VOLTE語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估測(cè)試

1、MOS：Mean Opinion Score，平均意見(jiàn)分PAMS：Perceptual Analysis Measurement System，知覺(jué)分析測(cè)量系統(tǒng)PSQM：Perceptual Speech Quality Measure，知覺(jué)通話質(zhì)量測(cè)試PESQ：Perceptual Evaluation of Speech Quality，知覺(jué)通話質(zhì)量評(píng)估 ITU-T P.800 知覺(jué)分析測(cè)量系統(tǒng) Perceptual Analysis Measurement System (PAMS)由英國(guó)電信最早提出，在大量主觀測(cè)試的基礎(chǔ)上，通過(guò)波形對(duì)比建立波形差與主觀評(píng)分的客觀算法，因此提供一個(gè)預(yù)測(cè)主

2、觀評(píng)分的手段。 ITU-T P.861 知覺(jué)通話質(zhì)量測(cè)試 - Perceptual Speech Quality Measure (PSQM)由荷蘭KPN最早提出，在大量主觀測(cè)試的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的設(shè)備性能等基礎(chǔ)上（如信噪比，誤碼率，編碼壓縮損傷，傳輸損傷）建立語(yǔ)音質(zhì)量與主觀評(píng)分的算法。 ITU-T P.862 知覺(jué)通話質(zhì)量評(píng)估 Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ)當(dāng)今通信領(lǐng)域通用的標(biāo)準(zhǔn)，是前兩者的結(jié)合產(chǎn)物。截至2014年1月，全球已經(jīng)有超過(guò)40家運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始部署VoLTE服務(wù)。中國(guó)移動(dòng)也宣布將在2014年底之前全網(wǎng)部署VoLTE

3、服務(wù)。VoLTE和高清語(yǔ)音服務(wù)預(yù)期可以給客戶提供更佳的語(yǔ)音用戶體驗(yàn)，幫助運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)OTT語(yǔ)音沖擊和ARPU值下降的不利趨勢(shì)。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，部署VoLTE將帶來(lái)兩方面的價(jià)值，一是提升無(wú)線頻譜利用率、降低網(wǎng)絡(luò)成本。二是提升用戶體驗(yàn)。VoLTE的體驗(yàn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)電路域語(yǔ)音。首先，高清語(yǔ)音和視頻編解碼的引入顯著提高了通信質(zhì)量；其次，VoLTE的呼叫接續(xù)時(shí)長(zhǎng)大幅縮短，測(cè)試表明VoLTE比CS呼叫縮短一半以上。VoLTE通過(guò)全I(xiàn)P的4G網(wǎng)絡(luò)和IMS服務(wù)器提供語(yǔ)音服務(wù)，服務(wù)的部署需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)都作出大量投資和研發(fā)。其實(shí)現(xiàn)原理和傳統(tǒng)的2G、3G語(yǔ)音服務(wù)有很大不同，給運(yùn)營(yíng)商，終端廠商，芯片廠商帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)

4、。如何判斷重金投資的網(wǎng)絡(luò)和研發(fā)的終端真正帶來(lái)了更好的用戶體驗(yàn)？如何衡量新的VoLTE語(yǔ)音服務(wù)語(yǔ)音質(zhì)量?jī)?yōu)于2G、3G網(wǎng)絡(luò)和幾乎免費(fèi)OTT應(yīng)用？如何衡量評(píng)估多種操作系統(tǒng)多種種類的終端在4G網(wǎng)絡(luò)中語(yǔ)音性能孰優(yōu)孰劣？回答以上問(wèn)題需要采用相應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)VoLTE服務(wù)進(jìn)行準(zhǔn)確，標(biāo)準(zhǔn)，可重復(fù)，自動(dòng)化的專業(yè)測(cè)試評(píng)價(jià)。通常我們可以采用表一的KPI作為衡量VoLTE服務(wù)用戶體驗(yàn)的指標(biāo)。用戶體驗(yàn)關(guān)鍵性能指標(biāo)呼叫可靠性起呼成功率，掉話率起呼時(shí)間呼叫建立時(shí)間語(yǔ)音質(zhì)量MOS分延遲口到耳語(yǔ)音延遲其中語(yǔ)音質(zhì)量的至關(guān)重要，本文第二、第三節(jié)將分別介紹常用語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和Nomad-HD語(yǔ)音測(cè)試解決方案。二、 語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估方法介

