IPTV質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)分析

1 IPTV業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

　　2010 年“三網(wǎng)融合”進入實質(zhì)性推動階段，運營商可以通過融合的基礎(chǔ)設(shè)施傳輸話音、視頻和數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)。IPTV作為三網(wǎng)融合中重量級業(yè)務(wù)，要達到大規(guī)模應(yīng)用需要有效的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障。消費者通常不會關(guān)注流量的優(yōu)先級和丟失的數(shù)據(jù)包，而在意IPTV 節(jié)目流暢顯示不出現(xiàn)視頻障礙。從這個角度看，用戶體驗質(zhì)量才是真正的關(guān)鍵所在。由于IPTV是電視類的媒體業(yè)務(wù)，用戶希望得到如同有線電視的服務(wù)水平，包括頻道切換速度、節(jié)目的圖像質(zhì)量、播放的流暢性等?，F(xiàn)有的寬帶業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測側(cè)重于數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的監(jiān)測，無法提供從用戶到媒體播放源之間端到端的監(jiān)測，無法直接反映用戶對IPTV 業(yè)務(wù)的主觀感受，因此不能滿足IPTV 質(zhì)量監(jiān)測的需求。

　　2 IPTV 質(zhì)量評價指標(biāo)

　　IPTV 用戶體驗質(zhì)量(QoE)是衡量IPTV 業(yè)務(wù)滿足用戶期望程度的指標(biāo)，它包括IPTV 系統(tǒng)端到端的影響因素(客戶端、終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)架構(gòu)等)，也受終端用戶的期望和主觀因素影響?？陀^因素即IPTV 業(yè)務(wù)質(zhì)量，它受業(yè)務(wù)因素、傳輸因素和應(yīng)用因素的影響，主觀因素是指人的因素，包括情感、背景、態(tài)度、經(jīng)驗及收費等因素，如圖1 所示。

　　圖1　IPTV用戶體驗質(zhì)量影響因素

　　IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量是指對IPTV用戶主觀感受產(chǎn)生影響的客觀性能指標(biāo)。DSL 論壇TR-126 報告的研究結(jié)果表明，對IPTV 用戶主觀感受( 視頻MOS 評分)產(chǎn)生影響的客觀性能指標(biāo)主要與視頻保真度(即視頻音頻質(zhì)量)和業(yè)務(wù)互動性相關(guān)。IPTV 業(yè)務(wù)由數(shù)據(jù)面和控制面共同完成，其中數(shù)據(jù)面影響視頻音頻質(zhì)量，控制面影響業(yè)務(wù)互動質(zhì)量。視頻音頻質(zhì)量主要有以下幾個方面：馬賽克、圖像模糊、邊緣失真、顫抖和視覺噪聲，音視頻不同步等。IPTV 用戶的數(shù)量增加、IPTV 業(yè)務(wù)網(wǎng)元負荷的增加以及其它業(yè)務(wù)流量同IPTV 相互爭奪有限的網(wǎng)絡(luò)資源，都會對IPTV數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的及時性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生重大影響。由此導(dǎo)致的傳輸層錯誤(包括數(shù)據(jù)包丟失和序列錯誤、延遲和抖動等)，會對視頻質(zhì)量造成各種有害的影響。業(yè)務(wù)互動質(zhì)量包括以下幾個方面：業(yè)務(wù)可用性，業(yè)務(wù)交互速度等。用戶互動質(zhì)量與IPTV 應(yīng)用的可靠性和傳輸網(wǎng)絡(luò)的及時性密切相關(guān)。

　　IPTV 質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是對IPTV 業(yè)務(wù)質(zhì)量指標(biāo)進行監(jiān)測的系統(tǒng)，如圖2 所示。圖中虛線框所包含部分為IPTV 質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測指標(biāo)，主要對業(yè)務(wù)總體質(zhì)量評價指標(biāo)和傳輸指標(biāo)進行監(jiān)測兩個層面進行監(jiān)測。IPTV業(yè)務(wù)總體質(zhì)量是業(yè)務(wù)因素、傳輸因素和應(yīng)用因素綜合影響的結(jié)果，其評價指標(biāo)可分為業(yè)務(wù)可用性評價指標(biāo)、業(yè)務(wù)互動性能評價指標(biāo)和業(yè)務(wù)使用性能評價指標(biāo)。傳輸質(zhì)量指標(biāo)主要是監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)傳輸時可能發(fā)生的丟包、時延和抖動等對用戶主觀感受的影響。媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)包括MPEG TS 健康指標(biāo)、媒體流傳送指標(biāo)MDI 和RTP、IP傳輸相關(guān)指標(biāo)。

