Оценка качества передачи сигналов звукового вещания на основе использования МКСО

Метод комплексного ста­тистического оценивания основан на вычислении статистики временных и спектральных параметров и их изменений на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов. Эта методика объединяет возможность оценки по субъективным кри­териям и аппаратную объективность измерений. Она базируется на зако­номерностях восприятия человеком внешних возбуждений.

Высокая корреляция изменений свойств сигнала и субъективной оценки качества передачи слушателем позволяет сформировать оценку по следующим критериям:

- заметность изменений сигнала;

- балльная оценка качества передачи;

- предпочтительность передаваемого сигнала.

При осуществлении оценки по критерию «заметности изменений сигнала», предельно допустимым искажениям соот­ветствует 50%-ная заметность. Это предельная норма для каналов с полосой 6300 Гц. Для для каналов с полосой 10 кГц - Р_мах = 30%, а для каналов с полосой 15 кГц - Р_мах = 15%.

В качестве критерия «за­метности» изменений сигнала, используется величина интегрального отклонения ∆S (численное значение суммы абсо­лютных отклонений функций - ИО) от двух распределений ОСМ для исходного и искаженного сигналов. На рис. 7.5 приведены нормированные статистические частоты появления значений (НЧПЗ) ОСМ на интервалах анализа 200 мс для двух видов искажений: ком­пактного представления с использованием алгоритма MP-3 и ограни­чения полосы снизу.

ИО ∆S позволяет оценить степень расхождения двух рас­пределений. При внесении искажений в сигнал ИО повторяет изменение среднего значения НЧПЗ, определяясь изменением СКО и моментами высших порядков. Для подтверждения корреляционной связи величины ∆S с за­метностью искажений Р, вносимых трактом передачи ЗВС, на рис. 7.14 представлена интегральная кривая заметности искажений типа «ограничение полосы частот снизу» (пунктирная кривая), полученная при восприятии реальных сигналов [19]. Сплошными линиями на этом же рисунке построены оценки интегральных откло­нений НЧПЗ ОСМ вещательных сигналов, подвергшихся тем же ис­кажениям. Измерения проводились на часовых программах РВС «Маяк», «Орфей» и «Эхо Москвы». Очевидна высокая корреляция зависимостей. Аналогичный характер имеют графики и по всем дру­гим характерным искажениям, что делает обоснованным широкое использование этого критерия в разных приложениях.

Характер и тип искажений может определяться с использованием статистик ряда других параметров ЗВС. Наиболее информативными из них оказались, кроме энергетического параметра ОСМ, параметры формы, ото­бражающие изменения огибающей на участках нестационарности ЗВС, т. е. атаки и спады сигнала. На рис. 7.15 показано изменение ИО НЧПЗ крутизны атак для тех же, что и на рис. 7.14, сигналов при тех же искажениях.

Использование других участков нестационарности ЗВС - спадов сигнала - также перспективно, поскольку изменения участков спадов звукового сигнала воспринимаются как изменения времени ревербе­рации, т. е. акустической обстановки, что негативно сказывается на субъективной оценке звучания.

На рис. 7.16 и 7.17 показано изменение ИО НЧПЗ ОСМ и крутиз­ны атак соответственно для тех же, что и на рис. 7.14 и 7.15, сигна­лов, но при введении нелинейных искажений.

Весьма информативными для каналов с устранени­ем избыточности являются кепстрапьные параметры. На рис. 7.20 представлена зависимость пик-фактора кепстра от скоро­сти передачи с использованием алгоритма МР-3для двух веща­тельных программ часовой длительности. Заметна хорошая корре­ляция пик-фактора кепстра как объективного параметра с субъек­тивной заметностью искажений (пунктирная кривая).

На рис. 7.21 представлены графики соответствия балльной оценки изменений в сигнале при уменьшении скорости кодирова­ния от 256 кбит/с до 64 кбит/с (кривая 1) и процентной замет­ности аналогичных изменений, полученных при ССИ (кривая 2).

Кривые идентичны, что свиде­тельствует об эквивалентности балльной и процентной шкал заметности.

Алгоритмы формирования статистических характеристик вещательного сигнала и их изменений в каналах передачи. Оценка качества передачи вещательного сигнала включает следующие ос­новные операции (рис. 7.23):

- АЦП исходного и прошедшего канал передачи сигналов;

- нормализацию сигналов по уровню, превышаемому в течение 98% времени;

- синхронизацию сигналов;

- анализ сигналов в соответствии с МКСО, который предпола­гает вычисление статистики ряда параметров и их изменений на ос­нове сравнения прошедшего обработку и исходного сигналов;

- формирование комплексной оценки изменения сигнала в про­цессе передачи, а также АЧХ канала на реальном вещательном сигнале. Вывод данных на экран, на печать и сохранение в базе данных.

В соответствии с МКСО, анализируется группа статистических характеристик, а именно: энергетические характеристики (относи­тельная средняя мощность в двух разновидностях, отличающихся способом нормирования - ОСМс и ОСМк); характеристики формы (анализ на интервалах нарастания и спада фильтрованной гильбертовской огибающей сигнала); спектральные и кепстральные ха­рактеристики (по мгновенным амплитудным спектрам).

Результа­том анализа каждой группы параметров являются нормированные статистические частоты появления значений (НЧПЗ) параметра. На основании НЧПЗ находится интегральное отклонение (ИО) НЧПЗ как усредненное значение абсолютных отклонений частот по­явления значений параметров сигналов до и после прохождения ка­нала. Для случая спектральных характеристик дополнительно осу­ществляется графическое представление АЧХ канала, найденной по мгновенным амплитудным спектрам, а также формируются данные о среднеквадратичном отклонении (СКО) от идеальной АЧХ.

В соответствии с МКСО, по результатам анализа изменений статистических характеристик сигнала формиру­ется обобщенная оценка заметности изменений сигнала в процентах и «балльная оценка» качества передачи по 5-балльной шкале. В ка­честве измерительного инструмента МКСО может использоваться аппаратно-программный комплекс, осуществляющий вычисление, построение и анализ статистических характеристик ря­да параметров, а также изменений этих характеристик на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов.

Трудоем­кость формирования оценки в соответствии с МКСО существенно ниже, а точность и повторяемость гораздо выше, чем при про­ведении ССИ. Причем такой способ оценки качества пере­дачи не противопоставляется традиционным изменениям в соответ­ствии с ГОСТ 11515-91.