專利名稱:非介入式雙端采集的音頻端到端延遲測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及計算 機多媒體信息傳播、QoS服務(wù)質(zhì)量測量,特別是涉及一種非介入式雙端采集的音頻端到端延遲測量方法及裝置。
背景技術(shù):
隨著基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用快速發(fā)展和普及,網(wǎng)絡(luò)音視頻點播、網(wǎng)絡(luò)音視頻會議等系統(tǒng)迅速流行。用戶對網(wǎng)絡(luò)多媒體業(yè)務(wù)的QoS服務(wù)質(zhì)量提出了越來越高的要求。如何能夠快速、方便、精確地對候選產(chǎn)品的關(guān)鍵性QoS參數(shù)做出評估,是成功選擇最佳產(chǎn)品的關(guān)鍵。同時,研發(fā)和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)多媒體業(yè)務(wù)和系統(tǒng)的廠商,也需要一種裝置能夠方便快捷地對自己生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)多媒體產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)進行測量,以便在產(chǎn)品開發(fā)過程中測量關(guān)鍵參數(shù),隨時改進。端到端時延是多媒體業(yè)務(wù)的關(guān)鍵性能參數(shù)之一,它直接影響QoS和用戶體驗的評估。端到端時延通常包括采集時延、編碼時延、網(wǎng)絡(luò)傳輸時延、解碼時延、播放時延等。現(xiàn)有的檢測端到端時延的方法大致可以分為兩大類一類屬于介入式,即通過在被測系統(tǒng)的信號傳輸路徑的一端注入特征的測量信號,或者在被測系統(tǒng)原有信號數(shù)據(jù)上附加測量數(shù)據(jù),然后在另一端提取測量數(shù)據(jù)并記錄接收到的時間,比較兩個時間的差值獲取時延大小。這一類介入式方法的主要特點是需要介入到被測系統(tǒng)的信號傳輸路徑中,向其中加入數(shù)據(jù)或從中提取測量數(shù)據(jù),測量裝置與被測設(shè)備之間存在物理線路的連接。這類介入式測量方法的主要難點在于
首先,由于測量數(shù)據(jù)通常依附于被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)分組來傳遞,中間不可避免經(jīng)過編碼壓縮、封裝、解封裝、解碼等環(huán)節(jié),測量數(shù)據(jù)在編碼壓縮和解壓過程中可能會丟失或損壞;
其次,由于被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式、封裝格式、編碼壓縮和解碼算法未必公開,測試人員要設(shè)計與之匹配的測量方式和測量信號會比較困難。第三,介入式測量方法通常要求在被測系統(tǒng)的信號數(shù)據(jù)通路上串接分接頭或匯接頭,對于已經(jīng)安裝完畢的被測系統(tǒng),通常比較麻煩或根本不被允許。此外,有的介入式測量方法需要在被測系統(tǒng)的終端上運行測量用的工具軟件,通過工具軟件進行計時。這種方式可能會影響被測系統(tǒng)終端本身的正常運行,最多只能在開發(fā)和調(diào)試階段使用,而很難被運用在已經(jīng)產(chǎn)品化的系統(tǒng)上。另一類測試方法是非介入式的,被測系統(tǒng)和測量裝置之間不存在物理接觸,把被測系統(tǒng)視為黑盒子,測試信號主要是通過聲、光信號方式進入被測系統(tǒng),并以聲、光方式輸出。測量裝置通過對比和分析輸入、輸出信號來獲得時延大小。這類方法的優(yōu)點是不介入被測系統(tǒng)的實際運行,與被測系統(tǒng)具體實現(xiàn)無關(guān),所以具有最廣泛的適用性。比如通過人眼、 人耳的主觀感覺和聽覺,來評估端到端時延就是這類方法。
