非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法及装置

摘要

本发明提供一种非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法及装置，其中，音频端到端时延测量方法包括：在本地放置测量信号发生器，关闭远端终端的回声消除功能，在远端将麦克风靠近扬声器，形成音频回路。信号发生器发出的音频测量信号一路直接进入测量装置，一路进入被测系统本地终端，分别经远程终端音频回路再返回。两路信号的时延差除以2，作为音频端到端时延的测量值。本发明提供的测量装置包括：音频测试信号发生器、音频多路采集模块、音频时延测量单元，以及数据存储及显示单元。本发明为非介入式，与现有技术相比，不受被测系统的内部实现的影响，全面包括所有的环节的时延，具有准确、方便的特点。

权利要求

1.非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法，其特征在于，包含如下步骤：（1）将被测系统的远端回声消除/抑制功能暂时关闭，将远端麦克风靠近远端扬声器，在本地端和远端之间构成音频信号的传输回路；

（2）在本地端利用测试信号发生器产生音频测试信号，该测试信号同时由测量装置和被测系统的麦克风所采集；

（3）来自测试信号发生器的音频测试信号，由测量装置的麦克风采集后，直接提交给信号处理模块进行检测，并记录下该音频测试信号的到达时间；

（4）由被测系统的麦克风采集的音频测试信号，经过处理后，在被测系统的远端扬声器播放出来；

（5）被测系统远端扬声器播放的音频测试信号，由被测系统的远端麦克风采集后，经处理后被重新送回本地端，并在本地端扬声器播放出来；

（6）本地端扬声器播放的音频测试信号，由测量装置的麦克风再次采集，并提交给信号处理模块进行检测，并记录下该音频测试信号的到达时间；

（7）测量装置的信号处理模块根据步骤（3）、步骤（6）记录的时间确定音频端到端的时延。

说明书

非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及计算机多媒体信息传播、QoS服务质量测量，特别是涉及非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法及装置。

背景技术

[0002] 随着基于网络的多媒体业务应用快速发展和普及，网络音视频点播、网络音视频会议等系统迅速流行。用户对网络多媒体业务的QoS服务质量提出了越来越高的要求。如何能够快速、方便、精确地对候选产品的关键性QoS参数做出评估，是成功选择最佳产品的关键。

[0003] 同时，研发和生产网络多媒体业务和系统的厂商，也需要一种装置能够方便快捷地对自己生产的网络多媒体产品的关键参数进行测量，以便在产品开发过程中测量关键参数，随时改进。

[0004] 端到端时延是多媒体业务的关键性能参数之一，它直接影响QoS和用户体验的评估。端到端时延通常包括采集时延、编码时延、网络传输时延、解码时延、播放时延等。

[0005] 现有的检测端到端时延的方法大致可以分为两大类：一类属于介入式，即通过在被测系统的信号传输路径的一端注入特征的测量信号，或者在被测系统原有信号数据上附加测量数据，然后在另一端提取测量数据并记录接收到的时间，比较两个时间的差值获取时延大小。

[0006] 这一类介入式方法的主要特点是需要介入到被测系统的信号传输路径中，向其中加入数据或从中提取测量数据，测量装置与被测设备之间存在物理线路的连接。

[0007] 这类介入式测量方法的主要难点在于：

[0008] 首先，由于测量数据通常依附于被测系统的数据帧或数据分组来传递，中间不可避免经过编码压缩、封装、解封装、解码等环节，测量数据在编码压缩和解压过程中可能会丢失或损坏；

[0009] 其次，由于被测系统的数据格式、封装格式、编码压缩和解码算法未必公开，测试人员要设计与之匹配的测量方式和测量信号会比较困难。

[0010] 第三，介入式测量方法通常要求在被测系统的信号数据通路上串接分接头或汇接头，对于已经安装完毕的被测系统，通常比较麻烦或根本不被允许。

[0011] 此外，有的介入式测量方法需要在被测系统的终端上运行测量用的工具软件，通过工具软件进行计时。这种方式可能会影响被测系统终端本身的正常运行，最多只能在开发和调试阶段使用，而很难被运用在已经产品化的系统上。

[0012] 另一类测试方法是非介入式的，被测系统和测量装置之间不存在物理接触，把被测系统视为黑盒子，测试信号主要是通过声、光信号方式进入被测系统，并以声、光方式输出。测量装置通过对比和分析输入、输出信号来获得时延大小。这类方法的优点是不介入被测系统的实际运行，与被测系统具体实现无关，所以具有最广泛的适用性。比如通过人眼、人耳的主观感觉和听觉，来评估端到端时延就是这类方法。

[0013] 利用人眼、人耳来主观评测虽然非常直观，但存在很大的误差，尤其是两种被测系统的端到端时延参数比较接近的情况下，很难做出科学准确的判断，导致测量结果缺乏说服力。

