CN101594552B - 网络传输对iptv业务质量损伤的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络传输对IPTV业务质量损伤的测试方法，该方法包括：从数据库中读取数据流，向待测传输网络发送视频数据；依据此数据报文在待测传输网络信道中进行测试，由此得到各个评测所需的参数；依据已经得到的各个参数，根据给出的评测方法，得出最终的评价结果等步骤。本发明是结合网络层面传输参数和参数化模型来提供IPTV业务的视频质量，可应用于各类有线或无线接入网络，基于各种可能的传输情况，对IPTV实时流的视频质量进行测试。

Description

网络传输对IPTV业务质量损伤的测试方法

技术领域

本发明涉及网络电视技术领域，具体地说是一种通过测量网络指标和利用参数化模型来实时测试IPTV业务视频损伤质量的方法。

背景技术

IPTV实现了宽带和电视娱乐的融合，成为业界关注的焦点，已经引起了全球的电信运营商、有线电视运营商、内容集成商、服务提供商、设备商、增值内容开发商及政策法规制定者的广泛关注。市场上，优酷、PPStream、PPlive等IPTV设备倍受大众喜爱。随着通讯与多媒体技术的高速发展，人们对IPTV的服务质量抱有更高的期待。使得人们逐渐开始对手机电视，随机多媒体点播，以及高清电视等应用抱有更高的期待。各类新兴技术的出现对现有的宽带接入技术提出了更高的要求。各信息服务提供商也在酝酿更高速的宽带接入方式来满足日益增长的下一代宽带市场需求，如光纤到户、B3G以及4G技术等。

各类宽带接入方式的研制带来了一个新的问题，如何有效的测量各种接入技术所提供的视频业务支撑能力。具体的例子如：3G网络的LTE阶段，其数据接入业务能否有效支撑IP网络电视业务的需求？而随着带宽的增加，是否就意味着网络能为用户提供清晰稳定的视频业务了呢？如何构建相关测试环境进行有效测试？由于此类问题直接关系到新型网络的优越性、实用性以及其重大革新意义的展现，因此相关工作已经是刻不容缓。

对IPTV的网络传输损伤测试中，目前的工作存在一些不足：1)对于IPTV视频质量的测量，普遍采用的是多媒体分析层次的角度，比较源视频和播放时视频的差异来给出IPTV的视频质量。这类方法缺乏实时性，并且不具备部署实践的可行性。因而比较公认的方法是采用参数化模型评价体系，实时测量网络当前状况，分析网络变换对视频造成的变化。2)针对网络状况条件的测试，测试多集中于网络的较低层次，如数据链路层，物理层等。相应的测试指标多为吞吐率(throughput)，丢包率(packet loss rate)以及延迟(delay)等等。这类参数的一大缺陷在于，同网络高层的应用性能并没有直接相关性。譬如带宽极大的网络并不见得可以提供足够小的延迟来支持IPTV业务。因此专门针对IPTV应用的测试显得尤其必要。3)缺乏较为完备的视频流数据库使得不能较为客观和全面对各类IPTV业务做测量。如采用不同编码方式的视频流其特征是各不相同的，而且视频内容对流量的特性也会产生变化，现有的测试不涉及这种代表性的研究，而是基于特例的测试，给予某一种视频流状况下的网络承载能力，这就需要综合和分类各种影响流量特性的视频，建立数据库，从而比较全面地测量网络对IPTV应用造成的影响。

发明内容

本发明的主要目的是针对已有的IPTV视频质量测试方案中存在的问题，提出了在实时性的网络条件下，一种测量IPTV视频综合质量的方法，该方法采用重放当前具有代表性的IPTV应用数据流的方式，建立一个比较全面的涵盖各类视频特征的视频流量数据库，从而较为有效地反映测试设备和测试系统所承载数据流量的真实性；采用自身设计的基于标准有所改进的模型，设计测试用例，选取测试参数，实时地测量各项网络参数，最终有效的综合地测量待测网络承载IPTV应用的性能。

本发明中需要解决的关键问题是，找出具有代表性的IPTV应用业务的数据流，建立比较全面涵盖各类视频特征的视频流数据库。结合有效的参数化模型，设计IPTV应用的评价方案，测试用例，选取测试参数。为达到以上目的，本系统主要由两大部分：1)IPTV视频数据流净化和处理，以及数据库建设。2)IPTV应用实时测试模块。具体步骤如下：

a、采集IPTV视频数据，建立基于IP网络流回放文件的数据库

①、IPTV业务流数据采集环境的建立

该环境包括报文采集计算机、交换机、IPTV媒体服务系统及视频采集源；其中IPTV媒体服务系统至少包括服务器和客户端各一台，所述交换机分别与报文采集计算机、IPTV客户端及IPTV服务器和连接，视频采集源连接IPTV服务器；视频采集源使用摄像机、卫星电视，数字地面电视或网络媒体视频；IPTV媒体服务系统使用VLC软件。

