CN101626506A - 一种视频码流的质量评估方法、装置及系统 - Google Patents

一种视频码流的质量评估方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式公开了一种视频码流的质量评估方法，包括：获取视频码流；获取所述视频帧的编码信息；根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估；根据单帧质量评估结果进行序列质量评估。本发明实施方式还提供一种视频码流的质量评估装置和系统，可准确预测信道中传输的视频数据包的质量，同时，可即时的获得视频帧的单帧质量评估结果。

Description

一种视频码流的质量评估方法、装置及系统
技术领域
本发明实施例涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种视频码流的质量评估方法、装置及系统。
背景技术
随着网络技术的不断发展，网络视频所引发的影视点播、网络电视及可视电话等业务已逐渐成为宽带网络的主要业务，因此，网络视频的服务质量好坏可直接影响上述业务的发展。
为了保证网络视频的服务质量，需对网络视频进行质量评估与监控，以便即时采取相应的措施进行调节和维护，以保证上述业务的正常运行。
在现在技术中，利用神经网络，通过视频码率、视频帧率、丢包率及帧内编码宏块数等参数来对网络视频质量进行评估。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：现有技术通过从统计的角度来分析视频码率和丢包率对视频质量的影响，然而，统计的方法会造成视频码率和丢包率的不准确，从而最终无法准确的评估视频质量，并且只能给出一个综合的序列评分，不能给出即时的视频帧的质量评估。
发明内容
本发明目的在于提供一种视频码流的视频质量评估方法、装置及系统，能够准确的评估网络视频的质量，并且可以获得即时的视频质量。
根据本发明的一方面，提供一种视频码流的质量评估方法，包括：
获取视频码流；
获取所述视频帧的编码信息；
根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估；
根据单帧质量评估结果进行序列质量评估。
根据本发明的另一方面，提供一种视频码流的质量评估装置，包括：
码流分析模块，用于从视频数据包中获取视频码流，并获取所述视频帧的编码信息；
单帧质量评估模块，用于根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估；
序列质量评估模块，用于根据单帧质量评估结果进行序列质量评估。
根据本发明的另一方面，提供一种视频码流的质量评估系统，包括：
质量评估装置，用于从视频数据包中获取视频码流以获取所述视频码流的视频帧的编码信息，并根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估，及根据单帧质量评估结果进行序列质量评估；
发送装置，用于发送所述质量评估装置的单帧质量评估结果或序列评估结果。
采用上述提供的质量评估方法、装置及系统，先通过获取视频帧的编码信息，并对视频帧的编码信息进行单帧序列质量评估并输出，最后对某一时间段内的帧进行序列质量评估并输出，从而可准确预测信道中传输的视频数据包的质量，同时，可即时的获得视频帧的单帧质量评估结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的视频码流的质量评估系统的应用环境图；
图2为本发明实施例的视频码流的质量评估系统的结构图；
图3为本发明实施例的视频码流的质量评估装置的结构图；
图4为本发明实施例的视频码流的质量评估方法的总体流程图；
图5为本发明实施例的视频码流的质量评估方法的具体流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的视频码流的质量评估系统的应用环境图。在本实施例中，原始的视频数据包经编码器1编码后，在网络中通过路由器2传输至解码器3进行解码后播放。图中的A点、B点及C点为传输路径上的三个不同支点，质量评估系统可应用在图中的A点、B点及C点的任何一个支点，在该支点获取已编码的视频码流，并通过对已获取的视频码流进行视频质量评估。
图2为本发明实施例的视频码流的质量评估系统10的结构图。在本实施例中，质量评估系统10包括质量评估装置20、发送装置30、显示装置40及存储装置50。质量评估装置20用于对已获取的视频数据包进行单帧质量评估及序列质量评估。发送装置30用于发送质量评估装置20的单帧质量评估结果或序列质量评估结果至显示装置40或存储装置50。显示装置40用于当需要显示评估后的视频质量时，显示发送装置30发送的单帧或序列质量评估。存储装置50用于当不需要显示评估后的视频质量时，储存发送装置30发送的单帧或序列质量评估。
