測(cè)量視頻和音頻體驗(yàn)質(zhì)量

現(xiàn)在，廣播數(shù)字電視的節(jié)目來(lái)源多種多樣，這些節(jié)目通過(guò)各式各樣的設(shè)備和器件最終送達(dá)給觀眾。我們可以假設(shè)，在某些情況下節(jié)目的源素材是沒(méi)有缺陷的，然而實(shí)際情況卻不總是這樣。即便這些源素材本身沒(méi)有視頻和傳輸損傷，但當(dāng)它們經(jīng)過(guò)各種各樣的傳輸設(shè)備后，通常會(huì)使視頻造成這樣或那樣的缺陷。不管什么時(shí)候，只要出現(xiàn)了這種質(zhì)量劣化，就會(huì)給用戶觀看節(jié)目的體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)帶來(lái)影響。有時(shí)候這種質(zhì)量的劣化由內(nèi)容本身的性質(zhì)所引起，通常表現(xiàn)為隨機(jī)性；但有時(shí)候又始終表現(xiàn)為不良的QoE?？傊嬖谥嗟母鞣N各樣的因素造成節(jié)目?jī)?nèi)容質(zhì)量的下降。

我們的目標(biāo)，是在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)客觀地評(píng)測(cè)節(jié)目的質(zhì)量，了解并查明在什么時(shí)候以及什么地方節(jié)目的傳輸質(zhì)量受到了影響。

主觀評(píng)測(cè)

使觀看人員對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀計(jì)分是評(píng)測(cè)視頻質(zhì)量的一種方法。這種評(píng)測(cè)方法盡管很好，但卻要耗費(fèi)大量時(shí)間，而且在各個(gè)觀看員之間很難取得一致的評(píng)測(cè)結(jié)果。各個(gè)觀看員的評(píng)分之所以存在差異，是因?yàn)橛刑嗟囊蛩赜绊懼麄兊脑u(píng)分，例如機(jī)頂盒(STB)的類(lèi)型、機(jī)頂盒的固件版本、電視機(jī)附近的光照環(huán)境，以及顯示器的類(lèi)型(等離子體顯示器件或LCD顯示器件)，更不要說(shuō)節(jié)目?jī)?nèi)容和觀看人員的情緒同樣會(huì)給計(jì)分帶來(lái)影響。

對(duì)于節(jié)目質(zhì)量的評(píng)分，每位觀看人員有著他或她自己預(yù)想的計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)。觀看人員長(zhǎng)時(shí)間地去評(píng)測(cè)節(jié)目的質(zhì)量，不僅會(huì)使人感到疲倦，而且也難以對(duì)每幀圖像的整個(gè)畫(huà)面區(qū)域給予足夠的關(guān)注。大多數(shù)人傾向于只注重自己感興趣的對(duì)象，多位觀看人員在觀看同一節(jié)目素材時(shí)，對(duì)同樣的內(nèi)容很難取得一致的準(zhǔn)確計(jì)分。正是因?yàn)榇嬖谥@些差異，要求他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)目素材給出一致的評(píng)價(jià)也是不可能的。

因此，對(duì)節(jié)目素材給出客觀評(píng)價(jià)的最好方法是使用一種設(shè)備，該設(shè)備應(yīng)能實(shí)時(shí)觀看每一幀圖像，并在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)多次使用。沿著圖1給出的視頻傳輸路徑，從節(jié)目源的采集點(diǎn)直至終端機(jī)頂盒，包括所涉及到的所有設(shè)備或器件，而不論視頻流是否發(fā)生變化。

雙端文件模式

視頻質(zhì)量的一種客觀評(píng)測(cè)方法是使用客觀的圖像質(zhì)量分析儀，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是用一種視頻參考文件與接收到的內(nèi)容進(jìn)行比較，以檢測(cè)二者之間的圖像質(zhì)量是否出現(xiàn)了什么變化。這一評(píng)測(cè)過(guò)程是可以多次重復(fù)的，也是客觀的評(píng)測(cè)。然而，這種評(píng)測(cè)方法目前卻不能在實(shí)際傳送流中實(shí)時(shí)運(yùn)行。

客觀的和實(shí)時(shí)的評(píng)測(cè)

另外還有一種最新的方法，即將一種解碼器嵌入到單個(gè)設(shè)備中，這是一種單端的、可實(shí)時(shí)運(yùn)行的并且是可重復(fù)的、客觀的視頻質(zhì)量分析儀。這種解決方案包含有MPEG-2和 H.264解碼器，可運(yùn)行在一種高速服務(wù)器平臺(tái)上并能夠接收基于IP的視頻信號(hào)。采用這種解決方案，可以識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的各種問(wèn)題，并能夠監(jiān)視任一設(shè)備的輸入和輸出視頻。

QoE測(cè)量策略

通過(guò)機(jī)頂盒解碼來(lái)對(duì)視頻進(jìn)行QoE評(píng)測(cè)雖然有它的優(yōu)點(diǎn)，但這種方法會(huì)十分依賴于所使用的某種特定的機(jī)頂盒以及特定的固件版本。為了對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)獲取可重復(fù)的質(zhì)量計(jì)分結(jié)果，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中具有不同型號(hào)的各種機(jī)頂盒而言，如果讓所有機(jī)頂盒都使用一樣的固件版本，這幾乎是一件不可能的事。還有，每種機(jī)頂盒都具有錯(cuò)誤掩蔽功能，它可能會(huì)掩蔽某些質(zhì)量分析儀正在測(cè)量的某些錯(cuò)誤。最后，使用機(jī)頂盒的模擬輸出來(lái)進(jìn)行QoE評(píng)測(cè)，也會(huì)降低被測(cè)視頻的質(zhì)量，這樣就難于進(jìn)行準(zhǔn)確的視頻質(zhì)量測(cè)量。因此，使用加密和調(diào)制前的參考解碼器能夠進(jìn)行更加準(zhǔn)確的測(cè)量。

