ses kodlama teknikleri

TÜBİTAK UEKAEULUSAL ELEKTRONİK ve KRİPTOLOJİ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜTÜBİTAK UEKAEULUSAL ELEKTRONİK ve KRİPTOLOJİ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ

Ses Kodlama Teknikleri ve Yeni NATO Ses Kodlama Seçimi

(NATO STANAG 4591)

Dr. Hasan Palaz

Tel: 0 262 648 1369e-Posta: [email protected]

Aralık 2003

mailto:[email protected]


Birinci BölümSes Kodlama TeknikleriKısa Bir Bakış ve Tarihçe

Dr. Hasan Palaz


Aralık 2003


18.12.2003 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 3

Sunuş Planı

Ses üretim mekanizması

İnsan kulağının bant genişliği

Kullanım amacı ve alanı

Tarihçe,Sınıflandırma ve Özellikleri

Standartları hazırlayan organizasyonlar

Ses kodlama standartları

Ses kalitesine göre kodlayıcılar

NATO ses kodlama seçimi – Giriş

NATO ses kodlayıcıları

STANAG 4591 ihtiyacı

Ses Kodlayıcı Teknolojisinde Yönelim


Ses Üretim Mekanizması

Ses üretim yolu olarak adlandırılan çok karmaşık ancak tam anlamıyla mükemmel bir sistem,Ses tellerinden geçen hava daha sonra ses üretim yolunda işlenerek değişik sesler çıkartılıyor.



Ana olarak iki tür ses üretiriz, sesli (voiced) ve sessiz (unvoiced)Buna örnek olan iki farklı konuşma işareti



Ses üretiminin iyi bir modeli aşağıdaki örnek sistem gibişematize edilebilir. Bu sistemde sesli heceler için ardışık darbe dizileri, sessiz heceler için ise gürültü işareti süzgeçlerin girişine uygulanır.

ImpulseTrain

Generator

RandomNoise

Generator

Pitch period

X

Voiced/Unvoced Switch

Gain

x[n] u[n]

TimeVarying

Filter

LPC Coefficients

Syntesized Speech

s[n]


İnsan Kulağının Bant Genişliği

0 Hz 4 kHz 7 kHz 20 kHz

TELEFON

SESMUZİK (CD KALİTESİ)

5 Hz - 20 kHz


Kullanım Amacı

Haberleşme kapasitesini arttırmak

8000 örnek/s x 12-16 bit=96-128kbps

Efektif haberleşme

Emniyetli ses haberleşmesi

Efektif depolama


Kullanım Amacı

A/DA/D AnalizAnaliz D/AD/ASentezSentez

Konuşma Dinle

Haberleşme

Depolama

Kayıt Çalma


Kullanım Alanı

Emniyetli ses haberleşmesi (Secure voice)

Hücresel telefonlar (GSM, PCS v.b.)

Sesli mesaj (Voice mail)

Çoklu ortam mesaj (multimedia messaging)

Sayısal telesekreter makineleri (digital answering machine)

Paket telefon ve radyo (packet telephony&radio)

Görüntülü telefon (videophone)

Sesli-görsel telekonferans (audio-visual teleconferencing)


Tarihçe

VOICE CODER-VODER-VOCODER

Bell Labs, 1936, H.W. Dudley

İlk ve en ilkel ses kodlayıcı

Kodlayıcıdan çok piyano gibi tuşları olan bir

sentezleyici ancak çoğu modern ses kodlama/

sıkıştırma algoritmaları benzer mantıkla çalışıyor.

Yapay Konuşan Makine, Dünyadaki ilk elektronik

ses sentezleyici

New York ve San Francisco World's Fairs of 1939.


Tarihçe-Emniyetli Ses Sistemleri

SIGSALY

1943

1200bps

Vakum tüp teknolojisi

12 adet kuruldu

55 ton

Roosevelt-Churchill



Orijinal STU-II

1982

2400bps

Bir kaç bin cihaz kuruldu

STU-1

1979

2400bps

İlk DSP’li

Bir kaç yüz cihaz kuruldu

HY-2

1961

???bps

Tranzistorlu

100 pound

Johnson

KY-9

1953

1650bps

Tranzistorlu

565 pounds

Johnson


STU-II ve STU-II/B• 1980 Sonları

2400 bps

VLSI Teknolojisi

4-5 Kg

NATO Standartı

STU-III1990 Ortaları2400-9600 bpsVLSI Teknolojisi4-5 Kg

STE1990 Sonları2400-9600 bps Analog64-128 kbps ISDNSTU-III uyumluVLSI Teknolojisi4-5 Kg



Sınıflandırma

Dalga kodlama (waveform coders)

Parametrik olmayan, model tabanlı değil

Düşük oranda sıkıştırma

PCM, ADPCM, CVSD

Ses kodlama (Vocoder)

