IP电话质量分析

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IP电话质量分析

　　 IP电话语音质量的评价与分析
　　编码压缩方法由ITU-T统一制定并标准化,它的压缩能力由DSP的处理能力决定，即复杂度。复杂度决定了编解码器硬件的成本和功耗，也影响到编解码器的实时性。复杂度的衡量指标是定点DSP实现编解码所需的处理器能力，以百万指令/秒（MIPS）为单位。

　　编码压缩仅负责对实际传输的IP包数据进行压缩，它不负责对IP头压缩。一般IP/UDP头（包括地址信息和控制信息）要耗去7kbit/s左右的带宽。

　　在实际选择压缩算法时，要综合考虑各种因素。例如，高比特率可以保证良好的话音品质，但要占用大量的存储空间，耗费更多的系统资源；而过低的比特率又会影响话音的品质和增加延迟。所以，在较低比特率的前提下，保持较好的话音质量，是选择压缩算法的原则。

　　从互通性角度考虑，IP电话网关对其它编码协议亦应全部支持或部分支持。特别是对于G.729/ G.729A，由于其编码速率亦较低。而且其编码时延较G.723.1小，因此建议IP电话网中给予支持。

　　为保证一定的通话质量，网关必须设有输入缓冲，以尽可能地消除时延抖动对通话质量的影响。另外，网关应该具有语音编码的动态转换功能，即网关设备能够自动地在较高速率的语音编码和较低速率的语音编码之间的转换。当网络拥塞时可以由高码速转换到低码速，当网络条件较好时，可以由低码速转换到高码速以提高语音质量。语音编码的动态转换是网关设备在IP电话QoS管理方面的一个重要功能。


　　DTMF检测

　　DTMF信号传输在语音网络中极为重要，因为网络不仅传输被叫方的拨叫号码，而且用来激活基本电路特性。信号质量的衰减会影响到DTMF信号的识别。DTMF信号的失真又会影响话音服务的质量。

　　DTMF信号由电话键盘使用相同幅度的两个不同的高频和低频来产生。网关需转换电话中常用的DTMF信号，应能检测DTMF信号，并将其转换为H.245消息中的"用户输入指示"信息单元予以传送，可取值0~9、*和#，反之，应能生成DTMF信号。

　　网关中的低比特率编解码器适用于语音信号而不是正弦信号，它们会改变信号的频率和幅度，所以难以传输DTMF信号，并很难高保真地恢复它们。


　　静音抑制

　　静音抑制，又称语音活动侦测（VAD）。静音抑制的目的是从声音信号流里识别和消除长时间的静音期，以达到在不降低业务质量的情况下节省话路资源的作用，它是IP电话应用的重要组成部分。静音抑制可以节省宝贵的带宽资源，可以有利于减少用户感觉到的端到端的时延。

　　用户打电话时，并不是总在占用通话信道。根据传统电话业务的统计，一方用户实际占用通话信道的时间不会超过整个通话时间的40%。这主要包括以下几个方面的原因：一是正在听对方说话；二是由于思考，稍事休息等原因引起的一段话之间的停顿；三是说话中间的停顿，如犹豫，呼吸，口吃等。第一种情况下停顿间隙长而出现频率低；第三种情况停顿间隙短而出现频率高；第二种情况界于一、三种情况之间。语音源的这种特性叫做开关特性，有时也叫话音/静默特性。

　　在用户没有讲话时，就没有语音分组的发送，从而可以进一步降低语音比特率。当用户的语音信号能量低于一定门限值时就认为是静默状态，也不发送语音分组。当检测到突发的活动声音时才生成语音信号，并加以传输。运用这种技术能够获得大于50%的带宽。

　　在进行静音检测时有两个问题需要注意：一是背景噪声问题，即如何在较大的背景噪声中检测静音；二是前后沿剪切问题。所谓前后沿剪切就是还原语音时，由于从实际讲话开始到检测到语音之间有一定的判断门限和时延，有时语音波形的开始和结束部分会作为静音被丢掉，还原的语音会出现变化，因此需要在突发语音分组前面或后面增加一个语音分组进行平滑以解决这一问题。

