數(shù)字移動(dòng)終端音頻測(cè)試技術(shù)的研究

黃小凱　徐煦　陳浪

【摘 要】隨著數(shù)字移動(dòng)通信和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字移動(dòng)終端用途越來越廣泛，其結(jié)構(gòu)和功能也越來越復(fù)雜和多元化，因此質(zhì)量問題也越來越受人們所關(guān)注。然而，無論移動(dòng)智能終端產(chǎn)品如何發(fā)展，音頻性能總是其最基本也是最重要的功能之一，音頻質(zhì)量的好壞直接影響用戶體驗(yàn)和正常使用，它的優(yōu)劣也是衡量該產(chǎn)品質(zhì)量好壞的基本技術(shù)要求，所以對(duì)產(chǎn)品的“聲設(shè)計(jì)”和“聲質(zhì)量”控制的要求會(huì)變得越來越高，需要有一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)技術(shù)來保證。

【關(guān)鍵詞】音頻；測(cè)試；主觀評(píng)價(jià)；客觀描述；聲質(zhì)量

中圖分類號(hào)： TN924 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）11-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.009

【Abstract】with the rapid development of digital mobile communication and multimedia technology， digital mobile terminal USES more and more widely， its structure and function also more and more complicated and diversified， so the quality problem is becoming more and more attention by people. However， no matter how mobile intelligent terminal product development， audio performance is always the one of the most basic and most important function of audio quality directly affect the user experience and normal use， the pros and cons of it is to measure the basic technical requirements of the product quality is good or bad， so the product of "design" and "sound" quality control requirements will become more and more high， need a set of scientific and rigorous testing technology to guarantee.

【Key words】Audio； Test； Subjective evaluation； Objective description； The sound quality

0 現(xiàn)狀

目前，國(guó)際上對(duì)于數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都是基于以前的數(shù)字移動(dòng)通信產(chǎn)品的基礎(chǔ)上制定的，有3GPP TS51.010 、3GPP TS26.131、和 3GPP TS26.132。其具體的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)基本上由ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）牽頭起草和制定的，我國(guó)目前對(duì)移動(dòng)電話音頻性能測(cè)試最新版的現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)是 YD/T 1538-2014《數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能技術(shù)要求及測(cè)試方法》。

1 測(cè)試原理和方法

本文主要研究依據(jù)國(guó)內(nèi)最新測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1538-2014《數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能技術(shù)要求及測(cè)試方法》的要求，參照和參考其引用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，介紹了一種能表達(dá)人對(duì)聲音信號(hào)聽覺效果的分析，用主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試相結(jié)合，對(duì)數(shù)字移動(dòng)終端的音頻性能進(jìn)行檢驗(yàn)的測(cè)試方法。

關(guān)于音頻的質(zhì)量檢驗(yàn)一般有兩種基本類別：

（1）傳統(tǒng)的音頻測(cè)試。該測(cè)試可在電路板預(yù)組裝之前，或在最后的組裝完成之后完成。這種試驗(yàn)配置通常是將來自音頻分析儀的激勵(lì)信號(hào)通過在被檢樣品（DUT）的音頻組件后，返回到音頻分析儀進(jìn)行測(cè)量（例如，音頻環(huán)回模式測(cè)試）見圖1。該測(cè)試適合測(cè)定的音頻質(zhì)量參數(shù)：諸如頻率響應(yīng)、諧波失真等。

（2）音頻/射頻結(jié)合的測(cè)試。這種測(cè)試通常在最后的組裝完成后進(jìn)行，涉及了完整的RF來驗(yàn)證經(jīng)過發(fā)射和接收路徑后的音頻激勵(lì)信號(hào)。它需要有一個(gè)帶音頻分析儀功能模塊的綜合通信分析儀。

對(duì)于數(shù)字移動(dòng)終端產(chǎn)品音頻質(zhì)量的檢驗(yàn)更適合后一種情況。這種方法注意到了在傳輸過程中編解碼的錯(cuò)誤造成的影響，也考慮了丟幀，濾波，發(fā)送、接收延時(shí)和時(shí)間抖動(dòng)等因素的影響，通過比較源信號(hào)和采集到的信號(hào)進(jìn)行分析，能更好地反映出人對(duì)語音質(zhì)量的感知。數(shù)字移動(dòng)終端進(jìn)行語音通話時(shí)的接入方式如圖2所示。

