CN102143388B - Iptv用户体验质量评估装置及评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IPTV用户体验质量评估装置，其包括网络传输检测模块、视频编码检测模块和综合分析模块，所述的网络传输检测模块通过所述的视频编码检测模块连接所述的综合分析模块，所述的网络传输检测模块还具有视频流输入端。本发明还提供一种基于所述装置的实现IPTV用户体验质量评估方法，该方法在网络传输检测模块获得视频流后，检测视频流获得网络传输影响参数；然后视频编码检测模块检测视频流获得视频编码影响参数；最后，综合分析模块根据网络传输影响参数和视频编码影响参数计算出用户感官平均意见得分，以实现对于主观视频质量的评估，提供一种对于终端用户人眼视觉的视频质量评估装置及方法，有效完善目前的IPTV的QoE。

Description

IPTV用户体验质量评估装置及评估方法

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别涉及网络电视技术领域，具体是指一种IPTV用户体验质量评估装置及评估方法。

背景技术

很多电信业务中都提出业务质量(quality of service，QoS)要求及相关的QoS保障技术。在ITU-T E.800标准中，QoS被定义为“反映用户对业务使用满意程度的服务性能的综合效果”。对传统电信业务而言，QoS通常指网络性能，尤其是网络传输性能。

由于IPTV是一种电信业务中的上层应用的业务，传统的QoS无法满足对最终用户感受的评估，因此目前业界往往采用体验质量(quality of experience，QoE)来描述面向最终用户应用的业务质量。QoE在ITU-T P.10/G.100中被定义为“最终用户对使用的应用或业务的总体主观可接受程度”，可见QoE相比QoS更强调最终用户的业务使用感受。

IPTV的QoE如图1所示，应该同时包含主观评估质量和客观评估质量两部分内容，前者主要根据人眼视觉系统来评估视频质量，通过主观感受来评估体验质量；后者则可以定义各种客观指标，并采用相应的测试工具进行测量。目前，市场上还不具备能够有效应用于IPTV的主观质量评估装置，无法评估在IPTV的终端基于人眼视觉的视频质量，因此，应用于IPTV的QoE具有严重缺陷，由此对IPTV的进一步发展和推广形成了障碍。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能有效应用于IPTV系统，对于系统终端进行人眼视觉主观视频质量评价，从而完善现有IPTV的QoE，且结构简单，成本低廉，应用方式简便的IPTV用户体验质量评估装置及评估方法。

为了实现上述的目的，本发明的IPTV用户体验质量评估装置具有如下构成：

该装置包括网络传输检测模块、视频编码检测模块和综合分析模块，所述的网络传输检测模块通过所述的视频编码检测模块连接所述的综合分析模块，所述的网络传输检测模块还具有视频流输入端。

该IPTV用户体验质量评估装置中，所述的综合分析模块为用户综合感官分析单元。

该IPTV用户体验质量评估装置中，所述的网络传输检测模块包括数据报文分析单元和RTP分析单元，所述的数据报文分析单元通过所述的RTP分析单元连接所述的视频编码检测模块，所述的视频流输入端设置于所述的数据报文分析单元。

该IPTV用户体验质量评估装置中，所述的视频编码检测模块包括流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型处理单元，所述的流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型处理单元均连接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间。

该IPTV用户体验质量评估装置中，所述的帧分析单元包括视频帧还原子单元和帧质量分析子单元，所述的视频帧还原子单元和帧质量分析子单元依次串联接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间。

本发明还提供一种基于所述的装置实现IPTV用户体验质量评估方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)网络传输检测模块获得视频流；

(2)网络传输检测模块检测所述的视频流获得网络传输影响参数，并将视频流和网络传输影响参数发送至视频编码检测模块；

(3)视频编码检测模块检测所述的视频流获得视频编码影响参数，并将所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数发送至综合分析模块；

(4)综合分析模块根据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数计算出用户感官平均意见得分。

该实现IPTV用户体验质量评估方法中，所述的网络传输检测模块包括数据报文分析单元和RTP分析单元，所述的数据报文分析单元通过所述的RTP分析单元连接所述的视频编码检测模块，所述的视频流输入端设置于所述的数据报文分析单元，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)数据报文分析单元获取视频流的源地址、目标地址、端口值、用户标识、包长度，并进行TCP传输分析；

(22)RTP分析单元进行视频流丢包、延时和抖动分析；

(23)网络传输检测模块将所获得的网络传输影响参数和视频流发送至视频编码检测模块。

该实现IPTV用户体验质量评估方法中，所述的视频编码检测模块包括流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型单元，所述的流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型单元均连接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间，所述的步骤(3)包括以下步骤：

