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Ｖｏ ｌ Ｐ话音质量分析与测试

刘石峰中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司工程师

孙悦信息产业部电信研究院泰尔实验室助理工程师

摘要：随着ＶｏＩＰ发展的日趋成熟，ＶｏｌＰ单凭粗

放低价进行市场竞争日趋艰难，更多人把关注

点投向ＶｏｌＰ服务质量。首先从ＶｏＷ的传输层

面和业务层面分析影响ＶｏｌＰ话音质量的主要

因素。然后提出相应的应对方法，最后提出测试

与评估ＶｏｌＰ话音质量的指标体系以及测试方

法。

关键词：ＶｏｌＰ，ＭＯＳ，话音质量

从１９９５年２月Ｖｏｃ￣Ｔｅｃ的第一部ＩＰ电话的使用至

今，ＶｏｌＰ已经经历了日新月异的发展，但是随着目前若干

问题的出现，ＶｏＩＰ发展进入一个缓慢发展的状态，其中导

致ＶｏｌＰ发展缓慢的主要技术因素包括以下三个方面：互联

互通、话音质量以及信息安全。其中ＶｏｌＰ的生存之本——

话音质量是最主要的因素。

众所周知，ＶｏｌＰ作为一种业务，必须为用户提供高质

量的服务；另外，ＶｏｌＰ作为一个投资，必须为业务部门降低

成本。而ＶｏｌＰ的最大优势是成本，最大劣势是话音质量。故

此，对于ＶｏｌＰ业务来说，能否把握好成本与质量的均衡，是

ＶｏｌＰ发展一个非常重要的因素。本文重点分析和解决ＶｏｌＰ

话音质量的相关问题。

１ ＶｏｌＰ话音质量的影响因素分析

ＶｏｌＰ作为基于ＩＰ的业务，同样存在两个层面的影响

因素：传输层面和业务层面。

１．１传输层面的影响因素

不同于ＰＳＴＮ基于固定连接传输机制，ＶｏｌＰ采用基于ＩＰ

技术的“Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏａ”端到端的传输，所以不可避免存在丢包、

包时延和抖动现象，在很大程度上影响ＶｏｌＰ的话音质量。

丢包是从发话端发出的包没有能够到达听话端，从而引

起话音质量下降。丢包通常由以下三种原因造成：传输损坏、

过大时延和数据拥塞。传输损坏是当传输媒介出现故障时，

所传输的话音包便可能被丢掉；过大时延是当话音包超过

“生存时间” Ｌ０时，该话音包便会被丢弃；数据拥塞是当交

换路由设备的队列被塞满时便会根据策略抛弃某些话音包。

包时延是指从发话端发送话音包到听话端收到话音包

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泰尔测试………………………．

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的时间差。包时延通常由以下原因造成：存储转发时

延和媒体传输时延。存储转发时延主要是由于交换路

由设备对话音包进行存储转发排队等候处理引起；媒

体传输时延是由于话音包传输所需要时问引起。

抖动是话音包从发话端到达听话端所花费的时

间的可变量。抖动通常由以下原因造成：多路径转发

时延差和存储转发时延差。多路径转发时延差是话

音包通过不同路径转发到达听话端的时延不同引

起；存储转发时延差是交换路由设备本身由于缓冲

和处理时间不同引起。

１．２业务层面的影响因素

ＶｏＩＰ本身在业务层面也有许多必要环节会影

响话音质量。随着ＩＰ技术的快速发展和ＩＰ网络的

广泛建设，业务层面的因素渐渐显得越来越突出。业

务层面的主要影响因素主要包括以下方面：编解码、

时延和回声。

编解码是所有数字语音通信必不可少的处理步

骤，而话音编解码肯定对话音造成损耗。只不过在

ＰＳＴＮ中损耗非常小，而对于ＶｏＩＰ，编解码引入的话

音质量损耗就比较大了。当然影响是多个方面的，包

括时延、带宽和ＭＯＳ多个方面。具体如表１（仅仅包

含５种典型话音编解码技术）：

时延在这里不包括传输时延，而专指由ｖｏＩＰ设