利用人眼、人耳來主觀評測雖然非常直觀,但存在很大的誤差,尤其是兩種被測系統(tǒng)的端到端時延參數(shù)比較接近的情況下,很難做出科學(xué)準確的判斷,導(dǎo)致測量結(jié)果缺乏說服力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足,提供非介入式雙端信號的音頻端到端時延測量方法及裝置。本發(fā)明采用非介入的策略,把被測系統(tǒng)當作黑盒子,針對被測系統(tǒng)端到端的音頻時延設(shè)計了測試技術(shù)方案。本發(fā)明的音頻端到端 時延測量的技術(shù)方案,包括如下步驟
(1)測試裝置由本地的主測量裝置與遠端的輔助測量裝置共同組成,主測量裝置采集本地測試信號,輔助測量裝置采集遠端的測試信號并通過網(wǎng)絡(luò)或?qū)>€傳回給主測量裝置。(2)本地的測試信號發(fā)生器發(fā)出音頻測試信號,該信號同時被主測量裝置的音頻采集設(shè)備(如麥克風(fēng))和被測系統(tǒng)的本地終端的音頻采集設(shè)備(如麥克風(fēng))所采集。(3)進入被測系統(tǒng)本地終端麥克風(fēng)的音頻測試信號經(jīng)過處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸,到達遠端終端的揚聲器。進入主測試設(shè)備音頻采集設(shè)備的信號則直接被測量裝置讀取,主測量裝置記錄讀取的時間TALI。(4)遠端輔助測量裝置的麥克風(fēng)靠近遠端揚聲器,接收遠端揚聲器的測試音頻,經(jīng)過編碼后,通過網(wǎng)絡(luò)傳回本地的主測量裝置。(5)本地的主測量裝置接收到輔助測量裝置傳回的測試音頻信號,記錄收到該信號的時間Γ_4χ2 ,解碼后提交信號處理單元進行分析計算。(6)本地的主測量裝置對先后收到的音頻測試信號進行識別,計算兩者之間的時
間差值,記為= Τ.1Ι.2 — Τλιλ。(7)遠端的測試信號發(fā)生器發(fā)出音頻測試信號,該信號同時輸入遠端輔助測量裝置的麥克風(fēng)和被測系統(tǒng)的遠端終端的麥克風(fēng)。(8)進入被測系統(tǒng)遠端終端的麥克風(fēng)的信號經(jīng)過處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸,到達本地終端的揚聲器,由本地的主測量裝置采集后,進入信號處理單元進行分析和計算,主測量裝置記錄收到該音頻測量信號的時間Γ,Ι RI
(9)進入遠端輔助測量裝置麥克風(fēng)的音頻測試信號通過網(wǎng)絡(luò)或?qū)>€傳回給主測量裝置,然后被提交給信號處理單元進行分析計算,主測量裝置記錄收到該音頻測量信號的時間 Γ..4Λ2
(10)本地的主測量裝置的信號處理單元根據(jù)步驟(8)和步驟(9)記錄的時間,計算兩者之間的時間差值Δ +;^ 二 TAm — Tar2 .
(11)主測量裝置的信號處理單元根據(jù)步驟(6)和( ο)先后獲得的兩個時間差值Δ'Γ4Ι 和Δ :4/ ,計算被測系統(tǒng)的音頻端到端時延Δ,丨=(ΔΤ1Λ^Δ7:ι/ )/20本發(fā)明的測量裝置,包括主測量裝置和輔助測量裝置,兩者之間通過網(wǎng)絡(luò)或?qū)>€實現(xiàn)通信。本發(fā)明的輔助測量裝置,包括如下組件(1)音頻信號發(fā)生器101,周期性或一次性產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定頻率和模式的音頻測試信號, 并負責(zé)把該測試信號播放出來。(2)音頻信號多路采集模塊102,利用麥克風(fēng)采集本地的音頻測試信號和經(jīng)過被測系統(tǒng)的音頻測試信號。(3)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊103,將采集到的測試信號數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主測量裝置。
