CN1691710A - 端到端语音质量自动测试系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信系统语音质量测试技术，公开了一种端到端语音质量自动测试系统及其方法，使得语音质量的自动化测试得以实现，并支持同时对多路通话进行语音质量测试。这种端到端语音质量自动测试系统及其方法利用语音卡控制两部接入NGN的电话进行通话，通话的一方播放一个语音文件，同时通话的另一方进行录音，并存储为另一语音文件，然后将这两个语音文件作为PESQ算法的输入，进行分析计算，得到代表语音质量的PESQ得分。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统语音质量测试技术，特别涉及下一代网络中端到端语音质量测试技术。
背景技术
随着下一代网络(Next Generation Network，简称“NGN”)技术的逐渐成熟和广泛应用，以前在公用电话交换网(Public Switched TelephoneNetwork，简称“PSTN”)网络中并不被十分关注的语音质量问题逐渐突显出来。这是因为NGN的语音采用分组的管道进行传送，质量受网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)承载网、网关的数字信号处理(Digital SignalProcessing，简称“DSP”)处理器效率等多个方面的影响，语音服务质量(Quality of Service，简称“QoS”)的提高需要多方面的努力；而PSTN的语音传送使用专用时隙，不存在明显的时延、抖动、语音丢包等问题，语音质量比较稳定。对于NGN，在很多情况下，语音质量已经成为产品能否成功商用的重要因素，因此语音质量测试也就成为NGN相关产品的一项重要测试内容。
端到端的语音质量是通信网络QoS的重要测试指标，在各种入网测试以及其它测试中，运营商最关注的也是端到端的语音质量。比如对于NGN网络来说，端到端的语音质量涵盖了网关编码解码、静音压缩、增益变化、环境噪声、承载网丢包、抖动等等各种因素，是用户真正感受到的语音质量。
影响语音质量的主要因素有清晰度、时延、回声等，其中语音清晰度对语音质量的影响最大，是衡量语音质量最主要的指标，一般在不引起歧义时，语音质量通常也指清晰度。
有几种标准方法来衡量语音质量。一个明显的方法是平均评定得分法(Mean Opinion Score，简称“MOS”)，该方法通过一个受控制的测试来获得，在测试中，很多人互相打电话并评定语音质量。评价者是直接参与到语音呼叫中的个人。MOS是从这群人的评价中来计算平均分数的(1～5分，5是最好，4被认为是长途电话质量)。MOS是主观测试的一种评价标准，其缺点是耗时、高成本和不方便。
因此，语音质量的衡量通常是使用下列分析算法中的一种：感知话音质量测量法(Perceptual Speech Quality Measure，简称“PSQM”)、感知分析测量系统法(Perceptual Analysis Measurement System，简称“PAMS”)、感知话音评估法(Perceptual Evaluation of Speech，简称“PESQ”)等。这些衡量方法提供了客观评定和定量测量语音清晰度所必需的度量标准。
其中PESQ是目前业界应用最广泛，并且被一致认为是最准确可靠的方法。通过PESQ衡量的语音质量结果的输出值是一个在[-0.5～4.5]之间的得分值，得分越高，说明语音质量越好。关于PESQ的详细内容，可以参考国际电信联盟-电信标准部(International Telecommunication UnionTelecommunication Standardization Sector，简称“ITU-T”)的P862建议。
目前对PESQ的测量基本都是通过专用的语音质量测量仪器来进行的，比如AGILENT公司的VQT(Voice Quality Test，语音质量测试)就是一种测试语音质量的常用设备。VQT的工作原理如下：
在硬件方面，VQT提供普通电话端口，与被测试设备相连，在软件方面，VQT本身提供一套操作系统(目前常用的是Windows操作系统)，用于运行VQT软件，执行具体的测试任务。利用VQT测试语音质量的一般步骤是：
a.连接VQT与被测语音设备；
b.运行VQT软件，建立测试环境；
c.选择配置所用的物理端口，配置主被叫号码，创建测试任务表；
d.测试执行；
e.查看测试结果。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：不能进行自动化测试、操作复杂、成本高、只能进行单路语音质量测试。