5、紹語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)估方法包括主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩大種類。主觀評(píng)價(jià)指以人為主體進(jìn)行語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)，由參與評(píng)聽(tīng)的評(píng)聽(tīng)人根據(jù)預(yù)先約定的評(píng)估準(zhǔn)則對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行打分，它反映了評(píng)聽(tīng)人對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量好壞的一種主觀印象。主觀評(píng)價(jià)方法比較繁雜，為了排除偶然因素，減少評(píng)價(jià)波動(dòng)方差，需要參與評(píng)價(jià)的評(píng)聽(tīng)人數(shù)量較多（一般40人以上）。但是由于人是語(yǔ)音的最終接受者，這種評(píng)價(jià)方法是語(yǔ)音質(zhì)量的真實(shí)反映?？陀^評(píng)估是指用機(jī)器自動(dòng)判別語(yǔ)音質(zhì)量它從原理上又可分為兩類評(píng)價(jià)方式：基于輸入輸出方式的主動(dòng)式評(píng)估和基于輸出方式的被動(dòng)式評(píng)估。主動(dòng)式的評(píng)價(jià)是建立在原始語(yǔ)音信號(hào)和失真語(yǔ)音信號(hào)的誤差對(duì)比上，大多數(shù)這種方式的客觀評(píng)估采用數(shù)值距離或者描述聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)如

6、何來(lái)感知質(zhì)量的聽(tīng)覺(jué)模型來(lái)量化語(yǔ)音質(zhì)量的好壞；被動(dòng)式的客觀評(píng)價(jià)是僅以語(yǔ)音系統(tǒng)的輸出信號(hào)來(lái)評(píng)估語(yǔ)音質(zhì)量的好壞。主觀評(píng)價(jià)國(guó)內(nèi)外使用較多的主觀評(píng)價(jià)方法包括平均意見(jiàn)分MOS（Mean Opinion Score）法，韻母可懂度測(cè)量DRT（Diagnostic Rhyme Tests），失真平均意見(jiàn)分DMOS（Degradation Mean Opinion Score），滿意度測(cè)量DAM（Diagnostic Acceptability Measure）等。在實(shí)際語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)中，MOS法最為常見(jiàn)。ITU P.800標(biāo)準(zhǔn)定義了MOS評(píng)價(jià)方法。參加評(píng)價(jià)的評(píng)聽(tīng)人在聽(tīng)完測(cè)試語(yǔ)音后從下表5個(gè)等級(jí)中選擇某一級(jí)作為他

7、對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)價(jià)。全體實(shí)驗(yàn)者的平均分就是所測(cè)語(yǔ)音質(zhì)量的MOS值。級(jí)別用戶滿意度4.0-5.0很好，聽(tīng)得清楚，延遲很小，交流流暢3.5-4.0稍差，聽(tīng)得清楚，延遲小，有點(diǎn)雜音3.0-3.5可以接受，有一定延遲，可以交流1.5-3.0勉強(qiáng)，聽(tīng)不太清，交流重復(fù)多次0-1.5極差，聽(tīng)不懂主觀性測(cè)試的的優(yōu)勢(shì)是符合人對(duì)語(yǔ)音的感受，缺點(diǎn)是耗時(shí)，昂貴，可重復(fù)性低，受人的主觀影響較大。主動(dòng)式評(píng)價(jià)主動(dòng)式評(píng)價(jià)方法主要由ITU標(biāo)準(zhǔn)組織定義，評(píng)價(jià)方法的發(fā)展沿革歷史如圖2.1。其中PESQ和POLQA是目前仍然廣泛使用的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。PSQM由于種種缺陷目前在實(shí)際中已經(jīng)很少采用。圖2.1 ITU組織感知語(yǔ)音評(píng)價(jià)方法發(fā)