图3为本发明实施例的视频码流的质量评估装置20的结构图。在本实施例中，质量评估装置20包括数据包获取模块200、数据包分析模块210、码流分析模块220、单帧质量评估模块230及序列质量评估模块240。
数据包获取模块200用于获取信道中传输的视频数据包。在本实施例中，该视频数据包可以为指定的视频业务的数据包，即可以为影视点播业务、网络电视业务及可视电话业务的数据包，在其它实施例中，也可以为运用到网络视频的业务的数据包。
数据包分析模块210用于分析数据包获取模块200所获取的视频数据包。在本实施例中，数据包分析模块210分析视频数据包的丢包信息，丢包信息包括有效的数据包和丢失的数据包，及标记丢失的数据包的标识。在本实施例中，数据包分析模块210的可通过公知技术来获得视频数据包的丢包信息的有效数据包和标记丢失的数据包，比如通过分析网络丢包、jitter丢包和缓存上溢导致的丢包来获得视频数据包的丢包信息。
码流分析模块210用于接收数据包分析模块210发送的视频数据包及丢包信息，从视频数据包中获取视频码流，及分析该视频码流以获得视频码流的视频帧的编码信息。在本实施例中，码流分析模块210通过根据视频数据包、丢包信息及视频压缩标准从视频数据包中获得视频码流，其中视频压缩标准为公知技术中的视频压缩标准，比如H.264及MPEG-4等。可通过公知技术根据视频数据包、丢包信息及视频压缩标准从视频数据包中获得视频码流。
在本实施例中，码流分析模块210还用于以GOP(Group Of Picture，一组连续的画面)的形式来分析视频码流的视频帧。在本实施例中，视频帧的编码信息包括视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数。视频帧的编码类型包括I帧、P帧及B帧。I帧是内部编码帧，P帧是前向预测帧，B帧是双向内插帧，其中，I帧是一个完整的画面，而P帧和B帧记录的是相对于I帧或者P帧的变化，即每一个I帧一般都有以I帧为参考的P帧和B帧，在本实施例中，所述的I帧，P帧，B帧并不仅仅对应现有视频标准中的定义，I帧可以是所有采用帧内编码模式的帧，P帧，B帧可以是所有采用帧间编码模式的帧。
码流分析模块210还用于以帧的形成将该码流中的视频帧的编码信息发送至单帧质量评估模块230，其中，该视频帧的编码信息可以无顺序的发送也可以有顺序的发送至单帧质量评估模块230。
单帧质量评估模块230用于接收码流分析模块220发送的视频帧的编码信息，并根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估。在本实施例中，单帧质量评估模块230还用于判断所接收的当前帧的编码信息的类型。当判断所接收的该帧的编码信息为I帧的编码信息，则评估该I帧的编码信息以得到该I帧的单帧质量评估结果。当判断所接收的该帧的编码信息为P帧或B帧的编码信息，先缓存该类型帧的编码信息，等到接收其参考帧的编码信息后，且分析完该参考帧的编码信息后，再分析以该参考帧为参考的P帧及B帧的编码信息。在本实施例中，该参考帧包括I帧、P帧、B帧，P帧可以以I帧或另一P帧作为参考帧，B帧可以以I帧或P帧或另一B帧作为参考帧。
在本实施例中，单帧质量评估模块230通过评估视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数来获得视频帧的单帧质量评估。单帧质量评估模块230可以通过公式Q＝(C1*R+C2)*L*C3*f(Qr)进行单帧质量评估，其中Q表示当前帧的单帧质量评估结果，R表示当前帧的编码码率，当当前帧为I帧时，C1和C2表示I帧对应的常数，当当前帧为P帧时，C1和C2表示P帧对应的常数，当当前帧为B帧时，C1和C2表示B帧对应的常数，L为序列的帧率参数，C3为序列的帧率参数的归一化系数，为常数，Qr表示当前帧所对应参考帧的单帧质量评估结果，f(Qr)是Qr的函数，当当前帧为I帧时f(Qr)＝1；当当前帧为非I帧时，当Qr＜＝预定的阈值T时，f(Qr)＝C4*(T-Qr)/T，C4为常数，当Qr＞T时，f(Qr)＝1。在其它实施例中，还可以通过包含参考编码类型、编码码率及序列的帧率参数的公式或由上述公式所变换的公式进行单帧质量评估。
单帧质量评估模块230还用于发送视频帧的单帧质量评估结果至序列质量评估模块240，并发送至发送装置30，通过发送装置30发送单帧质量评估结果至显示装置40以显示视频帧的单帧质量评估结果或存储装置40以储存视频帧的单帧质量评估结果。
