一. IP電視的特點
IP電視采用的是高效視頻壓縮技術,786Kb/s視頻流傳輸帶寬時其收視效果便能接近DVD水平。 根據用戶選擇,IP電視可以采用不同壓縮比,制作適應不同帶寬的節目內容。它既可以采用廣播(直播)形式,也可以采用點播形式。IP電視能提供數字電視節目、可視IP電話、DVD/VCD播放、互聯網游覽、電子郵件,以及多種在線信息咨詢、娛樂(例如游戲)、教育及商務功能(例如視頻會議)等多種多媒體服務功能。
IPTV業務的特點及具有的功能對于廣電行業的影響如同當初IP電話對固網業務量的沖擊,運營商不能因為IP電話業務對固定電話業務的替代就不去發展它。作為廣播電視的主管部門——國家廣播電影電視總局采取積極的、有效的管理和監督措施,將不利因素變為有利因素,爭取在IPTV業務的發展過程中占據重要地位。
二. IPTV的傳輸服務質量及檢測
IPTV作為一種新興的技術將會在未來的幾年里被迅速的推廣和使用,作為營運商以及廣電總局的監管部門來說,如何保證節目傳輸質量以及如何進行信號測試以及測試的指標等方面都給我們提出了新的問題。由于傳輸通道的(IP網絡、路由)特殊性以及接收設備(IP機頂盒)的特殊性,我們在信號檢測以及服務質量檢測方面需要使用與傳統廣播包括現在使用的DVB數字廣播完全不同的方式和方法。以下我們將逐一討論Video Over IP的一些指標性的問題。
三. Video over IP的監測方法和指標
MPEG視頻流打包后通過以太網絡傳輸的過程中會發生抖動的時序失真。Video over IP的進行技術監測關鍵就是測量和測試網絡抖動以及丟包的情況。我們采用稱為MDI(Media Delivery Index)測量指標來進行測試和測量。MDI適用于通過網絡傳輸的任何一種傳輸流,并且可以用于對Video Over IP系統的錯損監測和報警。
1.時序失真產生的原因
MPEG視頻傳輸流通過以太網打包以及網絡交換時,都會有一定的時序上的失真。這些失真是由于目標包的時序與發送時源的時序不同造成的。包在網絡中的延時如圖1所示,有一些包到達的時候比它們在傳輸前的延時要短,類似圖中的第一組包;而另外的一些包到達的時候比它們在傳輸前的延時要長,類似圖中的第二組包的情況。通過與理想狀態下包的時序情況的對比,就可以定義包的抖動情況(理想的包到達時間與實際到達時間的時間差)。
2.時序失真產生的影響和解決辦法
對于接收機(IP解碼器)來說要以正常碼流速率來顯示出視頻圖像就必須通過緩沖區來調節輸入的速率時序的變化,而緩沖區需要足夠的大小來存儲接收到的數據并且可以確保接收機在播出視頻圖像的時候已經將延時過長的數據包存儲起來了。這在系統設計上是矛盾的,一方面要求有足夠的內存緩沖來處理所有的網絡延時,另外一方面過大的內存緩沖區又會造成視頻播放時的更大的延遲。對于一個固定大小的緩沖區來說,調節網絡抖動一個最大值就會是確定的。無論是緩沖區溢出或者緩沖區被上載的時候都會造成視頻圖像的暫停或者圖像質量的下降。
網絡路由器同樣也使用緩沖區來解決由于多路的數據流同時輸入而同一個輸出端口造成時序失真。必須對緩沖區(緩沖隊列)的大小進行合理控制以防止網絡堵塞,網絡堵塞往往是由于路由器的流量過大或者也許是因為輸入端口不同的連接速率所造成的。有些路由器運用實時測量數據包的方法來實現QOS(Quality Of Service),路由器使用緩沖區來控制一些數據包的到來實現QOS數據包傳輸規范,但是如果緩沖區溢出,這些數據包就會丟失。電磁環境噪音也有可能造成數據包的毀壞而導致數據包丟失。很小的丟包率就會導致視頻數據的嚴重錯損。
3. MDI的組成
MDI由兩個部分組成:DF和MLR,其中;(DF)延遲參數;(MLR)媒體丟失率。
DF是指對于每一個數據包在測試點被顯示或者記錄到達時間的間隔的計算值。該計算值以1秒鐘為單位。每測到一個間隔的結束,DF值都會被刷新顯示出來。用一個虛擬的緩沖區的大小以變量X表示:
