TÜBİTAK UEKAE ULUSAL ELEKTRONİK ve KRİPTOLOJİ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ. Ses Kodlama Teknikleri ve Yeni NATO Ses Kodlama Seçimi (NATO STANAG 4591)

Transkript

1 TÜBİTAK UEKAE ULUSAL ELEKTRONİK ve KRİPTOLOJİ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ Ses Kodlama Teknikleri ve Yeni NATO Ses Kodlama Seçimi (NATO STANAG 4591) Dr. Hasan Palaz Tel: e-posta: palaz@uekae.tubitak.gov.tr Aralık 2003

2 TÜBİTAK UEKAE ULUSAL ELEKTRONİK ve KRİPTOLOJİ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ Birinci Bölüm Ses Kodlama Teknikleri Kısa Bir Bakış ve Tarihçe Dr. Hasan Palaz Tel: e-posta: palaz@uekae.tubitak.gov.tr Aralık 2003

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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 3

4 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 4

5 Ses Üretim Mekanizması Ana olarak iki tür ses üretiriz, sesli (voiced) ve sessiz (unvoiced) Buna örnek olan iki farklı konuşma işareti H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 5

6 Ses Üretim Mekanizması Ses üretiminin iyi bir modeli aşağıdaki örnek sistem gibi şematize edilebilir. Bu sistemde sesli heceler için ardışık darbe dizileri, sessiz heceler için ise gürültü işareti süzgeçlerin girişine uygulanır. Pitch period Impulse Train Generator Voiced/ Unvoced Switch x[n] X u[n] LPC Coefficients Time Varying Filter Syntesized Speech s[n] Random Noise Generator Gain H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 6

7 İnsan Kulağının Bant Genişliği 5 Hz - 20 khz TELEFON SES MUZİK (CD KALİTESİ) 0 Hz 4 khz 7 khz 20 khz H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 7

8 Kullanım Amacı Haberleşme kapasitesini arttırmak 8000 örnek/s x bit=96-128kbps Efektif haberleşme Emniyetli ses haberleşmesi Efektif depolama H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 8

9 Kullanım Amacı Haberleşme A/D Analiz Sentez D/A Konuşma Kayıt Çalma Dinle Depolama H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 9

10 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) H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 10

11 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 11

12 Tarihçe-Emniyetli Ses Sistemleri SIGSALY bps Vakum tüp teknolojisi 12 adet kuruldu 55 ton Roosevelt-Churchill H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 12

13 Tarihçe-Emniyetli Ses Sistemleri KY bps Tranzistorlu 565 pounds Johnson HY ???bps Tranzistorlu 100 pound Johnson STU bps İlk DSP li Bir kaç yüz cihaz kuruldu Orijinal STU-II bps Bir kaç bin cihaz kuruldu H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 13

14 Tarihçe-Emniyetli Ses Sistemleri STU-II ve STU-II/B 1980 Sonları 2400 bps VLSI Teknolojisi 4-5 Kg NATO Standartı STU-III 1990 Ortaları bps VLSI Teknolojisi 4-5 Kg STE 1990 Sonları bps Analog kbps ISDN STU-III uyumlu VLSI Teknolojisi 4-5 Kg H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 14

15 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 15

16 Özellikleri Kodlama Hızı (Bit Rate) Karmaşıklık (Complexity) Gecikme (Delay) Kalite (Quality) H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 16

17 Kodlama Hızı Kodlayıcının çalıştığı haberleşme kanalının hızı Sayısal telefon şebekesi 64 kbps Hücresel şebeke kbps Emniyetli telefon kbps HF emniyetli ses kpbs CDMA sayısal hücresel Değişken hızlı şebeke, IP tabanlı şebekeler H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 17

18 Karmaşıklık Kodlayıcının hesaplama karmaşıklığı, işlem yükü Gerçek 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 18

19 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 19

20 Kalite Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility) Akustik Gürültü Performansı Ses Kalitesi (Speech Quality) Konuşanın Tanınabilirliği (Speaker Recognizability) Emotional Projection Tandem Performansı Haberleşme Verimliliği (Communicability) H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 20

21 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) H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 21

