（管理科学与工程专业论文）电信网网间语音质量监管问题的研究.pdf

北京邮电大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：孛开 日期：沙。辞，月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权北京邮电大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密曰。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：蓐者 导师签名： 日期：扣年f | 月日 日期：如年f 明t 日 电信网网问语音质量监管问题的研究 摘要 随着电信新技术的不断发展和电信监管规章制度的的不断完善， 近期互联互通中出现了新的问题：网间语音质量，而下一代网络即以i p 网络为支撑网络时代的来临更加剧了解决网间语音质量问题监管的迫 切性。但现行的电信服务规范等行业规范及标准中，对网间语音 质量的监管值并无明确的规定，导致在出现问题后无法进行指标界定， 监管机构无法实施监管功能。 由此，本文初步探讨设定一个可以通用于各种电信技术网络的语 音质量的监管值，并建议根据主观感受评定值m o s 来确立这个监管值， 进而探讨i t u 8 6 2 等的相关标准，标准对依靠主观感受的语音质量进行 了客观测量的定义，市场上也已经出现了较为成熟的能够根据规范进 行语音质量测量的仪器，在对利用语音测量仪器进行网间语音质量的 问题进行定位的分析后，又进一步论证了运营商组建网间语音质量监 控系统的可行性。 关键词：电信网网间语音质量监管建议值 t h er e s e a c ho fs u p e r v i s e dt h et e l e c o m i n t e r c o n n e c t e dv o i c eq u a l i t y a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e w t e l e c o mt e c h n i ca n dt h ee v o l u t i o no ft h e g o v e r m m e n t ss u p e r v i s i o n ，n o wt h en e wp r o b l e ma p p e a r e di nt h e i n t e r c o n n e c t i o no ft h ec h i n e s es e v e r a lt e l e e o mc o m p a n y ：t h ep r o b l e mo ft h e i n t e r c o n n e c t e dv o i c eq u a l i t y a n dt h ec o m i n go ft h en g n ( n e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ) m a k e st h eg o v e r m m e n t ss u p e r v i c et ot h ei n t e r c o n n e c t e dv o i c eq u a l i t y i sm o r ee x i g e n t b u tw es t i l lh a v n ta n yn a t i o n a ls t a n d a r da b o u tt h ei n t e r n e c t t i o n v o i c eq u a l i t y ，s ow ea d v i c et oc o n s t i t u t ei ta n d g i v eam o sv a l u ef o rr e f e r e n c e n o wt h ei t u - t 8 6 2d e f i n e dt h eo b j e c t i v ev o i c eq u a l i t ye v a l u a t i o n a l g o r i t h m ，a n dt h ee q u i p m e n tt h a tc a nm e a s u r et h ev o i c eq u a l i t yb a s e do nt h e i t u - t 8 6 2i sm o r ep e r f e c ti nt h er e c e n tm a r k e t ，w ec a nu s e di tt oi d e n t i f ya n d a d d r e s st h er e a lv o i c eq u a l i t yp r o b l e mi nt h ei n t e r c o n n e c t i o na n du s e di tt o e s t a b l i s has y s t e mt om o n i t o ra l lc a l l sc o n t i n u o u s l ya n du o n i n t r u s i v e l y k e yw o r d s ：i n t e r e o n n e e t i o n v o i c eq u a l i t y s u p e r v i s i o nm o sv a l u e 2 刖吾 本文所述的“网问语音质量”指的是不同电信运营商网问通话时的语 音质量。