CN100499694C - 测试语音质量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测试语音质量的方法，包括：A、所述测试前台利用预置的参考语音文件生成语音数据，将所述语音数据发送到移动终端，所述语音数据经过环回，由所述移动终端向所述测试前台反馈；B、所述测试前台对接收到返回的语音数据进行分离提取，形成降级语音文件；C、利用所述参考语音文件和所述降级语音文件进行语音质量的评估计算，获得被测试系统所承载语音的语音质量。本发明还提供一种测试语音质量的装置，包括：操作控制子单元、前/后台通信子单元、数据生成子单元、收发控制子单元、接收提取子单元和评估计算子单元。采用上述方案对移动通信系统的话音质量进行实时测试与评估的低成本，且使用方便、灵活。

Description

测试语音质量的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信系统，尤其是移动通信系统中一种测试语音质量的方法及装置。

背景技术

随着下移动通信技术的不断成熟，在移动通信网上承载语音得到了越来越广泛的应用。以图1为例，各种媒体网关(MG)，会话初始协议(SIP)终端，H.323协议终端、H.248终端以及各种话机(如模拟话机)与移动通信网络直接或间接连接，利用移动通信网络进行多媒体数据的传输，例如语音的传输，即把用户的语音信号编码成AMR、EVRC等格式的能在移动通信网络上传输的语音帧，同时也把移动通信网络上的AMR、EVRC的语音帧解码成语音信号。为了更好地进行语音信号的传输，通常需要对移动通信网络的语音质量进行测试。

目前对语音质量的测试方法有主观和客观两种：主观测试方法就是由专门的语音评估小组对通话的语音质量进行评价，假设按照ITU-T的P.800标准和P.830标准实施该方法，需要挑选30-40人组成语音质量评估小组，进行培训后进行测试。该方法对测试环境有很严格的要求，比如房间的温度，反射时间，背景噪音等都有要求，通过接听评价测试，即测试者听一段事先录制好的语音，然后给出平均意见得分(MOS)值。这种方法本质上为人工测试，不但由于评估小组的成员太多，测试环境要求太高导致测试的高成本，而且需要对测试人员进行培训等，不具备客观测试的测试周期短且可重复的优点。

客观测试方法有ITU-T P.861标准介绍的感知的语音质量测试(PSQM)方法，ITU-T P.862标准介绍的语音质量的感知评估(PESQ)方法等。目前对语音质量测试采用的客观测试方法，通常都是通过模拟电话口(即Z接口)进行测试，以图2中的两部模拟话机之间进行的端到端语音质量测试为例，移动终端MS、公用交换电信网PSTN提供Z接口(也可以是中继媒体网关TMG、综合接入设备或接入网关AG提供的Z接口)。首先把语音质量测试仪(VQT)的接在移动终端MS1和PSTN模拟电话口处，选取一个模拟口为发送测试台，另一个为接收测试台，然后有发送测试台向接收测试台发送一个事先准备好的WAV文件，接收测试台侧收全wav文件后进行PESQ的计算，得出测试结果。

对于类似图2所述从一个模拟电话口到另一个模拟电话口的端到端的测试方法，必须有发送端测试台和接收端测试台参与，测试结果是语音文件经过的所有组件对语音质量影响的总和，即得出的语音质量结果受语音文件经过的移动通信网络上的核心网(MSC)、基站控制器(BSC)、基站(BTS)、移动台(MS，如手机、移动固定台、其他话音终端)等的影响。

因此，对话音质量的测试一般是采用语音质量测试仪器进行如上述所说的端到端进行测试，分析话音数据经过整个系统后的话音质量。所述方法主要的缺点是：1、只能对提供Z接口的设备进行测试，其测试结果包含了所有网络组件对语音质量的影响，不能定位对语音质量产生影响的具体组件；同时也由于它不能对移动通信网络承载语音的质量和效果进行有效评估；2、由于需要通过终端的模拟电话口进行测试，因此测试设备必须也具有模拟电话接口；测试用的语音文件并不是模拟信号，都是存储在计算机上的经过一定算法编码的数字信号，所以需要专门的硬件设备来实现语音文件的发送，接收，采样编码等；成本很高，如果进行异地测试，则需要两台设备，成本更高；3、只能进行端到端的测试，不能对单个的部件的语音质量的影响进行评价，4、不方便对通信网络进行长时间的测试和监控。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种成本低、使用方便、灵活的测试语音质量的方法及装置，以解决对移动通信系统的话音质量进行实时测试与评估，并对测试输出结果进行跟踪监视。

