HTTP ABR 視頻傳輸質(zhì)量測(cè)量說明

一、前言

HTTP ABR (Adaptive Bit Rate)是目前最熱門的OTT (Over-The-Top)傳輸技術(shù)，典型的有Apple HLS (HTTP Live Streaming)、Microsoft Smooth Streaming、Adobe Zeri Streaming和DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)。

HTTP ABR是以HTTP/TCP協(xié)議進(jìn)行無損傳輸，且會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬自動(dòng)調(diào)整視頻碼率的視頻技術(shù)，與傳統(tǒng)的UDP承載或廣電廣播網(wǎng)絡(luò)承載的有損傳輸視頻業(yè)務(wù)有很大區(qū)別。在網(wǎng)絡(luò)性能變化，如路由器擁塞丟包時(shí)，傳統(tǒng)的MOS-V等圖像質(zhì)量指標(biāo)對(duì)于HTTP ABR卻保持不變，失去了指標(biāo)的意義。因此HTTP ABR業(yè)務(wù)需要全新的一套測(cè)量體系來進(jìn)行視頻傳輸質(zhì)量測(cè)量。Spirent針對(duì)該業(yè)務(wù)所設(shè)計(jì)的以AS Score為代表的一套指標(biāo)體系已成為該業(yè)務(wù)測(cè)量的新標(biāo)桿，并即將成為IETF標(biāo)準(zhǔn)。

二、為什么傳統(tǒng)的IPTV視頻質(zhì)量分析方法不適用于HTTP ABR業(yè)務(wù)？

有損傳輸?shù)囊曨l與HTTP ABR視頻對(duì)比

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻IPTV業(yè)務(wù)主要是基于UDP承載視頻流的，UDP承載的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，但出現(xiàn)丟包則不會(huì)重傳，抖動(dòng)和時(shí)延過大的包會(huì)被丟棄，對(duì)視頻流而言是一種有損傳輸。所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)損傷出現(xiàn)時(shí)，解碼后視頻質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)劣化，導(dǎo)致馬賽克、圖像模糊等問題，見下圖1。



　　圖1、UDP承載視頻流出現(xiàn)馬賽克和圖像模糊

HTTP ABR視頻業(yè)務(wù)是基于TCP承載視頻流的，TCP承載的特點(diǎn)是可靠連接，無損傳輸。丟包后會(huì)進(jìn)行重傳，抖動(dòng)和延時(shí)會(huì)被客戶端的下載緩沖所消化，一般情況下客戶不會(huì)感知。只有緩沖區(qū)的視頻播放完又沒有及時(shí)下載到新的視頻片段時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)畫面等待并緩沖，見下圖2。


　　
　　圖2、TCP承載視頻流

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量分析指標(biāo)是針對(duì)視頻畫面損傷時(shí)對(duì)視頻質(zhì)量評(píng)估的，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)性能劣化，例如有路由器出現(xiàn)擁塞導(dǎo)致丟包時(shí)，HTTP承載的視頻業(yè)務(wù)是不會(huì)丟失媒體包的，畫面質(zhì)量跟發(fā)送端是完全一致的，那原有的一些分析指標(biāo)是否還適用呢？

有損傳輸?shù)囊曨l質(zhì)量常用測(cè)量指標(biāo)是否適用HTTP ABR業(yè)務(wù)？

基于UDP的IPTV視頻業(yè)務(wù)，或廣電廣播網(wǎng)絡(luò)的視頻業(yè)務(wù)常用于衡量視頻質(zhì)量的指標(biāo)常用有如下幾種，Spirent VQA視頻質(zhì)量測(cè)量方案均已支持：

MOS-V

MOS-V原本是指通過觀測(cè)者人眼觀察視頻質(zhì)量，進(jìn)行主觀1-5分的打分，參見ITU-T P.910（04/2008）。目前廣泛在視頻質(zhì)量測(cè)試中所使用的MOS-V指標(biāo)，即通過算法分析客戶端所收到的視頻編碼、幀率、丟包分布、以及圖像組結(jié)構(gòu)等，通過算法換算得出等效于人眼主觀評(píng)價(jià)測(cè)量的MOS-V得分。

MOS-V適用于HTTP ABR業(yè)務(wù)嗎？

只適用于進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻編碼階段，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸則失去意義。

如前所分析的，ABR業(yè)務(wù)采用TCP無損傳輸，已編好碼的視頻流（如H.264碼流）進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)（如CDN）后，發(fā)送端發(fā)出的媒體片段和接收端收到的片段是完全一致的。傳輸過程中TCP丟包會(huì)重傳，對(duì)于視頻流而言即不存在丟包，所以MOS算法所計(jì)算的丟包分布是無意義的。即在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層面的丟包時(shí)，對(duì)于TCP承載的視頻業(yè)務(wù)而言，MOS值是不會(huì)改變的。

所以MOS在ABR業(yè)務(wù)中，充其量只能適用于視頻發(fā)送前進(jìn)行視頻編碼的階段，即做初步的編碼器編碼質(zhì)量對(duì)比。

在某些特殊場(chǎng)合，在傳輸網(wǎng)絡(luò)中有實(shí)時(shí)視頻轉(zhuǎn)碼的網(wǎng)元情況下，MOS也可用于單獨(dú)衡量轉(zhuǎn)碼設(shè)備的編碼質(zhì)量。但對(duì)于HTTP ABR業(yè)務(wù)而言，本身就具備提供多種不同的碼率碼流，適應(yīng)不同的用戶情況，客戶端自動(dòng)選擇下載碼率，在網(wǎng)絡(luò)上再做實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼并不經(jīng)濟(jì)，所以該場(chǎng)景在HTTP ABR業(yè)務(wù)中并不常見。

要特別指出的是，視頻傳輸質(zhì)量測(cè)量目的是以儀表模擬大量用戶訪問，衡量網(wǎng)絡(luò)在大流量情況下的服務(wù)質(zhì)量。而編碼質(zhì)量則取決于編碼算法，與用戶量或網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是無關(guān)的。例如VOD業(yè)務(wù)，它是編碼軟件離線編碼后，把文件以非實(shí)時(shí)的方式送入網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（如CDN），再由網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)的。

關(guān)鍵是，對(duì)于運(yùn)營(yíng)者最關(guān)心的傳輸網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)網(wǎng)元的服務(wù)質(zhì)量，例如出現(xiàn)丟包、抖動(dòng)、延時(shí)等，由于不存在視頻損傷，MOS指標(biāo)保持不變。即網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變化，用戶感知發(fā)生變化時(shí)，MOS指標(biāo)無法反應(yīng)，失去了指標(biāo)的意義。

MDI

MDI:DF延遲因素指標(biāo)，指示被測(cè)試視頻流的延遲和抖動(dòng)狀況。DF單位是ms。DF將視頻流抖動(dòng)的變化換算為對(duì)視頻傳輸和解碼設(shè)備緩沖的需求。

MDI:MLR媒體丟包率指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中每秒媒體包丟失數(shù)，指示媒體包丟失情況。

MDI適用于HTTP ABR業(yè)務(wù)嗎？

完全不適用。

MDI:DF本意是為了指示對(duì)解碼設(shè)備緩沖的需求，特別是電視機(jī)頂盒的緩沖有限，緩沖時(shí)間通常是毫秒級(jí)的。而對(duì)于HTTP ABR業(yè)務(wù)而言解碼設(shè)備主要是PC和手機(jī)等智能終端，它是下載媒體片段的，終端本身就要求有容納大量文件的緩沖空間，緩沖時(shí)間起碼是分鐘級(jí)。MDI:DF指標(biāo)失去意義了。