автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка объективных методов оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И

ИНФОРМАТИКИ

На правах рукописи

Нгуен Фи Туен

РАЗРАБОТКА ОБЪЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ЭХОЗАЩИЩЕННЫМ

КАНАЛАМ СВЯЗИ

Специальность 05.12.13 - Системы и устройства радиотехники и

связи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, профессор Цыбулин М.К.

МОСКВА - 1999

ОГЛАВЛЕ НИЕ

ВВЕДЕНИЕ .........................................................................................

ГЛАВА 1. Анализ существующих методов оценки качества передачи информации по каналам связи, оборудованным

10

эхоподавляющими устройствами......................................................

1.1 Особенности развития современных сетей связи и сети

10

связи Вьетнама.....................................................................................................

1.1.1 Особенности развития современных сетей

10

связи.................................................................................................................

15

1.1.2 Особенности сети связи Вьетнама........................................

1.2. Явление "электрического эха и методы борьбы с его

мешающими воздействиями..................................................................... 20

1.3. Критерии оценки качества передачи информации по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими устройствами.......................................................................................................... 35

1.4. Методы оценки качества передачи информации по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими устройствами (объективные и субъективные)......................... 36

1.4.1. Анализ косвенных методов контроля качества телефонного канала связи........................................................... 40

1.4.2. Анализ технических объективных и субъективных методов оценки качества передачи телефонной информации............................................................... 40

1.4.3. Анализ прямых субъективных методов оценки качества передачи телефонной информации............... 50

1.5. Обоснование необходимости совершенствования

объективных методов оценки качества передачи

телефонной информации по каналам связи................................ 54

1.6. Выводы...................................................................................................................... 55

ГЛАВА 2. Разработка новой методики объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным

57

каналам связи........................................................................................

2.1. Понятие обобщенного критерия работоспособности устройств контроля качества передачи речевой

57

информации.................................................................................................................

2.2. Выбор интегрального критерия оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным

£ П

каналам связи.............................................................................................................

2.2.1. Общие требования к критериям оценки качества передачи речевой информации и понятие интегрального критерия оценки................................................

2.2.2. Численные методы оценки качества передачи

72

речевой информации,..........................................................................

2.3. Изложение сути новой методики объективной оценки качества передачи речевой информации......................................... ^

2.4. Выводы........................................................................................................................ 92

ГЛАВА 3. Возможности технической реализации метода объективной оценки качества передачи речевой информации

по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими

94

устройствами..........................................................................................

3.1. Размещение устройства объективного контроля качества передачи речевой информации (УОКК) на

эхозащищенном канале связи..................................................................

3.2. Разработка математической модели устройства объективного контроля качества передачи речевой информации............................................................................................................. 101

3.3. Разработка алгоритма работы устройства объективного контроля качества передачи речевой информации................. 115

3.4. Выводы.......................................................................................................................... 125

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования

работоспособности метода объективной оценки качества передачи речевой информации с помощью имитационного

127

моделирования........................................................................................

4.1.Разработка математической основы и логической

129

структуры алгоритма имитационной модели.....................................

4.2.Программная реализация метода объективной оценки качества передачи речевой информации по

147

эхозащищенным каналам связи.......................................................................

147

4.2.1. Разработка программы имитационной модели................

148

4.2.2. Подготовка источников речевых сигналов.........................

154

4.3.0бработка результатов машинного моделирования...............

, л л 162

4.4. Анализ результатов экспериментальных исследовании...

и гг т. 165

4.5. Выводы...........................................................................................................................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................

167

ЛИТЕРАТУРА......................................................................................

171

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.................................................................................

177

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.................................................................................

196

ПРИЛОЖЕНИЕ 3................................................................................. 2Ы

ВВЕДЕНИЕ

Состояние вопроса и задачи исследования. Успехи развития вычислительной, электронной техники связи, совершенствование технологии производства микроэлектронной аппаратуры, опыт эксплуатации эхоподавляющих устройств подтверждают перспективы решения поставленной перед отраслью связи задачи наиболее эффективного использования существующих направляющих сред и повышения качества передачи информации. Из всех видов передаваемой информации по каналу связи речевая занимает наиболее значительную часть.

