聽覺質(zhì)量客觀感知評(píng)估算法及其應(yīng)用

1、https:/聽覺質(zhì)量客觀感知評(píng)估算法及其應(yīng)用聽覺質(zhì)量客觀感知評(píng)估算法及其應(yīng)用【摘 要】ITU P.863 是下一代語音質(zhì)量測試技術(shù)，適用于固話、手機(jī)和 IP網(wǎng)絡(luò)。通過比較已知的參考信號(hào)和經(jīng)過待測系統(tǒng)后的退化信號(hào)，得到 MOS 分。應(yīng)用 POLQA 算法對(duì)手機(jī)的通話語音質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)估，分析影響手機(jī)通話性能的各種因素?！娟P(guān)鍵詞】P.863 POLQA 聽覺質(zhì)量 MOS1 引言P.863 是下一代語音質(zhì)量測試技術(shù)，適用于固話、手機(jī)和 IP 網(wǎng)絡(luò)。P.863的目標(biāo)是預(yù)測用戶感知，從窄帶到超寬帶的所有通信系統(tǒng)的聆聽語音質(zhì)量。正因?yàn)?P.863 的應(yīng)用帶寬得到了擴(kuò)展，POLQA 算法可用于 VoLTE

2、 的語音質(zhì)量評(píng)估。POLQA 算法既能用于電信號(hào)的測試（這和 P.862、P.861 是兼容的），同時(shí)也能用于聲信號(hào)的測試，即評(píng)估通過仿真耳記錄的信號(hào)。2 POLQA 算法介紹POLQA 算法原理和 PESQ 算法類似，通過比較參考信號(hào)和待評(píng)估的劣化信號(hào)，輸出感知質(zhì)量的預(yù)估值，劣化信號(hào)是參考信號(hào)經(jīng)過通信系統(tǒng)后的信號(hào)。具體如圖 1 所示。對(duì)信號(hào)的處理步驟包括幀分割、時(shí)間對(duì)齊、延遲計(jì)算，然后通過感知模型把參考信號(hào)和劣化信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部表征。把這些表征指標(biāo)綜合起來給出客觀聆聽質(zhì)量 MOS 分。幀分割是指把參考信號(hào)和劣化信號(hào)分割成一小段的等長的時(shí)間片，即幀信號(hào)。由于經(jīng)過通信系統(tǒng)后，劣化信號(hào)存在延時(shí)、電平

3、變化、數(shù)據(jù)包錯(cuò)位或丟失等情況，因此非常重要的一步是要把參考信號(hào)幀和劣化信號(hào)幀一對(duì)一地進(jìn)行匹配，這樣才能對(duì)每一對(duì)幀進(jìn)行比較分析。POLQA 算法是在參考信號(hào)中尋找和劣化信號(hào)幀的匹配幀，分別計(jì)算參考信號(hào)幀和匹配的劣化信號(hào)幀的延時(shí)。POLQA 算法使用了 6 個(gè)表征指標(biāo)，即頻率響應(yīng)指標(biāo)（FREQ）、噪聲指標(biāo)（NOISE）、混響指標(biāo)（REVERB）以及 3 個(gè)描述內(nèi)部差異的指標(biāo)，即時(shí)間、音調(diào)、響度域。在 POLQA 算法中，MOS-LQO 分在窄帶模式下最高為 4.5 分，超寬帶模式下為 4.75 分。https:/3 用 POLQA 算法分析影響語音質(zhì)量的因素利用 POLQA 算法的 MOS 分，能

4、夠直觀地反應(yīng)語音質(zhì)量的好壞。因此在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下分析手機(jī)在手持通話模式時(shí)，不同因素對(duì)通話質(zhì)量的影響。3.1 測試系統(tǒng)組成如圖 2 所示，測試系統(tǒng)主要包括：（1）消音室，包含頭肩模型器 HATS，4 個(gè)喇叭和 1 個(gè)低音炮，用于播放噪聲；（2）基站模擬系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)和手機(jī)的通信；（3）語音質(zhì)量分析儀，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)語音通話進(jìn)行 POLQA 算法的打分；（4）多徑信號(hào)模擬發(fā)生器，用于模擬多徑信號(hào)。3.2 通信制式的影響表 1 通信制式對(duì) MOS 分的影響通信制式 發(fā)送 MOS 分 接收 MOS 分GSM850 4.22 4.18WCDMA（Band） 4.20 4.18WCDMA（Band） 4.20 4