X=|收到的字節數-流出的字節數|
則可以得到,
DF=[Max(X)-Min(X)]/傳輸帶寬
傳輸帶寬是以字節/秒為單位;Max(X)和Min(X)是指測量到的最大和最小間隔時間。
被捕捉并顯示出來的最大的Max(X)-Min(X)差值就是在整個測量時間段中最大和最小間隔的差值。測量時間段可以是對于指定的網絡活動進行的幾秒鐘的測量,也可以是任意長時間的長期檢測。
MLR=(理想中應該接受到的數據包的數量-實際接受到的數據包的數量)/以秒為單位的間隔時間,MLR的結果實際上就是每秒丟失的數據包的數量。
4. 關于DF指標的討論
接受到的字節數減去流出的字節數可以顯示出的一個需要在測試點保持的虛擬緩沖區的大小和時間。這個值除以傳輸帶寬時,結果就應該是一個虛擬緩沖區的內容全部流出的時間;傳輸帶寬越高的,緩沖區全部流空的時間也就越短。要得到在測試的時間段里面(Max-Min)的最大值,計算時沖時間時還要消除丟包的影響。通過計算得到的在一個間隔里面所遇到的顯示出DF最大值表現出了測試時在測試點的網絡性能的最差的情況。我們可以通過記錄DF值來發現各種潛在的使網絡系統的性能降低的錯誤,還可以幫助我們計算出為了防止數據包丟失而需要提供多少備份帶寬的比例。
要想讓緩沖區可以高效率平滑數據包提早到達時間或者延遲到達時間,緩沖區必須在視頻播放之前(數據流出之前)被填充好,因為在數據流出的時候如果緩沖區被清空而新的數據沒有過進來就會形成瞬間的數據中斷,而這種情況是不允許的。DF值可以顯示出在該帶寬的傳輸速率下流空緩沖區的時間。足夠大的緩沖區可以消除網絡抖動,但是會造成過大的延遲。
如果DF的值間歇性的變大,說明了流出速率和填充速率不一樣(或快或慢)看起來就好像是視頻信號源出現間歇性的中斷。
5. 關于MLR指標的討論
在一段時間內捕捉,顯示和記錄MLR的最大值可以在這一段時間里面出現的最大的網絡誤差。緩沖區溢出造成的數據包丟包現象可以表明網絡的阻塞的情況,或者是由于本地電氣噪音干擾造成的間歇性的錯誤,在這種情況下MLR的值會不斷地跳變。而如果MLR保持一個恒定的值,但是網絡負載卻不高的話則表明是服務器或者是信號源的問題。
6.MDI的用途
MDI可以用于安裝,調試或者評估一個視頻網絡的質量:
⑴ 通過測量MLR可以確認、定位并跟蹤網絡的丟包狀況;
⑵ 使用DF參數可以確認、定位并且跟蹤網絡的抖動情;
⑶ 實時監測DF和MLR參數并設定域值可以實時報告出網絡中諸如服務器故障、網絡配置問題或者通訊錯誤等問題。
域值的設定需要根據網絡中的服務器設備、解碼設備,以及對網絡質量的要求不同來具體設定。
7.其他的測量手段
除了MDI指標,在網絡監測、故障診斷和系統配置的時候我們還需要一些其他的測量參數:
⑴ NU,(網絡利用率Network Utilization)通過全面跟蹤瞬間的、最大和最小的網絡利用率能夠交驗網絡中是否有足夠的空閑的帶寬來傳輸視頻流。網絡設備的NU值過高說明了網絡的中隊列阻塞的情況。DF值則是給出了一個已知的數據流的網絡擁堵情況。
⑵ IFR(瞬間流動率、瞬間帶寬 Instantaneous Flow Rate),通過測量IFR的值可以發現網絡傳輸質量變化的過程
⑶ AR平均帶寬(Average Rate),這個測試可以反映出在一段測試時間里面網絡的傳輸帶寬是否和設定的帶寬相同。AR就是一段時間內IFR的平均值
⑷ SU流利用率(Stream Utilization)以百分比的方式來顯示有多少可用的網絡帶寬用于視頻流的傳輸。
MDI可以被用于精確測量和監測影響視頻傳輸質量的網絡抖動和延遲。MDI監測可以準確的反映同時傳輸的大量并發的數據流的質量,更可以提供比主觀觀測更加精確的測量結果。使用MDI更進一步可以幫助網絡管理員提供網絡容量的預警,并提示網絡管理員在錯誤出現之前就可以對將要出現的錯誤采取正確的措施。