22 Standartlar Hız(kbps) Standart Uygulama Algoritma Yıl 64 ITU G.711 PSTN PCM , 56, 48 ITU G.722 ISDN SB-ADPCM ITU G.721 PSTN ADPCM US-FS1015 Secure Voice LPC-10e Inmarsat-B Maritime APC (22.8) FR-GSM, EGSM, DCS-1800 RPE-LTP US-FS1016 Secure Voice CELP (9.6) Inmarsat-aero Skyphone MPELPC (13) IS-54 NA-Digital cellularvselp NASA MSAT-X Mobile satellite VAPC ITU G.728 PSTN LD-CELP (11.2) FR-PDC Japan Cellular VSELP (6.4) Inmarsat-M Land mobile satellite IMBE H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 22

23 Standartlar Hız(kbps) Standart Uygulama Algoritma Yıl 4.4 (7.2) APCO Paramilitary IMBE (7.2) TETRA Europan trunk radio ACELP , IS-95 VR NA CDMA cellular QCELP ITU G.729 PSTN ACELP (11.4) HR-GSM Europan GSM VSELP (5.6) HR-PDC Japan Cellular PCI-CELP Inmarsat-M Land mobile satellite AMBE (22.8) Enhanced FR-GSM Europan GSM ACELP (22.8) PCS-1900 NA-Digital cellular ACELP /5.3 G PSTN MPC-MLQ FS-MELP Secure Voice MELP /4.8/9.6 IS-127 NA CDMA cellular EVRC /2.4+npp STANAG 4195 Secure Voice MELPe H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 23

24 Ses Kalitesi Mükemmel (5) Ses Kalitesi, MOS İyi (4) Orta (3) Zayıf (2) Kötü (1) 1 TOLL HABERLEŞME IMBE 1.2 ITU-T T 1998 G.729 EFR-GSM FS-MELP FS-1015 LPC10E SENTETİK FS-1016 CELP IS Bit Rate, kbps G.728 SKYPHONE G.721 FR-GSM CVSD G.711 G H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 24

25 Ses Kalitesi If you knew Julian like I know Julian cümlesi H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 25

26 NATO Ses Kodlama Seçimi - Giriş H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 26

27 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 27

28 NATO Ses Kodlayıcıları 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 telsizler Uydu terminalleri (SATCOM) Sayısal geçitler (Gateway) H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 28

29 NATO Ses Kodlayıcıları 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 29

30 NATO Ses Kodlayıcıları STANAG 4198 (1987) LPC-10e Dar band emniyetli ses sistemleri (NBSVS), Taktik NBSVS, Emniyetli terminal (STU-II), Advanced Narrow Band Digital Voice Terminal (ANDVT) HF (High Frequency) telsizler H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 30

31 NATO Ses Kodlayıcıları 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 31

32 NATO Ses Kodlayıcıları clean Orjinal Konuşma ST 4209 CVSD ST 4198 LPC10e Modern FS1016 CELP jet10 jet5 heli10 heli5 hmmwv10 hmmwv H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 32

33 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 33

34 Ses Kodlamadaki Gelişmeler 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 34

35 Ses Kodlamadaki Gelişmeler Askeri kullanıcılar ses kodlamadaki son gelişmelerin gerisinde kalmıştı ve bu teknolojilerden faydalanamıyordu Birden fazla ses kodlama tekniğinin kullanılması, transcoding CVSD stratejik, taktik LPC - stratejik, taktik Kalite kaybı Güvenlik zaafiyeti, kırmızı gateway NATO ses kodlayıcılarının taktik ortamlardaki akustik gürültülerdeki ses kaliteleri kabul edilebilir seviyede değildi. Tracked vehicles, Tank Helicopters, Fighter Aircraft Battleship Communication Center, Office and etc H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 35

36 Ses Kodlayıcı Teknolojisinde Yönelim Hedef Yüksek performans, Düşük hız, değişken hızda çalışabilme Arka plan ve kanal gürültülerine dayanıklı AMR GSM, CDMA-2000, ITU 4kbps Yeni haberleşme sistemleri için 4 kbps civarında yüksek kaliteli (toll quality) (ITU) H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 36

