（计算机应用技术专业论文）下一代移动网络中语音质量测试研究.pdf

摘要 下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 技术的发展已经进入成熟阶 段，国内通信运营商在其技术优点的驱动下大量进行国内的n g n 网络建设，大 约每年以3 0 左右的速度增加。目前囡内的下一代网络不仅承载了原有的p s t n 嬲络的全部遭务，丽时由p s t n 霹络和v o i p 麟络融合在一起的复杂霹络。因此 运营商面临着很多问题，语音质量测试作为目前通信网络最关心的问题，如果 改建后的下一代网终的语音震量与原p s t n 嚼络的语音质量相差太大，又不能进 行很好的改善，很可能造成网络部署失败、或者运营维护费时费力，运营商不 仅蒙受经济损失，还要承受更大的社会压力，所以对n g n 网络进行比较全面的 性能测试是很重的。 本文总结了国外多种解决方案与国内语音监控需求的差距，深入研究了下 一代露络语音质量监控技术，针对匿内某移动网络的语音质量监控系统项目的 开发提出一套以端到端主动性语音质量测试与被动型l t p 瓜t c p 流监测结合的 方式语音质量测方案，该方案满足项强需求、适合在嚣内推广的语音质量监控 系统解决方案。 该系统整体采用分布式的架构，主要由一个分析中心和多个监测点构成。 针对下一代网络关键网元节点流量大，协议种类多的特点，在系统实现中采用 了一系列软、硬件结合的方式对系统性能进行改善，使得系统在性能和功能上 都满足了项目的需求。 为了使本系统能满足下一代网络语音质量监控需求，本文选用了p e s o 算 法与e m o d e l 算法进行各种语音质量评价，测量语音的m o s 值。通过两者的配 合使用，可以有效地评估语音质量、定位问题和优化网络性能。 关键字：下一代网络，v o i p ，语音质量，m o s ，p e s o ，e m o d e l a b s t r a c t w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) ，i t sw i d e l y a d o p t e db yc o m m u n i c a t i o nc a r r i e r sf o rc h a s i n gl o wc o s ta n dn e ws e r v i c e s ，a n dt h e a p p l i c a t i o no fn g n i si n c r e a s i n ge a c hy e a r a sak i n do fb u s i n e s s - o r i e n t e dn e r w o r k s t r u c t u r e ，n g nn o to n l yc a r r i e st h eb a s i cs e r v i c e sa n ds u p p l e m e n t a r ys e r v i c e so f p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ( p s t n ) ，b u ta l s op r o v i d e sd a t as e r v i c e sa n dm a n y k i n d so fn e ws e r v i c e sb a s e do nm u l t i m e d i a a tt h ep r e s e n tt i m e ，d o m e s t i cn g ni s c o m p l e x i t yo fn e t w o r ki n t e g r a t i o nb ym i x i n gt h ep s t nn e t w o r ka n dv o i c eo v e r i p ( v o w ) n e t w o r kw i t ht h e c o r eo fs o f t s w i t c h ，m u l t i i n t e r f a c e ，m u l t i - p r o t o c o l ， m u l t i - m e d i ac o e x i s t i n g s oc a r r i e r sh a v et of a c eal o to fp r o b l e m s ，s u c ha st h e e q u i p m e n tc o m p a t i b i l i t yo fp s t na n dv o 融p e r f o r m a n c ed i f f e r e n c e so fd e s i g n e da n d a c t u a ln e t w o r k ，q u a l i t yd i f f e r e n c e so fv o i c ea n dv i d e o i ft h e s ep r o b l e m sc a l l tb e s o l v e ds m o o t h l y , t h e yw o u l dc a u s et h ef a i l u r eo fn e t w o r kd e p l o y m e n t 。