MOS語音質(zhì)量評測指標(biāo)的介紹

1、MOS語音質(zhì)量評測指標(biāo)的介紹NOKIA-目錄-1 前言32 語音質(zhì)量測量和量化標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史33 MOS語音質(zhì)量量化的定義44 PESQ評估方法的介紹44.1 PESQ的基本原理44.2 PESQ的應(yīng)用55 MOS的測試方法55.1 NEMOOutdoor55.1.1 測試系統(tǒng)的要求65.1.2 測試系統(tǒng)的解決方案65.2 NetQual75.2.1 測試系統(tǒng)的組成85.2.2 語音質(zhì)量的測試95.3 TEMSINVESTIGATION106 MOS測量的優(yōu)化建議錯誤！未定義書簽。1前言直到現(xiàn)在，GSM網(wǎng)絡(luò)的最主要基本業(yè)務(wù)仍然是語音業(yè)務(wù)，語音質(zhì)量的好壞直接影響用戶對于運營商的選擇；另外，隨著移動

2、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的日趨成熟，客戶對網(wǎng)絡(luò)的性能質(zhì)量要求逐漸提高。因此，根據(jù)電信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求，建立一套客觀評估標(biāo)準(zhǔn)，如何更好地對網(wǎng)絡(luò)的語音服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行定量分析和測量就逐步擺在了網(wǎng)絡(luò)運營商的面前。語音服務(wù)質(zhì)量的測量與通常移動網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量測量有很大的區(qū)別。在GSM網(wǎng)絡(luò)中,對無線質(zhì)量的評價是通過RxQual來實現(xiàn)的。但是語音在GSM網(wǎng)絡(luò)中是經(jīng)過信道及信源編碼的，而RxQual只能描述空中接口的傳輸質(zhì)量，并不能給出終端用戶對無線網(wǎng)絡(luò)的實際感受，語音服務(wù)質(zhì)量的測量將更好地反映用戶對網(wǎng)絡(luò)的真實感受情況。本文將就語音QoS的測量方法進(jìn)行較深入地討論。2語音質(zhì)量測量和量化標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史目前語音QOS測試方

3、法主要有主觀測試方法和客觀測試方法兩種，ITU-TP.800定義了MOS的主觀測試方法，客觀測試方法主要有：PSQMPSQM+、PESQ等。其中ITU-TP.862(PESQ是目前ITU推薦用于端對端網(wǎng)絡(luò)語音質(zhì)量測試的方法。早期語音質(zhì)量的評測主要采用主觀評分的方式：調(diào)查用戶被要求按照1-5分對接收到的電話語音質(zhì)量進(jìn)行評分(5表示最好，1表示最差)。這種主觀判斷評測法由ITU組織在1996年8月制定為標(biāo)準(zhǔn)，具P.800標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)定義了這種MOS評測法(MeanOpinionScore)。但是，這個主觀方法存在的最大問題就是，在現(xiàn)實中，讓一組人接聽語音和評價語音的質(zhì)量實現(xiàn)起來是非常困難和昂貴的，因此

4、人們在不斷的探索能進(jìn)行客觀測量的方法。MOS方法是一種模糊的評估方法，因此ITU-T在建議P.861中又提出了PSQM(PerceptualSpeechQualityMeasurement)方法。根據(jù)P.861提出的PSQM方法，語音質(zhì)量的測試開始擺脫原始的人類主觀評估，而開始使用計算機產(chǎn)生的波型文件(WaveFile),通過比較其通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸前后的變化計算出PSQM中相對應(yīng)的級別及好壞程度。ITU組織在2001年2月發(fā)布了新的語音傳輸質(zhì)量測量標(biāo)準(zhǔn)：P.862-PESQ(PerceptualEvaluationofSpeechQuality)。PESQ是評價各類端對端網(wǎng)絡(luò)條件和語音編碼與解

