视频质量测试.doc

在IPTV部署中，测试是必不可少的步骤。选择合理的视频质量测试指标可以有效地提高排查故障效率，同时降低建设监测系统投入。所有的测试依赖于对技术规范和系统行为的了解。因此，IPTV的架构将影响视频质量测试的合理性和可靠性。IPTV架构的变化IPTV服务概念源于北美的运营商。由于设备供应商的实现方式不同，市场上出现了多样的架构体系。尤其在中国，技术实现差异，视频内容来源，IP网络状况等因素导致多种的IPTV实现方式。在国外，MPEG-2 TS封装格式是主流。其原因在于内容供应商与运营商之间的合作模式：内容供应商直播节目和点播节目，运营商负责将视频内容通过其IP网络进行传播，提供收费节目。MPEG-2 TS封装格式的优点在于提供方便的节目传输和方便的增值服务。针对MPEG-2 TS封装的视频流，标准组织制定了TR 101-290视频传输质量监测方法。 TR101-290是量化的测量方式，其告警能够告知维护人员视频流的问题对最终观看质量的影响。对于IP传输视频业务的需求，RFC 4445 MDI（媒体传输质量指标）提供了在IP传输层面的告警方式。配合TR101290和RFC 4445 MDI，视频网络出现的问题可以分离到不同的层面：节目源（视频源，编码器，服务器），IP设备和网络。国外通用的IPTV视频质量监测方案为：在视频头端确认TR101290质量良好情况；使用RFC 4445 MDI监测各IP节点的视频质量。这种实现方式最大地平衡了质量监测的需求和监测设备的成本投入。在国内，Internet TV运营模式和独立IPTV运营模式是各方的分歧点。采用了Internet TV的模式的试验网络倾向于ISMA架构的视频封装和传输。因此，目前部分电信级IPTV运营存在ISMA格式的网络架构。但是，ISMA的视频封装格式没有对应的视频监测标准。因为视频内容压缩后直接封装到IP封包，所以ISMA的视频仅能够从IP层判断其传输质量，没有判断音频和视频同步等问题的相应指标。类似的情况还有部分供应商使用MPEG-2 PS格式提供IPTV业务。由于该格式开发的目标是视频节目的存储，因此，业界没有针对该格式的监测指标。根据过去一年国内IPTV建网的情况，基于MPEG-2 TS方式的IPTV架构逐渐成为的主流。因此，国外的IPTV质量监测经验适用国内的项目。IPTV厂商实现的差异性虽然IPTV设备供应商在实现上逐渐趋向与MPEG-2 TS封装格式。但是在实现上仍然有很大的差异。首先，不同厂家对如何传输视频流有不同理解。在传统的MPEG-2 TS传输中，一些规则是必须严格遵守的：比如，PAT节目关联表，PCR同步时钟在传输标准中是必须按照严格的传输间隔。但是，在具体IPTV实现中，厂家没有按照标准实现，仅将MPEG-2 TS作为媒体流的方式发送。其次，封装格式的变化。行业通用是7个MPEG-2 TS （188字节）封装到一个UDP/RTP IP包。这样的实现方式可以兼容以太网传输网络最大传输尺寸1518字节规范，同时提供网络的利用率。在具体实现上，厂商出于系统优化考虑，每个IP封装的MPEG包数目可能少于7个；或者，使用以太网超长封装格式（jumbo ）；或者，使用TCP传输方式。再次，新功能实现的差异。比较常见的是：点播业务的快进和快退实现方式；还有，直接在现有视频节目中插入其它节目，尤其广告插播。部分供应厂商允许不对视频流的计数器连续进行调整的情况下实现上述功能。这些不规范的实现都会导致测试仪器的误判。最后，新的网络纠错方式。在IPTV部署中，设备供应商意识到IP网络存在线路可靠性问题。因此，新的IPTV架构中加入了网络纠错的功能：TCP方式传输；微软的MSTV，思科的VQE，UT的切片方式，还有其它FEC的方法。这些方法提高了IPTV的网络容错能力，同时对视频质量的测试提出新的要求。视频质量指标的适用性每个视频质量指标的开发都有其适用范围。上文介绍的IPTV体系的变化影响了视频质量指标的适用性。以下简单介绍与部分视频质量测试质量指标：TR 101-290， RFC 4445 MDI，其它综合测试指标（PSNR，BT.500）。