MOS語音質(zhì)量評測指標(biāo)的介紹

1、僅供個人參考MOS語音質(zhì)量評測指標(biāo)的介紹NOKIA- 目錄 -1 前言 錯誤！未定義書簽。2 語音質(zhì)量測量和量化標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史 錯誤！未定義書簽。3 MOS語音質(zhì)量量化的定義 錯誤！未定義書簽。For personal use only in study and research; not for commercial use4 PESQ評估方法的介紹 錯誤！未定義書簽4.1 PESQ 的基本原理 錯誤！未定義書簽。4.2 PESQ 的應(yīng)用 錯誤！未定義書簽。For personal use only in study and research; not for commercial use5

2、MOS的測試方法 錯誤！未定義書簽5.1 NEMO Outdoor 錯誤！未定義書簽。5.1.1 測試系統(tǒng)的要求 錯誤！未定義書簽。For personal use only in study and research; not for commercial use5.1.2 測試系統(tǒng)的解決方案 錯誤！未定義書簽。5.2 NetQual 錯誤！未定義書簽。5.2.1 測試系統(tǒng)的組成 錯誤！未定義書簽。5.2.2 語音質(zhì)量的測試 錯誤！未定義書簽。5.3 TEMS INVESTIGATION 錯誤！未定義書簽。6 MOS 測量的優(yōu)化建議 錯誤！未定義書簽。不得用于商業(yè)用途僅供個人參考1 前言直到

3、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

4、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：PSQM PSQM+、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(Mean Opi

5、nionScore)。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(Perceptual Speech Quality Measurement )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(jī)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

6、新的語音傳輸質(zhì)量測量標(biāo)準(zhǔn)：P.862 PESQ(Perceptual Evaluation of Speech Quality )。PESQ是評價各類端對端網(wǎng)絡(luò)條件和語音 編碼與解碼的最新標(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)作開發(fā)的，比其前身PSQM( Perceptual Speech Quality Measurement, ITU-T P.861 )有了長足的進(jìn)展。下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。3 MOS

7、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。基于該主觀評測，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：級別MOS®MOSt用戶滿意度優(yōu)4.0 5.0很好，聽得清楚，延遲很小，交流流暢。艮3.5 4.0稍差，聽得清楚，延遲小，交流欠缺順暢，有點雜音。中3.0 3.5還可以，聽不太清，有一定延遲，可以交流。差1

8、.5 3.0勉強(qiáng)，聽不太清，延遲較大，交流重復(fù)多次。為0-1.5劣0-1.5極差，聽不懂，延遲大，交流不通暢。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。4 PESQ評估方法的介紹PSEQ 工具是用來計算語音樣本的 MOS-LQO (Mean Opinion Score - Listening Quality Objecti

9、ve )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PES6模型的結(jié)構(gòu)圖：*豈*遣亢果總?cè)鐖D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(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

10、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(qiáng)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的值一月落在1.0和4.5之間，在失

11、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。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 GSM CDMA 3G等，以及編碼器語音質(zhì)量的測量，如 AMR5 MOS的測試方

12、法現(xiàn)階段，許多主流測試儀器廠商先后推出了支持 PESQ測量算法的測試系統(tǒng)，下面將 主要介紹幾個廠家的MOS測量相關(guān)解決方案。5.1 NEMO OutdoorNEMO Outdoor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(jī)應(yīng)該有一個模擬音頻接口，剛開始時僅NOKIA6650手機(jī)支持，但如果其他DKU-2類型手機(jī)的測試軟件能將音頻信號連接到手機(jī)底部的連接端，那么這些手機(jī)也將支持語音質(zhì)量的測試。另外，接下來 Sagem OT290和Nokia DK

13、U- 5類型手機(jī)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Nemo Outdoor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Nemo Audio Module （語音模 塊）要求一個RS232接口，以及額外的一個 USB端口。其他如Nemo Audio Module、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(jī)一手機(jī)的測量serial trace and powerserial t船gTEST LAPTOPand powerNemo Outdbor例悔I trace and power語音質(zhì)量測試中，終端可以單獨連接到電

