(57)【要約】【課題】言語処理・伝送システムにおいて劣化した言語信号の知覚品質を予測するための客観測定方法および装置は、劣化信号および参照信号が大きな音質差間において現れる場合には、信頼できない予測結果を有する。【解決手段】周波数領域において劣化信号と参照信号の間の電力差を補償するため、周波数依存刈込補償因子を使って、信号処理段階内で一部補償を行うことにより、改善がなされる。好ましくは、補償因子を刈り込むための刈込値は、人の聴覚系の中心周波数に関して、高い周波数域においてよりも低い周波数域において、より大きな周波数依存性を有する。
2004529398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
客観的言語測定技術に従って、参照信号（Ｘ（ｔ））に関して言語信号処理システムの出力信号（Ｙ（ｔ））の品質（Ｑ）を決定するための方法であって、該方法が周波数領域における出力信号と参照信号の電力差を補償するステップをもち、該補償ステップが、出力信号と参照信号の値の比（ＦＲ（ｆ））から引き出される補償因子（ＣＦ）を適用することにより、少なくとも一部が周波数に依存する関数（３３、３４、４３、４４、５３、５４）によって決められる刈込値を用いることを特徴とする上記方法。
【請求項２】
補償因子が上位および下位の刈込値を用いて引き出され、上位および下位の刈込値双方が少なくとも一部が周波数に依存する関数（３３、３４、４３、４４、５３、５４）によって決められる請求項１の方法。
【請求項３】
人の聴覚系の周波数域（ｏｓｆｓｆｍａｘ）の中心周波数（ｆＣ）に関して、それよりも低い周波数域において少なくとも１つの刈込値に対する周波数依存値が、単調増加の周波数依存関数（４３．１、４４．１、５３．１、５４．１）から引き出される請求項１または２の方法。
【請求項４】
単調増加の周波数依存関数（４３．１、４４．１、５３．１、５４．１）が、周波数の１乗に比例する請求項３の方法。
【請求項５】
単調増加の周波数依存関数（４３．１、４４．１、５３．１、５４．１）が、周波数の３乗に比例する請求項３の方法。
【請求項６】
単調増加の周波数依存関数が、周波数と中心周波数の比の１乗に比例する請求項３または４の方法。
【請求項７】
周波数依存関数から引き出された少なくとも１つの刈込値（５３、５４）が、人の聴覚系の周波数域の中心周波数に関して対称性を示す請求項２〜６のいずれか１項の方法。
【請求項８】
人の聴覚系の周波数域の中心周波数に関して、周波数依存関数の周波数依存性の測定が、高い周波数に対してよりも低い周波数に対して、より高い請求項１の方法。
【請求項９】
客観的言語測定技術に従って、参照信号（Ｘ（ｔ））に関して言語信号処理システムの出力信号（Ｙ（ｔ））の品質（Ｑ）を決定するための装置であって、該周波数領域における出力信号と参照信号の電力差を補償するための補償部材（２５、２６）をもち、該補償部材が、出力信号と参照信号の値の比から補償因子（ＣＦ）を引き出すことにより、少なくとも一部が周波数に依存する刈込関数（３３、３４、４３、４４、５３、５４）を用いる部材（２６）を有することを特徴とする上記装置。
【請求項１０】
補償因子（ＣＦ）を引き出すための部材（２６）が、周波数に依存する下位および上位の刈込関数（３３、３４、４３、４４、５３、５４）を用いるために配列されている請求項９の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可聴・言語・音声信号のような音響信号の高質測定の分野に属する。さらに詳しくは、対象測定技術によって、参照信号に関して言語信号処理システムから受信したとき出す信号の言語品質を決定するための方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなタイプの方法と装置は一般に公知である。