(31)所述的流媒体参数分析单元分析视频流码率及流媒体传输参数；

(32)所述的内容分析单元分析宏观视频质量参数，包括分辨率、帧率、DTS时戳、PTS时戳；

(33)所述的帧分析单元还原视频帧，并分析视频帧损害比率、废弃比率、过期比率等参数；

(34)所述的马尔科夫模型单元产生主观感受调整参数；

(35)视频编码检测模块将上述的各网络传输影响参数和视频编码影响参数发送至综合分析模块。

该实现IPTV用户体验质量评估方法中，所述的帧分析单元包括视频帧还原子单元和帧质量分析子单元，所述的视频帧还原子单元和帧质量分析子单元依次串联接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间，所述的步骤(43)具体包括以下步骤：

(33-1)所述的视频帧还原子单元将数据报文还原为视频帧，并分析视频流性噪比；

(33-2)所述的帧质量分析子单元分析所还原视频帧的损害比率、废弃比率和过期比率。

该实现IPTV用户体验质量评估方法中，所述的综合分析模块为用户综合感官分析单元，所述的步骤(4)具体是指：所述的用户综合感官分析单元依据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数，并结合所述的主观感受调整参数计算出用户感官平均意见得分。

该实现IPTV用户体验质量评估方法中，所述的主观感受调整参数为网络传输影响参数和视频编码影响参数的权重修正值。

采用了该发明的IPTV用户体验质量评估装置，其包括依次串接的网络传输检测模块、视频编码检测模块和综合分析模块，所述的网络传输检测模块还具有视频流输入端。利用该装置在网络传输检测模块获得视频流后，检测视频流并获得网络传输影响参数；然后视频编码检测模块检测视频流获得视频编码影响参数；最后，综合分析模块根据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数计算出用户感官平均意见得分，以实现对于主观视频质量的评估。从而提供一种对于终端用户人眼视觉的视频质量评估装置及方法，有效完善目前的IPTV的QoE，且结构简单，成本低廉，应用方式简便，应用范围较为广泛。

附图说明

图1为IPTV的QoE(体验质量)定义范围示意图。

图2为本发明的IPTV用户体验质量评估装置的功能模块结构示意图。

图3为本发明的IPTV用户体验质量评估装置的功能单元结构示意图。

图4为本发明的实现IPTV用户体验质量评估方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图2所示，为本发明的IPTV用户体验质量评估装置的功能模块结构示意图。

在一种实施方式中，该装置包括网络传输检测模块、视频编码检测模块和综合分析模块，所述的网络传输检测模块通过所述的视频编码检测模块连接所述的综合分析模块，所述的网络传输检测模块还具有视频流输入端。

如图4所示，为利用该装置实现IPTV用户体验质量评估方法的步骤流程图。该方法包括以下步骤：

(1)网络传输检测模块获得视频流；

(2)网络传输检测模块检测所述的视频流获得网络传输影响参数，并将视频流和网络传输影响参数发送至视频编码检测模块；

(3)视频编码检测模块检测所述的视频流获得视频编码影响参数，并将所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数发送至综合分析模块；

(4)综合分析模块根据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数计算出用户感官平均意见得分。

在一种优选的实施方式中，所述的IPTV用户体验质量评估装置中的网络传输检测模块包括数据报文分析单元和RTP分析单元，所述的数据报文分析单元通过所述的RTP分析单元连接所述的视频编码检测模块，所述的视频流输入端设置于所述的数据报文分析单元。所述的视频编码检测模块包括流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型处理单元，所述的流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型处理单元均连接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间。所述的综合分析模块为用户综合感官分析单元。

利用该装置的方法，其步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)数据报文分析单元获取视频流的源地址、目标地址、端口值、用户标识、包长度，并进行TCP传输分析；

(22)RTP分析单元进行视频流丢包、延时和抖动分析；

(23)网络传输检测模块将所获得的网络传输影响参数和视频流发送至视频编码检测模块。

其所述的步骤(3)包括以下步骤：

(31)所述的流媒体参数分析单元分析视频流码率及流媒体传输参数；

(32)所述的内容分析单元分析宏观视频质量参数，包括分辨率、帧率、DTS时戳、PTS时戳；

(33)所述的帧分析单元还原视频帧，并分析视频帧损害比率、废弃比率、过期比率等参数；

(34)所述的马尔科夫模型单元产生主观感受调整参数；

(35)视频编码检测模块将上述的各网络传输影响参数和视频编码影响参数发送至综合分析模块。

所述的步骤(4)具体是指：所述的用户综合感官分析单元依据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数，并结合所述的主观感受调整参数计算出用户感官平均意见得分。其中，所述的主观感受调整参数为网络传输影响参数和视频编码影响参数的权重修正值。