Model tabanlı, parametrik

Yüksek oranda sıkıştırma

LPC, CELP


Özellikleri

Kodlama Hızı (Bit Rate)

Karmaşıklık (Complexity)

Gecikme (Delay)

Kalite (Quality)


Kodlama Hızı

Kodlayıcının çalıştığı haberleşme kanalının hızı

• Sayısal telefon şebekesi 64 kbps

• Hücresel şebeke 6.7 - 13 kbps

• Emniyetli telefon 2.4 - 4.8 kbps

• HF emniyetli ses 1.2 - 2.4 kpbs

• CDMA sayısal hücresel Değişken hızlı

şebeke, IP tabanlı şebekeler


Karmaşıklık

Kodlayıcının hesaplama karmaşıklığı, işlem yüküGerçek zamanda çalışma için gerekli olan

MIPS (million instruction per second)

Bellek miktarı

Güç harcaması

Fiyat

Gerçekleme ortamları

Sayısal işaret işleyicilerde (DSP) gerçekleme

Internet telefon PC üzerinde çalışır


Gecikme

Haberleşme kanalında ses kodlayıcının sebep olduğu gecikme

Algoritmik gecikme

Ses örnekleri üzerinden çalışan kodlayıcıların gecikmesi küçüktür

Ses örnek çerçeveleri (blokları) ile çalışan kodlayıcıların gecikmesi daha büyüktür

Hesaplama gecikmesi

Ses kodlama tekniğinin hesaplama karmaşıklığına bağlıdır


Kalite

Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility)

Akustik Gürültü Performansı

Ses Kalitesi (Speech Quality)

Konuşanın Tanınabilirliği (Speaker Recognizability)

Emotional Projection

Tandem Performansı

Haberleşme Verimliliği (Communicability)


Organizasyonlar

U.S. Department of Defence, National Security Agency(NSA)

NATO

International Telecommunications Union (ITU-CCITT)

Telecommnications Industry Association (TIA)

Research and Development Center for Radio Systems(RCR) in Japan

International Maritime Satellite Corporation (INMARSAT)

Europan Telecommunications Standards Institute (ETSI)


Standartlar

Hız(kbps) Standart Uygulama Algoritma Yıl

64 ITU G.711 PSTN PCM 197264, 56, 48 ITU G.722 ISDN SB-ADPCM 198432 ITU G.721 PSTN ADPCM 19842.4 US-FS1015 Secure Voice LPC-10e 198416 Inmarsat-B Maritime APC 198513 (22.8) FR-GSM, EGSM, DCS-1800 RPE-LTP 19884.8 US-FS1016 Secure Voice CELP 19898.9 (9.6) Inmarsat-aero Skyphone MPELPC 19897.95 (13) IS-54 NA-Digital cellularVSELP 19894.8 NASA MSAT-X Mobile satellite VAPC 199016 ITU G.728 PSTN LD-CELP 19916.7 (11.2) FR-PDC Japan Cellular VSELP 19914.15 (6.4) Inmarsat-M Land mobile satellite IMBE 1991


Standartlar

Hız(kbps) Standart Uygulama Algoritma Yıl

4.4 (7.2) APCO Paramilitary IMBE 19924.53 (7.2) TETRA Europan trunk radio ACELP 19938-1, 19.2-2.4 IS-95 VR NA CDMA cellular QCELP 19938 ITU G.729 PSTN ACELP 19955.7 (11.4) HR-GSM Europan GSM VSELP 19953.45 (5.6) HR-PDC Japan Cellular PCI-CELP 19954.8 Inmarsat-M Land mobile satellite AMBE 199513 (22.8) Enhanced FR-GSM Europan GSM ACELP 199513 (22.8) PCS-1900 NA-Digital cellular ACELP 19956.4/5.3 G.723.1 PSTN MPC-MLQ 19952.4 FS-MELP Secure Voice MELP 19961.2/4.8/9.6 IS-127 NA CDMA cellular EVRC 19971.2/2.4+npp STANAG 4195 Secure Voice MELPe 2002


Ses Kalitesi

11 22 323216168844 6464Kötü (1)Kötü (1)

Orta (3)Orta (3)

İyi (4)İyi (4)

Mükemmel (5)Mükemmel (5)

Zayıf (2)Zayıf (2)

Bit Bit RateRate, , kbpskbps

Ses K

alite

si, M

OS

Ses K

alite

si, M

OS

FSFS--10151015LPC10ELPC10E

FSFS--MELPMELPFSFS--10161016CELPCELP

IMBEIMBE

ITUITU--T 1998T 1998 G.729G.729 EFREFR--GSMGSM

G.728G.728G.721G.721

G.711G.711G.726G.726

ISIS--5454SKYPHONESKYPHONE

FRFR--GSMGSM

CVSDCVSD

SENTETİKSENTETİK

HABERLEŞMEHABERLEŞME

TOLLTOLL

1.21.2


Ses Kalitesi

“If you knew Julian like I know Julian” cümlesi


NATO Ses Kodlama Seçimi - Giriş


NATO Ses Kodlayıcıları

Kullanımda olan NATO ses kodlayıcıları uzun süre önce standart haline getirilmiştir (10-20 yıl)

