KR20020044687A - 이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법에 관한 것으로, 왜곡된 음성 구간에 따라 다양한 가중치를 생성시키고, 이 가중치를 부여하여 음질 평가를 수행함으로써 보다 정확하고 객관적인 이동통신 시스템의 음질 평가가 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명은 왜곡 측정부와 가중치 생성부, 음질 평가부를 포함하여 이루어진다. 왜곡 측정부는 원음과 왜곡음을 입력받아 비교 분석하여 왜곡의 정도를 검출하고, 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하면 가중치 생성 신호와 왜곡 정도에 관한 정보를 출력하도록 이루어진다. 가중치 생성부는 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하면 가중치 생성 신호와 왜곡 정도에 관한 정보를 전달받아 왜곡의 정도에 따른 가중치를 생성한다. 음질 평가부는 가중치 생성부에서 생성된 가중치를 적용하여 음질 평가를 실시하도록 이루어진다. 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 음질평가 방법은, 먼저 원음과 왜곡음을 샘플링한 다음 원음과 왜곡음의 시간축 동기화를 수행하는 단계와, 원음과 왜곡음을 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출하는 단계, 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우에는 왜곡된 음성에 대한 가중치를 생성하는 가중치 생성 단계, 생성된 가중치를 부여하여 음질 평가를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법 {APParatus and method of speech quality estimation in mobile communication system}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법에 관한 것이다.

정보화 사회의 발달로 인해 디지털 이동통신 서비스가 급속히 발달하고 있는 추세이다. 디지털 이동통신은 기존의 아날로그 이동통신에 비해 주파수 효율성이 좋은 것으로 알려져 있다. 이는 음성 신호를 전송할 때 음성 부호와 알고리즘을 통하여 압축하여 전송하고 수신단에서 다시 복호화하기 때문이다. 음성 부호화기의성능은 복잡도, 지연 시간, 음질 등에 의해 평가되지만, 그 중에서도 가장 중요한 것은 음질이다. 일반적으로 음질의 측정은 사람이 직접 듣고 평가하는 주관척도가 가장 정확한 것으로 알려져 있다. 이는 음성 부호화기로 처리된 음성을 사람이 듣기 때문이다.

도 1은 종래의 이동통신 시스템의 음질 평가 방법을 나타낸 순서도인데, 국내 출원된 "주관적 음질과 상관도가 높은 객관 음질 평가 방법(출원번호 10-1999-0017088호)"에 개시되어 있는 발명이다. 도 1에 나타낸 종래의 음질 평가 방법은 크게 세 단계로 나뉘어 지는데, 첫 번째 단계에서는 원음과 왜곡음의 전역 스케일링을 수행하고, 원음과 왜곡음의 시간 영역 데이터를 주파수 영역으로 바꾼 후에, 주파수 워핑을 수행한다. 두 번째 단계에서는 원음과 왜곡음의 피치전력 에너지 기울기를 이용하여 국부 스케일링을 수행하고, 음의 세기 워핑을 수행하며, 원음과 왜곡음의 피치전력 에너지 기울기를 이용하여 음의 크기 스케일링을 수행한다. 세 번째 단계에서는 잡음 방해 밀도를 구한 후에, 원음과 왜곡음의 피치전력 에너지 기울기와전역 스케일링 인자를 이용하여 비대칭 프로세싱을 수행하고, 묵음간격가중을 수행하여 음질을 평가한다.

지금 까지는 이동통신 시스템에서 음질을 측정하기 위하여 위에서 언급한 음성 부호화기의 음질 측정방법을 그대로 적용하거나 채널 에러를 이용하여 측정하였다. 그러나 위에서 언급한 종래의 음질 평가 방법을 이동통신망의 음질을 측정하는데는 사용할 수 없다. 이는 이동통신 환경에서는 채널 에러로 인해 음성 부호화기에서는 나타나지 않는 여러 왜곡이 발생하는데, 위에서 언급한 음질 측정방법은 이러한 왜곡을 충분히 반영하지 못하기 때문이다.

이동통신을 이용한 통화 중 흔히 나타나는 음성 신호의 왜곡은 버스트 노이즈(burst noise)에 이해 연속적인 프레임 소거(frame erasure)가 발생하여 대화 도중에 음성이 끊기는 현상이다. 기존의 음질 평가 알고리즘은 음성 신호를 20㎳에서 30㎳ 정도씩 나누어 측정한 다음 이를 전체 음성 신호에 대해 정규화하기 때문에 위에 언급한 왜곡 현상이 객관적인 음질 평가에 반영되지 않는다.

만약 음성 신호 전체의 품질이 나쁜 경우에는 기존의 알고리즘으로도 음질평가가 충분하다. 그러나 전체적으로는 음질이 좋으면서 한 음소 내지 한 음절 구간 정도가 들리지 않게 되는 경우에는 전체 음성에 대해 정규화되어 전체적인 음질평가는 좋은 것으로 나타난다. 따라서 사용자가 느끼는 체감 품질을 정확히 나타내주지 못한다.

