mSwitch系統VoIP語(yǔ)音質(zhì)量測量方法研究

2007/07/19

　　首先介紹了mSwitch系統當前對VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的監控情況；然后就語(yǔ)音質(zhì)量的衡量標準MOS進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述；同時(shí)對現有的語(yǔ)音質(zhì)量測量方法PSQM/PSQM+，PESQ，PAMS，E-Model的發(fā)展作了相關(guān)闡述；其中對E-Model方法進(jìn)行了較為詳細的介紹；最后對mSwitch系統對VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的監控提出了幾點(diǎn)展望。

　　1、mSwitch對VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的監控現狀

　　在當前mSwitch系統中，對整個(gè)軟交換架構中的VoIP的語(yǔ)音質(zhì)量的監控，沒(méi)有采取任何的監控手段和措施，僅僅做的就是在釋放每個(gè)同VoIP相關(guān)的呼叫后，要求媒體網(wǎng)關(guān)（MG）或者綜合接入設備（IAD）上報本次呼叫中如下統計信息：終結點(diǎn)呼叫連接的時(shí)長(cháng)統計（nt/dur）、終結點(diǎn)呼叫連接發(fā)送的字節數統計（nt/os）、終結點(diǎn)呼叫連接接受的字節數統計（nt/or）、終結點(diǎn)呼叫連接發(fā)送的數據包統計（rtp/ps）、終結點(diǎn)呼叫連接中接受的數據包統計（rtp/pr）、終結點(diǎn)呼叫連接中的所丟失的數據包的統計（rtp/pl）、終結點(diǎn)呼叫連接中的抖動(dòng)統計（rtp/jit）以及終結點(diǎn)呼叫連接中時(shí)延的統計（rtp/delay）。但是這些統計信息上報到CS-P之后，沒(méi)有作任何的分析和處理，也沒(méi)有保存。

　　因此，當前的整個(gè)軟交換的VoIP的語(yǔ)音質(zhì)量對我們來(lái)說(shuō)就是一個(gè)未知數；雖然在部署NGN網(wǎng)絡(luò )時(shí)，可以通過(guò)一些第三方公司的專(zhuān)業(yè)VoIP工具對整個(gè)軟交換的VoIP的語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行評測，但是無(wú)法彌補mSwitch系統在對VoIP語(yǔ)音質(zhì)量控制方面的缺陷，那就是當mSwitch系統監測到整個(gè)系統的VoIP語(yǔ)音質(zhì)量在明顯下降，并且下降到某個(gè)程度時(shí)，有必要采取適當地控制措施來(lái)盡力改善VoIP的通話(huà)語(yǔ)音質(zhì)量。

　　下面就VoIP的語(yǔ)音質(zhì)量的測量方法和實(shí)施進(jìn)行介紹。

　　2、語(yǔ)音質(zhì)量的度量標準——MOS

　　在介紹語(yǔ)音質(zhì)量的測量方法之前，首先將對語(yǔ)音質(zhì)量的度量標準MOS進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；VoIP呼叫質(zhì)量會(huì )受噪聲、畸變、信號幅度過(guò)高或過(guò)低、回聲、通話(huà)間隙和許多其他問(wèn)題的影響。在測量呼叫質(zhì)量時(shí)，需要研究三類(lèi)基本的服務(wù)質(zhì)量：

　　（1）收聽(tīng)質(zhì)量——指用戶(hù)對呼叫過(guò)程中所聽(tīng)到的聲音質(zhì)量的評價(jià)。

　　（2）會(huì )話(huà)質(zhì)量——指用戶(hù)在整個(gè)通話(huà)過(guò)程中基于收聽(tīng)質(zhì)量和會(huì )話(huà)能力而對呼叫作出的評價(jià)，包括回音和延遲等可能影響通話(huà)的相關(guān)問(wèn)題。

　　（3）傳輸質(zhì)量——指用于承載話(huà)音信號的網(wǎng)絡(luò )連接的質(zhì)量。傳輸質(zhì)量測量是與細節呼叫質(zhì)量測量相對的一種網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量測量。

　　呼叫質(zhì)量測量的目的是通過(guò)主觀(guān)或客觀(guān)的測量方法，即通過(guò)人為的測量項目或基于計算機的測量工具，對一種或多種以上的呼叫質(zhì)量類(lèi)別給出一個(gè)可信的估計。