Başlıca öne çıkan özellikleri:

STANAG 4209 (1983), haberleşme kanalındaki bozulmalara karşı dayanıklı (CVSD)

STANAG 4198 (1987), düşük hız, dar bant (LPC-10e)

STANAG 4479 (1993), oldukça düşük hız, daha dar bantlı (LPC tabanlı)

Fakat servis kaliteleri sınırlı



STANAG 4209 (1983) – CVSD“The NATO Multi-Channel Tactical Digital Gateways Standards for

Analogue to Digital Conversion of Speech Signals” Dalga kodlama (Waveform Coder)+ Haberleşme kanalındaki bozulmalara dayanıklı+ Küçük gecikme- Gürültüsüz ortamda düşük ses kalitesi- Yüksek hız, geniş bant (16 kbps)

UHF/VHF emniyetli ses cihazı (KY-58/57)Frekans atlamalı VHF FH telsizlerUydu terminalleri (SATCOM)Sayısal geçitler (Gateway)



STANAG 4198 (1987) – LPC-10e

“Parameters and coding characteristics that must be common to assure interoperability of 2400 bps linear predictive encoded digital speech”

Ses kodlayıcı, parametrik (Vocoder)Emniyetli ses haberleşmesinde ve sinyal işlemede önemli bir kilometre taşıdır

+ düşük hız, dar bant (2.4 kbps)- düşük ses kalitesi- kanaldaki bozulmalara karşı direnci düşük- ortam gürültülerine karşı ses kalitesini koruyamamakta



STANAG 4198 (1987) – LPC-10eDar band emniyetli ses sistemleri (NBSVS), Taktik NBSVS, Emniyetli terminal (STU-II), Advanced Narrow Band Digital Voice Terminal (ANDVT) HF (High Frequency) telsizler



STANAG 4479 (1993), – LPC-10 tabanlı model

“ Parameters and coding characteristics that must be common to assure interoperability of 800 bps digital speech encoder/decoder”

Ses kodlayıcı, parametrik (Vocoder)Frekans atlamalı HF telsizler için tasarlanmıştır

+ oldukça düşük hız ve dar bant (800 bps)- düşük ses kalitesi- kanaldaki bozulmalara karşı direnci düşük- ortam gürültülerine karşı ses kalitesini

koruyamamakta



OrjinalKonuşma

ST 4209CVSD

ST 4198LPC10e

clean

Modern FS1016 CELP

jet10

jet5heli10

heli5hmmwv10

hmmwv5


Ses Kodlamadaki Gelişmeler

Ses kodlama teknolojisi sürekli olarak gelişmektedir

Sinyal işleme camiasında önemli bir çalışma alanı

Algoritmalar daha karmaşık hale gelmektedir

Daha güçlü DSP’ler geliştirilmekte

Donanımlar gerçek zamanda oldukça karmaşık işlemleri yapabilir haldedir

Ticari mobil telefon pazarı

dar band

Kablosuz kanallar (wireless channels)

Bu yüzden dar bant ses kodlama büyük ticari ilgi vardır.

Yeni ses kodlayıcılar NATO’nunkilerden daha yüksek performanslıdır

CELP, RPE-LPC, GSM ‘half-rate’ ses kodlayıcılar ve v.b.



Yeni nesil ses kodlama algoritmaları

Servis kalitesinde (QoS) NATO algoritmalarını geçmektedir

Arka plan gürültüsü olan ortamlarda, konuşmacının tanınmasında ve ana dilinde konuşmayan konuşmacının anlaşılabilirliğinde daha iyi performans vermektedir

Stratejik-taktik şebekelerde ve aralarında uçtan-uça emniyetli kesintisiz (seamless) ses muhabere imkanı tanımaktadır.



Askeri kullanıcılar ses kodlamadaki son gelişmelerin gerisinde kalmıştı ve bu teknolojilerden faydalanamıyordu

Birden fazla ses kodlama tekniğinin kullanılması, transcodingCVSD – stratejik, taktikLPC - stratejik, taktikKalite kaybıGüvenlik zaafiyeti, kırmızı gateway

NATO ses kodlayıcılarının taktik ortamlardaki akustik gürültülerdeki ses kaliteleri kabul edilebilir seviyede değildi.

Tracked vehicles, TankHelicopters, Fighter AircraftBattleshipCommunication Center, Office and etc.



