车载蓝牙免提终端语音质量及性能技术要求和测试解析

1、目的本测试规范的目的是规范车载娱乐系统通过蓝牙免 提与手机通讯设备通话语音质量和性能技术要求和测试方法，并给出语音质量建议。本规范定义了车载免提终端以及用于车载免提终端的麦克风的要求和测量技术。所有的测试，包括声学界面（麦克风/扬声器），评价在通话和背景噪声的标准通话计时参数性能具体测试的描述。二.范围本测试规范适用于所有支持蓝牙的车载 免提终端的通话语音质量和性能测试。当参考该规范时，需要重点考虑以下几点：?在车载免提的初始安装状 态下测试免提终端，将不同的车类型对于测试的影响考虑进来。改进型的解决方案：使用带典型声特性的 车舱?在安静环境下进行测试，或带真实背景噪声、目标车驾驶时的声仿真（

2、考虑不同的车速、引 擎和车体类型）?用人工头测试系统作为免提终端使用者进行测试?主要关注会话参数，如双向通话性能和背景噪声 传输质量。一部分基于当今第三代移 动电话测试标 准，如3GPP,另一部分基于听觉测试结果（艮VDA-HFT相对于其它普遍使用的 标准的另一特点）三.参考标准YD/T 1686 -2007 IP电话通话质量及性能技术要求和测试方法ITU-T Recommendation P.58 Head and Torso Simulators forTelephonometry （HATS ）ITU-T Recommendation P.57 Artificial EarsITU-T

3、Recommendation P.340 Transmission Characteristics and Speech Quality Parameters of Hands free TelephonesITU-T Recommendation P.501, Test Signals for Use in TelephonometryITU-T Recommendation P.50 (1993, Artificial VoicesITU-T Recommendation P.502, Objective Analysis Methods for Speech CommunicationS

4、ystems, Using Complex Test SignalsITU-T Recommendation P.64, Telephone Transmission Quality Objective Measuring Apparatus, Determination of Sensitivity/Frequency Characteristics of Local Telephone SystemsITU-T Recommendation P.79, Calculation of Loudness Rating for Telephone SetsITU-T Recommendation

5、 P.581 (05/00, Use of Head and Torso Simulators (HATS for Hands-free Terminal TestingITU-T Recommendation P.800, Methods for Subjective Determination of TransmissionQualityITU-T Recommendation P. 862, Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQITU-T Recommendation P. 862.1, Mapping Function for Tr

6、ansforming P.862 Raw Result Scores to MOS-LQOBerger, J., Results of objective speech quality assessment including receiving terminalsusing the advanced TOSQA2001, ITU-T Contribution, Dec. 2000, COM 12-20-E四.术语、定义和缩略语AGC Automatic Gain Control 自动增益控 制CSS Composite Source Signal 合成源信号DELSMSensitivity

7、Difference Direct/Diffuse Sound-field敏感性的差异直接/扩散声场TELR Talker Echo Loudness Rating 回声响度评定值TCLWTerminal Coupling Loss(加权)终端耦合损耗SSI (diff Diffuse-field Sensitivity in Sending Direction发送方向上的扩散灵敏度DTX Discontinuous Transmission HATSHead and Torso Simulator 不连续传输的头肩模拟器HATS Head and Torso Simulator 头肩模拟器H

8、FRPHands-free Reference Point 免提参考点MRPMouth Reference Point 嘴参考点POI Point of Interconnection (with PSTN 互联点RRRReceiving Loudness Rating 接收响度评定值SSSSending Loudness Rating 发送响度评定值SPL Sound Pressure Level 声压级TMOSTOSQA2001Mean Opinion Score 平均主观值STMRSlide tone Masking Rating 侧音掩蔽评定值王语音质量评价方法常用的语音质量评价方法分

9、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 语音质量的好坏。1996年国际ITU 组织在ITU-T P.800和P.830建议书开始制 订相关的评测标准：MOS Mean Opinion Score）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。具体见表1。表1 MOS分值对照表级另IJ MOSX用户满意度优 50非常好，听得很清楚，无失真感，无延迟感4.0稍差，听得清楚，延迟小，有点杂音中 3.0还可以，听不太清楚

10、，有一定延迟，有杂音，有失真差 20 勉强，听不太清，有较大杂音或断续，失真严重劣 1.0极差，静音或完全听不清楚，杂音很大注：对于GS恻络而言，评分在3以上即为比较好的语音质量。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，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，使用量化 算法计算相对应的级别及语音质量好坏程度。六.技术要求1 .概述本标准对车载蓝牙免提终端的技术指标进行如下分类：a.设备时延要求b.传输性能指标，包括空闲信道噪音、频率响应、响度评定值、0（直、回声特性、稳定度损耗、失真特性和带外噪音抑制。c.动态性能指标，包括自