　　主觀(guān)測量是一種久經(jīng)考驗的話(huà)音質(zhì)量測量方法，但這種方法成本太高，費時(shí)也太長(cháng)。有一種更廣為人知的主觀(guān)類(lèi)測量方法，叫做絕對種類(lèi)定級(Absolute Category Rating，ACR)測量。

　　在A(yíng)CR測量中，收聽(tīng)者按照從1~5的5級損傷指標對一系列音頻文件進(jìn)行分級（見(jiàn)表1）。

　　在取得了每個(gè)收聽(tīng)者給出的得分之后，計算所有音頻文件的一般或平均意見(jiàn)得分(Mean Opinion Score, MOS)。為了使ACR測量得到可信的測量結果，接受測量的人數至少應在16個(gè)以上，而且測量應該在一個(gè)安靜的環(huán)境下，在可控的條件下完成。這種測量方法定義在ITU-T P.800當中，該MOS值就是語(yǔ)音質(zhì)量的度量尺寸，顯然是MOS越大，語(yǔ)音質(zhì)量越好。


　　3、語(yǔ)音質(zhì)量測量方法的發(fā)展

　　上述IUT-T P.800中所定義的方法得到的MOS值是一種主觀(guān)的測量方法，并且該方法成本太高，費時(shí)太長(cháng)；因此，在后來(lái)的研究和探索中，先后出現了如下幾種客觀(guān)測量方法：　 　　PSQM和PAMS測量方法都需要發(fā)送一個(gè)語(yǔ)音參考信號通過(guò)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，在網(wǎng)絡(luò )的另一端采用數字信號處理的方式比較樣本信號和接收到的信號，進(jìn)而估算出網(wǎng)絡(luò )的語(yǔ)音質(zhì)量。PESQ結合了PSQM和PAMS的優(yōu)勢，并針對MOS和MOS-LQ(Listening Quality)計算方法做了修改。最開(kāi)始這些方法被用于測量編碼算法和在實(shí)驗室分析設備問(wèn)題，如分析電話(huà)機的語(yǔ)音質(zhì)量；并且都是基于PSTN網(wǎng)絡(luò )，因此并不適合應用到VoIP網(wǎng)絡(luò )系統的語(yǔ)音測量。這些方法主要缺點(diǎn)體現在：　　 　　而在ITU-T G.107中定義的E-Model方法則很好地克服了上述問(wèn)題，因此非常適合VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的測量。E-Model模型是歐洲電信標準協(xié)會(huì )(ETSI)開(kāi)發(fā)的，本來(lái)用作電信網(wǎng)絡(luò )的傳輸規劃工具，但該模型也在VoIP服務(wù)質(zhì)量測量中廣泛使用，在下面的章節中將對該模型進(jìn)行詳細的介紹。

　　此外，有必要指出，平均主觀(guān)值MOS是廣泛認同的語(yǔ)音質(zhì)量標準。因此，無(wú)論采用何種方法，所有測量方法所得到的結果都必須對應到最終的平均主觀(guān)值MOS。

　　4、VoIP語(yǔ)音質(zhì)量測量方法——E-Model

　　E-Model是基于如下通話(huà)連接模型進(jìn)行測量的（見(jiàn)圖1），其最終的測量結果就是得到R值(R Factor)，被稱(chēng)為全面的網(wǎng)絡(luò )傳輸等級要素，也就是說(shuō)，確定包含話(huà)音通道的“由口至耳”特性的“R”因素。R因素的取值范圍為0~120，窄帶電話(huà)上R因素通常取50~94，而寬帶電話(huà)上R取值在50~110。R因素的值可以轉換為會(huì )話(huà)和收聽(tīng)質(zhì)量MOS得分(MOSCQ and MOSLQ)的估計值。R值的計算從沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )和設備的損傷影響開(kāi)始，此時(shí)語(yǔ)音質(zhì)量是最好的，R=R0。R0是無(wú)網(wǎng)絡(luò )延時(shí)和設備損傷因素的基本信號與收發(fā)噪聲以及電流、背景噪聲之比，即基本信噪比。但是因為網(wǎng)絡(luò )和設備損傷因素的存在，減少了通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的語(yǔ)音質(zhì)量，R值的基本計算公式如下：R=R0-Is-Id-Ie-eff+A。