さらに詳しくは、最近受け取ったＩＴＵ−Ｔ勧告の８６２頁（参考文献〔１〕参照）にある方法と装置がそのタイプである。公知技術によれば、無線遠隔通信システムやインターネット・プロトコル送信上の音声システム、言語コードのような言語信号処理・伝送システムからの出力信号（これは一般に劣化した信号でその信号品質が決定されなければならない）と参照信号が、人のヒアリングの心理的物理的概念に従って代表信号上に描かれる。参照信号として、得られた出力信号とともに加えられるシステムの入力信号が、参考文献にあるように使われ得る。次に、前記代表信号（これは概念モデルによれば、出力信号に現れるシステム内で接続する障害を表す）から、差分信号が決められる。この差分（障害）信号は、出力信号が参照信号から逸脱する程度を表す。次に、差分信号は、時間に依存しない品質信号（これは出力信号の聴覚概念の品質の目安になる）を得るために、被験者の特性がモデル化された認知モデルに従って処理される。
【０００３】
しかし、公知技術は、参照信号と劣化（出力）信号との間の重大な音質差異に対して、劣化信号の予想言語品質が正しくない、あるいは少なくとも信頼できないという欠点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記欠点をもたない改善された言語信号品質決定方法および改良された装置を提供することにある。
【０００５】
本発明はとりわけ、次の観察に基づいてなされた。人の知覚に基づいて、人の聴覚系は音質、ピッチ、（音の）大きさの恒常性のような知覚恒常性に従うことが知られている。これはすなわち、人の聴覚系は原理的にある程度、音質、ピッチ、大きさの差異を補償することを意味している。
【０００６】
たとえば参考文献〔１〕で知られているような方法と装置に使われる複数の知覚モデルが、原信号（参照信号）のピッチ電力密度の一部補償によっていくつかの重大な影響に対する一部補償の考慮に入れられる。このような補償は、補償因子を用いて周波数領域において、掛けることによってなされる。補償因子は、原信号および劣化信号のピッチ電力密度の（時間平均）電力スペクトルの比から計算される。補償因子は、ある所定値（２０ｄＢ）よりもけっして大きくない。しかし、２０ｄＢを越える重大な音質差がある場合には、ある所定の限られた値の間の一部補償因子を用いる補償は、言語信号品質の信頼できない予測に終わることになる。
【０００７】
次に、たとえば音質については、人の聴覚系が周波数に依存する仕方で重大な差異を補償することがわかった。さらに詳しくは、低周波音色の露出により、たとえば通常の視聴覚室において、低周波域がしばしば高周波域よりも補償される。したがって、客観的に予測された言語品質と主観的に経験された言語品質との間の上記低い相関に導かれてしまう。本発明の目的は、この意味において人の聴覚系の知覚モデルを改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１側面によれば、上記方法は、周波数領域において出力信号を参照信号の電力差を補償するステップからなる。このステップは、出力信号と参照信号の値の比から得られる補償因子を加えることにより、周波数依存関数を使って決められる刈込値を使ってなされる。周波数依存関数は、単調関数が好ましく、周波数の１乗に比例することがさらに好ましく、１／３乗に比例することがさらに一層好ましい。
【０００９】
本発明の他の側面によれば、上記装置は、周波数領域で出力信号と参照信号の電力差を補償する手段からなる。この手段は、少なくとも一部で周波数に依存する刈込関数を用いるために使われた出力信号と参照信号の値の比から補償因子を引き出す手段を有する。関連する公知例として〔非特許文献１〕がある。
【非特許文献１】
