基于PESQ算法的MOS测试解决方案

基于PESQ算法的MOS测试解决方案时间：2009-06-06【摘要】本文通过介绍鼎利公司基于PESQ专利算法的MOS测试解决方案，以及在各运营商的实际应用案例，展示了MOS测试在无线网络语音质量评估、优化以及提高用户感知度方面的重要作用。关键字PESQMOS语音服务质量。引言随着无线网络技术的不断发展和网络的逐渐普及，客户对网络的整体语音服务质量的要求不断提高，可以说，语音质量的好坏直接影响着用户对于运营商的选择。因此，根据移动通信网络服务质量的要求，建立一套语音质量客观评价标准，来更好的对网络语音服务质量进行定量分析和评估，就逐步成为移动网络运营商在网络建设过程中必须考虑的关键问题。最早的语音质量评测标准仅是基于无线指标的（RxQual），但实际语音在传输中会经过无线、传输、交换、路由等多个节点，任一环节出现问题都会导致用户语音感知差，仅仅考虑无线指标是无法发现和定位语音质量问题的，于是基于用户感知的语音质量评价方法逐渐成为用户语音服务质量评测的最主要标准。一、MOS语音质量评价方法常用的语音质量评价方法分为主观评价和客观评价。早期语音质量的评价方式是凭主观的，人们在打通电话之后通过人耳来感知语音质量的好环。1996年国际ITU组织在ITU-TP.800和P.830建议书开始制订相关的评测标准：MOS（MeanOpinionScore）测试。它是一种主观测试方法，将用户接听和感知语音质量的行为进行调研和量化，由不同的调查用户分别对原始标准语音和经过无线网传播后的衰退声音进行主观感受对比，评出MOS分值（见表一）。不过显而易见，在现实中让一组人接听语音和评价语音质量是非常困难和昂贵的。表一MOS分值对照表注：对于GSM网络而言，评分在3以上即为比较好的语音质量。因此，ITU组织推行了大量的端到端语音质量客观测试技术的标准化工作，发布了几种语音评估算法标准：PAMS、PSQM、PSQM+、MNB、PESQ。MOS评测开始摆脱原始的主观评估方式，而使用量化算法计算相对应的级别及语音质量好坏程度。其中，P.862-PESQ（PerceptualEvaluationofSpeechQuality）算法是ITU组织在2001年2月发布的目前最新的语音传输质量测量标准，由于其强大的功能和良好的相关性，它迅速成为目前最主流的语音评估算法。PESQ算法适用于评价各类端对端网络的语音质量，它综合考虑了感知中的各项影响因素（如编解码失真、错误、丢包、延时、抖动和过滤等）来客观地评价语音信号的质量，从而提供可以完全量化的语音质量衡量方法。二、PESQ算法原理从PESQ算法模型的结构图（见图一）中可以看到整个算法的处理流程。参考信号和通过无线网络传输后的退化信号通过电平调整，再用输入滤波器模拟标准电话听筒进行滤波(FFT)。这两个信号在时间上对准，并通过听觉变换。这个变换包括对系统中线性滤波和增益变化的补偿和均衡，再通过认知模型，从而映射到对主观平均意见分的预测。一般情况下，输出信号和参照信号的差异性越大，计算出的MOS分值就越低。图一PESQ算法模型PESQ作为ITU-P.862中推荐的语音评估最新算法，相对于PSQM和MNB只能用于窄带编解码测量，并且对某些类型的编解码、背景噪声和端到端的影响，比如滤波和时延变化只能给出不精确的预测值，它的算法模型能提供更好的相关性（见表二），能在更广泛的条件下对主观质量给出精确的预测，包括背景噪声，模拟滤波，时延变化等。表二不同语音评估算法的相关性TYPECorr.Coeff.PESQPAMSPSQMPSQM+MNBMobileNetworkaverage0.9620.9540.9240.9350.884MobileNetworkworst-case0.9050.8950.8430.8590.731ITU-T相关的资料也已证明：PESQ能够给出非常精确的预测值，它适用于目前所知的所有移动通信技术，如GSM、CDMA、3G等，以及编码器语音质量的测量（AMR等）。可以说，PESQ是目前最为先进和准确的语音评估量化算法，由该算法得到的MOS评估结果最为切合用户的实际主观感受。基于此，鼎利公司一直致力于PESQ算法的合作和研发，并成为PESQ专利提出者国内最早的合作伙伴，早在2002年初就已经开始语音评估方面的开发和研究，分别在Fleet自动测试系统及Pioneer传统路测系统上实现了PESQ测试，并在全国各地的移动运营商中得到了大量的推广和应用。