为解决上述问题，本发明提供一种测试语音质量的方法，测试前台内嵌在基站控制器内，测试后台内嵌在操作维护子系统中，包括：

所述测试前台利用预置的参考语音文件生成语音数据，将所述语音数据发送到移动终端，在移动通信系统中设置话音环回单元，所述语音数据经过话音环回单元环回后，向所述测试前台反馈；

所述测试前台对接收到返回的语音数据进行分离提取，形成降级语音文件；

所述测试前台利用操作维护信道将降级语音文件打包传送到所述测试后台，由测试后台利用所述参考语音文件和解包得到的降级语音文件进行语音质量的评估计算，获得被测试系统所承载语音的语音质量。

所述语音数据为在参考语音文件中增加同步信号，所述同步信号设置在参考语音文件的头或尾处，用于实现语音数据的分离提取。

所述语音数据的发送方式采用单次播放或循环播放。

所述降级语音文件为删除同步信号后的语音数据。

所述语音质量的评估计算为语音质量的感知评估PESQ计算或感知的语音质量测试PSQM计算或感知分析测量系统PAMS计算。

所述语音质量的感知评估PESQ计算为：

调整参考语音信号和降级语音信号到一个相同的电平等级；

对降级语音信号进行信号补偿；

对降级语音信号进行时间校正；

对参考语音信号和降级语音信号进行听觉转换；

对参考语音信号和降级语音信号进行干扰处理，然后进行语音质量的计算。

另外，本发明还提供一种测试语音质量的装置，包括：

内嵌在基站控制器内的测试前台和内嵌在操作维护子系统内的测试后台，以及话音环回单元，所述话音环回单元通过移动通信系统提供的话音通路与收发控制子单元相连，用于将通过收发控制子单元的语音信号予以返回，形成通路；

所述测试前台包括：

前台通信子单元，与后台通信子单元相连，用于从系统中捕获的待分析的语音数据利用系统的操作维护通道发送到测试后台，同时实现控制信号的传送；

数据生成子单元，与前台通信子单元相连，用于将提供的参考语音文件或本地保留的参考语音文件按一定的格式生成用于发送的语音数据，并存储；

收发控制子单元，分别与前台通信子单元、数据生成子单元相连，根据控制信号对语音数据进行发送和接收，并实现语音数据的单次播放或循环播放；

接收提取子单元，与收发控制子单元和前台通信子单元分别相连，用于分离提取语音数据，形成降级语音文件；

所述测试后台包括：

操作控制子单元，用于实现语音测试功能的控制、参考语音文件的配置以及对语音质量变化的监测；

后台通信子单元，与前台通信子单元、操作控制子单元相连，用于将参考语音文件从测试后台利用系统的操作维护信道上载到测试前台，同时实现控制信号的传送；

评估计算子单元，分别与后台通信子单元和操作控制子单元连接，对接收到的降级语音文件和参考语音文件进行语音质量的评估计算，获得被测试系统所承载语音的语音质量。

所述以一定的格式生成用于发送的语音数据文件是指在参考语音文件的头或尾处增加同步信号，用于实现语音数据的同步分离提取。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：能实时测试移动通信系统的语音质量，给出客观的评估数据，有利于对系统语音质量进行定量分析，并及时跟踪和发现系统问题，提高网络运营和服务质量；尤其是在系统调试和测试时使用，能及时获得系统性能数据；由于本方案提供了系统测试维护的功能，因此避免了对仪器的依赖性，同时也降低了成本，有利于普及使用。

附图说明

图1是一个简单移动网络的组网图；

图2是目前采用移动通信系统语音质量客观测试方法的原理图；

图3是本发明所述方法的实施例流程图；

图4是本发明所述装置的实施例框图；

图5是图4所述装置的第一个应用实施例原理图。

具体实施方式

本发明中所述测试台包括测试前台和测试后台，现以测试全系统的语音质量为例，对本发明进行描述。其操作原理为：首先，预置参考语音文件，即选取合适的参考语音文件从测试后台上载到测试前台，由测试前台对该参考语音文件按一定的格式生成用于发送的语音数据文件，并存储。如果测试前台已经存储有希望使用的参考语音文件，则这一步可以省略；其次，建立测试后台与测试前台维护通路，并在终端或系统中某处设置话音环回单元；再次，针对已建立呼叫的通路，从测试后台的控制终端上启动语音质量测试；最后，从测试后台显示终端(图中未标出)得到语音质量的测试数据。

