一种lte通信系统语音质量的评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种语音质量评估技术，特别是一种LTE通信系统语音质量的评估方 法。
【背景技术】
[0002] 长期演进（Long-TermEvolution,LTE)系统是第三代合作伙伴计划（3rd GenerationPartnershipProject, 3GPP)对包括核心网在内的第三代移动通信网络的全 面演进系统，它采用了一些先进技术，包括正交频分复用技术、多输入多输出技术（MM0)、 以波束成型为主的智能天线技术、调制和编码链路自适应技术（AMC)等。在接入网层面， LTE通信系统主要由空中无线接口和无线接入网两部分组成。在下行链路，LTE通信系统采 用正交频分复用多址接入（0FDMA)技术；在上行链路，则采用单载波-频分复用多址接入 (SC-FDMA)技术。在核心交换层面，LTE通信系统全面采用IP网络来承载语音通信和其它 通信业务。LTE通信系统采用了先进的无线接入技术和IP网络技术，可显著提升语音通信 质量和数据传输速率。
[0003] 语音通信服务是LTE通信系统的基础业务，话音质量是衡量语音通信服务水平的 一项重要指标。为了保证较高的语音质量，在LTE通信系统中，通信资源的调度、分配、控制 策略极为重要，特别是要根据当前LTE通信系统的语音质量对无线资源进行灵活的管理。 为了对移动通信网络的语音质量进行评价，ITU-TG. 107标准给出了基于E-Model模型的 语音质量客观评估技术，该技术考虑了通话延时、回声、噪声等语音通信中存在的性能损 失，也在一定程度上考虑了抖动、丢包等分组网络中特有的问题。下面对现有E-Model模型 进行描述：
[0004] 一、主观M0S评价
[0005] 主观评价是通过人的主观感受来划分语音质量的等级，进而衡量语音质量的方 法。它直接反映了评价者对语音质量的主观印象，符合人类对语音质量的真实感受。
[0006] 在MOS (Mean Opinion Scores，平均意见得分）评分法中，参加语音质量评价的测 试人员对待测语音进行评分，分数根据表1分为5个等级；然后，将所有测试人员的平均分 数作为所测语音质量的M0S分数。由于人的心理等主观因素以及客观环境的不断变化，每 次测试出的M0S分数结果都不尽相同，并且存在波动。为了抑制这种波动，参与评分的人 数需40人以上，而且待测的语音数据应该包括男声、女声以及童声等各种类型，测试环境 也要尽量保持相同。主观评价过程费时、费力且易受主观感受的影响，难以实现对语音的 实时评测。作为一种很好的近似，实际常用ITU-T P. 862标准[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 获得MOS分数。
[0007] 表1 MOS分值标准
[0008]
【主权项】
1. 一种LTE通信系统语音质量的评估方法，其特征在于：包括以下步骤： A、获取模型参数； A1、计算语音实际损失长度； 考虑某个语音片段的传输过程，语音采样频率为8kHz，每个样本用16比特精度量化； 假设该语音片段所需要传输的语音包有n个，包的序号分别为1、2、…、n，包的载荷部分 长度分别为h、l2、…、ln，所采用的编码器的压缩比分别为ri、r2、…、rn，无语音编码的原 始语音码速率为心_^。= 8000X16 = 128kbit/s，丢失的网络包的序号为Xl、x2、…、xm， m彡n;那么语音的实际损失时间1\_为：