본 발명에 따른 이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법은 왜곡된 음성 구간에따라 다양한 가중치를 생성시키고, 이 가중치를 부여하여 음질 평가를 수행함으로써 보다 정확하고 객관적인 이동통신 시스템의 음질 평가가 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적의 본 발명은 왜곡 측정부와 가중치 생성부, 음질 평가부를 포함하여 이루어진다.

왜곡 측정부는 원음과 왜곡음을 입력받아 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출하고, 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우 가중치 생성 신호와 왜곡 정도에 관한 정보를 출력하도록 이루어진다. 가중치 생성부는 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하면 가중치 생성 신호와 왜곡 정도에 관한 정보를 전달받아 왜곡의 정도에 따른 가중치를 생성한다. 음질 평가부는 가중치 생성부에서 생성된 가중치를 적용하여 음질 평가를 실시하도록 이루어진다.

본 발명에 따른 이동통신 시스템의 음질평가 방법은, 먼저 원음과 왜곡음을 샘플링한 다음 원음과 왜곡음의 시간축 동기화를 수행하는 단계와, 원음과 왜곡음을 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출하는 단계, 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우에는 왜곡된 음성에 대한 가중치를 생성하는 가중치 생성 단계, 생성된 가중치를 부여하여 음질 평가를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

도 1은 종래의 이동통신 시스템의 음질 평가 방법을 나타낸 순서도.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 객관적 음질평가 장치를 나타낸 블록 다이어그램.

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 1 음질평가 방법을 나타낸 플로우차트.

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 2 음질평가 방법을 나타낸 플로우차트.

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 3 음질평가 방법을 나타낸 플로우차트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

202 : 음질 평가 장치 204 : 왜곡 측정부

206 : 가중치 생성부210 : 음질 평가부

212 : 가중치 생성 신호 및 왜곡 정보(212)

본 발명에 따른 이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 객관적 음질평가 장치를 나타낸 블록 다이어그램이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 음질 평가 장치(202)는 동기화부(203)와 왜곡 측정부(204), 가중치 생성부(206), 신호 처리부(208), 음질 평가부(210)를 포함하여 이루어진다.

동기화부(203)는 원음과 왜곡음의 시간축 동기화를 위한 것이다. 왜곡 측정부(204)는 원음과 왜곡음을 입력받아 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출한다. 원음은 음질 평가를 위한 매우 양호한 상태의 음성 신호 데이터이며, 왜곡음은 원음이 교환기와 기지국, 단말기를 거쳐서 수신된 신호이다. 원음이 교환기와 기지국, 단말기를 통과하는 과정에서 어느 정도의 손실은 발생하게 마련이므로 이를 왜곡음이라고 명명한 것이며, 원음이 일정 비율 이상 손실된 경우를 왜곡이 발생한 것으로 간주한다. 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우, 왜곡 측정부(204)는 가중치 생성 신호와 함께 왜곡 정도에 관한 정보(212)를 가중치 생성부(206)로 출력한다.

가중치 생성부(206)는 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하면 왜곡 측정부(204)로부터 가중치 생성 신호와 함께 왜곡 정도에 관한 정보(212)를 전달받아 왜곡의 정도에 따른 가중치(214)를 생성한다. 만약 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하지 않으면 가중치(214)는 생성되지 않는다. 가중치 생성 방법에는 먼저 왜곡이 발생한 구간에 대해서만 가중치를 생성하는 방법이 있고, 또 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 왜곡 정도에 따른 가중치를 생성하고 전체 음성 신호의 정규화 시에 가중치를 부여하는 방법이 있으며, 왜곡 발생 구간의 에너지 패턴을 검출하여 그에 따른 가중치를 생성하는 방법도 있다.

음질 평가부(210)에서는 가중치 생성부(206)에서 생성된 가중치를 적용하여 음질 평가를 실시한 다음 음질평가 데이터를 출력한다.

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 1 음질평가 방법을 나타낸 플로우차트이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 1 통화품질 측정 방법은 먼저 원음과 왜곡음을 샘플링한 다음(302), 원음과 왜곡음의 시간축 동기화를 수행한다(304). 원음과 왜곡음의 시간축 동기는 원음에 대해 왜곡음을 이동시키면서 동기를 맞춘다.

동기화를 수행한 다음에는 원음과 왜곡음을 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출한다(306). 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하지 않은 경우에는 주파수 영역에서의 편차를 측정하기 위한 스펙트럼 거리 계산을 수행한다(308). 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우에는 왜곡이 발생한 구간에 대해서만 가중치를 생성하여 거리 계산에 반영되도록 한다(310). 거리 계산이 완료되면 신호를 정규화하고(312), 주관 척도 예측을 통하여 음질 평가를 수행한다(314).