HedefYüksek performans, Düşük hız, değişken hızda çalışabilme Arka plan ve kanal gürültülerine dayanıklıAMR GSM, CDMA-2000, ITU 4kbps

Yeni haberleşme sistemleri için 4 kbps civarında yüksek kaliteli (toll quality) (ITU)



G729 (8 Kbps)

G723.1 (6.4 Kbps)

G723.1 (5.3 Kbps)

SBLPC (4 Kbps)

SBLPC (2.4 Kbps)

SBLPC (1.2 Kbps)

Female Male



Askeri uygulamalar da 600, 2400 - 4000 bps Özellikle HF uygulamaları için 600 bps(Harris)

Sessiz 2.4kbps 600bps

Hmmwv 2.4kbps 600bps


İkinci BölümYeni NATO Ses Kodlama Seçimi

(NATO STANAG 4591)

Dr. Hasan Palaz


Aralık 2003



Sunuş Planı

NATO Yarışmasının amacı

Çalışma Grubu

Yarışma Koşulları

Aday ses kodlayıcıların teknik gerekleri

Yarışma Organizasyonu

NATO Yarışmasının Fazları ve Testler (I, II, III)

Yarışma Adayları

Test Sonuçları

STANAG 4591 seçimi

Kazanılan deneyimler ve özel sonuçlar

Sonuçlar ve diğer bilgiler


Seçimin Amacı

NATO’nun 2000’li yıllarda kullanacağı Taktik (TACOM POST-2000), Stratejik ve uydu şebekelerinde kesintisiz kriptolu ses muhaberesini servis kalitesini arttırarak sağlayacak Ses Kodlama Standartının (STANAG) oluşturulması.

Birincil Ses Kodlayıcı 2.4 kbpsİkincil Ses Kodlayıcı 1.2 kbpsGürültü Giderici


Çalışma Grubu

NATO AdHoc Working Group on Narrowband Voice Coding

AC322 SC6 AHWG3

Katılımcı Ülkeler

Türkiye Amerika Almanya

Fransa İngiltere Kanada

Belçika Hollanda NATO Ajanslıkları

Polonya Macaristan


Yarışma Koşulları

NATO üyesi ülkeler aday sunabilmekte

Aday sunan ülke adayının test masraflarını karşılayacak.

NATO Referans kodlayıcıların test ve ana lab.’ın (NC3A) teçhizat/personelini karşılayacak.

AHWG-NBVC tarafından tanımlanmış testler adaylara uygulanacaktır.

Bu testler tanımlanırken öncelikle taktik, daha sonra stratejik kullanıcıların servis kalitesinin arttırılması göz önüne alınmaktadır.

Seçilecek ses kodlama algoritmasının NATO kullanımında lisans ödemesi olmayacaktır.

Toplam sistem maliyeti önemli bir kriterdir.


Yeni STANAG Teknik Gerekleri

Birincil hız 2400 bps, ikincil hız 1200 bpsBazı askeri muhabere senaryoları için 2.4 kpbs hızı oldukça yüksektir; örneğin HF radio, UHF satcom gibi.

Her iki hız tek kor ses kodlama teknolojisini kullanacaktır.Her iki hız için maksimum gecikme 250 ms’den küçük olacaktır.

Seçilecek ses kodlama algoritması kullanılan ve ileride kullanılması planlanan kripto sistemleri ile uyumlu olacaktır. Syn bit kullanımı.

Stratejik ve taktik uygulamalarda Servis Kalitesinin arttırılması: Ses kalitesi, Anlaşılabilirlik, Ortam ve kanal bozulmalarına karşı gürbüzlük,Haberleşebilirlik,Tandem hassasiyeti,Konuşmacının tanınabilirliği, veDil bağımlılığı.


Yarışma Organizasyonu

Yarışma test planın hazırlanmasından AHWG-NBVC sorumlu

Test lab.ları

TNO, NL, Hollanda

CELAR, FR, Fransa

ARCON, US, Amerika

NC3A, yarışmanın bağımsız ana laboratuarı

NC3A, milli laboratuarlara test malzemelerini hazırlayıp yollayacak ve sonuçları toplayacak.

Test sonuçların puanlamasını, yorumunu ve yarışma sonucunu AHWG-NBVC belirleyecek.

Hedeflenen STANAG, AHWG-NBVC tarafından hazırlanacak.


Aday Ses Kodlayıcılar

NATO, aday ülkelerin ses kodlayıcı adaylarını sunmalarını istemiştirÜç ülke aday sunmuştur

ABDMELP (Mixed Excitation Linear PredictionFransaHSX (Harmonic Stochastic eXcitation)TürkiyeSB-LPC (Split-Band Linear Predictive Coding)

1.2 + 2.4 bps + gürültü giderici


3 Fazlı Test ve Seçim

Faz 1Sınırlı testSonuçlar geçerleme için kullanılacakSeçimde bir etkisi yok.

