автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Анализ качества стохастической цифровой передачи речевой информации (методика и ее использование при разработке информационных систем)

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский Государственный Университет путей сообщения (МИИТ)

-:-

На правах рукописи

ЛУКОВА Оксана Николаевна

УДК 621.391

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СТОХАСТИЧЕСКОЙ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ (МЕТОДИКА И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ)

05.13.17 Теоретические основы информатики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -

1994

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель-действительный член Академии

транспорта Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Г.В.Горелов.

Официальные оппоненты- действительный член Между народной академии информатиза ции, доктор технических наук, профессор М.Д. Венедиктов -кандидат технических наук С.С. Носенко.

Ведущее предприятие-ВНИИС (г.Воронеж).

Защита диссертации состоится " " _^^ 1994 г. в

". . . " часов на заседании специализированного совета К114.05.10 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) ПО адресу:

103055, г.Москва, А-55,ГСТ, ул.Образцова, 15^ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа. Автореферат разослан ' {^Р."_¿?5~ 1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета К 114 . 05 .М^./п.У., /уху°вссо/>

РЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В информатике широкое применение находят цифровые системы сбора, передачи и обработки информации. Именно такие системы благодаря многим известным преимуществам (высокая помехоустойчивость, возможность многократного воспроизведения информации без ухудшения качества, возможность построения интегральных цифровых сетей и др!) будут способствовать развитию науки и техническому прогрессу в нашей стране и за рубежом.

Главной особенностью дискретных систем передачи, в том числе и цифровых систем передачи речи, является дискретизация речевого сигнала по времени с последующим его восстановлением на приемной стороне. Наиболее просто реализуется регулярная дискретизация. Однако, в настоящее время разработаны и широко используются системы с преднамеренным введением стохастичности в процесс дискретизации для увеличения эффективности передачи. Кроме того, поток отсчетов может стать нерегулярным в процессе функционирования системы, из-за сбоев в ее работе, из-за зашумления каналов, искажения и запаздывания дискретных отсчетов (а при пакетной передаче - пакетов). Перечисленные факторы создают определенные трудности при восстановлении речевого сообщения.

Недостаточная изученность объективных закономерностей процесса передачи и восстановления дискретизированной речи, отсутствие математического аппарата и строгой методики аналитической оценки качества передачи по критериям разборчи-

вости приводят к нерациональному проектированию новых систем, реализующих этот процесс, и препятствуют решению в полной мере задачи их совершенствования.

Поэтому задача создания такого математического аппарата и разработки методики, решаемая в данной диссертационной работе, является актуальной.

Алгоритм решения этой задачи можно представить следующим образом:

X. Анализ методов цифровой передачи речи, основных направлений развития ЦСП и исследование существующих методик оценки качества передачи речевого сообщения.

2. Изучение специфики речевого сообщения, моделирование его вероятностных свойств.

3. Анализ восстановительных процедур и разработка моделей потоков отсчетов речевого сообщения в цифровых системах стохастической передачи речи.

Под стохастическими ЦСП (СЦСП) здесь понимаем ЦСП, на вход восстанавливающих устройств которых поступает стохастический поток отсчетов дискретизированной речи.

4. Создание математического аппарата для исследования процесса передачи речи в СЦСП и разработка методики аналитической оценки качества передачи речи в этих системах;

5. Оценка качества передачи речи в СЦСП с использованием разработанной методики;

6. Выявление возможностей повышения качества и эффективности СЦСП. Практическая реализация предложенных методов повышения эффективности СЦСП.

Известно, что решение задачи информатизации страны сдерживается отсутствием оборудования систем передачи и коммутации в необходимых объемах, дефицитом кабелей. В этих

¿г

условиях развитие сетей передачи информации должно осуществляться в направлении повышения эффективности как существующих, так и вновь вводимых в эксплуатацию каналов и трактов. Это позволит не только сократить расходы кабельной продукции, но и уменьшить объем строительно - монтажных работ, повысить производительность труда и т. д. В частности, весьма перспективно для этих целей применение аппаратуры, объединяющей стандартные цифровые потоки с учетом статистических особенностей передаваемой информации.