造成这种情况的主要原因在于，因为VQT没有提供通用的编程接口，不能进行测试脚本的定制，无法实现业务多样化和测试流程的多样化设定，只能够使用其已经提供的几个功能，无法进一步扩展，因此无法实现测试的自动化。由于无法实现自动化，所以需要测试人员在整个测试过程中进行比较多的操作，因此操作比较复杂和繁琐。因为是专门为NGN语音测试研制的工具，批量很小，导致成本高。由于VQT设计上的限制只能进行单路语音质量测试。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种端到端语音质量自动测试系统及其方法，使得语音质量的自动化测试得以实现，并支持同时对多路通话进行语音质量测试。
为实现上述目的，本发明提供了一种端到端语音质量自动测试系统，包含：通过网间互联协议承载网连接的第一和第二媒体网关，语音卡，控制和计算装置，其中
所述语音卡用于将播放第一语音文件产生的语音信号通过第一端口传送给所述第一媒体网关，使用第二端口接收来自第二媒体网关的语音信号，并录制成第二语音文件；
所述第一和第二媒体网关用于通过信令和媒体流的交互实现所述语音卡的第一、第二端口之间的端到端语音信号传递；
所述控制和计算装置用于对所述语音卡进行控制，并根据所述第一、第二语音文件计算代表语音质量的指标。
其中，所述代表语音质量的指标是感知话音评估法的评分。
所述语音卡还通过其他端口连接到其他媒体网关，在所连接的多个媒体网关之间同时进行多路端到端语音质量测试。
所述第一语音文件是国际电信联盟-电信标准部推荐的感知话音评估法的标准语音文件。
所述控制和计算装置是个人电脑。
本发明还提供了一种端到端语音质量自动测试方法，包含以下步骤：
A通过语音卡的第一端口向第一媒体网关播放第一语音文件；
B所述第一媒体网关通过网间互联协议承载网向第二媒体网关传送语音信号；
C所述语音卡通过第二端口接收来自所述第二媒体网关的语音信号，并录制成第二语音文件；
D比较所述第一、第二语音文件，计算代表语音质量的指标。
其中，所述步骤D中，使用感知话音评估法计算出代表语音质量的指标。
所述步骤A还进一步包含以下子步骤：
所述语音卡在播放所述第一语音文件的开始前和结束后都分别插入具有特定频谱特征的同步信号；
所述步骤C还进一步包含以下子步骤：
所述语音卡检测到起始同步信号后开始录音，在检测到结束同步信号后停止录音。
还包含以下步骤：
所述语音卡同时启动播放和录制功能，通过感知话音评估法保证播放和录制的同步开始；
在播放结束后，立即通过所述第一端口发送一个结束通知音，所述第二端口收到该结束通知音后立即停止录制。
所述语音卡在预先设定的时间段内播放所述第一语音文件和录制所述第二语音文件。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，利用语音卡控制两部接入NGN的电话进行通话，通话的一方播放一个语音文件，同时通话的另一方进行录音，并存储为另一语音文件，然后将这两个语音文件作为PESQ算法的输入，进行分析计算，得到代表语音清晰度的PESQ得分。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即通过使用语音卡并对语音卡的对外接口进行编程控制，可以实现语音清晰度的自动化测试，简化了人工操作，提高了语音质量测试效率，节约人力成本。因为语音卡是生产量比较大的通用板卡，相对于专用的VQT设备，成本要低很多。因为语音卡可以实现同时对多路语音的控制，因此可以同时进行多路的语音质量测试。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的端到端语音清晰度自动测试系统结构图；
图2是根据本发明的一个实施例的端到端语音清晰度自动测试方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
下面参照图1，详细描述根据本发明的一个实施例的端到端语音清晰度自动测试系统。该系统包含语音卡10、MGW20、MGW30、IP承载网40和软交换设备50，控制和计算装置60。语音卡10通过普通电话线分别连接到MGW20和MGW30；MGW20与MGW30之间通过IP承载网40连接；软交换设备50连接到IP承载网40中。其中，
语音卡10用于使用第一端口模拟普通电话机向MGW20播放第一语音文件，并使用第二端口对来自MGW30的语音进行录音，并以文件形式保存为第二语音文件。这里的第一语音文件是事先录制的标准语音文件。播放的语音信号经过被测试的MGW20、IP承载网40、MGW30的传输以后最终到达语音卡10第二端口，输出降级信号。之所以称为降级信号是因为语音信号在传播过程中不可避免地会有一定的损失(因为经过了MGW编码和解码等过程)。
