III. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG THOẠ
2. Phƣơng phỏp đo kiểm chất lƣợng thoại theo cảm nhậ n PSQM
2.1 Giới thiệu
Nhƣ đó núi việc đỏnh giỏ chất lƣợng chủ quan rất mất thời gian và tốn kộm nờn ngƣời ta muốn phỏt triển một phƣơng phỏp luận đỏnh giỏ chất lƣợng khỏch quan để ƣớc lƣợng chất lƣợng chủ quan của việc mó hoỏ và giải mó thoại với thử nghiệm chủ quan ớt hơn.[5]
Sau khi so sỏnh cẩn thận trong số những phƣơng phỏp đỏnh giỏ chất lƣợng khỏch quan này, ngƣời ta tổng kết rằng PSQM (Perceptual Speech Quality Measure) cú tƣơng quan tốt nhất với chất lƣợng chủ quan của tớn hiệu thoại đƣợc mó hoỏ. Đõy là phƣơng phỏp đỏnh giỏ đƣợc đề cập trong khuyến nghị P861 của
ITU-T. Khuyến nghị này mụ tả cỏch đỏnh giỏ chất lƣợng khỏch quan với PSQM nhƣ là phƣơng phỏp đỏnh giỏ chất lƣợng khỏch quan.[5]
2.2 Đỏnh giỏ chất lượng
Việc đỏnh giỏ chất lƣợng chủ quan việc mó hoỏ-giải mó thoại cú thể chỉ đƣợc thực hiện trong cỏc thử nghiệm chỉ nghe (một đƣờng) hoặc cỏc thử nghiệm đàm thoại (hai đƣờng). Vỡ cỏc lý do thực tế, cỏc thử nghiệm chỉ nghe là phƣơng phỏp đo chủ quan cú thể thực hiện đƣợc trong quỏ trỡnh phỏt triển của mó húa-giải mó thoại, khi việc thực hiện mó hoỏ- giải mó trong thời gian thực là khụng làm đƣợc. Khuyến nghị này thảo luận một kỹ thuật đo khỏch quan để ƣớc lƣợng chất lƣợng chủ quan cú đƣợc trong cỏc thử nghiệm chỉ nghe.[5]
Hỡnh sau minh hoạ thủ tục đo khỏch quan :
Hỡnh 42: Sơ đồ thủ tục đo chất lượng khỏch quan
Việc đo chất lƣợng khỏch quan việc mó hoỏ-giải mó thoại yờu cầu một số bƣớc sau:
- Chuẩn bị cỏc vật liệu nguồn nhƣ ghi õm ngƣời núi và/hoặc phỏt cỏc tiếng nhõn tạo theo khuyến nghị P.50.
- Lựa chọn cỏc thụng số thực nghiệm mà cú thể đƣợc đo bằng phƣơng phỏp đo khỏch quan.
- Việc tớnh toỏn chất lƣợng thoại khỏch quan dựa trờn PSQM (Perceptual Speech Quality Measure) sử dụng nguồn và thoại đó đƣợc mó hoỏ.
Nguồn thoại (Thật hoặc giả lập) Thoại đ-ợc mã hoá Đ-a ra điểm đánh giá chủ quan trung bình Các thông số trong PSQM Mức nghe Thêm vào khoảng im lặng Nhiễu môi tr-ờng ở phía nhận Các đặc tính của ng-ỡng nghe Các đặc tính nhận và gửi của máy cầm tay
Xử lý tín hiệu bằng các bộ mã hoá giả lập/các điều kiện tham khảo Đo l-ờng chất l-ợng khách quan dựa trên PSQM Chuyển đổi từ mức chất l-ợng khách quan sang mức chất l-ợng chủ quan Comment [N1]:
- Chuyển đổi từ kết quả đỏnh giỏ chất lƣợng khỏch quan sang kết quả đỏnh giỏ chất lƣợng chủ quan nếu cần.
- Phõn tớch cỏc kết quả.