用通信的专业术语描述就是“响度”、。信噪比”等。用通俗的话 讲就是用户通过听觉感知的通话清不清楚。 网络的语音质量在中国电信体制改革以前是不需要政府监管的。因为在 中国电信一家独大的情况下，中国电信是不可能自己给自己的网络制造语音 质量问题的。请注意，这里我用的是。网络语音质量”而不是“网间语音质 量”。但是随着中国电信业改革的不断深化，现在多家运营企业共同参与市 场竞争的格局逐步形成为了保证自己的利益，客观上造成了主导运营商通 过互联互通的手段来打击非主导运营商的情况出现，就出现了“网问语音质 量”问题，具体表现在比如非主导的运营商在主导运营商的固定电话网上开 通i p 业务，就会接通率低，语音质量差的情况这样就出现主导运营商的 i p 业务明显比非主导运营商的i p 业务好用的情况，导致了通过互联互通手 段达到的不平等的竞争。所以互联互通问题的出现导致电信业必然是一个需 要政府监管的行业，这也是全球电信业发展的必然阶段和规律。 信息产业部在近几年陆续出台了一些技术标准和规定，比如 9 5 , ： 同一固定网内，国内长途呼叫的端到端接通率i 9 0 , ： 当固定电话用户问的呼叫连接由多个电信网共同提供时，其本地、长 途呼叫的接通率8 5 ； 固定网与移动网问呼叫，接通率 1 8 0 1 2 4 传输损耗 端到端的传输损耗2 1 d b 。 1 2 5 振呜和准振鸣 振鸣的概率0 1 ： 准振鸣的概率l 1 2 6 发话人回声 呼叫中出现发话人回声的概率l 。 i 2 7 可懂串话 同一交换局用户之间出现可懂串话的概率o 1 ： 不同交换局用户之间出现可懂串话的概率l 1 2 8 单向传输时间 本地电话单向传输时问l3 毫秒； 9 国内长途连接不含卫星电路时，单向传输时间8 5 毫秒： 由于安装d c m e 设备和保护倒换导致的电路过长等特殊情况， 允许单向传输时间1 5 0 毫秒。 1 2 9 网络的通话中断率 通话中断率2 】0 4 。 ( 2 ) 数字蜂窝移动通信业务 2 2 数字蜂窝移动通信业务的通信质量标准 2 2 1 可接入率 在无线网络覆盖区内的9 0 位置，9 9 的时间、在2 0 秒内移 动台均可接入网络 2 2 2 接通率 同一移动网内的本地呼叫：接通率 9 0 ； 同一移动网内的国内长途呼叫：接通率 1 8 5 ： 两个或多个移动网问呼叫，或移动与固定网问呼叫：接通率 8 0 。 2 2 3 拨号后时延 移动用户拨打固定用户的拨号后时延：平均值9 秒，最大值 为1 2 5 秒： 固定用户拨打移动用户的拨号后时延：平均值9 秒，最大值 为1 6 秒： 移动用户拨打移动用户的拨号后时延：平均值l o 3 秒，最大 值为1 9 秒。 2 2 4 通话中断率( 掉话率) 掉话率5 。 2 2 5 无线信道拥塞率( 无线信道呼损) 无线信道拥塞率3 。 ( 3 ) 因特网数据传送业务的通信质量指标 3 2 2 1 碑包传输往返时延 往返时延平均值2 0 0 毫秒。 3 2 2 2 i p 包时延变化 时延变化平均值8 0 毫秒。 3 2 2 3 1 p 包丢失率 i p 包丢失率平均值2 。 3 2 2 4 i p 业务可用性 i p 业务可用性9 9 9 。 0 ( 4 ) 国内i p 电话业务的通信质量指标 4 2 1 拨号后时延 固定拨打固定的拨号后时延平均值7 秒，最大值为1 1 秒； 固定拨打移动的拨号后时延平均值1 1 秒，最大值为2 1 秒； 移动拨打固定的拨号后时延平均值1 1 秒，最大值为1 5 秒： 移动拨打移动的拨号后时延平均值1 5 秒，最大值为2 4 秒。 4 2 2 语音传输时延 语音传输时延平均值4 0 0 毫秒 4 2 3 时延变化 时延变化平均值8 0 毫秒。 4 2 4 丢包率 丢包率平均值5 。 4 2 5 接通率 端到端呼叫接通率7 2 4 2 6 通话中断率 通话中断率5 ( 5 ) 国内通信设施服务业务的通信质量指标 8 2 1 话音频带电路的通信质量指标 话音频带电路适用于电话业务和使用话音频带的非话业务。其通信质 量指标包括：标称总衰减、衰减失真、群时延失真、总衰减随时问变化、随 机噪声、脉冲噪声、相位抖动、总失真、单音干扰、频率偏差、谐波和交调 失真。根据用户对带宽的不同要求应分别满足g b l l 0 5 3 “特定带宽特殊质量 租用电路特性”和g b l l 0 5 4 “基本带宽特殊质量租用电路特性”的相关要求。 2 1 2 公用电信网问通信质量监督管理办法 该管理办法是信息产业部颁布的用于各类公用电信网问通信质量的监 督管理办法，按照a 类障碍，b 类障碍，严重障碍，事故，严重事故的网间 通信障碍分类对公用电信网问通信质量予以监督管理，并对监管办法和法则 进行了详细的规定。 