CN102148033A - 一种语言传输系统清晰度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种语言传输系统清晰度测试方法，其在待测位置采用传声器接收经被测语言传输系统传输的测试信号，传声器将接收到的测试信号传输给信号处理单元，信号处理单元通过计算250Hz至4000Hz倍频带的调制传递函数MTF，根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值，根据语言传输指数STI值判断语言传输系统的清晰度。本发明只对对汉语语言清晰度贡献较大的5个倍频带(250～4000Hz)进行计权，以保证对汉语语言传输系统的汉语语言清晰度评价的准确性，提高了测试速度。

Description

一种语言传输系统清晰度测试方法

技术领域

本发明涉及通信、语音警报系统等领域，具体是指一种语言通信传输系统中语言清晰度的测试方法。

背景技术

对于语言传输系统语言清晰与否，一般采用IEC 60268-16(2003)标准测量其传输通道的语言传输指数(STI)值，如我国国家标准GB/T 16851-1997对应急声系统规定为STI大于或等于0.65。测量公共广播系统的STI一直非常耗时。一个完整的测量，需要得到并分析98组调制传递函数(MTF)。对于公共广播系统，为了节省测量时间，IEC 60268-16(2003)采用STIPA进行客观评价。但是，STI-PA的测量对背景噪声的要求很高，背景噪声中不能含脉冲特征，其测试系统不能引入较强的非线性失真。而且语音警报系统的STI-PA量测应该在紧急情况下测量(相同的声压级并且系统所有部分都被激活)。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明一种语言传输系统清晰度测试方法，具体技术方案如下。

一种语言传输系统清晰度测试方法，其在待测位置采用传声器接收经被测语言传输系统传输的测试信号，传声器将接收到的测试信号传输给信号处理单元，信号处理单元通过计算250Hz至4000Hz倍频带的调制传递函数MTF，根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值，根据语言传输指数STI值判断语言传输系统的清晰度。

上述的测试方法中，所述测试信号为包络调制信号，所述信号处理单元对接收到的包络调制信号通过倍频带滤波、包络检测、低通滤波后再进行所述计算。

上述的测试方法中，所述处理单元计算250Hz至4000Hz五个倍频带的调制传输函数，再根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值。

上述的测试方法中，测试信号的载波为以250、500、1000、2000、4000Hz为中心的倍频程窄带噪声；各窄带噪声之间留有隔离带，测试信号的包络调制信号为极低频的简谐波，频率从0.63Hz到12.5Hz，每1/3oct取1个；其频率分别为0.63Hz、0.8Hz、1.0Hz、1.25Hz、1.6Hz、2.0Hz、2.5Hz、3.15Hz、4.0Hz、5.0Hz、6.3Hz、8.0Hz、10.0Hz、12.5Hz，共14个调制频率

上述的测试方法中，信号处理单元进行所述计算包括：

求出250～4000Hz频率范围内倍频程间隔的5条MTF曲线，每条曲线用1/3倍频带在0.63-12.5Hz调制频率范围内进行频谱分析；由测量获得的5×14个数据的m_k，f矩阵可分别转换为70个表观信噪比SNR_k，f数值，k为倍频带、f为调制频率，

${\mathrm{SNR}}_{k,f}=10\lg \frac{m_{k,f}}{1-m_{k,f}}\mathrm{dB}---\left(1\right)$

然后把表观信噪比SNR_k，f限制在±15dB范围内求传输指数TI_k，f，并使0≤TI_{k， f}≤1，

${\mathrm{TI}}_{k,f}=\frac{{\mathrm{SNR}}_{k,f}+15}{30}---\left(2\right)$

由同一倍频带的传输指数TI_k，f平均以获得调制传输指数MTI_k：

${\mathrm{MTI}}_k=\frac{1}{14}\underset{f=1}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TI}}_{k,f}---\left(3\right)$

计算语言传输指数STI：

$\mathrm{STI}=\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{MTI}}_n---\left(4\right)$

ω_n如表1所示。

上述的测试方法中，还可以采用MLS(最大长度序列)信号或扫频信号测量测试所述传输通道的脉冲响应，然后应用公式(5)根据脉冲响应和测试时的信噪比计算5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值，

$m\left(f\right)=\frac{\left|{\∫}_0^{\∞}{e}^{-j2\mathrm{\πft}}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right|}{{\∫}_0^{\∞}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·{(1+{10}^{(-S/N)/10})}^{-1}---\left(5\right).$