t h e r e f o r e ，t h e t e s to ft h en g nn e t w o r kp e r f o r m a n c ei ss i g n i f i c a n t ，v o i c eq u a l i t yt e s t i n gi so n eo ft h e k e ya s p e c t 。 i nt h i sp a p e r , w es u m m a r i z et h eg a pb e t w e e nt h ew i d er a n g eo ff o r e i g na n d d o m e s t i cv o i c es o l u t i o n sf o rv o i c eq u a l i t ym o n i t o r i n g a f t e rm a k i n gad e e pa n a l y s i s o ft h et e c h n o l o g yo fv o i c eq u a l i t ym o n i t o r i n gf o rn g n ，w e d e s i g n e daa p p r o p r i a t e s o l u t i o nb a s e do nac e r t a i nm o b i l en e t w o r k , w h i c hc a nb e e a s i l yd e p l o y e di n m e s t i cc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h es y s t e ma d o p t sd i s t r i b u t e ds t r u c t u r e ，a n dc o n s i s t so fac e n t e rw o r k s t a t i o na n d m o n i t o r i n gs p o t s 。h i g h p e r f o r m a n c e h a r d w i r e sa r eu s e di n i m p r o v i n g t h e p e r f o r m a n c ef o rs a t i s f y i n gt h er e q u i r e m e n t i no r d e rt oe n a b l et h es y s t e mt om e e tt h e n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kv o i c eq u a l i t ym o n i t o r i n gr e q u i r e m e n t s , w ec o m b i n et h e e n d t o - e n dv o i c eq u a l i t y t e s t i n gi n i t i a t i v ea n dp a s s i v er t p r t c ps t r e a mm o n i t o r i n g s op e s qa l g o r i t h ma n de m o d e la l g o r i t h ma l ea d o p t e dt oi m p l e m e n tt h es y s t e m k e y w o r d s ：n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，v o i p ，v o i c eq u a l i t y ，m o s ，p e s q ，e m o d e l i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本入在导师指导下进行的研究1 i 作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他久已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明弗表示了谢意。 签名：暨幺缝嚣期：芝翌： ： | 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子舨，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可班采耀影印、缩印或其毽复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并囱社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 比拭期：掣 戴汉瑾工大学硕士学傻论文 1 1 课题的意义 第1 章绪论 随着网络技术的不断进步和用户要求的不断提高，全球通信网络向着下一 代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) p 2 l 发展是必然趋势。n g n 是以软交换 为核心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综 合开放的嬲络架构，代表了通信网络发展的方向。