EVS技術(shù)，全稱為Enhanced Voice Services，是一種增強(qiáng)型的語音服務(wù)技術(shù)。隨著LTE技術(shù)的發(fā)展，各大運(yùn)營商都在積極部署和升級已有的基站，來完善LTE網(wǎng)絡(luò)，從而為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，滿足用戶對通信業(yè)務(wù)的需求。在這些技術(shù)中，VoLTE（Voice over LTE）利用LTE網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低時(shí)延的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)語音及視頻通話，受到廣泛關(guān)注。

這種高品質(zhì)的通話是如何實(shí)現(xiàn)的呢？實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，人類講話的頻率范圍是50Hz到12,000Hz，而人耳的聽力范圍為20Hz到20,000Hz。在2G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，傳統(tǒng)的通話技術(shù)AMR傳輸?shù)?a target="_blank">音頻范圍較窄，約為300Hz到3,400Hz，一般在12.65kbps的比特率下運(yùn)行，因此語音傳輸?shù)馁|(zhì)量有限，高頻部分在傳輸過程中被壓縮。在LTE網(wǎng)絡(luò)中，VoLTE采用了AMR-WB編碼，將通話的頻率范圍擴(kuò)大到50Hz-7,000Hz，可以使用23.85kbps的比特率，擴(kuò)展出的頻率范圍使得在通話中傳輸?shù)恼Z音質(zhì)量得到了很大的改善。在2012年8月，首個VoLTE網(wǎng)絡(luò)開始部署，至今已經(jīng)有多個國家的運(yùn)營商部署了VoLTE網(wǎng)絡(luò)。

而隨著新技術(shù)的發(fā)展，人們希望能夠?qū)崿F(xiàn)完全真實(shí)的通話傳輸，EVS技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的AMR-WB相比，其采樣速率和編碼的比特率有所不同，編碼器可以在全帶寬（FB）、超寬帶（SWB）、寬帶（WB）和窄帶（NB）分別以48kHz、32kHz、16kHz、8kHz的頻率進(jìn)行采樣。而解碼器也分別以相應(yīng)的速率進(jìn)行解碼。對于信號帶寬低于輸入采樣頻率的一半的情況，信號被抽取到（8,16,32 kHz）組中最可能的情況進(jìn)行采樣，該采樣率大于信號帶寬的兩倍。編碼的比特流的速率可在5.9/7.2/8.0/9.6/13.2/16.4/24.4/32.0/48.0/96.0/ 128.0kbit/s這些速率中靈活選擇（對應(yīng)方式如表1）。

同時(shí)還提供了與AMR-WB的互操作模式，共有9種速率：6.6/8.85/12.65/14.25/15.85/18.25/19.85 /23.05/23.85 kbit/s。

表1 編碼比特速率與信號帶寬是否支持的對應(yīng)表格

在這樣的采樣速率下，時(shí)延變得十分重要。編解碼器的時(shí)延主要由輸出信號的采樣速率決定。輸入信號使用20ms幀進(jìn)行處理，對于寬帶、超寬帶和全帶寬的輸出，整體算法延遲為32ms。它由一個20ms的幀，編碼器側(cè)的輸入重采樣濾波器延遲0.9375 ms，編碼器預(yù)讀為8.75 ms，解碼器側(cè)的時(shí)域帶寬擴(kuò)展為2.3125 ms。對于窄帶解碼器的輸出，使用復(fù)雜的低延遲濾波器組，解碼器延遲減少到重采樣所需的1.25 ms，導(dǎo)致總算法延遲為30.9375 ms。

EVS編碼器概述

EVS編解碼器采用混合編碼方案，它結(jié)合了基于ACELP（代數(shù)碼激勵線性預(yù)處理）的線性預(yù)處理（LP）編碼技術(shù)，對于主要的語音信號，會采用變換編碼的方式，而對于其他通用內(nèi)容以及無效信號，使用VAD / DTX / CNG（語音活動檢測/不連續(xù)傳輸/柔和噪音生成）等技術(shù)進(jìn)行操作。 EVS編解碼器能夠在這些不同的編碼模式之間進(jìn)行切換，而不會產(chǎn)生人工影響。EVS編解支持基于ACELP編碼規(guī)范的5.9kbps窄帶和寬帶可變比特率（VBR）操作，還提供了用于AMR-WB可互操作的編碼和解碼。除了感知優(yōu)化的波形匹配之外，編解碼器還為某些頻率范圍的設(shè)立了參數(shù)表示。這些參數(shù)的表達(dá)構(gòu)成了編碼帶寬擴(kuò)展或噪聲填充策略。