Репению перечисленных задач посвящена диссертация.

ИСХОДНАЯ ОСНОВА ДИССЕРТАЦИИ

Исходной основой диссертации являются:

фундаментальные работы по теории обработки информации Н. Винера, В.А. Котельникова, К. Пеннона, и др.;

-теоретические и прикладные исследования по цифровой обработке и передаче непрерывных, в том числе речевых, сообщений П.А. Баранова, И.Белинскиса, Дж. Беллами, А.И. Ве-личкина, Г.В. Вемяна, М.Д. Бенедиктова, Г.В. Горелова, В.Я. Эагурского, А.Г. Зюко, Г.В. Кузнецова, Л.Рабинера, А.Ф. Фомина и др. ;

-исследования средств и, систем передачи информации производственного и специального назначения В.П. Багуц,

A.Н. Голубева, Д.В. Дьякова, И.А. Лозового, В.А. Новикова,

B.Л. Тюрина и др.

£

ЦЕПЬ РАБОТЫ

Диссертационная работа проводилась с целью развития теории восстановления речевого сообщения в цифровых системах и разработки методов оценхи качества передачи речи, позволяющих объективно оценивать преимущества и недостатки существующих способов цифровой передачи речевых сообщений, содействовать обеспечению рационального проектирования новых систем.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАХЫ.-ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Разработанные аналитические модели основных характеристик речевого сообщения.

2. Разработанные модели потоков отсчетов в цифровых системах передачи информации со статистическим уплотнением каналов, в цифровых сотовых системах передачи информации, в интегральных цифровых сетях с коммутацией пакетов речи и данных.

3. Методика аналитической оценки качества речевой информации по критерию разборчивости в цифровых системах стохастической передачи.

4. Результаты оценки качества передачи речи в ЦСП со статистическим уплотнением каналов, в цифровых сотовых системах передачи информации, в интегральных цифровых сетях с коммутацией пакетов речи и данных.

5. Схемная реализация предложенных методов передачи

речевого сообщения в ЦСП со статистическим уплотнением.

МЕТОДИКА ИГСЛЕПОПАНИЯ

Методика исследований предполагает использование теории случайных процессов, математической статистики, математического анализа, математических моделей речевого сообце-ния, в том числе оригинальных, и восстанавливапщих устройств, моделей систем массового обслуживания при моделировании процессов восстановления дискретизированной речи, подтверждение результатов аналитического исследования экспериментальными данными.

НАУЧНАЯ.НОВИЗНА

Диссертационная работа развивает теорию восстановления речевых сообщений в направлении разработки методики и математического аппарата аналитической оценки качества передачи и восстановления речевых сообщений в стохастических цифровых системах передачи информации, применения разрабо--тайных моделей при анализе и проектировании систем, реализующих передачу и восстановление как регулярно, так и нерегулярно дискретиэированних речевых сообщений.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

П1 лктическая ценность разработанного в диссертации

£

математического аппарата заключена в предоставленной возможности получения аналитическими методами объективных результатов оценки качества речи по критериям разборчивости, использованных при анализе и проектировании конкретных стохастических цифровых систем, реализующих передачу и восстановление речевых сообщений.

РЕАЛИЗАЦИЯ. РАЕОТ.Ы

Результаты диссертационной работы приняты к внедрению Московско-Смоленской дистанцией Московской железной дороги. Вид внедрения результатов - методика определения качества передачи речи в телефонных каналах системы ИКМ-30 с применением устройства статистического уплотнения каналов. Область и форма внедрения - полученные результаты (методика расчетов и исследований, алгоритмы и программы, схемное решение) предназначены для использования при эксплуатации устройства статистического уплотнения каналов системы ИКМ-30. Эффект от внедрения результатов диссертационной работы в производство достигается за счет повышения эффективности использования каналов связи, и ожидается в виде экономии дорогостоящей кабельной продукции и снижении затрат на прокладку кабельных линий и их обслуживание.

Результаты исследований, проведенных в процессе работы над диссертацией, используются также в учебном процессе на хафедре РЭС Московского Государственного Университета путей сообщения. В частности, в лекционных курсах по ряду дисциплин учебного плана специальности 2102.