本發(fā)明的主測量裝置,包括如下組件
(1)音頻信號發(fā)生器201,周期性或一次性產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定頻率和模式的音頻信號,并負責(zé)把該音頻信號播放出來。(2)音頻信號多路采集模塊202,利用麥克風(fēng)采集本地的音頻測試信號和經(jīng)過被測系統(tǒng)的音頻測試信號。(3)網(wǎng)絡(luò)接收模塊203,從網(wǎng)絡(luò)上接收輔助測量裝置發(fā)送的測試信號數(shù)據(jù)。(4)音頻時延測量單元204,從分別由音頻多路采集模塊、網(wǎng)絡(luò)接收模塊輸入音頻信號,并對信號時延進行統(tǒng)計和計算。(5)數(shù)據(jù)存儲及顯示單元205,接收音頻時延數(shù)據(jù),輸出結(jié)果到指定的存儲設(shè)備和顯示設(shè)備上。本發(fā)明非介入式雙端信號采集的音頻端到端時延測量方法及測量裝置具有以下優(yōu)點
(1)本發(fā)明方法為非介入式,把被測系統(tǒng)視為黑盒子,測試方法不受被測系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、網(wǎng)絡(luò)類型、編解碼算法、功能實現(xiàn)方式等因素的影響。(2)本發(fā)明方法測出的音頻端到端時延,包含了從音頻采集一直到音頻播放在內(nèi)所有環(huán)節(jié)的時延總和,與用戶做主觀感覺和評測時所評估的時延在內(nèi)容和類型方面完全一致。(3)本發(fā)明方法的測量裝置由位于本地的主測量裝置和位于遠端的輔助測量裝置組成。輔助設(shè)備與主設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)連接,形成一條音頻測試信號傳播路徑。該路徑與被測系統(tǒng)的音頻數(shù)據(jù)傳輸路徑一起,構(gòu)成測試信號的傳播回路,可以解決被測系統(tǒng)本身不方便提供測試信號傳播回路的場合,比如
(3a)被測系統(tǒng)遠端的終端、揚聲器和麥克風(fēng)都已經(jīng)固定就位,很難相互靠近或相互正對形成測量信號回路;
(3b)被測系統(tǒng)遠端的終端或麥克風(fēng)開啟了回聲消除/抑制功能,無法利用自身揚聲器構(gòu)成音頻測試信號傳播回路。(4)利用本發(fā)明的方法,本地端測試信號發(fā)生器和遠端的測試信號發(fā)生器分別產(chǎn)生各自的測試信號,每一種測試信號分兩路進入主測量裝置,獲得一個時間差值,分別是厶/;^和厶‘/丨^,最終的測量結(jié)果把ΔΓ_4/7和Δ7)1£相加后除以2,剛好把主測量裝置和輔助測量裝置之間的傳播時延相互抵消。而且兩者相加的結(jié)果既包含了從本地到遠端的傳播路徑,也包含了從遠端到本地的傳播路徑。即使傳輸網(wǎng)絡(luò)存在去向路徑和回向路徑的性能不對稱,也可以通過計算回路延遲之后,除以2得到一個綜合性的平均值,來消除這種不對稱性的影響,平均后的結(jié)果能更準確的反映端到端時延的真實性能。(5)本發(fā)明方法可以在一段時間內(nèi)令測試信號發(fā)生器持續(xù)產(chǎn)生特征信號,利用測量裝置進行持續(xù)測試,獲得一系列時延數(shù)據(jù),從中分析最大時延、最小時延和平均時延等統(tǒng)計特征,能夠更全面的反映端到端時延的在不同網(wǎng)絡(luò)負荷狀況下的性能變化。
圖1是本發(fā)明一實例的應(yīng)用本地音頻測試信號發(fā)生器時,音頻端到端時延測試原理示意圖2是本發(fā)明一實例的應(yīng)用遠端音頻測試信號發(fā)生器時,音頻端到端時延測試原理示意圖3是本發(fā)明一實例的輔助測量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是本發(fā)明一實例的主測量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖,對本發(fā)明作進一步地詳細說明,但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1,圖1、圖2給出了非介入式雙端信號采集的音頻端到端時延測試的原理示意圖。如圖1,本發(fā)明的音頻端到端時延測量方法包括