n g n 具有分组传送、控制功 能从承载、呼, t i 会话、应用业务中分离、业务提供与网络分离、提供开放接口、 利用各基本的业务组成模块、提供广泛的业务和应用、端到端服务质量 ( o o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 1 3 i 和透明的传输能力通过开放的接口规范与传统网络 实现互通、通用移动性、允许用户自由地接入不同业务提供商、支持多样标志 体系，融合固定与移动业务等等特征，现在国内外的通信网络都在向n g n 网络 进行不同程度的改造。 这样的改造过程对通信网络的结构产生了较大的影响，目前国杰通信网络 的结构处在传统的交换网络与n g n 网络并存的情况。在传统网络中的语音质量 是很好的，而很多网络经向n g n 改造后，由于n g n 是基于口承载网络的分组 技术，并引入了大量新的接翻和协议，给网络的性能监测和网络维护带来了许多 新的难度和挑战，语音质量明显下降。语音业务作为运营商作的主要业务，其 质量好坏直接影喃7 运营商的市场，所以保障良好的用户体验质量( q o e q u a l i t y o fe x p e r i e n c e ) 3 2 j 是n g n 网络得以成功实现和发展的关键。由于n g n 网络设施、 协议和业务豹复杂性，运营商在日常的网络开遥、维护工作孛露临着许多新魄 问题； l 。缺乏对v o i p ( v o i c eo v e ri p ) 1 5 - 2 0 1 业务逻辑的分析监控。现有的通讯监 控体系基本上是电路监控和a t m 分组网络监控互相分离，无法对现有的n g n 网 络中的设备与业务进行有交的信令监控与逻辑分析。缺乏对n g n 的运行状况进 行评估和监视，统计网络运行的详细指标，对故障进行定位分析，实现金鼹的 实时呼叫跟踪，监测运营商q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，服务质量) 4 1 、网间s q a ( s e r v i c eq u a l i t y a s s u r a n c e ，服务质量保证) 5 1 等，保障信令网安全运行、快速故障 武汉理工犬学硕士学位论文 定位的有力工具。 2 传统服务质量分析的局限性。传统的服务质量分析只停留在数据链路层 和网络层，如带宽利用率、丢包率、延时、抖动等网络性能参数，未能结合业 务层面进行综合评测分析，另外，基于网络性能方面的监测无法准确反映提供 用户的业务质量情况，如语音质量、信令逻辑，不同的业务对网络性能参数要 求不一致，所以传统的服务质量分析不能有效的了解v o i p 业务的服务质量，从 而也难以保障良好的用户体验质量； 3 。故障排除方法被动、单一。运维人员在接到用户投诉薏，需要携带诸多 仪表从机房到用户之间进行逐层排查，定位故障所处的位置，这样难以及时的 发现问题，更不可缝主动的发现阀题。即使发现敖障点以后也只是简单的更换 设备，不能准确的了解故障发生的真实原因。 语音质量测试是n g n 网络测试的一个重要方面，为了增强n g n 业务的市 场竞争力，就必须确保其语音业务能达到传统长途电话所提供的语音质量。因 此，针对现在n g n 网络的情况研究关于网络语音质量测试系统是很有必要的。 隧前n g n 网络的业务正西益增多，运营商急需一套裁有效监控n g n 鼷络的监 务逻辑、话音质量的系统。本文针对囡内的某n g n 网络具体情况了解，并分析 了相关的语音规范，针对移动网络搿承载线路上电话语音与嚣l 线路上电话语 音做基于p e s o ( p e r c e p t u a le v a l u a t i o n o fs p e e c h q u a l i t y ) 2 1 评分测试和 e m o d e l t l 7 - i s 等l p 网络指标测试，分析不同话务类别的语音质量，评估不同话 务类别所经过的设备和链路( 如关翻局) 对语音质量的影响，帮助运营商定位 语音质量下降的原因。 1 2 国内外研究现状与发展趋势 从2 0 0 4 年，中国移动开始在长途网络是引入软交换设备，并建成了覆盖全 国的基于m 承载的长途软交换网，童至发展到尽前中国移动g s m 网中的软交 换设备容量已占全网容量的3 0 以上，国内外几家知名的测试设备厂商根据各 个不同框架的n g n 环境提出了各自的语音质量监控系统解决方案，丽这些解决 方案对于现在还处予囱n g n 网络过渡中酶通信网络，都没能完全的适用于现在 国内的各种环境中。下面简单介绍几种现在试用的解决方案。 2 武汉理王夫学颈士学彼论文 1 2 1v q t ( v o i c eq u a l i t yt e s t ) 该系统是a g i l e n t 公司提供的一整套全面的软交换测试的解决方案中的一 种，其整体包括璎网络性麓分析仪、v q t ( 语音质量测试仪) 、s a r t f d n a 信令 分析仪等系列产品。