目前的泰克的MTM400A及其系列產(chǎn)品被廣泛地用于RF層、IP層以及傳送流層的遙控測(cè)量。這對(duì)于評(píng)測(cè)服務(wù)質(zhì)量十分有用。然而，MTM400A卻不能識(shí)別包凈荷中的內(nèi)容，因此它無(wú)法給出QoE的測(cè)量結(jié)果。這就為測(cè)量設(shè)備提出了更高的要求，它必須能夠測(cè)量目標(biāo)節(jié)目的QoE，以及提供網(wǎng)絡(luò)中任意兩點(diǎn)間的質(zhì)量劣化信息。

現(xiàn)在，基于MTM400A的回傳應(yīng)用，就有可能獲取網(wǎng)絡(luò)中任意點(diǎn)的內(nèi)容。為了查明網(wǎng)絡(luò)中任一設(shè)備或器件的問(wèn)題，可以先使用位于節(jié)目采集點(diǎn)的MTM400A或者IPM400A以確保QoS符合要求(無(wú)傳輸錯(cuò)誤或無(wú)丟包發(fā)生)，然后再選擇某一節(jié)目進(jìn)行QoE監(jiān)視。這樣可以將指定的節(jié)目送入VQS1000服務(wù)器以進(jìn)行QoE計(jì)分評(píng)測(cè)。

而后，隨著節(jié)目沿著網(wǎng)絡(luò)的傳輸，在經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)處理例如廣告插入之后，將會(huì)再次對(duì)QoE進(jìn)行查驗(yàn)，直至最后將節(jié)目送達(dá)到終端用戶。利用這種方法，可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行特定服務(wù)的QoE監(jiān)測(cè)。特別是如果內(nèi)容經(jīng)過(guò)由MPEG-2到H.264的編碼轉(zhuǎn)換，或者在被測(cè)節(jié)目中插入廣告之后，進(jìn)行這種QoE測(cè)量是十分重要的。

QoE測(cè)量如何進(jìn)行？

前面所介紹的QoE解決方案是基于泰克公司VQS1000視頻質(zhì)量軟件，對(duì)視頻元素進(jìn)行全面的解碼，解碼出基帶視頻幀后對(duì)圖像中的凍結(jié)幀、黑場(chǎng)和塊效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)。利用這種QoE解決方案，不僅能夠測(cè)量送達(dá)到網(wǎng)絡(luò)終端用戶的任一節(jié)目的圖像質(zhì)量，而且還可以用來(lái)測(cè)量由節(jié)目分配源提供的視頻質(zhì)量。如果希望整個(gè)網(wǎng)絡(luò)始終保持高質(zhì)量的QoE，那么對(duì)采集的節(jié)目素材進(jìn)行QoE評(píng)測(cè)就十分重要。

在進(jìn)行QoE評(píng)測(cè)時(shí)，可能需要設(shè)定兩種不同的閾值以區(qū)分良好的視頻質(zhì)量和不良的視頻質(zhì)量。對(duì)于觸發(fā)事件而言，了解單個(gè)視頻幀的質(zhì)量何時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的下降固然是重要的，但允許質(zhì)量有所下降的視頻幀通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，而在一段時(shí)間內(nèi)大量出現(xiàn)劣化幀時(shí)觸發(fā)告警同樣也是十分重要的。

對(duì)預(yù)先記錄的文件進(jìn)行QoE分析

利用VQS1000，可以對(duì)預(yù)先記錄的傳送流文件進(jìn)行QoE分析。無(wú)論該記錄文件是從什么地方獲取的，或者是從哪個(gè)設(shè)備獲取的，但只要滿足以下要求，就可以對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行 QoE評(píng)測(cè)：

1) 該文件應(yīng)當(dāng)符合ISO/IEC 13818-1標(biāo)準(zhǔn)，傳送流包中含有188個(gè)字節(jié)或204個(gè)字節(jié)；

2) 該文件包含采用MPEG-2或H.264編碼的單個(gè)或多個(gè)節(jié)目視頻元素

可以直接對(duì)這樣的記錄文件進(jìn)行分析，只需簡(jiǎn)單地打開(kāi)文件并開(kāi)始測(cè)量。無(wú)論是在文件模式中還是在實(shí)時(shí)模式中，觸發(fā)條件均被載入事件窗口，并可以導(dǎo)出為文件。此外，還可以記錄圖形結(jié)果(參看圖2)。測(cè)量設(shè)備將每分鐘的黑幀、凍結(jié)幀和塊效應(yīng)的測(cè)量最小值、平均值和最大值記錄到硬盤(pán)中。如果在視頻幀中出現(xiàn)較大的logo即標(biāo)志圖符，這時(shí)背景沒(méi)有運(yùn)動(dòng)(即凍結(jié)狀態(tài))，則紅色圖形達(dá)到100%。紫色圖形的上升或下落取決于該視頻中是否存在塊效應(yīng)。例如對(duì)于游泳事件，開(kāi)始幾幀僅有很少的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，這時(shí)編碼器很容易處理，接著幾幀出現(xiàn)了大量的動(dòng)作，從而導(dǎo)致編碼器過(guò)度壓縮使圖像出現(xiàn)塊狀。