ＩＴＵ−Ｔ勧告、８６２頁（２００１年２月）、シリーズＰ：電話送信品質、電話設置、ローカルラインネットワーク；品質の客観的および主観的評価の方法−言語品質の知覚評価（ＰＥＳＱ）、狭帯域電話網および言語簿等の端と端を接した言語品質評価に対する客観的方法
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面によって本発明を具体的に説明する。
図１に、人の聴覚および認知のモデルに基づき、実験リンクの知覚品質を評価するためにたとえばＩＴＵ−Ｔ勧告の８６２頁に従う客観的測定技術の公知の機構を示す。この機構は、システムすなわち試験中の遠隔通信ネットワーク１０（以下、簡単のため、システム１０という）、および言語信号の知覚解析のための品質測定装置１１からなる。一方ではシステム１０の入力信号として、また他方では装置１１の第１入力信号Ｘ（ｔ）として、言語信号ＸＯ（ｔ）が使われる。システム１０の出力信号Ｙ（ｔ）は、システム１０によって影響された言語信号ＸＯ（ｔ）であるが、装置１１の第２入力信号として使われる。装置１１の出力信号Ｑは、システム１０を通る言語リンクの知覚品質の評価を表す。言語リンクの入力端と出力端は、特に遠隔通信ネットワークのときはそうであるが、離れているので、装置１１の入力信号に対して、データベースに貯えられた言語信号Ｘ（ｔ）のほとんどの場合に使用される。ここで、慣例上、言語信号は言語および口調（トーン）のような人の聴覚に基本的に知覚できる各音を意味すると理解されている。試験中のシステムも、もちろん、シミュレーション・システムであり得、たとえば、遠隔通信ネットワークやその一部をシミュレートする。装置１１は、メイン処理ステップを遂行する。このステップは、予備処理部１１．１において予備処理手段１２によって遂行される予備処理ステップ、処理部１１．２において第１信号処理手段１３および第２信号処理手段１４によって遂行される処理ステップ、および信号結合部１１．３において信号差分手段１５および信号モデル化手段１６によって遂行される結合信号処理ステップからなる。予備処理ステップにおいて、信号Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）は、手段１３および１４における次のステップのために準備され、予備処理は電力レベル増減および時間調整操作を含むので、予備処理された信号ＸＰ（ｔ）およびＹＰ（ｔ）を出力し、これらはたとえば参照信号および出力信号の増減されたものである。１１．２における処理ステップは、人の聴覚系の心理的物理的知覚モデルに従って、表現信号Ｒ（Ｙ）およびＲ（Ｘ）に、（劣化した）出力信号Ｙ（ｔ）および参照信号Ｘ（ｔ）を重ね合わせることを意味する。結合信号処理ステップにおいて、差分（障害）信号Ｄが表現信号から差分手段１５によって決められる。次に差分信号Ｄは、品質信号Ｑを得るために、たとえば被験者の認知特性がモデル化されたモデルに従って、モデル化手段１６によって処理される。
【００１１】
最近、参照信号と劣化信号との間の重大な音質差に対して、劣化信号の言語品質は正確に予測できないという重大な欠点を現在の客観的測定技術が有することがわかった。したがって、その場合に客観的に得られる品質信号Ｑは、被験者の平均意見スコア（ＭＯＳ）のような客観的に決められる品質測定とほとんど相関をもたない。このような音質差は、原言語信号を記録するために用いた技術によって生じ得る。有効な記録技術は、たとえば「マイクに接近することによる低音増幅」として知られる技術で、低周波域における相当な取除きを伴う。さらに他の音質差の原因は、原言語信号が作られる部屋又は領域と劣化言語信号が評価される部屋又は領域との間の再言語化に関するような条件の差にある。しかし、部屋移動関数は、特に低周波域において、中・高周波域においてよりも大きな周波数反応関数の不規則性を示す。しかし、このような不規則性によって生ずる障害は、現在の客観的モデル予測よりも小さいと、人に認知されている。
