ITU-R BS 1387-1 SPANISH-2001 Method for objective measurements of perceived audio quality《感知音频质量的客观测量方法》.pdf

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1、 Rec. UIT-R BS.1387-1 1 RECOMENDACIN UIT-R BS.1387-1 Mtodo para mediciones objetivas de la calidad de audio percibida (1998-2001) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que los mtodos objetivos convencionales (por ejemplo, los utilizados para medir la relacin seal/ruido y la d

2、istorsin) no son ya adecuados para medir la calidad de audio percibida de sistemas que utilizan esquemas de codificacin a baja velocidad binaria o que emplean procesamiento analgico o digital de la seal; b) que se estn desarrollando y empleando rpidamente esquemas de codificacin a baja velocidad bin

3、aria; c) que no todas las realizaciones conformes a una especificacin o norma garantizan la obtencin de una calidad ptima con dicha especificacin o norma; d) que los mtodos formales de evaluacin subjetiva no son adecuados para la supervisin continua de la calidad de audio, por ejemplo en condiciones

4、 operacionales; e) que la evaluacin objetiva de la calidad de audio percibida puede acabar complementando o sustituyendo a los mtodos de prueba objetivos convencionales en todo tipo de medicin; f) que la evaluacin objetiva de la calidad de audio percibida puede complementar en forma til a los medios

5、 de evaluacin subjetiva; g) que, para algunas aplicaciones, es necesario utilizar un mtodo que pueda aplicarse en tiempo real, recomienda 1 que para cada una de las aplicaciones indicadas en el Anexo 1 se utilice el mtodo indicado en el Anexo 2 para la medicin objetiva de la calidad de audio percibi

6、da. Prembulo Esta Recomendacin especifica un mtodo para la medicin objetiva de la calidad de audio percibida de un dispositivo sometido a prueba, por ejemplo un codificador-decodificador (cdec) a baja velocidad binaria. Se divide en dos Anexos. El Anexo 1 ofrece al usuario una perspectiva general de

7、l mtodo e incluye cuatro Apndices. El Apndice 1 describe aplicaciones y seales de pruebas. El Apndice 2 indica las variables de salida del modelo y analiza las limitaciones de utilizacin y de exactitud. El Apndice 3 describe el modelo, y el Apndice 4 enuncia los principios y describe, en general, la

8、s caractersticas de los mtodos objetivos de medicin de la calidad de audio percibida. El Anexo 2 proporciona al realizador una descripcin detallada del mtodo; se utilizan dos versiones del modelo sicoacstico que fueron desarrolladas en la fase de integracin, en la que se combinaron seis modelos. En

9、el Apndice 1 del Anexo 2 se describe el proceso de validacin del mtodo de medicin objetiva. El Apndice 2 del Anexo 2 presenta una visin de conjunto de todas las bases de datos que se utilizaron en el desarrollo y la validacin del mtodo. 2 Rec. UIT-R BS.1387-1 NDICE Pgina Prembulo. 1 ndice 2 Anexo 1

10、Visin de conjunto 7 1 Introduccin 7 2 Aplicaciones 7 3 Versiones 8 4 El dominio subjetivo. 8 5 Resolucin y exactitud 10 6 Requisitos y limitaciones 10 Apndice 1 al Anexo 1 Aplicaciones 10 1 Generalidades 10 2 Principales aplicaciones 11 2.1 Evaluacin de realizaciones 11 2.2 Ajuste de calidad percept

11、ual . 11 2.3 Supervisin en lnea 11 2.4 Estado del equipo o de la conexin. 12 2.5 Identificacin de cdec . 12 2.6 Desarrollo de cdec. 12 2.7 Planificacin de red. 12 2.8 Ayuda para evaluacin subjetiva 13 2.9 Resumen de aplicaciones 13 3 Seales de prueba 13 3.1 Seleccin de seales de prueba naturales 14

12、3.2 Duracin 15 4 Sincronizacin 15 5 Cuestiones de derecho de autor 15 Apndice 2 al Anexo 1 Variables de salida. 15 1 Introduccin 15 2 Variables de salida del modelo . 15 3 Calidad de audio bsica 16 4 Margen de codificacin. 17 5 Requisitos de usuario 17 Rec. UIT-R BS.1387-1 3 Pgina Apndice 3 al Anexo

13、 1 Descripcin general del modelo 17 1 Procesamiento de audio 18 1.1 Valores definidos por el usuario . 18 1.2 Modelo sicoacstico 18 1.3 Modelo cognoscitivo. 19 Apndice 4 al Anexo 1 Principios y caractersticas de los mtodos de medicin objetiva de la calidad de audio percibida 20 1 Introduccin e histo

