NL9400751A

NL9400751A - Methode en inrichting voor het berekenen van de kwaliteit van transmissiemedia die codecs bevatten.

Info

Publication number: NL9400751A
Application number: NL9400751A
Authority: NL
Inventors: Wilhelmus Albertus Chris Brink; Michel Johannes Wilhelmu Emons; Robertus Laurentius Mar Dignum
Original assignee: Nederland Ptt
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-12-01
Also published as: US5691916A; EP0681379A1

Description

Methode en inrichting voor het berekenen van de kwaliteit van transraissieraedia die codecs bevatten

A. ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft betrekking op een methode voor het berekenen van de transmissiekwaliteit van een transmissiemedium dat een reeks gecascadeerde codecs bevat. Een dergelijke berekening resulteert in een "Mean Opinion Score" (MOS), de maat voor de spraakkwaliteit die de gemiddelde luisteraar (netwerkgebruiker) ervaart. Overigens wordt de MOS niet alleen als maat voor de spraakkwaliteit van spraakcodecs gebruikt, maar eveneens bij video-codecs, als maat voor de beeldkwaliteit. Hoewel de uitvinding in het bijzonder wordt geacht te liggen op het gebied van spraakcodecs, wordt het gebied van andere codecs, zoals beeldcodecs, niet van het gebied van de uitvinding , uitgesloten. De MOS kan worden berekend uit een door CCITT

gestandaardiseerde kwaliteitsparameter "Q-equivalent", uitgedrukt in decibels, die voor één codec of voor een cascadereeks codecs kan worden bepaald. Tussen de MOS en de Q-equivalent bestaat een zeker verband (zie figuur 4), waardoor Q-equivalenten kunnen worden geconverteerd in MOS-waarden. Doorgaans is bekend wat de spraakkwaliteit (uitgedrukt in Q-equivalent of MOS) van één codec is en ook wat de spraakkwaliteit van een cascadeschakeling van meer codecs van hetzelfde type is. Echter komen in de praktijk cascadeschakelingen voor van codecs van verschillende typen. De uitvinding beoogt te voorzien in een methode voor het bepalen van de Q-equivalent (en daaruit de MOS) voor een reeks gecascadeerde codecs van verschillend type, waarin tevens de invloed van verschillen in type-volgorde tot uitdrukking komt. De voorgestelde methode heeft als bijkomend voordeel dat de Q-equivalent van een cascadeschakeling van codecs (al dan niet van hetzelfde type) op de voorhand berekend kan worden, dat wil zeggen, zonder dat men werkelijk over de cascadeschakeling beschikt.

B. SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De methode volgens de uitvinding omvat de volgende processtappen: - van elk type (t) codec wordt een functie bepaald die specifiek is voor het verband tussen de Q-equivalent (Qt,n) over een reeks, bestaande uit een aantal (n) codecs van datzelfde type en het aantal codecs waaruit die reeks bestaat; - van de reeks codecs zoals die in het transmissieraedium gecascadeerd zijn, wordt de type-volgorde (tl,t2,t3,...) bepaald; - stapsgewijs wordt de codec-reeks doorlopen en wordt, uitgaande van de Q-equivalent (Qtl,l) voor één codec van het type (tl) dat als eerste in de reeks codecs voorkomt, steeds de Q-equivalent berekend over het doorlopen deel van de reeks door, uitgaande van de laatstberekende Q-equivalent, de volgende Q-equivalent te berekenen onder besturing van de functie die specifiek is voor het type van de laatste codec in het doorlopen deel van de codec-reeks.

In de methode volgens de uitvinding wordt gebruik gemaakt van de hierboven gedane constatering dat de —via de Q-equivalent berekende— objectieve MOS-waarde voor een reeks van dezelfde codecs, de subjectieve MOS-waarde daarvan bevredigend benadert. In de eerste stap wordt —voor elk type codec dat in de codec-reeks voorkomt— de Q-equivalent voor één codec berekend, alsmede de Q-equivalent over meer codecs van datzelfde type. Het verband tussen de Q-equivalent en het aantal gecascadeerde codecs wordt daarna gebruikt voor het berekenen van een Q-equivalent over de verschillende codecs van verschillende typen. Daarbij wordt —bij een stapsgewijze berekening— voor elke volgende codec in de reeks gebruik gemaakt van de functie die specifiek is voor het type van die codec, namelijk de Q-equivalent als functie van het aantal codecs (van dat type), welke functie in de eerste stap werd berekend.