На основе материалов диссертации разработаны новые

технические решения. Одно из них, в частности, защищено ав торским свидетельством на изобретение N 1837348.

Материалы диссертации докладывались и удостоены диплома за лучший доклад на научно-технической конференции "Проблемы и принципы построения пакетных радиосетей" (ВНИИС, г.Воронеж, 1993г.), на XLVII научной сессии КТО РЭС им. A.C. Попова, посвященной дню Радио (г.Москва, 1992 г.), на второй межрегиональной конференции МНТО РЭС им. A.C. Попова "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи* (Москва-Пупкино 1993 г.), на симпозиуме •Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей" . - ВМОССП-93 /Стендовый доклад/ (г.Тернополь, 1993 г.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание работы изложено в 13 публикациях. Перечень их приведен в конце автореферата.

СТРУКТУРА И-ОБЪЕМ РАБОТ:,'

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений, содержит 35 рисунков, 2 таблицы, библиографический список из 6 0 наименований. Основная часть диссертации изложена на 148 страницах машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ро сведении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приводится краткий обзор состояния основных вопросов, поставлены цели и задачи исследования, дан алгоритм их решения, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

ft первое разделе? производится обзор и анализ существующих методов цифровой передачи речи, в том числе в цифровых системах со стохастической передачей. Отмечены перспективы развития ЦСП в направлении совершенствования оборудования, разработки новых методов уплотнения каналов, увеличения эффективности цифрового тракта первичной ЦСП. Рассматриваются системы передачи, использующие уплотнение речевого сигнала, такие как система ТАСИ (Time Assigment Speech Interpolation), аппаратура "Объединение", описываются три основные метода группового сжатия. Анализируются режимы работы и порядок построения интегральных цифровых сетей с коммутацией пакетов речи и данных. Производится обзор известных методик оценки качества передачи речи: применение эталонных систем, оценка качества передачи по громкости, оценка качества передачи по разборчивости. Описывается измерение разборчивости методом артикуляционных испытаний, который применялся в экспериментальных исследованиях в диссертационной работе.

Произведенный анализ методов передачи речи и оценки качества речевого сигнала в СЦСП позволил сделать следующие выводы.

1. Перспективными направлениями развития ЦСП являются

//

совершенствование оборудования в райках существующей иерархии ЦСП, повышение эффективности использования каналов и увеличение их числа, создание цифровых статистических систем передачи, повышающих эффективность использования цифрового тракта первичной ЦСП.

2. Для повышения эффективности использования тракта передачи могут применяться системы передачи информации (СПИ), использующие один из трех основных методов группового сжатия: уплотнение речевого сигнала путем удаления из него пауз, статистическое уплотнение стандартного цифрового канала и пакетная передача речи.

3. Цифровая система передачи речи, использующая любой из основных методов обработки речевых сигналов во временной области и любой из трех указанных въгае методов группового сжатия, в общем случае является ЦСП со стохастическим потоком ртсчетов дискретизированной речи на входе восстанавливающего устройства.

4. Необходимо разработать универсальную, точную и простую методику аналитической оценки качества передачи речи в СЦСП, позволяющую не только оценить эффективность существующих цифровых СПИ, но и дать рекомендации для наиболее рационального проектирования новых систем.

Реиению поставленной в диссертационной работе задачи посвящены следующие ее раздели.

Второй раздел посвящен разработке моделей вероятностных характеристик речевого сигнала. Предложена гиперэкспоненциальная модель усредненной плотности распределения вероятностей мгновенных значений речевого сигнала.

\У(Х) = -

е 0,1 +е

к =

л -I)3 +27000 6750-(я-1)3

ст»-среднехвадратическое отклонение сигнала. Рассмотрены аппроксимации энергетического спектра речевого сообщения. Изменяя известное аналитическое выражение с учетом того, что сигнал на входе дискретиэатора в ЦСП, как правило, ограничивается фильтром нижних частот, и записав это йыражение в своих обозначениях, получена модель:

8х(<О) = М1+М)О£

1

а^-гв-со+к' + в1 оНгВ^ш + Я' + В2.