5、碼的最新標(biāo)準(zhǔn)。PESQ可以根據(jù)一些感知標(biāo)準(zhǔn)來客觀地評價語音信號的質(zhì)量，從而提供可以完全量化的語音質(zhì)量衡量方法，而這些衡量標(biāo)準(zhǔn)又是與人類對語音質(zhì)量的感受完全吻合的。PESQ由荷蘭的KPN公司和英國電信公司協(xié)彳開發(fā)的，比其前身PSQM(PerceptualSpeechQualityMeasurement,ITU-TP.861)有了長足的進(jìn)展。卜面的介紹將主要針對PESQ測量方法進(jìn)行更多詳細(xì)的闡述。3MOS語音質(zhì)量量化的定義發(fā)明電話開始，語音質(zhì)量的測量方式是憑主觀的，人們摘起一個電話，然后由人耳來感知語音的好壞，這個方法是被廣泛認(rèn)同的?；谠撝饔^評測，人類接聽和感知語音質(zhì)量的行為被調(diào)研和量化，接聽何

6、種級別質(zhì)量的語音，得到多少平均主觀值MOS,人類將起主要的反映作用。采用MOS（平均主觀評分）方法評價語音質(zhì)量，評測方法在ITU-TP.800中定義。MOS值的定義如下表所示：級另1JMOS直MOS®用戶滿意度仇4.05.0很好，聽得清筵，姓遲很小，交流流物。艮J3.54.0稍差，聽得清楚，延遲小，交流欠缺順暢，有點雜音。中3.03.5處口以，聽小人清，有一足她遲，口以交流。差1.53.0勉強，聽不太清，延遲較大，交流重復(fù)多次。劣0-1.5劣0-1.5極差，聽不懂，延遲大，交流不通物。一個平均主觀值MOS是4或更高，被認(rèn)為是比較好的語音質(zhì)量，而若平均主觀值MOS低于3.6,則大部分接

7、聽者不能滿意這個語音質(zhì)量。平均主觀值MOS是廣泛認(rèn)同的語音質(zhì)量量化標(biāo)準(zhǔn)；因此，無論采用何種方法所有測量方法都必須將它們的結(jié)果最終對應(yīng)到平均主觀值MOS,如實際中采用到的PESQ（語音質(zhì)量的知覺評估）客觀測試方法。4PESQ評估方法的介紹PSEQ工具是用來計算語音樣本的MOS-LQO（MeanOpinionScore-ListeningQualityObjective）值，PESQ把在信號傳輸通過設(shè)備時提取的輸出信號與參照信號進(jìn)行比較計算出差異值。一般情況下，輸出信號和參照信號的差異性越大，計算出的MOS參數(shù)值就越低。實驗證明其計算結(jié)果和主觀評分結(jié)果是基本一致的。4.1 PESQ的基本原理下圖是

8、PESQ模型的結(jié)構(gòu)圖:如圖所示，開始時兩個信號都通過電平調(diào)整，再用輸入濾波器模擬標(biāo)準(zhǔn)電話聽筒進(jìn)行濾波(FFT)。然后對這兩個信號進(jìn)行時間上的校準(zhǔn)，并通過聽覺變換，這個變換包括對系統(tǒng)中線性濾波和增益變化的補償和均衡。為了獲得主觀和客觀之間的較高關(guān)聯(lián)性，再輸入到認(rèn)知模型，最后得到質(zhì)量評分。電平調(diào)整：各個待測系統(tǒng)的增益一般差別比較大，而且對參考信號沒有確定的校準(zhǔn)電平，所以有必要將二者調(diào)整到統(tǒng)一、恒定的電平上來。輸入濾波：感知模型必須考慮人聽到的實際聲音，在PESQ中使用了濾波器，起到一個模擬電話手柄的作用。時間調(diào)整和校準(zhǔn)：假設(shè)系統(tǒng)的時延是分段恒定的，在靜默期間和說話期間時延可以改變，對每一段話語都給