14、ria 20 2 Estructura general de los mtodos de medicin objetiva de la calidad de audio percibida 21 3 Aspectos sicoacsticos y cognoscitivos 21 3.1 Caractersticas de transferencia del odo externo y del odo medio 22 3.2 Escalas de frecuencia perceptuales . 22 3.3 Excitacin 23 3.4 Deteccin 24 3.5 Enmasca

15、ramiento 25 3.6 Sonoridad y enmascaramiento parcial 25 3.7 Nitidez. 25 3.8 Procesamiento cognoscitivo 26 4 Modelos incorporados. 27 4.1 DIX 27 4.2 NMR 28 4.3 OASE 28 4.4 PAQM (perceptual audio quality measure) 29 4.5 PERCEVAL 30 4.6 POM 30 4.7 The Toolbox approach (caja de herramientas) 31 Anexo 2 D

16、escripcin del modelo 32 1 Descripcin general 32 1.1 Versin bsica . 33 1.2 Versin avanzada 33 2 Modelo de odo perifrico. 34 2.1 Modelo de odo basado en TRF 34 2.1.1 Visin de conjunto 34 2.1.2 Procesamiento en el tiempo 35 2.1.3 TRF. 35 2.1.4 Odo externo y odo medio. 36 4 Rec. UIT-R BS.1387-1 Pgina 2.

17、1.5 Agrupacin en bandas crticas 36 2.1.6 Adicin de ruido interno. 43 2.1.7 Expansin (spreading) . 43 2.1.8 Expansin en el dominio del tiempo 45 2.1.9 Umbral de enmascaramiento 45 2.2 Modelo de odo basado en banco de filtros. 46 2.2.1 Visin de conjunto 46 2.2.2 Submuestreo . 47 2.2.3 Fijacin del nive

18、l de reproduccin . 47 2.2.4 Filtro de rechazo de la corriente continua 47 2.2.5 Banco de filtros 48 2.2.6 Filtrado de odo externo y de odo medio. 50 2.2.7 Expansin (spreading) en el dominio de la frecuencia 51 2.2.8 Rectificacin. 53 2.2.9 Dispersin (smearing) en el dominio del tiempo (1) Enmasca-ram

19、iento hacia atrs 53 2.2.10 Adicin de ruido interno. 53 2.2.11 Dispersin en el dominio del tiempo (2) Enmascaramiento hacia adelante. 53 3 Preprocesamiento de patrones de excitacin 54 3.1 Adaptacin de nivel y de patrn . 54 3.1.1 Adaptacin de nivel 54 3.1.2 Adaptacin de patrn 55 3.2 Modulacin . 56 3.3

20、 Sonoridad 56 3.4 Clculo de la seal de error. 57 4 Clculo de las variables de salida del modelo 57 4.1 Visin de conjunto 57 4.2 Diferencia de modulacin . 58 4.2.1 RmsModDiffA58 4.2.2 WinModDiff1B. 59 4.2.3 AvgModDiff1By AvgModDiff2B. 59 4.3 Sonoridad del ruido. 59 4.3.1 RmsNoiseLoudA. 60 4.3.2 RmsMi

21、ssingComponentsA. 60 4.3.3 RmsNoiseLoudAsymA. 60 4.3.4 AvgLinDistA. 60 4.3.5 RmsNoiseLoudB. 60 4.4 Anchura de banda 60 4.4.1 Seudocdigo . 61 4.4.2 BandwidthRefBy BandwidthTestB61 Rec. UIT-R BS.1387-1 5 Pgina 4.5 Relacin Ruido-Enmascaramiento 62 4.5.1 NMRBtotal. 62 4.5.2 NMRBsegmental . 62 4.6 Relati

22、ve Disturbed FramesB62 4.7 Probabilidad de deteccin . 62 4.7.1 Probabilidad mxima filtrada de deteccin (MFPDB) . 64 4.7.2 Bloque distorsionado promedio (ADBB) . 64 4.8 Estructura armnica del error 64 4.8.1 EHSB65 5 Promediado . 65 5.1 Promediado espectral 65 5.1.1 Promedio lineal. 65 5.2 Promediado