5、.173.3 發(fā)射功率的影響GSM 制式能夠通過模擬基站準(zhǔn)確地控制手機(jī)發(fā)射功率，因此選擇 GSM 頻段進(jìn)行測試?？梢?，對(duì)于正常的手機(jī)（手機(jī) A），發(fā)射功率對(duì)通話質(zhì)量沒有影響。然而，如果手機(jī)設(shè)計(jì)存在問題（手機(jī) B），比如天線干擾了麥克，導(dǎo)致通話存在電流音，那么通過 POLQA 算法也是能反映出來的。發(fā)射功率對(duì) MOS 分的影響如表 2 所示：表 2 發(fā)射功率對(duì) MOS 分的影響手機(jī) A 手機(jī) B發(fā)射功率等級(jí) 發(fā)送MOS 分 接收https:/MOS 分 發(fā)射功率等級(jí) 發(fā)送MOS 分 接收MOS 分3.4 編碼方式的影響根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的優(yōu)劣，手機(jī)會(huì)選擇合適的編碼方式以確保通話質(zhì)量。那么不同的編碼方式

6、對(duì)通話質(zhì)量的影響有多大？選擇 GSM 制式下不同 AMR 方式進(jìn)行測試。由表 3 可知，隨著碼速率的下降，MOS 分也是下降的。這和實(shí)際表現(xiàn)是一致的，在差的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，手機(jī)的碼速率下降，語音質(zhì)量也會(huì)下降。表 3 編碼方式對(duì) MOS 分的影響編碼（GSM 制式） 發(fā)送 MOS 分 接收 MOS 分AMR Full Rate 7.95kbps 3.97 4.02AMR Full Rate 5.90kbps 3.84 3.88AMR Full Rate 4.75kbps 3.67 3.73AMR Half Rate 7.95kbps 3.98 4.01AMR Half Rate 6.70kbps 3

7、.94 3.96AMR Half Rate 5.90kbps 3.81 3.88AMR Half Rate 5.15kbps 3.73 3.783.5 信道衰落的影響實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，不可能保證手機(jī)接收到的基站信號(hào)只有直射信號(hào)，即信道衰落是不可避免的。通過多徑信號(hào)模擬發(fā)生器，選擇國際規(guī)范規(guī)定的衰落模型，對(duì)模擬基站發(fā)出的基帶信號(hào)進(jìn)行衰落，評(píng)估不同的信噪比對(duì)語音質(zhì)量的影響。由于衰落是加在接收信號(hào)上的，因此只影響接收 MOS分。從表 4 可知，信噪比對(duì)語音質(zhì)量的影響很大。表 4 信道衰落對(duì) MOS 分的影響 AWGN 的 Eb/No 值/dB 接收 MOS 分10 4.160 3.88-2 3.34-

8、4 2.153.6 噪聲環(huán)境的影響噪聲環(huán)境是常常會(huì)遇到的，商場、鬧市區(qū)都充滿了各種噪聲。選擇 ETSI 規(guī)https:/定的“ETSI schoolyard_480sec+9_5dB.wav”作為噪聲源，評(píng)估不同噪聲音量下的 MOS 分變化。從表 5 可知，待測手機(jī)的發(fā)送 MOS 分受噪聲影響較大，這是因?yàn)樵撌謾C(jī)是單麥克的，其噪聲抑制的能力有限。表 5 噪聲對(duì) MOS 分的影響人頭處的最大噪聲（SPL）/dBA 發(fā)送 MOS 分73.9 3.6765.6 4.0455.4 4.194 結(jié)束語由上述內(nèi)容可知，POLQA 算法是語音質(zhì)量評(píng)估的有效手段。VoLTE 語音性能要求使用 POLQA 算法進(jìn)行語音質(zhì)量測試。借助 POLQA 算法，本文分析了影響語音質(zhì)量的幾個(gè)因素，其中編碼方式、信道衰落和噪聲都對(duì)語音質(zhì)量有比較大的影響。而通信制式、發(fā)射功率基本對(duì)語音質(zhì)量沒有影響。如果手機(jī)的通話質(zhì)量有問題，也是能夠通過 MOS 分直接反映出來的。參考文獻(xiàn)：2 朱曉峰. 客觀聽音質(zhì)量模型的開發(fā)J. 通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)， 2011（4）：63-67.3 林建鋒，朱猛. 有關(guān)在移動(dòng)通信中語音質(zhì)量評(píng)