在规定的各种通信障碍中，主要以网络呼损，来话接通率，呼叫建立时 延，通话中的各种异常现象( 断话，单通，错号，无回铃音，虚假回铃音等) ， 以及互联中继电路的负荷等主要指标，对通话中的通话质量则没有进行定 义。 在对上述一些主要的网问语音质量规范及标准进行分析后，我们可以看 出，现行的标准只对网问通信质量进行了简单的规定，分为非技术类及技术 类指标，电话装机时限等非技术类指标是用户可以直接感受并进行监督的， 而技术类的指标如网白j 接通率，时延，损耗。回声，串话等些指标由于用 户的非专业性，缺少进行直接监督及根据此项标准进行申诉的能力，但技术 类指标和用户感受到的语音质量又是密切相关的。 2 2 需明确电信网网问语音质量的监管值 2 2 1 政府监管的需要 近几年国外电信服务监管一般趋势是，普遍认同管制机构来保护消费 者权益，监管机构还有另外两个目标：促进产业发展和鼓励维护公平竞争， 最后的落脚点是在消费者权益保护方面。各国的管制是政府监管和行业自律 紧密结合起来的，其中行业自律又分为两个层次企业自律和社会监督，社 会监督包括一些中介组织的监督和消费者委员会和用户委员会监督机构。 政府监管即政府对电信业务监管，监管的政策趋势有两大政策，一是明确角 色定位，尽快明确政府在电信服务质量监管方面的角色定位，尽快提升电信 服务整体水平，政府监管部门主要扮演的是规则制定者；二就是特别要害的 服务质量的监管。因为消费者处于相对对信息弱势，政府作为公众利益的代 表，发挥最重要的作用：规则的执行监督者。 就目前的通信技术和通信环境而言，政府的监管机构信息产业部已制定 了一些网间互联的管理规定，如公用电信网间互联规定第三十八条，网 间通信严重不畅，是指网间接通率( 应答试呼比) 低于2 0 ，以及用户明 显感知的时延、断话、杂音等情况。可见，网间通信严重不畅的确定有两项 指标，一是网间接通率低于2 0 ，二是用户有明显感知的时延、断话、杂音 等情况，但第二项指标如何确定，并没有提出相应的技术确认手段，只能通 过用户的申诉以及其所作的陈述而实现，而这种通过单个用户申诉来进行网 问语音质量监管，显然是不科学也是难以具体操作实施的。 另外，伴随着n g n 网络时代的不断来幅，对其相关业务的监管工作也需 要不断的建立和对现有相关通信规范的不断完善，在本文的相关章节中也有 叙述，在此不再赘述。 2 2 2 非主导运营商的需要 随着国内电信改革的不断深入及信产部关于各种互联互通管理办法的 出台，各运营商之问存在的互联互通问题呈现了新的形式，以往是电话难 打通，现在却是通了也“打不成”：如中国移动及中国联通等公司开展的 i p 电话卡业务，要在中国电信和中国网通的固定网上实现，就遇到了接通 后语音质量无法保障，导致业务难以展开的问题，这也是目前有些运营企 业限制异网业务，打击竞争对手的一种技术手段 此类一个话路接通后却不能正常通话的语音质量问题，总结起来可分 为一下几个方面： 1 ) 单通，a 用户拨打b 用户接通后，a 用户听不到b 用户的声音，可 b 用户却能听到对方的声音 2 ) 串线，a 用户拨打b 用户接通后，出现的是第三人说话的声音。 3 ) 掉线和断续，掉线的现象是接通的时间一般在5 秒到5 0 秒，说一 件小事要打四五个电话；断续的现象是接通后，通话声音断断续续，不连 贯 4 ) 噪音干扰和通话声音很小，a 用户拨打b 用户接通后，一种情况是 用户听到的8 用户声音很小；另一种情况是线路质量很差，有很大的噪， 声参杂在通话声音里；造成用户问通话效果不好 在信产部“关于检查贯彻执行国办7 5 号等文件情况的通报”( 信部政 【2 0 0 5 】1 7 号) 中就明确提到。限呼和拦截问题依然存在，网问互联障碍 设冕点从互联关口局向端局、甚至向配线架转移有重点的、游击性的阻 碍网问互联现象时有发生，而且手段更加隐蔽。一些企业采取送虚假回铃 音等方法降低网问接续质量，一些企业制造单通、掉线、串音、杂音等手 段降低话音质量，个别企业还通过加装。线路侦察兵”等非法设备，重点 限制、打击竞争对手话务量高的业务”可见在市场竞争的大环境下，虽 有政府的强力监管，互联互通中的语音质量问题将会是一直存在并越来越 隐蔽。 同时，信产部出台了新的“公用电信网问通信质量监督管理办法”，其中在 “第三章公用电信通信质量监督”的第十八条，第三点明确规定“( 三) 要求电 信业务经营者对公用电信网问通信质量定期测试并提交能科学判别网问通信障碍 的障碍段落是在本网还是在他网的测试记录。”这一条明确要求运营企业举证的 测试数据，不仅需要反映网间通信质量的实际情况，还需要能够区分造成网间通 信障碍的责任方。信产部通信管理局的领导在正式场合也明确表示，各运营企业 今后提供的人工拨测的统计数据，电信主管部门将不予采信。 在这种形式下，运营商如何解决互联互通问题中的语音质量的调查及取证问 题，便迫在眉睫。现在普遍应用的主要依靠用户投诉被动的发现问题，发现问题 后又无法对接通后的语音质量进行定位，量化分析和科学记录， 从而迫切需要建 立一套可以进行“端到端”语音质量测量及记录的监控系统，建立r 常互联语音 质量监控机制，j 束保障同常的网络维护和互联业务的顺利运营。 