CN102332261B - 非介入式双端采集的音频端到端延迟测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非介入式双端采集的音频端到端时延测量方法及装置，其中，音频端到端时延测量方法包括：在本地放置主测量装置，在远端放置辅助测量装置，两套装置之间通过网络或专线连接；在远端将辅助测量装置的麦克风靠近被测系统远端扬声器。根据本地信号发生器发出的音频测量信号测出的时间差

，根据远端信号发生器发出的音频测量信号测出的时间差

；主测量装置根据

和

计算音频端到端时延为

。本发明提供的主测量装置包括：音频测试信号发生器、音频多路采集模块、网络接收模块、音频时延测量单元，以及数据存储及显示单元。本发明提供的辅助测量装置包括：音频测试信号发生器、音频多路采集模块、网络发送模块。

Description

非介入式双端采集的音频端到端延迟测量方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机多媒体信息传播、QoS服务质量测量，特别是涉及一种非介入式双端采集的音频端到端延迟测量方法及装置。

背景技术

随着基于网络的多媒体业务应用快速发展和普及，网络音视频点播、网络音视频会议等系统迅速流行。用户对网络多媒体业务的QoS服务质量提出了越来越高的要求。如何能够快速、方便、精确地对候选产品的关键性QoS参数做出评估，是成功选择最佳产品的关键。

同时，研发和生产网络多媒体业务和系统的厂商，也需要一种装置能够方便快捷地对自己生产的网络多媒体产品的关键参数进行测量，以便在产品开发过程中测量关键参数，随时改进。

端到端时延是多媒体业务的关键性能参数之一，它直接影响QoS和用户体验的评估。端到端时延通常包括采集时延、编码时延、网络传输时延、解码时延、播放时延等。

现有的检测端到端时延的方法大致可以分为两大类：一类属于介入式，即通过在被测系统的信号传输路径的一端注入特征的测量信号，或者在被测系统原有信号数据上附加测量数据，然后在另一端提取测量数据并记录接收到的时间，比较两个时间的差值获取时延大小。

这一类介入式方法的主要特点是需要介入到被测系统的信号传输路径中，向其中加入数据或从中提取测量数据，测量装置与被测设备之间存在物理线路的连接。

这类介入式测量方法的主要难点在于：

首先，由于测量数据通常依附于被测系统的数据帧或数据分组来传递，中间不可避免经过编码压缩、封装、解封装、解码等环节，测量数据在编码压缩和解压过程中可能会丢失或损坏;

其次，由于被测系统的数据格式、封装格式、编码压缩和解码算法未必公开，测试人员要设计与之匹配的测量方式和测量信号会比较困难。

第三，介入式测量方法通常要求在被测系统的信号数据通路上串接分接头或汇接头，对于已经安装完毕的被测系统，通常比较麻烦或根本不被允许。

此外，有的介入式测量方法需要在被测系统的终端上运行测量用的工具软件，通过工具软件进行计时。这种方式可能会影响被测系统终端本身的正常运行，最多只能在开发和调试阶段使用，而很难被运用在已经产品化的系统上。

另一类测试方法是非介入式的，被测系统和测量装置之间不存在物理接触，把被测系统视为黑盒子，测试信号主要是通过声、光信号方式进入被测系统，并以声、光方式输出。测量装置通过对比和分析输入、输出信号来获得时延大小。这类方法的优点是不介入被测系统的实际运行，与被测系统具体实现无关，所以具有最广泛的适用性。比如通过人眼、人耳的主观感觉和听觉，来评估端到端时延就是这类方法。

利用人眼、人耳来主观评测虽然非常直观，但存在很大的误差，尤其是两种被测系统的端到端时延参数比较接近的情况下，很难做出科学准确的判断，导致测量结果缺乏说服力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供非介入式双端信号的音频端到端时延测量方法及装置。

本发明采用非介入的策略，把被测系统当作黑盒子，针对被测系统端到端的音频时延设计了测试技术方案。

本发明的音频端到端时延测量的技术方案，包括如下步骤：

（1）测试装置由本地的主测量装置与远端的辅助测量装置共同组成，主测量装置采集本地测试信号，辅助测量装置采集远端的测试信号并通过网络或专线传回给主测量装置。

（2）本地的测试信号发生器发出音频测试信号，该信号同时被主测量装置的音频采集设备（如：麦克风）和被测系统的本地终端的音频采集设备（如：麦克风）所采集。

（3）进入被测系统本地终端麦克风的音频测试信号经过处理和网络传输，到达远端终端的扬声器。进入主测试设备音频采集设备的信号则直接被测量装置读取，主测量装置记录读取的时间                                                

。

（4）远端辅助测量装置的麦克风靠近远端扬声器，接收远端扬声器的测试音频，经过编码后，通过网络传回本地的主测量装置。

（5）本地的主测量装置接收到辅助测量装置传回的测试音频信号，记录收到该信号的时间

，解码后提交信号处理单元进行分析计算。

（6）本地的主测量装置对先后收到的音频测试信号进行识别，计算两者之间的时间差值，记为。

（7）远端的测试信号发生器发出音频测试信号，该信号同时输入远端辅助测量装置的麦克风和被测系统的远端终端的麦克风。

（8）进入被测系统远端终端的麦克风的信号经过处理和网络传输，到达本地终端的扬声器，由本地的主测量装置采集后，进入信号处理单元进行分析和计算，主测量装置记录收到该音频测量信号的时间

（9）进入远端辅助测量装置麦克风的音频测试信号通过网络或专线传回给主测量装置，然后被提交给信号处理单元进行分析计算，主测量装置记录收到该音频测量信号的时间

（10）本地的主测量装置的信号处理单元根据步骤（8）和步骤（9）记录的时间，计算两者之间的时间差值

.