Từng bƣớc sẽ đƣợc mụ tả dƣới đõy :
Chuẩn bị nguồn thoại :
Tuỳ theo mục đớch thớ nghiệm mà việc sử dụng cỏc tớn hiệu nguồn ở phƣơng phỏp này cú thể là õm thoại thực hay là nhõn tạo (nú cú đƣợc ghi trong khuyến nghị P.50)
Theo khuyến nghị P.50 thỡ õm nhõn tạo của ngƣời đƣợc tạo ra giống với đặc tớnh trung bỡnh của õm ở ngƣời với cỏc ngụn ngữ khỏc nhau. Vỡ vậy, õm nhõn tạo sẽ rất cú tỏc dụng khi ta muốn ƣớc lƣợng một cỏch khỏch quan chất lƣợng chủ quan trung bỡnh (the mean subjective quality) của cỏc ngụn ngữ này. Cũn khi ta muốn đỏnh giỏ cụ thể một ngụn ngữ thỡ nờn dựng õm thực. Trong những trƣờng hợp khỏc nờn trỏnh tiếng ồn mụi trƣờng.
- Trong trường hợp thoại là thực: Khi cỏc õm thoại thực đƣợc sử dụng trong việc đo khỏch quan, chỳng nờn đƣợc tạo ra, ghi lại và cõn bằng mức theo điều 7/P.380.
Ngƣời ta khuyến nghị rằng mức tối thiểu của hai ngƣời nam núi và hai ngƣời nữ núi nờn đƣợc sử dụng cho mỗi điều kiện đo. Nờn dựng nhiều ngƣời núi, cụ thể nhƣ sau:
+ 8 nam +8 nữ +8 trẻ em
- Trường hợp thoại là nhõn tạo: Khi cỏc õm nhõn tạo theo khuyến nghị P.50 đƣợc sử dụng trong việc đo khỏch quan, ngƣời ta khuyến nghị rằng nờn dựng cả õm nhõn tạo nữ và nam. Những tớn hiệu này nờn đi qua một bộ lọc với đặc tớnh tần số hợp lý để tỏi tạo việc gửi cỏc đặc tớnh tần số của một mỏy điện thoại cầm tay và mức đƣợc cõn bằng theo cựng kiểu nhƣ là cỏc tiếng thoại thật (xem khuyến nghị P.830) ITU-T khuyến nghị việc sử dụng IRS (Modified Intermediate Reference System) gửi đặc tớnh tần số nhƣ đƣợc định nghĩa trong Phụ lục D/P.830
Lựa chọn cỏc tham số thực nghiệm:
Ta cần xem xột cỏc ảnh hƣởng của cỏc yếu tố chất lƣợng khỏc nhau tới đặc tớnh của một bộ codec. Khuyến nghị cung cấp chỉ dẫn về việc đỏnh giỏ chủ quan cỏc yếu tố chất lƣợng sau:
- Cỏc mức thoại vào.
- Cỏc mức nghe trong cỏc thớ nghiệm chủ quan. - Ngƣời núi (bao gồm nhiều ngƣời núi đồng thời). - Cỏc lỗi trong kờnh truyền dẫn.
- Nhiễu mụi trƣờng ở phần gửi (phần truyền).
Ta cần lưu ý một số điểm sau:
- Việc đo khỏch quan cỏc yếu tố chất lƣợng này mà khụng đo cỏc yếu tố khỏc phải đặc biệt chỳ ý. Nú cú thể ỏp dụng đƣợc trong khuyến nghị này nhƣng vẫn đang đƣợc nghiờn cứu. Do vậy, những yếu tố này chỉ nờn đƣợc đo sau khi độ chớnh xỏc của phƣơng phỏp đo khỏch quan đƣợc chứng minh cú liờn quan tới cỏc phộp đo chủ quan đƣợc thực hiện trong khuyến nghị P.830.
- Mặc dự cú cỏc chỉ dẫn rằng phộp đo khỏch quan cú thể dự bỏo chớnh xỏc chất lƣợng trong cỏc điều kiện suy giảm kờnh, việc ứng dụng của phƣơng phỏp đo này cho cỏc điều kiện nhƣ vậy vẫn đang nghiờn cứu. Bờn cạnh cỏc điều kiện mó hoỏ-giải mó, khuyến nghị P.830, khuyến nghị việc sử dụng cỏc điều kiện mẫu trong cỏc phộp đo chủ quan. Cỏc điều kiện này cần hỗ trợ việc so sỏnh khỏc biệt của cỏc kết quả phộp đo chủ quan so với cỏc thớ nghiệm khỏc nhau hoặc so với cựng một thớ nghiệm ở cỏc thời điểm khỏc nhau.