где приняты следующие обозначения:

¡ + е я { я. ; к V, я. )

Рср - частота среза восстанавливающего фильтра,

^ - коэффициент.

Проведено сравнение выбранных аналитических моделей с результатами экспериментальных исследований, показавшее достаточную степень их адекватности.

Произведенный анализ свойств и моделей речевого сигнала позволил сделать следующие выводы:

1. На достаточно продолжительных отрезках времени речевое сообщение может удовлетворять условиям стационарности, что позволяет его рассматривать как квазистационарный случайный процесс. Более тонкое моделирование речевого сиг-

нала существенно усложняет и часто делает невозможным применение аппарата аналитического исследования.

2. Разработанная гиперэкспоненциальная модель позволяет описывать достаточно разнообразные плотности распределения вероятностей мгновенных значений речевого сигнала, что делает ее эффективным инструментом при решении поставленных в диссертации задач.

3. Исследованные и разработанные аппроксимации энергетического спектра и корреляционной функции речевого сообщения являются аналитическими зависимостями, достаточно близкими к экспериментальным, и могут бить использованы для решения задач, поставленных в диссертационной работе.

Третий -разпел диссертации посвящен моделировании потоков дискретных отсчетов речевого сигнала в СЦСП. Свойства потоков отсчетов на входе восстанавливающего устройства любой ЦСП в основном зависят от структуры и особенностей Фун- ' кционирования этой системы. Для решения задачи исследования систем передачи речи помимо известных аналитических моделей: простейшего случайного, регулярного потока, потока Эр-ланга использованы модели, более точно отражающие специфику потоков отсчетов в различных .вариантах СЦСП, использующих статистическое уплотнение тракта стандартной ЦСП, в цифровых сотовых системах, в интегральных цифровых сетях с коммутацией пакетов речи и данных. Например, для цифровой сотовой системы связи, исследуемой в работе, получено следующее выражение распределения интервала в потохе отсчетов:

X »0,1,2,...; .

где ш-дпина пакета сообщения,

О-вероятность неотбраковки пакета сообщения,

t-частота дискретизации.

Выполненный анализ и разработка моделей потоков дискретных отсчетов речевого сигнала в СЦСП позволяет сделать выводы о том, что:

1. Свойства потоков отсчетов на входе восстанавливающего устройства любой ЦСП в основном зависят от структуры и особенностей функционироплния этой системы, и задача, возникающая при конструировании модели потока отсчетов речевого сигнала на входе восстанавливающего устройства, состоит в отыскании распределения вероятностей интервала в потоке отсчетов.

2. Для решения задачи исследования СЦСП со статистическим уплотнением каналов системы ИКМ-30 можно использовать модель нерегулярного потока отсчетов с геометрическим распределением вероятности неотбраковки отсчета.

3. Разработанные нами модели потоков отсчетов позволяют проводить исследования различных СЦСП, использующих цифровую передачу речи, прогнозировать их функционирование, подбирать технические параметры, а следовательно, оказывать влияние на качество передачи речевого сообщения.

Решению этих задач посБЯЩен четвертый Раздел. Выбраны критерии оценки качества цифровой передачи речй": нормиро-

&

ванный средний квадрат ошибки восстановления и отношение мощности сигнала к мощности шумов восстановления и приведены выражения их взаимосвязи.

Исследуется влияние шумов квантования на качество передачи речи в цифровых системах. При использовании предложенных аппроксимаций плотности распределения вероятностей речевого сообщения получены выражения для отношения мощности сигнала к мощности шумов квантования (ОСШК) для случаев использования различных характеристик компрессии. Например, для А-характеристики:

ОСШК« 10-^

(1-ИпА)1 1 1

6 Ох А1 к-1

1-е" Л-А

30

_ кн

я,-А

_Г 2-дх ) 2-а|, 30 ЗО'-к 30'-к2

(«-1Ц

2-о'у

*-1 (л-1)г - к (к- 1)э.ка

+е

2-Оу

(я-О'-А1 (я-О'к-А (тс-1)1 к

+в

2-сТу

2ст1

30-А1 301 'к-А 305-к3

Произведено сравнение полученных результатов с содержанием Рекомендации МККТТ в.712.