2 2 3 广大用户利益保障的需要 用户是通信产品的最终消费者，对于用户而言总是希望在通信中获得好 的服务质量，而并不关心该次通信经过了几个网络，是属于网内通信还是网 问通信。因此对于全程通信而言，不管是在一个运营商网内的通信还是在多 个运营商侧的网络通信，都应该保证向用户提供满意的服务质量。 但用户在通信产品的消费中又处于一个相对弱势的地位，用户只能在接 受服务前是无法预知服务质量的，只能在消费产品后进行投诉或选择不再使 用该通信公司的产品，而且由于通信技术的专业性，导致用户永远不可能成 为一个“精明的消费者”，即用户只能听信产品提供方的解释，而无法真正 知晓这次“有问题的消费”是由于客观条件限制的：如移动通信中需要加站 才能解决的问题；还是由于主观条件产生的：如产品提供方故意制造的互联 障碍以达到阻止消费者使用非本公司产品的目的，如用户在固定电话上使用 移动或联通发行的1 p 电话卡时。往往得不到满意的语音接续服务。 现阶段，广大的通信消费群体已经形成了一个普遍的观念：i p 电话的 通话质量不如普通的固定电话，由于i p 电话的资费要便宜很多，用户也就 接受并在继续使用着，但随着通信技术的不断进步及n g n 网络时代的迸一步 来临，用户在进行通信产品消费时的信息严重不对称的弱势地位却依然没有 改变。为能够保障用户享受更优质服务，需要政府监管部门的强力监管，需 要通信运营商的严格自律，更需要通信运营商有效地保障自己在互联中的利 益，形成一个有序竞争的大环境。但只有用户才最终决定一个通信技术的发 展方向，并决定个国家的通信技术格局。 4 第三章电信网网问语音质量监管值的设定 及监管实施探讨 随着电信网络的迅猛发展，新技术的不断应用，网问语音质量问题越 来越复杂，监管部门和非主导运营商都需要一个可以对其进行有力监管的规 范定义，在国际电联对语音质量的规定不断完善后，我们已经可以找出这样 一个指标来对语音质量进行衡量，而且市场上已经出现了根据规范定义进行 指标测算的仪器，而且在前面我们已经论证了使用仪器进行网同语音质量监 测的可行性，论证了建立网间语音质量监控系统进行长期不问断监控的可行 性，建立网问语音质量的一个完善综合指标的各方面条件已经成熟。 3 1 电信网网间语音质量监控建议值 3 1 1 各种通信模式下网问通信级语音标准可进行统一的规定 现在国内用户普遍使用到的能够提供语音服务的电信技术包括 g s h ，c d m a ，p s t n 。p h s ，及v o i p 业务，提供语音服务的技术种类虽然千变万化， 但从用户的角度来说，都是语音通话，及从用户的角度来说，衡量网阃语音 通信质量的标准应该是统一的。 从所提供的语音业务的本质出发，不管是有线电话还是无线电话，无 线电话空中信道的分配方式是时分还是码分，及信号的编码方式有什么样的 不同，各种技术提供的语音通话是一致的，这就是说，我们要制定网间语音 质量的监控标准，可以制定一个一致的标准。 从用户使用时对语音业务的感受统一性出发，也是从监管的方便性出 发，现有的各种通信业务包括固定电话，移动电话，小灵通，i p 电话等由电 信运营商提供的语音业务，都可以制定一个统一网间互联时语音质量的标 准，反映用户主观感受的语音质量标准，而对于将来可能出现的各种新技术， 只要将向用户提供语音业务，也应该且必须达到这样一个统一的标准，这个 标准不能要照顾到各种技术的的优缺点，不能定的太高，也要照顾到用户的 使用，不能制定的太低，既要保护用户的正常使用，也要考虑不能阻挡各种 新业务的发展。 3 1 2 建议m o s 3 6 为网间互联语音质量标准 由于本文所关注的是用户感受到的语音质量，即语音的服务质量o o s 。 目前语音o o s 测试方法主要有主观测试方法和客观测试方法两种， i t u t p 8 0 0 定义了m o s 的主观测试方法，客观测试方法主要有：p s o m p s q m + ，p e s o 等。i t u - t p 8 6 2 ( p e s o ) 是目前i t u 推荐用于端到端网络语音质量 的测试方法。客观测试方法作为可以科学测量语音质量的方法，在前面已进 行了详细的阐述，但客观的测试方法毕竟是对原本是人的主观感受的语音质 量进行的客观测量，要寻找一个可以作为网间语音质量的标准值，即定义一 个可以对语音质量进行简单准确界定的标准，我们应从语音质量最初的测试 方法，主观测试方法中来寻找这个标准。 对于语音质量评价唯一广泛接受的就是平均主观值方法m o s 方法( 定义 在i t u - tp 8 0 0 ) 。该方法评价语音质量分为两个主要方面： 1 听觉感受方面一一l i s t e n i n gq u a l i t y ( m o s l q ) ，主要包括的参 数有话音质量s p e e c hq u a l i t y ，噪声n o i s e ，和响度v o i c el e v e 。 2 交流感受方面一一c o n v e r s a t i o n a lq u a l i t y ( m o s c o ) ，主要包 括回声e c h o 和延迟d e l a y 。 