发明内容

[0014] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法及装置。

[0015] 本发明采用非介入的策略，把被测系统当作黑盒子，针对被测系统端到端的音频时延设计了测试技术方案。

[0016] 本发明的音频端到端时延测量的技术方案，包括如下步骤：

[0017] (1)将被测系统的远端回声消除/抑制功能暂时关闭，将远端麦克风靠近远端扬声器，在本地端和远端之间构成音频信号的传输回路；

[0018] (2)在本地端利用测试信号发生器产生特定频率、特定模式的音频测试信号，该测试信号同时由测量装置和被测系统的麦克风所采集；

[0019] (3)来自测试信号发生器的音频测试信号，由测量装置的麦克风采集后，直接提交给信号处理模块进行检测，并记录下该音频测试信号的到达时间TA1；

[0020] (4)由被测系统的麦克风采集的音频测试信号，经过编码压缩、网络传输、解码等环节，在被测系统的远端扬声器播放出来；

[0021] (5)被测系统远端扬声器播放的音频测试信号，由被测系统的远端麦克风采集后，经编码压缩、网络传输、解码等环节，被重新送回本地端，并在本地端扬声器播放出来；

[0022] (6)本地端扬声器播放的音频测试信号，由测量装置的麦克风再次采集，并提交给信号处理模块进行检测，并记录下该音频测试信号的到达时间TA2；

[0023] (7)测量装置的信号处理模块根据测试记录，计算分别来自信号发生器和被测系统本地扬声器的两次音频测试信号之间的时延(TA2-TA1)，该时延代表了本地端和远端之间的音频回路时延，即包括正向传播时延和反向传播时延。测量装置的信号处理模块把该回路时延除以2作为音频端到端时延的测试结果，即ΔTA＝(TA2-TA1)/2。

[0024] 本发明的非介入式单端采集号的音频端到端时延测量装置，包括如下组件：

[0025] 组件1，音频测试信号发生器100，负责产生音频测试信号。该信号可以为音频时延测量单位所分析和识别。

[0026] 组件2，音频多路采集模块200，负责输入分离或混合的多路音频测试信号，并将采集到的音频信号输入音频时延测量单元。

[0027] 组件3，音频时延测量单元300，负责对输入的音频信号进行分析、识别、比较和测量，确定音频端到端时延。

[0028] 组件4，数据存储及显示单元400，用于存储显示所述音频时延测量单元300确定的音频端到端时延。

[0029] 本发明非介入式单端采集的音频端到端时延测量方法及装置具有以下优点：

[0030] (1)本发明方法为非介入式，把被测系统视为黑盒子。因此，本发明的测试方法不受被测系统的内部结构、网络类型、数据格式、编解码算法、功能实现方式等因素的影响。

[0031] (2)本发明方法测出的音频端到端时延，包含了从音频采集一直到音频播放在内所有环节的时延总和，与用户做主观评测时所感受和评估的音频时延在类型和内容上完全一致。

[0032] (3)本发明方法的测试信号在被测系统中的传播路径形成一个回路，既包含了从本地到远端的传播路径，也包含了从远端到本地的传播路径。即使传输网络存在去向路径和回向路径的性能不对称，也可以通过计算回路延迟，然后除以2得到一个综合性的平均值，来消除这种网络路径的性能不对称性造成的影响，平均后的结果能更准确的反映被测系统音频端到端时延的真实性能。

[0033] (4)本发明方法可以在指定时间段内令测试信号发生器持续地产生测试信号，利用测量装置进行持续测试，获得一系列时延数据，并从中分析最大时延、最小时延和平均时延等统计特征，能够更全面的反映端到端时延的在不同网络负荷状况下的性能变化。

附图说明

[0034] 图1是本发明一实例的音频端到端时延测试原理示意图；

[0035] 图2是本发明一实例的测量装置内部结构示意图。

具体实施方式

[0036] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0037] 实施例1，图1给出了音频端到端时延测试的原理示意图。

[0038] 如图1，本发明的音频端到端时延测量方法包括：

[0039] 步骤1，音频测试信号发生器发出音频测试信号，该信号同时输入测量装置的麦克风和被测系统的本地终端的麦克风。

[0040] (1)该步骤1中的音频测试信号发生器需要放置在测量装置的麦克风有效拾音距离以内，保证该发生器产生的音频测试信号能够有效地被测量装置接收到。

[0041] (2)该步骤1中的音频测试信号发生器需要放置在被测系统的本地麦克风的有效拾音距离以内，保证该发生器产生的音频测试信号能够有效地进入被测设备。

[0042] (3)该步骤1中的音频测试信号可以是特定频率范围的音频脉冲，该音频脉冲的频率和模式必须可以被测量装置所识别，并记录其起始时刻和峰值时刻。比如：音频测试信号可以是人耳可辨识频率范围内的、有一定强度的短促声音。