Получению аналитических выражений отношения мощности речевого сигнала к мощности шумов дискретизации и восстановления (ОСПД) предшествуют моделирование интерполирующего

/Б

фильтра и проверка соответствия модели установленным нормам. За ослопу взят шаблон характеристики фильтра, рассчитанного на выполнение рекомендаций МККТТ по подавлению вне-полосных сигналов в ИКМ-кодерах речи. Такая характеристика аппроксимировалась линейной функцией и полиномами Баттер-ворта разных порядков.

Выражение для ОСШД в ИЦС с коммутацией речи и данных имеет вид:

, [о / Л | + м им . (Я'-С^ , ^П'+й) 0СИЛ-Ю.18.{1р(х) —аг«^—^агс^-^-

4ДГ

где П' = 2-л-}:;г; П = 2-п-1;т; Л-^г'. В =

Б

РД, - частота среза идеального ФНЧ, используемого при восстановлении;

(П'+П).(т-х + 1)

С = 2 • я • Сд + В; О^-я-^-В; <} = :

Соответствующие выражения получены и для других примеров сцсп.

Известно, что влияние иумон квантовании на качество передачи по субъективной оценке существенно меньше по сравнению с влиянием некоррелированных с сигналом шумов, к которым относим щуми дискретизации и восстановления, что дает возможность определения эквивалентного отношения сигнал-шум (ОСИ) .

Получена аналитическая зависимость показателей разборчивости от результирующего ОСИ.

Основными результатами данного раздела являются следующие:

1. Разработанная методика аналитической оценки качества передачи речевого сигнала в СЦСП универсальна в смысле возможности ее применения для различных ЦСП речи со стохастическим потоком отсчетов на входе восстанавливающего устройства .

2. Аналитические выражения, разработанные для оценки влияния шумов квантования на качество передачи речи в СЦСП, позволяют давать сравнительную оценку качества передачи стандартных ЦСП с ИКМ, оценивать влияние статистического уплотнения на величину шумов квантования (в случае изменения структуры кодовых слов), составлять рекомендации для проектирования новых СЦСП.

3 . Произведенное сравнение полученных результатов с нормой, рекомендованной МККТТ 0.712 дает возможность оценить влияние характеристик передающей системы и закона ком-пандирования на качество передачи речи.

4. Изучение рекомендованного МККТТ шаблона АЧХ восстанавливающего ФНЧ позволило разработать несколько аналитических выражений длй его аппроксимации. Использование предложенной линейной аппроксимации шаблона существенно упрощает последующие расчеты погрешности восстановления речевого сигнала и дает достаточную для инженерных расчетов точность. ,

5-. Разработанное в общем виде выражение для отношения мощности речевого сигнала к мощности шумов дискретизации и восстановления (ОСШД) справедливо для любых моделей энерге-

тического спектра речевого сигнала, восстанавливающего фильтра и потока отсчетов дискретизированной речи на его входе.

,6. С применением разработанного выражения для ОСШД в СЦСП произведена оценка влияния интенсивности потока отсчетов на входе восстанавливающего ФНЧ на качество передачи, что позволяет давать, в частности рекомендации по проектированию устройств статистического уплотнения цифровых телефонных каналов и их наиболее эффективной эксплуатации.

7. На основании разработанной методики решается задача оптимизации дискретного представления речевого сигнала в СЦСП для условий восстановления речи с помощью фильтра нижних частот.

и пятом разддце приведены результаты использования разработанной в диссертационной работе методики аналитического оценивания качества передачи речи в цифровых системах стохастической передачи.

При использовании полученных моделей речевого сиг-' нала, восстанавливающего фильтра, потока отсчетов для различных процессов функционирования устройств статистического уплотнения и аналитических выражений дгся ОСИ получены результаты оценки качества передачи речи.

В качестве примера цифровой сотовой системы передачи информации рассмотрена узкопопоеная цифровая сотовая система с МДВР.

