MOS語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)測(cè)指標(biāo)的介紹

1、MOS語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)測(cè)指標(biāo)的介紹NOKIA-目錄-1 前言32 語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)量和量化標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史33 MOS語(yǔ)音質(zhì)量量化的定義44 PESQ評(píng)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(cè)試方法55.1 NEMOOutdoor55.1.1 測(cè)試系統(tǒng)的要求65.1.2 測(cè)試系統(tǒng)的解決方案65.2 NetQual75.2.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成85.2.2 語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)試95.3 TEMSINVESTIGATION106 MOS測(cè)量的優(yōu)化建議錯(cuò)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(yǔ)音業(yè)務(wù)，語(yǔ)音質(zhì)量的好壞直接影響用戶對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的選擇；另外，隨著移動(dòng)

2、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的日趨成熟，客戶對(duì)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(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如何更好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行定量分析和測(cè)量就逐步擺在了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的面前。語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量的測(cè)量與通常移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)質(zhì)量測(cè)量有很大的區(qū)別。在GSM網(wǎng)絡(luò)中,對(duì)無(wú)線質(zhì)量的評(píng)價(jià)是通過(guò)RxQual來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是語(yǔ)音在GSM網(wǎng)絡(luò)中是經(jīng)過(guò)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(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際感受，語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量的測(cè)量將更好地反映用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)感受情況。本文將就語(yǔ)音QoS的測(cè)量方法進(jìn)行較深入地討論。2語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)量和量化標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史目前語(yǔ)音QOS測(cè)試方

3、法主要有主觀測(cè)試方法和客觀測(cè)試方法兩種，ITU-TP.800定義了MOS的主觀測(cè)試方法，客觀測(cè)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(duì)端網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試的方法。早期語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)測(cè)主要采用主觀評(píng)分的方式：調(diào)查用戶被要求按照1-5分對(duì)接收到的電話語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分(5表示最好，1表示最差)。這種主觀判斷評(píng)測(cè)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(píng)測(cè)法(MeanOpinionScore)。但是，這個(gè)主觀方法存在的最大問(wèn)題就是，在現(xiàn)實(shí)中，讓一組人接聽(tīng)語(yǔ)音和評(píng)價(jià)語(yǔ)音的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)起來(lái)是非常困難和昂貴的，因此

4、人們?cè)诓粩嗟奶剿髂苓M(jìn)行客觀測(cè)量的方法。MOS方法是一種模糊的評(píng)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(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)試開(kāi)始擺脫原始的人類主觀評(píng)估，而開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的波型文件(WaveFile),通過(guò)比較其通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸前后的變化計(jì)算出PSQM中相對(duì)應(yīng)的級(jí)別及好壞程度。ITU組織在2001年2月發(fā)布了新的語(yǔ)音傳輸質(zhì)量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：P.862-PESQ(PerceptualEvaluationofSpeechQuality)。PESQ是評(píng)價(jià)各類端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)條件和語(yǔ)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(lái)客觀地評(píng)價(jià)語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量，從而提供可以完全量化的語(yǔ)音質(zhì)量衡量方法，而這些衡量標(biāo)準(zhǔn)又是與人類對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的感受完全吻合的。PESQ由荷蘭的KPN公司和英國(guó)電信公司協(xié)彳開(kāi)發(fā)的，比其前身PSQM(PerceptualSpeechQualityMeasurement,ITU-TP.861)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。卜面的介紹將主要針對(duì)PESQ測(cè)量方法進(jìn)行更多詳細(xì)的闡述。3MOS語(yǔ)音質(zhì)量量化的定義發(fā)明電話開(kāi)始，語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)量方式是憑主觀的，人們摘起一個(gè)電話，然后由人耳來(lái)感知語(yǔ)音的好壞，這個(gè)方法是被廣泛認(rèn)同的?；谠撝饔^評(píng)測(cè)，人類接聽(tīng)和感知語(yǔ)音質(zhì)量的行為被調(diào)研和量化，接聽(tīng)何

6、種級(jí)別質(zhì)量的語(yǔ)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(píng)分）方法評(píng)價(jià)語(yǔ)音質(zhì)量，評(píng)測(cè)方法在ITU-TP.800中定義。MOS值的定義如下表所示：級(jí)另1JMOS直MOS®用戶滿意度仇4.05.0很好，聽(tīng)得清筵，姓遲很小，交流流物。艮J3.54.0稍差，聽(tīng)得清楚，延遲小，交流欠缺順暢，有點(diǎn)雜音。中3.03.5處口以，聽(tīng)小人清，有一足她遲，口以交流。差1.53.0勉強(qiáng)，聽(tīng)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(tīng)不懂，延遲大，交流不通物。一個(gè)平均主觀值MOS是4或更高，被認(rèn)為是比較好的語(yǔ)音質(zhì)量，而若平均主觀值MOS低于3.6,則大部分接