11、动增益控制性能，开关特性、丢包补偿特性、语音激活检测 特性、舒适噪音产生特性、背景噪音特性和双向通话特性。d.语音质量要求除非特别说明，每一项技术指标都分为发送和接收连个方向，并且每个方向上分别在手机通话、免提通话和电接口下提出相应的技术要求2 .设备时延所有免提终端连接到符合要求的 传输标准与实施，校准音频接口系统模拟器。本标准的 一些要求性能极限取决于 传输系统和这种传输系统使用的语音编解码器。每章附有的相 应表格。表4.1提供了一个所用 语音编解码器概述。3 .4 .车载系统正向智能化、信息化和网络化方向发展，汽车市场已经成为电子工业一个重要的增长 点，无线通信技术在汽车等移动系统中有着

12、广泛的应用前景。本文介绍的汽车蓝牙应用主要以 手机为无线网关，车载系统通过蓝牙无线链路和手机连接，再连入外部无线网络。利用该方案 用户通过一部蓝牙手机就可以方便地使用以下功能： 免提电话。用户进入车内，车载系统自动连接上用户手机。用户在驾车时，无须用手操作就可 以用声控完成拨号、接听、挂断和音量调节等功能，通过车内麦克风和音响系统进全双工免提 通话。汽车遥控。用户可以在10米范围内用手机控制车门和车中的各类开关。音乐下载。用户可以通过手机下载音乐到汽车音响中播放。电子导航。用户可以通过手机下载电子地图等数据到车载GPS导航系统中，导航系统得到当前坐标参数再通过手机短信传回导航中心。汽车自动故障

13、诊断系统。车载系统可以通过手机将故障代码等信息发往维修中心，维修中心派 人前来修理时可以按故障代码等信息准备好相应的配件和修理工具。蓝牙在车载系统中的全面应用需要解决硬件和软件方面的问题。硬件实现蓝牙的射频和基带部 分，工作温度范围、可靠性和价格是在设计硬件时应考虑的重点问题，车载系统的各种上层功 能由软件实现。免提电话作为蓝牙在车载系统中的主要应用，其应用规范已经成熟并获得众多¥爵同修建M J手机厂商的支持。如图1所示，射频芯片在2.4GHz频段提供数据和语音无线双向传送。基带芯片包含跳频、信道 加密解密、鉴权、SCO语音编解码等硬件，以及链路管理、HCI接口等固件。处理器运行蓝牙

14、上层协议栈、应用规范和语音算法等核心软件。为方便描述，本文将射频、基带和处理器部分 称为蓝牙子系统。汽车音响通过车内麦克风和扬声器为蓝牙子系统提供声音的输入输出。主控 制器运行人机接口 (MMI等软件，对蓝牙子系统、汽车音响和其它车载电子设备进行集中控制 管理，并将有关信息显示在图形用户界面(GUI上。蓝牙子系统结构分析蓝牙子系统包含实现蓝牙车载应用规范有关的软硬件。基带芯片通过UART和SSI接口连接处理器：HCI命令、数据和事件通过 UART接口传输；SCO数据通过SSI接口传输。如前所述， 处理器运行蓝牙上层协议栈、应用规范和语音算法等核心软件。图2给出了蓝牙子系统中处理器上运行的软件结

15、构。图2中的电路支持包(BSP包含所有与硬件有关的代码，可以保证上层软件良好的硬件无关性。RTOS为软件提供良好的结构和实时性能。设计时应充分考虑RTOS的RAM、ROM占用大小、中断响应和任务切换时间，以及调度算法是否满足语音算法等部分对实时性的要求。蓝牙协议 栈包括HCIHOST、L2CAP、SDP和RFCOMM等上层协议。在协议栈之上，按不同的应用要求放置有若 干应用规范，如免提应用规范和耳机应用规范。由于新的应用规范不断出现，软件结构应便于 加入新的应用规范以备将来扩充应用范围。数据库提供记录的添加、删除和查找功能来管理本 地和远端蓝牙设备的数据，通常这些数据存放在Flash存储器中。