　　其中，Is：與語(yǔ)音信號傳輸同步的損傷；Id：語(yǔ)音信號傳輸延時(shí)后的損傷；Ie-eff：由設備引入的損傷，例如編碼器損傷；A：優(yōu)勢因素，致力于考慮呼叫者的期望因素，在大部分情況下，一般設置為0，但是對于移動(dòng)用戶(hù)，因為移動(dòng)的便利而能容忍低質(zhì)量的語(yǔ)音質(zhì)量，所以該值可以大于0。在G.107中，就基本公式中的各個(gè)值的計算（A除外）都提供了復雜的計算公式，并且涉及到20個(gè)參數值，具體的計算公式這里就不一一介紹了，具體可以參考ITU-T G.107。

　　通過(guò)對涉及參數和通話(huà)連接模型的對照，可以發(fā)現大部分參數都是對通話(huà)設備(話(huà)機)和通話(huà)環(huán)境的要求，如參數Ds、Dr是對發(fā)話(huà)端和收話(huà)端的話(huà)機噪音值的評估因子；SLR，RLR，STMR，LSTR是對發(fā)話(huà)端和收話(huà)端聲音響度相關(guān)的評估；TELR，WEPL是對通話(huà)中的回聲相關(guān)進(jìn)行評估的因子；Nc是對通話(huà)中的電路噪音進(jìn)行評估的因子；Nfor是對收話(huà)端的噪音背景的評估；Ps和Pr是對發(fā)話(huà)端和收話(huà)端的空間噪音的考慮因素；而這些因素對于評估測量VoIP的語(yǔ)音質(zhì)量是沒(méi)有太大的意義，因為這些因素同IP連接和傳輸沒(méi)有直接的聯(lián)系，并且這些參數在每次的VoIP通話(huà)當中也無(wú)法直接獲取，而同VoIP相關(guān)的幾個(gè)參數（T，Tr，Ta，qdu，Ie，Bpl，Ppl）是同如下幾個(gè)因素有著(zhù)直接的聯(lián)系，下面就這幾個(gè)因素進(jìn)行介紹。

　　（1）Codec：通話(huà)中采用的編解碼方式，這是以硬件或者軟件的方式采樣模擬語(yǔ)音，決定了語(yǔ)音數據包的傳輸速率。在ITU的標準中，G.711u/G.711a是一種高質(zhì)量的無(wú)壓縮的編解碼方式，但是占用相當大的帶寬；而其他的低速率的編解碼方式，如G.726/G.729等系統，占用的帶寬比較小，但是使用了容易損失的壓縮算法，削弱了語(yǔ)音的傳輸質(zhì)量；而在實(shí)際的應用中，低速率的Codec能夠在相同的帶寬下接入更多的呼叫連接，但是又導致了更大的網(wǎng)絡(luò )延遲（對參數T，Ta，qdu存在著(zhù)間接的影響），并且對網(wǎng)絡(luò )丟包更加敏感。Codec的選擇對E-Model中的R值有著(zhù)明顯的影響，直接反應是對在Ie參數上，在ITU-T的標準中，有G.113的Appendix I就Codec和Ie的關(guān)系作了推薦，可以作為計算R值的參考。

　　（2）網(wǎng)絡(luò )延遲：網(wǎng)絡(luò )延遲將引起語(yǔ)音會(huì )話(huà)過(guò)程的空白，帶來(lái)語(yǔ)音的變形和會(huì )話(huà)的中斷。E-Model關(guān)注的是End-to-End的網(wǎng)絡(luò )延遲。在實(shí)際應用中，一般是如下幾個(gè)方面而導致了網(wǎng)絡(luò )延遲：傳播延時(shí)：取決于傳播的介質(zhì)和距離；傳輸延時(shí)：傳輸過(guò)程中在網(wǎng)絡(luò )設備上所用時(shí)間；打包解包延時(shí)：用采用的Codec進(jìn)行數模轉換的時(shí)間，不同的Codec所導致的延時(shí)是不一樣的，但是對于同一種Codec，其延時(shí)基本是固定的；抖動(dòng)緩沖延時(shí)：在作用在接受端，為保持住一個(gè)或多個(gè)接收的數據包，克服網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)的影響。網(wǎng)絡(luò )延遲將直接反應在參數T，Tr，Ta上面。