這種以音頻/射頻結(jié)合的測(cè)試通常提供被測(cè)終端工作時(shí)整體的狀態(tài)：利用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和圖形，驗(yàn)證音頻信號(hào)調(diào)制/解調(diào)過程和結(jié)果正確性和完整性。然而，它們不一定顯示電聲器件，即揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)的狀態(tài)。事實(shí)上，它其實(shí)是具有缺陷的電聲器件反映在組合的音頻/射頻測(cè)試中的有效結(jié)果。而傳統(tǒng)的音頻測(cè)試對(duì)揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)等電聲器件的靜態(tài)測(cè)試是必不可少的。因此，選擇以頭和軀干模擬器（HATS）為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建數(shù)字移動(dòng)終端的音頻測(cè)試系統(tǒng)。其測(cè)試在空中接口處進(jìn)行。本文應(yīng)用的數(shù)字移動(dòng)終端音頻測(cè)試系統(tǒng)的主要由ACQUA 測(cè)試分析系統(tǒng)、前端測(cè)量設(shè)備MFE VI.1、 CMU200通用無線綜合測(cè)試儀、HMS II.3人工頭測(cè)量系統(tǒng)和消聲室搭建組成。 其中，HMS II.3人工頭主要由人工嘴、人工耳、HMS軀干箱和緊固夾持定位裝置（HHP II.1）組成。

2 測(cè)試和結(jié)果分析

2.1 發(fā)送方向的測(cè)試

測(cè)試發(fā)送靈敏度/頻率特性，發(fā)送響度評(píng)定值，發(fā)送失真的測(cè)試過程。其原理和信號(hào)傳輸?shù)倪^程如圖3所示：

測(cè)試發(fā)送靈敏度/頻率特性，發(fā)送響度評(píng)定值，發(fā)送失真的測(cè)試過程。由測(cè)試系統(tǒng)軟件“ACQUA”控制測(cè)量前端“MFE”，發(fā)出一個(gè)信號(hào)源，產(chǎn)生一個(gè)測(cè)試信號(hào)送給頭肩模擬器上的仿真嘴，在嘴參考點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè)的聲壓（發(fā)送靈敏度和發(fā)送響度評(píng)定值是-4.7dBPa，發(fā)送失真是在頻率1020HZ時(shí)的5個(gè)不同聲壓）發(fā)聲，仿真嘴將其電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)，發(fā)出聲音后，再通過空氣傳導(dǎo)給數(shù)字移動(dòng)電話機(jī)的MIC，移動(dòng)電話機(jī)將采集到的測(cè)試信號(hào)編碼后通過射頻線連接到通用無線通信測(cè)試儀，通用無線通信測(cè)試儀再將其解碼，并將模擬信號(hào)傳給測(cè)量前端MFE VI.1，通過 “MFE VI.1” 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)送給給測(cè)試系統(tǒng)軟件“ACQUA”，再由 “ACQUA”將所采集的信號(hào)用內(nèi)置的算法進(jìn)行計(jì)算和分析，得到最終的測(cè)試數(shù)據(jù)及曲線。

以發(fā)送響度評(píng)定值（SLR）為例，我們對(duì)此方法進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果見表1。

求得樣品3組測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）為：SD1=0.12，SD2=0.10，SD3=0.18。

根據(jù)YD/T 1538-2014標(biāo)準(zhǔn)的要求：發(fā)送響度評(píng)定值 SLR=8±3dB。從表1中可以看出3組發(fā)送響度評(píng)定值均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，單項(xiàng)判定均為合格。同時(shí)，也可以看出3組測(cè)試結(jié)果中：樣品最大的一組標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.18，處在比較低的水平。說明測(cè)試數(shù)據(jù)都比較集中，離散程度小。也證明該系統(tǒng)對(duì)于該項(xiàng)目的測(cè)試具有較高的可靠性，測(cè)試結(jié)果可重復(fù)性較高，一致性較好。適合此類定量的項(xiàng)目的測(cè)試。

2.2 接收方向的測(cè)試

測(cè)試接收靈敏度/頻率特性，接收響度評(píng)定值，接收失真的測(cè)試過程：接收方向的測(cè)試，其示意圖如圖4所示：

測(cè)試前，按照ITU-T P.64建議的規(guī)定將移動(dòng)終端的手柄安放在HATS上，測(cè)試采用采用Type3.3人工耳。確定被測(cè)樣品手柄與耳骨參考點(diǎn)（DRP）之間的壓力應(yīng)為8N。先測(cè)試接收方向的延時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)軟件“ACQUA”將會(huì)將值保存，并在測(cè)試后面對(duì)此有影響的項(xiàng)目時(shí)進(jìn)行調(diào)用并補(bǔ)償。再由測(cè)試系統(tǒng)軟件“ACQUA” 發(fā)出數(shù)字測(cè)試信號(hào)，由控制測(cè)量前端“MFE VI.1”進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳給綜測(cè)儀，綜測(cè)儀將接受到的信號(hào)編碼并傳給被測(cè)終端發(fā)聲，人工耳在耳參考點(diǎn)接收到聲音后傳回“MFE VI.1”，經(jīng)“MFE VI.1”進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳回給測(cè)試系統(tǒng)軟件“ACQUA”， 再由“ACQUA”將發(fā)出的信號(hào)與接收的信號(hào)進(jìn)行分析比較。