上述的测试方法中，采用声学软件(如Dirac，Winmls等)测量房间脉冲响应，并应用软件计算得到250～4000Hz倍频带的MTI_k值，然后根据(4)式计算STI值。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明采用汉语语言清晰度指数的计权值(GBT 15485-1995)计算汉语语言传输系统的STI值评价其语言清晰度，它只对对汉语语言清晰度贡献较大的5个倍频带(250～4000Hz)进行计权，以保证对汉语语言传输系统的汉语语言清晰度评价的准确性，提高了测试速度。

附图说明

图1为测试系统框图。

图2为STI测量原理框图。

图3为测量MTF框图。

图4为经包络调制后的测试信号图。

图5为测量得到的脉冲响应图。

图6为种不同计权方法得到的STI值之间的关系图。

图7a～图7c分别为采用IEC60268-16(1988)标准、IEC60268-16(2003)标准和本发明方法的3种不同计权方法得到的STI值与主观汉语言清晰度得分之间的拟合关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

如图1，与测量STI有关的音频测试信号(调制信号或随机信号)通过扬声器重放，经被测语言传输系统传输后在待测位置采用接收单元(传声器)接收的测试信号，然后通过信号处理单元(可以采用DSP芯片实现)计算250～4000Hz倍频带的调制传输函数MTF，根据MTF计算STI值。实现框图如图2所示。

测试方法详细步骤如下：

1.测量系统应按图2进行配置，其中测试声源与广播传声器的距离为0.5m。

2.测量信号的载波为以250、500、1000、2000、4000Hz为中心的倍频程窄带噪声，其强度同语声谱相当；各窄带噪声之间留出隔离带，其包络调制信号为极低频的简谐波，其频率从0.63Hz到12.5Hz，每1/3oct选取1个调制频率，共14个。

3.求出250～4000Hz频率范围内倍频程间隔的5条MTF曲线。测量MTF的框图如图3所示。每条曲线用1/3倍频带在0.63-12.5Hz调制频率范围内进行频谱分析。由测量获得的5×14个数据的m_k，f矩阵可分别转换为70个表观信噪比SNR_k，f(k为倍频带、f为调制频率)数值。

${\mathrm{SNR}}_{k,f}=101g\frac{m_{k,f}}{1-m_{k,f}}\mathrm{dB}---\left(1\right)$

4.然后把表观信噪比SNR_k，f限制在±15dB范围内求传输指数TI_k，f，并使0≤TI_k，f≤1。

${\mathrm{TI}}_{k,f}=\frac{{\mathrm{SNR}}_{k,f}+15}{30}---\left(2\right)$

5.由同一倍频带的传输指数TI_k，f平均以获得调制传输指数MTI_k：

${\mathrm{MTI}}_k=\frac{1}{14}\underset{f=1}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TI}}_{k,f}---\left(3\right)$

6.计算语言传输指数STI：

$\mathrm{STI}=\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{MTI}}_n---\left(4\right)$

ω_n值如表1所示。

表1不同STI计算方法计权值ω_n

7.该测试系统亦可采用MLS信号或扫频信号测量测试传输通道的脉冲响应，然后应用公式(5)根据脉冲响应和测试时的信噪比计算5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值。该过程可采用现有商业声学测量软件如Dirac、Winmls 2004等测量得到250～4000Hz倍频带的MTI_k值，然后根据(4)式计算STI值。

$m\left(f\right)=\frac{\left|{\∫}_0^{\∞}{e}^{-j2\mathrm{\πft}}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right|}{{\∫}_0^{\∞}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·{(1+{10}^{(-S/N)/10})}^{-1}---\left(5\right)$

测量实例：测量某场馆公共广播系统在某接收位置的语言清晰度。

方法1：将长时语谱信号经包络调制(图4所示)后，通过公共广播系统播放，在待测位置采用传声器接收包络调制信号，信号处理单元对信号进行倍频带滤波、包络检测、低通滤波后计算出5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值。

方法2：采用声学测量软件Dirac测量从公共广播系统到接受位置的脉冲响应如图5所示(如用指数扫频测量方法)，并测量接收位置的各倍频带(250～4000Hz)的信号与噪声电平，由Dirac软件计算出5×14个m_k，f(表2)，根据公式(1)～(4)计算出STI的值。

