IPTV視頻傳輸質(zhì)量集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

當(dāng)前，IPTV是倍受關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外建設(shè)了大量IPTV的試驗(yàn)網(wǎng)、商業(yè)試運(yùn)營(yíng)網(wǎng),各地?fù)碛泻芏嗟挠脩?，可以說IPTV技術(shù)發(fā)展如火如荼。IPTV提供的各種業(yè)務(wù)豐富多彩，尤其是視頻業(yè)務(wù)滿足了人們的各種應(yīng)用，也將成為運(yùn)營(yíng)商的收入增長(zhǎng)點(diǎn)。

目前在國(guó)內(nèi)IPTV的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未確定，各廠家的產(chǎn)品還缺少各方面的嚴(yán)格測(cè)試及大范圍的應(yīng)用。支持IPTV業(yè)務(wù)開展的網(wǎng)絡(luò)以IPv4為主，接入手段以ADSL、以太網(wǎng)、CableModem等方式為主。各研究機(jī)構(gòu)及各運(yùn)營(yíng)商實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試表明，隨著IPTV用戶數(shù)量的增加，IPv4網(wǎng)絡(luò)尤其是在接入層面對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS)的支持及用戶對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的矛盾日漸突出。這些矛盾直接表現(xiàn)由于網(wǎng)絡(luò)性能的原因造成圖像質(zhì)量下降，所以在IP環(huán)境下視頻流的傳輸質(zhì)量成為影響IPTV業(yè)務(wù)開展的關(guān)鍵問題。

對(duì)于IPTV的運(yùn)營(yíng)商來講，在用戶對(duì)視頻質(zhì)量產(chǎn)生置疑時(shí)，如何快捷查找故障點(diǎn)，排除故障，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)可方便IPTV業(yè)務(wù)管理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為未來IPTV大規(guī)模運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

視頻圖像質(zhì)量的測(cè)試

對(duì)于視頻通信系統(tǒng)的視頻質(zhì)量測(cè)試，一直是人們研究的難點(diǎn)。對(duì)于數(shù)字視頻編解碼器的視頻質(zhì)量測(cè)試，通常通過PSNR值來進(jìn)行衡量，常用于靜態(tài)圖像質(zhì)量的分析。然而人的視覺系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，人的主觀對(duì)視頻質(zhì)量的感覺不能僅用PSNR來表達(dá)，因?yàn)橛^察者在觀察視頻圖像時(shí)還會(huì)被其他因素影響，如環(huán)境、立場(chǎng)、場(chǎng)景及好惡等，同時(shí)這些因素又很難精確測(cè)量和量化。

ITU-RBT.500-11制定了測(cè)試視頻質(zhì)量的方法，即DSCQS(Double Stimulus Continuous Quality Scale)的方法，如圖1所示。

DSCQS測(cè)試示意圖

DSCQS的方法是將原始圖像及被測(cè)圖像交替顯示，讓足夠多的觀察者觀察對(duì)比，對(duì)被測(cè)圖像打分，然后計(jì)算平均值，這是主觀的測(cè)試方法。它雖然可以準(zhǔn)確反映圖像質(zhì)量，但是具體實(shí)現(xiàn)時(shí)卻有很大困難。

ITU-T又頒布了對(duì)于視頻質(zhì)量測(cè)試的J.144建議，在建議中推薦了以下幾種參考模型。

1.BT full-referencemodel(British Telecommunications

2.CPqD-IESalgorithm(TelecommunicationsResearchand Development Center)

3.Edge PSNR

(Yonsei University/SK Telecom/Radio Research Laboratory)

J.144還給出這幾種模型和DSCQS測(cè)試方法、PSNR的相近程度，并指出具體的測(cè)試方法，如圖2所示。

J.144建議視頻質(zhì)量測(cè)試方法

圖2中，將未經(jīng)視頻壓縮的源視頻流(做為參考視頻源)及經(jīng)過編碼解碼的視頻流(被測(cè)視頻流)輸入到測(cè)試設(shè)備中，在測(cè)試設(shè)備中對(duì)它們進(jìn)行比較，并給出視頻質(zhì)量的參考值，以此定量評(píng)估視頻系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。需要說明的是此種測(cè)試方法與被測(cè)視頻流采用何種編碼方式無關(guān)。