在更优选的实施方式中，该IPTV用户体验质量评估装置中所述的帧分析单元包括视频帧还原子单元和帧质量分析子单元，所述的视频帧还原子单元和帧质量分析子单元依次串联接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间。

在该实施方式的装置的利用方法中，所述的步骤(33)具体包括以下步骤：

(33-1)所述的视频帧还原子单元将数据报文还原为视频帧，并分析视频流性噪比；

(33-2)所述的帧质量分析子单元分析所还原视频帧的损害比率、废弃比率和过期比率。

在实际应用中，视频质量主观体验值，也即平均意见得分(Mean Opinion Score，MOS)，是一种提供在线路终端(特别是以互联网为代表的语音通讯)的语音质量的量化测量的方法。此种机制采用算术平均处理以获取系统运行状况的量化指标的主观测试(意见分数)。MOS进行扩展后，应用到如图2所示的视频质量的量化测试中，作为QoE的量化指标，来对影响到视频质量的编码参数、分辨率参数、流媒体传输层的性能指标等进行综合评价。

流媒体业务中，对用户体验造成影响的主要有三部分：网络传输质量、视频源质量以及用户的主观行为，MOS合理地整合了上述三者，模拟出真实用户收看视频时的体验情况。

下表1所列为对MOS进行退化的各种参数影响因子：

表1视频MOS值影响因子表

以上影响因子取值范围是0～10取整，MOS值将随着影响因子变大而变小，各个影响因子的权重各不相同。

在实际的利用本发明的IPTV用户体验质量评估装置进行评估时，其方法一般包括以下七个步骤：

1、数据报文分析

主要分析数据包的基本信息，包括地址，端口等，用户标识视频流属性，对于TCP传输会统计对其重传，窗口大小变动等做统计

2、RTP分析

通过RTP协议特性分析网络层丢包，延时，抖动等网络质量性能参数

3、MPEG-2TS分析

对TS流进行分析，统计视频流码率、MID-DF、MID-MLR、TR101290规定的流媒体传输参数(该层分析为网络分析和编码分析的交叉领域，得出参数与两者都有一定关系)

4、视频内容分析

通过分析PES帧头对流内容的宏观分析得出视频质量的一些参数，比如分辨率、帧率、DTS时戳、PTS时戳等

5、视频帧还原

将IP报文中内容还原为视频帧，并进行计数，同时也统计到达视频流性噪比PSNR

6、视频帧分析

分析所还原视频帧损害比率、废弃比率、过期比率等参数

7、马尔科夫模型处理分析

使用马尔科夫模型定义的根据前后无关随机行为模拟受众观看视频时的随机主观感受调整参数，以此参数微调前面测得客观影响参数最后所占的比重

为了使马尔科夫模型模拟出的用户行为尽量可信，我们对百万数量级的用户做了视频质量调研，并以调研结果生成了视频质量主观调整参数样本库，通过马尔科夫过程得出的取样关键值能够从样本库中得出各视频质量客观参数权重的修正值。

经过上述的分析，最终得出一系列视频质量退化值，用这些退化值(一般取值在1-10)，结合马尔科夫模型得出的权重，最终能够将初始值为5(最佳)的MOS值减小到符合当前视频质量的结果上。具体的MOS值与用户主观感受的对照关系如下表所示：