Faz 2Detaylı testlerBir çok farklı gürültülü ortamFarklı kalite bileşenlerinin testiSonuçlar ile seçim yapılacak

Faz 3Gerçek zamanlı haberleşebilirlik testleriFaz 2’deki sonuçların geçerlenmesi


Seçim- 1. Faz

Zayıf Adayların ElenmesiKayan Noktalı Algoritmalar (Floating-Point)Referans Kodlayıcılar

LPC10E STANAG 4198, 2.4 kbpsCVSD, 16 kbps, CELP, 4.8 kbps

Performans Testleri Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility)(US,FR,NL)Ses Kalitesi (Speech Quality)(US,NL)

KoşullarSessiz Oda, 6, 12 dB SNR ve Modern Ofis

NC3A, 5488 Mb büyüklüğünde 5848 ses dosyasını işlemiştir


Seçim- 1. Faz Test Ağırlıkları

ANLAŞILABİLİRLİK SES KALİTESİ

Toplamda Ağırlığı %55 %45

Sessiz Ortam %50 %50Gürültülü Ortamlar %50 %50+12dB SNR %15 %15+6dB SNR %15 %15Modern Ofis %20 %20


DokuzSesDosyaçıktılarıTest için test lab.larınagönderilir

CELP

FR1200

FR2400

CVSD

LPC10e

TU1200

TU2400

US1200

US2400

CELP

FR1200

FR2400

CVSD

LPC10e

TU1200

TU2400

US1200

US2400

BİT

DİZİSİ

CELP

FR1200

FR2400

CVSD

LPC10e

TU1200

TU2400

US1200

US2400

CELP

FR1200

FR2400

CVSD

LPC10e

TU1200

TU2400

US1200

US2400

123456789

OrijinalSesdosyaları8kHz örnekleme, 16 bit

NC3A’de Yapılan İşlemler

ANALİZ SENTEZ


Çift Karıştırma

Dokuz ses çıktı dosyası

Ses Dosyaları

BLIND

İlk Karıştırma

BLIND

İkinci Karıştırma

LPC10eLPC10e Coder1 Vocoder1

CVSD Coder2 Vocoder2

CELP Coder3 Vocoder3Test

FR1200

FR2400

TU1200

TU2400

US1200

US2400

lab.Coder4 Vocoder4

Coder5 Vocoder5

Coder6 Vocoder6

Coder7Coder7 Vocoder7

Coder8 Vocoder8

Vocoder9Vocoder9Coder9

NC3A DSTL


Modulated Noise Reference Unit•MNRU bilinen seviyede gürültü uygulanan bir standarttır.Dinleyiciler bilinen MNRU referansları ile kodlayıcı çıktılarını karşılaştırabilirler.

17MNRU 15dBMNRU 20dBMNRU 25dB

MNRU 10dBMNRU 5db

MNRU 30dBMNRU 35dBMNRU 40dB


MNRU 10dBMNRU 5db


161514131211171017 Ses dosya çıktısı. MNRU dosyaları test lab.larda ses kalitesinin değerlendirilmesinde referans olarak kullanılacaktır.

CELPFR1200FR2400

CVSDLPC10e

TU1200TU2400US1200US2400

CELPFR1200FR2400

CVSDLPC10e

TU1200TU2400US1200US2400

BİT

DİZİSİ

DokuzSesDosyaÇıktıları

OrijinalSesdosyası


Seçim- 2. Faz

Seçimin Gövdesini Oluşturan FazSabit Noktalı Algoritmalar (Fixed-Point)Performans Testleri

Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility)(US,FR,NL)Ses Kalitesi (Speech Quality)(US,NL)

Konuşanın Tanınabilirliği (Speaker Recognizability)(US,NL)Dil Bağımlılığı (Language Dependency)(NL)

Koşullar (10 adet akustik ortam)Sessiz Oda


Seçim- 2. Faz

Modern Arazi Kumanda ŞelteriJeep - P4 ve HMMWV M2/M19Tank - LeclercSilahlı Personel Taşıyıcı -M2 BradleyHelikopter - UH60 Black HawkSavaş Uçağı - F16(F15), RafaleOtomobil - Volvo%1 Random bit errorCVSD Kodlayıcı ile Tandem BağlantıOfis ve 6, 12 dB SNR


Seçim- 2. Faz Test Ağırlıkları

ANLŞ SES KLT KNŞ. TNLĞ. DİL BAĞ.