语音卡是一种能够模拟普通电话机所有功能的板卡，此外还有录音放音等功能，可以安装在个人电脑(Personal Computer，简称“PC”)上，可以通过编程控制其行为，这样就为通过软件实现自动化控制提供了可能性。语音卡是一种比较普及的板卡，成本较低，有许多厂商都能够独力设计和生产，其中比较著名的厂商有Dialogic等。本发明中对语音卡10的要求如下：
首先，能够通过对外开放的编程接口控制语音卡10进行电话机的基本操作，如摘机、挂机、拨号、信号音检测等。
其次，能够通过对外开放的编程接口控制语音卡10进行语音文件的播放和录音。
再次，语音卡10对外提供至少两个电话端口，能够对各个电话端口同时进行操作。
目前主流的语音卡一般都能够同时满足以上三个要求。
MGW20和MGW30各用于接入一路语音信号，借助IP承载网40的传输，实现端到端的语音通信。熟悉本发明领域的技术人员可以知道，从一端的话机到MGW使用的是模拟信号，走普通电话线，在两个MGW之间使用的是数字信号，采用基于IP的网络进行传输。
IP承载网40是用于实现MGW20和MGW30之间的数据传输。IP承载网40为了能够实现数据传输的功能，还连接着许多传输设备，包括实现交换功能的软交换设备50。MGW20、30与软交换设备50之间控制信令、以及MGW20和MGW30之间的媒体流，都是通过IP承载网来传送的。
控制和计算装置60用于对语音卡进行控制，并根据第一、第二语音文件计算PESQ得分，该得分就是代表语音清晰度的指标。
在本发明的一个较佳实施例中，控制和计算装置60是一台PC，语音卡10插在PC的槽口中。PC通过自行编制的软件调用语音卡10的应用编程接口(Application Programming Interface，简称“API”)函数，实现对语音卡10的控制，实现摘机、拨号、放音、录音、挂机等功能。本发明中测试的自动化就是指通过自行编制的软件把原先需要人手工操作的步骤自动执行，并且根据运行的中间结果智能地选择下一步需要进行的操作。
在本发明的另一个较佳实施例中，控制和计算装置60是插有多块语音卡的PC，每一块语音卡有多个端口，分别控制一路电话进行相互之间的端到端语音清晰度自动测试。这些测试可以同时进行。
上面描述了实现本发明的一个系统，下面根据该系统结合图2详细描述根据本发明的一个实施例的端到端语音清晰度自动测试方法。
在步骤110中，语音卡10向MGW20播放第一语音文件。这里的第一语音文件是事先录制好的标准语音文件，之所以使用语音文件，是因为对于非语音的信号，如音乐，所得到的结果是不具有代表性的。ITU-T提供了一套标准的语音文件，包括不同语言的男声、女声、童声等等，时间都为8秒钟，在本发明的一个较佳实施例中，使用这些标准的语音文件进行测试。
此后进入步骤120，MGW20通过IP承载网40向MGW30传送语音。MGW20对来自语音卡10第一端口的语音进行编码，通过和软交换设备50的信令交互，建立和MGW30的连接，然后向MGW30发送编码后的媒体流，MGW30收到媒体流以后进行解码，转换成普通的语音信号，发送到语音卡10的第二端口。
此后进入步骤130，语音卡10对来自MGW30的语音进行录音。通过录音得到降级语音文件。
此后进入步骤140，通过比较标准语音文件和降级语音文件，计算PESQ得分。
PESQ是一个成熟的现有技术，用于测量单边语音质量，这里简单介绍一下。一个信号(简称A)输入给被测系统，得到一个降级输出信号(简称B)，通过PESQ算法对A和B进行比较分析，即可计算出PESQ得分。一般而言，B和A相比，总是有一定的差异或者损伤，但这样的损伤在MGW等网络设备提供一定的网络保障以后，人耳朵是感觉不到的，或者是人耳朵可以接受的，不然这样的网络设备可以认为不可用。PESQ指标就是评估A和B的熵类参数，值越高，表示语音传送的质量越好。PESQ计算需要经过电平调整(Level alignment)、输入滤波(Input filtering)、时间校正(Timealignment)、听觉转换(Auditory transform)、干扰处理(Disturbance processing)等几个阶段。PESQ考虑了滤波、抖动和短的局部失真等因素的影响，采取了增加了转换函数相等化、时间排序，平均失真的新算法等措施，大量的试验结果表明了PESQ算法的正确性。ITU-T提供了PESQ的标准算法，该算法的输入为两个WAV格式的语音文件，一个是原始语音文件，一个是经过被测系统，降级后的语音文件，算法输出为一个[-0.5～4.5]之间的得分值，表示语音传送的质量。
在本发明的另一个较佳实施例中，对上述系统和方法中放音和录音的同步问题进行了改进。放音和录音的同步问题比较重要，因为如果放音和录音不同步的话，生成的降级文件就会丢失信息，或者多了冗余信息，这样会对PESQ的计算结果产生影响。