不同的仪表功能不同，如i p 网络性能分析仪主要适用于在 n g n 部署之前，v 舛系统避过模拟电话终端设备，实现了端到端的呼翻建立和 语音质量测试，并通过这种方式进行多种算法的语音质量测试，具体包括清晰 度( 支持p s q m 、p e s q 和p a m s 标准) 、时延、回音、语音激活捡测( v a d ) 的性 能以及d t m f 等指标。s 触h ，d n a 信令分析仪可提供对n g n 媒体介质层面和 信令控制层面的全砸测试功能。 1 2 2d s l a 英国m a l d e n 电子有限公司开发的d s l a 主要可以进行如下几个方谣的测 语音质量测试。 延时、抖动测试。 回声测试和e c ( 回音消除功能 测试。 噪声测试。 语音强度大小( p 5 6m e t h o db 标准) 。 图形显示语音包丢失。 a g c ( 自动增益功能) 测试。 v a d 检测统计。 e m o d e l 分析。 1 2 3h 嚣a da o u c t i c s 朗德科技的h e a da o u c t i c s 系统提供了基予p e s q 算法的感知语音质量评 价和客观通信语音质量评价( 1 o s q a 和t o s q a 2 0 0 1 ) ，这些方法用于建立接听 测试结果的客观模型。在主观测试中，测试人对所记录的语音进行打分。而使 用这两种方法可提供与主观测试中的分值相应的结果。p e s q 和t o s q a 能被使 用在被测对象的输入和输出都是电接网的情况下。而t o s q a 2 0 0 1 则可将终端做 为传输路径的一部分进行评价，因为它对测试对象的电接口或声接目同样有效， 3 ) l 2 3 4 5 6 7 8 9，k，_，一，kl 试 武汉囊王大学疆士擎霞论交 蠢时还霹进褥宽带溯试。 羔。3 本文所做工作 本人有幸参与了某移动语音质量测试系统项尽，并作为该项目的主要设计 与窭理夫员之一，承握了该顼霉羲功栽模块静设诗、实现纛维护工馋。在工箨 过程中本人针对项目的需求和国内语酱质量测试系统的实现方式，对语音质量 溅试技拳迸行了深入褥究，薅该壤娶酶整体实现避符了全面熬诀谖等理解。本 文的结构安排如下： 第1 章梵缝论，主要介缨了舒瓣n g n 瓣终熬语音质量测试麴研究背景察意 义，并分祈了磷前国内外的研究现状，然霜对本文的主要工作和创新点以及论 文的结构进行了阐述。 繁2 章隽背景介缀，主要阐述tn g n 鬻络的发震掰史耪语音质壁溅试酶发 展过程，并分别介绍了下代网络在国内的发展特点等。 筹3 章分氍了在n g n 瓣终孛熬语音震量测试审懿嚣素，戮及肄对各耱矮量 参数的测试方法。 第4 章根据裁囊章节率斡凳辑，缝合舞零卡特公霉对移动瓣终语音矮量分 析系统的实现，针对现实环境实现了在移动现网中的对g s m 网络中的语音质量 测试系统鳇实现。 第5 章蔻绪论，对本文主要酶工侔进行了总结，并遴一疹的研究方渤。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章语音质量测试在下一代网络中的发展 人们对业务多样化的需求和现有网络不能满足这样要求的矛盾日益激烈， 于是对业务多样化的综合要求和降低运营成本、简化运营体系的要求是导致电 信网向新的网络发展的根本原因。经过近些年的研究，人们提出了下一代网络 的概念，它包含许多内容：从计算机网络看，n g n 是以高带宽和i p v 6 为基础的 n g l ( n e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t 下一代互联网) 5 1 。从传输网络看，n g n 是以 a s o n ( 自动交换光网络) 和g f p ( 通用帧协议) 为基础的。从移动通信网络看，n g n 是以w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 为代表的3 g ：从电话网看，n g n 是指以分组交换 和软交换为基础的电话网络。下一代网络从根本上来说就是不同于现有网络体 系以及相关技术的一种网络。如何在其上开发适应当今社会的技术和业务己经 成为人们研究的必须和具有实际意义的工作。在这些广泛定义的概念要求下， v o i p ( v o i c eo v e ri p ) p s - l s i 协议以及新的媒体协议应运而生，新的组网方式和运 营方式也随之出现。n g n 为我们描绘了灿烂的未来，但还有很多关键技术不完 善，相应管理方式的不健全需要我们进一步的研究和探讨。 2 1 下一代网络发展 2 1 1 交换网络发展历史 通信网络可分为传输、复用、交换和终端等几个主要部分。其中，交换是 通信网络最核心的内容，也常常作为区分通信网类型的标志。交换技术的发展 经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的四个发展过程。 其中分组交换实质上是从“存储一转发”基础上发展起来的，它兼有电路交换和报 文交换的优点。分组交换首先将要传送的数据分割成许多小块的数据，然后通 过在线路上采用动态复用技术传送分组，每个分组标识后，在一条物理线路上 采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在 交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字 段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报 文交换的传输时延小，交互性好。 