8、展歷史PESQ（Perceptual Evaluation of Speech Quality）由英國(guó)電信和KPN共同開(kāi)發(fā)，并在2001年被ITU采納為P.862規(guī)范。它比較聲源信號(hào)和退化信號(hào)并給出一個(gè)類似人工聽(tīng)力評(píng)估測(cè)試的MOS分值。PESQ不僅能測(cè)試像解碼器這樣的網(wǎng)絡(luò)單元的效果，也能測(cè)量端到端的聲音質(zhì)量。它著重針對(duì)不同的信號(hào)退化原因，如編解碼失真、錯(cuò)誤、丟包、延時(shí)、抖動(dòng)和過(guò)濾，給出-0.5到4.5的分值范圍內(nèi)的值。大多數(shù)情況下正常的分值范圍在2到4.5之間。PESQ總的思路是對(duì)源信號(hào)和通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)的退化信號(hào)進(jìn)行電平調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)聽(tīng)覺(jué)電平，再用輸入濾波器模擬標(biāo)準(zhǔn)電話聽(tīng)筒進(jìn)行濾波。對(duì)通過(guò)電平調(diào)整和

9、濾波后的兩個(gè)信號(hào)在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)，并進(jìn)行聽(tīng)覺(jué)變換，這個(gè)變換包括對(duì)系統(tǒng)中線性濾波和增益變化的補(bǔ)償和均衡。兩個(gè)聽(tīng)覺(jué)變換后的信號(hào)之間的不同作為擾動(dòng)（即差值），分析擾動(dòng)曲面提取出兩個(gè)失真參數(shù)，在頻率和時(shí)間上累積起來(lái)，映射到對(duì)主觀平均意見(jiàn)分的預(yù)測(cè)值。PESQ算法將話音的頻率、響度等物理特性與人類心理上的感知特性的對(duì)應(yīng)關(guān)系用數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，即用客觀數(shù)學(xué)模型的評(píng)價(jià)來(lái)模擬主觀的評(píng)價(jià)。該算法采用時(shí)頻映射、頻率彎折和響度彎折等方法，盡可能將語(yǔ)音中可以感知的特性在數(shù)學(xué)上完美的表達(dá)。在PESQ模型中，提取出的語(yǔ)音特征都是與主觀感覺(jué)直接相關(guān)的。PESQ算法有如下主要缺點(diǎn)：處理CDMA編碼（如EVRC）不夠準(zhǔn)確；在特定的GS

10、M/WCDMA網(wǎng)絡(luò)條件下過(guò)于敏感；不能處理超寬帶語(yǔ)音信號(hào)。為了解決PESQ的問(wèn)題，更好的適應(yīng)4G/LTE時(shí)代的語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試需求，ITU-T于2006年開(kāi)始了POLQA的開(kāi)發(fā)工作2011年初正式發(fā)布為ITU-T P.863標(biāo)準(zhǔn)。主要特點(diǎn)可以覆蓋最新的語(yǔ)音編碼和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在用于3G， 4G/LTE，VoIP網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有更高的準(zhǔn)確性支持超寬帶（50Hz14KHz）語(yǔ)音傳輸，高質(zhì)量語(yǔ)音傳輸。PESQ和POLQA算法的對(duì)比如圖2.2所示。圖2.2 PESQ和POLQA算法特性對(duì)比從主動(dòng)式評(píng)價(jià)方法的發(fā)展歷程以及各種方法的性能來(lái)看基于輸入一輸出的客觀評(píng)價(jià)的一些方法與主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)度已達(dá)到了095左右，能夠