9、出延時估計，然后得出聽覺變換要用的一幀一幀的延時。PESQ中的聽覺變換是一個生理聲學(xué)模型，它對信號進(jìn)行時間-頻率映射，以及頻率和強度偏差處理，變化成時-頻可感知的響度表達(dá)。擾動處理：計算參考信號與失真信號間的絕對差值。計算PESQ的得分：處理的結(jié)果經(jīng)認(rèn)知模型，最終給出了客觀語音質(zhì)量的評估得分。PESQ的值一般落在1.0和4.5之間，在失真情況嚴(yán)重時，得分可能會低于1.0,但這種情況很少見。4.2 PESQ的應(yīng)用PSQM只用在窄帶編解碼測量中，并且對某些類型的編解碼、背景噪聲和端到端的影響，比如濾波和時延變化不能給出精確的預(yù)測值。而PESQ關(guān)注到端對端的行為影響，并包括濾波和變化時延造成的影響。

10、PESQ能提供比PSQM與主觀意見更好的相關(guān)性，它能在很廣范的條件下對主觀質(zhì)量給出了很精確的預(yù)測，包括背景噪聲、模擬濾波、和時延變化等。ITU-T相關(guān)的資料已證明PESQ是能夠給出精確的預(yù)測值的。PESQ適用于目前所知的所有移動通彳S技術(shù)，如GSMCDMA3G等，以及編碼器語音質(zhì)量的測量，如AMR5MOS的測試方法PESQ測量算法的測試系統(tǒng)，下面將現(xiàn)階段，許多主流測試儀器廠商先后推出了支持主要介紹幾個廠家的MOS測量相關(guān)解決方案。5.1 NEMOOutdoorNEMOOutdoor測試系統(tǒng)通過增加簡單的語音模塊，可以支持最新的PESQ語音質(zhì)量測量。NEMO的語音模塊實現(xiàn)發(fā)送和接收測試樣本，并完

11、成測試終端間相互同步的需求。5.1.1 測試系統(tǒng)的要求測試終端方面，要求測試手機應(yīng)該有一個模擬音頻接口，剛開始時僅NOKIA6650手機支持，但如果其他DKU-2類型手機的測試軟件能將音頻信號連接到手機底部的連接端，那么這些手機也將支持語音質(zhì)量的測試。另外，接下來SagemOT290和NokiaDKU-5類型手機也將支持語音質(zhì)量的分析。手提電腦方面，對內(nèi)存、電源的要求跟其他NemoOutdoor系統(tǒng)一樣；多任務(wù)操作要求便攜的性能要好；除非安裝了MMAC2設(shè)備，否則每個NemoAudioModule（語音模塊）要求一個RS232接口，以及額外的一個USB端口。其他如NemoAudioModule

12、、適配的音頻/信令跟蹤數(shù)據(jù)線等。5.1.2 測試系統(tǒng)的解決方案手機一手機的測量語音質(zhì)量測試中，終端可以單獨連接到電腦，也可以通過MMAC2設(shè)備連接。當(dāng)有多個測試終端需要同時連接時，就要用到MMAC2設(shè)備。語音模塊單元需要安裝在MMAC2設(shè)備最上面的槽位，這樣它們才能取得電源供應(yīng)。當(dāng)然語音模塊也可以單獨使用，這時需要其他外部電源給它供電，或使用最近的USB端口給它供電。這種情況下的測試流程如下：1. 將一個參考樣本更新到每個語音模塊中。2. A測試手機呼叫B測試機，連接建立好后，A手機開始發(fā)送參考樣本，而B手機開始接收。3. 一旦接收端接收到所有的樣本，立即計算出PESQ的得分。4,然后，根據(jù)測

13、試模式，A手機繼續(xù)發(fā)送樣本（單一TX發(fā)送模式），或者A手機隨后變成接收方（雙向模式）。就這樣不斷重復(fù)發(fā)送和接收直到測試結(jié)束。手機一固網(wǎng)的測量TESTLAPTOPTestTerminalNemoAudioTestServerNemoOutdoor這種情況下的測試流程如下：1 .語音模塊的參考樣本更新2 .測試手機呼叫NemoAudioTestServer（音頻測試服務(wù)器）其中一個固定號碼。連接建立后，服務(wù)器開始發(fā)送測試樣本，手機端則開始接收。3,當(dāng)一個完整的樣本接收好后，NemoOutdoor將計算PESQ的得分。4.以上測試步驟將不但重復(fù)，直到測試結(jié)束。手機一周話的測量手機-固話的測試方法跟固

