基于PESQ算法的廣播節(jié)目語音質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)國標(biāo)

摘要：語音信號(hào)是現(xiàn)代通信系統(tǒng)傳輸?shù)闹匾盘?hào)之一，語音信號(hào)的大量使用，使得語音信號(hào)發(fā)送傳輸技術(shù)研究持續(xù)發(fā)展。因此，如何對(duì)語音信號(hào)質(zhì)量評(píng)估就成為改變廣播行業(yè)的重要課題。本項(xiàng)目基于保證節(jié)目語音質(zhì)量考慮量，提出采用PESQ算法模型，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于PESQ算法的廣播語音技術(shù)質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PESQ；廣播語音質(zhì)量，MOS；音頻質(zhì)量評(píng)估

中圖分類號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）07-0178-02

現(xiàn)今傳媒業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，傳統(tǒng)媒體代表--廣播電視，面臨市場(chǎng)份額嚴(yán)重縮水和影響力持續(xù)下降的影響，要改變不利局面，既要改變節(jié)目形式，增加節(jié)目?jī)?nèi)容，還要提高播出節(jié)目的語音質(zhì)量。廣播節(jié)目語音質(zhì)量，指的是經(jīng)訪談、錄音、編輯、傳輸發(fā)送后語音信息的保真度。假如播出的節(jié)目語音差，出現(xiàn)回聲、畸變、音量過低或過高等情況，就會(huì)影響宣傳效果，節(jié)目?jī)?nèi)容再好也難獲得較高的收視收聽率。該文正是基于以上考慮，提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于PESQ算法的廣播語音技術(shù)質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)。

1 廣播語音質(zhì)量測(cè)評(píng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

廣播語音質(zhì)量測(cè)評(píng)系統(tǒng)采用PESQ （Perceptual Evaluation of Speech Quality） 感知通話質(zhì)量評(píng)估算法，依據(jù)部分感知標(biāo)準(zhǔn)作出對(duì)語音信號(hào)的質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種可量化的語音質(zhì)量評(píng)測(cè)方法，并且這些評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)完全符合人們對(duì)語音質(zhì)量的體驗(yàn)。評(píng)估系統(tǒng)接收電臺(tái)播出的語音信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，利用算法進(jìn)行質(zhì)量評(píng)測(cè)，獲得語音信號(hào)經(jīng)發(fā)送傳輸后的失真狀況。

語音評(píng)測(cè)系統(tǒng)將電臺(tái)傳輸來的語音信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)同步處理后，獲得語音失真相關(guān)數(shù)據(jù)，再依據(jù)選擇的測(cè)量方法對(duì)失真語音信號(hào)展開算法分析處理，獲得相關(guān)測(cè)度差離值。最后比照先驗(yàn)?zāi)０?，最終得到相對(duì)應(yīng)的MOS值。

在語音質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)中，通過對(duì)應(yīng)的測(cè)度算法實(shí)現(xiàn)，使用設(shè)計(jì)的軟件包來完成評(píng)測(cè)。即通過PESQ算法來分析失真語音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)得到相應(yīng)的測(cè)度差離值。在模板對(duì)應(yīng)中，一定要有相應(yīng)的先驗(yàn)?zāi)０遄鳛閰⒄铡＿@要求在PESQ算法實(shí)現(xiàn)以后，需開展大量實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，獲得廣播通信多種情況的先驗(yàn)?zāi)０?，從而可集成到相?yīng)的PESQ測(cè)度的MOS分值。

2 PESQ 算法

與PEQM標(biāo)準(zhǔn)不同，PESQ 是基于感知模型的語音質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的線性濾波和可時(shí)間延遲這兩個(gè)問題，PESQ做了改進(jìn)，在對(duì)差值曲面的解釋中，既考慮誤差的分布，又考慮誤差的總量，同時(shí)增強(qiáng)了端到端語音通信質(zhì)量的可靠性評(píng)價(jià)。PESQ 算法結(jié)構(gòu)如圖2所示。

