關于VoLTE視頻通話質量評估方法的概述*

鄭穎航，吳修權，鐘其柱

（中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司，廣東 中山 528400）

0 引 言

在4G網絡建設初期，中國移動選用了CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）作為LTE網絡語音解決過渡方案。但是，隨著4G用戶規模的爆炸性擴大，CSFB方案帶來的問題逐步顯露。為了進一步提升用戶語音業務感知和視頻業務需求，中國移動加快了LTE網絡全IP端到端視頻語音最終解決方案VoLTE（Voice over LTE）/eSRVCC（Enhanced Single RadioVoice Call Continuity，增強的單一無線語音呼叫連續性）的部署工作[1]。相對于現有的2G/3G網絡語音解決方案，VoLTE可以更流暢、更高清地提供視頻服務。

但是，在VoLTE部署組網之初，VoLTE視頻通話經常出現語音斷續、圖像卡頓或圖像不圓潤等問題，用戶感知體驗較差。因此，以客戶體驗感知為導向的端到端業務管理方式，使運營商對VoLTE視頻通話質量的提升優化需求變得迫切。而VoLTE網絡包含的網元眾多，后期商用后更是涵蓋了現網除3G無線網絡之外的所有專業領域，覆蓋了80%以上的網元，給網絡運營商如何快速高效地進行VoLTE視頻通話用戶感知的網絡優化帶來了前所未有的挑戰。

目前，VoLTE視頻通話服務受終端和用戶對費率的接受程度等因素限制。商用后的用戶增長速度緩慢，但是隨著后續終端高普及率的支持和費率的下降，爆發性的用戶增長是可以預見的。因此，VoLTE視頻通話服務將成為移動運營商面臨的新挑戰。

1 技術內容

VoLTE是Voice over LTE的縮寫。從字面理解，Voice即話音業務，就是通常說的“打電話”。LTE是大家熟知的4G手機網絡，承載數據業務，即通常說的“手機上網”[2]。由此可見，VoLTE實際就是一種在4G網絡上為手機用戶提供語音視頻電話業務的實現方式。

既然VoLTE提供的也是語音視頻電話業務，那它與傳統2G、3G網絡的語音或視頻電話業務必然存在不同。相比OTT服務商提供的VoIP（Voice over Internet Protocol）語音視頻聊天服務，它又有自身的競爭力。

1.1 與傳統視頻電話業務的比較

與傳統“打電話”業務的比較，如表1所示。

表1 VoLTE和傳統電話業務對比

通過與傳統電話業務的對比可以發現，VoLTE視頻通話業務是3G視頻電話的升級，是一種更先進的技術。它能向用戶提供更豐富、內容更高清逼真的視頻通話服務。2G、3G網絡由于技術落后，已無法滿足用戶日益增長的內容需求。因此，VoLTE業務將成為傳統電話業務的接班人，正被大部分移動通信運營商所部署。VoLTE視頻通話也將成為人們日常生活的一部分。

1.2 與OTT視頻通話業務的比較

與OTT業務的VoIP比較，如表2所示。

表2 VoLTE和OTT業務對比

通過與OTT業務對比可以發現，VoLTE是一種服務更有保證的視頻通話業務。VoLTE業務由電信運營商部署和提供服務，服務質量有先天性保證，移動性優良，可以和其他電信運營商用戶互聯互通；使用VoLTE業務不需要安裝第三方APP，通過手機系統底層支持，簡單易用；對終端電池電量的消耗和用戶流量的消耗也更具優勢。因此，相比于OTT視頻通話業務，VoLTE視頻通話業務更能向用戶提供簡單、易用、高服務質量的視頻聊天業務[3]。

2 評估方法

評估方法分為兩種：主觀評估和客觀評估。主觀評估是通過體驗者主觀感受來對視頻質量進行主觀評價打分。客觀評估是根據某種量化評估模型給出客觀量化指標，借以衡量視頻質量。