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.

Наибольший объем информации в настоящее время передается в виде телефонных сообщений. 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 с явлением электрического эха являются эхоподавляющие устройства, реализующие методы

самобалансирующейся дифсистемы; эхозаграждения;

компенсации эхосигнала, осуществляемые эхоподавляющими устройствами типа эхозаградителей и эхокомпенсаторов. Каналы связи, оборудованные подобными устройствами, называются эхозащищенными.

Качество передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи может оцениваться на основе субъективного и объективного методов контроля [1][2][3][4][б][7][8].

По рекомендациям МККТТ [13][14] 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 аудиторов; трудоемкость и длительность проведения измерений и обработки полученных результатов; необходимость в специально оборудованных помещениях и другое.

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

Анализ состояния вопроса позволяет сделать вывод о том, что российские и зарубежные ученые идут по пути совершенствования и устранения конкретных недостатков объективного метода контроля качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи.

В данной работе осуществлена попытка комплексного подхода к совершенствованию и созданию нового объективного метода контроля качества, имеющего: высокую точность оценки; высокую эффективность применимости проведения контроля качества; возможность отсутствия перерыва связи в процессе оценки.

Целью диссертационной работы является решение актуальной задачи исследования и разработки метода объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи и практической его реализации.

Разрабатываемый метод должен, на основе автоматизации процедуры объективного контроля, оценить качество передачи по эхозащищенным каналам без перерыва связи, и не зависеть от типа испытуемой системы.

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

- анализ существующих методов оценки качества передачи речевой информации по каналам связи, оборудованным эхоподавляющими устройствами;

- разработка интегрального критерия оценки качества;

- разработка новой методики объективной оценки качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи; .

разработка математических моделей устройства

объективного контроля качества передачи речевой информации, реализующих новые методы объективной оценки качества передачи, позволяющих провести оценку без перерыва связи;

- разработка алгоритма реализации предлагаемого метода контроля качества;

- выбор элементной базы при технической реализации устройства контроля качества;

- разработка математических основ и логической структуры алгоритма имитационной модели, реализующей новый метод оценки качества передачи речевой информации;

- экспериментальные исследования нового объективного метода оценки;

подготовка рекомендации по применению устройства объективного контроля качества (УОКК) на сети связи.

Научная новизна настоящей работы состоит в том, что в ней предложен комплексный подход к созданию нового объективного метода автоматического контроля качества передачи речевой информации по эхозащищенным каналам связи, позволяющего оценить качество без перерыва связи, базирующегося на основе понятия эквивалентного по мешающему воздействию уровня шума и использования корреляционного принципа обнаружения речевых сигналов на фоне шумов.

Основные положения, представленные к защите:

1. Разработка нового объективного метода контроля качества вызвана необходимостью обеспечения автоматического контроля по прямым показателям без перерыва связи. Существующие субъективные и объективные методики не удовлетворяют предъявленным требованиям.

2. Мешающее воздействие эффекта электрического эха при времени задержки эхосигналов, превышающем 600 миллисекунд, равноценно мешающему воздействию внятной переходной помехи с уровнем, равным уровню эхосигналов. - .......

3. Мешающее воздействие эффекта клиппирования сигнала равноценно мешающему воздействию гладкого аддитивного шума с минимальным уровнем, обеспечивающим нарушение разборчивости подавленного эффектом клиппирования отрезка речи данного уровня.

4. Количественно специфический характер этих мешающих факторов равнозначен, и может быть учтен как разность предельно допустимых значений внятной помехи и гладкого шума в телефонном канале.

5. Оценка качества передачи речевой информации представляется реалистическим интегральным критерием, отражающим показатели качества по громкости, по разборчивости и по натуральности.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный метод объективного контроля качества

передачи речевой информации по каналам, оборудованным эхоподавляющими устройствами, позволяет при достаточно высокой точности, обеспечивающей величину коэффициента вариации не более 10%, проводить автоматизированную оценку качества без прерывания связи.