下面寻找语音实际损失时间1\_与E-Model模型的R值之间的映射关系，再将这一关 系引入设备损伤系数I_ff中； A2、训练语音制备； 从ITU-TP系列标准语音数据库supplement23中，随机选取10个男声和10个女声， 共20个语音文件，并以连续、完整为标准标记语音片段； A3、丢包语音数据包生成； 对这些语音片段进行模拟丢包处理，丢包率范围控制在20%以内；一种简单方法为： 定义随机数种子seed，其第n次迭代的值为： seed(n) = [2045 ?seed(n-1)+1]M0D1048576, 这里，MOD表示取模，初始值seed(0) = 12357 ;seed的迭代次数与数据包的序号对应， 要取得丢包率为q，则当seed(n)〈1048576 ?q时，将对应序号数据包设置为丢包； A4、M0S分数计算； 用ITU-TP. 862标准的PESQ评价方法对丢包后语音片段的语音质量进行评价，得出相 应的M0S分数； A5、传输性能等级系数R计算； 根据式（2)，通过M0S分数得到E-Model模型中对应的R值；
A6、丢包损失因子I1()SS计算； Ii〇ss= 93. 2-R A7、实际损失时间T1()SS计算； 根据式（1)，通过训练语音和丢包语音计算出语音实际损失时间T1()SS; A8、T1(JjPI1()SS之间的关系曲线通过多项式进行拟合；
考虑到语音的短时平稳性以及人的发声特点，一段完整语音片段的波形通常都会经历 由弱变强、幅度持续和由强变弱这三个阶段，且这三个阶段的语音丢包对语音质量的影响 不同； 其中，a?d为多项式系数，通过分段最小二乘拟合方法，分别得到语音在由弱变强、幅 度持续和由强变弱三个阶段中T1()SJP11()J司的映射关系及相应系数a?d的具体数值；拟 合出的多项式系数将用于语音质量实时评估过程中； 表4给出了语音在三个阶段中1\_和I1(_的整体映射关系，表5给出了语音在三个阶 段中UP11()SS的分段映射关系；当语音损失时间为〇时，对应的11()SS值为〇,不参与计算； 当语音损失时间超过500ms时，已无法进行正常通话，:^^取90以上的值，对应的E-Model 评估M0S分数为1 ; 表4语音三个阶段中1\_和I1(_的整体映射关系
表5语音三个阶段中1\_和I1(_的分段映射关系
B、实时评估语音质量； 实时评估语音质量的方法步骤如下： B1、计算实际损失时间T1()SS; B11、提取语音片段：根据网络数据包的语音/静音标记，提取静音包之间连续的语音 包作为一次评估的语音片段；通过系统配置文件和系统实时网络包的反馈信息获得评估所 需信息，包括网络包的编解码方式、载荷长度、时间戳、语音/静音标记以及是否丢包的标 记； B12、计算语音实际损失时间：根据语音包的是否丢包标记、载荷长度和编解码方式信 息，用式（1)计算出语音实际损失时间T1()SS; B2、计算IlQSS; 根据表4或表5中1\_和I1()J勺映射关系，由T1()SS计算出IlQSS; B3、基于改进的E-Model模型进行MOS分数计算； 在改进的E-Model模型中，Ie_eff变为：Ie_eff=Ie+IlQSS=Ie+f(TlQSS)，从E-Model模型 的配置文件中，读取相关的默认参数，并对E-Model模型进行初始化；根据语音包的是否丢 包标记、载荷长度和编解码方式信息，结合改进的E-Model模型算法，计算传输等级因子R， 并将其换算为相应的M0S分数。
【专利摘要】本发明公开了一种LTE通信系统语音质量的评估方法，包括以下步骤：获取模型参数；实时评估语音质量。本发明应用统计分析和最小二乘拟合技术，提出了“语音实际损失时间”的概念和计算方法，使得改进后的E-Model模型的均方误差基本不随丢包率改变而改变，且一直维持在较低的水平，提高语音质量评估的准确性。本发明致力于实时评估LTE通信系统中语音通信的质量，本发明的输出结果可以指导LTE通信系统自适应地进行调度控制和无线资源分配，并满足用户更高的通信体验需求。本发明主要改进了网络丢包对语音质量的影响，并用语音的实际损失时间来代替丢包率和突发比率，用于语音质量评价，排除了静音数据包对语音质量评价的影响。
【IPC分类】G10L25-60
【公开号】CN104575521
【申请号】CN201410835646
【发明人】陈喆, 殷福亮, 王冰倩, 贺锐
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日