由于在语音和音频带电话中只定义了少量的被广泛接受的性能度量，现 有的规范中也只有时延等部分定义，而在在网络损耗真正发生的时候，即使 是有关应用性能的讨论最多的度量，也只能描述出应用性能的一部分，而包 语音电话更是受到参数和网络性能的综合影响。如果从用户角度出发来综合 考量语音质量的指标的话，就无法全面的衡量用户感知的语音质量的好坏程 度了。 ( 1 ) 平均主观值m o s 方法 从发明电话开始，语音质量的测量方式是主观的，人们摘起一个电话， 然后由入耳来感知语音的好坏，这个方法是被广泛认同的。在完善之后，这 个主观的语音质量测量方法就是现在的平均主观值m o s 方法，定义在i t u t p 8 0 0 中。 i t u t 建议的p 8 0 0 标准提出了m o s ( m e a no b j e c t i o ns c o r e ) 的方法。 即请4 0 6 0 位有代表性的人士来听一段相同的语音样本，然后对该样本 经过i p 电话传输后的语音质量进行投票评价。随着语音因语言、年龄、性 6 别的变化，得分亦被赋予不同的意义。这是一种纯粹主观的定性测量。i t u t 在非常宽的听觉范围内，选取不同年龄、性别和语言组别的相同得分，作出 语音质量的判别标准：5 为最佳：4 为好( 4 5 4 0 = 可收费电信级) ； 3 为中级( 4 o 3 5 = 可通话通信级) ；2 为较差( 3 5 2 5 = 可建立连 接级) ；l 为差。很显然，m o s 方法是一种模糊的评估方法 基于该主观评测，人类接听和感知语音质量的行为被调研和量化，接听 何种级别质量的语音，得到多少平均主观值m o s ，人类将起主要的反映作用。 这个语音质量和平均主观值的对应关系为网络的配置，基准和监视提供了标 准依据。 确切理解m o s 代表的确切意思很困难，尽管显而易见的是分数越高越 好而试图确定语音呼叫质量什么时候是从可接受的变化到不可接受的也很 困难。一个正常的模拟或者数字话杌的m o s 值是4 2 4 4 。一个典型的蜂窝 话机的1 4 0 s 值范围是3 o 3 7 ，而一个通话质量差的蜂窝手机其得分值低于 2 。 一个平均主观值m o s 是4 或更高被认为是比较好的语音质量，而若平 均主观值m o s 低于3 6 ，则大部分接听者不能满意这个语音质量。虽然平均 主观测试准确有效，但是，这个主观方法存在的最大问题就是，在现实中， 让一组人接昕语音和评价语音的质量实现起来是非常困难和昂贵的，因此人 们在不断的探索能进行客观测量的方法 ( 2 ) 绝对种类定级a c r 测量 主观测量是一种久经考验的语音质量测量方法，但这种方法成本太高， 费时也太长。有一种更广为人知的主观类测量方法，叫做绝对种类定级 ( a b s o l u t ec a t e g o r yr a t i n g ， c r ) 测量。 在a c r 测量中，收听者按照从l 到5 的5 级损伤指标对一系列音频文件 进行分级：5 非常好、4 好、3 可以、2 较差、l 差。 在取得了每个收听者给出的得分之后，计算所有音频文件的一般或平均 意见得分( m e a no p i n i o ns c o r e ，m o s ) 。为了使a c r 测量得到可信的测量结 果，接受测量的人数至少应在1 6 个以上，而且测量应该在一个安静的环境 下，在可控的条件下完成。 通常a c r 测量的得分随收听者的增加而趋向稳定。为了降低测量得分 的可变性并帮助衡量测量结果，测量中通常会包括一些参考文件，这些文件 中包含了“为业界接受的”m o s 得分。 进行一项主观测量时，必须认识到这种测量是真正由主观因素决定的， 7 测量结果可能会随测量主体的不同而有很大差异。测量实验室中通常采用语 音平衡文本源( 如哈佛句，h a r v a r ds e n t e n c e s ) 的高质量音频录音作为被测 系统的输入。哈佛句是一组精心选择的英文短语，其中包含了人们谈话中常 会出现的语音。哈佛句的录音是采用高分辨率( 1 6 比特) 的数字录音系统，在 安静的条件下完成的，之后录音被调节成具备标准的信号电平和频谱特性。 语音平衡谈话材料的来源是国际电信联盟( 1 t o ) 和开放语音库( o p e ns p e e c h r e p o s it o r y ) 。 m o s ( m e a n 0 d i n i o n s c o r e ) 是一种常用的主观评价标准。举例来说，i p 电话业务的m o s 定义为四级：4 0 5 0 ( 优) 、3 5 4 0 ( 良) 、3 0 3 5 ( 中) 、1 5 3 0 ( 差) 、o 1 5 ( 劣) 。用户满意度和m o s 等级的对应关 系见表： 表3 一lm o s 级别判断标准 级别用户满意度 优很好，听的清楚，延迟很小，交流流通。 良稍差，听的清楚，延迟小，交流欠缺顺畅，有点杂音。 由 还可以，听不太清，有一定延迟，可以交流。 差 勉强，听不太清，延迟较大，交流重复多次。 劣 极差，听不懂，延迟大，交流不通畅。 