16、存放的数据有本地设备的蓝牙地址、设备名称、配对密码和 SDP记录，以及远端设备的蓝牙地址、设备名称、SDP记录、链路密钥、鉴权和授权方案。由于系统需要和多个远端设备配对，数据库应有足够的容量来存放多个远端设备的数据。蓝牙管理层(BluetoothME对协议栈和数据库调用使其按一定流程工作，从而执行访问控制管理、连接管理和安全管 理等。在车载系统中还需要提供语音算法，因为在免提通话时对方可以听到自己的回声，可以 采用回声抵消(AEC技术来消除。行车过程中进行免提通话时，发动机噪声、路面噪声、风声 会进入车内麦克风，影响通话质量。采用噪音抑制(NS技术可以抑制车内噪声以提高通话清晰度。为了增加行车

17、安全，语音识别(VR技术可以让驾驶员无需手动操作电子设备，通过预先录入的声音指令，驾驶员可以拨打电话，接听电话等；语音合成(VS技术用语音信号提醒驾驶员需要进行的操作或一些值得注意的信息；语音管理层对各种语音算法模块进行管理，如配置算法参 数和缓冲区数据输入输出等；人机接口层(MMIInterface是外部与蓝牙子系统进行通信的接口，这种通信使用专门的协议，外部MMI主机通过该协议发送命令到人机接口层，人机接口层解释收到的命令，继而控制应用层进行相应的动作 同时应用层也会将蓝牙子系统的数据、状态和事件送往人机接口层，人机接口层通过该协议发送命令到外部MMI主机。应用层接受所有来自人机接口层和蓝

18、牙管理层的事件，在一定的应用条件约束下对接收到的事件进行处理，并执行相应的动作以控制人机接口层、蓝牙管理层和语音管理层进行有序工作。应用层还负责对异常情况进行处理，比如人机接口层收到错误指令、蓝牙链路的异常断开、鉴权失败等，通过适当的错误处理机制来提高系统的可靠性。蓝牙应用规范规定了为实现某种应用，双方蓝牙设备应满足的一些技术标准。包括应用特性的 规定、应用模型的定义、核心协议栈的配置、在核心协议上为实现特定应用而定义的协议，以 及为了满足互操作性要求的其它规定，这些规定分为强制性支持、有条件支持和可选支持。由 以上结构可以看出，通过合理配置各软件功能模块就可以在相同硬件平台上支持多个应用规范

19、 蓝牙免提应用规范蓝牙免提应用规范规定了在语音网关和免提设备之间建立蓝牙数据和语音连接的过程，以及免 提设备如何基于该连接对手机进行远程控制，并访问外部网络以实现电话功能。该规范中的语音网关是免提设备与外界进行语音通信的桥梁，一般语音网关是指GSM或CDM A手机。通过语音网关，免提设备可以使用蜂窝网提供的电话服务。免提设备和语音网关连通后，用户可以进行免提通话。在这里免提设备一般指蓝牙车载系统。该规范规定了语音网关和免提设备应支持的特性，语音网关和免提设备必须支持建立服务级连接(SLC。所有的控制信 令在SLC上传递。蓝牙免提应用规范白典型应用如图 3所示。此时蓝牙车载系统是免提设备，手机充

20、当语音网关。图中的手机具有蓝牙功能，第一次使用前需要和蓝牙车载系统进行绑定，用户输入正确的密码后，绑定即告成功。此后，经过绑定的蓝牙手机靠近蓝牙车载系统10米左右，两者就能自动建立连接。图4是协议栈的配置情况。免提规范是通过在RFCOMM上传送专用控制命令来实现的，这些命令是通用AT指令集的一个子集，同时添加了有关的专用指令。通过这些AT指令可以完成电话状态显示、接听、拒绝、挂断、传输双音多频码(DTMF、远程音量控制、控制回声抵消、噪声抑制和语音识别等功能。另外，为了满足互操作性要求，免提规范还就蓝牙信道的连接过程、安全管理等方面做出了一 些规定。免提规范规定语音网关和免提设备之间进行绑定时，语音网关应该是发起者。语音网 关发起设备查询，免提设备进行查询扫描，通过设备查询语音网关就可以找到有效范围内的免 提设备。然后语音网关通过呼叫(Page与免提设备建立连接，发起绑定流程。在该情况下，语音网关只能作为主设备，免提设备为从设备。绑定完成后，可以由免提设备或者语音网关任何一方发起连接请求，没有 固定的主从设备之分。免提规范本身不对蓝牙链路的安全性提出强制性要求。就免提应用而言，为了保证通话内容的 安全性，应进行鉴权和加密。鉴权是设备一方通过检查链路密钥来验证对方设备的合法性，鉴 权可以双向进行；加密是对两个设备间ACL数据按一定算法进行处理，生成加密数据。只有知道正确