37 Ses Kodlayıcı Teknolojisinde Yönelim 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 37

38 Ses Kodlayıcı Teknolojisinde Yönelim Askeri uygulamalar da 600, bps Özellikle HF uygulamaları için 600 bps (Harris) Sessiz 2.4kbps 600bps Hmmwv 2.4kbps 600bps H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 38

39 TÜBİTAK UEKAE ULUSAL ELEKTRONİK ve KRİPTOLOJİ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ İkinci Bölüm Yeni NATO Ses Kodlama Seçimi (NATO STANAG 4591) Dr. Hasan Palaz Tel: e-posta: palaz@uekae.tubitak.gov.tr Aralık 2003

40 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 40

41 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 kbps İkincil Ses Kodlayıcı 1.2 kbps Gürültü Giderici H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 41

42 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 42

43 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 43

44 Yeni STANAG Teknik Gerekleri Birincil hız 2400 bps, ikincil hız 1200 bps Bazı 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, ve Dil bağımlılığı H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 44

45 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 45

46 Aday Ses Kodlayıcılar NATO, aday ülkelerin ses kodlayıcı adaylarını sunmalarını istemiştir Üç ülke aday sunmuştur ABD MELP (Mixed Excitation Linear Prediction Fransa HSX (Harmonic Stochastic excitation) Türkiye SB-LPC (Split-Band Linear Predictive Coding) bps + gürültü giderici H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 46

47 3 Fazlı Test ve Seçim Faz 1 Sınırlı test Sonuçlar geçerleme için kullanılacak Seçimde bir etkisi yok. Faz 2 Detaylı testler Bir çok farklı gürültülü ortam Farklı kalite bileşenlerinin testi Sonuçlar ile seçim yapılacak Faz 3 Gerçek zamanlı haberleşebilirlik testleri Faz 2 deki sonuçların geçerlenmesi H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 47

48 Seçim- 1. Faz Zayıf Adayların Elenmesi Kayan Noktalı Algoritmalar (Floating-Point) Referans Kodlayıcılar LPC10E STANAG 4198, 2.4 kbps CVSD, 16 kbps, CELP, 4.8 kbps Performans Testleri Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility)(US,FR,NL) Ses Kalitesi (Speech Quality)(US,NL) Koşullar Sessiz Oda, 6, 12 db SNR ve Modern Ofis NC3A, 5488 Mb büyüklüğünde 5848 ses dosyasını işlemiştir H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 48

49 Seçim- 1. Faz Test Ağırlıkları ANLAŞILABİLİRLİK SES KALİTESİ Toplamda Ağırlığı %55 %45 Sessiz Ortam %50 %50 Gürültülü Ortamlar %50 %50 +12dB SNR %15 %15 +6dB SNR %15 %15 Modern Ofis %20 % H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 49

50 NC3A de Yapılan İşlemler ANALİZ SENTEZ LPC10e LPC10e CVSD CELP FR1200 B İ T CVSD CELP FR Dokuz Ses Dosya Orijinal Ses dosyaları 8kHz örnekleme, 16 bit FR2400 TU1200 TU2400 US1200 US2400 D İ Z İ S İ FR2400 TU1200 TU2400 US1200 US2400 çıktıları Test için test lab.larına gönderilir H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 50

51 Dokuz ses çıktı dosyası Çift Karıştırma Ses Dosyaları B L I N D İlk Karıştırma B L I N D İkinci Karıştırma LPC10e Coder1 Vocoder1 CVSD Coder2 Vocoder2 CELP Coder3 Vocoder3 FR1200 FR2400 TU1200 TU2400 Coder4 Coder5 Coder6 Coder7 Vocoder4 Vocoder5 Vocoder6 Vocoder7 Test lab. US1200 US2400 Coder8 Coder9 Vocoder8 Vocoder9 NC3A DSTL H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 51

52 Modulated Noise Reference Unit MNRU bilinen seviyede gürültü uygulanan bir standarttır.dinleyiciler bilinen MNRU referansları ile kodlayıcı çıktılarını karşılaştırabilirler. LPC10e CVSD CELP FR1200 FR2400 TU1200 TU2400 US1200 US2400 B İ T D İ Z İ S İ LPC10e CVSD CELP FR1200 FR2400 TU1200 TU2400 US1200 US2400 Dokuz Ses Dosya Çıktıları Orijinal Ses dosyası MNRU 5db MNRU 10dB MNRU 15dB MNRU 20dB MNRU 25dB MNRU 30dB MNRU 35dB MNRU 40dB H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE Ses dosya çıktısı. MNRU dosyaları test lab.larda ses kalitesinin değerlendirilmesinde referans olarak kullanılacaktır.