步驟1,在本地放置一臺主測量裝置,在遠端放置一臺輔助測量裝置,兩臺設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)或?qū)>€實現(xiàn)通信;主測量裝置采集本地信號,輔助測量裝置采集遠端信號并傳回給本地的主測量裝置。(1)該步驟1中的主測量裝置的麥克風(fēng)靠近本地終端的揚聲器,確保能夠準確采集本地終端揚聲器發(fā)出的音頻測試信號。(2)該步驟1中的輔助測量裝置的麥克風(fēng)靠近遠端終端的揚聲器,確保能夠準確采集遠端終端揚聲器發(fā)出的音頻測試信號。步驟2,本地的音頻測試信號發(fā)生器發(fā)出測試音頻信號,該信號同時輸入被測系統(tǒng)的本地終端的麥克風(fēng)(如圖1中的位置A所示)和測量裝置的麥克風(fēng)(如圖1中的位置B所示)。(1)該步驟2中的音頻測試信號同時也進入本地音頻采集設(shè)備的信號則直接被主測量裝置讀取(如圖1中的位置B所示)。(2)該步驟2中的音頻測試信號進入本地終端麥克風(fēng),經(jīng)過信號經(jīng)過處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸,到達遠端終端的揚聲器(如圖1中的位置C所示)。步驟3,遠端揚聲器播放的音頻測試信號,經(jīng)過遠端輔助測量裝置的麥克風(fēng),進入遠端輔助測量裝置(如圖1中的位置D所示)。該步驟3中進入遠端輔助測量裝置的音頻測試信號,經(jīng)過編碼壓縮后,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸傳回本地主測量裝置,先后途徑圖1中的位置E和位置F。步驟4,本地的主測量裝置接收到遠端輔助測量裝置傳回的測試音頻,解碼后提交信號處理單元進行分析計算。步驟5,本地的主測量裝置對先后兩次收到的測試音頻信號進行識別,計算兩者之間的時間差值,記為δ'Γ.Ι£。該步驟5中的計算出來的時間差值厶7丨讓主要是兩部分時延的和,即A — C的單向時延Δ+ ;^和D — ε — F的單向時延Δ7)+Μ: ·,即有厶2丨.!.i = ATac + M'Def。步驟6,圖2中的遠端音頻測試信號發(fā)生器發(fā)出音頻測試信號,該信號同時輸入被測系統(tǒng)的遠端終端的麥克風(fēng)(如圖2的位置C所示)和遠端輔助測量裝置的麥克風(fēng)(如圖2 的位置D所示)。步驟7, 進入被測系統(tǒng)遠端終端的麥克風(fēng)的信號經(jīng)過處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸,到達本地終端的揚聲器(如圖2的位置A所示),經(jīng)本地的主測量裝置采集后(如圖2的位置B所示),進入信號處理單元進行分析和計算。步驟8,進入遠端輔助測量裝置麥克風(fēng)的音頻測試信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖镜刂鳒y量裝置,先后途徑圖2中的位置E和位置F,然后被提交給信號處理單元進行分析計算。步驟9,本地的主測量裝置的信號處理單元對先后收到的來自遠端信號發(fā)生器的測試音頻信號進行識別,計算兩者之間的時間差值,記為Δ 、/ 。該步驟9中的計算出來的時間差值厶主要是兩部分時延的差,即C — A的單向延遲與D — E — F單向延遲之差Δ ' Μ·/,,即有厶 :4| = M'CA - MhEF ·
步驟10,主測量裝置的信號處理單元根據(jù)步驟(5)和(9)先后獲得的兩個時間差值 Δ'/:4/_和計算被測系統(tǒng)的音頻端到端時延= (ATAL + ΔΤι/ )/2 .