Việc tớnh toỏn chất lƣợng khỏch quan
Phần này mụ tả phƣơng phỏp đo chất lƣợng thoại đƣợc mó hoỏ giải tần 300- 3400Hz sử dụng PSQM. Mục đớch của PSQM là bắt chƣớc việc nhận diện õm thanh trong cỏc tỡnh huống đời sống thực. PSQM mụ phỏng cỏc thớ nghiệm trong đú chủ thể đỏnh giỏ chất lƣợng. Nú thực hiện bằng cỏch so sỏnh một tớn hiệu thoại đầu ra(tớn hiệu thoại nhận đƣợc ở bờn nhận) với tớn hiệu nguồn (tớn hiệu gửi đi ở bờn phỏt). Mặc dự nguyờn tắc cơ bản của so sỏnh này làm cho nú đặc biệt phự hợp với việc đo DCR, cỏc thử nghiệm ACR cú thể đƣợc phỏng đoỏn nhƣ đƣợc chỉ ra trong cỏc thử nghiệm cú hiệu lực. Theo khớa cạnh PSQM là một đại diện trung thực của quỏ trỡnh nhận thức và đỏnh giỏ của con ngƣời, những khỏc nhau khụng thể nghe thấy giữa đầu vào và đầu ra sẽ nhận đƣợc điểm PSQM giống nhau. Đặc biệt nếu đầu vào và đầu ra giống nhau, PSQM sẽ dự đoỏn chất lƣợng hoàn hảo mà khụng tớnh đến chất lƣợng tớn hiệu vào.
Trong PSQM, cỏc tớn hiệu vật lý cấu thành nờn nguồn và thoại đƣợc mó hoỏ, đƣợc sắp xếp dựa trờn cỏc miờu tả tõm-vật lý mà phự hợp với cỏc miờu tả bờn trong của cỏc tớn hiệu thoại (cỏc miờu tả trong đầu của chỳng ta) càng gần càng tốt.
Những miờu tả bờn trong này lợi dụng cỏc đƣơng lƣợng tõm-vật lý về tần số (tốc độ băng giới hạn) và cƣờng độ (Compressed Sone).
Theo đƣờng hƣớng PSQM, chất lƣợng của thoại mó hoỏ đƣợc đỏnh giỏ dựa trờn cơ sở sự khỏc nhau trong cỏch miờu tả bờn trong. Sự khỏc nhau này đƣợc sử dụng cho việc tớnh toỏn nhiễu ồn nhƣ là một hàm của thời gian và tần số. Trong PSQM, độ nhiễu ồn trung bỡnh trực tiếp liờn quan tới chất lƣợng thoại đƣợc mó hoỏ. Sự chuyển đổi từ miền vật lý (bờn ngoài) tới miền tõm- vật lý (bờn trong) đƣợc thực hiện bằng ba hoạt động:
- Sắp xếp tần số-thời gian - Làm cong tần số
- Làm lệch cƣờng độ (nộn)
Bờn cạnh mẫu cảm giỏc, phƣơng phỏp PSQM cũn sử dụng mẫu kinh nghiệm để cú tƣơng quan cao giữa phộp đo chủ quan và khỏch quan
Hỡnh sau chỉ ra sơ đồ khối của thuật toỏn PSQM:
Quỏ trỡnh tớnh toỏn này cú đầu vào là tớn hiệu phỏt x(t) và tớn hiệu nhận đƣợc y(t) từ hệ thống truyền dẫn. Đầu ra của quỏ trỡnh này là giỏ trị PSQM (PSQM values). Giỏ trị PSQM cú giỏ trị lớn nhất là 6,5. Khi mà trƣờng hợp mong muốn là hai đầu vào giống nhau thỡ giỏ trị PSQM=0. Sự khỏc nhau càng lớn thỡ điểm số này càng cao và tối đa = 6,5.[5]
