基于E-Model的VoIP语音质量评价系统

论文摘要

网络技术的飞速发展,使VoIP作为重要应用承担了越来越多的语音通信任务。由于IP网络提供的是不可靠的数据传输服务,语音质量主要受到丢包（Loss）、延迟（Delay）和抖动（Jitter）的影响。研究语音质量评价方法,可为进一步改善VoIP的语音质量提供客观依据。文章以VoIP的通信应用为背景,针对影响语音质量的参数,独立设计和实现了一个基于E-Model的VoIP语音质量评价系统。论文首先分析VoIP的发展现状,介绍了业界广泛使用的VoIP信令技术H.323协议的原理和特性。以H.323系统为基础,分析影响VoIP语音质量的因素及相应的改进机制,并详细介绍语音质量客观评价方法E-Model的原理,给出了相关参数的计算方法。在此基础上,使用C++语言和面向对象设计方法实现了一个基于E-Model的VoIP语音质量评价系统。系统调用WinPcap接口实时抓取网络数据,从其中分析出使用RTP协议传输的VoIP语音流,并通过对RTP数据包的解包分析,计算出当前网络中的丢包、延迟和抖动。对E-Model进行扩展研究,加入了抖动相关的参数Ij。使用G.107的建议值对经过扩展的E-Model进行简化,使其输入参数只与网络状况与编码器等易变因素相关。系统通过该模型计算出对应的R值和MOS评分,给出对语音等级的评价。通过大量的仿真实验,发现使用ITU-T的PESQ评价方法得到的PESQMOS评分和本系统的MOS评分吻合,证明了系统评价语音等级的准确性。ITU-T提出的E-Model并没有考虑抖动对语音质量的影响,本文实现的系统中使用了扩展的E-Model,加入基于Hurst系数H和抖动缓冲区大小T的参数Ij,有效的量化了抖动对语音质量的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 VoIP背景
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 发展现状及应用前景
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 论文内容及章节结构
• 第二章 VoIP技术概述
• 2.1 VoIP关键技术
• 2.2 H.323协议
• 2.2.1 H.323体系结构
• 2.2.2 H.323协议簇
• 2.2.3 基于H.323协议的VoIP系统工作流程
• 2.3 RTP/RTCP协议
• 2.4 VoIP语音质量相关技术
• 2.4.1 影响VoIP语音质量的关键因素
• 2.4.2 VoIP的QoS
• 2.4.3 丢包处理技术
• 2.4.4 抖动缓冲技术
• 2.5 VoIP语音质量评价方法
• 2.5.1 主观评价方法
• 2.5.2 客观评价方法
• 2.6 E-Model
• 2.6.1 E-Model概述
• 2.6.2 传输性能等级参数R
• 2.6.3 基本信噪比Ro
• 2.6.4 同时损伤系数Is
• 2.6.5 延迟损伤系数Id
• 2.6.6 设备损伤系数Ie
• 2.6.7 获益系数A
• 2.6.8 默认值
• 第三章 系统设计和实现
• 3.1 需求分析
• 3.1.1 用例模型
• 3.1.2 用例描述
• 3.2 总体设计
• 3.2.1 类图
• 3.2.2 顺序图
• 3.3 程序界面
• 3.4 网络数据抓取模块
• 3.4.1 Windows平台下网络数据抓取机制
• 3.4.2 WinPcap开发包
• 3.4.3 模块设计
• 3.5 协议分析模块
• 3.5.1 RTP协议
• 3.5.2 RTCP协议
• 3.5.3 模块设计
• 3.6 E-Model评估模块
• 3.6.1 E-Model的扩展
• 3.6.2 E-Model简化
• 3.6.3 模块设计
• 3.7 语音流保存模块
• 3.7.1 rtpdump文件格式
• 3.7.2 模块设计
• 第四章 实验仿真分析
• 4.1 实验设计
• 4.1.1 实验结构
• 4.1.2 运行环境
• 4.1.3 NISTNet网络模拟器
• 4.1.4 NTP时间同步
• 4.1.5 OpenPhone IP电话
• 4.1.6 HarddiskOgg录音软件
• 4.1.7 PESQ评价方法
• 4.2 结果分析
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文主要工作
• 5.2 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