【００１２】
人の知覚に基づいて、人の聴覚系は音質、ピッチ、大きさ等の恒常性のような認知の恒常則に従うことが知られている。これは、人の聴覚系は原理的にある程度、音質、ピッチ、大きさ等の差異を補償できることを意味している。
【００１３】
現在の認知モデル化は、原（参照）信号のピッチ電力密度の一部補償によって、いくつかの重大な影響に対する一部補償を考慮に入れている。周波数領域において、原信号のピッチ電力密度に補償因子（ＣＦ）を掛けることにより、そのような補償がなされる。図２に、図１の装置１１の一部、すなわち、上記補償がなされる処理部１１．２をさらに詳細に示す。第１信号処理手段１３の信号処理は、第１段階で、予備処理された劣化信号ＹＰ（ｔ）が時間領域の信号から、たとえばＦＦＴ（高速クーリエ変換）によって時間・周波数領域で時間と周波数に依存する出力信号Ｙ（ｆ，ｔ）に変換される変換部材２１、および、第２段階で、信号Ｙ（ｆ，ｔ）が信号圧縮を受けて表現信号Ｒ（Ｙ）になる圧縮部材２２を有する。同様に、第２信号処理手段１４の信号処理は、第１段階で、予備処理された原信号ＸＰ（ｔ）が時間と周波数に依存する出力信号Ｘ（ｆ，ｔ）に変換される変換部材２３、および、第２段階で、信号Ｘ（ｆ，ｔ）が圧縮されて表現信号Ｒ（Ｘ）を得るため圧縮部材２４を有する。２つの部材２３と２４の間で、信号圧縮に先立って、変換された信号Ｘ（ｆ，ｔ）が補償部材２５によって補償され、補償変換信号ＸＣ（ｆ，ｔ）になる。
【００１４】
予備処理された劣化信号および参照信号の変換は、通常、Ｈｅｒｚ単位の周波数スケールをＢａｒｋ単位の周波数スケール（ピッチ電力密度スケールとしても知られている）に変換する、いわゆるワープ関数に従わせることが好ましい。
【００１５】
補償は、補償因子ＣＦを掛けることによってなされる。算出部材２６によってなされる算出においては、補償因子ＣＦは、時間と周波数に依存する信号Ｙ（ｆ，ｔ）およびＸ（ｆ，ｔ）の周波数応答ＦＲ（ｆ）、すなわち、２つの信号のピッチ電力密度の（時間平均）電力スペクトルの比から引き出される。周波数応答ＦＲ（ｆ）は、次式で表される。
【００１６】
ＦＲ（ｆ）＝∫Ｙ（ｆ，ｔ）／∫Ｘ（ｆ，ｔ）      （１）
【００１７】
次に、補償因子ＣＦが、この比から次のように算出される。
【００１８】
（ｉ）      ＣＦ＝ＦＲ（ｆ）、ＣＬ−≦ＦＲ（ｆ）≦ＣＬ＋に対して
（ｉｉ）    ＣＦ＝ＣＬ−、ＦＲ（ｆ）＜ＣＬ−に対して
（ｉｉｉ）  ＣＦ＝ＣＬ＋、ＦＲ（ｆ）＞ＣＬ＋に対して
【００１９】
ここで、ＣＬ−とＣＬ＋は、それぞれ刈込下位値、刈込上位値と呼ばれ、予め定められる一定値である。上記一部補償のため、補償因子ＣＦを得るために、周波数応答が刈り込まれる。このような刈込値は、予め、たとえば、測定技術の初期化相の間に定められる。参考文献［１］の方法に対して、ＣＬ−１＝０．０１（−２０ｄＢ）およびＣＬ＋＝１００（＋２０ｄＢ）である。しかし、重大な音質差の場合（たとえば、電力密度が２０ｄＢを超える）には、ある所定値で刈り込まれた補償因子を用いる一部補償がなされ、言語信号品質の信頼できない予測になった。次に、人の聴覚系の知覚モデル化の改善が、もはや一定値ではなく、聴覚系の周波数領域の少なくとも一部、好ましくは低周波域での周波数依存値において刈り込まれる補償因子を用いて補償することによりなされ得ることがわかった。このような周波数依存刈込値は、以後、それぞれ下位刈込関数および上位刈込関数と呼ばれる周波数依存関数ｃｌ−１（ｆ）およびｃｌ＋（ｆ）によって示す。
【００２０】
補償因子ＣＦは、式（１）によって周波数応答から再び算出されるが、ｃｌ−（ｆ）およびｃｌ＋（ｆ）を使って、次のように刈り込まれる。
【００２１】