备（终端或者网关）引入的处理时延，包括编解码时

延（见表１）、信号处理时延和去抖动缓冲时延。根据

ＩＴＵ—Ｔ Ｇ．１１４“单向传输时间”规定，语音会话的单

向时延不能超过４００ ｍｓ。

在ＶｏＩＰ中回声主要有两种：电气回声和声学回

声。电气回声是由于２—４转换的混合器因阻抗匹配不

同造成“泄漏”导致的；声学回声是指扬声器播放出来

表１编解码对话音质量的影响

编解码 技术 帧长（ｍＳ） 算法时延（ｍｓ） 比特率（Ｋ） ＭＯＳ

Ｇ．７１１ ＰＣＭ Ｏ．１ ２５ ０．２５ ６４ ４．４

ｌ

Ｇ．７２３．１ ＡＣＥＬＰ ３０ ６７．５ ５．３ ３．６

Ｇ．７２３．１ ＭＰ－ＭＬＱ ３０ ６７．５ ６．３ ３．４

Ｇ．７２９ ＣＳ—ＡｃＥＬＰ １０ ２５ ８ ４．０

Ｇ．７２９Ａ ＣＳ－ＡＣＥＬＰ ｌＯ ２５ ８ ４．０

的声音被麦克风拾取后发回远端导致的。对于网关这

类只具有电接口的设备只存在电气回声，用回声损耗

来衡量。对于手柄和免提这样具有声接口的设备，存

在声学回声，用加权的终端回声损耗来衡量。

２ ＶｏｌＰ话音质量的解决办法分析

２．１传输层面解决办法

ＩＰ技术本身采用“Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ”的方式，对进入网

络的业务流，都以先来先服务的方式对业务流分组

进行服务。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和各种业务的迅猛发展，尤

其是视频、话音等多媒体业务的迅猛增长，ＩＰ网络

也由以前单一的数据网变成了多业务的综合数字

网。此时，传统的ＩＰ网络没有服务质量保证的弱点

已经显现出来。为此，ＩＰ ＱｏＳ成为ＩＰ技术发展最重

要的课题，目前可以采用的ＩＰ ＱｏＳ方案主要有以下

四类：轻载方式／高带宽方案、综合服务／ＲＳＶＰ方

案、区分服务／ＤＳＣＰ方案和流量工程／ＭＰＩ＿Ｓ方案。

轻载方式／高带宽方案主要就是加大基础网络

建设，使网络带宽远远大于ＶｏｌＰ实际使用带宽，从

而保证ＶｏＩＰ端到端传输质量。虽然效果明显，但是

投入过大，是一种不现实的解决方案。

综合服务／ＲＳＶＰ方案基本思想是在传送ＶｏＩＰ

数据之前，根据ＶｏＩＰ的ＱｏＳ需求进行网络资源预

留，从而为ＶｏＩＰ数据流提供端到端的ＱｏＳ保证。这

种模型的优点是能提供端到端的绝对的ＱｏＳ保证，

但由于这种模型在实现上是非常困难的，问题的核

心是综合服务具有面向连接的特点，这与ＩＰ本身无

连接特性是不符合的，容易导致网络的复杂化，具体

体现在：资源预留是基于每个流而进行的，因此使得

节点中要保留每个流的状态信息，导致路由器负担

太重；ＲＳＶＰ本身协议复杂，不容易实现；需要全网

支持，但是现实网络很难全网都支持。

流量工程／ＭＰＬＳ是指为业务流选择路径的处

理过程，以在网络中不同的链路、路由器和交换机之

间平衡业务流负载。其目标是在给一定节点与另一

节点之间计算一条最优路径。但该方案有如下问题：

必须应用在ＭＰＬＳ网络中，而ＭＰＬＳ还没有在全网

实现；目前对ＭＰＬＳ—ＴＥ跨域的应用仍然在研究阶

ＭＳｒｒ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８

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段，意味着当前ＭＰＬＳ—ＴＥ主要的应用只能在单个

域中；另外，ＭＰＬＳ本身就非常复杂。

所以目前真正得到应用的是区分服务／ＤＳＣＰ

方案。ＤＳＣＰ不需要信令，即ＶｏｌＰ设备在发出数据

包之前就为数据包打上ＱｏＳ标签，网络设备不需要

为每个流维护状态，它根据每个数据包ＱｏＳ进行一

定策略的数据包优先转发，满足ＶｏｌＰ传输质量。区

分服务／ＤＳＣＰ方案通常包括以下步骤：通常包括分

