一種lte通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種語音質(zhì)量評估技術(shù)，特別是一種LTE通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的評估方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長期演進(jìn)（Long-TermEvolution,LTE)系統(tǒng)是第三代合作伙伴計劃（3rd GenerationPartnershipProject, 3GPP)對包括核心網(wǎng)在內(nèi)的第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的全 面演進(jìn)系統(tǒng)，它采用了一些先進(jìn)技術(shù)，包括正交頻分復(fù)用技術(shù)、多輸入多輸出技術(shù)（MM0)、 以波束成型為主的智能天線技術(shù)、調(diào)制和編碼鏈路自適應(yīng)技術(shù)（AMC)等。在接入網(wǎng)層面， LTE通信系統(tǒng)主要由空中無線接口和無線接入網(wǎng)兩部分組成。在下行鏈路，LTE通信系統(tǒng)采 用正交頻分復(fù)用多址接入（0FDMA)技術(shù)；在上行鏈路，則采用單載波-頻分復(fù)用多址接入 (SC-FDMA)技術(shù)。在核心交換層面，LTE通信系統(tǒng)全面采用IP網(wǎng)絡(luò)來承載語音通信和其它 通信業(yè)務(wù)。LTE通信系統(tǒng)采用了先進(jìn)的無線接入技術(shù)和IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可顯著提升語音通信 質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0003] 語音通信服務(wù)是LTE通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，話音質(zhì)量是衡量語音通信服務(wù)水平的 一項重要指標(biāo)。為了保證較高的語音質(zhì)量，在LTE通信系統(tǒng)中，通信資源的調(diào)度、分配、控制 策略極為重要，特別是要根據(jù)當(dāng)前LTE通信系統(tǒng)的語音質(zhì)量對無線資源進(jìn)行靈活的管理。 為了對移動通信網(wǎng)絡(luò)的語音質(zhì)量進(jìn)行評價，ITU-TG. 107標(biāo)準(zhǔn)給出了基于E-Model模型的 語音質(zhì)量客觀評估技術(shù)，該技術(shù)考慮了通話延時、回聲、噪聲等語音通信中存在的性能損 失，也在一定程度上考慮了抖動、丟包等分組網(wǎng)絡(luò)中特有的問題。下面對現(xiàn)有E-Model模型 進(jìn)行描述：
[0004] 一、主觀M0S評價
[0005] 主觀評價是通過人的主觀感受來劃分語音質(zhì)量的等級，進(jìn)而衡量語音質(zhì)量的方 法。它直接反映了評價者對語音質(zhì)量的主觀印象，符合人類對語音質(zhì)量的真實感受。
[0006] 在MOS (Mean Opinion Scores，平均意見得分）評分法中，參加語音質(zhì)量評價的測 試人員對待測語音進(jìn)行評分，分?jǐn)?shù)根據(jù)表1分為5個等級；然后，將所有測試人員的平均分 數(shù)作為所測語音質(zhì)量的M0S分?jǐn)?shù)。由于人的心理等主觀因素以及客觀環(huán)境的不斷變化，每 次測試出的M0S分?jǐn)?shù)結(jié)果都不盡相同，并且存在波動。為了抑制這種波動，參與評分的人 數(shù)需40人以上，而且待測的語音數(shù)據(jù)應(yīng)該包括男聲、女聲以及童聲等各種類型，測試環(huán)境 也要盡量保持相同。主觀評價過程費時、費力且易受主觀感受的影響，難以實現(xiàn)對語音的 實時評測。作為一種很好的近似，實際常用ITU-T P. 862標(biāo)準(zhǔn)[Perceptual evaluation of speech quality(PESQ) ：An objective method for end-to-end speech quality assessment of narrow-band telephone networks and speech codecs]的PESQ方法近似 獲得MOS分?jǐn)?shù)。
[0007] 表1 MOS分值標(biāo)準(zhǔn)
[0008]
【主權(quán)項】
1. 一種LTE通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的評估方法，其特征在于：包括以下步驟： A、獲取模型參數(shù)； A1、計算語音實際損失長度； 考慮某個語音片段的傳輸過程，語音采樣頻率為8kHz，每個樣本用16比特精度量化； 假設(shè)該語音片段所需要傳輸?shù)恼Z音包有n個，包的序號分別為1、2、…、n，包的載荷部分 長度分別為h、l2、…、ln，所采用的編碼器的壓縮比分別為ri、r2、…、rn，無語音編碼的原 始語音碼速率為心_^。= 8000X16 = 128kbit/s，丟失的網(wǎng)絡(luò)包的序號為Xl、x2、…、xm， m彡n;那么語音的實際損失時間1\_為：