（11）主测量装置的信号处理单元根据步骤（6）和（10）先后获得的两个时间差值

和，计算被测系统的音频端到端时延

。

本发明的测量装置，包括主测量装置和辅助测量装置，两者之间通过网络或专线实现通信。

本发明的辅助测量装置，包括如下组件：

（1）音频信号发生器101，周期性或一次性产生预先设定频率和模式的音频测试信号，并负责把该测试信号播放出来。

（2）音频信号多路采集模块102，利用麦克风采集本地的音频测试信号和经过被测系统的音频测试信号。

（3）网络发送模块103，将采集到的测试信号数据通过网络传送给主测量装置。

本发明的主测量装置，包括如下组件：

（1）音频信号发生器201，周期性或一次性产生预先设定频率和模式的音频信号，并负责把该音频信号播放出来。

（2）音频信号多路采集模块202，利用麦克风采集本地的音频测试信号和经过被测系统的音频测试信号。

（3）网络接收模块203，从网络上接收辅助测量装置发送的测试信号数据。

（4）音频时延测量单元204，从分别由音频多路采集模块、网络接收模块输入音频信号，并对信号时延进行统计和计算。

（5）数据存储及显示单元205，接收音频时延数据，输出结果到指定的存储设备和显示设备上。

本发明非介入式双端信号采集的音频端到端时延测量方法及测量装置具有以下优点：

（1）本发明方法为非介入式，把被测系统视为黑盒子，测试方法不受被测系统的内部结构、数据类型、网络类型、编解码算法、功能实现方式等因素的影响。

（2）本发明方法测出的音频端到端时延，包含了从音频采集一直到音频播放在内所有环节的时延总和，与用户做主观感觉和评测时所评估的时延在内容和类型方面完全一致。

（3）本发明方法的测量装置由位于本地的主测量装置和位于远端的辅助测量装置组成。辅助设备与主设备之间通过网络连接，形成一条音频测试信号传播路径。该路径与被测系统的音频数据传输路径一起，构成测试信号的传播回路，可以解决被测系统本身不方便提供测试信号传播回路的场合，比如：

（3a）被测系统远端的终端、扬声器和麦克风都已经固定就位，很难相互靠近或相互正对形成测量信号回路；

（3b）被测系统远端的终端或麦克风开启了回声消除/抑制功能，无法利用自身扬声器构成音频测试信号传播回路。

（4）利用本发明的方法，本地端测试信号发生器和远端的测试信号发生器分别产生各自的测试信号，每一种测试信号分两路进入主测量装置，获得一个时间差值，分别是

和

，最终的测量结果把

和

相加后除以2，刚好把主测量装置和辅助测量装置之间的传播时延相互抵消。而且两者相加的结果既包含了从本地到远端的传播路径，也包含了从远端到本地的传播路径。即使传输网络存在去向路径和回向路径的性能不对称，也可以通过计算回路延迟之后，除以2得到一个综合性的平均值，来消除这种不对称性的影响，平均后的结果能更准确的反映端到端时延的真实性能。

（5）本发明方法可以在一段时间内令测试信号发生器持续产生特征信号，利用测量装置进行持续测试，获得一系列时延数据，从中分析最大时延、最小时延和平均时延等统计特征，能够更全面的反映端到端时延的在不同网络负荷状况下的性能变化。

附图说明

图1是本发明一实例的应用本地音频测试信号发生器时，音频端到端时延测试原理示意图；

图2是本发明一实例的应用远端音频测试信号发生器时，音频端到端时延测试原理示意图；

图3是本发明一实例的辅助测量装置内部结构示意图；

图4是本发明一实例的主测量装置内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1，图1、图2给出了非介入式双端信号采集的音频端到端时延测试的原理示意图。

如图1，本发明的音频端到端时延测量方法包括：

步骤1，在本地放置一台主测量装置，在远端放置一台辅助测量装置，两台设备之间通过网络或专线实现通信；主测量装置采集本地信号，辅助测量装置采集远端信号并传回给本地的主测量装置。