类标记、流量整形、拥塞避免和队列管理。

（１）分类标记

所有数据包在进入边缘网络设备的时候，根据

一定优先策略对数据包分类标记，通常ＶｏＩＰ数据包

分配高的优先级，即根据既定策略为ＩＰ数据包分配

高优先级的ＴＯＳ值（３ ｂｉｔｓ，可支持８个优先级队列）

或者ＤＳＣＰ值（６ ｂｉｔｓ，可支持６４个优先级队列）；

（２）流量整形

限制流出某一网络的ＶｏｌＰ的流量，使ＶｏｌＰ报

文以均匀的速度向外发送。流量整形通常使用缓冲

区和令牌桶来完成，当报文的发送速度过快时，首先

在缓冲区进行缓存，在令牌桶的控制下，再均匀地发

送这些被缓冲的报文。通常可以采用约定访问速率

（ＣＡＲ）、通用流量整形（ＧＴＳ）等方式；

（３）拥塞避免

由于ＶｏｌＰ主要关心实时『生，而对一定程度的丢

包不敏感，所以为了避免数据包拥塞重发，通常可以

采用加权随机早期检测的报文丢弃策略（ＷＲＥＤ）；

（４）队列管理

由于广域网的带宽较小，在发生网络拥塞时，数

据包不可能按原有的发送速度在广域网上传输。为

了保证优先级较高的ＶｏＩＰ数据包优先传送，在数据

包转发之前，把数据包按照优先级放人不同队列，然

后再按一定的调度策略把报文从队列中取出，在接

口上发送出去。通常不同的队列算法用来解决不同

的问题，并产生不同的效果。常用的队列有ＦＩＦＯ、

ＰＱ、ＣＱ、ＷＦＱ、ＣＢＷＦＱ优先队列等。通常具体情况

需要具体对待。

经过以上四个步骤，最终实现区分服务。尽管区

分服务／ＤＳＣＰ方案也有一定问题，比如不能完全保

证绝对的ＩＰ传输服务质量，但是由于实现简单，不

需要特定信令协议，对网络要求低，可扩展性好，所

以被大量实际使用。

２．２业务层面解决办法

由于当前ＩＰ ＱｏＳ技术的快速发展与基础网络

带宽的迅速提高，网络传输对ＶｏｌＰ业务质量影响渐

渐变弱，而业务层面因素对ＶｏＩＰ服务质量的影响渐

渐突出。目前具体解决技术与方案如下：

编解码是ＶｏＩＰ的核心。编解码技术直接影响

ＶｏｌＰ业务的时延、ＭＯＳ以及传输需要带宽，而且本

身也有复杂度和成本的问题。所以综合考虑以上多

方面因素，ＶｏｌＰ设备一般采用ＩＴＵ—Ｔ Ｇ．７１１

（ＰＣＭ）、Ｇ．７２３．１（ＡＣＥＬＰ或者ＭＰ—ＭＬＱ）、Ｇ．７２９

（ＣＳ—ＡＣＥＬＰ）、Ｇ．７２９Ａ（ＣＳ—ＡＣＥＬＰ）编解码技术。其

中，采用ＩＴＵ—ＴＧ．７１１话音质量最高，需要带宽也最

高。但是随着带宽的增加，６４Ｋ的带宽需求已经渐渐

不成为问题，所以ＩＴＵ—Ｔ Ｇ．７１１是所有ＶｏｌＰ设备必

须支持、同时也是推荐的编解码方式。

静噪抑制技术对于节约带宽有非常重要的作

用。大量的研究表明，在一路全双工电话交谈中，当

一方在讲话时，另一方在听，而且讲话过程中有大量

显著的停顿，故此平均只有不到４０％的信号是有效

的。无效阶段不应该浪费带宽，故此采用称为静噪

抑制技术来解决无效浪费问题。所谓静噪抑制技术，

是指检测到通话过程安静时段，并在这些安静时候

停止发送语音包。通过静噪抑制技术，大量的网络带

宽节省下来用于其他话音或数据通信。

由于静噪抑制技术的采用，通话过程中会有一

些静噪抑制时段没有语音包，如果用户感到绝对安

静会有通话终止或者其它不适感觉，所以需要舒适

背景噪音来解决静噪抑制技术带来的在讲话和停顿

之间出现语音不平滑的弊端。

回声抑制功能与性能在ＩＴＵ—Ｔ Ｇ．１６５、Ｇ．１６８给

出。回音抑制的功能是用相位补偿的方法抵消串入

远端发送信号中的远端接收信号。其目标是消除延

时超过４５毫秒的回声，因为当回音超过４５毫秒时，

发话方就能够听到反射回来、滞后的自己的声音。

通过以上技术的采用，ＶｏｌＰ话音服务质量得到

了很大的提高，但是永远不可能超过ＰＳＴＮ的通话

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泰尔测试………………………・