5 武汉理t 大学矮士学位论文 在下一代网络中，软交换作为其核心设备，其实现就是以包交换技术为基 础的。 2 1 。2 国内下一代网络的特点 目前，n g n 己经成为业晃研究的热点，世界各国的运营商、设备厂商一直 都在进行n g n i 药研究与探索。一批行业组织和标准化机构也启动了本领域的 n g n 网络技术研究，如：i e t f 的下一代p i 网，r r u ，3 g p p 与3 g p p z 的下一代移动 通信霹、l 刊的n e n p o r j e e t 2 0 0 4 。 软交换作为向n g n 演进的关键技术之一，在经过全球各大运营商多年的测 试和商用试验，其技术及设备已趋于成熟，协议也基本完善。目前，美国的a t & t 难通过软交换网络的构建，将其网络演进为基于分组的、可提供多种业务的统 一平台，业务重点向包括话音、数据等多媒体的综合方向转移。英国电信决定 从2 0 0 8 年起，停止传统p s t n 的建设。英雷电信蠢前主要在长途嬲采焉n g n 技术 实施网络的改造，已经在西班牙采用v o p i 技术提供长途电话服务；在英国本土， 韩国尽本等国家的n g n 建设步伐己经大步迈开。 在中国，n g n 的应用和实施目前主要体现在软交换层面，2 0 0 4 年中困移动 在长途网中就引入了软交换，中国电信也已经在长途网中引入了软交换，并且 中国电信和中国溺逶为实现网络的智麓化，己经确立利用软交换替换汇接局可 以作为其中的一种方案，并且中国电信在广州已经进行了软交换和网络智能化 所提出的s h r l ( s m a r t h r l ，主要保存用户增值业务酶签约信息，以及物理号码 和逻辑号码之间的映射关系) 之间的对接试验。2 0 0 4 年，中国联通正式启动软交 换网络的建设，主导建设思路是在全图各地的固定本地网采用软交换技术进行 城域综合业务网( m s i n ) 建设，规模覆盖全国2 3 个省、2 9 个城市。中国网通的软交 换网络已经覆盖全国2 0 多个城市。中图铁通也进行了软交换商用网的建设，如 福建铁通、河南铁遥和江苏铁通等。朗讯，w 斯达康，中兴，华为等企业也已 经有了很多相关产品。 麸这些数字和顼霉奔绍来看，n g n 已经成为一种趋势。从另一个方霹看， n g n 虽然有一定规模，但仍然属于较新的领域，这也是我国在通信领域赶上外 国发达国家的有利时机，把握住机会就能摆脱我们在信息领域对国外的依赖。 因此对n g n 的研究同样有着重要的战略意义。 i t u 在0 4 年7 月召开的一个工作讨论会上把n g n 的网络特点与技术特性归纳 为以下凡点净q ： 6 武汉理12 大学硕七学位论文 ( 1 ) n g n 的传送是基于分组( i p 、m p l s 、a t m 、以太嘲1 的。 ( 2 )n g n 是一个可管理、有智能的i p 网。 ( 3 )n g n 对传送、资源、会晤与服务的控制是独立分布式的。 ( 4 ) n g n 使用对i p 友好的协议。 n g n 在国内的部署与发展目前主要体现在软交换层面，其中，软交换主要 表现在长途和本地两个方面；在跃途方面，主要是替代p s t n 长途局进行呼叫转 接，其应用功能相对比较简单。而在本地方面，则有两种因素在推动软交换的 应用，首先是有一些p s t n 交换机都已经老化，其在网络中的业务提供能力变弱， 面临着退出网络的要求还有些类型的p s t n 交换机难以维护，也需要替换掉； 其次是固网运营商为了不断增加业务提供能力，增加其市场竞争力，提出了网 络智能化的思想。 2 2 语音质量测试发展 由于在n g n 网络中是以i p 网络作为其承载层，其所有的数据都咀i p 数据 包在i p 网络中传输，其中语音数据是通过语音编码方式，将模拟话音数字化后 对数据打包尽最大努力传送的。那么这个过程中，影响语音质量主要有如下几 个方面：一，语音编码、解码算法速度：二，网络延时；三，回波抑制。 2 2 1 语音质量测试的网络环境 本项目目前所针对的网络环境为某移动的g s m 网络如下为其结构图 o q h 霸旦 毒。o ” 图2 2 移动网络结构图 i ： 武汉理工大学颈七学使论文 如图2 2 所示，壶予下代移动鼹是基予承载与控制分离的，其承载为分组 交换口网络。其网络中的核心网元有m s c 服务器、媒体网关m g w 以及信令 网关s g 。另外有一些辅助功能的网元，如s c p 、s m s c 、g m l c 、h l i 垤l r 等。 其关键网元如下： 1 m s c 服务器m s cs e r v e r m s c 服务器分可以分为：普通m s c 和关口( g ) m s c 服务器。( g ) m s c 服务 器不仅有m s c 服务器的所有功能之外，还可以查询适当的h l r ，并将呼叫路由 到被嘲移动实际所在的m s c 服务器。m s c 服务器透过m a p 与薹董王r 愿l 鬏互逶， 交互用户信息以及路由信息；通过n c 接口与其它m s c 服务器互通。 2 媒体网关m e d i ag a t e w a y 媒体网关主要功能是作为语音通道，它将来自无线接入网，或者 p s n 哪s d n ，或其他p l m n 的媒体承载接入到核心网。