聽覺質量客觀感知評估算法及其應用

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

聽覺質量客觀感知評估算法及其應用

吳東梅

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

ITU P.863是下一代語音質量測試技術，適用于固話、手機和IP網絡。通過比較已知的參考信號和經過待測系統(tǒng)后的退化信號，得到MOS分。應用POLQA算法對手機的通話語音質量進行客觀評估，分析影響手機通話性能的各種因素。

P.863 POLQA 聽覺質量 MOS

1 引言

P.863是下一代語音質量測試技術，適用于固話、手機和IP網絡。P.863的目標是預測用戶感知，從窄帶到超寬帶的所有通信系統(tǒng)的聆聽語音質量。正因為P.863的應用帶寬得到了擴展，POLQA算法可用于VoLTE的語音質量評估。

POLQA算法既能用于電信號的測試（這和P.862、P.861是兼容的），同時也能用于聲信號的測試，即評估通過仿真耳記錄的信號。

2 POLQA算法介紹

POLQA算法原理和PESQ算法類似，通過比較參考信號和待評估的劣化信號，輸出感知質量的預估值，劣化信號是參考信號經過通信系統(tǒng)后的信號。具體如圖1所示。

對信號的處理步驟包括幀分割、時間對齊、延遲計算，然后通過感知模型把參考信號和劣化信號轉換成內部表征。把這些表征指標綜合起來給出客觀聆聽質量MOS分。

幀分割是指把參考信號和劣化信號分割成一小段的等長的時間片，即幀信號。

由于經過通信系統(tǒng)后，劣化信號存在延時、電平變化、數據包錯位或丟失等情況，因此非常重要的一步是要把參考信號幀和劣化信號幀一對一地進行匹配，這樣才能對每一對幀進行比較分析。POLQA算法是在參考信號中尋找和劣化信號幀的匹配幀，分別計算參考信號幀和匹配的劣化信號幀的延時。

圖1 POLQA算法基本原理

圖2 POLQA應用測試系統(tǒng)

POLQA算法使用了6個表征指標，即頻率響應指標（FREQ）、噪聲指標（NOISE）、混響指標（REVERB）以及3個描述內部差異的指標，即時間、音調、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。

3 用POLQA算法分析影響語音質量的因素

利用POLQA算法的MOS分，能夠直觀地反應語音質量的好壞。因此在實驗室環(huán)境下分析手機在手持通話模式時，不同因素對通話質量的影響。

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個喇叭和1個低音炮，用于播放噪聲；

（2）基站模擬系統(tǒng)用于實現和手機的通信；

（3）語音質量分析儀，用來實現對語音通話進行POLQA算法的打分；

（4）多徑信號模擬發(fā)生器，用于模擬多徑信號。

3.2 通信制式的影響

對一款WCDMA制式的手機進行測試，結果如表1所示（取20組MOS分的平均值，以下相同）。由表1可知，對于正常的手機，制式對通話質量沒有影響。

表1 通信制式對MOS分的影響

3.3 發(fā)射功率的影響

GSM制式能夠通過模擬基站準確地控制手機發(fā)射功率，因此選擇GSM頻段進行測試?？梢?，對于正常的手機（手機A），發(fā)射功率對通話質量沒有影響。然而，如果手機設計存在問題（手機B），比如天線干擾了麥克，導致通話存在電流音，那么通過POLQA算法也是能反映出來的。發(fā)射功率對MOS分的影響如表2所示：

表2 發(fā)射功率對MOS分的影響

3.4 編碼方式的影響

根據網絡環(huán)境的優(yōu)劣，手機會選擇合適的編碼方式以確保通話質量。那么不同的編碼方式對通話質量的影響有多大？選擇GSM制式下不同AMR方式進行測試。由表3可知，隨著碼速率的下降，MOS分也是下降的。這和實際表現是一致的，在差的網絡環(huán)境下，手機的碼速率下降，語音質量也會下降。

表3 編碼方式對MOS分的影響

3.5 信道衰落的影響

實際網絡環(huán)境下，不可能保證手機接收到的基站信號只有直射信號，即信道衰落是不可避免的。通過多徑信號模擬發(fā)生器，選擇國際規(guī)范規(guī)定的衰落模型，對模擬基站發(fā)出的基帶信號進行衰落，評估不同的信噪比對語音質量的影響。由于衰落是加在接收信號上的，因此只影響接收MOS分。從表4可知，信噪比對語音質量的影響很大。

表4 信道衰落對MOS分的影響

3.6 噪聲環(huán)境的影響

噪聲環(huán)境是常常會遇到的，商場、鬧市區(qū)都充滿了各種噪聲。選擇ETSI規(guī)定的“ETSI schoolyard_480sec+ 9_5dB.wav”作為噪聲源，評估不同噪聲音量下的MOS分變化。從表5可知，待測手機的發(fā)送MOS分受噪聲影響較大，這是因為該手機是單麥克的，其噪聲抑制的能力有限。

表5 噪聲對MOS分的影響

4 結束語

由上述內容可知，POLQA算法是語音質量評估的有效手段。VoLTE語音性能要求使用POLQA算法進行語音質量測試。借助POLQA算法，本文分析了影響語音質量的幾個因素，其中編碼方式、信道衰落和噪聲都對語音質量有比較大的影響。而通信制式、發(fā)射功率基本對語音質量沒有影響。如果手機的通話質量有問題，也是能夠通過MOS分直接反映出來的。

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Perceptual Objective Listening Quality Assessment Algorithm and its Application

WU Dong-mei

(ZTE Corporation, Nanjing 210012, China)

ITU-T P.863 is the next generation voice quality testing technique suitable for fi xed, mobile and IP-based networks. A known reference signal is compared with the degraded signal to obtain P.863 mean opinion score (MOS). The voice quality of handset with perceptual objective listening quality assessment (POLQA) algorithm was objectively assessed and the different factors affecting voice quality of handset were analyzed.

P.863 perceptual objective listening quality assessment listening quality mean opinion score

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.08.018

TN929.5

A

1006-1010(2015)08-0084-03

吳東梅. 聽覺質量客觀感知評估算法及其應用[J]. 移動通信, 2015,39(8): 84-86.

2014-12-25

責任編輯：劉妙 liumiao@mbcom.cn

吳東梅：通信工程師，碩士畢業(yè)于北京航空航天大學，現任職于中興通訊股份有限公司終端事業(yè)部，主要負責測試標準和新技術的研究。