下面尋找語音實際損失時間1\_與E-Model模型的R值之間的映射關(guān)系，再將這一關(guān) 系引入設(shè)備損傷系數(shù)I_ff中； A2、訓(xùn)練語音制備； 從ITU-TP系列標(biāo)準(zhǔn)語音數(shù)據(jù)庫supplement23中，隨機(jī)選取10個男聲和10個女聲， 共20個語音文件，并以連續(xù)、完整為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記語音片段； A3、丟包語音數(shù)據(jù)包生成； 對這些語音片段進(jìn)行模擬丟包處理，丟包率范圍控制在20%以內(nèi)；一種簡單方法為： 定義隨機(jī)數(shù)種子seed，其第n次迭代的值為： seed(n) = [2045 ?seed(n-1)+1]M0D1048576, 這里，MOD表示取模，初始值seed(0) = 12357 ;seed的迭代次數(shù)與數(shù)據(jù)包的序號對應(yīng)， 要取得丟包率為q，則當(dāng)seed(n)〈1048576 ?q時，將對應(yīng)序號數(shù)據(jù)包設(shè)置為丟包； A4、M0S分?jǐn)?shù)計算； 用ITU-TP. 862標(biāo)準(zhǔn)的PESQ評價方法對丟包后語音片段的語音質(zhì)量進(jìn)行評價，得出相 應(yīng)的M0S分?jǐn)?shù)； A5、傳輸性能等級系數(shù)R計算； 根據(jù)式（2)，通過M0S分?jǐn)?shù)得到E-Model模型中對應(yīng)的R值；
A6、丟包損失因子I1()SS計算； Ii〇ss= 93. 2-R A7、實際損失時間T1()SS計算； 根據(jù)式（1)，通過訓(xùn)練語音和丟包語音計算出語音實際損失時間T1()SS; A8、T1(JjPI1()SS之間的關(guān)系曲線通過多項式進(jìn)行擬合；
考慮到語音的短時平穩(wěn)性以及人的發(fā)聲特點，一段完整語音片段的波形通常都會經(jīng)歷 由弱變強(qiáng)、幅度持續(xù)和由強(qiáng)變?nèi)踹@三個階段，且這三個階段的語音丟包對語音質(zhì)量的影響 不同； 其中，a?d為多項式系數(shù)，通過分段最小二乘擬合方法，分別得到語音在由弱變強(qiáng)、幅 度持續(xù)和由強(qiáng)變?nèi)跞齻€階段中T1()SJP11()J司的映射關(guān)系及相應(yīng)系數(shù)a?d的具體數(shù)值；擬 合出的多項式系數(shù)將用于語音質(zhì)量實時評估過程中； 表4給出了語音在三個階段中1\_和I1(_的整體映射關(guān)系，表5給出了語音在三個階 段中UP11()SS的分段映射關(guān)系；當(dāng)語音損失時間為〇時，對應(yīng)的11()SS值為〇,不參與計算； 當(dāng)語音損失時間超過500ms時，已無法進(jìn)行正常通話，:^^取90以上的值，對應(yīng)的E-Model 評估M0S分?jǐn)?shù)為1 ; 表4語音三個階段中1\_和I1(_的整體映射關(guān)系
表5語音三個階段中1\_和I1(_的分段映射關(guān)系
B、實時評估語音質(zhì)量； 實時評估語音質(zhì)量的方法步驟如下： B1、計算實際損失時間T1()SS; B11、提取語音片段：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的語音/靜音標(biāo)記，提取靜音包之間連續(xù)的語音 包作為一次評估的語音片段；通過系統(tǒng)配置文件和系統(tǒng)實時網(wǎng)絡(luò)包的反饋信息獲得評估所 需信息，包括網(wǎng)絡(luò)包的編解碼方式、載荷長度、時間戳、語音/靜音標(biāo)記以及是否丟包的標(biāo) 記； B12、計算語音實際損失時間：根據(jù)語音包的是否丟包標(biāo)記、載荷長度和編解碼方式信 息，用式（1)計算出語音實際損失時間T1()SS; B2、計算IlQSS; 根據(jù)表4或表5中1\_和I1()J勺映射關(guān)系，由T1()SS計算出IlQSS; B3、基于改進(jìn)的E-Model模型進(jìn)行MOS分?jǐn)?shù)計算； 在改進(jìn)的E-Model模型中，Ie_eff變?yōu)椋篒e_eff=Ie+IlQSS=Ie+f(TlQSS)，從E-Model模型 的配置文件中，讀取相關(guān)的默認(rèn)參數(shù)，并對E-Model模型進(jìn)行初始化；根據(jù)語音包的是否丟 包標(biāo)記、載荷長度和編解碼方式信息，結(jié)合改進(jìn)的E-Model模型算法，計算傳輸?shù)燃壱蜃覴， 并將其換算為相應(yīng)的M0S分?jǐn)?shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LTE通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的評估方法，包括以下步驟：獲取模型參數(shù)；實時評估語音質(zhì)量。本發(fā)明應(yīng)用統(tǒng)計分析和最小二乘擬合技術(shù)，提出了“語音實際損失時間”的概念和計算方法，使得改進(jìn)后的E-Model模型的均方誤差基本不隨丟包率改變而改變，且一直維持在較低的水平，提高語音質(zhì)量評估的準(zhǔn)確性。本發(fā)明致力于實時評估LTE通信系統(tǒng)中語音通信的質(zhì)量，本發(fā)明的輸出結(jié)果可以指導(dǎo)LTE通信系統(tǒng)自適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)度控制和無線資源分配，并滿足用戶更高的通信體驗需求。本發(fā)明主要改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)丟包對語音質(zhì)量的影響，并用語音的實際損失時間來代替丟包率和突發(fā)比率，用于語音質(zhì)量評價，排除了靜音數(shù)據(jù)包對語音質(zhì)量評價的影響。
【IPC分類】G10L25-60
【公開號】CN104575521
【申請?zhí)枴緾N201410835646
【發(fā)明人】陳喆, 殷福亮, 王冰倩, 賀銳
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日