2.1 主觀質量評估

主觀質量評估即采用人工主觀評價的方法，在一個受控的環境中連續觀看一系列測試樣本，然后按照制定好的評分等級（一般采用五分制，如表3所示）對視頻樣本進行評分，最后得到測試樣本的MOS（Mean Opinion Score，平均意見分值）[4-5]。主觀質量評估的優點是評估結果比較準確，最接近用戶感知體驗。但是，由于視頻的主觀質量評價需要依靠大量的人力，且為了保證盡可能少的由于人為因素的不確定性對最終視頻的得分產生影響，需要制定詳細的統一標準，不斷交流和討論，測試效率較低且成本昂貴，難以用于自動化分析實時視頻質量。該評估方法雖然很難對實時視頻電話通信進行實時評估，但可以用于對客觀質量評估模型的校準和驗證。

(1)構造判斷矩陣。其基本思路是根據每一層指標的權重系數，以第一層指標權重為基準來決定第二層、第三層…第n層指標的權重系數，最后由專家決定下層指標i與j哪一層指標最重要，通過對不同指標權重系數賦值來得到判斷矩陣。由于每層具有n個指標，經過兩兩比較后可以得到判斷矩陣為C=(Cij)n×n。Cij表示因素i與j相比，對于上層指標的重要程度值，在層次分析法中，通常采用1～9標度法來構造判斷矩陣。

表3 MOS評分體系

2.2 客觀質量評估

客觀質量評估一般通過提取相關的傳輸參數如時延、抖動、分組丟失以及評估樣本的人類視覺感知特性參數等，通過軟硬件算法評分對評估樣本進行評估。根據原始視頻參考的程度，客觀質量評估可以分為三大類：全參考評估、縮減參考評估和無參考評估[6]。這三類評估方法的對比分析，如表4所示。

表4 客觀質量評估方法比較

2.3 視頻電話的視頻質量評估現狀

相比于業內成熟的語音評估算法標準POLQA（Perceptual Objective Listening Quality Analysis，感知客觀語音質量評估），視頻電話質量評估受到用戶主觀感情、網絡損傷、實現復雜度等多種因素的影響，目前視頻電話尚未有統一的視頻質量評估標準化方案。

視頻通話業務的質量評估通常分別對語音和視頻的質量進行評估，再綜合計算得分。語音常用標準的端到端語音質量PESQ測量方法。相類似，視頻常用PEVQ測量方法。業內具有較高的知名度的VQmon算法也是采用分別評估再整體計算的方式。

針對視頻通話業務的質量評估，ITU-T于2007年發布了G.1070標準（Opinion Model for Video-Telephony Applications，視頻電話應用的意見模型）[7]，并于2012年進行了更新。

下面是對上述算法模型的簡單介紹和比較。

2.3.1 PEVQ算法

PEVQ算法和已經成熟運用的語音評估算法PESQ均是由OPTICOM提出的。它是一個基于全參考的視頻質量評估算法[8]，準確性已經達到96%以上。目前，它已經被ITU發布的J.247標準的基礎部分所涵蓋。由于PEVQ采用了全參考方法，因此它的數據源采集相對比較復雜，不能完全勝任實時和隨時評估的要求。

VQmon算法是美國國家電信和信息管理局（NTIA）提出的一種無參考評估算法，在視頻質量評估業內具有較高的知名度，原理是首先對接收到的語音和視頻樣本分別評估，然后計算整體質量，最終得到一個客觀分數[9]。該算法測試結果與主觀評價結果的一致性較好，通過視頻質量專家組（VQEG）的驗證測試，能完全反映人眼的主觀感覺。

2.3.3 G.1070標準模型

G.1070標準描述了一個基于IP網絡的點到點交互視頻電話應用的意見評估標準模型。此模型假設視頻電話應用于專用的視頻電話終端、桌面PC、筆記本PC、PDA和移動電話，語音帶寬限定在電話頻段（300～3 400 Hz），使用網絡、應用程序和終端設備參數作為輸入參數來計算視頻質量評分[10]。G.1070采用國際電信聯盟（ITU-T）建議的MOS（Mean Opinion Score）評分制。G.1070標準模型對終端、網絡環境和評估內容假定了一些特定條件[11]，因此當前標準規范仍存在很大局限性。