23、temporal 65 5.2.1 Promedio lineal. 66 5.2.2 Media cuadrtica 66 5.2.3 Promedio enventanado . 66 5.2.4 Seleccin de trama 67 5.3 Promediado en canales de audio . 67 6 Estimacin de la calidad de audio bsica percibida 67 6.1 Red neuronal artificial. 68 6.2 Versin bsica . 68 6.3 Versin avanzada 70 7 Confo

24、rmidad de las realizaciones . 71 7.1 Generalidades 71 7.2 Seleccin . 71 7.3 Fijacin de valores para la prueba de conformidad 71 7.4 Intervalo de tolerancia aceptable. 72 7.5 Elementos de prueba . 72 Apndice 1 al Anexo 2 Proceso de validacin 73 1 Generalidades 73 2 Fase competitiva . 74 3 Fase colabo

25、rativa 75 4 Verificacin. 75 4.1 Comparacin de valores SDG y ODG 76 4.2 Correlacin 76 4.3 Puntuacin de error absoluto (AES, absolute error score). 79 4.4 Comparacin de ODG con respecto al intervalo de confianza . 80 4.5 Comparacin de ODG con el intervalo de tolerancia . 84 6 Rec. UIT-R BS.1387-1 Pgin

26、a 5 Seleccin de las versiones de modelo ptimas . 86 5.1 Criterios de preseleccin basados en correlacin 86 5.2 Anlisis del nmero de valores lejanos. 87 5.3 Anlisis de la severidad de los valores lejanos . 88 6 Conclusin 89 Apndice 2 al Anexo 2 Descripciones de las bases de datos de referencia. 89 1 I

27、ntroduccin 89 2 Elementos (items) por cada base de datos 91 3 Condiciones experimentales . 91 3.1 MPEG90 92 3.2 MPEG91 92 3.3 ITU92DI 92 3.4 ITU92CO 92 3.5 ITU93 92 3.6 MPEG95 93 3.7 EIA95 93 3.8 DB2 . 93 3.9 DB3 . 93 3.10 CRC97. 94 4 Elementos por cada condicin para DB2 y DB3 94 4.1 DB2 . 94 4.2 DB

28、3 . 97 Glosario 97 Abreviaturas . 98 Referencias Bibliogrficas . 99 Bibliografa. 100 Rec. UIT-R BS.1387-1 7 ANEXO 1 Visin de conjunto 1 Introduccin La calidad de audio es uno de los factores esenciales en el diseo de un sistema digital para radiodifusin. La rpida introduccin de diversos esquemas de

29、reduccin de la velocidad binaria ha conducido a importantes actividades destinadas a crear y mejorar procedimientos para evaluaciones subjetivas, simplemente porque las pruebas de escucha formales han sido el nico mtodo relevante para juzgar la calidad de audio. La experiencia adquirida sirvi de bas

30、e para la formulacin de la Recomendacin UIT-R BS.1116, la cual a su vez, sirvi de base para la mayor parte de las pruebas de escucha de este tipo. Dado que las evaluaciones subjetivas de la calidad toman mucho tiempo y son costosas, es conveniente desarrollar un mtodo de medicin objetiva para obtene

31、r una estimacin de la calidad de audio. Los mtodos tradicionales de medicin objetiva, como la relacin seal ruido (S/N) o la distorsin armnica total (THD, total-harmonic-distorsin) nunca han demostrado ser realmente capaces de dar resultados que estn relacionados de una manera fiable con la calidad d

32、e audio percibida. Los problemas se hacen an ms palpables cuando estos mtodos se aplican en cdecs modernos que son no lineales y no estacionarios. En los ltimos diez aos se han introducido varios mtodos para efectuar mediciones perceptuales objetivas de la calidad de audio percibida. Sin embargo, ni

33、nguno de estos mtodos fue totalmente validado y, en consecuencia, ninguno de ellos fue normalizado ni ampliamente aceptado. En 1994, el UIT-R reconoci la urgente necesidad de formular una norma en este sector, y se comenz a trabajar en ella. Se convoc a la presentacin de propuestas y se recibieron r

34、espuestas relativas a los seis mtodos de medicin siguientes: ndice de perturbacin (DIX, disturbance index), relacin ruido-enmascaramiento (NMR, noise-to-mask ratio), medida de calidad de audio perceptual (PAQM, perceptual audio quality measure), evaluacin perceptual (PERCEVAL), medida objetiva perce

35、ptual (POM, perceptual objective measure) y el enfoque Toolbox (caja de herramientas). Estos mtodos se describen en el Apndice 4 al Anexo 1. El mtodo de medicin especificado en esta Recomendacin es el resultado de un proceso en el que se estudi el comportamiento de los seis mtodos mencionados, y las