De methode volgens de uitvinding wordt in de volgende paragraaf nader uiteengezet.

C. UITVOERINGSVOORBEELDEN

Figuur 1 toont het verloop van de functie van de Q-equivalent voor codecs van een type 1, een type 2 en een type 3; figuur 2 en figuur 3 illustreren de berekeningen van de Q-equivalenten voor een paar verschillende reeksen gecascadeerde codecs, terwijl figuur 4 het verband toont tussen Q-equivalenten en MOS-waarden en figuur 5 het verband toont tussen de subjectieve MOS en de volgens de uitvinding berekende, objectieve, MOS voor een in de praktijk voorkomende cascadereeks.

Tabel 1 toont de getalswaarden van de in de figuren 1, 2 en 3 getoonde voorbeelden; tabel 2 toont een programma waarmee tabel 1 werd gegenereerd.

Figuur 1 toont grafisch het verloop van de Q-equivalent, hierna tevens aan te duiden als Q, als functie van het aantal gecascadeerde codecs, voor de (gefingeerde) typen 1, 2 en 3. Be algemene vorm van de functie voor Q is:

Qt,n Qt,l - Rt*log(n), waarin t het type voorstelt, n het aantal codecs en Rt de richtingscoëfficiënt van de helling als n logaritmisch wordt uitgezet. Qt,l is de Q-equivalent voor één codec van type t;

Qt,n is de Q-equivalent over n codecs van type t. Zoals hierboven werd genoemd, komen de objectieve en de subjectieve Q-equivalenten goed met elkaar overeen. Het bovenste deel van tabel 1 toont de (op gehele getallen afgeronde) waarden voor Q als functie van n voor de typen 1, 2 en 3; tevens worden de verschilwaarden dQ gepresenteerd, welke van belang zijn voor de onderstaande berekeningen.

Figuur 2 illustreert de methode volgens de uitvinding voor een drietal verschillende reeksen codecs, te weten (voorbeeld A) type 1 - type 2 - type 1 - type 3, (voorbeeld B) type 2 - type 1 - type 2 en (voorbeeld C) type 3 - type 2 - type 1 - type 2 - type 3.

Voorbeeld A (codec-reeks 1-2-1-3):

Stapsgewijs wordt de reeks doorlopen en wordt, uitgaande van de Q-equivalent (Qtl,l) van het codec-type, dat als eerste in de reeks codecs voorkomt, steeds de Q-equivalent berekend over het doorlopen deel van de reeks door, uitgaande van de laatstberekende Q-equivalent, de volgende Q-equivalent te berekenen onder besturing van de functie die specifiek is voor het type van de laatste codec in dat doorlopen deel. De processtappen gaan dus als volgt: - uitgegaan wordt van de Q-equivalent voor één codec van het type, dat als eerste in de reeks codecs voorkomt, dus type 1, waarvoor Q1,1=30 dB is; de eerste stap in de reeks eindigt bij de tweede codec in de reeks, die van type 2 is; de bij deze eerste stap behorende Q-equivalent wordt berekend onder besturing van de functie (Qt,n = Qt,l -Rt*log(n)) die specifiek is voor het type van de laatste codec in het doorlopen deel van de codec-reeks, in dit geval dus type 2: de Q-equivalent kan nu berekend worden door de laatste Q-equivalent (30 dB) te verminderen in overeenstemming met de functie (Q2,n Q2,n -R2*log(n)) die specifiek is voor het type van de laatste codec (type 2) in het doorlopen deel van de reeks, met andere woorden, te verminderen met dQ2,2 (zie tabel 1), zodat de nieuwe Q-equivalent 30 -9 - 21 dB wordt.

- de volgende stap in de codec-reeks voert naar een codec van type 1; de volgende Q-equivalent wordt nu berekend door uit te gaan van de waarde van 21 dB en die te verminderen in overeenstemming met de functie (Ql,n * Ql,n - Rl*log(n)) die specifiek is voor het type van de laatste codec (type 1) in het doorlopen deel van de reeks, met andere woorden, te verminderen met dQl,3 (zie tabel 1), zodat de nieuwe Q-equivalent 21 - 2 = 19 dB wordt; - de volgende stap in de codec-reeks voert naar een codec van type 3; de volgende Q-equivalent wordt nu berekend door uit te gaan van de waarde van 19 dB en die te verminderen in overeenstemming met de functie (Q3,n - Q3,n - R3*log(n)) die specifiek is voor het type van de laatste codec (type 3) in het doorlopen deel van de reeks, met andere woorden, te verminderen met dQ3,4 (zie tabel 1), zodat de nieuwe Q-equivalent 19- 2« 17 dB wordt.