m g w 通过承载于a t m 上的l u 接口接入u t r a n 来的用户数据和信令；m g w 之间为承载于讲上的n b 接口，使用实时传输协议r t p 传输n b u p 用户数据。 3 。信令鼹关s g 信令网关s g 负责将外网的信令，诸如s s 7 信令转换为球网内部信令；它 同时还可以作为信令转接点s t p ，完成信令的中继路由功能。当然，部分信令转 换功能也可以内嵌到媒体网关之内。 2 2 。2 语音测试介绍 语音质量主要为两个方面：清晰度和自然度1 4 0 i 。前者是衡量语音中字、单词 和旬的清晰程度，而后者则是对讲话人的辨识水平。语音质量评价不但与语音 学、语言学、信号处理等学科有关，而且还与心理学、生理学等学科有着密切 的联系，因此语音质量评价是一个极其复杂的阏题。语音质量评价从评价主体 上讲可分为两大类：主观评价和客观评价1 4 0 ! 。 2 2 2 。1 主观评价 主观评估是以人为主体根据某种预先约定的尺寸来对失真语音( 或参考原始 语音) 来划分质量等级的，它反映了评昕者对语音质量好坏程度的一种主观印象。 从理论上讲，语音质量的客观评估测试可分为两类：一类是音节以下( 如音素、 声母、韵母) 的语音单元酶测试，称为“清晰度”测试：另一类是音节以上( 如词、 8 武汉理工火学硕士学位论文 匀) 的语言单位的测试，这一类的测试称为“可懂度”测试。这些测试的基本原理 是相同的，只是测试的单元有所不同；而且可以按条件用公式从小单元的清晰 度算出大单元的可蠖度来。这些测试方法都属予主观听觉的测试方法。 主观评价是以人为主体来评价语音的质量。该方式虽较为繁杂，但由于入是 语音的最终接受者，因此这种评价应是语音质量的真实反映。因前，国内外使 用较多的主观评价方法有：平均意见分m o s ( m e a no p i n i o ns c o r e s ) t 3 l 方法、韵母可 懂度测量d r t ( d i a g n o s t i cr h y m et e s t s ) 方法、失真平均意见分d m o s ( d e g r a d a t i o nm e a no p i n i o ns c o r e d m o s 痢满意度测量d a m ( d i a g n s t i c a c c e p t a b l i l i t ym e a s u r e ) 1 3 0 3 、汉语清晰度测试等。 在实际语音系统应用中，m o s 评分法使用最为普遍。它不仅用于语音编码， 通信设备性能测试上，也是语音客观评估方法研究中，作为衡量评价方法好坏 的重要依据之一。 m o s 法用于对语音整体满意度或语音通信质量的评价。其分值如表2 - 1 所 示。参加测试的评听人在听完测试语音后，从5 个等级中选择其中某一级作为 健对所测语音质量的评价。全体实验者的平均分就是所测语音质量的m o s 值。 由于主观上和客观上的种种原因，每次测试得到的m o s 大都会有波动，为了减 少波动的方差，除了参加测试的评听入要足够多之外( 一般至少人) ，所测语 音材料也应足够丰富，测试环境也要尽量保持相同。m o s 在3 5 左右称为通信 质量，这是感到重建话音质量下降，但不妨碍正常通话，可以满足话音系统使 用要求，m o s 在3 0 以下常称为合成语音质量，系指一些声码器合成的语音所 能达到的质量。它一般具有足够的可懂度，但自然度及讲话人的确认等方面不 够好。表2 2 为国际上一些些标准语音编码算法的语音质量主观评彳吉分。 m o s 判分质量级别失真级别 5 优( e x c e l l e n 0 不觉察 4 曼( g o o d ) 刚有觉察 3 可( f a i r ) 有觉察且刚觉可恶 2 差( p o o r ) 明显觉察且可恶但可忍受 重 不可接受( u n a c c e p t a b l e ) 不可忍受 表2 _ 量m o s 判分五级标准 9 武汉理t 大学硕士学位论文 算法名称 比特率m o s 分d r t 分d a m 分 p c m ( g 7 1 1 ) 6 4 k 4 3 9 57 3 a d p c m ( c l 7 2 1 ) 3 2 k4 19 46 8 l d - c e l p ( g 7 2 8 ) 1 6 k 4 o r p e - l t p ( g s m ) 1 3 k3 4 7 s k y p h o n e - m p l p 9 6 k 3 4 v s e l p - ( i s 5 4 ) 8 k3 4 5 c e l p ( f s l 0 1 6 ) 4 8 ：k3 5 29 3 76 2 2 s t c 14 8 k3 5 29 2 76 3 i m b e4 1 k3 4 s t c 2 2 4 k 2 99 0 15 6 l p c - 1 0 e ( f s l 0 1 5 ) 2 4 k2 38 9 95 2 3 l p c l s p8 0 09 1 2 表2 - - 2 国际上一些语音编码标准算法的语音质量主观评估分 显然，主观评价的优点是符合人对语音质量的感觉，缺点是费时费力费钱， 且灵活性不够，重复性和稳定性较差，受人的主观影响较大等。 