Toplamda Ağırlığı %45 %35 %10 %10Sessiz Ortam %26 %40 %35 %100Gürültülü Ortamlar %54 %50 %65Rastgele bit Hataları %7 %5Tandem, CVSD %8 %5Fısıltılı Ses %5


2. Faz Gürültülü Ortam Test AğırlıklarıANLŞ SES KLT KNŞ TNLĞ

Toplamda Ağırlığı %54 %50 %65+12dB SNR %6 %7+6dB SNR %6 %5Modern Ofis %6 %10Arazi Kumanda Şelteri %6 %8HMMWV %3 %5 %65Fransız Jipi(P4) %3Fransız Tankı (Leclerc) %3M2A2 Bradley Vehicle %3Helikopter - Black Hawk %6Savaş Uçağı - F15 %3 %5Savaş Uçağı – Rafale %3Volvo-Komutan Aracı %6 %10


Seçim- 2. Faz Ek Testler

1% rasgele bit hatası

Kodlayıcı nGiriş ses dosyası

Çıkış ses dosyası

Sentez nBit dizisi

Test : 1% Bit hata oranı

CVSDKodlayıcı Sentez nKodlayıcı nCVSD

sentez

Audio

B

i t s

B i t

Çıkış ses dosyasıGiriş

ses dosyası

s

Test : Tandem Ses kodlayıcı


Seçim- 2. Faz Test Malzemeleri

3 test lab.x 9 adet kodlayıcı (+ 8 MNRU seviyesi)x ≤ 5 testx ≤ 12 gürültülü test durumu

x ≤ 88 her bir testdeki dosya sayısı

28,000 den fazla dosya13 GB dan fazla işlenmiş ses verisi≅ 200 saatlik ses verisi

Bu test sonuçları nasıl birleştirilecek?


Niçin Precision Weighted Ranking kullanıldı

Üç farklı lab. Tarafından yapılmış olan anlaşılabilirlik testleri arasındaki farklar

Genel yönelim aynı gibi....?Puanlar farklıdır

Bütün sonuçların doğru olarak birleştirilmesine ihtiyaç vardırBasit bir ölçekleme yeterli değildir.

Quiet

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Arcon

CELAR

TNO

BlackHawk

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Arcon

CELAR

TNO

US24 CELP FR24 CVSD TU24 US12 LPC TU12 FR12



Precision Weighted Ranking 1

Test sonuçları parçacıklara veya bin’lere bölünürTest hassasiyeti(resolution or 95% confidence interval) bin uzunluğudurKodlayıcının puanı, test sonucunun içinde bulunduğu bin değeridir

Score vs Interval

y = 0.0341x + 0.1949

0.18

0.22

0.26

0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

cc

Bin 1 Bin 3 Bin 4 Bin 5 Bin 7

Confidence interval of test



Score vs Interval

y = 0.0341x + 0.1949

0.18

0.22

0.26

0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

cc

Precision Weighted Ranking 2

1 2 3 4 5 6 70.2238 0.4263 0.6357 0.8522 1.0762 1.3077 1.54720.4263 0.6357 0.8522 1.0762 1.3077 1.5472 1.7948

V7V8V6V9

V3V1

V4V5V2

Bin 1 Bin 3 Bin 4 Bin 5 Bin 7

Kodlayıcının puanı, test sonucunun içinde bulunduğu bin değeridirEn kötü kodlayıcının puanı her zaman 1’dir. Bu test örneğinde Vocoder 7 en düşük puandadırVocoder 4, 5 and 2’nın test sonuçları 7. Aralıkta olduğundan, puanları7’dirBütün bu test puanları ağırlık matrisine yerleştirilir.



Score = 1

Score = 7


Ağırlık MatrisiCoder Wgt.

Performance

Characteristic

Wgt.Test

Method Wgt.Type

Condition

Wgt.Conditio

n Wgt.Cond. by

Type

Cond. by Type by

Char.

Cond. by Type by Char. by

2.4 Coder

Cond. by Type by Char. by

1.2 Coder

2400bps 60% Intelligibility 41.8% DRT(US) NA Baseline 27.4% Quiet 100.0% 27.4% 11.44% 6.86% 4.58%1200bps 40% CVC(NL) NA TOTAL 100.0%

Inteltrans(FR NA coustic Nois 56.8% SNR(12) 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%SNR(6) 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%Office 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%MCE Field

Shelter11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%

HMMMWV or P4

11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%

M2A2 Bradley or

Leclerc11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%

UH60 Black Hawk

11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%

F15 or Mirage-

200011.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%

Volvo 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06%TOTAL 100.0%

Transmission.