　　圖2 IPTV質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)

　　2.1 業(yè)務(wù)總體質(zhì)量評價指標(biāo)

　　業(yè)務(wù)總體質(zhì)量可測量的指標(biāo)可分為三類：業(yè)務(wù)可用性指標(biāo)，業(yè)務(wù)互動性能指標(biāo)和業(yè)務(wù)使用性能指標(biāo)。等其中業(yè)務(wù)可用性指標(biāo)可由網(wǎng)絡(luò)認證的成功(失敗)率、業(yè)務(wù)認證的成功(失敗)率、加入組播組成功(失敗)率、視頻單播申請成功(失敗)率、HTTP 請求成功(失敗)率等指標(biāo)衡量;業(yè)務(wù)互動性能指標(biāo)可由單播業(yè)務(wù)響應(yīng)時間、頻道切換時間、Web 瀏覽反應(yīng)速度等指標(biāo)衡量;業(yè)務(wù)使用性能指標(biāo)包含視頻播放斷流次數(shù)等指標(biāo)。

　　2.2　傳輸質(zhì)量評價指標(biāo)

　　2.2.1　MPEG TS 健康指標(biāo)

　　IPTV 使用MPEG TS 傳輸碼流在IP 網(wǎng)絡(luò)上承載和傳送視頻基本流(ES)，TS 碼流中包含了各種用于視頻流解碼所必須的信息內(nèi)容。由于MPEG TS流的損傷會直接影響機頂盒的正常解碼和視頻質(zhì)量，因此TS流的健康狀況監(jiān)測對保障IPTV用戶體驗質(zhì)量十分重要。ETSITR101 290 標(biāo)準(zhǔn)對MPEG TS流的健康指標(biāo)進行了詳細的定義，需按ETSI TR101 290 標(biāo)準(zhǔn)對IPTV 上的MPEG TS 流進行的監(jiān)測。

　　2.2.2　媒體交付指標(biāo)(MDI)

　　為了反映IP 傳輸網(wǎng)損傷對IPTV 媒體質(zhì)量的影響，IETFRFC4445 標(biāo)準(zhǔn)定義了媒體交付指標(biāo)MDI( 也可叫做媒體流傳輸質(zhì)量指標(biāo))，MDI 直接面向媒體包進行測量。

　　在MDI 標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩個參數(shù)，即延遲系數(shù)(DF)和媒體丟包速率(MLR)。因此，通常MDI 由兩個數(shù)字顯示， 并用冒號隔開。例如：4.22:0.01(DF:MLR) 代表時延系數(shù)為4.22 毫秒，媒體丟包速率0.01包/ 秒。

　　延遲因素(DF)， 當(dāng)IP 數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，會被各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行排序、路由和轉(zhuǎn)發(fā)，以及網(wǎng)絡(luò)瞬時擁塞會導(dǎo)致數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)的時延變化，產(chǎn)生時延抖動。由于到達的IPTV 數(shù)據(jù)流的瞬時速率與機頂盒的處理速率不一致，那么數(shù)據(jù)包必須先在機頂盒中進行適當(dāng)?shù)木彌_后，然后在再以恒定的速率送至視頻解碼引擎。抖動越嚴重，需要消除抖動的緩沖器就越大。但是，采用較大緩沖器的代價是引入較大的延遲。另外，由于緩沖器的大小有限，過大的抖動會導(dǎo)致緩沖器上溢或下溢，從而導(dǎo)致媒體數(shù)據(jù)包的丟失，用戶看到的視頻就會時斷時續(xù)，并且圖像出現(xiàn)失真。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和解碼器的緩沖區(qū)容納的視頻內(nèi)容時間不小于被測視頻流DF讀數(shù)時，將不會出現(xiàn)視頻播放質(zhì)量的下降。因為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要分配不小于DF 值的緩沖用于平滑視頻流抖動，所以DF 的最大值為視頻內(nèi)容通過該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的最小延遲。