下面结合附图，对本发明进一步说明。

请参阅图3，是本发明一种测试语音质量方法的流程图，所述测试语音质量方法的具体步骤包括：

步骤S11：所述测试前台利用预置的参考语音文件生成语音数据，将所述语音数据发送到移动终端，所述语音数据经过环回，由所述移动终端向所述测试前台反馈；

步骤S12：所述测试前台对接收到返回的语音数据进行分离提取，形成降级语音文件；

步骤S13：利用所述参考语音文件和所述降级语音文件进行语音质量的评估计算，获得被测试系统所承载语音的语音质量。

首先在被测系统包括测试前台和测试后台，所述测试后台预先设置参考语音文件，通过操作维护信道将其发送到被测系统的测试前台；所述测试前台接收到测试后台发送来的参考语音文件后，对此增加同步信号，生成用于发送的语音数据，并存储在本地缓冲区中，所述同步信号一段采用一段单音信号，设置在参考语音文件的头或尾处，便于对接收语音数据实现分离提取，所述等待发送的语音数据的存储格式为：“同步信号”+“参考语音文件”。所述语音数据的发送是指当接收到测试后台的命令就启动语音数据的发送，语音数据发送可以根据用户的需要采用单次播放或循环播放，也可以对语音数据定时发送；其发送的方向可以选择，比如向基站BTS方向发送或向移动交换中心MSC方向发送。当基站BTS或移动交换中心MSC根据发送方接收返回的语音数据时，送语音接收提取模块处理；所述语音接收处理单元根据同步信号对接收到的语音数据进行同步分离，删除单音同步后，形成降级语音文件，并将其打包上报到测试后台，其中，打包是采用电子邮件或文件传输协议FTP方式将接收到的降级语音文件打包传送到所述测试后台。当然实际中的传输方式决不限于上述两种方式，例如文件共享方式等。测试后台接收到降级语音文件后，利用所述参考语音文件和解包得到的降级语音文件进行语音质量的评估计算。即采用标准语音测试软件进行语音质量测试，测试软件可以是PESQ、PSQM(+)等标准软件，输出结果为PESQ、PSQM(+)等评价得分；测试后台的显示终端对测试结果进行显示，采用单点显示或采用表格、曲线的方式跟踪实时变化情况，对异常情况产生提示或告警，提高网络运营和服务质量；尤其是在系统调试和测试时使用，能及时获得系统性能数据。

所述PESQ计算可以采用下述步骤：

1、调整参考语音信号和降级语音信号到一个相同的电平等级，这是为比较服务的，有利于得到更真实的结果；

2、对降级语音信号进行信号补偿，由于电话设备和网络对输入的波形有滤波作用，所以PESQ计算前必须对信号进行补偿，以消除这些因素造成的影响；

3、对降级语音信号进行时间校正，这是由于移动通信系统或网络可能包含时延，并且在一次测试中会改变好几次，例如VOIP网络经常有一个变化的时延，因此深对变化的时延要进行时间校正；

4、对参考语音信号和降级语音信号进行听觉转换，参考信号和降级信号通过一个模拟人类听觉的关键特性的系统进行听觉转换，因此需要该过程把对于接听者来说不能听见的信号删除；

5、对参考语音信号和降级语音信号进行干扰处理，即运用非线性平均算法对误差曲面特定区域的干扰参数进行计算，然后进行语音质量的计算。

还需要指出，图3所述实施例中的所述语音质量的评估计算可以采用PESQ计算，也可以采用其它公知的计算方法，如感知的语音质量测试(PSQM)计算或感知分析测量系统(PAMS)计算等。

图4是本发明所述装置的实施例框图，包括测试后台单元1、测试前台单元2和话音环回单元3，所述后台测试单元1包括：操作控制子单元11、后台通信子单元12、参考语音文件13和评估计算子单元14；所述测试前台单元2包括：前台通信子单元21数据生成子单元22、收发控制子单元23、接收提取子单元24，其中，

所述操作控制子单元11，提供人机接口，用于实现对语音测试功能的控制、参数的配置以及对实现测试结果的显示、跟踪，并通过数据表格或图形界面实时监测语音质量变化的轨迹，对异常情况产生告警。