序列质量评估模块240用于根据单帧质量评估模块230发送的视频帧的单帧质量评估结果进行序列质量评估。在本实施例中，序列质量评估模块240通过将任意时间段内的单帧质量评估结果求均值，将均值与所述时间段内的视频帧的单帧质量评估结果的差值求平方运算，确定视频帧的加权的权值，将所述权值和所述时间段内视频帧的单帧质量评估结果进行加权平均运算以获得所述时间段内的序列质量评估结果，上述过程可用以下公式表示：
Q S = Σ i = 1 i = n ( Q i , n * P ( i ) ) / Σ i = 1 i = n P ( i ) ;
P ( i ) = ( Q i , n - Q &OverBar; i , n ) 2 Q i , n - Q &OverBar; i , n < 0 1 Q i , n - Q &OverBar; i , n > = 0
其中，QS为该时间段内的帧序列的质量评估结果，Qi，n为第i个帧的单帧质量评估结果，Qi，n为该时间段内的单帧的平均单帧质量评估结果，n为该时间段内视频帧的数量。在其它实施例中，序列质量评估模块240还可以采用公知技术来获得序列质量评估结果。
序列质量评估模块240还用于将该时间段内的帧的序列的质量评估结果发送至发送装置30，并通过发送装置30发送序列的质量评估结果至显示装置40以显示该时间段内的视频帧的序列质量评估结果或存储装置40以储存该时间段内的视频帧的序列质量评估结果。
本发明实施例中提供的视频码流的质量评估系统与装置，先通过获取视频帧的编码信息，并对视频帧的编码信息进行单帧序列质量评估并输出，最后对某一时间段内的帧进行序列质量评估并输出，从而可准确预测信道中传输的视频数据包的质量，同时，可即时的获得视频帧的单帧质量评估结果，与某一时间段内的视频帧的序列质量评估结果。
图4为本发明实施例的视频码流的质量评估方法的总体流程图。在本实施例中，该质量评估方法应用在不利用解码象素的情况下，对视频码流进行质量评估。所述质量评估方法包括如下步骤：
步骤S300，从传输信道中获取视频数据包，并分析所获取的视频数据包的丢失信息。
步骤S302，从视频数据包中获取视频码流，分析该视频码流以获得视频码流的视频帧的编码信息。
步骤S304，根据视频码流的视频帧的编码信息进行单帧质量评估。
步骤S306，根据视频帧的单帧质量评估结果进行序列质量评估。
步骤S308，发送质量评估结果以显示或储存。在本实施例中，发送单帧质量评估结果或序列质量评估结果以显示或储存。
图5为本发明实施例的视频码流的质量评估方法的图4的具体流程图。
步骤S400，从传输信道中获取视频数据包。在本实施例中，该视频数据包可以为指定的视频业务的数据包，即可以为影视点播业务、网络电视业务及可视电话业务的数据包，在其它实施例中，也可以为运用到网络视频的业务的数据包。
步骤S402，分析所获取的视频数据包以获得该视频数据包的丢包信息。在本实施例中，丢包信息包括有效的数据包和丢失的数据包，及标记丢失的数据包的标识。
步骤S404，根据视频数据包、丢包信息及视频压缩标准从视频数据包中获得视频码流。
步骤S406，分析该视频码流以获得视频码流的视频帧的编码信息。在本实施例中，视频帧的编码信息包括视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数。视频帧的编码类型包括I帧、P帧及B帧。I帧是内部编码帧，P帧是前向预测帧，B帧是双向内插帧，其中，I帧是一个完整的画面，而P帧和B帧记录的是相对于I帧的变化，即每一个I帧一般都有以I帧为参考的P帧和B帧，在本实施例中，所述的I帧，P帧，B帧并不仅仅对应现有视频标准中的定义，I帧可以是所有采用帧内编码模式的帧，P帧，B帧可以是所有采用帧间编码模式的帧。
步骤S408，判断当前帧的编码信息的类型。在本实施例中，若判断当前帧的编码信息为I帧类型的编码信息，则进入步骤S410。若判断当前帧的编码信息的类型为P帧或B帧类型的编码信息，则进入步骤S414。
在步骤S410中，评估该I帧类型的当前帧的编码信息以得到该I帧的单帧质量评估结果，并进入步骤S412。在本实施例中，通过视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数对该帧进行单帧质量评估，可以通过公式Q＝(C1*R+C2)*L*C3进行单帧质量评估，其中Q表示当前帧的单帧质量评估结果，R表示当前帧的编码码率，当当前帧帧为I帧时，C1和C2表示I帧对应的常数，L为序列的帧率参数，C3为序列的帧率参数的归一化系数，且为常数。在其它实施例中，还可以通过包含参考编码类型、编码码率及序列的帧率参数的公式或由上述公式所变换的公式进行单帧质量评估。