目前，业界普遍认同m o s = 3 6 为长途电话级别，即m o s = 3 6 时，被认 为是语音电话的可以接受的服务等级，为兼顾各种技术网络的互联现状，我 们建议把m o s 3 6 做为电信网间互联的语音质量标准。 提出一个主观感受的m o s 值，要适应监管的需要，还需解决用其进行监 管的可操作性，具体包括如下几个方面： 监管值的客观可测量性； 主观感受的m o s 值要适用于监管，不可能还是依靠主观测试方法来实现，需 要寻找可以进行客观测量的，不受人的主观感受影响的客观标准，在出现网 间语音质量问题时进行可重复的，科学的测量。 监管值的具体测量实现： 必须有实际的仪器设备对监管值进行科学的测量，应用于网问监管的实际操 作需要。 网问语音质量问题的定位： 需能应用测试仪器设备对网问语音质量问题进行具体定位，查找出问题出现 的位置。 可建立一套系统进行不问断的监控： 需能应用测试仪器设备建立一套完整的监控系统，运营商利用这套监控设备 可实现对网间语音质量的不阃断的监控。 接下来，我们将一步步的对上述问题进行论证分析。 3 2 客观测量语音质量的理论基础 现在许多客观的测量方法已经出现并被应用，诸如，p s q m p s o m + 感知 通话质量测量，p e s o 感知评估通话质量测量，p a m s ( p e r c e p t u a la n a l y s i s m e a s u r e m e n ts y s t e m ) 感知分析测量等。p s q m 和p a m s 测量方法都需要发送 一个语音参考信号通过电话网络，在网络的另一端采用数字信号处理的方式 比较样本信号和接收到的信号，进而估算出网络的语音质量。p e s o 结合了 p s 删和p a m s 的优势，针对v o l p 和混合的端到端应用作了改进，并针对m o s 和m o s l o 计算方法做了修改。此外，有必要指出，平均主观值m o s 是广泛 认同的语音质量标准，因此，无论采用何种方法所有测量方法都必须对应它 们的结果对应到最终的平均主观值m o s ，以上各种方法均可以最终以m o s 值 表示。 3 2 ，l 基于样本的客观测量 ( 1 ) i t u t 在标准建议p 8 6 1 中提出了p s o m ( p e r c e p t u a ls p e e c h q u a l i t y m e a s u r e 感知通话质量测量) 方法。p s o m 仍以m o s 的5 个级别作 为客观标准，所不同的是其对每一个级别都以百分比的方式作出 了。差”“最差”( p o w ，p e r c e n tp o o ro rw o r s e ) 和“好 最好”( g o b ，p e r c e n tg o o do rb e t t e r ) 的进一步描述。根据 p 8 6 1 提出的p s o m 方法，语音质量的测试开始摆脱原始的人类 主观评估而丌始使用计算机产生的波形文件( w a v ef i l e ) ， 通过比较其通过i p 电话网传输前后的变化计算出p s q m 中相对应 的级别及好坏程度。 1 9 ( 2 ) ( 3 ) i t u t 在标准建议p 8 6 2 中提出了p e s o ( p e r c e p t u a le v a l u a t i o no f s p e e c h 感知评估通话质量测量) 方法，代表了一种复杂的，并且 是客观的测试方法，测试结果非常类似于m o s 。p e s o 可以根据一 些感知标准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，而这些衡量标准又是与人类对语音质量 的感受完全吻合的。一系列定义好的参数，如其中包括级别和时 间校准对齐，输入过滤，感知模型，均衡和扰乱处理。通过以上 定义所测试出的结果，称作p e s o l 0 0 ( l i s t e n i n g o u a l i t y ，o b j e x t i r e ) 测试。i t u 有好几次试图使p e s o 的分数和 m o s 值得到匹配。在我们的测试中，我们使用了i t u 建议标准 p 8 6 2 1 来报告p e s o l q 0 分数，这是因为p e s o l q o 与我们惯常 使用的m o s 值匹配非常紧密。 2 0 0 4 年，i t u 制定了p 5 6 3 标准，这是一个单端客观测量算法， 能够只对接收到的音频流进行操作。p 5 6 3 测量得到的m o s 得分 比p 8 6 2 更广，要使结果更稳定，必须多次测量并对结果进行平 均。这一方法并不适合测量个别呼叫，但在测量多个呼叫的服务 质量时，能够得到可信的测量结果。 3 2 2e - m o d e i 测量方法 以上介绍的测量方法在实验室能够很好地应用于分析个别设备的问题， 例如，利用p s q m 和p e s o 分析话机的质量。但是这些测量方法不适用于在数 据网络上分析语音质量，是基于传统的电话网络。它们的缺点主要是，测量 不是基于数据网络的。不能反映诸如延时、抖动和丢包等数据网络特有的问 题，没有考虑网络故障对用户感觉造成的影响，单纯的从收发信号差异的角 度分析网络语音问题。