7、聽(tīng)者不能滿意這個(gè)語(yǔ)音質(zhì)量。平均主觀值MOS是廣泛認(rèn)同的語(yǔ)音質(zhì)量量化標(biāo)準(zhǔn)；因此，無(wú)論采用何種方法所有測(cè)量方法都必須將它們的結(jié)果最終對(duì)應(yīng)到平均主觀值MOS,如實(shí)際中采用到的PESQ（語(yǔ)音質(zhì)量的知覺(jué)評(píng)估）客觀測(cè)試方法。4PESQ評(píng)估方法的介紹PSEQ工具是用來(lái)計(jì)算語(yǔ)音樣本的MOS-LQO（MeanOpinionScore-ListeningQualityObjective）值，PESQ把在信號(hào)傳輸通過(guò)設(shè)備時(shí)提取的輸出信號(hào)與參照信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算出差異值。一般情況下，輸出信號(hào)和參照信號(hào)的差異性越大，計(jì)算出的MOS參數(shù)值就越低。實(shí)驗(yàn)證明其計(jì)算結(jié)果和主觀評(píng)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(kāi)始時(shí)兩個(gè)信號(hào)都通過(guò)電平調(diào)整，再用輸入濾波器模擬標(biāo)準(zhǔn)電話聽(tīng)筒進(jìn)行濾波(FFT)。然后對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間上的校準(zhǔn)，并通過(guò)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。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(píng)分。電平調(diào)整：各個(gè)待測(cè)系統(tǒng)的增益一般差別比較大，而且對(duì)參考信號(hào)沒(méi)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(lái)。輸入濾波：感知模型必須考慮人聽(tīng)到的實(shí)際聲音，在PESQ中使用了濾波器，起到一個(gè)模擬電話手柄的作用。時(shí)間調(diào)整和校準(zhǔn)：假設(shè)系統(tǒng)的時(shí)延是分段恒定的，在靜默期間和說(shuō)話期間時(shí)延可以改變，對(duì)每一段話語(yǔ)都給

9、出延時(shí)估計(jì)，然后得出聽(tīng)覺(jué)變換要用的一幀一幀的延時(shí)。PESQ中的聽(tīng)覺(jué)變換是一個(gè)生理聲學(xué)模型，它對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間-頻率映射，以及頻率和強(qiáng)度偏差處理，變化成時(shí)-頻可感知的響度表達(dá)。擾動(dòng)處理：計(jì)算參考信號(hào)與失真信號(hào)間的絕對(duì)差值。計(jì)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(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)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(shí)，得分可能會(huì)低于1.0,但這種情況很少見(jiàn)。4.2 PESQ的應(yīng)用PSQM只用在窄帶編解碼測(cè)量中，并且對(duì)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(shí)延變化不能給出精確的預(yù)測(cè)值。而PESQ關(guān)注到端對(duì)端的行為影響，并包括濾波和變化時(shí)延造成的影響。

10、PESQ能提供比PSQM與主觀意見(jiàn)更好的相關(guān)性，它能在很廣范的條件下對(duì)主觀質(zhì)量給出了很精確的預(yù)測(cè)，包括背景噪聲、模擬濾波、和時(shí)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(cè)值的。PESQ適用于目前所知的所有移動(dòng)通彳S技術(shù)，如GSMCDMA3G等，以及編碼器語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)量，如AMR5MOS的測(cè)試方法PESQ測(cè)量算法的測(cè)試系統(tǒng)，下面將現(xiàn)階段，許多主流測(cè)試儀器廠商先后推出了支持主要介紹幾個(gè)廠家的MOS測(cè)量相關(guān)解決方案。5.1 NEMOOutdoorNEMOOutdoor測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)增加簡(jiǎn)單的語(yǔ)音模塊，可以支持最新的PESQ語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)量。NEMO的語(yǔ)音模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收測(cè)試樣本，并完