Tín hiệu ra Tín hiệu vào Hệ thống truyền dẫn thoại Mô hình cảm nhận Mô hình cảm nhận Tính toán nội bộ tín hiệu Tính toán nội bộ tín hiệu So sánh tín hiệu nội bộ Mô hình nhận thức Điểm PSQM Hỡnh 43: Mụ hỡnh thuật toỏn PSQM
Chuyển đổi từ đỏnh giỏ chất lƣợng khỏch quan sang đỏnh giỏ chất lƣợng chủ quan
Đầu ra của thuật toỏn mụ tả ở phần trƣớc, đƣợc gọi là giỏ trị PSQM, xỏc định mức độ chất lƣợng của đỏnh giỏ chủ quan tuỳ thuộc vào mó hoỏ thoại. Trong một số trƣờng hợp thỡ điểm đỏnh giỏ chất lƣợng theo chủ quan là khụng cần thiết lắm. Vớ dụ nhƣ trong việc tối ƣu cỏc thụng số của một bộ codec hay việc so sỏnh về sự thực hiện của cỏc bộ codec. Những trƣờng hợp đú ta dựng giỏ trị PSQM. Tuy nhiờn trong những trƣờng hợp cần điểm đỏnh giỏ MOS từ giỏ trị PSQM thƣờng sử dụng phƣơng phỏp ACR dựng trong đỏnh giỏ chỉ nghe đề cập trong khuyến nghị P800. Quan hệ giữa điểm MOS và giỏ trị PSQM là khỏc nhau ứng với mỗi một ngụn ngữ khỏc nhau hay thậm chớ là đối với việc kiểm tra chủ quan khỏc nhau trong cựng một ngụn ngữ. Vỡ vậy để đƣa ra một hàm duy nhất để chuyển từ giỏ trị PSQM sang giỏ trị MOS là khụng thể. Trong thực tế chỳng ta cú những hàm khỏc nhau ứng với mỗi ngụn ngữ và cao hơn là ứng với mỗi thớ nghiệm đỏnh giỏ chất lƣợng chủ quan.
Phõn tớch cỏc kết quả đạt đƣợc
Khi phõn tớch cỏc kết quả đo lƣờng khỏch quan chỳng ta cú thể dựa vào giỏ trị PSQM hay giỏ trị MOS thu đƣợc. Trong mỗi một điều kiện kiểm tra, điểm trung bỡnh của ngƣời núi là nam, nữ và giỏ trị trung bỡnh của nú nờn tớnh toỏn và thụng bỏo một cỏch riờng biệt. Việc tớnh toỏn này sẽ khụng để ý tới độ lệch chuẩn ở mỗi điều kiện khỏc nhau.
Giới hạn mà cú thể chấp nhận đƣợc nờn đƣợc tớnh toỏn bằng cỏc kỹ thuật đỏnh giỏ chất lƣợng chủ quan biến đổi dựa vào ngƣời núi, cỏc cõu và cỏc hỡnh thức kiểm tra quan trọng.
2.3 Nhận xột
Phƣơng phỏp đỏnh giỏ khỏch quan này cú những ƣu điểm hơn về khõu chuẩn bị và thời gian so với phƣơng phỏp đỏnh giỏ chủ quan theo điểm MOS. Tuy nhiờn, phƣơng phỏp PSQM ban đầu đƣợc thiết kế để đo chất lƣợng của cỏc tiờu chuẩn mó hoỏ. Do vậy, nú khụng tớnh đến một cỏch đầy đủ tỏc động của cỏc yếu tố truyền dẫn khỏc nhau. Vỡ thế vào thỏng 12 năm 1997 thỡ PSQM+ đó đƣợc đề xuất. Với PSQM+ thỡ những cảm nhận khỏc nhau do mộo õm lƣợng và tiếng núi cú cỏc đoạn im lặng đƣợc tớnh đến. Vỡ thế mối tƣơng quan giữa điểm đỏnh giỏ khỏch quan và điểm MOS đƣợc cải thiện một cỏch đỏng kể.