VQEG(VideoQualityExpertGroup)是專門對(duì)視頻質(zhì)量技術(shù)進(jìn)行探討的組織。針對(duì)DSCQS及ITU-T J.144建議，VQEG推薦目前有專用的測(cè)試設(shè)備，如Tektronix的PQA300視頻質(zhì)量測(cè)試儀，它是用自己發(fā)送的測(cè)試序列作為測(cè)試源，發(fā)送給被測(cè)編碼設(shè)備，然后將經(jīng)過解碼的視頻輸入到測(cè)試設(shè)備儀中，通過計(jì)算對(duì)比得到視頻流質(zhì)量的結(jié)果。這種測(cè)試方法一方面需要專用的測(cè)試序列，另一方面它的測(cè)試需要做大量計(jì)算，實(shí)時(shí)性差。另外VQEG推薦另一個(gè)視頻質(zhì)量測(cè)試設(shè)備K-will公司的視頻質(zhì)量測(cè)試儀，可以將未經(jīng)編碼的原始視頻(不需專用視頻序列)及經(jīng)過處理的視頻做為被測(cè)視頻輸入到該設(shè)備，通過實(shí)時(shí)計(jì)算得到視頻質(zhì)量的參考值，該值用百分比來表示。百分比值越低代表被測(cè)視頻和原始越接近。該設(shè)備可實(shí)時(shí)地得到測(cè)量結(jié)果。

這種測(cè)試方法需要將兩路用于比較的視頻都輸入到測(cè)試儀中，通常稱為雙端測(cè)試。在IPTV的測(cè)試應(yīng)用中，由于視頻源是已經(jīng)封裝好的IP數(shù)據(jù)流，無法輸入到前面介紹的專用測(cè)試設(shè)備中。并且由于支持J.144的測(cè)試設(shè)備價(jià)格昂貴，不可能大量應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)中。

經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)表明，影響IPTV系統(tǒng)視頻質(zhì)量的因素一方面還在于編解碼器自身的性能及對(duì)視頻流傳輸質(zhì)量的適應(yīng)能力，另一方面IP網(wǎng)的傳輸問題，即IP網(wǎng)性能對(duì)視頻流傳輸有著重要的影響,IP網(wǎng)的性能參數(shù)Latency、Jitter、PacketLoss是影響視頻傳輸?shù)闹匾獏?shù)。ITU-TG.1050建議針對(duì)IP網(wǎng)的性能做了分類，即WellManaged IP Network、Managed IP Network、Unmanaged IP Network，并對(duì)這三類網(wǎng)絡(luò)做了詳細(xì)的定義，定量給出了其所定義的三類網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)。G.1050同時(shí)給出了在不同IP網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)情況下，語音業(yè)務(wù)的質(zhì)量參數(shù)(用PESQ、MOS等評(píng)定)，即語音質(zhì)量和IP網(wǎng)性能參數(shù)之間的關(guān)系。但是對(duì)于視頻流和IP網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)之間的關(guān)系，G.1050并未給出。在這種情況下，對(duì)于如何建立可運(yùn)營(yíng)可管理的IPTV系統(tǒng)成為IPTV發(fā)展的重要問題。

MDI(Media Delivery Index)

視頻流傳輸性能指標(biāo)MDI(MediaDeliveryIndex)由Cisco及IneoQuestTechnologies公司提出并被IETF采納，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為RFC4445。MDI的提出為IPTV系統(tǒng)中視頻流的傳輸性能提供了有效的辦法。MDI定義了兩個(gè)視頻流傳輸?shù)男阅苤笜?biāo):DF(Delay Factor)和MLR(Media Loss Rate),并根據(jù)DF及MLR對(duì)視頻流傳輸性能進(jìn)行評(píng)測(cè)。DF值表達(dá)的是每個(gè)數(shù)據(jù)包在測(cè)試點(diǎn)被顯示或者記錄到達(dá)時(shí)間的間隔值。MLR給出了在選定的時(shí)間間隔內(nèi)數(shù)據(jù)包丟失的數(shù)量或失序數(shù)據(jù)包的數(shù)量。

通過計(jì)算DF值及MLR值可以得到在一定視頻流速率下，需要視頻緩沖區(qū)的大小，用于平滑由于網(wǎng)絡(luò)性能變差造成解碼器輸出視頻圖像質(zhì)量的下降。所以MDI參數(shù)是目前在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下和視頻圖像傳輸質(zhì)量密切相關(guān)的參數(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，MDI參數(shù)可以較為方便地測(cè)量計(jì)算獲得。RCF4445中詳細(xì)介紹了MDI參數(shù)的計(jì)算方法。這使得對(duì)于在IPTV系統(tǒng)中視頻流的傳輸質(zhì)量測(cè)試變得方便可行。將對(duì)視頻圖像的測(cè)試轉(zhuǎn)化為對(duì)視頻流傳輸質(zhì)量的測(cè)試，并且將復(fù)雜雙端測(cè)試(如DSCQS方法)變?yōu)閱味说臏y(cè)試，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。MDI和DSCQS測(cè)試一樣，與被測(cè)視頻流的編碼標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)。