36、 herramientas ms prometedoras de dichos mtodos se integraron en un solo mtodo. El mtodo recomendado ha sido cuidadosamente validado en diversos lugares de prueba. Ha quedado probado que el mtodo genera informacin fiable y til para varias aplicaciones. No obstante, se debe tener presente que el mtodo

37、 de medicin objetiva de esta Recomendacin no es, en general, un sustituto de la prueba de audicin formal. 2 Aplicaciones El concepto bsico para realizar mediciones objetivas con el mtodo recomendado se ilustra en la Fig. 1 que sigue. 1387-01Dispositivosometido a pruebaSeal sometidaa pruebaSeal de re

38、ferenciaMtodo demedicinobjetivaEstimacin de calidadde audioFIGURA 1Diagrama de principio para efectuar mediciones objetivas8 Rec. UIT-R BS.1387-1 El mtodo de medicin especificado en esta Recomendacin es aplicable a la mayor parte de los tipos de equipo digitales y analgicos de procesamiento de seale

39、s de audio. Sin embargo, se espera que muchas aplicaciones empleen fundamentalmente cdecs de audio. Se han identificado las siguientes 8 clases de aplicaciones: CUADRO 1 Aplicaciones 3 Versiones Para cumplir de una manera ptima los diferentes requisitos de coste y de funcionamiento, el mtodo de medi

40、cin recomendado en esta Recomendacin presenta dos versiones. La versin bsica est concebida para permitir una realizacin en tiempo real, eficaz con respecto al coste, mientras que la versin avanzada tiene por objetivo principal obtener la mayor exactitud posible. Segn la realizacin, esta exactitud ad

41、icional aumenta la complejidad aproximadamente por un factor de cuatro, en comparacin con la versin bsica. El Cuadro 1 da directrices sobre la versin que convendra utilizar para cada una de las aplicaciones. 4 El dominio subjetivo Las pruebas de escucha subjetivas formales, por ejemplo las basadas e

42、n la Recomendacin UIT-R BS.1116, han sido cuidadosamente diseadas para proporcionar una estimacin lo ms fiable posible del juicio sobre la calidad de audio. Sin embargo, no cabe esperar que el resultado de una prueba de audicin subjetiva refleje plenamente la percepcin real. La Fig. 2 muestra las im

43、perfecciones que son inherentes tanto al dominio subjetivo como al dominio objetivo. Es evidente que no es posible validar directamente un mtodo objetivo. Para validar mtodos objetivos hay que compararlos con resultados obtenidos en pruebas de escucha subjetivas. Aplicacin Breve descripcin Versin 1

44、Evaluacin de realizaciones Procedimiento que se emplea para caracterizar diferentes realizaciones de equipos de procesamiento de audio, en muchos casos cdecs de audio Bsica/Avanzada 2 Ajuste de calidad perceptual Procedimiento rpido que se emplea antes de poner en servicio una unidad de equipo o un

45、circuito Bsica 3 Supervisin en lnea Proceso continuo para la supervisin de una transmisin de audio en curso Bsica 4 Estado del equipo o de la conexin Anlisis detallado de una unidad de equipo o de un circuito Avanzada 5 Identificacin de cdec Procedimiento para identificar el tipo y realizacin de un

46、determinado cdec Avanzada 6 Desarrollo de cdec Procedimiento que caracteriza el comportamiento del cdec lo ms detalladamente posible Bsica/Avanzada 7 Planificacin de red Procedimiento para optimizar el coste y el comportamiento de una red de transmisin en presencia de determinadas exigencias Bsica/A

47、vanzada 8 Ayuda a evaluacin subjetiva Herramienta para el anlisis de material crtico que habr de incluirse en una prueba de audicin Bsica/Avanzada Rec. UIT-R BS.1387-1 9 1387-02FIGURA 2Conceptos de validacinPercepcinrealEvaluacionessubjetivasMedicionesobjetivasEl mtodo de medicin objetiva especifica

48、do en esta Recomendacin se ha concentrado en aplicaciones que normalmente se evalan en el dominio subjetivo aplicando la Recomendacin UIT-R BS.1116. El principio bsico de este mtodo de prueba puede describirse brevemente como sigue: el oyente puede elegir entre tres fuentes (A, B, C). La seal conocida de referencia siempre se presenta como fuente A. La seal de referencia oculta y la seal sometida a prueba se presentan simultneamente, pero son designadas al azar como B y C, segn el ensayo de que se trate. Se pide al oyente que evale las de