オーディオ品質評価方法の簡単な分析

パート01 評価方法

オーディオ品質の評価に関しては、オーディオの品質を完全に理解するために、主観的評価と客観的評価という 2 つの観点から始めることができます。これら 2 つの評価方法には、それぞれ異なる評価方法と適用シナリオが含まれます。専門家は、ビジネス特性に基づいてビジネス オーディオ品質を評価するために、1 つまたは複数の評価方法の組み合わせを選択できます。

主観評価とは、リスナーにオーディオ品質に関する主観的な感想や経験を直接尋ねる方法です。ユーザーからの実際のフィードバックを収集し、オーディオに関する好み、満足度、全体的な体験を理解することに重点を置いています。客観的評価では、一連の科学的指標とアルゴリズムを通じてオーディオ信号の品質を定量化して測定し、より客観的で正確な評価結果を提供します。

いくつかの評価指標に加えて、アルゴリズムをユーザー エクスペリエンスと組み合わせることで、より包括的なオーディオ品質評価を実現することもできます。実際のアプリケーションでは、エンドツーエンドの評価方法を採用し、オーディオ処理システム全体を全体として扱い、リンク全体のオーディオサービス品質を評価することができます。

さらに、オーディオ品質評価のために、ディープラーニングやニューラルネットワークなどの高度な人工知能技術を導入することもできます。これらのテクノロジーは、大量のオーディオ データから学習し、特徴を自動的に抽出して、オーディオ品質評価アルゴリズムをさらに最適化することができます。もちろん、評価結果の正確性と信頼性を確保するには、データ品質とモデルトレーニングを慎重に管理することも必要です。

図1 一般的なオーディオ評価方法

パート02 主観的評価方法

主観評価とは、リスナーにオーディオ品質に関する主観的な感想や経験を直接尋ねる方法です。リスナーに評価、ランク付け、または定義済みカテゴリから選択するよう依頼することで、オーディオ品質に関するユーザーの主観的な評価を取得します。

利点:主観的な評価は、ユーザーの本当の気持ちやニーズを正確に反映することができ、オーディオ品質評価の究極の基準となります。

デメリット:主観的な評価は個人差や主観的な好みに左右される可能性があるため、信頼できる結果を得るには多数のリスナーが必要になります。

一般的に使用される 2 つの主観的評価方法は、平均オピニオン スコア (MOS) と絶対カテゴリ評価 (ACR) です。

• MOS は、リスナーにオーディオ品質を通常 1 から 5 または 1 から 7 のスケールで評価してもらう、一般的に使用される主観的な評価方法です。複数のリスナーのスコアを平均化することで、総合的な評価スコアが得られ、オーディオ品質に対するユーザーの全体的な主観的な感覚を反映することができます。
• ACR は、よく使用されるもう 1 つの主観的評価方法であり、リスナーは一連の定義済みカテゴリから自分の聴覚体験に最も一致するカテゴリを選択する必要があります。この評価方法は MOS よりも単純で、大規模な評価に適していますが、より主観的です。

パート03 客観的評価方法

RFM指数算出はおっしゃる通り、一般的な客観的な評価方法であり、科学的な指標とアルゴリズムを通じてオーディオ信号を客観的に分析・測定する評価方法です。これらの方法は、人の主観的な感覚に頼るのではなく、音声データを計算・分析することで比較的客観的な評価結果を提供します。客観的な評価方法は、オーディオ品質の評価とオーディオ処理アルゴリズムの最適化において重要な役割を果たします。

客観的な評価は、一般的に、参照ありの評価と参照なしの評価という 2 つの主な側面から検討されます。これら 2 つの評価方法は、オーディオ品質評価において重要な役割を果たしており、それぞれ利点と適用シナリオが異なります。

- 参考評価

リファレンス評価とは、処理された音声と元の音声の違いを比較して音声を評価する方法です。この評価方法では、元のオーディオと処理されたオーディオの両方が必要です。 2 つのオーディオ信号を比較することで、処理によって生じた歪みの度合いを定量化し、オーディオ品質の評価を得ることができます。

利点:参照評価方法は、元のオーディオと直接比較し、歪みの程度を定量的に測定できるため、より正確な評価結果を提供できます。このアプローチは、オーディオ処理アルゴリズムのパフォーマンスと有効性を研究するのに非常に役立ちます。さまざまな処理アルゴリズムの効果を比較することで、最もパフォーマンスの高いアルゴリズムを選択し、オーディオ品質を最適化できます。

デメリット:一部の参照評価方法ではオリジナルの音声が必要ですが、シナリオによってはオリジナルの音声の入手が困難であったり、機密扱いであったりする場合があります。したがって、これらの場合には、参照評価方法は適用できない可能性があります。