在步骤S414中，缓存该P帧或B帧类型的当前帧的编码信息，并进入步骤S412。
步骤S412，评估以参考帧为参考的P帧及B帧的编码信息以分别得到P帧及B帧的单帧质量评估结果。在本实施例中，该参考帧包括为I帧、P帧、B帧，P帧可以以I帧或另一P帧作为参考帧，B帧可以以I帧或P帧或另一B帧作为参考帧。在本实施例中，当评估完所述I帧的单帧质量评估后，先评估以I帧为参考的当前P帧及当前B帧的编码信息以分别得到当前P帧及当前B帧的单帧质量评估结果，再评估以当前P帧为参考的另一P帧及另一B帧的编码信息以得到另一P帧及另一B帧的单帧质量评估结果，最后评估以当前B帧或该另一B帧为参考的非当前B帧及非该另一B帧的B帧的编码信息以得该B帧的单帧质量评估结果。
在本实施例中，通过公式Q＝(C1*R+C2)*L*C3*f(Qr)行单帧质量评估，其中Q表示当前帧的质量评估结果，R表示当前帧的编码码率，当当前帧帧为P帧时，C1和C2表示P帧对应的常数，当当前帧帧为B帧时，C1和C2表示B帧对应的常数，L为序列的帧率参数，C3为序列的帧率参数的归一化系数，且为常数，Qr表示当前帧所对应参考帧的单帧质量评估结果，f(Qr)是Qr的函数，当Qr＜＝预定的阈值T时，f(Qr)＝C4*(T-Qr)/T，C4为常数，当Qr＞T时，f(Qr)＝1。
在本实施例中，当执行完步骤S412后，同时进入步骤S416及步骤S418。
步骤S416，根据I帧、P帧及B帧的单帧质量评估结果进行序列质量评估。在本实施例中，通过以下公式对某一时间段内的所接收的视频帧的单帧质量评估结果进行帧的序列质量评估。
Q S = &Sigma; i = 1 i = n ( Q i , n * P ( i ) ) / &Sigma; i = 1 i = n P ( i ) ;
P ( i ) = ( Q i , n - Q &OverBar; i , n ) 2 Q i , n - Q &OverBar; i , n < 0 1 Q i , n - Q &OverBar; i , n > = 0
其中，QS为该时间段内的帧序列的质量评估结果，Qi，n为第i个帧的单帧质量评估结果，Qi，n为该时间段内的单帧的平均单帧质量评估结果，n为该时间段内帧的数量。执行步骤S416后，进入步骤S418。
步骤S418，发送质量评估结果以显示或储存。在本实施例中，若要显示该单帧或序列质量评估结果，则通过发送装置发送该单帧或序列质量评估结果至显示装置以显示视频帧的单帧质量评估结果或显示该时间段内的视频帧的序列质量评估结果；若不需要显示该单帧或序列评估结果，则通过发送装置发送该单帧或序列质量评估结果至存储装置以储存视频帧的单帧质量评估结果或储存该时间段内的视频帧的序列质量评估结果。
本发明实施例中提供的质量评估方法，在不利用解码象素的情况下，先通过获取视频帧的编码信息，并对视频帧的编码信息进行单帧序列质量评估并输出，最后对某一时间段内的帧进行序列质量评估并输出，从而可准确预测信道中传输的视频数据包的质量，同时，还可即时的获得视频帧的单帧质量评估结果，与某一时间段内的视频帧的序列质量评估结果。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (21)

1、一种视频码流的质量评估方法，其特征在于，包括：
获取视频码流；
获取所述视频码流的视频帧的编码信息；
根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估；
根据单帧质量评估结果进行序列质量评估。
2、根据权利要求1所述的质量评估方法，其特征在于，所述视频帧的编码信息包括视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数。
3、根据权利要求2所述的质量评估方法，其特征在于，所述单帧质量评估的步骤包括：
通过所述视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数对所述视频帧进行单帧质量评估，其中编码类型包括I帧、P帧及B帧。
4、根据权利要求3所述的质量评估方法，其特征在于，所述单帧质量评估的步骤包括：
判断当前所述视频帧的编码信息的类型；
若判断当前所述视频帧的编码信息为I帧类型的编码信息，则对所述当前所述视频帧进行单帧质量评估。
5、根据权利要求4所述的质量评估方法，其特征在于，所述单帧质量评估的步骤包括：
若判断当前所述视频帧的编码信息为P帧或B帧类型的编码信息，则缓存所述P帧或B帧类型的当前所述视频帧的编码信息；