11、成測(cè)試終端間相互同步的需求。5.1.1 測(cè)試系統(tǒng)的要求測(cè)試終端方面，要求測(cè)試手機(jī)應(yīng)該有一個(gè)模擬音頻接口，剛開(kāi)始時(shí)僅NOKIA6650手機(jī)支持，但如果其他DKU-2類型手機(jī)的測(cè)試軟件能將音頻信號(hào)連接到手機(jī)底部的連接端，那么這些手機(jī)也將支持語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)試。另外，接下來(lái)SagemOT290和NokiaDKU-5類型手機(jī)也將支持語(yǔ)音質(zhì)量的分析。手提電腦方面，對(duì)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(gè)NemoAudioModule（語(yǔ)音模塊）要求一個(gè)RS232接口，以及額外的一個(gè)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(cè)試系統(tǒng)的解決方案手機(jī)一手機(jī)的測(cè)量語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試中，終端可以單獨(dú)連接到電腦，也可以通過(guò)MMAC2設(shè)備連接。當(dāng)有多個(gè)測(cè)試終端需要同時(shí)連接時(shí)，就要用到MMAC2設(shè)備。語(yǔ)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(yǔ)音模塊也可以單獨(dú)使用，這時(shí)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(cè)試流程如下：1. 將一個(gè)參考樣本更新到每個(gè)語(yǔ)音模塊中。2. A測(cè)試手機(jī)呼叫B測(cè)試機(jī)，連接建立好后，A手機(jī)開(kāi)始發(fā)送參考樣本，而B(niǎo)手機(jī)開(kāi)始接收。3. 一旦接收端接收到所有的樣本，立即計(jì)算出PESQ的得分。4,然后，根據(jù)測(cè)

13、試模式，A手機(jī)繼續(xù)發(fā)送樣本（單一TX發(fā)送模式），或者A手機(jī)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(cè)試結(jié)束。手機(jī)一固網(wǎng)的測(cè)量TESTLAPTOPTestTerminalNemoAudioTestServerNemoOutdoor這種情況下的測(cè)試流程如下：1 .語(yǔ)音模塊的參考樣本更新2 .測(cè)試手機(jī)呼叫NemoAudioTestServer（音頻測(cè)試服務(wù)器）其中一個(gè)固定號(hào)碼。連接建立后，服務(wù)器開(kāi)始發(fā)送測(cè)試樣本，手機(jī)端則開(kāi)始接收。3,當(dāng)一個(gè)完整的樣本接收好后，NemoOutdoor將計(jì)算PESQ的得分。4.以上測(cè)試步驟將不但重復(fù)，直到測(cè)試結(jié)束。手機(jī)一周話的測(cè)量手機(jī)-固話的測(cè)試方法跟固

14、話-手機(jī)的測(cè)試方法類似，不同的是音頻測(cè)試服務(wù)器將作為接收端，并評(píng)估PESQ的得分。這些結(jié)果是手機(jī)上行質(zhì)量的得分，所以應(yīng)該在后臺(tái)處理時(shí)插入無(wú)線端的終端測(cè)量文檔，或者在測(cè)試時(shí)實(shí)時(shí)使用一個(gè)同步數(shù)據(jù)將測(cè)試文件傳送上來(lái)。其他方面的測(cè)量Nemo語(yǔ)音測(cè)試系統(tǒng)還提供支持POC和VoIP語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試的解決方案。5.2 NetQualNetQual是SwissQual的Qos測(cè)量套件，合成了分組數(shù)據(jù)和語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)量以及分析工具，適用于測(cè)量和分析無(wú)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(cè)試終端的圖例:5.2

15、.1測(cè)試系統(tǒng)的組成NetQual測(cè)試系統(tǒng)是由幾個(gè)子系統(tǒng)組成的:NQMP-NetQualMeasurementProbe測(cè)量終端NQMS-NetQualMediaServer媒體服務(wù)器NQTM-NetQualTestManager測(cè)試管理服務(wù)器NQDI-NetQualPost-processingSystem后臺(tái)處理服務(wù)器下圖是一個(gè)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(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)試Squad是SwissQual測(cè)試家族中可選模塊，它的測(cè)量考慮所有可能降低語(yǔ)音質(zhì)量的主要因素，并能分析出那個(gè)因素將導(dǎo)致質(zhì)量的下降。Squad是集成在NetQual中，實(shí)現(xiàn)多種語(yǔ)音測(cè)試的要求： SQuad-LQforListeningQuality下行語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)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(cè) SQuad-DTforDoubleTalkQuality含混語(yǔ)音的質(zhì)量下表是SwissQual針對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估和數(shù)據(jù)測(cè)試為NOKIA提供了兩個(gè)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(cè)試軟件暫不支持PESQ但提出了一個(gè)用于表達(dá)終端用戶對(duì)話音質(zhì)量直接感受的指標(biāo)一SQLSQI用于表達(dá)語(yǔ)