2 2 2 2 客观评价 客观评估是指用机器自动判别语音质量它从原理上又可分为两类评价方式：基 于输入一输出方式的客观评估和基于输出方式的客观评估。基于输入输出方式 的评价是建立在原始语音信号和失真语音信号的误差对比上，大多数这种方式 的客观评估采用数值距离或者描述听觉系统如何来感知质量的听觉模型来量化 语音质量的好坏：基于输出的客观评价是仅以语音系统的输出信号来评估语音 质量的好坏。 客观评估方法研究自七十年代以来迅速发展，国内外学者提出了数以千计的 客观评估方法。这些方法从评估原理上可分为基于输入一输出和基于输出这两 大类方法，如果从它们各自使用的主要技术方法( 如谱分析，l p c 分析、听觉模型 分析、判断模型分析等) 和主要特征参量( 时域、参量、频域参量、变换域参量等) 又可以将这些客观评估方法分为以下六类：基于s n r 的评估方法、基于l p c 技 1 0 武汉理工大学硕七学位论文 术的评估方法、基于谱距离的评估方法、基于听觉模型的评估方法、基于判断 模型的评估方法、其它类评估方法。 2 2 3 常用客观语音评估算法介绍 语音质量是一种主观的测量结果，依赖于听说双方对语音的主观评价。因此， 语音质量其实是一种意见，因为它取决于大量的个体感知判断什么是可以接受 的或不能被接受。传统的语音质量测试方法是通过在实验室让很多人试听语音 并按照i t u 规范的“综合意见评分法”( m o s ) 1 4 】让他们对语音质量给出主观评价。 很显然这样的测试手段不仅是主观依赖的，而且费时费力。因而国际电信联盟 i t u 在9 0 年代中开始对端到端的语音质量自动客观测试技术进行标准化的工 作，并从此发展出三个主要的测试算法可供进行自动和可重复性的测 试：p s q m p s q m + ( 感知通话质量测量) 、p e s q t 2 l ( 感知评估通话质量测量) 、p a m s ( 感知分析测量) 闭j 。其中，p s q m 和p a m s 测量方法都需要发送一个语音参 考信号通过电话网络，在网络的另一端采用数字信号处理的方式比较样本信号 和接收到的信号，进而估算出网络的语音质量，而p e s q 的提出结合了p s q m 和p a m s 的优势，并针对v o l p 和混合的端到端应用作了改进，同时修改了m o s 和m o s i j c j 计算方法。 p a m s ( p e r c e p t u a la n a l y s i sm e a s u r e m e n ts y s t e m ) 是由英国电信开发出来，它根 据收听费劲程度和收听质量，利用感官模型比较声源信号和经过网络传输后退 化的接听信号。p a m s 分析退化信号中发现的不同类型的错误，将不同类型错误 参数化并映射到预测感官模型上。这个模型是在进行大量的主观听力测试后建 立的一个数据库。评测的结果给出一个综合意见评分值m o s ，分值范围在2 - - 5 之间，5 分代表最佳质量分值。 p s q m ( p e r c e p t u a ls p e e c hq u a l i t ym e a s u r e m e n t ) 是由荷兰的k p n 研究机构开 发出来，用于测量数字编码器的客观质量。最早被广泛应用的编码器测量手段 是测试语音信号的信噪比s n ，但这种测试方法对现代越来越多的低压缩比编码 器并不适用。p s q m 则比较声源信号和退化信号，测出后者的失真程度、噪音和 保真度。它已被u 制定成p 8 6 1 推荐规范，并有了一个增强型算法p s q m + ， 可更有效地分析大量瞬时失真。但这两种算法对信号过滤、不同的延时和短暂 局部失真不作处理( 现i t u t 已经将e 8 6 1 废弃，由e 8 6 2 取代) 。 此外，有必要指出，平均主观值m o s 是广泛认同的语音质量标准，因此， 武汉理工大学硕士学爱论文 无论采用何种方法所有测量方法都妊须对应它们的结果对应到最终的平均主观 值m o s ，以上各种方法均可以最终以m o s 值表示。 2 。2 4 语音质量主观评价和客观评价的关系 客观评价和主观评价之间的联系可用一种函数映射关系来表示，即囊= t ( q ) ，其中，t 为转换函数，q 为第i 个样本的客观评价值，爰为由t o 将q 转换 成的主观评价筐，鳓可以是线性或菲线性回妇关系也可以是多项式拟合关系。由 于客观评价实质上是对主观评价值的一种预测，因此客观评价方法的性能好坏是 以其与实际主观评价值的相关性来衡量，帮毫与墨的相关程度，墨秀实际主观评 价值。这种相关程度可用它们的相关度p 和误差范围s 来表示。计算公式见式( 1 ) ： p t 羔( 每一心) 2 l - 1 了f 墨一露。2 ，一q ( 1 一p 2 ) 2 其中，n 为样本数，表示实际主观评价值，童表示壶客观评价方法预测出 的主观评价值，以、吼分别为实际主观评价值的均值和标准偏差。 