Совершенствование современных методов оценки качества передачи речевой информации по каналам связи, оборудованным эхоподавителями

В настоящее время благодаря достижениям в области телекоммуникационных технологий, в современных сетях качество передачи речевой информации постепенно повышается и большинстве случаев отвечает нормативным требованиям. Как известно, если раньше абоненты реагировали только на недостаточную громкость голоса, приводившую к потере качества передачи, то со временем они стали реагировать на разборчивость, а в последнее время стали особенно обращать внимание на качество передачи фактора натуральности звучания голоса. Поэтому для поддержания одной и той же степени удовлетворенности абонентов качеством телефонной передачи необходимо постоянное и непрерывное улучшение параметров систем передачи и систем контроля качества. Оценка качества всегда остается актуальной задачей в проектировании, построении и эксплуатации современных сетей связи.

Развитие национальной сети связи Вьетнама и международной сети приводит к увеличению числа каналов с повышенным временем распространения сигнала. К таковым, в частности, относятся все каналы, организованные по спутниковым линиям связи, и некоторые каналы, образованные по проводным линиям связи. В каналах с повышенным временем распространения из-за явления электрического эха качество речевой информации резко снижается, переговоры затягиваются из-за переспросов, требуемое число каналов возрастает. В ряде случаев использование таких каналов становится невозможным.

Эффективными средствами борьбы счявлением электрического эха являются эхоподавляющие устройства, реализующие методы самобалансирующейся дифсистемы, эхозаграждения, компенсации эхосигнала, осуществляемые эхоподавляющими устройствами типа эхозаградителей и эхокомпенсаторов.

Качество передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи может оцениваться на основе субъективного и объективного методов контроля.

В середине 90-х годов сектор по стандартизации телекоммуникаций международного союза электросвязи (МСЭ-Т) завершил разработку рекомендации Р.800, «Методы субъективной оценки качества речевой связи», которая на сегодня является наиболее признанной методологией оценки работы систем передачи речи. В ней описываются условия проведения тестовых испытаний, содержание аудиообразцов, система оценок и методики анализа полученных данных. Чаще всего метод, изложенный в рекомендации Р.800, используют для расчета средней субъективной оценки (Mean Opinion Score — MOS) качества речи по пятибалльной шкале.

Субъективные методы оценки дают более достоверные результаты. Однако, с точки зрения автоматизации процесса контроля, они обладают существенными недостатками: необходимость привлечения многочисленных подготовленных артикуляционных бригад операторов и аудиторовтрудоемкость и длительность проведения измерений и обработки полученных результатовнеобходимость в специально оборудованных помещениях и др.

Существующие объективные методы обладают недостатками, состоящими в том, что результаты измерений не имеют необходимого сопоставления с результатами субъективных измерений, проведенных на эталонной системе, которые МСЭ-Т считает достоверными. Другими недостатками существующих объективных методов контроля являются: необходимость содержания сложных и трудно реализуемых устройств измеренийнеобходимость прерывания связи по каналу во время проведения испытаний, что считается основным отрицательным фактором при массовых измерениях.

В данной работе осуществлена попытка комплексного подхода к совершенствованию существующих методов контроля качества с целью создания нового объективного метода, имеющего повышенную точность оценки и возможность контроля без перерыва связи.

Цель и задача работы. Целью диссертационной работы являются создание усовершенствованного объективного метода оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи и рассмотрение возможности его практической реализации.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие частные задачи исследований:

— анализ существующих методов оценки качества передачи речевой информации по каналам связи;

— разработка численного метода определения интегрального критерия оценки качества;

— разработка объективного метода оценки натуральности;

— разработка математического аппарата для решения предлагаемого метода оценки качества, а также составление на его основе обобщенного алгоритма и функциональной схемы усовершенствованного устройства объективного контроля качества (УУОКК);

— разработка математических основ и логической структуры алгоритма имитационной модели, реализующей предлагаемый метод оценки качества;

— экспериментальные исследования предлагаемого усовершенствованного метода оценки качества;

— подготовка рекомендации по применению УУОКК на сети связи.

Методы исследования. В работе используются методы численного анализа, теории дискретизации и цифровой обработки сигналов, а также имитационное моделирование на ЭВМ.

Научная новизна настоящей работы заключается в следующем:

— разработан метод оценки натуральности, основывающийся на анализе корреляционной взаимосвязи между огибающими сигналов в фор-мантных полосах.

