Quality Engineering: Qualität kommunikationstechnischer Systeme

208 Pages·2017·4.268 MB·German

by  Sebastian Möller

Sebastian Möller
Quality
Engineering
Qualität kommunikationstechnischer
Systeme
2. Auflage
Quality Engineering
Sebastian Möller
Quality Engineering
Qualität kommunikationstechnischer
Systeme
2. Auflage
Sebastian Möller
Berlin, Deutschland
ISBN 978-3-662-56045-7 ISBN 978-3-662-56046-4 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-56046-4
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Vorwort
Der Begriff der Qualita¨t und der Gebrauchstauglichkeit (engl. Usability) hat ei-
neherausragendeBedeutunginderInformations-undKommunikationstechnikso-
wiederInformatikerlangt.InallenPhasenderPlanung,Konzeption,Implementie-
rung und Optimierung technischer Systeme und Dienste mu¨ssen Qualita¨tsaspekte
beru¨cksichtigtwerden,damitihreBenutzereineoptimaleQualita¨tundGebrauchs-
tauglichkeiterfahrenko¨nnen.
Im vorliegenden Buch soll die Qualita¨t und Gebrauchstauglichkeit kommuni-
kationstechnischerSystemegrundlegendbehandeltwerden.Dazuwerdenzuna¨chst
die notwendigen Begriffe eingefu¨hrt, und es werden Grundlagen der Psychophy-
sik (d.h. des Zusammenhangs zwischen physikalischen Gro¨ßen und menschlichen
Wahrnehmungen) und der Psychometrie (d.h. der Messung von Wahrnehmungs-
gro¨ßen) geschaffen. Darauf aufbauend wird der Kreislauf einer am Menschen ori-
entiertenSystementwicklung,dassog.UsabilityEngineering,vorgestellt.DieMes-
sungundVorhersagevonQualita¨tundGebrauchstauglichkeitwerdendannanhand
praktischer Beispiele kommunikationstechnischer Systeme veranschaulicht. Hier-
beiwerdeninsbesondereSystemezurInformationsu¨bertragung(Telefonie,Internet-
basierte Sprach- und Videou¨bertragung), Sprachdialogsysteme sowie multimodale
Dialogsysteme behandelt. Abschließend werden Modelle zur Scha¨tzung von Qua-
lita¨t und Gebrauchstauglichkeit in der Entwicklungsphase solcher Systeme vorge-
stellt. Es schließt sich somit der Kreis der konsequent auf eine optimale Qualita¨t
abzielendenSystementwicklung,dessog.QualityEngineering.
Das Buch richtet sich vorrangig an Leser mit einem technischen Hintergrund,
beispielsweiseinderInformatik,derInformationstechnik,derMedientechnikoder
der Elektrotechnik. Daru¨ber hinaus sind aber gleichermaßen auch Leser aus den
Sprach-undKommunikationswissenschaften,derAkustik,derSoziologie,demBe-
reich Human Factors sowie aus anderen Wissensgebieten angesprochen. Es setzt
keinebesonderenVorkenntnissevoraus.
Berlin,imDezember2009 SebastianMo¨ller
v
vi Vorwort
Vorwortzur2.Auflage
Seit der ersten Auflage des Buches haben sich Methoden und Anwendungen des
QualityEngineeringstarkweiterentwickelt.Durcheuropa¨ischeundinternationale
Initiativen wie der Serie der Dagstuhl-Workshops1 zum Thema Quality of Expe-
rience sowie des European Network on Quality of Experience in Multimedia Sys-
tems and Services, Qualinet (COST Action IC 10032) wurden insbesondere neue
Definitionen von Quality of Experience entwickelt. Darauf aufbauend haben sich
Methoden zur Messung und Vorhersage von Qualita¨t fu¨r neue wichtige Anwen-
dungen etabliert — bspw. fu¨r Web-Browsing, fu¨r Online-Spiele oder fu¨r virtuelle
Realita¨ten.DadieseAnwendungenstarkinteraktivverwendetwerdenwurdenneue
Bru¨ckenzwischendenForschungsgebietenQualityofExperienceundUserExperi-
enceerrichtet,zumBeispielinFormvongemeinsamenWorkshopsundeinerneuen
wissenschaftlichenZeitschrift,QualityandUserExperience3.
UmalldieseEntwicklungenada¨quatzuberu¨cksichtigenisteigentlicheinedeut-
liche U¨berarbeitung des Buches notwendig. Dagegen besteht allerdings auch der
Wunsch, das Buch als Lehrbuch in einfu¨hrenden Veranstaltungen einzusetzen, die
sichnotwendigerweisenichtimDetailmitallenMethodenundAnwendungenaus-
einandersetzenko¨nnen.DaherwurdebeidieserU¨berarbeitungzurzweitenAuflage
einsehrbehutsamerWeggewa¨hlt:Eswurdennuroffensichtlichu¨berholteDefinitio-
nenundVerweiseerneuert,dergrundlegendeCharakterdesBuchesalseinfu¨hren-
desWerkfu¨rStudierendewurdejedochbeibehalten.Esbleibteinerzuku¨nftigen
weitergehendenU¨berarbeitungu¨berlassen,einengro¨ßerenKreiszuziehenundneue
Inhalte einzubinden, die vielleicht nicht fu¨r den Einsteiger, aber fu¨r den Experten
interessantundhilfreichseinko¨nnen.Stattdessenseifu¨rdiesenLeserkreishierauf
das Buch Quality of Experience: Advanced Concepts, Applications and Methods
verwiesen,welchesimgleichenVerlagerschienenundistundvieledieserAnwen-
dungsgebieteausfu¨hrlichbeleuchtet.