语言质量评价方法 i p i 语言质量评价方法 i p i 基于s n r 评价方法 a u d i t o r yf r e q w e i g h t e dl o gs d 0 7 8 s n r0 2 4 #i n v e r s el o gs d0 7 5 s e g m e n ts n r 0 7 7 #基于听觉模型评价方法 f r e q u e n c yv a r i a n ts e g s n r o 9 3 撑m s d o 8 6 基于l p c 分析评价方法b s do 8 9 l o gl p c 0 3 4m b s d 0 9 5 l i n e a rr e f l e c t i o nc o e f f i c i e n t 0 4 6p s q 鹾0 。9 4 武汉理工大学硬士学位论文 l o gl i k e l i h o o dr a t i o 0 4 8p 堙0 s 2 l i n es p e c t r u mp a i r s0 3 5 p l p - c e p s t r a l 0 6 4 l o g a r e ar a t i oo 。6 2p 一d e l t ac e p s t r a lo 。6 7 l t a k u r a o 5 9基于判断模型评价方法 c do 9 0 i _ ( a d ) m n b - 1 o 。9 5 基于谱距离评价方法 l ( a d ) m n b 2 o 9 6 s p e c t r a ld i s t a n c c ( s d ) o 8 0其他评价方法 l o g s d o 6 0l lo 6 9 f r e q u e n c yv a r i a n tl i n e a rs d o 6 8c h f 0 8 2 f r e q u e n c yv a r i a n tl o gs d o 。粥 e r p 0 。8 8 w e i g h t e d s l o p es d 0 7 4 注： 只是对波形编码语音的测试结果) 表2 _ _ 3 语言质量客观评价方法性能比较表 表2 - 3 分类给出了譬前具有代表性的客瓣评价方法的相关度数值表。卣于受 测试数据、测试方式等因素的影响，因而在不同文献中使用同样方法却会得到 不同结果。这里，本文采取：在同一文献中，对圊一评价方法因不同测试数据 所得到的不同结果取平均值；对不同文献中的同一评价方法所得到的不同结果 取最大值。 从上述客观评价方法研究的发展历程以及各种方法的评价性能来看，语音质 量客观评价研究的发展具有以下特点： 1 语音质量客观评价研究取得了比较好的成绩。 基于输入一输出的客观评价方法与主观评价的相关度已达到了0 9 5 左右， 如a d m n b , m b s d ，和p s q m 等方法，曩前，这类评价方法的主要闽题是要解 决好稳定性等问题。从语音质量客观评估性能的提高过程来看，客观评估方法 研究大致经历了这样几个阶段；时域分析阶段( 如s n r 等) ，频域谱分考斥阶段( 如 s d 等) ，模型参数( 肼c 分析) 阶段( 如c d 等) ，听觉模型阶段( b s d ，m b s d ，p s q m 等) 及听觉模型与判断模型的混合( h y b r i d ) 模型阶段( 如a d m n b ) 等。当然，各阶 段不是严格分开的，而是互相混迭，特别是新方法往往是建立在传统方法基础 上。 2 。听觉模型在语音质量客观评估磺究中占有十分重要的地位。 1 3 武汉理t 大学硕士学链论文 缎观客观评馈的发展过程可以清楚看到哭要在评髂中考虑了人对语音信号 的感知特性就会大幅度提高整个评估方法的性能。从这几年的研究成果来看， 性能较好的客观评价方法都以听觉模型为基础；如b s d ，m b s d ，p s q m , a d m n b 魈 擎o 3 判断模型的研究已开始得到重视。 人对语音质量的评估包含两个过程：听取过程和判断过程，因此，有必要 构造良好的判断模型并和听觉模型相结合起来建立更符合主观评估过程的客观 评估方法。虽然目前判断模型的研究已有所进展，如删n l i i 方法等，但是这 方面的研究工作还有待于进一步深入下去。 4 基于输出的客观评估方法研究有所发震，毽尚属萌芽阶段。 目前这种形式的客观评估方法与主观评估值的相关度还较低。尽管该方法 具有巨大的发展前景和实际应用价值，但是在理论方法上和在使用的具体技术 参数等方面还有待予突破性的进展。 2 3 本章小结 本章具体介绍了下一代网络的发震情况，以及语音质量测试技术的发震现 状。其中，具体结合项目的网络环境，分析比较了不同的语音质量测试方式。 同时，针对语音质量测试的成因进行了分析。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章语音质量分析技术 为了使本系统能更加真实、准确、客观的反映下一代网络中的语音质量，我 们在项目设计时对国内的下一代网络结构进行了整体分析，根据网络特点总结 了语音质量分析的构成因素。同时，根据各种标准给出了各种语音质量分析因 素的测试方法与计算方法。 3 1 语音质量分析构成因素分析 3 1 1 网络时延和抖动 在基于分组交换的网络中，网络时延和抖动是对网络质量评价不可缺少的两 个方面，而在n g n 网络中它们则是影响话音质量的主要原因，甚至还有可能会 会造成回音。其中，对于v 0 的时延由三部分组成：编解码及压缩时延、缓存 时延、数据包传送时延。编解码及压缩时延、缓存时延是由网关的处理所带来 的，数据包传送时延则要根据网络的带宽情况决定。 ( 1 ) 编解码及压缩时延，约占总时延的一半，例如g 7 2 3