表2m_k，f、MTI、STI

本发明通过在无混响和有混响条件下，对全频带汉语语言信号进行滤波，得到具有不同频率范围的语言清晰度测试信号，通过主观汉语语言清晰度评价，得到具有不同频率范围的汉语语言信号的语言清晰度得分，实验结果表明：为了达到较好的汉语语言清晰度，所需汉语语言信号的最低频率范围为300-6000Hz。本实施方式通过采用对汉语语言清晰度贡献较大的5个倍频带(250～4000Hz)进行计权得到的STI值与采用I EC标准计算得到的STI值之间具有很高的相关性(见图6)，相关系数R＝0.958。图7a～图7c为3种不同计权方法得到的STI值与主观汉语言清晰度得分之间的拟合关系，表1为对应的计权值、相关系数R和标准偏差。由此可以看出，IEC60268-16(2003)中采用的计权和本申请采用的计权方法得到的STI值均能较好预测和评价汉语语言清晰度。但是，采用IEC60268-16(2003)标准需要测量7个倍频带的调制传输指数从而得到STI值，而本发明只需测量5个倍频带的调制传输指数即可得到STI，这样可节约测量时间。

Claims (7)

1.一种语言传输系统清晰度测试方法，其特征是在待测位置采用传声器接收经被测语言传输系统传输的测试信号，传声器将接收到的测试信号传输给信号处理单元，信号处理单元通过计算250Hz至4000Hz倍频带的调制传递函数MTF，根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值，根据语言传输指数STI值评价语言传输系统的清晰度。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于所述测试信号为包络调制信号，所述信号处理单元对接收到的包络调制信号通过倍频带滤波、包络检测、低通滤波后再进行所述计算。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于所述处理单元计算250Hz至4000Hz五个倍频带的调制传输函数，再根据调制传递函数MTF计算语言传输指数STI值。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于测试信号的载波为以250、500、1000、2000、4000Hz为中心的倍频程窄带噪声；各窄带噪声之间留有隔离带，测试信号的包络调制信号为极低频的简谐波，其频率分别为0.63Hz、0.8Hz、1.0Hz、1.25Hz、1.6Hz、2.0Hz、2.5Hz、3.15Hz、4.0Hz、5.0Hz、6.3Hz、8.0Hz、10.0Hz、12.5Hz，共14个调制频率。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于处理单元进行所述计算包括：

求出250～4000Hz频率范围内倍频程间隔的5条MTF曲线，每条曲线用1/3倍频带在0.63-12.5Hz调制频率范围内进行频谱分析；由测量获得的5×14个数据的m_k，f矩阵可分别转换为70个表观信噪比SNR_k，f数值，k为倍频带、f为调制频率，

${\mathrm{SNR}}_{k,f}=101g\frac{m_{k,f}}{1-m_{k,f}}\mathrm{dB}---\left(1\right)$

然后把表观信噪比SNR_k，f限制在±15dB范围内求传输指数TI_k，f，并使0≤TI_k，f≤1，

${\mathrm{TI}}_{k,f}=\frac{{\mathrm{SNR}}_{k,f}+15}{30}---\left(2\right)$

由同一倍频带的传输指数TI_k，f平均以获得调制传输指数MTI_k：

${\mathrm{MTI}}_k=\frac{1}{14}\underset{f=1}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TI}}_{k,f}---\left(3\right)$

计算语言传输指数STI：

$\mathrm{STI}=\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{MTI}}_n---\left(4\right)$

式中ω_n为各倍频带权重值，对应于250Hz～4000Hz倍频带，ω_n分别为0.072、0.144、0.218、0.327和0.234。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于采用最大长度序列信号或扫频信号测量测试所述传输通道的脉冲响应，然后应用公式(5)根据脉冲响应和测试时的信噪比计算5×14个数据的m_k，f矩阵，根据公式(1)～(4)计算出STI值，

$m\left(f\right)=\frac{\left|{\∫}_0^{\∞}{e}^{-j2\mathrm{\πft}}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right|}{{\∫}_0^{\∞}{p}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\·{(1+{10}^{(-S/N)/10})}^{-1}---\left(5\right).$

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于采用声学软件测量房间脉冲响应，并应用软件计算得到250～4000Hz倍频带的MTI_k值，然后根据(4)式计算STI值。

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