视频质量测试指标选择

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1、IneoQuest -视频质量测试指标选择（初稿）IneoQuest 公司 黎致斌alex.li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

2、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TR101-290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

3、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TR101-290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，I nternet 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，

4、 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

5、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 frame)；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

6、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-

7、290, RFC 4445 MDI，其 它综合测试指标(PSNR, BT.500)。TR101-290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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、 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 根据实现的级别，中等到复杂 复杂最大硬件同时分析视频流能力可以达到数千可以超越1000根据实现级别不同，最基本的 实现可以达到数百 100路以内算法的公开性 公开 公开 公开 部分公开对视频压缩标准的支持(MPEG-2, -4, H.264, AVS)仅仅IP层分析，不涉及MPEG层的分析 支持 MPEG-2 TS 和 ISMA 支持 MPEG-2 TS 不同测试指标有差别IneoQuest 公司和产品简介IneoQuest公

14、司于2001年在美国波士顿郊成立。其市场定位是为IP传输视频流应用提供模 拟发生，质量分析和长期监控的测试产品。经过多年的累积， IneoQuest 在全球的客户群包 括设备供应商，电信运营商，有线电视运营商。IneoQuest产品在同一硬件平台上提供IP视频系统的实验室测试，现场故障分析和长期监测 的完整解决方案。围绕与Cisco共同开发的RFC4445 MDI (媒体传输质量质量指标)测试为 产品核心，包括从10Mbps到10Gbps的视频测试硬件，以及端到端的视频质量监测系统。关 于 IneoQuest 的 产 品 规 格 和 IPTV 测 试 监 控 解 决 方 案 可 以 联 系 IneoQuest (Email: info)以及当地的代理商。