　　在实际使用中，如果出现长时间的静默，会使用户感到很不自然。因此实际上接收端常常会在静音期间发送一些分组，从而生成使用户感觉舒服一些的背景噪声，即所谓的舒适噪声。


　　回声处理

　　回声是信号通过网络时的反射。本地扬声器输出的模拟语音信号可能又被话筒接收，当信号被传回到源端时，就会产生不必要的回声。在传统固话网中，从4线交换到2线本地环路时的阻抗会导致回声，或者是由麦克风和扬声器或耳机之间的耦合效果不好也会导致回声。在IP网中，呼叫必须经过多个路由器和网关，其相当长的延迟又会造成回声问题的进一步恶化。典型的延迟是16ms-20ms的回声叫做侧音，它有利于谈话者听到自己的声音。但是延迟超过了25ms，听到的声音就会被扭曲，甚至中断谈话。回声可以用回声消除器加以控制。在VoIP网络中，把回声消除器放在了低比特编码器中，并且运行于每个DSP之上。回声消除器的设计受到等待接收反射回来的话音的整个时间大小的限制。


　　承载的IP网络

　　承载的IP网络基于TCP/IP协议进行数据包的分组交换，是面向无连接网络，其传输特性无法得到保证。每个分组包含源和目的IP地址，分组包既没有标记为属于某一个特定的流或者一个连接，也没有以任何方式进行编号。每个IPv4节点尽其最大的努力，对每个分组独立进行路由转发，并在网络中独立传递，达到同一目的地分组的路由不一定相同，到达时间也是不固定且非实时的，最后在目的节点缓冲区重新组成数据。因此数据包传送所需时延无法保证，途中的丢包更无法控制，并造成IP包传输的时延抖动。

　　承载的IP网络的上述机制能够较好地支持非实时的数据业务，但对实时业务支持不够。尽管IP协议中有业务类别的区别，用户依此表示为网络的时延，带宽以及安全性等特征参数，从而来获取希望的QoS，但在实际的IP网络中，并没有真正完全参照这些参数（业务类别的划分及对应的QoS参数）来使用。因此传统的IP网传送实时的VoIP业务能力较差。

　　在IP电话业务中，网络和网关带来的时延都可能会严重地影响语音质量，这就要求运营商必须提供高质量的IP网络。这可以通过两种途径来解决，一是增加网络带宽，二是通过在网络中实现QoS服务来实现带宽的合理利用，从而满足IP电话业务对实时性的要求。

　　足够的带宽是确保语音数据包无延时地到达目的地所必须的。如果网络正面临阻塞问题时，就需要更大的网络带宽来解决这个问题，仅仅采用优先机制只能部分消除分组包的丢失问题。假如不希望丢弃任何数据包的话，就必须增加带宽了。

　　实现业务传输优先级保证的关键在于引入一种服务质量机制（QoS），允许网络将不同类型的业务置于特定的QoS队列中，使得语音业务的传输优先级高于数据业务，从而降低队列延时，实时性得到保障。 四、 IP电话语音质量的测试 IP电话业务的主观评定MOS评分由测试人员通过通话根据评分标准主观评定的，可简单地由20-60个非专职测试者对所听的话音进行综合打分，然后进行统计分析。

　　IP电话业务的客观评定PSQM评分指标可利用测试仪表进行测试，目前国内外众多的测试仪表厂商已经开发出许多用于PSQM评分值的测试仪表。Agilent公司的Telegra VQT语音质量测试仪，能够测试端到端语音时延、清晰度、静音抑制和DTMF音调分析等参数，能够提供专业的端到端的语音质量（PSQM）测试，并对话音质量进行客观分析。美国Ameritec的解决方案为利用各种型号的大话务量呼叫器发起呼叫，并在其上配置"Golden Voice"复合音调发生器，利用呼叫产生的标准测试音信号，在被叫端或呼叫经过的网络进行话音质量的分析和丢包、抖动、沿切割、延时等测试。Spirent公司的Abcus测试仪也能完成PSQM评分指标的测试。国内的中创信测公司研制开发出了IP电话测试仪，中创的IP电话测试仪采用捕捉协议包的方式实时对H.323呼叫过程跟踪分析，可进行IP语音包的提取及语音质量分析。

　　关于IP电话业务的R值评分，目前国内外还没有这方面的测试仪表，相关研究机构和测试仪表厂家正在积极地进行E模型的研究与开发。