Ｖ １ｒＬ Ｔｅｓｔ

质量，我们所需要做的就是接近或者等于ＰＳＴＮ话

音质量。当然话音质量是ＶｏＩＰ的弱点，但是ＶｏＩＰ还

有很多优点是ＰＳＴＮ无法比拟的。

４衡量ＶｏｌＰ话音质量的指标体系

虽然以上章节提出了提高ＶｏＩＰ话音质量的具

体解决办法，但是在现实情况中，不同的ＶｏｌＰ系统

或者设备话音质量还是存在巨大差异。鉴于ＶｏＩＰ话

音质量的重要性，运营商、设备商、政府、协会都对

ＶｏＩＰ话音质量提出一系列的技术指标来衡量。例

如，２００５年信息产业部３６号令对国内ＶｏＩＰ业务的

时延、丢包、抖动以及其它业务性能做了明确规定：

语音传输时延平均值≤４００ ｍｓ

时延抖动平均值≤８０ ｍｓ

丢包率平均值≤５％

其中关于时延和时延抖动指标同ＩＴＵ—Ｔ Ｇ．１ １４

规定。

另外，在ＩＴＵ—Ｔ Ｐ．８ＸＸ系列建议中，对各种提高

话音质量的技术都有一定相关评定方法与标准。例

如：

ＩＴｕ＿Ｔ Ｐ．８３０规定了话音频带和宽带数字编解

码主观性能评价，ＩＴＵ—Ｔ Ｐ．８３１规定了回声抑制主观

性能评估，ＩＴＵ—Ｔ Ｐ．８３２规定了免提终端主观性能评

估，ＩＴＵ—Ｔ Ｐ．８３５规定了噪声抑制算法主观测试方法

学。但是，以上指标远远不能满足对ＶｏＩＰ话音质量

的测试与评估。其实，用户感触最深的就是语音质

量，它包含用户所感受到的实际语音的质量和网络

中客观评定的语音质量。目前对ＶｏｌＰ业务语音质量

评分的评价包括多种模型：如主观ＭＯＳ，客观ＭＯＳ

和Ｅ—ｍｏｄｅｌ。

其中主观ＭＯＳ在ＩＴＵ—Ｔ Ｐ．８００．１中规定，特定

的发话者与听话者在特定的环境下，通过话机进行

对话，然后收集测试者在各种不同情景下的主观感

受，根据一定分析法则得出该网络的品质。主观

ＭＯＳ对测试的要求非常严格，所有的操作都要严格

地服从操作流程，对录音系统、语音采样、语音输入

级别、听者级别、不同发话者等等，都作出了详细严

格的规定。优点是结果直接是测试人员的切身体验；

最大的缺点就是对测试员要求非常高，而且有很大

的主观因素。

而客观ＭＯＳ在ＩＴＵ—Ｔ Ｐ．８６１（ＰＳＱＭ）和ＩＴＵ—Ｔ

Ｐ．８６２（ＰＥＳＱ／ＰＥＳＱ ＬＱ）规定，采用测试原理如图１。

图１客观ＭＯＳ测试原理示意图

话音信号分为两路，一路经过被测设备，一路为

原始信号，最终两路话音信号相互比较按照一定算

法计算，获得客观ＭＯＳ值。随着测试理论的完善，鉴

于可以采用仪表进行自动客观的测试，所以目前话

音服务质量更多采用客观ＭＯＳ评定。

Ｅ—ｍｏｄｅｌ主要应用于传输规划，用于评价在各种

影响话音质量的传输参数中合成的影响。这个计算模

型对设计人员确保在网络规划中达到使用户满意的

服务质量有非常重要的意义。Ｅ—ｍｏｄｅｌ计算模型最终

结果是Ｒ值。表２是ＩＴＵ—ＴＧ．１０７对Ｒ取值的定义：

表２ Ｒ值与ＭＯＳ、用户满意度关系

Ｒ的取值范围 话音传输质量类别 ＭＯＳ 用户的满意度

９０～１ＯＯ Ｂｅｓｔ ４．３－４．４ 非常满意

８０－９０ Ｈｉｇｈ ４．０－４．３ 满意

７０－８０ Ｍｅｄ１ｕｍ ３．６－４．０ 一些用户不满意

６Ｏ～７０ Ｌｏｗ ３．１－３．６ 许多用户不满意

５Ｏ～６Ｏ Ｐｏｏｒ ２．６～３．１ 接近所有的用户不满意

Ｒ的取值反映的是用户期望的质量指标。

５结语

不可否认，尽管ＶｏＩＰ目前话音质量还有一些问

题，但毕竟大势所趋，ＶｏＩＰ取代传统语音技术仅仅

是一个时间问题。不过，在通信市场竞争日益加剧

的今天，服务质量是每个ＩＳＰ的立足之本、生命之

源，谁的ＶｏＩＰ服务质量的问题解决了，谁就能在竞

争中立于不败之地，最终掌握市场的主动。 嗣

收稿Ｅｔ期：２００８—０８—２５

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