一般的に使用される参照評価指標には次のものがあります。

• SNR (信号対雑音比): SNR は、信号と雑音の比率を測定するために使用される指標です。オーディオ品質評価では、SNR はオーディオ信号の純度とノイズの影響を測定するためによく使用されます。 SNR 値が高いほど、オーディオ信号が比較的純粋で、ノイズによる乱れが少ないことを示します。
• ITU-T P.862 PESQ (音声品質の知覚的評価): PESQ は、音声通信品質を測定するために一般的に使用される客観的な評価方法です。主観評価モデルに基づいており、人間の耳の聴覚特性をシミュレートします。元の音声と処理された音声の違いを比較することで、音声通話の品質を示す評価スコアが算出されます。
• ITU-T P.863 POLQA (知覚的客観聴品質分析): POLQA は PESQ の改良版であり、高解像度の音声通話の品質評価に適しています。人間の耳の聴覚特性をシミュレートし、音声信号の周波数領域分析を実行して、より正確な音声品質スコアを提供します。

図 2 ITU-T 音声品質評価アルゴリズムの反復 (POLQA 公式 Web サイト http://www.polqa.info/ より)

- 参考評価なし

非参照評価は、元のオーディオ情報を使用せずに、処理されたオーディオ信号自体のみに基づいてオーディオ信号を評価する方法です。この評価方法では、元のオーディオは必要ありませんが、客観的な指標を使用して、処理されたオーディオの品質を定量的に評価します。

利点:参照なしの評価方法は比較的簡単で、元のオーディオを必要としないため、場合によってはより便利で実用的です。このアプローチは、特に元のオーディオが利用できない場合に、大規模で高速な評価に役立ちます。

デメリット:参照なしの評価方法は処理されたオーディオ信号のみに依存するため、オーディオの実際の品質を完全に反映しない可能性があります。主にオーディオ信号の特定の側面に焦点を当てており、ユーザーの主観的な感情や経験をカバーすることはできません。複雑なオーディオ歪みの種類や処理タスクの場合、参照なしの評価方法ではパフォーマンスが十分でない可能性があります。

一般的に使用される非参照評価指標には以下のものがあります。

• P.563 (ITU-T 勧告 P.563): P.563 は、狭帯域音声通信品質評価のために ITU-T が推奨する客観的評価アルゴリズムです。これは参照なしの評価方法であり、元の音声信号を必要とせず、処理された音声信号のみを分析して音声通信品質を予測することを意味します。 P.563 は主観評価モデルに基づいており、人間の耳の聴覚特性をシミュレートして音声信号の品質スコアを計算します。歪み度、歪み知覚重みなどの一連の聴覚特性と関連アルゴリズムを使用して、音声通信に対するユーザーの満足度を予測します。 P.563 スコアは通常 0 ～ 100 の範囲で、スコアが高いほど音声通話品質が優れていることを示します。
• G.10​​7 (ITU-T 勧告 G.107): G.107 は、ブロードバンド音声通信品質評価のために ITU-T が推奨する客観的な評価アルゴリズムです。 P.563と同様に、処理された広帯域音声信号を分析することで音声通信の品質を予測する非参照評価方法です。 G.10​​7 は主観評価モデルに基づいており、P.563 と同様のアプローチを使用しますが、ブロードバンド音声通信や高品質のオーディオ伝送に適しています。広帯域音声の特性に適応するために、より多くの周波数帯域とより高いサンプリング レートを考慮します。

パート04 要約と展望

上記で紹介した一般的なオーディオ品質評価方法に加えて、機械学習もオーディオ品質評価においてますます重要な役割を果たしています。機械学習はモデルをトレーニングすることでオーディオ品質を予測し、従来の手動で設計された客観的な評価方法を削減または置き換えることができます。たとえば、NISQA (Non-Intrusive Speech Quality Assessment) と ViSQAL (Visual and Speech Quality Assessment Laboratory) はどちらも音声品質評価のための客観的な評価方法であり、それぞれ非侵入的な音声品質評価と視覚情報と組み合わせた総合的な評価に重点を置いています。

オーディオ品質評価は、オーディオサービスと通信の分野で不可欠な役割を果たしています。また、サービス品質 (QoS) とエクスペリエンス品質 (QoE) にも重要なアプリケーションがあり、オーディオ伝送パフォーマンスの向上とユーザーエクスペリエンスの向上に役立ちます。

要約すると、オーディオ品質評価は継続的に発展し、探求されている分野です。継続的な研究と革新を通じて、ユーザーにさらに優れたリアルなオーディオ体験を提供し、オーディオ技術の発展を促進し、音楽、音声、エンターテイメントの世界をより良いものにしていきます。