　　（3）網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)：網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)就是網(wǎng)絡(luò )延時(shí)的變化，當網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)值大于50ms時(shí)，MOS值將急劇下降；但是在ITU-T G.107中，是這樣說(shuō)的：“抖動(dòng)對語(yǔ)音傳輸質(zhì)量的影響還在作進(jìn)一步的研究，目前沒(méi)有包含在E-Model的算法中”。但是通過(guò)在接收端增加抖動(dòng)緩沖的量，則可以有效地降低抖動(dòng)的影響，但是卻增加了網(wǎng)絡(luò )延時(shí)。

　　（4）網(wǎng)絡(luò )丟包：網(wǎng)絡(luò )丟包是影響語(yǔ)音質(zhì)量和MOS值的關(guān)鍵因素，存在兩種類(lèi)型的丟包：隨機丟包（Random Loss）：這是隨機產(chǎn)生的丟包，如果量小，對語(yǔ)音質(zhì)量影響小；連續丟包（Burst Loss）：這是指連續一個(gè)以上的數據包的丟失，這對語(yǔ)音質(zhì)量的影響是明顯的。因此對丟包作有效的監測是非常有必要的，并且在ITU-T的標準中，其G.113的Appendix I中就Codec的選擇所導致的Bpl作了映射，可以作為計算R值的參考。當某種Codec采用適當的丟包補償技術(shù)也能夠降低丟包對VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的影響，并優(yōu)化了語(yǔ)音質(zhì)量。

　　最終通過(guò)E-Model得到的R值，通過(guò)ITU-T G.107中的Appendix B的計算公式，可以得到如下的一種關(guān)系表（見(jiàn)圖2）。其中：GoB（Good or Bad），PoW（Poor or Worse）。

　　如果平均主觀(guān)值MOS為4或更高，被認為是比較好的語(yǔ)音質(zhì)量，而若平均主觀(guān)值MOS低于3.6，則大部分接聽(tīng)者不能滿(mǎn)意這個(gè)語(yǔ)音質(zhì)量了。因此，當軟交換系統系統監測到VoIP的通話(huà)語(yǔ)音質(zhì)量的R值處于70以下的時(shí)候，則需要采取一些適當的措施來(lái)改善語(yǔ)音質(zhì)量了。

　　5、運用E-Model在mSwitch系統中對VoIP語(yǔ)音質(zhì)量測量的研究

　　在當前的軟交換架構mSwitch系統中，可以稱(chēng)之為VoIP的呼叫可以劃分為如下兩類(lèi)：

　　（1）第一類(lèi)是需要向軟交換系統的媒體網(wǎng)關(guān)（MG）申請IP資源的呼叫。這類(lèi)呼叫有如下幾種情況：終端都是IP，但是需要媒體網(wǎng)關(guān)作IP Relay，SIP到SIP，MGCP到MGCP，H323到H323，中間需要媒體網(wǎng)關(guān)作IP中繼；一側終端是IP，一側是非IP終端，如SIP到V5電話(huà)、MGCP到PHS等；通話(huà)雙方都是非IP終端，但是通話(huà)連接跨媒體網(wǎng)關(guān)了，如MG1上的PHS用戶(hù)同MG2上的PHS用戶(hù)通話(huà)等。

　　（2）第二類(lèi)就是不需要向軟交換系統的媒體網(wǎng)關(guān)申請IP資源的呼叫。這類(lèi)情況如IP終端到IP終端的End-to-End連接模式。

　　對于第二類(lèi)情況，語(yǔ)音質(zhì)量需要的相關(guān)參數有各種協(xié)議處理方式不一樣，如MGCP協(xié)議可以獲取，SIP和H323則沒(méi)有獲取，這里就不作討論。

　　針對第一類(lèi)的連接通話(huà)情況，可以用建立如下的通話(huà)連接模型，如圖3所示。該圖是整個(gè)軟交換系統的簡(jiǎn)化圖，具體的細節沒(méi)有描述。


　　基于該連接模型，對于每次的VoIP通話(huà)，CS-P可以從MG獲取如下的相關(guān)信息：終結點(diǎn)呼叫連接采用的Codec（忽略了Codec動(dòng)態(tài)改變的情況），呼叫連接的時(shí)長(cháng)統計（nt/dur）、呼叫連接發(fā)送的字節數統計（nt/os）、呼叫連接接受的字節數統計（nt/or）、呼叫連接發(fā)送的數據包統計（rtp/ps）、呼叫連接中接受的數據包統計（rtp/pr）、呼叫連接中的所丟失的數據包的統計（rtp/pl）、呼叫連接中的抖動(dòng)統計（rtp/jit）以及呼叫連接中時(shí)延的統計（rtp/delay）。從這些信息中，可以獲取到計算R值所需要的參數（見(jiàn)表2）。


