摘要 通過(guò)介紹基于PESQ專利算法的多網(wǎng)MOS對(duì)比測(cè)試解決方案,以及在各運(yùn)營(yíng)商的實(shí)際應(yīng)用案例展示了MOS測(cè)試在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估、優(yōu)化以及提高用戶感知度方面的重要作用。
1 引言
隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及,客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量要求不斷提高,語(yǔ)音質(zhì)量的好壞直接影響著用戶對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的選擇。因此,根據(jù)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求,建立一套語(yǔ)音質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)更好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行定量分析和評(píng)估,逐步成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。
最早的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)僅是基于無(wú)線質(zhì)量指標(biāo)(RxQual,C/I,F(xiàn)FER等),但實(shí)際語(yǔ)音在傳輸中會(huì)經(jīng)過(guò)無(wú)線、傳輸、交換、路由等多個(gè)節(jié)點(diǎn),任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致用戶語(yǔ)音感知差,僅僅考慮無(wú)線指標(biāo)是無(wú)法發(fā)現(xiàn)和定位語(yǔ)音質(zhì)量問(wèn)題的,于是基于用戶感知的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)方法逐漸成為用戶語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量評(píng)測(cè)的最主要標(biāo)準(zhǔn)。
2 MOS語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
常用的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。早期語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)價(jià)方式是主觀評(píng)價(jià),人們?cè)诖蛲娫捴笸ㄟ^(guò)人耳來(lái)感知語(yǔ)音質(zhì)量的好環(huán)。1996年,國(guó)際ITU組織在ITU-T P.800和P.830建議書開始制訂相關(guān)的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn),即MOS(Mean Opinion Score)測(cè)試。它是一種主觀測(cè)試方法,將用戶接聽和感知語(yǔ)音質(zhì)量的行為進(jìn)行調(diào)研和量化,由不同的調(diào)查用戶分別對(duì)原始標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音和經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳播后的衰退聲音進(jìn)行主觀感受對(duì)比,評(píng)出MOS分值(見表1)。顯而易見,在現(xiàn)實(shí)中讓一組人接聽語(yǔ)音和評(píng)價(jià)語(yǔ)音質(zhì)量是非常困難和昂貴的。
因此,ITU組織推行了大量的端到端語(yǔ)音質(zhì)量客觀測(cè)試技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,發(fā)布了幾種語(yǔ)音評(píng)估算法標(biāo)準(zhǔn)(PAMS,PSQM,PSQM+,MNB,PESQ)。MOS評(píng)測(cè)開始擺脫原始的主觀評(píng)估方式,使用量化算法計(jì)算相對(duì)應(yīng)的級(jí)別及語(yǔ)音質(zhì)量好壞程度。其中,P.862-PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality)算法是ITU組織在2001年2月發(fā)布的目前最新的語(yǔ)音傳輸質(zhì)量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn),由于其強(qiáng)大的功能和良好的相關(guān)性,它迅速成為目前最主流的語(yǔ)音評(píng)估算法。PESQ算法適用于評(píng)價(jià)各類端到端網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音質(zhì)量,它綜合考慮了感知中的各項(xiàng)影響因素(如編解碼失真、錯(cuò)誤、丟包、延時(shí)、抖動(dòng)和過(guò)濾等),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。
表1 MOS分值對(duì)照表
3 PESQ算法原理
從PESQ算法模型的結(jié)構(gòu)圖中可以看到整個(gè)算法的處理流程(見圖1)。參考信號(hào)和通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸后的退化信號(hào)通過(guò)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)。這兩個(gè)信號(hào)在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn),并通過(guò)聽覺變換和認(rèn)知模型,映射到對(duì)主觀平均意見分的預(yù)測(cè)。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分值就越低。
圖1 PESQ算法模型
PESQ作為ITU-P.862中推薦的語(yǔ)音評(píng)估最新算法,相對(duì)于PSQM和MNB只能用于窄帶編解碼測(cè)量,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)延變化只能給出不精確的預(yù)測(cè)值,它的算法模型能提供更好的相關(guān)性(見表2),能在更廣泛的條件下對(duì)主觀質(zhì)量給出精確地預(yù)測(cè),包括背景噪聲、模擬濾波、時(shí)延變化等。
表2 不同語(yǔ)音評(píng)估算法的相關(guān)性
ITU-T相關(guān)的資料證明:PESQ能夠給出非常精確的預(yù)測(cè)值,它適用于目前所知的所有移動(dòng)通信技術(shù),如GSM,CDMA,3G等,以及編碼器語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)量(AMR等)?梢哉f(shuō),PESQ是目前最為先進(jìn)和準(zhǔn)確的語(yǔ)音評(píng)估量化算法,由該算法得到的MOS評(píng)估結(jié)果最為切合用戶的實(shí)際主觀感受;诖耍疽恢敝铝τ赑ESQ算法的合作和研發(fā),并成為PESQ專利提出者國(guó)內(nèi)最早的合作伙伴,早在2002年初就已經(jīng)開始語(yǔ)音評(píng)估方面的開發(fā)和研究,分別在Fleet自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及Pioneer傳統(tǒng)路測(cè)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了PESQ測(cè)試,并在全國(guó)各地的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商中得到了大量推廣和應(yīng)用。通過(guò)不斷配合運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行PESQ專項(xiàng)研究和網(wǎng)絡(luò)評(píng)估測(cè)試,發(fā)現(xiàn)和定位網(wǎng)絡(luò)中存在的語(yǔ)音質(zhì)量問(wèn)題和隱患。在快速提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí),也不斷地豐富MOS測(cè)試系統(tǒng)的功能,提升工程師對(duì)于PESQ MOS算法,MOS優(yōu)化和測(cè)試的理解和積累,并實(shí)施于現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和優(yōu)化實(shí)際工作中。
4 鼎利MOS測(cè)試解決方案
鼎利MOS測(cè)試系統(tǒng)涵蓋了一個(gè)綜合的測(cè)試解決方案,它包括自動(dòng)路測(cè)系統(tǒng)和傳統(tǒng)路測(cè)系統(tǒng)。本文重點(diǎn)介紹最為廣泛的兩款MOS測(cè)試系統(tǒng)。
4.1 Pilot Pioneer——多網(wǎng)MOS路測(cè)系統(tǒng)
支持基于GSM,CDMA,TD-SCDMA和WCDMA的多款測(cè)試手機(jī)或商用手機(jī)進(jìn)行MOS評(píng)估測(cè)試,可同時(shí)對(duì)多達(dá)5網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。Pioneer作為一個(gè)通用的綜合測(cè)試平臺(tái),僅需增加單獨(dú)的音頻MOS盒配件,即可平滑升級(jí)到MOS測(cè)試功能,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 Pioneer MOS測(cè)試結(jié)構(gòu)圖
Pioneer路測(cè)系統(tǒng)的主要功能分為兩個(gè)方面:一是記錄測(cè)試時(shí)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量情況,另一個(gè)是內(nèi)置PESQ最新算法模塊,實(shí)時(shí)計(jì)算MOS分值并錄制退化聲音文件,同時(shí)給出一些相關(guān)質(zhì)量測(cè)試指標(biāo)(見圖3)。
圖3 MOS錄音文件波形