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语音与数据集成网络的语音质量

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目的
MG3000-T做为中继网关，处于数据网络与PSTN语音网络之间，承担信令转换和语音流转换的职责。本文从理论角度讨论语音与数据集成网络中影响语音质量的因素，以期对产品的工程实施以及客户宣传提供理论依据。同时提出了如何评价客户网络质量的可行性建议。
影响语音质量的变量
影响语音质量的变量概述：
末端变量网络变量背景噪音电路噪音信号等级频率相关失真振幅裁剪延迟和抖动量化失真回音编解码器失真随机位误差时间裁剪（VAD）突发误差（分组丢失）多个谈话者量化/编解码器失真
背景噪音
背景噪音的例子包括嘈杂的办公室、热闹的街道等，背景噪音一般在网络规划和设计的考虑范围之外，因为网络不会造成这个问题，发送方的背景噪音影响编解码器和语音活动探测（VAD）系统的工作。
信号等级
信号等级指的是音频容量，模拟电压或电流以及以数字字节表示的PCM样本的等级。一般来说，信号等级在转换成数字形式时保持不变。然而，网络元素可能加入降低信号等级的噪音，在模拟传送域中，信号远程传送导致信号变弱，中继或者再生设备将放大依附在期望信号上的累积电路噪音。如果延音频通路的任何点上的信号等级过低或者过高，那么信号将变得失真。
振幅裁剪
在一些设备或传送媒介中，当信号等级太大而不能准确表示时，将会发生振幅裁剪，将信号裁剪为可以传送的等级时，原始波形将被裁剪。
量化失真
随时间和振幅连续变化的模拟信号转换成时间和振幅离散变化的数字信号时，将产生量化失真。语音数字化编码是影响量化失真的主要因素。
编解码器失真
低位速率语音编码算法都使用有损耗的压缩方案，编解码器不仅影响语音信号，也影响非语音信号，例如双音多频（DTMF）。
时间裁剪
语音活动探测（VAD）系统设计成可以节省带宽，并在通话无声期间消除背景噪音。当说话者开始谈话时，VAD系统需要一定时间来从语音抑制模式转换到语音传送模式，单词或句子的开头可能在这个期间丢失。
多个谈话者
MG3000-T32暂不牵涉到多方通话，不予考虑。
电路噪音
对于长距离模拟电路，电路噪音是主要影响因素，但噪音介入时，期望信号可能非常弱。
频率失真
由于模拟电线对于不同频率的信号具有不同的电传送特性，所以会发生频率失真。传真机和调制解调器传送需要考虑这些现象的影响，但语音质量不会受很大影响。
延迟和抖动
在分组语音网络中，延迟和抖动是主要的因素，对于任何长距离的通信都需要考虑延迟。另外，分组语音网络也需要考虑可变延迟和抖动的影响。
回音
回音是来自某一方向的语音信号反射或渗漏到反方向的结果。回音影响的程度与延迟和回音信号的等级有关。
随机位误差
因为不完善的电线、有故障的设备、虚弱的信号等级或各种其他原因，在数字传送中会产生随机位误差，在分组网络中，单一的位误差会破坏整个分组，通常使用CRC算法探测位误差，以保证分组的数据完整性。
突发误差
一般而言，突发误差比位误差具有较少的破坏性，因为仅仅是具有误差的分组需要重发，随机位误差更加分散，因此影响更多的分组以至于必须重传这些分组。在语音网络中，将会看到相反的情况：突发误差比随机位误差更具有破坏性。

改善语音质量
固定延迟与可变延迟
在设计IP电话网络时，延迟是需要考虑的重要因素。分组语音网络中的延迟可以分为固定延迟和可变延迟。
ITUG.114规范的延迟说明
ITU规范范围（ms）实际使用的经验范围（ms）描述0—1500—200大多数用户可以接受的范围150—400200—300可以接受的范围400以上300以上不能接受的范围固定延迟的内容：
编解码处理延迟，延迟随使用的编码器和处理器的速度不同而变化，未压缩的编码解码器，比如G.711不存在任何编码延迟。
分组延迟，编码或压缩语音时装载一个分组并且加上各种IP/UDP/RTP头所需要的时间。
串行延迟，一个IP分组到达外部网络接口所需的固定延迟时间。它与接口上的时钟频率直接相关。
传播延迟，单一的数据位从数字连接的一方到另一方所需要的时间。传播延迟通常接近光速，中间设备的使用会增加传播时延的时间。
可变延迟的内容：
队列/缓冲延迟，排在输出队列前边的帧导致到达路由器或者交换机的语音帧产生延迟，该延迟是变化的延迟，依赖于线速和队列状态。变化的延迟被称做为抖动，抖动大多产生在低速度链路中，因为在低速链路的队列里，甚至一个单一的分组也能显著影响语音数据被传输之前在队列中等待的时间。
语音起伏波动和中断
最常见的语音质量问题之一是语音起伏波动和中断，通常，分组丢失、队列问题和语音活动检测（VAD）会导致语音起伏波动和中断。
分组丢失是导致语音质量的最普通原因，绝大多数的语音编码解码器能够接受5%的随机分组的损失