TR 101-290这个指标是广泛使用的视频传输质量指标，它可以跨越不同的传输媒体：卫星，HFC，IP。它针对MPEG-2 TS传输的质量制定了三级告警。每层告警针对不同程度的视频传输问题： 第一级是严重的网络传输问题告警，对视频观看有明显的影响。比如，黑屏，严重马赛克；第二级是音视频解码问题，一定情况下会对视频观看效果有影响。比如，音视频不同步，频道切换速度。第三级是更严格的告警级别，主要针对高要求的视频传输。TR101-290本身没有针对特定传输媒体的测量方法，因为网络传输的故障将反映到第一级告警中。在跨媒体的视频传输系统中，运维人员可能无法直接从监测点的TR101-290第一级告警定位故障。 RFC4445 MDI （媒体传输质量指标）这个指标主要针对IP层传输视频流的视频质量指标，是主要IPTV测试的行业标准。该指标对IP有广泛的适用性。针对IPTV实现的多样性，厂家可以对RFC 4445 MDI进行灵活扩展。目前支持ISMA和MPEG-2 TS的应用。MDI同时具有良好的扩展性，能够在目前硬件芯片水平上达到同时监测上千路视频流的能力。 PSNR， BT.500， 其它综合评分的视频测试指标它们的提出主要是针对视频编码质量。因为PSNR和BT.500 具有复杂的算法，这两种测试指标仅仅被高端的视频测试仪所支持，主要用在视频编码器和编码效率的测试。硬件成本阻挡它们成为IPTV全网监测的候选指标。同时，一些测试厂商试图通过简化的方式提供综合视频测试指标。比如，将网络抖动，丢包，MPEG-2 不同类型帧的对播出效果的权重进行综合，提出类似MOS的评分机制。在应用中，这些测试指标会出现与实际机顶盒播放效果不一致的结果。比如，IP视频流的纠错机制往往是私有的实现。综合评分的视频测试指标需要对机顶盒的重传机制和视频错误纠正（ concealment ） 因素进行合理的调整。在极端的情况下综合视频测试指标会出现指标钝化现象。比如，一定数目的IP视频封包丢失是可以被机顶盒的纠错机制恢复的。但是综合指标读数将出现极低的数值，运维人员无法设置合理的告警门槛进行视频质量监测。调整综合视频测试指标将是复杂的过程，最后可能导致对算法的彻底调整。如何选择测量指标进行IPTV质量监测除了实施成本，选择IPTV的测量指标需要考虑以下问题：1）实时性：现有硬件平台能够实现实时的最大的视频流分析数目。虽然，一些硬件可以通过轮询的方式完成大量的视频流分析。但是考虑每路视频流分析需要的时间，实时性将是网络质量监测的一个挑战。比如，每路视频流最少需要15秒钟采样分析，那么在一个承载200路的视频流的节点上，一共需要 199 * 15 2985 秒（约50分钟）完成一个轮询周期。这样，对某一视频就存在50分钟的监测空隙。2）分辨率：在理想的情况下，测试指标都是正常的。但是，出现故障后测试指标的分辨率决定的告警门槛的设置。具有容错的IPTV架构中，轻微的视频问题是可以被纠正的。在这种情况下，测量指标不会因为少量的网络故障出现钝化现象。比如，1%丢包，3丢包，10丢包情况下，测量指标是否会出现钝化？还有视频流抖动变化是否反映到测量指标上？一个良好的测试指标需要提供清晰的故障因素判断。3）可靠性：不同的硬件平台实现影响着测试的可靠性。由于硬件的限制，测试结果可能在高吞吐量的情况下出现偏差。比如，900Mbps端口吞吐量情况下，是否能够正确进行视频质量分析。4）灵活性：如何适应不同的IPTV架构变化？视频测试指标算法的公开性和扩展性决定了运维人员理解测试指标对于的质量变化因素，使用测试指标进行故障判断。不同测试IPTV指标的比较 原始IP层测试 RFC4445 MDI TR101-290 综合视频测试指标(PSNR, BT.500等) 实现的目标 简单的IP原始数据分析 对IP视频传输进行质量分析 对MPEG-2 TS视频流质量进行分析 对最终观看质量进行评测 针对测试对象 通用IP设备，不针对特定业务，比如VoIP，IP视频 主要针对IP视频流进行分析。通过扩展，可以涵括语音业务 针对MPEG-2 TS视频流；忽略传输媒体层（比如，卫星，RF，IP） 针对的是视频编码器和编码算法；部分厂家修改开发特定算法针对IPTV业务 监测设备实现的难度 简单 中等 根据实现的