Произведена оценка качества речи в системах с пакет-' ной передачей речи и данных. Пакетная передача речи принадлежит к категории трафика реального времени с жесткими требованиями к временным задержкам. Превышение допустимых задержек приводит к потерям пакетов и ухудпению качества пе-

редачи речи. В данном разделе предложена методика расчета и произведена оценка качества пакетной передачи речи, оцениваемого по критерию разборчивости с учетом влияния отбраковки пакетов из-за временных задержек, шумов квантования и дискретизации. Кроме того произведен анализ влияния характеристик передаваемого сообщения на качество пакетной передачи. Произведена оценка разборчивости речи при перегрузках в интегральной цифровой сети с коммутацией пакетов речи и данных, а также при различных методах восстановления речи.

Основные результаты раздела:

1. При использовании разработанных моделей речевого сигнала, восстанавливающего фильтра, потока отсчетов и аналитических выражений для отношения мощности сигнала к мощности шумов и рассмотрении процесса функционирования устройств статистического уплотнения, получены результаты оценки качества передачи речи в различных условиях функционирования устройств.

2. На основании произведенной оценки можно заключить, что разборчивость речи в дополнительном комплекте устройств статистического уплотнения уменьшается на 11% по сравнению с основным комплектом, но качество передачи в обоих комплектах остается удовлетворительным. Это подтверждает целесообразность применения устройств статистического уплотнения каналов ЦСП, которые позволяют практически в два раза увеличить пропускную способность тракта передачи.

3. С использованием разработанной методики аналитической оценки качества передачи речи в СЦ£П оценено влияние на разборчивость речи таких параметров сотовой ЦСП с множественным доступом к передающей среде и временным разделением каналов как длина пакета сообщения, уровень передачи

сигнала, характеристика компрессии, параметры восстанавливающего ФНЧ.

4. Произведенный анализ влияния характеристик передаваемого сообщения на качество пакетной передачи показывает, что качество передачи уменьшается с увеличением длины пакета сообщения, а влияние мощности речевого сигнала на показатели качества усиливается по мере уменьшения вероятности отбраковки пакета,

5 . Произведена оценка качества речи в ИЦС с коммутацией пакетов речи и данных. Разработанная методика расчета позволила произвести оценку качества пакетной передачи речи, оцениваемого по критерию разборчивости с учетом влияния отбраковки пакетов из-за временных задержек, шумов квантования и дискретизации.

6. Полученные результаты определяют зависимость показателей качества речевого сигнала от параметров системы передачи и условий функционирования ИЦС. Разработанная методика аналитической оценки качества передачи речи в СЦСП позволяет повысить эффективность "использования ИЦС путем оптимизации обслуживания пакетов в центрах их коммутации и выбора таких характеристик, как интенсивность входной нагрузки, емкость буфера, длина пакета речевого сообщения.

7. Произведена оценка разборчивости речи при перегрузках в интегральной цифровой сети с коммутацией пакетов речи и данных, а также при различных методах восстановления речи .

В. Сравнение результатов двух подходов к восстановлению речи в ИЦС (с использований вставок белого шума вместо отбракованных пакетов речи и беи них) показывает, что использование вставок белого шума дает значительное пройму-

¡цество в разборчивости по сравнению со случаем, когда вставки белого шума не применяются. К такому ка результату приводит использование вставок сигналов, не представляющих собой белый шум, но удовлетворяющих условию независимости от речевого сигнала.

9. Разработанная методика и полученные результаты позволяют оптимизировать анализ существующих и синтез новых стохастических цифровых систем передачи речи.

ЗаКПЙЧЕНИВ

Резюмируя изложенное, сформулируем основные выводи и результаты диссертационной работы в целом.

Теоретически обоснована и решена сформулированная в первом разделе научно-техническая задача аналитической оценки качества речевого сообщения по критерию разборчивости в стохастических цифровых системах передачи, имеющая существенное значение для теории и практики цифровых систем сбора, передачи и обработки информации.

Перечислим наиболее важные выводы и результаты работы .

1. Предложенные модели плотности распределения вероятностей мгновенных значений и аппроксимации энергетического спектра и корреляционной функции речевого сообщения являются аналитическими зависимостями, достаточно близкими к экспериментальным, и могут быть использованы для решения задач, поставленных в диссертационной работе.