所述前/后台通信子单元，包括前台通信子单元21和后台通信子单元12，所述后台通信子单元12与操作控制子单元11相连，用于将参考语音文件从测试后台载到测试前台或从系统中捕获的待分析的语音数据发送到测试前台，同时实现控制信号的传送；所述前台通信子单元21与后台通信子单元12相连，实现前后台通信功能，将降级语音文件从测试前台上载到测试后台，同时实现控制信号的传送。

所述数据生成子单元22，与前/后台通信子单元相连，采用测试后台提供的参考语音文件或本地保留的参考语音文件按一定的格式生成用于发送的语音数据文件，并在本地存储；为便于语音数据分离，在参考语音文件数据的头或尾增加单音同步信号。

所述收发控制子单元23，分别与前/后通信子单元、数据生成子单元相连，根据测试后台命令启动和控制语音数据的发送和接收；支持对发送或接收的方向(如到BTS方向或到MSC方向)的选择；可以根据用户的需要实现发送语音数据的单次播放或循环播放。

所述接收提取子单元24，与收发控制子单元和前/后通信子单元分别相连，用于分离提取语音数据文件，形成降级语音文件，所述降级语音文件是指接收提取子单元根据单音同步信号对收到的语音数据进行同步分离，删除单音同步后形成的。

所述话音环回单元3可以设置在移动终端(例如手机、移动台等)或者移动通信系统中某段线路中，通过移动通信系统提供的话音通路与收发控制子单元相连，用于将通过收发控制子单元的语音信号予以返回，形成通路，以实现对系统的话音传输质量整体的进行评估。所述话音环回单元3还可以设置在移动通信系统中某段线路中，由系统对语音数据直接环回，形成通路；以实现对系统的话音传输质量进行分段评估。

评估计算子单元14，分别连接前/后台通信子单元和操作控制子单元，对从系统中接收到的降级语音文件和参考语音文件进行比较，根据语音质量评估算法计算系统的语音评估得分。支持的算法不限，可以配置为PESQ或PSQM等算法等等。

所述PESQ的计算过程大致如下：首先是电平调整，把参考语音文件和降级语音文件的电平调整到与人耳等级一样的舒适等级79dB声压级，它是一个按这些点绘制的分段线性的函数{2 000Hz，0dB}，{2 500Hz，-5dB}，{3000Hz，-10dB}，{3 150Hz，-20dB}，{3 500Hz，-50dB}，{4 000Hz andabove，-500dB}；接着是信号补偿，信号补偿就是把语音信号的功率恢复到滤波之前的功率，公式为：

$\mathrm{LX}{\left(f\right)}_n=S_1\·{\left(\frac{P_0\left(f\right)}{0.5}\right)}^v\·[{(0.5+0.5\·\frac{{\mathrm{PPX}\′}_{\mathrm{WIRSS}}{\left(f\right)}_n}{P_0\left(f\right)})}^v-1]$

其中：P₀(f)为绝对门限，S₁响度标尺因子，PPY′_WIRSS(f)_n为失真音调功率密度，LX(f)_n为响度密度，γ为常数，本例是0.23。然后是时间校正，就是对两个语音文件进行比较，去除降级文件中的与原始文件不符合的部分。再进行听觉转换和干扰处理，处理函数是PESQ分值＝f(LX(f)_n)(参考P.862标准10.2.16小节)。

图5是图4所述装置的应用实施例的原理图，包括操作维护子系统31、基站控制器32、基站收发信台33、移动台34、移动交换中心35、公用交换电信网36、测试后台1、测试前台2和话音环回单元3，所述测试后台1设置在操作维护系统31中或者与操作维护终端结合，所述测试前台2设置在基站控制器32的语音编解码器后面。下面分别对整个系统的语音质量和系统中某段线路的语音质量进行实施监测：

1、测试移动通信系统的语音质量

在宽带码分多址CDMA移动通信系统或者是基于ATM、TDM或IP的CDMA2000、GSM等无线通信系统中，由于语音质量主要决定于A接口以下的基站子系统BSS，因此BSS系统的语音质量情况基本可以反映整个系统的语音情况。

以在CDMA系统中测试BSS系统的语音质量为例，如图5所示，测试前台1配置在基站控制器BSC上的语音编解码器后；语音测试后台模块配置在操作维护子系统OMC中，或者与OMC的操作维护终端合并，也可以独立提供。语音测试前台和语音测试后台的通信直接借用系统的操作维护通道，并在移动终端设置话音环回单元，该点环回的信号是模拟信号，并形成通路，然后采用上述PESQ计算就可以测试BSS的语音质量。