Channel7.4%

Random Bit Errors

(1%)100.0% 7.4% 3.08% 1.85% 1.23%

TOTAL 100.0%Tandem 8.4% VSD=>Cod 100.0% 8.4% 3.52% 2.11% 1.41%

TOTAL 100.0%TOTAL 100.0% CHECK 800.0% 100.0% 41.80% 25.08% 16.72%

Whispered Spe 2.2% SRT(NL) NA Special 100.0%Whispered Speech 100.0% 100.0% 2.20% 1.32% 0.88%


Quality 34.2% MOS(US) NA Baseline 42.1% Quiet 100.0% 42.1% 14.40% 8.64% 5.76%MOS(NL) NA TOTAL 100.0%

Acoustic Nois 52.6% SNR(12) 14.0% 7.4% 2.52% 1.51% 1.01%SNR(6) 10.0% 5.3% 1.80% 1.08% 0.72%Office 20.0% 10.5% 3.60% 2.16% 1.44%MCE Field

Shelter16.0% 8.4% 2.88% 1.73% 1.15%

HMMMWV

10.0% 5.3% 1.80% 1.08% 0.72%

F15 10.0% 5.3% 1.80% 1.08% 0.72%Volvo 20.0% 10.5% 3.60% 2.16% 1.44%

TOTAL 100.0%Tandem 5.3% VSD=>Cod 100.0% 5.3% 1.80% 1.08% 0.72%


Quality BER 1.8% MOS(NL) NATransmis

sion. Channel

100.0%Transmis

sion. Channel

100.0% 100.0% 1.80% 1.08% 0.72%



Faz 1 – Anlaşılabilirlik

ARCON Anlaşılabilirlik (DRT) Sonuçları

LPC

10

CV

SD

CE

LP

FR12

00

TU12

00

US

1200

FR24

00

TU24

00

US

2400

6 dB

Clear0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

6 dB12 dBOfficeClear


Faz 1 – Ses Kalitesi

CELP

CVSD

LPC1

0

FR24

00

TU24

00

US24

00

FR12

00

TU12

00

US12

00

Babble 6dB

Office0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

Babble 6dBBabble 12dBOfficeQuiet

ARCON Ses Kalite (MOS) Sonuçları


Faz 2 – Anlaşılabilirlik

Kodlayıcıların bütün gürültülü ortamlardaki anlaşılabilirlik (DRT) test sonuçları

Inte

lligi

bilit

y sc

ore

(%)

In

telli

gibi

lity

scor

e (%

)

ARCON DRT

55.0

60.0

65.0

70.0

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Quiet

6dB Babble

12dB Babble

Tandem

BER


ARCON DRT

45.0

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Office

MCE

HMMWV

Bradley

Black Haw k

F15

Auto



Faz 2 – Ses Kalitesi

MOS puanları1 (Bad) 2 (Poor)3 (Fair)4 (Good)5 (Excellent)

Kodlayıcıların bütün koşullardaki ses kalite (MOS test) sonuçları

Mea

n O

pini

on S

core

Mea

n O

pini

on S

core

ARCON MOS

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Quiet

6dB Babble

12dB Babble

Tandem

ARCON MOS

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Office

MCE

HMMWV

Bradley

Black Haw k

F15

Auto




Dil BağımlılığıLanguage Dependency

-1.6000

-1.4000

-1.2000

-1.0000

-0.8000

-0.6000

-0.4000

-0.2000

0.0000

0.2000

0.4000

0.6000

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9

TNO


Dil bağımlılığı test sonuçlarıX ekseninden uzaklaştıkça daha bağımlıTestin hassasiyeti çok düşük, dağılımlar birbiri üzerinde ve sonuçlarda bir ayırım söz konusu değil.Anlamlı bir test olmadığı görüldü.


Faz 1- Faz 2 GelişimMilli adayımız (SBLPC) faz-I testleri için teslim edilmeden önce detaylıtestlere tabi tutulamamıştır.Gerekli milli lab. yoktu.Faz 1’de alınan sonuçlar doğrultusunda 1,5 aylık yoğun çalışma yapılarak, görülen eksiklikler giderilmiştir.Faz 2’de sabit noktalı C olmasına rağmen daha yüksek dereceler alınmıştır.

Intelligibility

70.00

75.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

US2400 CELP FR2400 CVSD TU2400 US1200 LPC10 TU1200 FR1200

Coders

DR

T Sc

ore

Phase I QuietPII Quiet

Quality

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

US2400 CELP FR2400 CVSD TU2400 US1200 LPC10 TU1200 FR1200

Coders

DR

T Sc

ore

Phase I 6dB BabblePII 6dB Babble


Faz 2 EksiklerQuiet

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Arcon

TNO


SB-LPC, özellikle TNO tarafından yapılan Hollandaca(Dutch) testlerinden düşük puan almıştır. Bu durumHollandaca yapılan bütün testlerde aynıdır. SBLPC’nin eğitiminde kullanılan ses veritabanının küçük olmasından kaynaklanmıştır.