Berlin,imAugust2017 SebastianMo¨ller
1www.dagstuhl.de,insbesondereWorkshops09192,12181und15022
2www.qualinet.eu
3http://www.springer.com/engineering/signals/journal/41233
Danksagung
DasvorliegendeBuchbasiertaufeinerVorlesung,dieichseitdreiJahrenanderTU
Berlinhalte.WeiteTeiledesInhaltsverdankeichjedochmeinenKollegenundwis-
senschaftlichenMentoren,Herrnem.Prof.Dr.-Ing.Dr.techn.h.c.JensBlauertvom
Institut fu¨r Kommunikationsakustik der Ruhr-Universita¨t Bochum und Frau Prof.
Dr. phil. Ute Jekosch vom Institut fu¨r Akustik und Sprachkommunikation der TU
Dresden.AufdemGebietderQualita¨tsbeurteilungund-vorhersagearbeiteichseit
u¨ber10JahrensehrintensivmitHerrnProf.Dr.-Ing.AlexanderRaakezusammen,
mit dem ich viele der hier vorgestellten Konzepte intensiv diskutiert und ausgear-
beitethabe.DiesenKollegenbinichzugroßemDankverpflichtet!
VondenvielenweiterenKollegenmeinerwissenschaftlichenHeimat,demQuali-
tyandUsabilityLabderDeutschenTelekomLaboratories,TUBerlin,diedieArbeit
amBuchinhaltlichunterstu¨tzthaben,mo¨chteichinsbesonderefolgendenganzherz-
lichdanken:MarcelWa¨ltermann,NicolasCoˆte´ undDr.rer.nat.AnjaNaumannfu¨r
dieBeitra¨gezurQualita¨tsmessungund-vorhersagevonSprach-undAudiou¨bertra-
gungssystemen,BenjaminBelmudezundMarie-NeigeGarciafu¨rdieUnterstu¨tzung
beimKapitelu¨berVideou¨bertragungssysteme,undKlaus-Peter-Engelbrecht,Chris-
tine Ku¨hnel, Dr. phil. Robert Schleicher, Ina Wechsung und Dr. phil. Benjamin
Weiss fu¨r die Beitra¨ge zur Psychophysik sowie zur Evaluierung sprachbasierter
und multimodaler Dialogsysteme. Marc Hanisch unterstu¨tzte mich ganz hervorra-
gendbeiderU¨berarbeitungderAbbildungensowiebeivielenweiterenArbeitendes
SchriftsatzesunddesLiteraturverzeichnisses.Euchallengiltmeinganzbesonderer
Dank!
Dr. Christoph Baumann vom Springer-Verlag danke ich fu¨r die positive Begut-
achtungdesManuskriptesunddiefreundlicheUnterstu¨tzungbeiderProduktiondes
Buches.
DieReproduktionderAbbildungen1.5und9.18erfolgtmitfreundlicherGeneh-
migungderVDIVerlagGmbH,Du¨sseldorf,undDr.GuidoBeier;Abbildungen2.5,
4.4–4.6,4.9und4.12mitfreundlicherGenehmigungderElsevierInc.undProf.Dr.
JakobNielsen;Abb.1.8mitfreundlicherGenehmigungderElsevierInc.;Abb.4.10
mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. Jakob Nielsen; Abbildungen 1.4, 2.4
und8.1mitfreundlicherGenehmigungvonWiley-Blackwell,Oxford;Abbildungen
vii
viii Danksagung
2.2und2.3mitfreundlicherGenehmigungvonTheMITPress,CambridgeMA;Ab-
bildungen6.5und6.10mitfreundlicherGenehmigungvonWikimediaDeutschland
– Gesellschaft zur Fo¨rderung Freien Wissens e.V., Berlin; Abbildungen 1.2–1.3,
1.6–1.7, 3.3, 5.2–5.3, 5.5–5.6 und 7.4 mit freundlicher Genehmigung der Sprin-
gerScience+BusinessMediaInc.,Heidelberg;Abb.3.5mitfreundlicherGenehmi-
gung von Prof. em. Dr. Gummar Borg, Stockholm; Abb. 2.7 mit freundlicher Ge-
nehmigung der Sinus Sociovision GmbH, Heidelberg; Abb. 9.11 mit freundlicher
GenehmigungdesDINDeutschesInstitutfu¨rNormunge.V.undderBeuthVerlag
GmbH,Berlin;Abb.9.10mitfreundlicherGenehmigungvonem.Prof.Dr.-Ing.Dr.
techn.h.c.JensBlauert,Bochum;Abb.9.13mitfreundlicherGenehmigungvonDr.
