【word】 VoIP语音质量及评测方法

【word】 VoIP语音质量及评测方法 VoIP语音质量及评测方法 口 TELECOMMUNlCATIONSNETWORKTECHNOLOGYNO.12CHNAT TLTEST 1引言 VolP语音质量及评测方法 张翠平工业和信息化部电信研究院泰尔实验室工程师 王艳平工业和信息化部电信研究院泰尔实验室工程师 支持全业务,融合通信是网络演进的方向,而这 一 切将是完全基于IP技术,即EverythingOverIP.那 么,IP语音将是未来必然的语音业务形式. VoIP业务主要有4种参考连接,它们可以划分 为:PC到PC,PC到电话(电话到PC)和电话到电话3 种类型,其中有两种连接方式均可实现PC到PC的 VolP业务(上述划分方式是按照VoIP语音通道涉及 的网络实体来进行的,与常规划分略有区别). 由于不同参考连接中涉及的设备和网络特性不 尽相同,因此影响不同参考连接语音质量的因素也有 差别.例如,在有网关的网络中,网关的性能优劣会直 接影响语音质量的好坏;而在纯IP网络中,网络性能 及终端性能则是影响语音质量水平的直接原因. 目前,车载网已经完成了lP化改造,电话到电话 的连接也已经广泛应用;随着Skype的出现,电话到 PC和PC到电话业务也逐渐流行起来.之前很少有人 关注语音质量,而是将目光集中在互联互通,业务应 用等方面,但是伴随着VoIP业务的广泛应用,VolP语 音质量问题凸现出来.本文将围绕语音质量及评测方 法进行讨论. 语音质量的评价来源于主观评测,是基于用户的 体验感觉,因此当我们提到用户满意度评分(MOS) 时,是指在可控环境下的主观评定结果.因此,现有所 说的语音质量是指端一端的语音质量,更加严格的说 是嘴一耳的单向语音质量评价. 2从语音质量分级中可以看到VolP语音 质量的重要性 ? 64? 在ITU—TG.109建议中,定义了全程传输质量评 定值(即E.Model中的R值,但在此处假定系统中回 声得到完全控制,且时延为零)与用户满意度之间的 关系. 在主观评价试验中给出的分值有五档标准,分别 用数字5,4,3,2,1表示.其中”5”代表最高分,表示非 常好,以后依次表示好,一般,不好,差. 下面端到端VoIP语音质量的分级方法. 目前,VolP语音质量的客观评价方法仅限于单向 试验,因此只考虑听觉语音质量分级方式. ?高级(M0S:4.4,4.0):在语音质量比较高的系 统中,时延一般小于100ms,例如PSTN系统.与此相对 应的MOS分也较高.大于4.0分的语音质量是可以使 用户满意的.但是IP电话系统一般难以达到这一水平 (窄带电话的语音质量得分最大为4.4分,这是在讲话 者回声响度评定值(TELR)为65dB的情况下得出的). ?中级(MOS:4.0,3.6):语音质量让部分用户不 满意,但是对于多数用户而言,还是满意的.这样一个 系统考虑了更大的时延以及语音压缩编码等带来的影 响.这一级别相当于在好的无线条件下移动电话业务 (使用GSMEFR编码或G.72632kbit/s编码)的水平.经 过精心设计的VolP系统才可能达到这个水平. ?低级(MOS:3.6,2.6):语音质量让大多数用户 不满意.但是从可懂度而言,是可以接受的.这样的系 统水平是长时延和失真等损伤组合造成的.一般的 VolP系统可能会处于这个水平. ?最后一个等级(MOS:2.6,1.0)为用户不可 接受的.这样一个水平的系统是不能用来运营语音 业务的. 3主观和客观评价方法 泰尔《电信网技术))2011年12月第12期口 端到端语音质量的评价方法主要有两种,即主观 评价和客观评价. (1)主观评价 主观评价方法的依据是ITU—TP.800(传输质量的 主观评价方法),利用人本身的主观感觉给听到(或对 话)的语音的满意度打分,打分的基本原则是可懂度. 