることができる。

以上では、インタフェース部１３，１４で生じる背景雑音が客観評価値に与える影響を低減することについて説明したが、客観品質評価装置のその他の構成要素で生じる背景雑音が客観評価値に影響を与える場合には、その構成要素を無音信号が通過する回路を構成することにより、その構成要素で生じる背景雑音が影響を低減することも可能である。
また、音声信号の客観評価を例にして説明したが、本発明は映像信号、その他の信号の客観評価にも応用することができる。例えば、映像信号の客観評価に応用する場合には、試験音声信号に代えて試験映像信号を用い、無音信号に代えて振幅パワーが０の映像信号を用いることになる。

第１の実施の形態に係る客観品質評価装置の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態における雑音生成部の動作を説明する図である。第１の実施の形態に係る客観品質評価装置の処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施の形態に係る客観品質評価装置の構成を示すブロック図である。第２の実施の形態における雑音データベース部を説明する図である。従来の客観品質評価装置の一構成例を示すブロック図である。従来の客観品質評価装置の他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ…客観品質評価装置、１１…音声データベース部、１２…スイッチ、１３…送信インタフェース部、１４…受信インタフェース部、１５…スペクトル測定部、１６，２０…雑音生成部、１７…雑音重畳部、１８…客観評価値計算部、１９…出力端子、２１…雑音データベース部、２２…雑音選択部。

Claims

入力信号を評価対象系に送信する送信インタフェース手段と、前記評価対象系の出力信号を受信する受信インタフェース手段と、前記送信インタフェース手段の入力信号と前記受信インタフェース手段の出力信号とを比較し前記評価対象系の出力信号の主観品質を推定する客観評価値計算手段と、前記送信インタフェース手段の入力信号に雑音信号を重畳する雑音重畳手段とを備える客観品質評価装置において、
少なくとも前記送信インタフェース手段および前記受信インタフェース手段で生じる背景雑音のスペクトルを測定する背景雑音測定手段と、
この背景雑音測定手段の測定結果に基づき前記雑音信号を生成し前記雑音重畳手段に出力する雑音信号生成手段と
を備えることを特徴とする客観品質評価装置。
請求項１に記載の客観品質評価装置において、
前記背景雑音測定手段は、前記送信インタフェース手段の入力信号が振幅パワー０の信号であるときの前記受信インタフェース手段の出力信号のスペクトルを測定することを特徴とする客観品質評価装置。
少なくとも送信インタフェース手段および受信インタフェース手段で生じる背景雑音のスペクトルを測定し、その結果に基づき雑音信号を生成するステップと、
前記雑音信号を入力信号に重畳し、前記送信インタフェース手段を介して評価対象系に入力し、その応答として前記評価対象系から出力される出力信号を前記受信インタフェース手段を介して取得し、取得した前記出力信号と前記雑音信号が重畳された前記入力信号とを比較し前記出力信号の主観品質を推定するステップと
を備えることを特徴とする客観品質評価方法。