Faz 2 Birleştirilmiş Sonuçlar

0123456789

10


Faz 2 Birleştirilmiş Sonuçlar

0123456789

•2400 ve 1200 bps sonuçları birleştirilerek, seçim yapılmıştır• 60% - 2400 bps• 40% - 1200 bps


Faz 2 SonuçDetaylı ve geniş testlerden sonra24 October 2001 Paris/FransaKodlayıcı C STANAG 4591 olarak seçildiKodlayıcı C = ABD Adayı, MELPe

1996 2.4kbps MELP ABD ulusal standartıNATO’da çalışmalar ABD liderliğinde 1997’de başladıTI, AT&T ve Microsoft (SignalCom) ortak çalışmaMELPe hazırlandı, 1.2kbps+2.4kbps+nppÇalışmalar JTRS projesinin altında desteklendiDüzenli ve sürekli çalışmanın başarısı


MELPe Ses Örnekleri

original NPP

clean

jet10

jet5

heli10

heli5

hmmwv10

hmmwv5

2.4kb/sMELP

DoD4.8CELP


Seçim- 3. Faz

II. Fazın en iyi iki adayı arasından seçim???Gerçek Muhabere Ortamında Testler YapılacakGerçek Zamanda Sabit Noktalı Gerçekleme ve Test Sistemine ArayüzPerformans Testleri

Haberleşme Verimliliği (Communicability)(CA)Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility)(US,FR,NL)Ses Kalitesi (Speech Quality)(US,NL)

KoşullarTaktik Sahadaki Temel Muhabere Senaryoları


Seçim- 3. Faz Test Senaryoları

1.2kbps 2.4kbps Ref. CoderHF Ortamı, Hmmwv-Mce 1 0 (STNG 4479)VHF Ortamı, Apc-BlackH. 0 1 (STNG 4198)Taktik Uydu Ortamı, F-16-Mce 1 1 (4198, 4479)UHF Ortamı, F16-E3A 0 1 (STNG 4198)Stratejik Uydu Ortamı 2 2 (4198, 4479)aircraft carrier--modern officeE3A--modern office


SC6 AHWG3 Güncel Çalışmaları

Faz 3 TestiFaz 2’yi kazanan MELPe’nin gerçek zaman gerçeklemesiHaberleşebilirlik testleri

Gerçek hayat muhabere senaryosu ve problemleriUçtan uca gecikme etkisi

STANAG 4591’in hazırlanıp SC6’ya sunulmasıSTANAG 4591’in tanıtımı ve uygulama alanlarının genişletilmesi


Sonuçlar

NATO seçiminde başarılı olarak ABD ve FR ile yarışılmıştır.İstenen sonucun alınamaması

Geriden takip etme, 1998’de çalışmaya başlamaTest lab. Altyapısının olmaması

Büyük haberleşme projelerinin altında ses kodlama ve işleme çalışmalarının desteklenmesi.


Kazanılan deneyimler ve özel sonuçlar

Teknik olarak güçlü olunca......Dışlanma girişimi, koordinasyon, destek

Mücadele etmek.....Aktif mücadele, kuralları iyi bilme ve kullanma

NATO imkanlarının iyi kullanılmasıBilgi paylaşımı, potansiyel Pazar, ekonomik çıkar

Mutlaka Uluslar arası pazara açılmalıyızÖzgün teknoloji, modern pazarlama, ihtiyaçların modern tekniklerle belirlenmesi


Detaylı BilgiSTANAG 4591 test and selection processNATO ses kodlama yarışması (ARGE 99-1) projesi bitiş raporu, TÜBİTAK-UEKAE, SSM’ye sunuldu, 25/04/2002.

NATO Voice Coding Workshop, FEL-TNO, The Hague, 18 October 2002.

Introduction to military voice coding, NATO C3 Agency Technical Presentation-005.

Introduction to military voice coding, NATO C3 Agency Technical Presentation-001.

“Future NATO narrow band voice coder selection: Stanag 4591 (phase 1)”, NC3A Technical Note 881, The Hague, December 2001

“Future NATO narrow band voice coder selection: Stanag 4591 (phase 2)”, NC3A Technical Note 912, The Hague, February 2002

Street MD and Collura JS, “Interoperable Voice Communications: test and selection of STANAG 4591”, RTA IST Symposium -NATO Research and Technology Agency (Information Systems and Technology panel) Tactical Military Communications symposium, Warsaw, October 2001Street MD and Collura JS, “The test and selection of the future NATO narrow band voice coder”, RCMCIS - NATO Regional Conference on Military CIS, Warsaw, Zegrze, October 2001.

Street MD, “Host laboratory role in the selection of the future NATO narrow band voice coder”, Speech Processing Workshop, Japan, October 2002.

http://nc3a.info/Voicehttp://S4591.nc3a.nato.int/http://www.iee.org/OnComms/pn/communications/library.cfm#VoiceCoders


Teşekkürler

NATO Yarışma Projesinin PaydaşlarıGen.Kur. MEBS Başkanlığı,MSB-SSM ARGE şubesi,TÜBİTAK-UEKAE,Surrey Unv.-CCSR Araştırma Merkezi,NATO Türk Askeri Temsilciliği ve Dışişleri DelegasyonuProje Ekibi.


Sorular

ses kodlama teknikleri

Documents