依此分数来评价端到端的语音质量. 主观评价试验是需要设计的.设计的内容主要包 括物理条件,例如空间大小,噪声环境等;试验人员的 选择,如是否有听力问题,是否第一次参与试验等;语 音样本的选择以及测试数据的收集与整理方法等.同 时,主观评价试验的结果是一个统计的结果,是对众 多评价数据进行收集,统计,最后得到一个”平均意见 得分”,也就是MOS分.特别需要说明的是,每一次主 观评价试验的结果可能是不同. 由此可以看出,主观评价方法并不适用于实验 室对某个特定连接进行语音质量的评定,它仅适用 于在实验室环境下,对受控的连接和语音样本进行 综合评价. (2)客观评价 客观评价主要解决如何利用客观的方法评价语 音质量.根据声学特性以及人的心理声学模型,归纳 出客观评价指标.但是需要说明的是,任何客观评价 方法都是以主观评价为基础的.也就是说,客观评价 方法是否正确,合理,一定需要通过主观评价来评估. 只有结果与主观评价取得一致的客观评价方法,才是 正确的方法.另外,语音质量的客观评价是可以重复 的,即在相同测试条件下得到的客观评价分数是相同 的(这一点与主观评价非常不同). 从上述分析看出,作为实验室测试设备和系统应 采用客观评价方法.但采用何种客观方法更合理,更 准确,则需通过主观试验来验证. 4语音质量客观评价方法 目前,客观评价语音质量的方法是在听觉模式 下,在语音通道中(端到端地)传送语音样本信号;再 将接收到的语音信号与(经适配后的)原始样本信号 进行比较,以得到一个结果.然后,根据ITU.TP.800.1 建议的方法,计算出MOS分值. 语音质量评估试验有3种连接方式:电(接口)一 电(接口)的方式,电(接口)一声(接口)的方式以及声 (接口)一声(接口)的方式.一般而言,建议采用前两种 方式.因为对于声一声的方式,目前还无法进行回声性 能测试,而回声性能是一个非常重要的技术指标. 这3种方式的试验原理是相同的,只是针对不同 被测系统,选取不同的测试点. 如果要评估一个网络系统/设备的语音质量,建 议采用电一电的方式,直接在网络端点注入和取得信 号,这样可以避免终端引入的损伤. 如果要评估某个终端的语音质量,建议采用电一 声的方式.被测终端侧采用声接口,即从声通道注入 和取得信号,这样可以全面评估终端(包括声特性在 内)的语音质量,这也是用户真正感受到的语音质量. 如果对终端仍然采用电一电的方式,那么由于终端声 学特性造成的语音质量降级就无法评估. 需要说明的是,电一声方式测试的仍是系统端到 端的语音质量.在实验室环境下,除被测终端外的其 它系统部分是受控的,因此可以用此方法来评估终端 的性能. 目前,语音质量的知觉评估(PESQ)方法(ITU.T P.862建议)是国际上比较认同的语音质量评价方法, 但是这种方法只适用于电一电方式的试验,还没有被 验证可以用于声接口的测试.而适用于声接口的语音 质量评估方法还没有正式的国际标准出台(中国泰尔 实验室正积极研究声接口语音质量评估方法,已初见 成效). 5语音质量客观评价试验 如果是对一个系统作评估,主要需要考虑不同时 段,不同路由,不同时期网络系统的状况,这应是一个 统计值. 如果是对设备作评估,需要从以下3方面考虑: (1)网络条件 网络条件的好坏直接影响端到端的语音质量,而 ? 65? 口 TELECOMMUNICATlONSNETWORKTECHNOLOGYNo.12CHNAT TLTEST 终端的性能也是在不稳定的网络条件下才能充分体 现出来的.