为了克服这些缺点，国际电联的g 1 0 7 标准提出了 e m o d e l ，在1 9 9 8 年被i t u 标准化，成为g 1 0 7 建议，然后每年更新并修订。 它关注数据全面的网络损伤因素，很好地适应在数据网络中语音质量的 评估。e - m o d e l 的前提是假设语音质量损伤因素总是物理附加的，简单说来 就是，如果诸如噪声、回音、延时、编码器性能、抖动等网络损伤因素能够 被灵活的加入，那么网络的一个全面客观的质量等级或称为“呼叫者体验” 的因素就能够被估计。 ( i ) e - m o d e l 的基本算法公式及其与m o s 值的对应 e - m o d e l 用来作为算法最终结果的是r 值，被称为全面的网络传输等级 要素，取值范围从0 到1 0 0 。r 值的计算从没有网络和设备的损伤影响开始， 此时语音质量是最好的r = r o r o 是无网络延时和设备损伤因素的基本信号 与收发噪声以及电流、背景噪声之比，即基本信噪比。但是因为网络和设备 损伤因素的存在，减少了通过网络的语音质量，r 值的基本计算公式如下： r = r o - i s i d - l e + a 其中，i s ：与语音信号传输同步的损伤 i d ：语音信号传输延时后的损伤 i e ：由设备引入的损伤，例如编码器损伤 a ：优势因素，致力于考虑呼叫者的期望因素，在大部分情况下，一般 设置为0 。 由公式可知，全面的语音质量( r 值) 的计算是通过首先估计一个连接 的信噪比( r o ) ，然后从中减去网络损伤( i s ，i d ，i e ) ，最后再用呼叫者 对语音质量的期望( a ) 进行补偿后得到。实际应用中，基本公式中的输入 r o 、i s 、i d 和i e ，每一个都需要考虑各种各样的实际网络损伤因素，通过 非常复杂的数学计算而得到。 前面已经讲过，任何的测量方法，最终都将对应为m o s 值标准，e - m o d e l 也一样。下面的曲线图清楚的表示出了r 值和平均主观值1 4 0 s 之间的映射关 系。x 轴表示e 模型的r 值y 轴表示平均主观值m o s 。 e x c e i l e n t5 g o o d4 呈f a i r 3 p o o r2 b a d1 m o s 垤r - f a c t o r - 。 一r 一 02 04 0 6 0 8 01 r f a c i 吖 3 t h er f a c t o rq u a l i t yi n d i c a t o rm n g e sf r o m1t o1 0 0i ti s c o n v e a i b l et ot h em o ss c o r eo f1t o5 t h ei t u - tg1 0 7 d o c u m e n ts p e c i f i e sh o wa nr - f a c t o rc a r lb ec o n v e n e dt oa m o ss c o r e 图3 一i m o sv sr f a c t o t 加入用户的感知特性( 以用户满意程度表示) ，迸行语音质量等级划分， 对应r 值和m o s 值的范围如下表所示。由于网络数据与实际语音之问存在转 化过程，这样固有的损耗使得r 值最大只能到9 3 2 ，也就是平均主观值m o s 只有4 4 。g 1 0 7 的r 值默认最大为9 4 。 ( 2 ) 语音编码方式、延时，抖动和丢包对r 值的影响 网络损伤的主要因素包括语音编码、回声、平均包延时，抖动和包丢失 率。回声产生于i p 网络与传统p s t n 相连处，在单一v o l p 网络内部暂不讨 论。在一个仅由编码、延时、抖动和丢包造成系统失真的情况下，r 的计算 公式可以简化如下： r = r o i c o d e c i d e l a y i p d v i p a c k e t l o s s 下面将讨论这四个主要损伤因素对r 值的影响。 在语音处理中，编码是以硬件或软件的方式去采样语音和决定数据包的 速率。i t u 标准定义了差不多十几种编码方式，每一种都有不同的特点。低 速的编码方式占用更少的带宽，但是因为使用有损的压缩算法低速编码更 加削弱了语音质量。在实际情况中，选择低速的编码方式能够在相同的连接 上建立更多的呼叫，但是引入了更大的延时，使语音质量对丢包也更加敏感。 因此选择越低速率的编码方式，将明显地减少e 模型的r 值，当然这也不是 完全绝对的。下表显示了一些常用的编码方式对应的i e 值和固有r 值 4 。 延时是指话音从发起者到接收者所经过的时间 5 ，一般而言，端到端 的延时由以下四部分组成： 1 传播延时：指话音从一端到另一端通过网络的时间，由信号通过传 播媒介的速度和传播的距离决定 2 传送延时：指通过网络路径上的所有网络设备的时问 3 包转化延时：指的是编码器进行数模转化的时问 4 抖动缓冲延时：指的是在接收端用来保持一个或多个接收的数据包 的时间，用来克服数据包到达时间的变化，也就是克服抖动产生的 延时 延时会引起语音会话过程的空白，带来语音的变形和会话的中断，也就 是说，延时的增大导致了r 值的减小延时的时长在1 0 0 2 0 0 m s 之问开始被 收听者所察觉，使得会话不自然。