УОКК, реализованное на основе сигнального микропроцессора АБ8Р2181, позволяет одновременно контролировать качество передачи речевой информации по всем тридцати каналам потока.

Результаты диссертационной работы в виде алгоритма, математических и имитационных моделей УОКК и его среды функционирования внедрены в опытно-конструкторские разработки, проводимые в малом государственном предприятии "НИИР", а также в учебный процесс Ханойского института связи и МТУСИ, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Глава 1. Анализ существующих методов оценки качества передачи информации по каналам связи оборудованным эхоподавляющими устройствами.

1.1 Особенности развития современных сетей связи и сети

связи Вьетнама.

1.1.1 Особенности развития современных сетей связи.

Развитие телекоммуникационных систем является приоритетной задачей мирового сообщества на современном этапе. Приоритетность развития телекоммуникационных систем вытекает из роли, которую они играют сегодня в экономике и промышленности, науке и культуре, строительстве и т.д., образуя информационную инфраструктуру, объединяющую людей во всем мире.

Эта инфраструктура не только неограниченно расширяет сенсорные и речевые возможности людей, позволяя им общаться в любом месте в любое время, но и усиливает их интеллектуальные возможности и создает новые виды услуг.

Современные телекоммуникационные системы и сети явились синтезом развития двух исходно независимых сетей - сетей связи и вычислительных сетей. Все современные сети строятся на основе применения новых электронных систем уплотнения и коммутации, поэтому цифровизация является решающей в переходе к

современной сети связи. Как известно, в понятие цифровизации сети электросвязи вкладывается создание возможностей передачи и распределения любых информационных потоков цифровыми методами. Отсюда степень цифровизации сети может быть выражена через значения удельного веса информационных потоков, передаваемых цифровыми методами, в общем объеме этих потоков. От степени цифровизации зависит возможность развития полностью цифровых сетей, создающих для пользователей новые виды услуг.

Естественно, чем выше степень цифровизации, тем больше возможностей у пользователей для получения этих новых услуг, тем большими объемами информации они могут обмениваться. Таким образом, показатель степени цифровизации должен быть одним из прогнозируемых факторов, характеризующих динамику развития сети электросвязи.

С использованием новых цифровых коммутационных систем, систем уплотнения и управления, в настоящее время появились новые принципы построения сети.

Переход от иерархической к неиерархической структуре сети. Цифровая станция может одновременно выполнять разные функции (оконечную, транзитную, узловую, и т.д.), поэтому с появлением цифровой техники неиерархическая структура сети является новой современной структурой сети связи.

Переход от плезиохронных цифровых систем передачи к системами передачи цифровой синхронной иерархии( SDH ). Концепция SDH позволяет оптимальным образом сочетать

процессы высококачественной передачи цифровой информации с процессами автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети в рамках единой системы. Разрабатываемая на основе богатого опыта внедрения цифровых систем передачи и коммутации в наиболее развитых странах, SDH создается с учетом новейших достижений в систематике, избавится от недостатков существующих систем.

В последнее десятилетие основным направлением в области построения телекоммуникационных сетей являлось создание цифровых сетей с интегранизацией служб (ЦСИС).

Решением этой проблемы в настоящее время интенсивно занимаются во всех индустриально развитых странах. Построение таких сетей осуществляется в два этапа; на первом этапе осуществляется интеграция низко - и среднескоростных служб, построение так называемой узкополосной (У- ЦСИС), которая создается на базе существующих аналога - цифровых сетей; На втором этапе - создание широкополосной (Ш-ЦСИС), которая является полностью цифровой сетью связи.

С целью улучшения качества передачи информации по каналам телефонной связи в настоящее время применяются различные устройства эхоподавителей, ограничителей, компандеров. Качество передачи информации связи по каналам, оборудованным подобными устройствами, оценивается субъективными и объективными методами [1][2][3][4] [6][7][8].

Функциональная схема проблем повышения качества передачи по эхозащищенным каналам связи представлена на Рис 1.1. Одной из составляющих проблем является контроль качества передачи по каналам, оборудованным ЭПУ. Для решения

Рис 1.1

этой проблемы в настоящее в