Voorbeeld B (codec-reeks 2-1-2);

Identiek aan de wijze waarop in het voorgaande voorbeeld de Q-equivalent wordt berekend bij de eerste stap door de codec-reeks, wordt de waarde van Q2,l (immers in dit voorbeeld is de eerste codec van type 2) verminderd met de waarde van dQl,2 (de tweede codec is van type 1), zodat de nieuwe Q-equivalent 40-3-37 wordt. Nu doet zich echter een probleem voor. In dit geval namelijk zou de Q-equivalent over twee codecs, één van type 2 en één van type 1, hoger uitkomen dan de Q-equivalent over één van die twee, namelijk Ql,l, die 30 dB bedraagt. Deze uitkomst moet derhalve worden gecorrigeerd. Daarom wordt het resultaat van de berekening van de nieuwe Q-equivalent vergeleken met de Q-equivalenten over één codec voor beide typen codec en het resultaat gecorrigeerd naar de laagste waarde. Zoals te zien is, is deze correctieslag in dit voorbeeld slechts één keer nodig. Na de correctie naar 30 dB, wordt de volgende Q-equivalent —uitgaande van die waarde van 30 dB— berekend op de wijze als hierboven aangegeven.

Voorbeeld C (codec-reeks 3-2-1-2-3):

Op dezelfde wijze als hierboven wordt, uitgaande van de Q3,l-waarde van 50 dB, overeenkomstig de functie die specifiek is voor codecs van het type 2 een volgende Q-equivalent berekend, namelijk door de waarde van 50 dB te verminderen met 9 dB (dQ2,2), en wordt de aldus verkregen waarde van 41 dB vergeleken met de Q-equivalent voor één codec van het type 2 (Ql,2), die 40 dB is, en overeenkomstig gecorrigeerd tot 40 dB. Conform het verloop van de specifieke functie voor codecs van het type 1, wordt vervolgens deze waarde van 40 dB verminderd met 2 dB (dQl,3) tot 38 dB. Het doorlopen deel van de codec-reeks bestaat nu uit de codecs 3-2-1. Daar de Q-equivalent van codecs van het type 1 30 dB bedraagt, wordt de waarde van 38 dB teruggebracht tot 30 dB. De daaropvolgende berekende Q-equivalenten behoeven niet meer te worden gecorrigeerd.

Voorbeeld D (codec-reeks 3-2-2-1-1-1-1-1-1-1)

Tenslotte toont figuur 3 nog een voorbeeld D, waarin de berekening van de Q-equivalent van een —waarschijnlijk in de praktijk niet voorkomende— codec-reeks wordt getoond. De voorbeeldreeks wordt gevormd door codecs van de typen 3-2-2-1-1-1-1-1-1-1. In dit voorbeeld is de correctiefunctie goed te zien. Uitgaande van de Q-equivalent voor één codec van het type 3, Q3,l, die een waarde heeft van 50 dB, wordt, bij het stapsgewijs doorlopen van de codec-reeks, deze waarde verminderd met dQ2,2 van (zie tabel 1) 9 dB, gecorrigeerd conform Q2,l (40 dB) —immers de Q-equivalent over de twee codecs 3-2 zal nooit hoger kunnen zijn dan die van één codec 3 (50 dB) of 2 (40 dB)— vervolgens weer verminderd met dQ2,3 —conform de helling (overeenkomend met de ratio R2) van de Q/n-curve voor type 2— en weer gecorrigeerd. Bij deze laatste correctie wordt gecorrigeerd overeenkomstig de waarde Q2,2: de op dat moment doorlopen codec-reeks is 3-2-2 en derhalve moet de berekende waarde worden vergeleken met de Q-equivalent van één codec van type 3, Ql,3 (50 dB) en met die van twee codecs van type 2, Q2,2 (31 dB). Daarna bestaat de codec-reeks alleen nog uit codecs 1, zodat bij het verder stapsgewijs doorlopen van reeks steeds de berekende Q-waarden worden verminderd in overeenstemming met de helling van de Q/n-lijn voor type 1, waarbij steeds het resultaat wordt vergeleken met de Q-equivalent voor het totale aantal codecs van type 1 in het tot dan toe doorlopen deel van de codec-reeks. Door de logaritmische schaal van n —waardoor de Q/n-curven een recht verloop hebben— moeten in dit geval steeds correcties worden uitgevoerd, die echter in waarde steeds kleiner zijn. In tabel 1 zijn de waarden afgerond tot gehele getallen, waardoor dat afnemen van de correcties niet nauwkeurig te volgen is.