14、話-手機的測試方法類似，不同的是音頻測試服務(wù)器將作為接收端，并評估PESQ的得分。這些結(jié)果是手機上行質(zhì)量的得分，所以應(yīng)該在后臺處理時插入無線端的終端測量文檔，或者在測試時實時使用一個同步數(shù)據(jù)將測試文件傳送上來。其他方面的測量Nemo語音測試系統(tǒng)還提供支持POC和VoIP語音質(zhì)量測試的解決方案。5.2 NetQualNetQual是SwissQual的Qos測量套件，合成了分組數(shù)據(jù)和語音質(zhì)量測量以及分析工具，適用于測量和分析無線或有線的電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)。NetQual提供了IP、PSTN和ISDN接口，可以連接2G、2.5G和3G多種終端PSTM/ISDN下圖是該系統(tǒng)測試終端的圖例:5.2

15、.1測試系統(tǒng)的組成NetQual測試系統(tǒng)是由幾個子系統(tǒng)組成的:NQMP-NetQualMeasurementProbe測量終端NQMS-NetQualMediaServer媒體服務(wù)器NQTM-NetQualTestManager測試管理服務(wù)器NQDI-NetQualPost-processingSystem后臺處理服務(wù)器下圖是一個NetQual系統(tǒng)組成的示意圖:N&tQual匐比a制降m電MProbeNetQImeritProbeNletQiialMeatEurementProbeNetQualSMeasurementProbeGSM/GPRS/UMTSNetQualPojt-proc

16、essingS«rvtrNetQualPost-pioc«ssinigCl漁Mt©TestMarager77MiM-MidijSirvtr5.2.2語音質(zhì)量的測試Squad是SwissQual測試家族中可選模塊，它的測量考慮所有可能降低語音質(zhì)量的主要因素，并能分析出那個因素將導(dǎo)致質(zhì)量的下降。Squad是集成在NetQual中，實現(xiàn)多種語音測試的要求： SQuad-LQforListeningQuality下行語音質(zhì)量的測量 SQuad-SSforSilenceSuppression靜音壓縮 SQuad-NSforNoiseSuppression噪聲的抑制 SQua

17、d-ECforEchoCancellerQuality回聲抑制的質(zhì)量 SQuad-ECPforEchoDetection回聲的監(jiān)測 SQuad-DTforDoubleTalkQuality含混語音的質(zhì)量下表是SwissQual針對語音質(zhì)量評估和數(shù)據(jù)測試為NOKIA提供了兩個解決方案：Node1Node2Delllaptopconfiguredwith- NQMPMeasurementProbe- NQDIPostProcessingsystem- NQMSVoiceResponderDelllaptopconfiguredwith-NQMPMeasurementProbe-NQMSUDPand

18、VoiceResponderSupportedTests:SpeechQualityTest(SQuad-LQ)NoiseSuppressionTest(SQuad-NS)SilenceSuppressionTest(SQuad-SS)EchoCancellationTest(SQuad-EC)EchoPassiveTest(SQuad-ECP)DoubleTalkTest(SQuad-DT)InbandRoundTripTimeTestIPtraceTestFTPTestUDPTestHIIPTestEMAILTestPINGTestSupportedTests:SpeechQualityTest(SQuad-LQ)NoiseSuppressionTest(SQuad-NS)SilenceSuppressionTest(SQuad-SS)EchoCancellationTest(SQuad-EC)EchoPassiveTest(SQuad-ECP)DoubleTalkTest(SQuad-DT)PINGTraceTest5.3 TEMSINVESTIGATIONTEMSInvestigation網(wǎng)絡(luò)測試軟件暫不支持PESQ但提出了一個用于表達(dá)終端用戶對話音質(zhì)量直接感受的指標(biāo)一SQLSQI用于表達(dá)語