②、收集IPTV视频数据

对IPTV视频分类，采集具有代表性的视频数据，并记录下各个视频数据。

③、建立基于IP网络流回放文件的数据库

数据库中保存的是IPTV网络报文流量，是视频流内容封装到IP报文以后的流量回放文件，去除非视频流的干扰报文，并将流量回放文件添加进数据库，形成基于IP网络流回放文件的数据库。

b、针对传输网络环境进行测试

测试在网络的应用层进行，得到评测所需的变量参数即端对端语言数据包丢包率-Ppl_s。

丢包率的测试方法如下：

①初始化：定位用户选用测试IPTV节目的数据文件，依次读取数据流特征设定数据格式；设定需要传输的数据包的数目M，设定数据包计数器n，k。

②源测试设备依次读取流量数据，并生成所有的待传输的数据包(按约定大小为基本单位)，接收方清空缓冲区。

③发送方从连续应用层获取待发送数据，按照当前待测网络规定帧大小所对应的最大帧速开始发送数据。

④接收方统计接收到的数据包数目n，计算丢包率L[k]＝(M-n)×100％/M。

⑤如果丢包率≠0，k＝k+1，发送方按照(1-0.1×k)×当前最大帧速的速度发送数据，返回4。

c、通过评测得出测试结果

使用在ITU-T.G.1070模型基础之上改进的视频质量模型，依据参数化模型，输入网络状况参数就可以实时有效的给出视频MOS模型评分。

所述对IPTV视频分类、采集具有代表性视频数据的方法包括：

i、将采集的视频文件按制式分类为1080i、720i、576i和480i四种；按视频内容分别采集涵盖动作类、体育类、新闻类、生活场景类和综艺节目类五类部分的视频数据存储到数据库，每种内容的视频片段持续30分钟到一个小时之间；除了文件制式和视频内容外，还需要采集具有不同的视频编解码视频媒体流，采用MPEG-2，MPEG-4 AVC，H.264以及AVS四种方式；除此以外，要能够充分代表各类IPTV的视频流特性，考虑收集以上各个分类的尽量多的组合情况。

ii、IPTV网络流媒体使用组播的RTP+TS协议；IP报文数据和视频数据的内容关系是：IP报文＝IP头部+RTP头部+各段TS标志+视频内容。

国际电信联盟(ITU)G.1070协议了一种针对电话视频比较有效的视频质量评测方法，给出MOS分值。我们在此基础之上，使用简化改进的视频质量模型，这是一个无参考模型，只需输入网络状况参数就可以实时有效的给出MOS评分。

视频MOS模型算法包括：

第一步我们计算待测网络的IPTV业务得分，计算式如下：

$V_q=1+I_{\mathrm{coding}}\exp (-\frac{P_{\mathrm{plv}}}{C_{\mathrm{PplV}}})$

这里的I_coding代表的是由于视频分辨率属性和编解码造成质量的下降，该值的范围为1-5之间。1分最差，5分最好。

P_plv——端对端语言数据包丢包率。

表示视频容错能力，这个参数和编解码属性、每秒钟的帧速率和视频流速率都有关系。

最后Vq就是我们需要测试出来的视频质量值，是阈值范围1-5分的MOS值。

本发明区别于已有测试方法，是结合网络层面传输参数和参数化模型来提供IPTV业务的视频质量，而不是简单的通过测试指标反应网络状况，也不是非实时地依据媒体层次的分析对比来反映视频的损伤。本发明还可应用于各类有线或无线接入网络，基于各种可能的传输情况，对IPTV实时流的视频质量进行测试，为各种网络接入设备、通讯系统提供一个测量IPTV承载能力的测试系统。

附图说明

图1为本发明的流程图

图2为本发明物理体系构架和网络协议层面示意图

图3为本本发明IPTV业务流数据采集环境拓扑图

具体实现方式

参阅图2，本发明的视频数据库80是围绕采集卫星电视节目、数字高清节目、制作或下载数字视频节目展开的。

参阅图3，是本发明中的IPTV业务流数据采集环境，其中部件100是视频服务器HP DL385G5系列服务器；部件110是IPTV客户端，使用的是DELLOptiplex 755系列PC机；视频服务的提供使用的是VLC 0.8f软件提供组播IPTV业务服务；部件120是HP procurve 1800-24G千兆交换机；部件130是视频流量采集器(sniffer)，是DELL Optiplex 755系列PC机使用的wireshark软件。部件90涉及视频源采集设备可以是图2所示的各类方式之一，这里列举使用Sony HDR-SR10E高清数码摄像机。