Het omrekenen van de volgens de bovenstaande methode berekende Q-equivalenten in MOS-waarden geschiedt aan de hand van de in figuur 4 getoonde curve.

De performance van de methode volgens de uitvinding wordt getoond in figuur 5 voor een cascadereeks codecs bestaande uit een FCM-codec, een ADPCM-codec, een LD-CELB-codec en een GSM Full Rate-codec. In de figuur zijn de lineaire regressiecurve, correlatiecoëfficiënt R en de standaarddeviatie S weergegeven.

D. REFERENTIES Geen

Claims

1. Methode voor het berekenen van de transmissiekwaliteit van een transmissiemedium dat een reeks gecascadeerde codecs bevat, GEKENMERKT door de volgende processtappen: - van elk type (t) codec wordt een functie bepaald die specifiek is voor het verband tussen de Q-equivalent (Qt,n) over een reeks, bestaande uit een aantal (n) codecs van datzelfde type en het aantal codecs waaruit die reeks bestaat; - van de reeks codecs zoals die in het transmissiemedium gecascadeerd zijn, wordt de type-volgorde (tl,t2,t3,...) bepaald; - stapsgewijs wordt de codec-reeks doorlopen en wordt, uitgaande van de Q-equivalent (Qtl,l) voor één codec van het type (tl) dat als eerste in de reeks codecs voorkomt, steeds de Q-equivalent berekend over het doorlopen deel van de reeks door, uitgaande van de laatstberekende Q-equivalent, de volgende Q-equivalent te berekenen onder besturing van de functie die specifiek is voor het type van de laatste codec in het doorlopen deel van de codec-reeks.

2. Methode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de eerste processtap, van elk type codec, de ratio (Rt) wordt berekend tussen het verschil tussen de Q-equivalent (Qt,nl) bij een eerste aantal (nl) gecascadeerde codecs van dat type (t) en de Q-equivalent (Qt,n2) bij een tweede aantal (n2) gecascadeerde codecs van dat type (t) en de logaritme van het verschil tussen dat eerste en dat tweede aantal codecs (Rt«[Qt,nl - Qt,n2]/log[nl-n2]).

3. Methode volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde ratio (Rt) wordt berekend door het verschil te berekenen tussen de Q-equivalent (Qt,l) bij één codec van dat type (t) en de Q-equivalent (Qt,10) bij tien gecascadeerde codecs van dat type (t).

4. Methode volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat in de derde processtap per type codec de verschillen (dQt,n) worden berekend tussen de opeenvolgende Q-equivalenten; en dat in de vierde processtap, bij het stapsgewijs doorlopen van de codec-reeks, uitgaande van de Q-equivalent (Qtl,l) voor één codec van het type dat als eerste in de codec-reeks voorkomt, steeds de Q-equivalent over het doorlopen deel van de reeks berekend wordt door van de laatstberekende Q-equivalent het verschil (dQt,n) af te trekken dat in de eerste processtap werd berekend voor het type van de laatste codec in dat doorlopen deel en wel het verschil bij een aantal codecs, gelijk aan het aantal codecs van het doorlopen deel van de reeks.

5. Methode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat steeds bij het stapsgewijs doorlopen van de codec-reeks de laatst-berekende Q-equivalent wordt vergeleken met de Q-equivalenten per codec-type, berekend voor het aantal codecs van dat codec-type dat in het doorlopen deel van de codec-reeks voorkomt, en dat, indien één of meer van die Q-equivalenten per codec-type een lagere waarde heeft dan die laatstberekende Q-equivalent, deze dan wordt gecorrigeerd en wordt gelijkgesteld aan de laagste van die Q-equivalenten per codec-type.