例如,当丢包率增加,时延增大且出现抖动 时,终端如何对这些损伤进行”修复”是非常重要的. 优秀的算法可以较好弥补这些损伤,使语音质量不会 因网络损伤而降级太多,这也是一个设备性能优劣的 体现. (2)终端内部算法的均衡 为达到一定的用户满意度,终端设备会采用很多 方法提高语音质量,例如增加舒适背景噪声,对丢失 的包进行补偿,话音激活检测,利用缓存减小抖动的 影响等.但是这些方法有时是相互矛盾的,比如利用 缓存可以改善抖动的影响,但是缓存的存在会增加设 备时延.因此,一个好的不是体现在某个指标有 多好,而是在各种技术问找到均衡点.这样,对终端进 行全面测试就是必要的. (3)编码的影响 目前,流行的语音编码很多,部分适用于IP电话, 例如G.711,G.729等.不同语音编码的速率不同,压 缩率不同,占用网络带宽不同,因此语音质量不尽相 同.特别是在不同网络环境下,不同编码表现出的性 能是有差别的. 在实际的客观评价中,不仅是将设备拿来测试就 可以的,还应综合考虑设备在不同网络条件,不同非 线性处理机制以及不同语音编码情况下的设备的性 能.这样才能全面评价设备VoIP性能. 6传输性能 端到端语音质量评价方法是把终端和网络设备 看作一个整体系统来评价.这种方法既适用于运营商 评价自己的网络特性,也适用于在实验室环境下,在 可控网络损伤的条件下对某个设备的总体性能进行 评价.但是,这种评价方法是一个”集大成”的方法,只 能得到一个”模糊”的印象分数,不能了解某个特定设 备由于什么原因导致语音质量的降低.由此,我们需 要定义一些传输性能指标来描述这些原因.对VoIP 设备的要求不仅仅局限于语音质量的评价,还应对其 传输性能进行测试. ? 66? 传输性能主要指设备的响度评定值,频率响应, 噪声特性,失真特性,回声特性等,此外还有背景噪声 传输和双向通话特性等.这些指标全面地考察了VoIP 设备在通话过程中的特性,由此能够分析设备的设计 缺陷.因此,传输性能的测试不仅可以完善语音质量 的评价,还可以帮助提高设备的设计水平. 它们共同的特点是以IP网为载体,进行语音甚至 是影像传输.在这里,我们把直接通过网线连接IP网 的电话和通过语音网关与IP网相连的普通电话统一 成为IP形式的电话,这种方式也最符合人们的使用习 惯.目前,国内和国际电信业仍然普遍限制VoIP,通过 IP或PC直接拨打PSTN的语音业务还没有放开.但 据工业和信息化部统计,2005年我国lP通话时长达 到1352.6亿分钟,同比2004年增长了124.4%,其中 还不包括一些地下运营商经营的VoIP国际业务.但 正如传统相机正在大规模的被更加方便的数码相机 所取代,VoIP发展成为主流业务,甚至完全取代 PSTN并不是痴人说梦. 当然,我们还得看到另外一面.虽然VoIP以其低 廉的价格赢得了大量的客户,但是,就目前而言,VoIP 的通话质量,还远达不到令人满意的程度,尤其是单个 终端为PC或IP的情况.这也正是为什么当前阶段 VoIP难以大规模普及的主要原因.有限的网络带宽会 恶化VoIP的语音质量,因此有人认为利用现代光纤技 术加快带宽建设以及控制网络流量就可以完全解决IP 网的语音服务质量,甚至达到电信级标准.但这似乎是 一 厢情愿的想法.流量工程仅仅可以改善服务质量,却 不能彻底解决服务质量的问题.因此,解决VoIP的服 务质量,不能仅仅依赖于外在IP网的改善,更应该同时 在VoIP终端自身的设计寻找解决的办法. 综上所述,VoIP要走上实际的应用,还有相当长 的路要走.就其自身而言,必须解决设计和测试中的 出现的丢包,时延等诸多问题.所以,只有当VoIP通 话具备最起码的稳定性以后,网络电话才会真正进入 寻常百姓家. (收稿日期:2011-07—02)