53 Seçim- 2. Faz Seçimin Gövdesini Oluşturan Faz Sabit 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 H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 53

54 Seçim- 2. Faz Modern Arazi Kumanda Şelteri Jeep - P4 ve HMMWV M2/M19 Tank - Leclerc Silahlı Personel Taşıyıcı -M2 Bradley Helikopter - UH60 Black Hawk Savaş Uçağı - F16(F15), Rafale Otomobil - Volvo %1 Random bit error CVSD Kodlayıcı ile Tandem Bağlantı Ofis ve 6, 12 db SNR H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 54

55 Seçim- 2. Faz Test Ağırlıkları ANLŞ SES KLT KNŞ. TNLĞ. DİL BAĞ. Toplamda Ağırlığı %45 %35 %10 %10 Sessiz Ortam %26 %40 %35 %100 Gürültülü Ortamlar %54 %50 %65 Rastgele bit Hataları %7 %5 Tandem, CVSD %8 %5 Fısıltılı Ses % H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 55

56 2. Faz Gürültülü Ortam Test Ağırlıkları ANLŞ SES KLT KNŞ TNLĞ Toplamda Ağırlığı %54 %50 %65 +12dB SNR %6 %7 +6dB SNR %6 %5 Modern Ofis %6 %10 Arazi Kumanda Şelteri %6 %8 HMMWV %3 %5 %65 Fransız Jipi(P4) %3 Fransız Tankı (Leclerc) %3 M2A2 Bradley Vehicle %3 Helikopter - Black Hawk %6 Savaş Uçağı - F15 %3 %5 Savaş Uçağı Rafale %3 Volvo-Komutan Aracı %6 % H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 56

57 Seçim- 2. Faz Ek Testler 1% rasgele bit hatası Giriş ses dosyası Kodlayıcı n Bit dizisi Test : 1% Bit hata oranı Sentez n Çıkış ses dosyası Giriş ses dosyası CVSD Kodlayıcı B i t s CVSD sentez A u d i o Kodlayıcı n B i t s Test : Tandem Ses kodlayıcı Sentez n Çıkış ses dosyası H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 57

58 Seçim- 2. Faz Test Malzemeleri 3 test lab. x 9 adet kodlayıcı (+ 8 MNRU seviyesi) x 5 test x 12 gürültülü test durumu x 88 her bir testdeki dosya sayısı 28,000 den fazla dosya 13 GB dan fazla işlenmiş ses verisi 200 saatlik ses verisi Bu test sonuçları nasıl birleştirilecek? H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 58

59 Niçin Precision Weighted Ranking kullanıldı Üç farklı lab. Tarafından yapılmış olan anlaşılabilirlik testleri arasındaki farklar Genel yönelim aynı gibi...? Puanlar farklıdır Quiet US24 CELP FR24 CVSD TU24 US12 LPC TU BlackHawk FR12 Arcon CELAR TNO Bütün sonuçların doğru olarak birleştirilmesine ihtiyaç vardır Basit bir ölçekleme yeterli değildir US24 1 CELP 2 FR24 3 CVSD 4 TU24 5 US12 6 LPC 7 TU12 8 FR12 9 Arcon CELAR TNO H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 59

60 Precision Weighted Ranking 1 Test sonuçları parçacıklara veya bin lere bölünür Test hassasiyeti (resolution or 95% confidence interval) bin uzunluğudur Kodlayıcının puanı, test sonucunun içinde bulunduğu bin değeridir Confidence interval of test y = x Score vs Interval c Confidence interval of test Bin 1 Bin 3 Bin 4 Bin 5 Bin H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 60