通过不断配合运营商进行PESQ专项研究和网络评估测试，发现和定位网络中存在的语音质量问题和隐患。在快速提升网络服务质量的同时，也不断的丰富MOS测试系统的功能，提升工程师对于PESQMOS算法、MOS优化和测试的理解和积累，并实施于现网的网络维护和优化实际工作中。三、鼎利MOS测试解决方案鼎利MOS测试系统涵盖了一个综合的测试解决方案，它包括自动路测系统和传统路测系统。下面就目前应用最为广泛的两款MOS测试系统作一简单介绍。PilotPioneer－MOS路测系统支持基于2G/3G的多款测试手机或商用手机进行基于PESQ的评估测试。Pioneer作为一个通用的综合测试平台，仅需增加单独的音频MOS盒配件，即可平滑升级到MOS测试功能，其结构图如下：图二PioneerMOS测试结构图Pioneer路测系统的主要功能分为两个方面：一是记录测试时的无线网络质量情况；另一方面，内置PESQ最新算法模块，实时计算MOS分值并录制退化声音文件，同时给出一些相关质量测试指标。图四MOS录音文件波形PilotFleet－自动路测系统鼎利自动路测系统支持进行语音评估自动测试，它可内部集成多个MOS测试模块，进行单网或多网的MOS同步对比测试。它提供了多种端到端的PESQ测试方式，如远程测试模块与固定电话之间进行通信、测试模块之间端到端的互拨测试、不同城市测试模块之间互拨等。可以考察更为纯粹的上行链路或下行链路MOS值，用户实际感知的MOS测试，长途通话语音质量MOS测试等。RCU测试模块－固网如下图所示，描述了RCU内置MOS测试模块与固定电话间进行语音评估测试的大体结构。通过在服务器端用E1线架设多路语音评估线路，多台RCUMOS测试模块均可以同时通过呼叫该服务器号码来进行通话，同时计算多路PESQMOS分值。由于被叫方为有线固定电话，传输损耗极小，可以近似认为在服务器端和RCU端得到的语音评估分值均为较纯粹的上行和下行MOS值。RCU测试模块－RCU测试模块如下图所示，描述了两台RCU内置MOS测试模块间进行语音评估的测试方式。两台RCU的多个MOS测试模块间均可通过两两互拨来进行MOS对比测试，一端放音，另一端录音，通过PESQ算法，计算MOS分值。这种测试方式比较简单，无需在服务器端安装语音评估服务器，比较适用于异地通信模式的语音质量评估。测试流程同RCU测试模块－固网的测试方式，所不同的是，呼叫双方变为两台RCU对应测试模块之间互拨，同样也支持多路MOS测试；四、鼎利MOS测试研究和应用鼎利公司自从02年实现基于PESQ算法的MOS测试功能以来，一直在运营商的日常网络维护、服务质量评估、问题定位和专项研究方面进行着持续的合作和广泛应用。PESQ专题研究――无线环境对PESQ的影响程度语音服务质量的测量与通常的信号质量测量有很大的区别，纯粹的基于无线参数的指标并不能直接有效给出用户对无线网络的实际感知度。为了确切掌握无线环境对MOS值的影响程度，做好MOS指标的优化，是非常有必要进行各项专题研究的。鼎利公司作为国内最早引进PESQ算法的厂家，一直以来都在进行相关的专题研究，深入的分析和研究无线环境对MOS值的影响，为网络优化、整改提供最为准确、可信的理论和实践参考依据。主要研究内容和方向包括：不同话音编码速率对MOS值的影响；切换频次和切换失败对MOS值的影响；DTX功能对MOS的影响；在相同的覆盖情况下C/I对MOS值的影响在C/I较好情况下，信号强度条件对PESQ的影响传输质量对MOS的影响；不同网络制式MOS值的差别；MOS测试评估、优化方法和流程……五、结束语综上所述，基于PESQ算法的MOS测试方式无论是从其标准化、准确性、通用性，还是实际的应用效果来说，都是无可争议的主流语音评估标准。在以往大量的实践案例中，MOS评估测试已经为运营商评估语音质量提供了非常有力的帮助，对网络服务质量的提升起到了非常显著的效果。那么，为了达到更高的服务质量标准，提升网络运营竞争力，吸引更多的用户，在网络建设到一定阶段，将MOS测试纳入常规评测体系中，从用户最终感知的角度，评估网络的整体情况，无疑是非常有必要和有效的。鼎利公司目前已经拥有了集多种测试终端、商用终端、多种网络、多种测试方式于一体的MOS测试整体方案。随着无线网络的发展，优化、维护工作的不断深入，鼎利MOS测试系统将会更有效的帮助运营商提升网络服务质量，增强竞争力。