（ｉ）      ＣＦ＝ＦＲ（ｆ）、ｃｌ−（ｆ）≦ＦＲ（ｆ）≦ｃｌ＋（ｆ）に対して
（ｉｉ）    ＣＦ＝ｃｌ−（ｆ）、ＦＲ（ｆ）＜ｃｌ−（ｆ）に対して
（ｉｉｉ）  ＣＦ＝ｃｌ＋（ｆ）、ＦＲ（ｆ）＞ｃｌ＋（ｆ）に対して
【００２２】
原理的に、ｃｌ−（ｆ）およびｃｌ＋（ｆ）は互いに独立に選ばれ得る。しかし、周波数応答関数の逆数的性質の結果、ｃｌ＋（ｆ）はｃｌ−（ｆ）の逆数と等しいか、少なくとも近接していることが好ましく、その逆も成り立つ。
【００２３】
刈込関数、たとえばｃｌ−（ｆ）は、周波数に依存する少なくとも一部において、周波数の増加につれて単調増加、あるいは単調減少することが好ましく、これに対応して、ｃｌ＋（ｆ）は単調減少、あるいは単調増加する。刈込関数は予め、たとえば、測定システムの初期化相の間に、定められることが好ましい。
【００２４】
ｃｌ＋（ｆ）およびｃｌ−（ｆ）を適切に選ぶことにより、上記知覚恒常則とよりよく調和して一部補償がもたらされ得る。実験的に、周波数のＰ乗、すなわちｆＰ（Ｐ≠０）に比例する単調増加関数が、特に低周波域において、ｃｌ−（ｆ）に対する適切な選択であることがわかった。Ｐ＝３が好ましい。以下、一定刈込値ＣＬ−１およびＣＬ＋の代りに、周波数依存刈込関数ｃｌ−（ｆ）およびｃｌ＋（ｆ）の選択差を、図３によって説明する。
【００２５】
図３に、互いに異なる言語信号の第１、第２周波数応答関数ＦＲ１（ｆ）、ＦＲ２（ｆ）の一例を示す。縦軸は周波数応答関数（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｂａｒｋ）である。−２０ｄＢにおける水平破線３１および＋２０ｄＢにおける水平破線３２は、それぞれ、一定刈込値ＣＬ−およびＣＬ＋を示している。曲線３３および３４は、それぞれ、下位刈込関数ｃｌ−（ｆ）および上位刈込関数ｃｌ＋（ｆ）を示している。周波数応答関数ＦＲ１（ｆ）およびＦＲ２（ｆ）は、約３０Ｂａｒｋである最大周波数ｆｍａｘを越えた周波数に対しては、人の聴覚系にとってなんら意味をもたない。
【００２６】
一例として、図３の曲線３３および３４で表されるｃｌ−（ｆ）およびｃｌ＋（ｆ）は、次のように選ばれる。
【００２７】
ｃｌ−（ｆ）＝ＣＬ−（ｆ／ｆｍａｘ）３、ｃｌ＋（ｆ）＝（ｃｌ−（ｆ）＋△）−１
【００２８】
ここで、△は、あらゆるｆの値に対してｃｌ−（ｆ）＝０である場合にｃｌ＋（ｆ）が大きくなりすぎないようにするために加えられる、小さな数（例、０．０１５）である。
【００２９】
この例において、第１周波数応答関数ＦＲ１（ｆ）は完全に、２つの一定刈込値ＣＬ−とＣＬ＋との間にある。しかし、第２周波数応答関数ＦＲ２（ｆ）は、ＣＬ−とＣＬ＋との間ばかりでなく、水平破線３２以上の点Ａと点Ｄの間、および曲線３４以上の点Ｂと点Ｃの間において上方の第１ロブ３５を有している。さらに、水平破線３１以下の点Ｅと点Ｆの間において下方の第２ロブ３６も有している。
【００３０】
言語信号が一組の刈込値および一組の刈込関数の双方の間に完全に位置しているＦＲ１（ｆ）のような周波数応答関数を有するので、この場合は補償因子ＣＦを決めるのに差異はない。なぜなら、刈り込む必要がないからである。また、言語関数は一組の刈込値の間に一部が位置し、かつ、１以上のロブを有するＦＲ２（ｆ）のような周波数応答関数を有するので、この場合はＣＦを決めるのに相当な差異がある。従来技術の方法によってＣＦを算出するには、点Ａと点Ｄの間の第２周波数応答関数ＦＲ２（ｆ）の値はＣＬ＋によって刈り込まれるが、本発明の新しい方法によれば、点Ｂと点Ｃの間のＦＲ２（ｆ）の値だけが刈り込まれる。すなわち、ｃｌ＋（ｆ）よりも局部的に大きな値ばかりでなく、さらに周波数に依存して刈り込まれる。同様にして、従来技術の方法によれば点Ｅと点Ｆの間のＦＲ２（ｆ）の値もＣＬ−によって刈り込まれるが、本発明の新しい方法によれば、全く刈り込まれない。