圖（1）編碼器的簡易模塊圖

輸入信號和信號帶寬命令行參數(shù)一起輸入到信號重采樣模塊，用于校正兩者之間的不匹配。處理過的信號進(jìn)入到信號分析模塊，在這里系統(tǒng)會決定采用何種編碼策略。這三種策略分別是基于ACELP的線性預(yù)處理策略，頻域編碼策略，非活動信號編碼（無效信號編碼及柔和噪音生成）策略。在一些操作模式中，信號分析步驟包括一個閉環(huán)決定，以確定哪個編碼方法導(dǎo)致的失真程度最低。在每個編碼塊中，進(jìn)一步細(xì)化信號分析以獲得與特定編碼塊相關(guān)的參數(shù)。對于每個20ms幀，編碼模式的信號分析和子序列決定是獨(dú)立執(zhí)行的，并且在每一幀的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行不同模式之間的切換。在切換實(shí)例中，在編碼模式之間交換參數(shù)以確保切換盡可能無縫，并且在這種情況下有時(shí)采用閉環(huán)方法。此外，在幀的邊界上的信號可以在不同帶寬或比特率之間進(jìn)行切換。信號分析和其他所有模塊可以得到命令行參數(shù)，如比特率，采樣率，信號帶寬，DTX是否激活等。

基于線性預(yù)測的操作，輸入信號被分為高頻帶和低頻帶路徑。兩者之間的截止頻率由編解碼器的操作模式（帶寬和比特率）確定。每20ms幀執(zhí)行線性預(yù)測系數(shù)估計(jì)。在一個幀內(nèi)，根據(jù)比特率建立幾個內(nèi)插點(diǎn)，并將最佳內(nèi)插發(fā)送到解碼器。使用不同的量化方案進(jìn)一步分析和量化線性預(yù)測殘差，這取決于殘差的性質(zhì)。對于5.9kbps VBR操作，采用符合設(shè)計(jì)約束的附加低速率編碼模式。信號的高頻部分用幾個不同的參數(shù)表示來表示。用于該表示的參數(shù)作為比特率和剩余量化策略的函數(shù)而變化。傳輸?shù)膮?shù)包括一些或全部頻譜包絡(luò)，能量信息和時(shí)間演進(jìn)信息。可以配置基于LP的內(nèi)核，使得線性預(yù)測系數(shù)和殘余量化都可以與AMR-WB解碼器互操作。為此，LP系數(shù)估計(jì)，參數(shù)HF表示和殘余量化的配置與AMR-WB的配置相似。對于AMR-WB可互操作的操作模式，則使用與AMR-WB量化器相同的碼本。

執(zhí)行頻域編碼時(shí)，可以將編碼塊設(shè)想為分為控制層和信號處理層。控制層執(zhí)行信號分析以獲得信號處理層的幾個控制和配置參數(shù)。時(shí)頻變換基于修正離散余弦變換（MDCT），并提供自適應(yīng)時(shí)頻分辨率。控制層導(dǎo)出幀中信號能量的時(shí)間分布的度量，并控制變換。根據(jù)比特率信號類型和操作模式，使用各種直接和參數(shù)表示量化MDCT系數(shù)。

對于非活躍信號的編碼。當(dāng)編解碼器在不連續(xù)傳輸（DTX）模式下操作時(shí)，信號分類器被系統(tǒng)確定為背景噪聲組成的幀選擇DTX模式。對于這些幀，信號的低速率參數(shù)指示不會比每8幀（160ms）更頻繁地發(fā)送。在解碼器中使用低速率參數(shù)表示用于舒適噪聲生成（CNG），并且包括描述背景信號的頻率包絡(luò)的參數(shù)，描述總能量的能量參數(shù)及其時(shí)間演化。

EVS解碼器概述

解碼器接收所有量化參數(shù)并產(chǎn)生合成信號。因此，對于大多數(shù)EVS編碼器所進(jìn)行的操作，它是一個由量化值到索引的逆操作。而對于AMR-WB互操作的解碼，使用AMR-WB碼本執(zhí)行索引查找，并且解碼器會被配置為從AMR-WB比特流生成改進(jìn)的合成信號。

