【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】科技类职称论文,P.863,POLQA,听觉质量,MOS
1 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。
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
对一款WCDMA制式的手机进行测试，结果如表1所示(取20组MOS分的平均值，以下相同)。由表1可知，对于正常的手机，制式对通话质量没有影响。
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 4.18
GSM1900 4.22 4.19
WCDMA(BandⅤ) 4.20 4.18
WCDMA(BandⅡ) 4.20 4.17
3.3 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
MOS分 发射功率等级 发送
MOS分 接收
MOS分
PCL=5 4.22 4.18 PCL=0 3.11 4.22
PCL=10 4.19 4.21 PCL=5 4.08 4.22
PCL=15 4.22 4.19 PCL=10 4.14 4.23
PCL=19 4.21 4.21 PCL=15 4.12 4.22
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 12.2kbps 4.21 4.19
AMR Full Rate 7.95kbps 3.97 4.02
AMR Full Rate 5.90kbps 3.84 3.88
AMR Full Rate 4.75kbps 3.67 3.73
AMR Half Rate 7.95kbps 3.98 4.01
AMR Half Rate 6.70kbps 3.94 3.96
AMR Half Rate 5.90kbps 3.81 3.88
AMR Half Rate 5.15kbps 3.73 3.78
3.5 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 4.16
0 3.88
-1 3.62
-2 3.34
-4 2.15
3.6 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 3.67
65.6 4.04
55.4 4.19
4 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。
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