該步驟 ο 中的Δ2:—= ATjc + &Tdef= Δ -·.—ι — ΔΤ£>£|7,兩者相力口為:
權(quán)利要求
1.非介入式雙端采集的音頻端到端時延測量方法,其特征在于包括如下步驟(1)本地音頻測試信號同時由給主測試裝置和被測系統(tǒng)本地端音頻采集設(shè)備所采集; 被測系統(tǒng)將音頻測試信號傳遞到遠端;主測試裝置記錄采集到該音頻測試信號的時間;(2)輔助測試裝置接收經(jīng)過被測系統(tǒng)到達遠端的揚聲器的音頻測試信號,再傳回給主測試裝置,并由主測試裝置記錄該音頻測試信號傳回的時間;(3)根據(jù)步驟(1)、步驟(2)記錄的兩個時間確定時間差A(yù)(4)遠端音頻測試信號同時分別由輔助測試裝置和被測系統(tǒng)遠端音頻采集設(shè)備所采集,并分別傳回主測試設(shè)備和被測系統(tǒng)本地端;(5)主測試裝置通過音頻采集設(shè)備采集被測系統(tǒng)本地端的音頻測試信號,并記錄采集到該音頻測試信號的時間;(6)主測試裝置接收輔助測試裝置的音頻測試信號,記錄收到該音頻測試信號的時間;(7)根據(jù)步驟(5)、步驟(6)記錄的兩個時間確定時間差厶1丨4/ ;(8)主測試裝置根據(jù)步驟(3)、步驟(7)確定的兩個時間ΔΤ,1£、Δ'Γ_4/ 確定音頻端到端時延。
2.非介入式雙端信號的音頻端到端時延測量裝置,其特征在于,包括主測量裝置和輔助測量裝置,兩者之間通過網(wǎng)絡(luò)或?qū)>€實現(xiàn)通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述非介入式雙端信號的音頻端到端時延測量裝置,其特征在于所述輔助測量裝置包括音頻信號發(fā)生器(101),用于周期性或一次性產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定頻率和模式的音頻測試信號,該信號可以為測量裝置所分析和識別;音頻多路采集模塊(102),負責(zé)輸入分離或混合的多路音頻測試信號; 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊(103),用于將音頻多路采集模塊(102)采集到的測試信號傳送給主測量裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述非介入式雙端信號的音頻端到端時延測量裝置,其特征在于所述主測量裝置包括音頻信號發(fā)生器(201),用于周期性或一次性產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定頻率和模式的音頻測試信號,該信號可以為測量裝置所分析和識別;音頻多路采集模塊(202),負責(zé)輸入分離或混合的多路音頻測試信號,并將采集到的音頻信號輸入音頻時延測量單元;網(wǎng)絡(luò)接收模塊(203),用于接收輔助測量裝置發(fā)送的測試信號; 音頻時延測量單元(204),用于接收音頻多路模塊(202)和網(wǎng)絡(luò)接收模塊(203)輸入的音頻信號,確定兩者之間的時延。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述非介入式雙端信號的音頻端到端時延測量裝置,其特征在于所述主測量裝置還包括數(shù)據(jù)存儲及顯示單元(205),用于存儲顯示音頻時延測量單元(204) 確定的音頻端到端時延。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非介入式雙端采集的音頻端到端時延測量方法及裝置,其中,音頻端到端時延測量方法包括在本地放置主測量裝置,在遠端放置輔助測量裝置,兩套裝置之間通過網(wǎng)絡(luò)或?qū)>€連接;在遠端將輔助測量裝置的麥克風(fēng)靠近被測系統(tǒng)遠端揚聲器。根據(jù)本地信號發(fā)生器發(fā)出的音頻測量信號測出的時間差△TAL,根據(jù)遠端信號發(fā)生器發(fā)出的音頻測量信號測出的時間差△RAR;主測量裝置根據(jù)△TAL和△RAR計算音頻端到端時延為△A=(△RAL+△RAR)/2。本發(fā)明提供的主測量裝置包括音頻測試信號發(fā)生器、音頻多路采集模塊、網(wǎng)絡(luò)接收模塊、音頻時延測量單元,以及數(shù)據(jù)存儲及顯示單元。本發(fā)明提供的輔助測量裝置包括音頻測試信號發(fā)生器、音頻多路采集模塊、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊。
文檔編號G10L11/00GK102332261SQ20111026743
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者劉小熊, 張凌, 許勇, 黃松 申請人:華南理工大學(xué)