以接收失真為例，我們對(duì)此方法進(jìn)行接收方向測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

接收失真是接收信號(hào)和總失真的一個(gè)比較值，他反映了接收器的線性程度。按YD/T 1538-2014中新的要求，當(dāng)音量控制鍵設(shè)置為通常音量時(shí)，接收失真在系統(tǒng)模擬器（SS）的參考編解碼器輸入端口和耳骨參考點(diǎn)（DRP）經(jīng)過散射場(chǎng)均衡后的值之間進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果應(yīng)高于YD/T 1538-2014中表7給出的極值。

測(cè)試用正弦信號(hào)頻率為1020Hz，在系統(tǒng)模擬器的信號(hào)輸入端口施加的測(cè)試電平分別為：0、-3、-10、-16、-20、-30 dBm0，并且測(cè)試信號(hào)幅度的順序?yàn)榻敌?。正弦波信?hào)的持續(xù)時(shí)間為0.36毫秒，信號(hào)的測(cè)量部分為170.67毫秒。測(cè)試結(jié)果如表2所示：

測(cè)試信號(hào)頻率為315Hz、408 Hz、510 Hz、816 Hz，在系統(tǒng)模擬器的信號(hào)輸入端口施加的測(cè)試電平均為16dBm0，測(cè)試結(jié)果如表3所示：

從測(cè)試對(duì)應(yīng)的數(shù)值可以看出，樣品在接收電平為16dBm0時(shí)不同頻點(diǎn)下的測(cè)試結(jié)果，和在頻率為1020Hz時(shí)，不同測(cè)試電平下的測(cè)試結(jié)果均高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極值，而且3次測(cè)試的都結(jié)果都比較接近，離散程度小。證明系統(tǒng)對(duì)于該項(xiàng)目的測(cè)試具有較高的可靠性。

3 小結(jié)

由于人耳對(duì)不同頻率的聲音的感知不同，本文通過在數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸過程中測(cè)量不同頻率時(shí)，聲壓的變化對(duì)不同測(cè)試項(xiàng)目的影響；同一頻率時(shí)，不同聲壓對(duì)發(fā)送端產(chǎn)生的影響；同一頻率時(shí)，不同接收電平下對(duì)接收端產(chǎn)生的影響；不同頻率時(shí)，在同一接收電平下對(duì)接收端的影響等等。最后，運(yùn)用內(nèi)置客觀評(píng)價(jià)算法的測(cè)試軟件，進(jìn)行加權(quán)計(jì)算和分析，得出被測(cè)終端樣品是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)論。相當(dāng)于主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量相結(jié)合的方式來評(píng)價(jià)數(shù)字移動(dòng)終端的音頻性能。因?yàn)槿耸钦Z音的最終接受者，這種評(píng)價(jià)方法是語音質(zhì)量的真實(shí)反映，通過多組數(shù)據(jù)的重復(fù)獨(dú)立測(cè)量和比較，分析和驗(yàn)證利用該系統(tǒng)進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試是科學(xué)可行的。隨著VoLTE高清語音的普及，將會(huì)延伸出更多的終端產(chǎn)品，在窄帶語音測(cè)試仍然適用的同時(shí)，越來越多的產(chǎn)品對(duì)于寬帶語音測(cè)試也會(huì)有新的要求，甚至還會(huì)衍生出更多新的測(cè)試項(xiàng)目，其測(cè)試方法和技術(shù)要求也會(huì)隨著各類終端產(chǎn)品的發(fā)展而不斷調(diào)整和更新。我們的數(shù)字移動(dòng)終端音頻測(cè)試技術(shù)的研究還需要不斷的跟進(jìn)，更深入的研究，才能更好地推進(jìn)行業(yè)的發(fā)展，讓更多更好的“聲設(shè)計(jì)”的產(chǎn)品給用戶帶來更愉快的“聲體驗(yàn)”。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.2014.YD/T 1538-2014.數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能技術(shù)要求和測(cè)試方法[S].北京：人民郵電出版社.

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