隨著網絡和設備的發展，視頻電話通信業務發展迅速，G.1070標準模型的局限性已經無法滿足行業需求，行業期待更新的標準模型。

3 計劃

對VoLTE視頻通話的視頻質量進行評估，目前還沒有統一的標準模型，但已出現了一種比較完備的評估模型。

3.1 VoLTE視頻通話質量指標評估算法的應用

G.1070標準提出時，VoLTE網絡開始部署并逐步商用，支持VoLTE視頻通話的終端幾乎沒有。因此，VoLTE基本沒有視頻通話質量評估模型的實際應用成果。

以往的端到端質量評估，往往采用全參考評估方法，只能應用于撥測場景，無法對全網大量用戶進行實時評估。而無參考的評估模型有潛力應用于對全網用戶的實時評估。

通過對評估模型的全網多用戶應用摸索，也有可能總結出一套新的端到端多維度用戶感知評估指標體系。通過在VoLTE網絡各個節點應用評估模型，可能發現一種通過UE、EnodeB、EPC和IMS等多維指標定界出問題故障點的方法。

3.2 VoLTE視頻通話終端評估算法的研究

在視頻圖像呈現時，影響用戶感知體驗的因素主要有兩個：一是屏幕分辨率，即硬件特性；二是屏幕輸出圖像的分辨率，即軟件特性[12]。在實現實時視頻通信特別是高清格式時，影響用戶感知體驗的因素主要有三個：一是終端處理能力；二是攝像頭性能；三是編解碼器性能[13]。

通過上面的分析可以知道，上述常用評估模型基本沒有考慮終端因素。也就是說，假設終端對評估結果沒有影響，但實際終端的硬件好壞和處理性能將對用戶的體驗感知影響較大。這種主客觀評估結果大相徑庭的現象，在投訴處理方面經常遇見。用戶投訴網絡服務質量問題，但統計網絡指標評估結果卻很好，現場撥測也很難再現用戶問題。可以嘗試通過模擬撥測并抓包來收集不同的終端數據，分析這些數據，研究不同終端硬件參數、不同CPU性能狀態下的VoLTE視頻質量。

因此，在VoLTE視頻通話評估模型的深度應用下，如果能找到一種有效的用戶終端好壞的評估方法，對提高用戶VoLTE視頻通話體驗將大有裨益。

3.3 OTT業務（微信、QQ）算法的對比研究

VoLTE視頻通話服務并不是用戶唯一的視頻通話服務選擇，OTT服務商也提供視頻通話服務。視頻通話質量評估模型，也可以應用于對OTT服務商提供的視頻通話服務質量進行評估。

通過評估大量用戶的視頻通話質量，對比研究分析大數據挖掘，找出OTT類視頻通話和VoLTE視頻通話各自的優劣勢，建立一個視頻通話用戶畫像模型，刻畫出OTT類和VoLTE視頻通話的用戶畫像。

通過分析其OTT類用戶畫像和VOLTE視頻用戶畫像的差異性，支撐營銷策略策反APP視頻，以提高VoLTE視頻通話的市場規模，同時預警VoLTE視頻用戶的流失。

3.4 VoLTE視頻通話服務創新研究成果的市場推廣

以往的技術研究都只為技術部門的工作做支撐服務，并沒有直接向市場營銷提供支撐。實際上，技術部門可以為市場營銷提供更多支撐，特別是在大數據時代，技術與市場的關系越來越緊密。上面的三項研究，特別是第二、第三項研究，即大數據分析如何為市場做好支撐的研究，如果能將上述研究成果轉化為市場占有率，將一舉兩得。

4 結 語

VoLTE視頻電話可能會成為未來人們溝通的主要方式，但其現在正受到OTT語音視頻通話業務的沖擊。基于此，本文對比分析了VoLTE視頻電話、傳統電話業務和OTT視頻通話業務的優缺點，研究了幾種評估視頻質量算法的優缺點，旨在嘗試尋找可以適用于評估和分析VoLTE視頻通話的算法，然后通過算法的實踐改進，嘗試對VoLTE視頻通話進行一些研究。