2. Разработанные аналитические модели потоков отсчетов на входе восстанавливающего фильтра ЦСП позволяют проводить исследования различных СЦСП, использующих цифровую передачу

гг.

речи, прогнозировать их функционирование, подбирать технические параметры, а следовательно, оказывать влияние на качество передачи речевого сообщения.

3. Разработанная в диссертационной работе методика аналитической оценки качества передачи речевого сигнала , в СЦСП является универсальной в смысле возможности ее применения для различных ЦСП речи с регулярным и стохастическим потоками отсчетов на входе восстанавливающего фильтра.

4. Аналитические выражения, разработанные для оценки влияния шумов квантования на качество передачи речи в СЦСП (при использовании предложенных в работе моделей), позволяют оценивать качество передачи стандартных ЦСП с ИКМ, оценивать влияние статистического уплотнения на величину шумов квантования (в результате изменения структуры кодовых

слов), составлять рекомендации для проектирования новых СЦСП.

5. Представленное в общем виде выражение для отношения мощности речевого сигнала к мощности шумов дискретизации и восстановления (ОСШД) конкретизировано для широкого набора аппроксимаций энергетического спектра речевого сообщения, частотной характеристики восстанавливающего фильтра и потока отсчетов дискретиэированной речи на его входе. С использованием указанного выражения произведена оценка влияния интенсивности потока отсчетов на входе восстанавливающего ФНЧ на качество передачи (что позволяет давать, в частности, рекомендации по проектированию устройств статистического уплотнения каналов ЦСП и их наиболее эффективной эксплуатации) , решается задача оптимизации дискретного представления речевого сообщения в СЦСП для условий восстановления с помощью ФНЧ.

Л5

6. С использованием представленных моделей речевого сигнала, восстанавливающего фильтра, потока отсчетов и разработанных аналитических выражений ОСШ и слоговой разборчивости получен ряд результатов оценки качества передачи речи в СЦСП. Перечислим лишь некоторые из них.

а) Разборчивость речи в дополнительном комплекте предложенного и защищенного A.c. СССР устройства статистического уплотнения каналов первичной ЦСП уменьшается на 11% по сравнению с основным комплектом, но качество передачи в обоих комплектах остается удовлетворительным (согласно Рекомендациям G.711, G.712 МККТТ). Это подтверждает целесообразность применения такого метода статистического уплотнения, который позволяет практически а два раза увеличить пропускную способность тракта передачи.

б) Оценено влияние на разборчивость речи таких параметров сотовой ЦСП с множественным доступом к передающей среде и временным разделением каналов как длина пакета сообщения, уровень передачи сигнала', характеристика компрессии, параметры восстанавливающего ФНЧ, Например, при длине пакета сообщения т=64 отсчета, средней величине шага квантования по уровню Д=1/128, уродне передачи сигнала р=0 дБ и вероятности отбраковки отсчета Q=0,00001 слоговая разборчивость S=93%.

в) Качество пакетной передачи речи уменьшается с увеличением длины пакета сообщения, а влияние мощности речевого сигнала на показатели качества усиливается по мере уменьшения вероятности отбраковки пакета. Например, при длине пакета сообщения т=16 отсчетов, средней величине шага квантования по уровню Д=1/128, уровне передачи сигнала р=0 дБ и вероятности отбраковки пакета 0=0,00001 слоговая раз-

борчивость S=98%, а при тех же условиях, но для п\=128 отсчетов S=90%.

г) Произведена оценка качества передачи речи в интегральной цифровой сети (ИЦС) с коммутацией пакетов речи и данных. Полученные результаты показывают зависимость показателей качества от параметров системы передачи и условий функционирования ИЦС. Например, при входящей нагрузке на пучок каналов у=10 Эрл, емкости буфера г=1б слоговая разборчивость S=97%, а при емкости буфера r=8 - S=80%.

Разработанная методика аналитической оценки качества передачи речи в СЦСП позволяет повысить эффективность использования ИЦС путем оптимизации обслуживания пакетов в центрах их коммутации и рационального выбора таких характеристик, как интенсивность входной нагрузки, емкость буфера, длина пакета речевого сообщения.