参阅图1，对本发明的流程进行说明：测试过程由三部分构成：首先由部件10负责从数据库中读取数据流，向待测传输网络发送视频数据；部件20依据此数据报文在待测传输网络信道中进行测试，由此可以得到各个评测所需的参数；部件30依据已经得到的各个参数，依据给出的评测方法，得出最终的评测结果。部件10允许通过从一个特征数据流切换到另外一个数据流的方式实现节目的切换，从而实施针对另一个节目的测试。而在实际测试中，部件10装载在测试发起计算机上，部件20则是待测传输网络，而部件30则在测试接收计算机上。

图3中的采集过程，使用RTP协议组播发送TS流的形式。

图1中数据流生成部件10通过回放数据库视频数据的方式生成IPTV真实数据，并送往待测传输网络系统。

图1中特定网络环境测试部件20则是测试的实际控制部件，其主要负责是承载：将部件10产生的数据流投递到待测传输网络环境。

图1中评测部件30负责接受从部件20发送过来的数据流，并计算相关测试参数丢包率，然后配合前文已述的评价方法，通过计算得到待测网络环境对IPTV业务的支撑能力。这个评价最终反映为MOS分形式。

图2对我们采用测试的具体构架和所处网络协议层面进行了描述，其终端测试设备为部件40和70，待测传输网络系统的两个接口端为部件50和60。

一次测试可以由端测试部件40发起，作为测试程序，观测点位于测试部件40的应用层，系统可以在这个层次方便地为用户提供可观测的测试结果。而测试数据则是通过实际的互联网底层进行传送的，传送的数据由部件50接收，然后部件50再依据其待测信道的传输方式，通过有线或无线传输的方式完成测试数据的传输，部件60接收到50送出的数据以后，再转发给另一侧的端测试部件70，部件70同样在应用层上可以进行观测，从而有效的获得最后的测试结果。

Claims (3)

1.一种网络传输对IPTV业务质量损伤的测试方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：

a、采集IPTV视频数据，建立基于IP网络流回放文件的数据库

①、IPTV业务流数据采集环境的建立

该环境包括报文采集计算机、交换机、IPTV媒体服务系统及视频采集源；其中IPTV媒体服务系统至少包括服务器和客户端各一台，所述交换机分别与报文采集计算机、IPTV客户端及IPTV服务器连接，视频采集源连接IPTV服务器；视频采集源使用摄像机、卫星电视，数字地面电视或网络媒体视频；IPTV媒体服务系统使用VLC软件；

②、收集IPTV视频数据

对IPTV视频分类，采集具有代表性的视频数据，并记录下各个视频数据；

③、建立基于IP网络流回放文件的数据库

将数据库中保存的IPTV网络报文流量中的视频流内容封装到IP报文以后的流量回放文件，去除非视频流的干扰报文，并将流量回放文件添加进数据库，形成基于IP网络流回放文件的数据库；

b、针对传输网络环境进行测试

测试在网络的应用层进行，得到评测所需的变量参数即端对端语言数据包丢包率；

丢包率的测试方法包括：

①初始化：定位用户选用测试IPTV节目的数据文件，依次读取数据流特征设定数据格式；设定需要传输的数据包的数目M，设定数据包计数器n，k；

②源测试设备依次读取流量数据，并生成所有的待传输的数据包按约定大小为基本单位，接收方清空缓冲区；

③发送方从连续应用层获取待发送数据，按照当前待测网络规定帧大小所对应的最大帧速开始发送数据；

④接收方统计接收到的数据包数目n，计算丢包率L[k]＝(M-n)×100％/M；

⑤如果丢包率≠0，k＝k+1，发送方按照(1-0.1×k)×当前最大帧速的速度发送数据，返回④；

c、通过评测得出测试结果

使用在ITU-T.G.1070模型基础之上改进的视频质量模型，依据参数化模型，输入网络状况参数实时有效的给出视频MOS模型评分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述对IPTV视频分类、采集具有代表性视频数据的步骤包括：

i、将采集的视频文件按制式分类为1080i、720i、576i和480i四种；按视频内容分别采集涵盖动作类、体育类、新闻类、生活场景类和综艺节目类五类部分的视频数据存储到数据库，每种内容的视频片段持续30分钟到一个小时之间；除了文件制式和视频内容外，还需要采集具有不同的视频编解码视频媒体流，采用MPEG-2，MPEG-4AVC，H.264以及AVS四种方式；除此以外，要能够充分代表各类IPTV的视频流特性，考虑收集以上各个分类的尽量多的组合情况；

ii、IPTV网络流媒体使用组播的RTP+TS协议；IP报文数据和视频数据的内容关系是：IP报文＝IP头部+RTP头部+各段TS标志+视频内容；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述视频MOS模型评分的计算方法包括：

i、模型涉及编解码损伤因子和容错能力因子，对于相同一种编解码和制式测试方案我们将这两个因子视为常量；

ii、不同的编解码情形下，测量该常量方法为ITU-T G.1070附录1的主观MOS值，回代解方程的方法；

iii、MOS值的范围为1-5之间；1分最差，5分最好。

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