數(shù)字移動終端音頻測試技術(shù)的研究

黃小凱　徐煦　陳浪

【摘 要】隨著數(shù)字移動通信和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字移動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，所以對產(chǎn)品的“聲設(shè)計”和“聲質(zhì)量”控制的要求會變得越來越高，需要有一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測技術(shù)來保證。

【關(guān)鍵詞】音頻；測試；主觀評價；客觀描述；聲質(zhì)量

中圖分類號： TN924 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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，國際上對于數(shù)字移動終端音頻性能測試標(biāo)準(zhǔn)都是基于以前的數(shù)字移動通信產(chǎn)品的基礎(chǔ)上制定的，有3GPP TS51.010 、3GPP TS26.131、和 3GPP TS26.132。其具體的測試方法和標(biāo)準(zhǔn)基本上由ITU（國際電信聯(lián)盟）牽頭起草和制定的，我國目前對移動電話音頻性能測試最新版的現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)是 YD/T 1538-2014《數(shù)字移動終端音頻性能技術(shù)要求及測試方法》。

1 測試原理和方法

本文主要研究依據(jù)國內(nèi)最新測試標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1538-2014《數(shù)字移動終端音頻性能技術(shù)要求及測試方法》的要求，參照和參考其引用的國際標(biāo)準(zhǔn)，介紹了一種能表達(dá)人對聲音信號聽覺效果的分析，用主觀評價和客觀測試相結(jié)合，對數(shù)字移動終端的音頻性能進行檢驗的測試方法。

關(guān)于音頻的質(zhì)量檢驗一般有兩種基本類別：

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

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

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

這種以音頻/射頻結(jié)合的測試通常提供被測終端工作時整體的狀態(tài)：利用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和圖形，驗證音頻信號調(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，即揚聲器和麥克風(fēng)的狀態(tài)。事實上，它其實是具有缺陷的電聲器件反映在組合的音頻/射頻測試中的有效結(jié)果。而傳統(tǒng)的音頻測試對揚聲器和麥克風(fēng)等電聲器件的靜態(tài)測試是必不可少的。因此，選擇以頭和軀干模擬器（HATS）為基礎(chǔ)進行搭建數(shù)字移動終端的音頻測試系統(tǒng)。其測試在空中接口處進行。本文應(yīng)用的數(shù)字移動終端音頻測試系統(tǒng)的主要由ACQUA 測試分析系統(tǒng)、前端測量設(shè)備MFE VI.1、 CMU200通用無線綜合測試儀、HMS II.3人工頭測量系統(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 測試和結(jié)果分析

2.1 發(fā)送方向的測試

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

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

以發(fā)送響度評定值（SLR）為例，我們對此方法進行測試的結(jié)果進行分析，測試結(jié)果見表1。

求得樣品3組測量的標(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)送響度評定值 SLR=8±3dB。從表1中可以看出3組發(fā)送響度評定值均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，單項判定均為合格。同時，也可以看出3組測試結(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。說明測試數(shù)據(jù)都比較集中，離散程度小。也證明該系統(tǒng)對于該項目的測試具有較高的可靠性，測試結(jié)果可重復(fù)性較高，一致性較好。適合此類定量的項目的測試。

2.2 接收方向的測試

測試接收靈敏度/頻率特性，接收響度評定值，接收失真的測試過程：接收方向的測試，其示意圖如圖4所示：

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

以接收失真為例，我們對此方法進行接收方向測試的數(shù)據(jù)進行分析：

接收失真是接收信號和總失真的一個比較值，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，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（DRP）經(jīng)過散射場均衡后的值之間進行測量，測量結(jié)果應(yīng)高于YD/T 1538-2014中表7給出的極值。

測試用正弦信號頻率為1020Hz，在系統(tǒng)模擬器的信號輸入端口施加的測試電平分別為：0、-3、-10、-16、-20、-30 dBm0，并且測試信號幅度的順序為降序。正弦波信號的持續(xù)時間為0.36毫秒，信號的測量部分為170.67毫秒。測試結(jié)果如表2所示：

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

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

3 小結(jié)

由于人耳對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)的傳輸過程中測量不同頻率時，聲壓的變化對不同測試項目的影響；同一頻率時，不同聲壓對發(fā)送端產(chǎn)生的影響；同一頻率時，不同接收電平下對接收端產(chǎn)生的影響；不同頻率時，在同一接收電平下對接收端的影響等等。最后，運用內(nèi)置客觀評價算法的測試軟件，進行加權(quán)計算和分析，得出被測終端樣品是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)論。相當(dāng)于主觀評價和客觀測量相結(jié)合的方式來評價數(shù)字移動終端的音頻性能。因為人是語音的最終接受者，這種評價方法是語音質(zhì)量的真實反映，通過多組數(shù)據(jù)的重復(fù)獨立測量和比較，分析和驗證利用該系統(tǒng)進行該項測試是科學(xué)可行的。隨著VoLTE高清語音的普及，將會延伸出更多的終端產(chǎn)品，在窄帶語音測試仍然適用的同時，越來越多的產(chǎn)品對于寬帶語音測試也會有新的要求，甚至還會衍生出更多新的測試項目，其測試方法和技術(shù)要求也會隨著各類終端產(chǎn)品的發(fā)展而不斷調(diào)整和更新。我們的數(shù)字移動終端音頻測試技術(shù)的研究還需要不斷的跟進，更深入的研究，才能更好地推進行業(yè)的發(fā)展，讓更多更好的“聲設(shè)計”的產(chǎn)品給用戶帶來更愉快的“聲體驗”。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]lTU-T P.51 Artificial Mouth[S].International Telecommunication Union，1996.

[3]ITU-T P.57 Artificial Ears[S].International Telecommunication Union，2011.