当评估完所述P帧或B帧所参考的参考帧的单帧质量后，评估P帧或B帧以分别得到P帧或B帧的单帧质量评估结果。
6、根据权利要求1所述的质量评估方法，其特征在于，所述序列质量评估的步骤包括：
将任意时间段内的单帧质量评估结果求均值；
将均值与所述时间段内的视频帧的单帧质量评估结果的差值求平方运算，确定视频帧的加权的权值；
将所述时间段内的视频帧的单帧质量评估结果与所述权值进行加权平均运算，得到序列质量评估结果。
7、根据权利要求1所述的质量评估方法，其特征在于，还包括：
输出单帧或序列质量评估结果。
8、一种视频码流的质量评估装置，其特征在于，包括：
码流分析模块，用于从视频数据包中获取视频码流，并获取所述视频帧的编码信息；
单帧质量评估模块，用于根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估；
序列质量评估模块，用于根据单帧质量评估结果进行序列质量评估。
9、根据权利要求8所述的质量评估装置，其特征在于，所述视频帧的编码信息包括视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数。
10、根据权利要求9所述的质量评估装置，其特征在于，所述单帧质量评估模块还用于通过所述视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数对所述视频帧进行单帧质量评估，其中编码类型包括I帧、P帧及B帧。
11、根据权利要求10所述的质量评估装置，其特征在于，所述单帧质量评估模块还用于判断当前所述视频帧的编码信息的类型，当判断当前所述视频帧的编码信息的类型为I帧类型的编码信息时，对当前所述视频帧进行单帧质量评估。
12、根据权利要求11所述的质量评估装置，其特征在于，所述单帧质量评估模块还用于判断当前所述视频帧的编码信息为P帧或B帧类型的编码信息，缓存所述P帧或B帧类型的当前所述视频帧的编码信息，并当评估完所述P帧或B帧所参考的参考帧的单帧质量后，评估P帧或B帧以分别得到P帧或B帧的单帧质量评估结果。
13、根据权利要求8所述的质量评估装置，其特征在于，所述序列质量评估模块还用于将任意时间段内的单帧质量评估结果求均值，将均值与所述时间段内的视频帧的单帧质量评估结果的差值求平方运算，确定视频帧的加权的权值，将所述权值和所述时间段内视频帧的单帧质量评估结果进行加权平均运算。
14、根据权利要求8所述的质量评估装置，其特征在于，还包括：
数据包获取模块，用于获取信道中传输的视频数据包；
数据包分析模块，用于分析所获取的视频数据包的丢包信息，其中丢包信息包括有效的数据包和丢失的数据包，及标记丢失的数据包的标识。
15、根据权利要求14所述的质量评估装置，其特征在于，所述码流分析模块还用于通过根据所述视频数据包、所述丢包信息及视频压缩标准获得所述视频码流。
16、一种视频码流的质量评估系统，其特征在于，包括：
质量评估装置，用于从视频数据包中获取视频码流以获取所述视频码流的视频帧的编码信息，并根据所述视频帧的编码信息进行单帧质量评估，及根据单帧质量评估结果进行序列质量评估；
发送装置，用于发送所述质量评估装置的单帧质量评估结果或序列评估结果。
17、根据权利要求16所述的质量评估系统，其特征在于，所述视频帧的编码信息包括视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数。
18、根据权利要求17所述的质量评估系统，其特征在于，所述质量评估装置还用于通过所述视频帧的编码类型、编码码率及序列的帧率参数对所述视频帧进行单帧质量评估，其中编码类型包括I帧、P帧及B帧。
19、根据权利要求18所述的质量评估系统，其特征在于，所述质量评估装置还用于判断当前所述视频帧的编码信息的类型，当判断当前所述视频帧的编码信息的类型为I帧类型的编码信息时，对所述当前所述视频帧进行单帧质量评估。
20、根据权利要求19所述的质量评估系统，其特征在于，所述质量评估装置还用于判断当前所述视频帧的编码信息为P帧或B帧类型的编码信息，缓存所述P帧或B帧类型的当前所述视频帧的编码信息，并当评估完所述P帧或B帧所参考的参考帧的单帧质量后，评估P帧或B帧以分别得到P帧或B帧的单帧质量评估结果。
21、根据权利要求20所述的质量评估系统，其特征在于，还包括：
显示装置，用于显示所述传输装置发送的所述单帧质量评估结果或序列质量评估结果；
存储装置，用于缓存所述传输装置发送的所述单帧质量评估结果或所述序列质量评估结果。
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