Как работает новая технология мобильной связи Enhanced Voice Services?

Немецкий сотовый оператор Voda­fone продвигает новую технологию мобильной связи под названием Crystal Clear (в переводе на русский — «кристально чистый»), которую запустил в конце 2016 года. Практически за Crystal Clear стоит переход на новую технологию Enhanced Voice Services (EVS), ключевой элемент которой представляет новый аудиокодек, обеспечивающий значительное повышение качества передачи голоса в сетях мобильной связи.

В отличие от обоих более ранних кодеков — AMR Narrowband и AMR Wideband (технология HD Voice — «широкополосный звук»), кодек EVS охватывает весь слышимый человеческим ухом спектр частот. Если частота HD Voice не превышает 7 кГц, а предел обычной телефонии (AMR-NB) составляет всего 3,4 кГц, то охватываемый EVS диапазон достигает 20 кГц. Поэтому EVS передает шумные глухие согласные чище, чем HD Voice, благодаря чему голос звучит более естественно и сразу воспринимается слушающим более ясно. В этом смысле использование сочетания «кристальная чистота» в названии технологии вполне оправдано.

Использование технологии EVS в сетях мобильной связи

Технически EVS обеспечивает повышенное качество звука при пониженных скоростях передачи данных, однако при этом используется относительно высокий битрейт — 24 кбит/с. В HD Voice и AMR Narrowband, например, передача данных обычно осуществляется на уровне до 13 кбит/с. Чтобы ощутить преимущества EVS, оба собеседника пока должны являться клиентами поддерживающего данную технологию оператора и пользоваться его VoLTE-сервисом в сети LTE.

Полный спектр частот — чистое звучание

Диапазон слышимых человеческим ухом частот в телефонии полностью воспроизводит только EVS. AMR Narrowband и Wideband урезают верхние частоты и воспроизводят звуки глухо.

Кодирование звука в речевом диапазоне частот

Сравнение трех методов голосовой телефонии показывает, что EVS обес­печивает более высокий битрейт и частоту дискретизации. Но пока что эта технология работает только в сетях.

EVS также предусматривает режим совместимости, активирующийся в том случае, если один из собеседников из сети LTE переходит в UMTS. Тогда этот собеседник переключается на HD Voice, в то время как второй благодаря режиму совместимости продолжает пользоваться EVS.

Если при таком переходе появляются проблемы с передачей данных, EVS лучше, чем HD Voice, компенсирует потерю отдельных пакетов данных: алгоритмы восстанавливают пропавшие данные из последних полных фреймов, причем для HD Voice, в отличие от EVS, такое «умение» необязательно.

Поскольку кодек EVS предназначен не только для телефонии, но и для аудиозаписи, он включает по два кодера и декодера. Одна пара «кодер-декодер» оптимизирована под речь, вторая — под музыку. Для сжатия музыки используются те же методы, что и в AAC или MP3, а оптимизированная под речь пара технически является усовершенствованной HD Voice. Интеграция двух методов приводит к тому, что EVS переключается из одного режима в другой с такой скоростью, что смену кодеков ни один из собеседников не замечает.

Для клиентов Vodafone переход на Crystal Clear происходит автоматически с обновлением прошивки. Пока что технология доступна для четырех смартфонов: Sony Xperia XZ, Samsung Galaxy S7, S7 Edge и Huawei P10. Какие смартфоны будут поддерживать EVS вообще, трудно определить — теоретически их должно быть достаточно много.

Институт интегральных схем общества Фраунгофера, который участвовал в разработке кодека, в качестве примера приводит около десятка более ранних моделей, в том числе Samsung S6 и LG G5. Более современные чипы Qualcomm — Snapdragon 435, 620, 820 или новейший 835, на которых работают многие модели смартфонов, — поддерживают EVS по умолчанию.

По словам Мартина Дитца, консультанта института, качество микрофонов, встроенных в большинство смартфонов, также соответствует требованиям технологии EVS. Немного доработать нужно только динамики — они не могут воспроизводить высокочастотные звуки, которые EVS передает во время разговоров. Помимо Vodafone к числу операторов, уже внедряющих новую технологию в свои сети, относятся североамериканский T-Mobile и японский NTT Docomo.

Впечатляющие результаты тестирования EVS

Преимущества технологии Enhanced Voi­ce Services в повседневном использовании демонстрируют результаты тестирования. Наш партнер NET CHECK в течение недели проводил измерения качества технологии EVS в сети Vodafone в пределах Берлина. Для сравнения параллельно проводились измерения в сетях Telekom и O2.

Для оценки качества телефонной связи на шести смартфонах Sony Xperia XZ была запущена программа QualiPoc разработки SwissQual. Качест­во звука NET CHECK оценивал при помощи стандартного метода POLQA (англ. Per­cep­tual Objective Li­stening Quality Assessment — объективная оценка слышимого качества речи), который выдает оценки MOS (англ. Mean Opinion Score — усредненная оценка разборчивости речи) по шкале от 1 до 5, где 5 — это идеальное качество звука.

Измерения: высокое качество EVS

Алгоритм POLQA* оценивает качество звука аналогично восприятию речи человеком. Подробное тестирование показывает, что Vodafone благодаря EVS получает больше всего баллов.

Проверка слышимости от института Фраунгофера

Тестирование слышимости провели также в институте общества Фраунгофера. EVS по качеству почти соответствует живой речи.

Основные выводы из результатов тестирования: при передаче VoLTE при наличии у обоих собеседников поддерживающих Enhanced Voice Services смарт­фо­нов в сети Vodafone всегда активируется новая технология. С учетом улучшенных технических условий, обеспечиваемых технологией EVS, оценки POLQA вполне ожидаемы (см. справа внизу): Vodafone в среднем получает значительно более высокие значения MOS, нежели другие операторы.

Высокое качество речи в сети Vodafone даже на слух гораздо проще определить. Отрыв от более старых кодеков особенно заметен по результатам испытаний в неподвижном положении — технология EVS получила оценку 4,42. А оценка около 4,5 означает, что слушающий едва ощущает разницу между такой беседой и живой речью.

ФОТО: Breakingpic/pexels.com