綜合上述分析，在構建VoLTE視頻通信服務質量模型時，可以以現有的評估模型為基礎，將終端攝像頭性能和屏幕參數加入研究，采取主、客觀評估方法相結合的方式，即先由客觀評估方法獲取大量實驗數據構建模型，再由主觀評估方法對模型進行驗證和修正，以得到一個既適合評估VoLTE視頻通話質量，又適合進行投訴分析和終端市場分析的綜合模型。

[1] 周晶,葉丹.運營商LTE語音解決方案研究[J].集成技術,2013.2(03):79-81.ZHOU Jing,YE Dan.Research on LTE Voice Solution of Operators[J].Integration Technology,2013,2(03):79-81.

[2] 溫婧芙.4G+高清語音VoLTE[J].科技與創新,2017(09):15-16.WEN Jing-fu.HD Voice of 4G+ is VoLTE[J].Science and Technology & Innovation,2017(09):15-16.

[3] 葉衛明,鐘正泉,于力.VoLTE與主要OTT語音業務對比測試研究[J].互聯網天地,2016(07):33-40.YE Wei-ming,ZHONG Zheng-quan,YU Li.Research on the Comparison Test of VoLTE and OTT Voice Service[J].China Internet,2016(07):33-40.

[4] 趙大軍,劉思平,李冶文.視頻質量評估方法及規范[J].電信工程技術與標準化,2011(04):41-44.ZHAO Da-jun,LIU Si-ping,LI Ye-wen.Video Quality Assessment Methods and Standards Study[J].Telecom Engineering Technics and Standardization,2011(04):41-44.

[5] ITU-T Recommendation P.800.Methods for Subjective Determination of Transmission Quality[S].1996.

[6] 雷霄驊,姜秀華.碼流域無參考視頻客觀質量評價方法的發展現狀[J].中國傳媒大學學報(自然科學版),2016,23卷(06):37-45.LEI Xiao-hua,JIANG Xiu-hua.Review of Bitstream Domainno-reference Video Quality Assessment Method[J].Journal of Communication University of China(Science and Technology),2016,23(06):37-45.

[7] ITU-T Recommendation G.1070.Opinion Model for Video-Telephony Application[S].2007.

[8] ITU-T Recommendation J.247.Objective Perceptual Multimedia Video Quality Measurement in the Presence of a Full Reference[S].2008.

[9] 李寶磊,周俊,任曉華.VoLTE視頻電話質量標準化研究及指標設計[J].電信工程技術與標準化,2016(05):34-38.LI Bao-lei,ZHOU Jun,REN Xiao-hua.VoLTE Video Telephony Service Quality Evaluation and Index Design[J].Telecom Engineering Technics and Standardization,2016(05):34-38.

[10] 喬蕭雅,李凡.G.1070視頻質量評估改進模型的實現與評估[J].中國科技論文,2017,12(20):2380-2384.QIAO Xiao-ya，LI Fan.Implementation and Evaluation of the Improved G.1070 Model[J].China Sciencepap er,2017,12(20):2380-2384.

[11] 黃志豪.TD網絡視頻通話質量評估系統的研究[D].北京:北京郵電大學,2012.HUANG Zhi-hao.A Research of Quality Evaluation of Video Call in TD Network[D].Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications,2012.

[12] 張錚凱,應聞達,韓建亭.融合視頻通信中提升視頻服務質量的終端關鍵技術研究[J].電信科學,2012(10):8-13.ZHANG Zheng-kai,YING Wen-da,HAN Jian-ting.Study of Ken Technology to Promote Video Service Quality in Converged Video Communication[J].Telecommunications Science,2012(10):8-13.

[13] 韓建亭,張夙.基于智能終端的視頻通信業務服務質量評測模型研究[J].電信科學,2013(04):27-32.HAN Jian-ting,ZHANG Su.Study on the Assessment Model of Video Communication Quality Based on Smart Terminal[J].Telecommunications Science,2013(04):27-32.