[0043] 步骤2，进入本地终端麦克风的信号经过处理和网络传输，到达远端终端的扬声器。进入本地音频采集设备的信号则直接被测量装置读取。

[0044] (1)该步骤2中的音频测试信号从本地麦克风进入被测系统，经过一系列环节，最终在被测系统远端终端的扬声器播出。比如，该音频测试信号在被测系统中所经过的环节包括但不限于：音频采集、编码压缩、封装、网络发送、网络传输、网络接收、接封装、解码、播放等。

[0045] (2)该步骤2中的音频测试信号同时由测量装置的麦克风采集。测量装置的麦克风的型号与被测系统的本地麦克风型号无关。

[0046] (3)该步骤2中的测量装置的麦克风采集到的音频测试信号，最终被提交给信号处理单元进行分析，并记录其到达时间。

[0047] 步骤3，被测系统远端终端麦克风靠近远端扬声器，接收远端扬声器的测试音频，经过编解码后，通过网络传输传回本地终端。

[0048] (1)该步骤3中的被测系统远端终端的麦克风需要靠近远端扬声器，保证远端扬声器发出的测试音频信号能够有效和可靠地被远端终端的麦克风接收。

[0049] (2)该步骤3中的被测系统远端终端需要暂时关闭回声消除/抑制功能，以保证远端扬声器发出的音频测试信号能顺利被远端麦克风接收，并回送到本地端。

[0050] (3)该步骤3中的被测系统远端终端麦克风收到的测试音频信号再次进入被测系统，沿反方向传回本地终端，途中经过的环节包括但不限于：音频采集、编码压缩、封装、网络发送、网络传输、网络接收、接封装、解码、播放等.

[0051] 步骤4，本地终端接收到远端终端传回的测试音频，解码后直接播放，并被测量装置的本地音频信号采集设备所接收，然后被测量装置读取。

[0052] (1)该步骤4中的测试音频信号传回本地终端，解码后在本地终端扬声器播放。

[0053] (2)该步骤4中的被测系统本地扬声器需要位于测量装置麦克风的有效拾音距离以内，保证本地扬声器播放的音频测试信号能够有效可靠地被测量装置麦克风采集。

[0054] (3)该步骤4中的测量装置的麦克风与步骤2中的测量装置的麦克风是同一个设备。

[0055] (4)该步骤4中的测量装置的麦克风采集到经过延迟的音频测试信号后，提交给信号处理单元进行分析。

[0056] 步骤5，测量装置对先后收到的测试音频信号进行识别，计算两者之间的时间差值，并除以2，作为被测系统的音频端到端时延。

[0057] (1)该步骤5中的测量装置对先后收到的音频测试信号进行识别。经过被测系统传递的音频测试信号，与直接从信号发生器接收的音频测试信号相比，可能会存在一定程度的失真，测量装置需要从接收到的信号中正确地识别出带有延迟的音频测试信号，并记录其到达时间。

[0058] (2)该步骤5中的测量装置根据先后两次到达的音频测试信号的到达时间，计算两者之间的时间差值。该时间差值包括从本地到远端和从远端返回本地的时延，相当于两倍的端到端时延，因此需要除以2，获得端到端时延的平均值。

[0059] 在上述步骤1～步骤5中，测试信号发生器可根据需要，周期性地生成音频测试信号，测试装置周期性重复步骤1～步骤5，获得一系列时延记录，从中进行统计分析，获得最大时延、最小时延、平均时延和时延方差等一系列参数，并把数据集分别提交给存储设备和显示设备进行保存和打印显示。

[0060] 实施例2，图2给出了音频端到端时延测量装置的构造示意图

[0061] 如图2，本发明的音频端到端时延测量装置包括：

[0062] 组件1，音频测试信号发生器100，负责产生音频测试信号。该信号可以为音频时延测量单位所分析和识别。

[0063] 组件2，音频多路采集模块200，负责输入分离或混合的多路音频测试信号，并将采集到的音频信号输入音频时延测量单元。

[0064] 组件3，音频时延测量单元300，负责对输入的音频信号进行分析、识别、比较和测量，具体步骤包括：

[0065] (1)步骤1，对音频多路采集模块输入的混合多路音频测试信号进行分析，由于延迟后的音频测试信号不可避免带有噪声干扰，需要准确地从混合后的信号中识别到音频测试信号的起点、峰值所对应的时间点，并记录下来。

[0066] (2)步骤2，将记录下的延迟后的音频测试信号的到达时间点与直接接收自信号发生器的音频测试信号的到达时间点相比较，计算两者的差值，除以2，作为实际的音频端到端延迟。

[0067] (3)步骤3，从步骤2获得的音频端到端延迟，分别提交到数据存储及显示单元，和音/视频同步时延测量单元。

[0068] 组件4，数据存储及显示单元400，用于存储显示所述音频时延测量单元(300)确定的音频端到端时延。

[0069] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。