14、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(jī)呼叫B測試機(jī)，連接建立好后，A手機(jī)開始發(fā)送參考樣本，而 B手機(jī) 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

15、這樣不斷重復(fù)發(fā)送和接收直到測試結(jié)束。手機(jī)一固網(wǎng)的測量不得用于商業(yè)用途僅供個人參考Test TerminalPLMN/PSTNaudio signalNemo Audio ModuletraceTEST LAPTOP Nemo OutdoorNemo Audio Test Server-Up to 12 PSTN fixedine interfaces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(jī)呼叫Nemo Audio Test Server （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(jī)端則開始接收。3 .當(dāng)一個完整的樣本接收好后，Nem

16、o Outdoor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(jī)一周話的測量手機(jī)-固話的測試方法跟固話-手機(jī)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(jī)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)。NetQ

17、ual提供了 IP、PSTN和ISDN接口，可以連接2G、2.5G和3G多種終端。5.2.1 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-NetQual Measurement Probe 測量終端 NQMS-NetQual Media Server 媒體服務(wù)器 NQTM-NetQual Test Manager 測試管理服務(wù)器 NQDI-NetQual Post-processing System后臺處理服務(wù)器下圖是一個NetQual系統(tǒng)組成的示意圖：Measurement ProbeN«tQualiNetQualPSTN/ISDNPost-pro ces

18、sing Pcst'piflc-essinigStrvtrClieni（5）GSMA3PRS /UMTSNetQ I： Meurement Pre beNetQual Mdlti-Madij StfvtrHetQualMeatEurementProbeN etQ ua I iMeasuremenl: Probe不得用于商業(yè)用途下圖是該系統(tǒng)測試終端的圖例:5.2.2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-LQ f

19、or Listening Quality 下行語音質(zhì)量的測量 SQuad-SS for Silence Suppression 靜音壓縮 SQuad-NS for Noise Suppression噪聲的抑制 SQuad-EC for Echo Canceller Quality回聲抑制的質(zhì)量 SQuad-ECP for Echo Detection 回聲的監(jiān)測 SQuad-DT for Double Talk Quality 含混語音的質(zhì)量卜表是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:Node 1Node 2Dell lap top configured

20、 with- NQMP Measurement Probe- NQDI Post Processing system- NQMS Voice ResponderDell lap top configured with-NQMP Measurement Probe-NQMS UDP and Voice ResponderSupported Tests:Speech Quality Test (SQuad-LQ) Noise Suppression Test (SQuad-NS) Silence Suppression Test (SQuad-SS) Echo Cancellation Test

21、(SQuad-EC) Echo Passive Test (SQuad-ECP) Double Talk Test (SQuad-DT)Inband Round Trip Time TestIP trace TestFTP TestUDP TestHIIP TestEMAIL TestPING TestPING Trace TestSupported Tests:Speech Quality Test (SQuad-LQ) Noise Suppression Test (SQuad-NS) Silence Suppression Test (SQuad-SS) Echo Cancellatio

22、n Test (SQuad-EC) Echo Passive Test (SQuad-ECP) Double Talk Test (SQuad-DT)5.3 TEMS INVESTIGATIONTEMS Investigation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)-SQLSQI用于表達(dá)語音由于無線鏈路傳輸造成的失真度。該算法考慮諸多的無線參數(shù)，包 括BER FER切換頻率、切換狀態(tài)、DTX是否激活，以及所用的編碼器等，從而給出最 終的語音質(zhì)量評估值SQL SQI的取值范圍從20到30 ,從小到大其語音質(zhì)量逐步提升。 它與另一種國際通用的語音評估方法 MOS之間有直接的對應(yīng)關(guān)系?，F(xiàn)給出一個簡單的對 應(yīng)表：SQIMOS-201.0101.46183.67193.76213.91304.24這里需要指出的是對于不同的編碼器類型，SQI是有上限的。對于半速率編碼器而言，SQI的上限為19,而全速率則為21,增強(qiáng)型全速率為30。這是因為不同的編碼方 法對數(shù)據(jù)的壓縮是不同的，從而造成的語音失真也是不同的。通常我們認(rèn)為當(dāng)SQI