　　而對于其他的參數，由于CS-P系統來(lái)計算每次VoIP的通話(huà)質(zhì)量時(shí)，要獲取各種真正的通話(huà)現場(chǎng)環(huán)境參數和話(huà)機相關(guān)的參數是不現實(shí)的，因此，這些參數值可以采用參考ITU-T G.107中Table 2中的參考值。

　　因此，在mSwitch系統中，可以使用E-Model通過(guò)如下的步驟來(lái)獲取每次VoIP通話(huà)的語(yǔ)音質(zhì)量的R值和MOS值，具體計算公式參考ITU-T G.107。

　　第一步：確定相關(guān)參數，計算基本信噪比R0（使用的都是ITU-T G.107中Table 2中的參考值）；第二步：確定相關(guān)參數，計算語(yǔ)音同步損傷因子Is（使用的都是ITU-T G.107中Table 2中的參考值）；第三步：確定相關(guān)參數，計算語(yǔ)音延時(shí)損傷因子Id（qdu使用的都是ITU-T G.107中Table 2中的參考值）；第四步：確定相關(guān)參數，算計語(yǔ)音設備損傷因子Ie-eff（根據Codec對照ITU-T G.113 Appendix I，找到合適的Ie和Bpl值）；第五步：根據終端類(lèi)型，確定A值；第六步：計算R值，根據R和MOS的對照關(guān)系表，得到MOS值。

　　使用E-Model測量VoIP的語(yǔ)音質(zhì)量，可以準確地建立包丟失分布和最終用戶(hù)感覺(jué)模型，將包丟失分布與編碼器和時(shí)延等建立關(guān)系，以便給出一個(gè)單一的得分，該方法在數據網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行語(yǔ)音質(zhì)量評估具有相當的準確度。

　　6、結束語(yǔ)

　　但是，需要看到的是：正如ITU-T G.107規范開(kāi)頭所述“這樣的評估僅用于傳輸設計的目的，并非為了實(shí)際用戶(hù)評價(jià)預測（因為還沒(méi)有ITU-T建議的統一的模型）。”E-Model相當大數量的可能輸入參數的組合情況還未經(jīng)過(guò)足夠的界內驗證和充分的實(shí)驗室測量。許多對于傳輸設計具有高重要度的參數組合情況，E-Model已經(jīng)可以被確信應用，但是對于其它的一些研究未涉及或不成熟的參數組合情況，E-Model的估測仍處在置疑和研究的階段。

　　對于軟交換設備mSwitch系在VoIP方面的理想情況，應該做到如下幾種情況：　

電信網(wǎng)技術(shù)


相關(guān)鏈接:
分層完整保護網(wǎng)絡(luò )電話(huà)安全體系 2007-07-18
如何拓展VoIP網(wǎng)絡(luò )的安全性和覆蓋范圍 2007-07-18
統一通信與VoIP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)是互補不可分 2007-07-18
Avaya：通信驅動(dòng)業(yè)務(wù)戰略取勝市場(chǎng) 2007-07-13
如何防止黑客竊聽(tīng)VoIP通話(huà) 2007-07-13

分類(lèi)信息:        
亚洲精品网站在线观看不卡无广告,国产a不卡片精品免费观看,欧美亚洲一区二区三区在线,国产一区二区三区日韩 安陆市| 沅江市| 开封县| 桂东县| 福贡县| 淮滨县| 浦江县| 北碚区| 宣武区| 长宁区| 青海省| 莫力| 贡山| 离岛区| 酒泉市| 奎屯市| 剑河县| 梅州市| 井冈山市| 阳朔县| 休宁县| 桂平市| 勐海县| 辰溪县| 丰原市| 海兴县| 太湖县| 婺源县| 广南县| 德昌县| 同心县| 西和县| 苍溪县| 赞皇县| 壶关县| 开远市| 紫金县| 新泰市| 怀宁县| 临汾市| 滕州市| http://444 http://444 http://444 http://444 http://444 http://444