表2MOS值与用户主观感受对照表

由于人的肉眼对突发的现象比较敏感，即前后计算所得参数的巨大反差比较容易引起受众的注意，因此在各参数权重的处理上引入突发-稳定模型。

·假设视频正常稳定播放，无意外扰动时为状态1

·持续质量为差为状态4

·突发质量参数质量下降为状态2

·突发视频质量参数好转为状态2

根据当时视频所处的状态不同，本发明的装置能够对各参数影响权重产生进一步的修正，从而更符合人眼视觉对于视频质量的评估。

采用了该发明的IPTV用户体验质量评估装置，其包括依次串接的网络传输检测模块、视频编码检测模块和综合分析模块，所述的网络传输检测模块还具有视频流输入端。利用该装置在网络传输检测模块获得视频流后，检测视频流并获得网络传输影响参数；然后视频编码检测模块检测视频流获得视频编码影响参数；最后，综合分析模块根据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数计算出用户感官平均意见得分，以实现对于主观视频质量的评估。从而提供一种对于终端用户人眼视觉的视频质量评估装置及方法，有效完善目前的IPTV的QoE，且结构简单，成本低廉，应用方式简便，应用范围较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种IPTV用户体验质量评估装置，其特征在于，所述的IPTV用户体验质量评估装置包括网络传输检测模块、视频编码检测模块和综合分析模块，所述的网络传输检测模块通过所述的视频编码检测模块连接所述的综合分析模块，所述的网络传输检测模块用以获得视频流和检测视频流获得网络传输影响参数，所述的视频编码检测模块用以检测视频流获得视频编码影响参数，所述的视频编码检测模块包括流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型单元，所述的流媒体参数分析单元、内容分析单元、帧分析单元和马尔科夫模型单元均连接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间，所述的流媒体参数分析单元用以分析视频流码率及流媒体传输参数，所述的内容分析单元用以分析宏观视频质量参数，所述的宏观视频质量参数包括分辨率、帧率、DTS时戳、PTS时戳，所述的帧分析单元用以还原视频帧并分析视频帧损害比率、废弃比率、过期比率参数，所述的马尔科夫模型单元用以产生主观感受调整参数，所述的主观感受调整参数为所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数的权重修正值，所述的综合分析模块用以依据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数，并结合所述的主观感受调整参数计算出用户感官平均意见得分，所述的网络传输检测模块还具有视频流输入端。

2.根据权利要求1所述的IPTV用户体验质量评估装置，其特征在于，所述的网络传输检测模块包括数据报文分析单元和RTP分析单元，所述的数据报文分析单元通过所述的RTP分析单元连接所述的视频编码检测模块，所述的数据报文分析单元用以获取视频流的源地址、目标地址、端口值、用户标识、包长度并进行TCP传输分析，所述的RTP分析单元用以进行视频流丢包、延时和抖动分析，所述的视频流输入端设置于所述的数据报文分析单元。

3.根据权利要求1所述的IPTV用户体验质量评估装置，其特征在于，所述的帧分析单元包括视频帧还原子单元和帧质量分析子单元，所述的视频帧还原子单元用以将数据报文还原为视频帧并分析视频流性噪比，所述的帧质量分析子单元用以分析所还原视频帧的损害比率、废弃比率和过期比率，所述的视频帧还原子单元和帧质量分析子单元依次串联接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间。

4.一种基于权利要求1所述的装置实现IPTV用户体验质量评估方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

（1）网络传输检测模块获得视频流；

（2）网络传输检测模块检测所述的视频流获得网络传输影响参数，并将视频流和网络传输影响参数发送至视频编码检测模块；

（3）视频编码检测模块检测所述的视频流获得视频编码影响参数，并将所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数发送至综合分析模块；

（4）综合分析模块根据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数计算出用户感官平均意见得分。

5.根据权利要求4所述的实现IPTV用户体验质量评估方法，其特征在于，所述的网络传输检测模块包括数据报文分析单元和RTP分析单元，所述的数据报文分析单元通过所述的RTP分析单元连接所述的视频编码检测模块，所述的视频流输入端设置于所述的数据报文分析单元，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：

（21）数据报文分析单元获取视频流的源地址、目标地址、端口值、用户标识、包长度，并进行TCP传输分析；

（22）RTP分析单元进行视频流丢包、延时和抖动分析；

（23）网络传输检测模块将所获得的网络传输影响参数和视频流发送至视频编码检测模块。

6.根据权利要求5所述的实现IPTV用户体验质量评估方法，其特征在于，所述的步骤（3）包括以下步骤：

（31）所述的流媒体参数分析单元分析视频流码率及流媒体传输参数；

（32）所述的内容分析单元分析宏观视频质量参数，包括分辨率、帧率、DTS时戳、PTS时戳；

（33）所述的帧分析单元还原视频帧，并分析视频帧损害比率、废弃比率、过期比率参数；

（34）所述的马尔科夫模型单元产生主观感受调整参数，所述的主观感受调整参数为网络传输影响参数和视频编码影响参数的权重修正值；

（35）视频编码检测模块将上述的各网络传输影响参数和视频编码影响参数发送至综合分析模块；

所述的综合分析模块为用户综合感官分析单元，所述的步骤（4）具体是指：

所述的用户综合感官分析单元依据所述的网络传输影响参数和视频编码影响参数，并结合所述的主观感受调整参数计算出用户感官平均意见得分。

7.根据权利要求6所述的实现IPTV用户体验质量评估方法，其特征在于，所述的帧分析单元包括视频帧还原子单元和帧质量分析子单元，所述的视频帧还原子单元和帧质量分析子单元依次串联接于所述的网络传输检测模块和综合分析模块之间，所述的步骤（33）具体包括以下步骤：

（33-1）所述的视频帧还原子单元将数据报文还原为视频帧，并分析视频流性噪比；

（33-2）所述的帧质量分析子单元分析所还原视频帧的损害比率、废弃比率和过期比率。

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