同步问题可有两种解决方法：
一种方法是插入同步音，即在放音开始前和结束后都分别插入具有特定频谱特征的同步信号，接收端在检测到起始同步信号后才开始录音，在检测到结束同步信号后则停止录音。
另一种方法是通过结束通知音控制，这一方法实现较简单，主要是基于PESQ算法能够自动处理语音静默期和语音活动期。按这种方法，放音和录音同时开始比较容易保证(PESQ算法可以自动区别是不是语音)，在收到计算PESQ的命令后，同时启动放音和录音就可以了；要保证放音和录音同时结束，可以在放音结束后立即向录音端发送一个停止录音的结束通知音信号，录音的端口收到结束通知音后，立即停止录音。
网络一般会有时延，单纯的时延一般不会导致相关语音控制信号和语音信号的失真，上面的方法依然有效；但如果时延加上抖动和丢包引起同步音和结束音失真变形，则被叫端口——录音方无法区别开始和结束，这样就不能得到准确的被录文件。不过这类问题在实际语音测试的时候一般不会遇到，因为在主观评估的时候语音质量就很差，再使用客观评估的意义就很小了。
当网络状况非常差，以至于声音严重失真变形时，以上两种方法都可能会失效，因为同步音或结束通知音也同样会失真变形，导致录音方无法识别。在这种情况下，应该采用绝对时间的控制方式，即使用固定时长的标准语音文件(ITU-T提供的标准语音文件一般是8秒钟)，录音端也设定在确定的时间后结束录音。
在本发明的另一个较佳实施例中，使用多路通话同时进行语音质量测试。
同时控制多路通话的方式更加接近实际，测试结果也才更符合实际情况。这是因为一般被测试的MGW都是支持多路的，对多路同时进行语音质量的测试才可以进一步评估该设备的性能。另外同时控制多路可以测试不同MGW之间的呼叫，减少用户接口的频繁物理连线、减少组网变动的压力，便于自动化测试的更好开展。
由于语音卡上有多个用户端口，并且在PC机上可以同时安装多块语音卡，这样就可以控制多个电话端口，通过多线程的机制实现同时对多路通话进行语音质量的测试。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种端到端语音质量自动测试系统，其特征在于，包含：通过网间互联协议承载网连接的第一和第二媒体网关，语音卡，控制和计算装置，其中
所述语音卡用于将播放第一语音文件产生的语音信号通过第一端口传送给所述第一媒体网关，使用第二端口接收来自第二媒体网关的语音信号，并录制成第二语音文件；
所述第一和第二媒体网关用于通过信令和媒体流的交互实现所述语音卡的第一、第二端口之间的端到端语音信号传递；
所述控制和计算装置用于对所述语音卡进行控制，并根据所述第一、第二语音文件计算代表语音质量的指标。
2.根据权利要求1所述的端到端语音质量自动测试系统，其特征在于，所述代表语音质量的指标是感知话音评估法的评分。
3.根据权利要求1所述的端到端语音质量自动测试系统，其特征在于，所述语音卡还通过其他端口连接到其他媒体网关，在所连接的多个媒体网关之间同时进行多路端到端语音质量测试。
4.根据权利要求1所述的端到端语音质量自动测试系统，其特征在于，所述第一语音文件是国际电信联盟-电信标准部推荐的感知话音评估法的标准语音文件。
5.根据权利要求1所述的端到端语音质量自动测试系统，其特征在于，所述控制和计算装置是个人电脑。
6.一种端到端语音质量自动测试方法，其特征在于，包含以下步骤：
A通过语音卡的第一端口向第一媒体网关播放第一语音文件；
B所述第一媒体网关通过网间互联协议承载网向第二媒体网关传送语音信号；
C所述语音卡通过第二端口接收来自所述第二媒体网关的语音信号，并录制成第二语音文件；
D比较所述第一、第二语音文件，计算代表语音质量的指标。
7.根据权利要求6所述的端到端语音质量自动测试方法，其特征在于，所述步骤D中，使用感知话音评估法计算出代表语音质量的指标。
8.根据权利要求6所述的端到端语音质量自动测试方法，其特征在于，所述步骤A还进一步包含以下子步骤：
所述语音卡在播放所述第一语音文件的开始前和结束后都分别插入具有特定频谱特征的同步信号；
所述步骤C还进一步包含以下子步骤：
所述语音卡检测到起始同步信号后开始录音，在检测到结束同步信号后停止录音。
9.根据权利要求6所述的端到端语音质量自动测试方法，其特征在于，还包含以下步骤：
所述语音卡同时启动播放和录制功能，通过感知话音评估法保证播放和录制的同步开始；
在播放结束后，立即通过所述第一端口发送一个结束通知音，所述第二端口收到该结束通知音后立即停止录制。
10.根据权利要求6所述的端到端语音质量自动测试方法，其特征在于，所述语音卡在预先设定的时间段内播放所述第一语音文件和录制所述第二语音文件。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20051102 |