對于帶寬擴(kuò)展和噪聲填充區(qū)域，除了解碼的參數(shù)數(shù)據(jù)之外還使用來自編碼區(qū)域的估計(jì)，以產(chǎn)生這些頻率區(qū)域的信號。EVS編解碼器包括幀丟失隱藏算法。對于所有編碼模式，外推算法就是估計(jì)丟失幀中的信號。對于基于LP操作的解碼，其主要操作是對最后接收的殘差和LP系數(shù)進(jìn)行評估。對于頻域解碼的主要操作，是在某些情況下，把最后接收的MDCT系數(shù)外推，并且另外產(chǎn)生的時(shí)域信號。這種時(shí)頻信號是從最后接收到的有效幀到丟失幀的平滑演進(jìn)時(shí)間來確保。通過這兩種方式，一旦幀丟的失被恢復(fù)，即接收到第一個有效幀，則編解碼器存儲器被更新，并且把有效幀到丟失幀的邊界的不匹配降到最低。而對于持續(xù)丟幀的情況，信號會被歸為背景噪聲或?qū)⒛芰繙p小，而當(dāng)不能執(zhí)行這些合理的外推操作時(shí)將最終被靜音。

EVS編解碼器還包括“信道感知”模式，其可以用于在VoIP系統(tǒng)中的分組丟失狀況下改善性能。在信道識別模式中，當(dāng)前語音幀的部分副本（輔助幀）在未來的語音幀（主幀）上搭載，而不會增加主幀和輔助幀的總比特率。如果當(dāng)前幀丟失，則可以通過輪詢?nèi)ザ秳泳彌_區(qū)來檢索其部分副本，以實(shí)現(xiàn)更快且更好地從丟包恢復(fù)。

測試需求

通過前文對于EVS使用的各項(xiàng)技術(shù)的簡單介紹，為了從多方面考察EVS終端的能力，需要從以下的幾個方面對終端進(jìn)行測試。與使用AMR-WB的VoLTE高清語音相似，我們需要對終端的編解碼、切換以及一些特定場景下的音質(zhì)進(jìn)行評估。

基本通話功能測試

EVS編碼不同速率測試

EVS與AMR-WB互操作性測試

網(wǎng)絡(luò)損傷測試

EVS語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并存測試

EVS不同速率切換測試

衰落（Fading）測試

對于通過這些測試的終端，在各個場景下的通話音質(zhì)將得到保障。用戶使用語音通話時(shí)，會感受到通話音質(zhì)的提升。對于終端廠商來說，具備EVS通話能力將成為終端的一個新的賣點(diǎn)，增強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力。對于運(yùn)營商來說，EVS技術(shù)將會使用戶更愿意使用語音通話，提升服務(wù)方案的競爭力。

羅德與施瓦茨（R&S）公司的EVS測試方案

為了滿足前文提到的所有測試需求，羅德與施瓦茨公司在現(xiàn)有的CMW500綜合測試儀上，推出了KS104選件。它將在已有的VoLTE MOS評價(jià)方案之上添加EVS編解碼器，來支持EVS通話功能。測試人員可以在CMW500上通過LTE Signaling界面按照需要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和射頻信號建立LTE小區(qū)，使被測終端進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)附著。而在CMW500的Data Application Unit數(shù)據(jù)應(yīng)用單元，測試人員可以對IMS網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而完成VoLTE通話的發(fā)起與建立。在圖（2）中，可以看到激活了KS104選件之后，EVS的編解碼模式可以被選擇，可以建立EVS編碼的通話。

圖（2） DAU中EVS編碼的相關(guān)設(shè)置選項(xiàng)

圖（3） 羅德與施瓦茨EVS測試方案圖 CMW500和UPV

CMW500和被測終端分別通過線纜將上下行的音頻信號送到UPV音頻分析儀中進(jìn)行評估。在人工測試中，我們UPV上看到測試結(jié)果。而由于EVS測試涉及的編碼比特率、互操作性及切換場景眾多，人工測試的測試量極大，測試人員可以通過CMWRun測試軟件對測試項(xiàng)目進(jìn)行自動化測試，整個方案如圖（3）所示。羅德與施瓦茨公司的EVS測試方案，將對被測終端提供全面有效的測試，保證終端在市場上的競爭力。