Произведена оценка разборчивости речи при перегрузках в интегральной цифровой сети с коммутацией пакетов речи и данных, а также при различных методах восстановления речи.

д) Сравнение результатов двух- подходов к восстановлению речи в ИЦС (с использований вставок белого шума вместо отбракованных участков речи и без них) показывает, что использование вставок белого шума дает значительное преимущество в разборчивости. Практически такой же результат дает использование вставок, не представляющих собой белый шум, но удовлетворяющих условию неэанисимости от речевого сообщения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Горело» Г.В., Иванов A.B., Лукова О.Н. Устройство для передачи и приема информации. A.c. СССР и 1837348,

Jo

Бюл.Ы 32. 30.08.93 г.

2.Горелов Г.В.,Иванов А.В.,Лукова О.И. Устройство статистического уплотнения каналов связи системы передачи с ИКК.Автоматика, телемеханика и сьяэь, N4( 1992, стр.13-14.

3.Горелов Г.В.,Казанский Н.А.,Лукова О.Н. Методика оценки качества пакетной передачи речи в интегральных цифровых сетях. Электросвязь, N9, 1992, стр. 31-35.

4.Горелов Г.В.,Казанский H.A., Лукова О.Н. Оценка качества пакетной передачи речи в цифровых сетях интегрального обслуживания. Тезисы докладов XLVII научной сессии НТО РЗС,М.-1992, стр.134.

5.Горелов Г.В.,Лукова О.Н. Стохастическая дискретизация как инструмент повышения точности цифровой фильтрации. Автоматика и вычислительная техника, Рига,1993, N1.

6.Горелов Г.В., Лукова О.Н., Чан Куок Т. Влияние изменений аппроксимации плотности распределения вероятностей речевого сигнала на оценку величины шумов квантования р первичной цифровой системе передачи. Сб. "Деп. научн. работы", ВИНИТИ,1993,N1.

7.Горелов Г.В.,Казанский H.A., Лукова О.Н. Оценка качества связи в сетях с пакетной передачей речи при воздействии случайных прерываний обслуживания. Автоматика и вычислительная техника,Рига,1993,N1,стр.69-71.

8.Горелов Г.В.,Лукова О.Н. Качество воспроизведения сигнала при стохастической дискретизации в первичной цифровой системе передачи. Сб."Деп.научн.раб.",ВИНИТИ,1993,N1.

Э.Горелов Г.В.,Лукова О.Н. Оценка погрешности стохастической дискретизации при использовании ФНЧ в качестве интерполятора. Сб."Деп.научн.раб.",ВИНИТИ,19 93,N1.

Ю.Горелов Г.В..Казанский Н.А.,Лукоаа О.Н. Оценка ка-

л?

чества различных методов восстановления речи в цифровых сетях с коммутацией пакетов речи и данных. Вторая межрегиональная конференция МНТО РОС им.А.С.Попова "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", тез.докл. М. -1993.-стр.81-83.'

11.Горелов Г.В.,Лукова О.П.Сравнение результатов двух подходов к оценке качества пакетной передачи телефонных сигналов. Вторая межрегиональная конференция МНТО РЭС им.А.С.Попова "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", тез.докл. М.-1993.-стр.84-85.

12.Лукова О.Н. Влияние порядка восстанавливающего фильтра на качество передачи речевого сигнала в ЦСП. Вторая межрегиональная конференция МНТО РЭС им.А.С.Попова "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", тез.докл. М.-1993.-стр.88-90.

13.Горелов Г.В., Казанский H.A., Лукова О.Н. Оценка • качества различных методов восстановления речи в цифровых сетях с коммутацией пакетов речи И данных. Автоматика и вычислительная техника.-1993, N4- с.77-78.

Пукова Оксана Николаевна

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СТОХАСТИЧЕСКОЙ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ

РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ (МЕТОДИКА И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ)

(05.13.17-Теоретические основы информатики)

Сдано в набор . ?£: ... Подписано к печати 2ь. С"-/. 9У.

Формат бумаги 60x90 1/16 Объем (5. п . л . ЗаказЗс/*' Тирад /СО.

Типография МИИТА, Москва, ул. Образцова.15