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 2 음질평가 방법을 나타낸 플로우차트이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 2 통화품질 측정 방법은 먼저 원음과 왜곡음을 샘플링한 다음(402), 원음과 왜곡음의 시간축 동기화를 수행한다(404). 원음과 왜곡음의 시간축 동기는 원음에 대해 왜곡음을 이동시키면서 동기를 맞춘다.

동기화를 수행한 다음에는 원음과 왜곡음을 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출한다(406). 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하지 않은 경우에는 스펙트럼 거리 계산을 수행한 다음(408) 정규화 과정을 수행하게 된다.

기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우에는 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 왜곡 발생 구간의 비율을 산출하는 과정이 수행된다(410). 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 왜곡 발생 구간의 비율이 산출되면 그 결과가 정규화 과정(412)에 반영된다. 정규화가 완료되면 주관 척도 예측 방법을 통하여 음질 평가를 수행한 다음 작업을 종료한다.

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 3 음질평가 방법을 나타낸 플로우차트이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 제 3 통화품질 측정 방법은 먼저 원음과 왜곡음을 샘플링한 다음(502), 원음과 왜곡음의 시간축 동기화를 수행한다(504). 원음과 왜곡음의 시간축 동기는 원음에 대해 왜곡음을 이동시키면서 동기를 맞춘다. 동기화를 수행한 다음에는 스펙트럼 거리 계산 과정(408)과 정규화 과정(508)을 수행하게 된다.

정규화 과정(508) 이전에 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 왜곡 발생 구간의 에너지 패턴을 검출하는 과정이 수행된다(510). 음성 신호가 음성 부호화기(vocoder)의 입력 신호와 출력 신호의 에너지 패턴은 그 차이가 매우 미세하기 때문에 이를 구분하는 것이 쉽지 않다. 그러나 이동통신 환경에서의 채널 에러에 의한 음성 신호의 에너지 패턴은 매우 다양하게 변화한다. 따라서 왜곡된 음성 신호 구간의 에너지 패턴을 검출하여 이를 정규화 과정(508)에 반영함으로 좀 더 정확한 음질 평가가 이루어질 수 있도록 한다.

정규화 과정(508)이 완료되면 주관 척도 예측을 통하여 음질 평가를 수행한 다음 작업을 종료한다.

본 발명에 따른 이동통신 시스템의 음질평가 장치 및 방법은 왜곡된 음성 구간에 따라 다양한 가중치를 생성시키고, 이 가중치를 부여하여 음질 평가를 수행함으로써 전체 음성 신호에 발생한 부분적인 왜곡에 따른 음질의 저하를 보다 정확하고 객관적으로 평가할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 원음과 왜곡음을 입력받아 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출하고, 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우 가중치 생성 신호와 왜곡 정도에 관한 정보를 출력하는 왜곡 측정부와;

   기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하면 상기 가중치 생성 신호와 상기 왜곡 정도에 관한 정보를 전달받아 왜곡의 정도에 따른 가중치를 생성하는 가중치 생성부와;

   상기 가중치 생성부에서 생성된 가중치를 적용하여 음질 평가를 실시하는 음질 평가부를 포함하는 이동통신 시스템의 음질평가 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가중치 생성부는,

   기 설정된 값 이상의 왜곡 발생 구간에 대해서만 가중치를 생성하는 제 1 가중치 생성수단과;

   상기 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 상기 왜곡 발생 구간의 비율을 산출하여 그에 따른 가중치를 생성하는 제 2 가중치 생성수단과;

   상기 왜곡 발생 구간의 에너지 패턴에 따른 가중치를 생성하는 제 3 가중치 생성수단을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 이동통신 시스템의 음질평가 장치.
3. 원음과 왜곡음을 샘플링한 다음, 상기 원음과 상기 왜곡음의 시간축 동기화를 수행하는 동기화 단계와;

   상기 원음과 상기 왜곡음을 비교 분석하여 기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생하였는지를 검출하는 왜곡 검출 단계와;

   기 설정된 값 이상의 왜곡이 발생한 경우에는 왜곡된 음성에 대한 가중치를 생성하는 가중치 생성 단계와;

   상기 가중치를 부여하여 음질 평가를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 이동통신 시스템의 음질평가 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 가중치 생성 단계는,

   상기 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 왜곡 발생 구간의 비율을 산출하는 단계와;

   상기 왜곡 구간의 비율에 따른 가중치를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 이동통신 시스템의 음질평가 방법.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 가중치 생성 단계는,

   상기 왜곡음의 전체 음성 신호에 대한 왜곡 발생 구간의 에너지 패턴을 검출하는 단계와;

   상기 왜곡 구간의 에너지 패턴에 따른 가중치를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 이동통신 시스템의 음질평가 방법.