11、比較真實(shí)的衡量語(yǔ)音質(zhì)量。被動(dòng)式評(píng)價(jià)被動(dòng)式語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要有兩種：l 其一是直接從變化的IP網(wǎng)絡(luò)損傷參數(shù)（如丟包、抖動(dòng)和延遲）預(yù)測(cè)語(yǔ)音質(zhì)量，如R-factor方法；l 其二是根據(jù)音頻信號(hào)測(cè)量語(yǔ)音流量的語(yǔ)音質(zhì)量（例如編解碼器、回聲、語(yǔ)言和或講話人），如ITU組織P.563標(biāo)準(zhǔn)。被動(dòng)式評(píng)價(jià)的目的是建立感知語(yǔ)音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)或音頻語(yǔ)音流相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，從而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)或語(yǔ)音參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)感知語(yǔ)音質(zhì)量。被動(dòng)式評(píng)價(jià)并非真實(shí)測(cè)量最終用戶的實(shí)際體驗(yàn)，而是通過(guò)抓取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)或語(yǔ)音參數(shù)通過(guò)數(shù)學(xué)模型“預(yù)測(cè)”感知語(yǔ)音質(zhì)量。三、 Nomad HD語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試解決方案思博倫通信研發(fā)的Spirent Nomad HD呼叫及語(yǔ)音測(cè)

12、試系統(tǒng)能夠針對(duì)任意網(wǎng)絡(luò)上任意設(shè)備的高清語(yǔ)音和VoLTE服務(wù)，提供關(guān)鍵的語(yǔ)音質(zhì)量分析能力。NomadHD可為高清語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)量和呼叫性能測(cè)試提供完整的測(cè)試包。該系統(tǒng)通過(guò)在高清語(yǔ)音和VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試中使用POLQA算法，可以在同一運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)線路交換與分組交換語(yǔ)音之間進(jìn)行切實(shí)可行的對(duì)比，并且可以對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)進(jìn)行跨越式對(duì)比。Nomad-HD支持帶寬20KHz以上的高清語(yǔ)音和寬帶POLQA評(píng)價(jià)算法?？梢詼y(cè)試包括OTT語(yǔ)音在內(nèi)的任何高清語(yǔ)音通話。云服務(wù)器部署在北美，歐洲，亞太等地區(qū)，包括美國(guó)，中國(guó)，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，日本，英國(guó)，德國(guó)等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)；同時(shí)支持實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試。優(yōu)勢(shì)： 理解VoLT

13、E服務(wù)部署需求，廣泛應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商準(zhǔn)入測(cè)試和芯片、終端廠商研發(fā)測(cè)試 客觀比較VoLTE高清語(yǔ)音，OTT語(yǔ)音，2G、3G語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量 支持現(xiàn)網(wǎng)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，支持所有制式，操作系統(tǒng)手機(jī) 同時(shí)關(guān)聯(lián)分析IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量、語(yǔ)音延遲、呼叫性能的影響，幫助尋找系統(tǒng)瓶頸 作為Fit4Launch的預(yù)測(cè)試，幫助加快通過(guò)運(yùn)營(yíng)商準(zhǔn)入測(cè)試的周期。架構(gòu)：Nomad桌面代理：Nomad桌面代理包括便攜Nomad硬件，PC控制軟件和IP分析模塊。Nomad硬件單元包括4路語(yǔ)音測(cè)試接口，可以通過(guò)耳機(jī)接頭或藍(lán)牙接口同時(shí)測(cè)試最多4部終端。PC控制軟件可以測(cè)量語(yǔ)音MOS分，語(yǔ)音延遲，起呼成功率，掉話率。Nomad桌面代理支持終端到終端呼叫，終端到服務(wù)器呼叫等多種測(cè)試方式。Nomad系統(tǒng)可以同時(shí)記錄IP日志，結(jié)合語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行IP分析。Nomad語(yǔ)音服務(wù)器：Nomad語(yǔ)音服務(wù)器由思