听觉质量客观感知评估算法及其应用

1、https:/听觉质量客观感知评估算法及其应用听觉质量客观感知评估算法及其应用【摘 要】ITU P.863 是下一代语音质量测试技术，适用于固话、手机和 IP网络。通过比较已知的参考信号和经过待测系统后的退化信号，得到 MOS 分。应用 POLQA 算法对手机的通话语音质量进行客观评估，分析影响手机通话性能的各种因素。【关键词】P.863 POLQA 听觉质量 MOS1 引言P.863 是下一代语音质量测试技术，适用于固话、手机和 IP 网络。P.863的目标是预测用户感知，从窄带到超宽带的所有通信系统的聆听语音质量。正因为 P.863 的应用带宽得到了扩展，POLQA 算法可用于 VoLTE

2、 的语音质量评估。POLQA 算法既能用于电信号的测试（这和 P.862、P.861 是兼容的），同时也能用于声信号的测试，即评估通过仿真耳记录的信号。2 POLQA 算法介绍POLQA 算法原理和 PESQ 算法类似，通过比较参考信号和待评估的劣化信号，输出感知质量的预估值，劣化信号是参考信号经过通信系统后的信号。具体如图 1 所示。对信号的处理步骤包括帧分割、时间对齐、延迟计算，然后通过感知模型把参考信号和劣化信号转换成内部表征。把这些表征指标综合起来给出客观聆听质量 MOS 分。帧分割是指把参考信号和劣化信号分割成一小段的等长的时间片，即帧信号。由于经过通信系统后，劣化信号存在延时、电平

3、变化、数据包错位或丢失等情况，因此非常重要的一步是要把参考信号帧和劣化信号帧一对一地进行匹配，这样才能对每一对帧进行比较分析。POLQA 算法是在参考信号中寻找和劣化信号帧的匹配帧，分别计算参考信号帧和匹配的劣化信号帧的延时。POLQA 算法使用了 6 个表征指标，即频率响应指标（FREQ）、噪声指标（NOISE）、混响指标（REVERB）以及 3 个描述内部差异的指标，即时间、音调、响度域。在 POLQA 算法中，MOS-LQO 分在窄带模式下最高为 4.5 分，超宽带模式下为 4.75 分。https:/3 用 POLQA 算法分析影响语音质量的因素利用 POLQA 算法的 MOS 分，能

4、够直观地反应语音质量的好坏。因此在实验室环境下分析手机在手持通话模式时，不同因素对通话质量的影响。3.1 测试系统组成如图 2 所示，测试系统主要包括：（1）消音室，包含头肩模型器 HATS，4 个喇叭和 1 个低音炮，用于播放噪声；（2）基站模拟系统用于实现和手机的通信；（3）语音质量分析仪，用来实现对语音通话进行 POLQA 算法的打分；（4）多径信号模拟发生器，用于模拟多径信号。3.2 通信制式的影响表 1 通信制式对 MOS 分的影响通信制式 发送 MOS 分 接收 MOS 分GSM850 4.22 4.18WCDMA（Band） 4.20 4.18WCDMA（Band） 4.20 4

5、.173.3 发射功率的影响GSM 制式能够通过模拟基站准确地控制手机发射功率，因此选择 GSM 频段进行测试。可见，对于正常的手机（手机 A），发射功率对通话质量没有影响。然而，如果手机设计存在问题（手机 B），比如天线干扰了麦克，导致通话存在电流音，那么通过 POLQA 算法也是能反映出来的。发射功率对 MOS 分的影响如表 2 所示：表 2 发射功率对 MOS 分的影响手机 A 手机 B发射功率等级 发送MOS 分 接收https:/MOS 分 发射功率等级 发送MOS 分 接收MOS 分3.4 编码方式的影响根据网络环境的优劣，手机会选择合适的编码方式以确保通话质量。那么不同的编码方式

6、对通话质量的影响有多大？选择 GSM 制式下不同 AMR 方式进行测试。由表 3 可知，随着码速率的下降，MOS 分也是下降的。这和实际表现是一致的，在差的网络环境下，手机的码速率下降，语音质量也会下降。表 3 编码方式对 MOS 分的影响编码（GSM 制式） 发送 MOS 分 接收 MOS 分AMR Full Rate 7.95kbps 3.97 4.02AMR Full Rate 5.90kbps 3.84 3.88AMR Full Rate 4.75kbps 3.67 3.73AMR Half Rate 7.95kbps 3.98 4.01AMR Half Rate 6.70kbps 3

7、.94 3.96AMR Half Rate 5.90kbps 3.81 3.88AMR Half Rate 5.15kbps 3.73 3.783.5 信道衰落的影响实际网络环境下，不可能保证手机接收到的基站信号只有直射信号，即信道衰落是不可避免的。通过多径信号模拟发生器，选择国际规范规定的衰落模型，对模拟基站发出的基带信号进行衰落，评估不同的信噪比对语音质量的影响。由于衰落是加在接收信号上的，因此只影响接收 MOS分。从表 4 可知，信噪比对语音质量的影响很大。表 4 信道衰落对 MOS 分的影响 AWGN 的 Eb/No 值/dB 接收 MOS 分10 4.160 3.88-2 3.34-

8、4 2.153.6 噪声环境的影响噪声环境是常常会遇到的，商场、闹市区都充满了各种噪声。选择 ETSI 规https:/定的“ETSI schoolyard_480sec+9_5dB.wav”作为噪声源，评估不同噪声音量下的 MOS 分变化。从表 5 可知，待测手机的发送 MOS 分受噪声影响较大，这是因为该手机是单麦克的，其噪声抑制的能力有限。表 5 噪声对 MOS 分的影响人头处的最大噪声（SPL）/dBA 发送 MOS 分73.9 3.6765.6 4.0455.4 4.194 结束语由上述内容可知，POLQA 算法是语音质量评估的有效手段。VoLTE 语音性能要求使用 POLQA 算法进行语音质量测试。借助 POLQA 算法，本文分析了影响语音质量的几个因素，其中编码方式、信道衰落和噪声都对语音质量有比较大的影响。而通信制式、发射功率基本对语音质量没有影响。如果手机的通话质量有问题，也是能够通过 MOS 分直接反映出来的。参考文献：2 朱晓峰. 客观听音质量模型的开发J. 通信技术与标准， 2011（4）：63-67.3 林建锋，朱猛. 有关在移动通信中语音质量评