61 Precision Weighted Ranking 2 Kodlayıcının puanı, test sonucunun içinde bulunduğu bin değeridir En kötü kodlayıcının puanı her zaman 1 dir. Bu test örneğinde Vocoder 7 en düşük puandadır Vocoder 4, 5 and 2 nın test sonuçları 7. Aralıkta olduğundan, puanları 7 dir Bütün bu test puanları ağırlık matrisine yerleştirilir Score vs Interval Confidence Confidence interval interval of test of test Bin 1 Bin 3 Bin 4 Bin 5 Bin 7 y = x H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 61 c V7 V8 V6 V9 V3 V1 Score = 1 V4 V5 V2 Score = 7

62 Coder Wgt. Ağırlık Matrisi Performa nce Characte ristic Wgt. Test Method Wgt. Type Conditio n H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE TOTAL 100.0% 62 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 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06% Shelter HMMMW V or P4 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06% M2A2 Bradley or 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06% Leclerc UH60 Black 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06% Hawk F15 or Mirage- 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06% 2000 Volvo 11.1% 6.3% 2.64% 1.58% 1.06% TOTAL 100.0% Transmis sion. Channel 7.4% 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% Whispere d Speech 100.0% 100.0% 2.20% 1.32% 0.88% TOTAL 100.0% TOTAL 100.0% CHECK 200.0% 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 16.0% 8.4% 2.88% 1.73% 1.15% Shelter HMMMW V 10.0% 5.3% 1.80% 1.08% 0.72% F % 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% TOTAL 100.0% TOTAL 100.0% CHECK 600.0% 100.0% 34.20% 20.52% 13.68% Quality BER 1.8% MOS(NL) NA Transmis sion. Channel 100.0% Transmis sion. Channel 100.0% 100.0% 1.80% 1.08% 0.72% TOTAL 100.0% CHECK 200.0% 100.0% 1.80% 1.08% 0.72%

63 Faz 1 Anlaşılabilirlik db 12 db Office 0.00 Clear Clear LPC10 CVSD CELP FR1200 TU1200 US1200 FR2400 TU2400 US db ARCON Anlaşılabilirlik (DRT) Sonuçları H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 63

64 Faz 1 Ses Kalitesi Babble 6dB Babble 12dB Office Quiet 0.00 CELP CVSD LPC10 FR2400 TU2400 US2400 FR1200 TU1200 US1200 Office Babble 6dB ARCON Ses Kalite (MOS) Sonuçları H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 64

65 Faz 2 Anlaşılabilirlik ARCON DRT Kodlayıcıların bütün gürültülü ortamlardaki anlaşılabilirlik (DRT) test sonuçları Intelligibility score (%) Intelligibility score (%) US24 CELP FR24 CVSD TU24 US12 LPC ARCON DRT TU12 FR12 US24 1 CELP 2 FR24 3 CVSD 4 TU24 5 US12 6 LPC 7 TU12 8 FR H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 65 Quiet 6dB Babble 12dB Babble Tandem BER Office MCE HMMWV Bradley Black Haw k F15 Auto

66 Faz 2 Ses Kalitesi ARCON MOS 4.0 MOS puanları 1 (Bad) 2 (Poor) 3 (Fair) 4 (Good) 5 (Excellent) Kodlayıcıların bütün koşullardaki ses kalite (MOS test) sonuçları Mean Opinion Score Mean Opinion Score US24 CELP FR24 CVSD TU24 US12 LPC ARCON MOS TU12 FR12 Quiet 6dB Babble 12dB Babble Tandem Office MCE HMMWV Bradley Black Haw k F Auto 1.0 US24 1 CELP 2 FR24 3 CVSD 4 TU24 5 US12 6 LPC 7 TU12 8 FR H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 66

67 Dil Bağımlılığı Dil bağımlılığı test sonuçları X ekseninden uzaklaştıkça daha bağımlı Testin hassasiyeti çok düşük, dağılımlar birbiri üzerinde ve sonuçlarda bir ayırım söz konusu değil Language Dependency V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 US24 CELP FR24 CVSD TU24 US12 LPC TU12 FR12 TNO Anlamlı bir test olmadığı görüldü H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 67

68 Faz 1- Faz 2 Gelişim Milli adayımız (SBLPC) faz-i testleri için teslim edilmeden önce detaylı testlere 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. DRT Score DRT Score Intelligibility US2400 CELP FR2400 CVSD TU2400 US1200 LPC10 TU1200 FR H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE Coders 68 Coders Quality US2400 CELP FR2400 CVSD TU2400 US1200 LPC10 TU1200 FR1200 Phase I Quiet PII Quiet Phase I 6dB Babble PII 6dB Babble