另外，对于宽带码分多址WCDMA系统，语音测试后台还可以配置在核心网的语音解码模块后，测试方法相同。在这里就不再赘述。

2、测试移动通信系统中某段线路的语音质量

所述测试系统中某段线路的语音质量，该方案与测试移动通信系统的整个语音质量基本相同，只是不在终端设置环回单元，而是在系统中某点设置话音环回单元，环回的信号是数字信号，可测试环回点到语音测试前台子单元间传输的语音质量为被测线路，其测试方法与测试整个系统的语音质量相同，这里就不再赘述。

当出现语音质量问题时，通过对比实时的测试数据和正常情况下的测试数据，分析定位问题发生的位置，以便于及时解决定位问题，从而提高了网络运营和服务质量，避免了对仪器的依赖性，同时也降低了成本，有利于普及使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种测试语音质量的方法，其特征在于，测试前台内嵌在基站控制器内，测试后台内嵌在操作维护子系统中，包括步骤：

A、所述测试前台利用预置的参考语音文件生成语音数据，将所述语音数据发送到移动终端，在移动通信系统中设置话音环回单元，所述语音数据经过话音环回单元环回后，向所述测试前台反馈；

B、所述测试前台对接收到返回的语音数据进行分离提取，形成降级语音文件；

C、所述测试前台利用操作维护信道将降级语音文件打包传送到所述测试后台，由测试后台利用所述参考语音文件和解包得到的降级语音文件进行语音质量的评估计算，获得被测试系统所承载语音的语音质量。

2、根据权利要求1所述的测试语音质量的方法，其特征在于，所述语音数据为在参考语音文件中增加同步信号；所述同步信号设置在参考语音文件的头或尾处，用于实现语音数据的分离提取。

3、根据权利要求2所述的测试语音质量的方法，其特征在于，所述语音数据的发送方式采用单次播放或循环播放。

4、根据权利要求3所述的测试语音质量的方法，其特征在于，所述降级语音文件为删除同步信号后的语音数据。

5、根据权利要求1所述的测试语音质量的方法，其特征在于，所述语音质量的评估计算为语音质量的感知评估PESQ计算或感知的语音质量测试PSQM计算或感知分析测量系统PAMS计算。

6、根据权利要求5所述的测试语音质量的方法，其特征在于，所述语音质量的感知评估PESQ计算为：

调整参考语音信号和降级语音信号到一个相同的电平等级；

对降级语音信号进行信号补偿；

对降级语音信号进行时间校正；

对参考语音信号和降级语音信号进行听觉转换；

对参考语音信号和降级语音信号进行干扰处理，然后进行语音质量的计算。

7、一种测试语音质量的装置，其特征在于，包括：

内嵌在基站控制器内的测试前台和内嵌在操作维护子系统内的测试后台，以及话音环回单元，所述话音环回单元通过移动通信系统提供的话音通路与收发控制子单元相连，用于将通过收发控制子单元的语音信号予以返回，形成通路；

所述测试前台包括：

前台通信子单元，与后台通信子单元相连，用于从系统中捕获的待分析的语音数据利用系统的操作维护通道发送到测试后台，同时实现控制信号的传送；

数据生成子单元，与前台通信子单元相连，用于将提供的参考语音文件或本地保留的参考语音文件按一定的格式生成用于发送的语音数据，并存储；

收发控制子单元，分别与前台通信子单元、数据生成子单元相连，根据控制信号对语音数据进行发送和接收，并实现语音数据的单次播放或循环播放；

接收提取子单元，与收发控制子单元和前台通信子单元分别相连，用于分离提取语音数据，形成降级语音文件；

所述测试后台包括：

操作控制子单元，用于实现语音测试功能的控制、参考语音文件的配置以及对语音质量变化的监测；

后台通信子单元，与前台通信子单元、操作控制子单元相连，用于将参考语音文件从测试后台利用系统的操作维护信道上载到测试前台，同时实现控制信号的传送；

评估计算子单元，分别与后台通信子单元和操作控制子单元连接，对接收到的降级语音文件和参考语音文件进行语音质量的评估计算，获得被测试系统所承载语音的语音质量。

8、根据权利要求7所述的测试语音质量的装置，其特征在于，所述以一定的格式生成用于发送的语音数据文件是指在参考语音文件的头或尾处增加同步信号，用于实现语音数据的同步分离提取。

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