— предложен усовершенствованной метод объективной оценки качества, который учитывает удельный вес всех показателей качества (громкости, разборчивости и натуральности) и позволяет автоматически контролировать и адекватно оценивать качество передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный метод объективной оценки качества передачи речевой информации по каналам, оборудованным эхоподавляющими устройствами, позволяет:

— получить достоверный результат измерения, величина статистической относительной погрешности которого не более 7%;

— автоматизировать процесс контроля качества без прерывания связи.

УУОКК, реализованное на основе сигнальных микропроцессоров АБ8Р2181 и АБ8Р21 063, позволяет одновременно контролировать качество передачи речевой информации по всем каналам потока Е1.

Результаты диссертационной работы в виде алгоритма, математических и имитационных моделей УУОКК и его среды функционирования внедрены в опытно-конструкторские разработки, проводимые в ЗАО «Связьпром», а так же в учебный процесс МТУ СИ, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положение диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУ СИ и на научных сессиях, посвященных дню радио (РНТОРЭС им. A.C. Попова) в 1998;2001 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ. Часть материалов вошла в отчеты по НИР, проводимой кафедрой многоканальной электросвязи МТУСИ в рамках хоздоговорной тематики.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 145 страниц, в том числе 39 рисунков и 14 таблиц.

Список литературы

включает 62 наименований.

Основные результаты данной работы заключаются в следующем:

1. В результате анализа существующих методов оценки качества передачи речевой информации установлено:

— согласно рекомендации МСЭ-Т, субъективные методы дают возможность обеспечить меньшую ошибку оценок измерения. Однако, наряду с достоинствами, они имеют существенные недостатки, основные из которых: необходимость привлечения многочисленных тренированных артикуляционных бригад операторов и аудиторовтрудоемкость и длительность проведения измерений и обработки полученных результатовнеобходимость в специально оборудованных помещенияхотсутствие реальных условий ведения переговоров;

— применяемые ранее технические косвенные методы нецелесообразно использовать для автоматического контроля из-за необходимости прерывания связи на время проведения испытаний, что является основным отрицательным фактором при проведении массовых измерений;

— разработанный ранее технический прямой объективный метод нецелесообразно использовать из-за того, что метод принимает оценку по натуральности равную фиксированному значению 3 балла во всех случаях;

— отмеченные выше недостатки существующих методов контроля требуют разработки усовершенствованного метода объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи без участия операторов и без перерыва связи.

2. В результате анализа критерия оценки качества установлено:

— интегральный критерий должен содержать все основные составляющие критерия оценки качества (громкость, разборчивость, натуральность);

— критерии оценки качества оцениваются по пятибалльной шкале.

3. Разработан численный метод определения интегрального критерия оценки качества, позволяющий:

— учитывать удельный вес всех составляющих интегрального критерия;

— получить достоверный результат измерения при любых значениях каждой составляющей.

4. Разработан метод оценки натуральности, основывающийся на анализе корреляционной взаимосвязи между огибающими сигналов в фор-мантных полосах. Учет показателя натуральности в составе общего интегрального критерия оценки качества наряду с другими (громкость и разборчивость) представляет собой совершенствование ранее предложенного метода оценки качества.

5. Разработан усовершенствованный метод объективной оценки качества передачи речевой информации, позволяющий автоматически контролировать качество и адекватно оценивать качество передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи.

6. Разработан математический аппарат и обобщенный алгоритм метода объективной оценки качества. Результаты, полученные путем усреднения оценок более 30 переговоров, позволяют получить оценку с требуемой достоверностью.

7. Для практической реализации разработана функциональная схема УУОКК и рассмотрен вариант подключения устройства объективного контроля к каналу, позволяющий без перерыва связи контролировать качество передачи.

8. В качестве базового варианта технической реализации данного устройства контроля предложены сигнальные процессоры АБ8Р-2181 и А08Р-2Ю63. Высокая производительность и большой объем памяти этих процессоров обеспечивают возможность одновременного контроля качества по каналам потока Е1.

9. Разработаны математические основы и программное обеспечение имитационной модели, реализующей предлагаемую методику, отвечающую требованиям руководящих документов и рекомендациям МСЭ-Т.

10.Анализируя результаты экспериментальных исследований на имитационной модели, можно сказать:

— с использованием УУОКК может быть достигнута высокая точность измерения качества передачи, обеспечивающая величину статистической относительной погрешности измерения не более 7%, что ниже величины ранее предлагаемых методов;

— целесообразно рекомендовать применять УУОКК в процессе эксплуатации, как достоверное средство автоматического контроля качества передачи речевой информации по эхозащишенным каналам связи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.