Marcus Barkowsky, Nantes; und Abbildungen 3.1, 5.1, 5.7–5.8, 6.1–6.2, 6.7–6.9,
6.11–6.22,7.3und9.16mitfreundlicherGenehmigungderInternationalTelecom-
municationUnion,Genf.
Berlin,imDezember2009 SebastianMo¨ller
Inhaltsverzeichnis
1 MotivationundZielsetzung,Qualita¨tundGebrauchstauglichkeit.... 1
1.1 Motivation ................................................ 1
1.2 Definitionen ............................................... 5
1.3 Wahrnehmungs-undBeurteilungsprozesse ..................... 10
1.4 TaxonomievonQualita¨tsaspekten............................. 13
Literaturverzeichnis ............................................. 19
2 GrundlagenderPsychophysikundPsychometrie .................. 21
2.1 EigenschaftenvonMessungen................................ 22
2.2 PsychophysikalischeMessungen.............................. 25
2.3 MessungvonQualita¨tundUsability........................... 27
2.4 Nutzertypen ............................................... 30
2.5 PsychometrischeMethoden .................................. 34
2.6 VersuchsplanungundVersuchsdesign.......................... 37
Literaturverzeichnis ............................................. 41
3 Skalierung .................................................... 43
3.1 Skalentypen ............................................... 43
3.2 Ratio-Skalierung ........................................... 44
3.3 Kategorie-Skalierung ....................................... 45
3.4 Kategorie-Ratio-Skalierung .................................. 48
3.5 MultidimensionaleAnalyse .................................. 50
3.5.1 A¨hnlichkeitsbewertungundmultidimensionaleSkalierung.. 50
3.5.2 SemantischesDifferentialundHauptkomponentenanalyse.. 52
3.5.3 Pra¨ferenz-Mapping................................... 52
3.6 AuswertungskalierterMessergebnisse......................... 53
Literaturverzeichnis ............................................. 57
4 UsabilityEngineering........................................... 59
4.1 UsabilityEngineeringLifecycle .............................. 60
4.2 Analyse................................................... 61
ix
x Inhaltsverzeichnis
4.3 Design.................................................... 64
4.4 Prototyping ............................................... 66
4.5 Experten-Evaluation ........................................ 67
4.6 EmpirischesTesten ......................................... 70
4.7 IterativesDesign ........................................... 73
4.8 FeedbackausdenFeld ...................................... 74
4.9 Zusammenfassung.......................................... 75
Literaturverzeichnis ............................................. 76
5 Qualita¨tvonSprach-undAudio-U¨bertragungssystemen............ 77
5.1 Qualita¨tselementevonSprach-U¨bertragungssystemen ............ 78
5.2 Qualita¨tsmerkmalevonSprach-U¨bertragungssystemen ........... 82
5.3 Grundsa¨tzlicheszurMessungderSprachqualita¨t ................ 85
5.4 Versta¨ndlichkeitstests ....................................... 86
5.5 MessungderSprachqualita¨timHo¨rversuch..................... 88
5.6 MessungderAudioqualita¨timHo¨rversuch ..................... 89
5.7 MultidimensionaleAnalyse .................................. 90
5.8 Konversationsversuche ...................................... 91
5.9 Standards ................................................. 92
Literaturverzeichnis ............................................. 96
6 Qualita¨tvonVideo-U¨bertragungssystemen........................ 99
6.1 Qualita¨tselementevonVideo-U¨bertragungssystemen.............101
6.2 Qualita¨tsmerkmalevonVideo-U¨bertragungssystemen ............106
6.3 Grundsa¨tzlicheszurMessungderVideoqualita¨t .................108
6.4 BewertungvisuellerSequenzen...............................111
6.5 BewertungaudiovisuellerSequenzen ..........................118
6.6 Konversationsversuche ......................................120
6.7 Standards .................................................122
Literaturverzeichnis .............................................123
7 Qualita¨tvonSprachdialogsystemen ..............................125
7.1 Qualita¨tselementevonSprachdialogsystemen ...................126
7.2 Qualita¨tsmerkmalevonSprachdialogsystemen ..................129
7.3 U¨bersicht .................................................132
7.4 LeistungderSystemkomponenten.............................134
7.4.1 Spracherkennung ....................................134
7.4.2 Sprachverstehen .....................................135
7.4.3 Dialogmanagement ..................................136
7.4.4 Sprachausgabe ......................................137
7.5 Qualita¨tsmessungvonGesamtsystemen........................139
7.5.1 AnnotationvonInteraktionen ..........................140
7.5.2 MessungvonInteraktionsparametern....................141
7.5.3 Qualita¨tsmessungmittelsFragebo¨gen ...................150
7.5.4 Wizard-of-Oz-Tests ..................................150