PESQ算法的設(shè)計(jì)思想是：首先電平對(duì)齊參考信號(hào)和經(jīng)過被測(cè)系統(tǒng)信號(hào)，使之符合聽覺電平要求標(biāo)準(zhǔn)。再使用輸入濾波器進(jìn)行濾波。通過電平對(duì)齊和輸入濾波對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)均衡處理，實(shí)施聽覺變換，獲得系統(tǒng)中增益變化和線性濾波的均衡和補(bǔ)償。聽覺變換后對(duì)兩個(gè)信號(hào)間區(qū)別進(jìn)行擾動(dòng)處理，提取出兩個(gè)失真參數(shù)，在時(shí)間和頻率上累計(jì)得出PESQ 分值，最后將該分值與主觀意見的預(yù)估值（ MOS 值）進(jìn)行映射 。

3 基于PESQ算法的廣播語音質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

評(píng)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包含支撐模塊、業(yè)務(wù)處理模塊、后臺(tái)管理模塊、信令處理模塊和語音音質(zhì)量測(cè)評(píng)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)錄音、放音以及評(píng)測(cè)等功能，它的硬件結(jié)構(gòu)如圖3：

語音業(yè)務(wù)前臺(tái)主要包含語音信令處理、數(shù)據(jù)庫處理、呼叫處理等幾個(gè)部分。信令處理功能提供BICC、H.248 、SIP等呼叫協(xié)議處理功能。

語音業(yè)務(wù)后臺(tái)主要完成的是系統(tǒng)支撐功能，負(fù)責(zé)提供人機(jī)交互接口、網(wǎng)絡(luò)管理接口等，實(shí)現(xiàn)了加載程序、配置數(shù)據(jù)、管理設(shè)備和模塊間通信等功能。

數(shù)據(jù)庫處理單元完成存儲(chǔ)語音數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫管理功能，建立連接語音評(píng)估功能架構(gòu)的接口，最后由語音評(píng)測(cè)評(píng)系統(tǒng)對(duì)語音質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

3.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

根據(jù)語音評(píng)測(cè)流程，語音質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)由語音采樣、語音傳送、音頻質(zhì)量評(píng)測(cè)、GUI界面呈現(xiàn)四個(gè)部分組成。語音質(zhì)量測(cè)評(píng)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4 所示：

3.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

語音質(zhì)量評(píng)測(cè)總體實(shí)現(xiàn)流程圖如圖5所示：

評(píng)測(cè)系統(tǒng)首先配置相應(yīng)測(cè)試腳本，提供指令創(chuàng)建無線鏈接，通過解碼提取音頻數(shù)據(jù)，以便控制發(fā)送原樣本語音數(shù)據(jù)和采集采樣數(shù)據(jù)，該批次數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后結(jié)合 PESQ 評(píng)估算法進(jìn)行語音質(zhì)量評(píng)測(cè)，得出相關(guān)MOS 分值，將評(píng)估結(jié)果以CUI界面呈現(xiàn)，并可對(duì)比播放采樣語音和樣本語音。

PESQ評(píng)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)比樣本信號(hào)和降級(jí)信號(hào)，使樣本信號(hào)通過一個(gè)通信體系得到結(jié)果。系統(tǒng)先對(duì)樣本信號(hào)和經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐嘶盘?hào)進(jìn)行電平調(diào)整，再模擬聽筒用輸入濾波器濾波。兩個(gè)信號(hào)需校準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)，并利用聽覺變換對(duì)系統(tǒng)中增益變化和線性濾波進(jìn)行均衡和補(bǔ)償，再結(jié)合感知模型，映射出主觀平均意見分；在干擾度計(jì)算中需識(shí)別出壞區(qū)間，這需重新對(duì)齊壞區(qū)間。總的來說，樣本信號(hào)和輸出信號(hào)的差異性越大，得出的MOS分值就越低。

4 結(jié)束語

評(píng)測(cè)系統(tǒng)采用PESQ作為測(cè)量MOS 值的基本算法，實(shí)現(xiàn)由 PESQ 算法驗(yàn)證評(píng)測(cè)準(zhǔn)確性，并進(jìn)行語音MOS 值評(píng)分，從相關(guān)度和殘余誤差兩個(gè)參數(shù)來看，PESQ算法改進(jìn)了判定依據(jù)。結(jié)合后臺(tái)實(shí)現(xiàn)的各測(cè)試指標(biāo)的性能統(tǒng)計(jì)對(duì)比功能， 整個(gè)語音質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)的 QoE（Quality Of Experience）要求。

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