建议的延时上限为1 5 0 m s ，若延时达到2 0 0 m s 则开始有严重的会话中断。 抖动，也叫做延时的变化，是指在一个v o l p 呼叫过程中所有发送的数 据包到达的时间差异。当一个数据包发送时，发送端在r t p 报文头上增加一 个时阃戳；当在另一端被接收时，接收端同样增加另一个时问戳；计算这两 个时间戳可以得到这个数据包的通路时间。如果在一个呼叫中包含不同的通 路时间，则存在抖动。在视频应用程序中，抖动表现为图像闪动，而在电话 呼叫中，它表现的效果与丢包产生的效果相似，某些字词昕不清楚或错误。 抖动的大小取决于数据包的通路时间的差异程度，差异程度越大，则抖动也 越大。如果抖动值大于5 0 m s ，则平均主观值m o s 值剧烈地降低，认为是极差 的语音质量。通过增加抖动缓冲的数量，可以有效地降低抖动的影响，但是 增加了一毫秒的抖动缓冲，则相应增加了一毫秒的网络延时。 丢包是一个影响语音质量的关键因素。数据包发送端和接收端之间的数 据包数目的差值即为网络传输丢失包数目。v o l p 使用r t p 实时传输协议传输 语音数据包，虽然可以利用r t p 报文头的序列号检查数据包的丢失和乱序， 但是它并没有重传机制。任何丢包和乱序都将影响语音的质量。网络主要有 两种类型的丢包情况。一种是或多或少的随机丢包，当网络保持冲突碰撞时， 就会偶尔有一个或两个数据包发生丢失：另一种是爆裂丢包，是指连续一个 以上的数据包丢失，会显著地影响语音质量，明显减小r 值。当少量的丢包 是随机地分布时，人耳并不容易感觉到较差的语音质量。 e - m o d e l 测量方法正是将这些网络的损伤因素充分予以考虑，以此作为 对网络语音质量的全面传输评估，真正意义上的研究了数据包化的语音呼叫 的质量问题。 3 3 现有的语音质量测试设备 针对前面提到的可以对话音质量进行客观测量的各种i t u 标准，如感知 通话质量评估( p e s ol q l q 0p 8 6 2 p 8 6 2 1 ) ，感知分析测量系统( p a m s p 8 0 0 ) ，和感知通话质量测量( p s q mp 8 6 1 ) ，对其进行简单的对比如下： 1 p a m s 是不进行实际主观测试的条件下测试全部收听质量。 2 p s q m 是不进行主观测试的条件下测试对语音编码的主观质量测试。 3 p e s o 是对主观的听力测试做客观度量，把发射端的参考信号和接收 端收到的失真信号进行比较，通过使用复杂的信号处理，对参考信 号和接收信号进行校准，然后估计这两个信号问的差异。 市场上的已经有成熟的产品可以进行上述三种测量了，如安杰伦公司， 美国l g 公司，思科公司，中兴通讯有限公司，思博伦公司，亿阳公司生产 的各种语音测试仪器等。 有的测量仪器厂商还设计了基于e - m o d e l 的评估工具，能够在数据网络 的软件代理之间产生r t p 数据流去模拟v o i p 语音呼叫，每次这个模拟v o i p 语音呼叫运行时，网络延时，抖动和丢包将作为测量结果而被记录，这个测 量通过e - m o d e l 计算公式得到一维的结果r 值，然后再对应到平均主观值 m o s 。此时，并没有真实的语音信号通过数据网络。 评估语音质量的国际电信联盟的e - m o d e l 标准，可以准确地建立包丢失 分布和最终用户感觉模型，将包丢失分布与编码器和时延等建立关系，以便 给出一个单一的得分。该方法被视为在数据网络中进行语音质量评估具有相 当的准确度。但是正如i t u - tg 1 0 7 规范开头所述“这样的评估仅用于传输 设计的目的，并非为了实际用户评价预测( 因为还没有i t u t 建议的统一的 模型) 。”e - m o d e l 相当大数量的可能输入参数的组合情况还未经过足够的 界内验证和充分的实验室测量。许多对于传输设计具有高重要度的组合情 况，e - m o d e l 已经可以被确信的应用，但是对于其它的一些研究未涉及或不 成熟的参数组合情况，e - m o d e l 的估测仍处在置疑和研究的阶段。 3 4 利用现有设备进行网间语音质量监控 即然已有较成熟的设备各种对网络( 包括p s t n ，g s m ，c d m a ，i p 等) 中 的语音质量进行监测。便可以用其对互联的电信网中承我的语音业务进行网 闯语音质量的监控了 现有的测试设备中。包括亿阳，安杰伦等厂家的语音质量测试设备，都 需要在测试网络的一端发送参考信号，在另一端将收到的信号和发端进行对 比来分析，在本文中为便于分析，把测试设备统成为r t u ( r e m o t et e s tu n i t ) 远端测试单元。 3 4 1 网间通话质量方面的故障发现方法和原理 第一层面故障发现： 通过r t u 设备的实地测试，汇总测试结果，通过对单通率、断续率、 信噪比等指标的统计，对网问通话质量有一个定量方面的评估。 测试配置 图3 2 示意图 测试方法 将r t u 测试设备连接到要测试的局向l e a 和l e b ；设置从r t u 测试设备 a 发起呼叫