【００３１】
ｃｌ−（ｆ）に対して、別の選択もあり得る。
【００３２】
ｃｌ−（ｆ）＝（ｆ／ｆＣ）３、ｆ≦ｆＡ＝（ＣＬ−）１／３ｆＣに対して
ｃｌ−（ｆ）＝ＣＬ−、ｆ＞ｆＡ＝（ＣＬ−）１／３ｆＣに対して
【００３３】
ここで、ｆＣは人の聴覚系の周波数域の中心周波数（すなわち、ｆＣ＝ｆｍａｘ／２〜１５Ｂａｒｋ）である。このｃｌ−（ｆ）の選択を、対応するｃｌ＋（ｆ）とともに図４に示す。下位刈込関数ｃｌ−（ｆ）を４３で、上位刈込関数ｃｌ＋（ｆ）を４４でそれぞれ表している。ともに、周波数依存部４３．１（４４．１）および一定値部４３．２（４４．２）を有している。特にこの選択は、大きな音質差をもつ言語信号に対して、予測品質と主観的測定品質との間に５％を超える相関の増加が実験的に得られたことを示している。
【００３４】
より一般的には、下位刈込関数は周波数が増加する方向において連続周波数域にわたって周波数依存部の連鎖であり得る。その各部は、周波数依存性をもつ単調増加関数である。たとえば、周波数の増加する方向に減少するべき（累乗）Ｐに対してｆＰ（周波数のＰ乗）に比例する関数である。たとえば、最も低い周波数域ではｆ３に比例する第１部、次に第２周波数域ではｆ２に比例する第２部、そして第３周波数域ではｆ２／３に比例する第３部、、、、、、等である。
【００３５】
さらに別の選択が、人の聴覚系の周波数スペクトルの対称性を伴って算出される。
【００３６】
ｃｌ−（ｆ）＝（ｆ／ｆＣ）３、ｆ≦ｆＡ＝（ＣＬ−）１／３ｆＣに対して
ｃｌ−（ｆ）＝｛（ｆｍａｘ−ｔ）／ｆＣ｝３、ｆ≧ｆＢ＝ｆｍａｘ−（ＣＬ−）１／３ｆＣに対して
ｃｌ−（ｆ）＝ＣＬ−、ｆＡ≦ｆ≦ｆＢに対して
【００３７】
このｃｌ−（ｆ）に対する選択を、対応するｃｌ＋（ｆ）とともに図５に示す。下位刈込関数ｃｌ−（ｆ）を５３、上位刈込関数ｃｌ＋（ｆ）を５４で表わしている。それぞれ、低い周波数域で第１周波数依存部５３．１（５４．１）、中間の周波数域で一定値部５３．２（５４．２）、および高い周波数域で第２周波数依存部５３．３（５４．３）を有している。
【００３８】
変換された信号Ｘ（ｆ，ｔ）の代りに、変換された信号Ｙ（ｆ，ｔ）が補償に使われ得る。式（１）で表した周波数応答関数ＦＲ（ｆ）の逆数である周波数応答関数から、補償因子が算出される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】言語信号の品質を決定するための装置を含む従来技術のブロック図
【図２】補償が行われる図１のシステムの装置の一部詳細ブロック図
【図３】従来技術による一定刈込値間の補償と、本発明による第１組の周波数依存刈込関数を用いた補償に対する、補償因子を決定する際の本質的な差異を説明するためのグラフ
【図４】本発明による第２組の周波数依存刈込関数を示すグラフ
【図５】本発明による第３組の周波数依存刈込関数を示すグラフ
【主な符号の説明】
【００４０】
ＦＲ（ｆ）：周波数応答関数
ｆｍａｘ：最大周波数
４３、５３：下記刈込関数
４４、５４：上位刈込関数
ｆＣ：中心周波数
【国際公開パンフレット】
2004529398.tif 000003
2004529398.tif 000004
2004529398.tif 000005
2004529398.tif 000006
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2004529398.tif 000008
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2004529398.tif 000019
2004529398.tif 000020
2004529398.tif 000021
【国際調査報告】
2004529398.tif 000022