69 Faz 2 Eksikler Quiet SB-LPC, özellikle TNO tarafından yapılan Hollandaca (Dutch) testlerinden düşük puan almıştır. Bu durum Hollandaca yapılan bütün testlerde aynıdır. SBLPC nin eğitiminde kullanılan ses veritabanının küçük olmasından kaynaklanmıştır US24 CELP FR24 CVSD TU24 US12 LPC TU12 FR12 Arcon TNO H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 69

70 Faz 2 Birleştirilmiş Sonuçlar H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 70

71 Faz 2 Birleştirilmiş Sonuçlar ve 1200 bps sonuçları birleştirilerek, seçim yapılmıştır 60% bps 40% bps H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 71

72 Faz 2 Sonuç Detaylı ve geniş testlerden sonra 24 October 2001 Paris/Fransa Kodlayıcı C STANAG 4591 olarak seçildi Kodlayıcı C = ABD Adayı, MELPe kbps MELP ABD ulusal standartı NATO da çalışmalar ABD liderliğinde 1997 de başladı TI, AT&T ve Microsoft (SignalCom) ortak çalışma MELPe hazırlandı, 1.2kbps+2.4kbps+npp Çalışmalar JTRS projesinin altında desteklendi Düzenli ve sürekli çalışmanın başarısı H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 72

73 MELPe Ses Örnekleri original NPP 2.4kb/s MELP DoD4.8 CELP clean jet10 jet5 heli10 heli5 hmmwv10 hmmwv H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 73

74 Seçim- 3. Faz II. Fazın en iyi iki adayı arasından seçim??? Gerçek Muhabere Ortamında Testler Yapılacak Gerçek Zamanda Sabit Noktalı Gerçekleme ve Test Sistemine Arayüz Performans Testleri Haberleşme Verimliliği (Communicability)(CA) Anlaşılabilirlik (Speech Intelligibility)(US,FR,NL) Ses Kalitesi (Speech Quality)(US,NL) Koşullar Taktik Sahadaki Temel Muhabere Senaryoları H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 74

75 Seçim- 3. Faz Test Senaryoları 1.2kbps 2.4kbps Ref. Coder HF 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 office E3A--modern office H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 75

76 SC6 AHWG3 Güncel Çalışmaları Faz 3 Testi Faz 2 yi kazanan MELPe nin gerçek zaman gerçeklemesi Haberleşebilirlik testleri Gerçek hayat muhabere senaryosu ve problemleri Uçtan uca gecikme etkisi STANAG 4591 in hazırlanıp SC6 ya sunulması STANAG 4591 in tanıtımı ve uygulama alanlarının genişletilmesi H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 76

77 Sonuçlar NATO seçiminde başarılı olarak ABD ve FR ile yarışılmıştır. İstenen sonucun alınamaması Geriden takip etme, 1998 de çalışmaya başlama Test lab. Altyapısının olmaması Büyük haberleşme projelerinin altında ses kodlama ve işleme çalışmalarının desteklenmesi H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 77

78 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 kullanılması Bilgi paylaşımı, potansiyel Pazar, ekonomik çıkar Mutlaka Uluslar arası pazara açılmalıyız Özgün teknoloji, modern pazarlama, ihtiyaçların modern tekniklerle belirlenmesi H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 78

79 Detaylı Bilgi STANAG 4591 test and selection process NATO 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 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 2001 Street 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 Street MD, Host laboratory role in the selection of the future NATO narrow band voice coder, Speech Processing Workshop, Japan, October H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 79

80 Teşekkürler NATO Yarışma Projesinin Paydaşları Gen.Kur. MEBS Başkanlığı, MSB-SSM ARGE şubesi, TÜBİTAK-UEKAE, Surrey Unv.-CCSR Araştırma Merkezi, NATO Türk Askeri Temsilciliği ve Dışişleri Delegasyonu Proje Ekibi H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 80

81 Sorular H. Palaz, TÜBİTAK UEKAE 81