（1）该步骤1中的主测量装置的麦克风靠近本地终端的扬声器，确保能够准确采集本地终端扬声器发出的音频测试信号。

（2）该步骤1中的辅助测量装置的麦克风靠近远端终端的扬声器，确保能够准确采集远端终端扬声器发出的音频测试信号。

步骤2，本地的音频测试信号发生器发出测试音频信号，该信号同时输入被测系统的本地终端的麦克风（如图1中的位置A所示）和测量装置的麦克风（如图1中的位置B所示）。

（1）该步骤2中的音频测试信号同时也进入本地音频采集设备的信号则直接被主测量装置读取（如图1中的位置B所示）。

（2）该步骤2中的音频测试信号进入本地终端麦克风，经过信号经过处理和网络传输，到达远端终端的扬声器（如图1中的位置C所示）。

步骤3，远端扬声器播放的音频测试信号，经过远端辅助测量装置的麦克风，进入远端辅助测量装置（如图1中的位置D所示）。

该步骤3中进入远端辅助测量装置的音频测试信号，经过编码压缩后，通过网络传输传回本地主测量装置，先后途径图1中的位置E和位置F。

步骤4，本地的主测量装置接收到远端辅助测量装置传回的测试音频，解码后提交信号处理单元进行分析计算。

步骤5，本地的主测量装置对先后两次收到的测试音频信号进行识别，计算两者之间的时间差值，记为

。

该步骤5中的计算出来的时间差值

主要是两部分时延的和，即A→C的单向时延

和D→E→F的单向时延

，即有

。

步骤6，图2中的远端音频测试信号发生器发出音频测试信号，该信号同时输入被测系统的远端终端的麦克风（如图2的位置C所示）和远端辅助测量装置的麦克风（如图2的位置D所示）。

步骤7，进入被测系统远端终端的麦克风的信号经过处理和网络传输，到达本地终端的扬声器（如图2的位置A所示），经本地的主测量装置采集后（如图2的位置B所示），进入信号处理单元进行分析和计算。

步骤8，进入远端辅助测量装置麦克风的音频测试信号通过网络传输到本地主测量装置，先后途径图2中的位置E和位置F，然后被提交给信号处理单元进行分析计算。

步骤9，本地的主测量装置的信号处理单元对先后收到的来自远端信号发生器的测试音频信号进行识别，计算两者之间的时间差值，记为

。

该步骤9中的计算出来的时间差值主要是两部分时延的差，即C→A的单向延迟与D→E→F单向延迟之差

，即有

.

步骤10，主测量装置的信号处理单元根据步骤（5）和（9）先后获得的两个时间差值

和

，计算被测系统的音频端到端时延

.

该步骤10中的

，

，两者相加为：

得到的结果是AàC时延和CàA时延的平均值。

实施例2，图3给出了辅助测量装置的构造示意图

如图3，本发明的音频端到端时延的辅助测量装置包括：

（1）组件1，音频测试信号发生器，负责产生音频测试信号。该信号可以为测量装置所分析和识别。

（2）组件2，音频多路采集模块，负责输入分离或混合的多路音频测试信号。

（3）组件3，网络发送模块，负责将采集到的测量信号数据通过网络发送给主测量装置。

实施例3，图4给出了音频端到端时延的主测量装置的构造示意图

如图4，本发明的音频端到端时延的主测量装置包括：

（1）组件1，音频测试信号发生器，负责产生音频测试信号。该信号可以为测量装置所分析和识别。

（2）组件2，音频多路采集模块，负责输入分离或混合的多路音频测试信号，并将采集到的音频信号输入音频时延测量单元。

（3）组件3，网络接收模块，负责接收远端辅助测量装置发送的测量信号。

（4）组件4，音频时延测量单元，负责对输入的音频信号进行分析、识别、比较和测量，具体步骤包括：

步骤1，对音频多路采集模块输入的混合多路音频测试信号进行分析，由于延迟后的音频测试信号不可避免带有噪声干扰，需要准确地从收到的信号中识别出音频测试信号，并记录其时间。

步骤2，针对本地信号发生器发出的测量信号计算时间差，记为

，其中

，

为AàC的单向时延，

为DàEàF的单向时延。

步骤3，针对远端信号发生器发出的测量信号计算时间差，记为

，其中

，

为CàA的单向延迟，

为DàEàF单向延迟。

步骤4，计算被测系统的端到端时延

，提交到数据存储及显示单元。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.非介入式双端采集的音频端到端时延测量方法，其特征在于包括如下步骤： 

（1）本地音频测试信号同时由主测试装置和被测系统本地端音频采集设备所采集；被测系统将音频测试信号传递到远端；主测试装置记录采集到该音频测试信号的时间； 

（2）辅助测试装置接收经过被测系统到达远端的扬声器的音频测试信号，再传回给主测试装置，并由主测试装置记录该音频测试信号传回的时间； 

（3）根据步骤（1）、步骤（2）记录的两个时间确定时间差ΔT_AL； 

（4）远端音频测试信号同时分别由辅助测试装置和被测系统远端音频采集设备所采集，并分别传回主测试设备和被测系统本地端； 

（5）主测试装置通过音频采集设备采集被测系统本地端的音频测试信号，并记录采集到该音频测试信号的时间； 

（6）主测试装置接收辅助测试装置的音频测试信号，记录收到该音频测试信号的时间； 

（7）根据步骤（5）、步骤（6）记录的两个时间确定时间差Δ T_AR； 

（8）主测试装置根据步骤（3）、步骤（7）确定的两个时间ΔT_AL、ΔT_AR确定音频端到端时延。 

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