CN102291594B - 一种ip网络视频质量的检测评估系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IP网络视频质量的检测评估系统与方法，该系统包括至少一视频源采集模块、与所有视频源采集模块通信相连的视频质量测量探头、与视频质量探测头通信相连的视频网络质量评估服务器；所述视频源采集模块用以通过交换机端口镜像方式获得实时视频源；所述视频质量测量探头由网络质量测试代理软件构成，用以分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数；所述视频网络质量评估服务器用以根据所述参数定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。本发明根据采集数据与视频质量的对应关系，可以定期得出网络质量的评估报告，同时可以进行影响网络质量的故障辅助定位。

Description

一种IP网络视频质量的检测评估系统与方法

技术领域

本发明属于多媒体网络通信技术领域，涉及一种IP网络视频质量的检测评估系统与方法。

背景技术

近年来基于宽带网络的增值业务层出不穷，视频网络业务是基于宽带网络的增值业务之一，其包括通过构建IP多媒体网络，向用户提供视频信号远程采集、远程传输、视频分发、视频点播等服务的业务形态。这种全新的网络增值业务形态具有流量大、分布广、对网络质量敏感等特性。

随着视频业务量的逐渐增长，对其质量的监测手段也呼之欲出。为了不影响原多媒体网络业务的正常展开，保障业务的连续性，监测手段需对原有网络不造成影响，并且要求能够迅速定位故障，进行故障告警，甚至预测故障发生的可能性。由于多媒体网络具有其特殊的业务独特性，比如传输协议等，对此，传统的监控手段对于IP多媒体网络略显局促。在端到端质量的监测过程中，仅停留于IP层和网络层的丢包、抖动采集并不能充分反映多媒体网络中正在发生的真实情况。为此，国际上形成了许多相对而言较为成熟的标准，但如何很好地运用在实际的生产环境操作过程中是尚需解决的问题。

在实践过程中发现，视频的劣化现象一般表现为由转发设备、链路等引起的花屏、马赛克、滚屏、黑屏、拖曳、延迟等交织性复杂情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种IP网络视频质量的检测评估方法，该方法可以定期得出网络质量的评估报告，同时可以进行影响网络质量的故障辅助定位；

此外，本发明还提供一种IP网络视频质量的检测评估系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种IP网络视频质量的检测评估系统，包括至少一视频源采集模块、与所有视频源采集模块通信相连的视频质量测量探头、与视频质量探测头通信相连的视频网络质量评估服务器；所述视频源采集模块用以通过交换机端口镜像方式获得实时视频源；所述视频质量测量探头由网络质量测试代理软件构成，用以分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数；所述视频网络质量评估服务器用以根据所述参数定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。

作为本发明的一种优选方案，所述视频网络质量评估服务器与所述视频质量测量探头通信相连，用以通过SNMP通信协议下发采集任务至视频质量测量探头，所述视频质量测量探头获知测量周期后便周期性的主动进行数据测量。

作为本发明的另一种优选方案，所述影响视频通信质量的参数包括码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比；所述码流层网络媒体丢包率通过用每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得；所述码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时获得DF差比为其中其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1，2，…，n，

作为本发明的再一种优选方案，所述视频网络质量评估服务器通过控制参数中的视频压缩比、码流层图像分辨率、带宽，调整码流层网络媒体丢包率，获得主观对马赛克的忍受度，得出网络质量的评估报告。

作为本发明的再一种优选方案，所述视频网络质量评估服务器通过将视频源采集模块采集到的测量数据与网络质量的评估报告进行对比，当发现测量数据在某一测量段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频质量的下降，实现故障的辅助定位。

一种IP网络视频质量的检测评估方法，包括以下步骤：

步骤一，视频源采集模块通过交换机端口镜像方式获得实时视频源；

步骤二，视频质量测量探头由网络质量测试代理软件构成，分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数；

步骤三，视频网络质量评估服务器根据所述参数定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。

作为本发明的一种优选方案，所述视频网络质量评估服务器与所述视频质量测量探头通信相连，用以通过SNMP通信协议下发采集任务至视频质量测量探头，所述视频质量测量探头获知测量周期后便周期性的主动进行数据测量。

作为本发明的另一种优选方案，所述影响视频通信质量的参数包括码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比；所述码流层网络媒体丢包率通过用每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得；所述码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时获得DF差比为其中其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1，2，…，n，

作为本发明的再一种优选方案，所述视频网络质量评估服务器通过控制参数中的视频压缩比、码流层图像分辨率、带宽，调整码流层网络媒体丢包率，获得主观对马赛克的忍受度，得出网络质量的评估报告。

作为本发明的再一种优选方案，所述视频网络质量评估服务器通过将视频源采集模块采集到的测量数据与网络质量的评估报告进行对比，当发现测量数据在某一测量段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频质量的下降，实现故障的辅助定位。

本发明的有益效果在于：本发明所述的IP网络视频质量的检测评估系统与方法根据采集数据与视频质量的对应关系，可以定期得出网络质量的评估报告，同时可以进行影响网络质量的故障辅助定位。

附图说明

图1为本发明所述的IP网络视频质量的检测评估系统的应用场景示意图；

图2为本发明所述的IP网络视频质量的检测评估系统的结构示意图；

图3为实施例二所述的IP网络视频图像的DF差比图。

主要组件符号说明：

1、视频源采集模块；                2、视频质量测量探头；

3、视频网络质量评估服务器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

目标视频的获取与分析可以通过多种手段进行，如可以通过分光视频或者镜像视频的方式获取码流以避免对业务的影响，然后通过解码方式获取目标解码视频。监控点可以根据链路的监控要求，选取若干链路或整体链路加以监控。

根据上述思想，本实施例提供一种IP网络视频质量的检测评估系统，如图1和2所示，包括至少一视频源采集模块1、与所有视频源采集模1块通信相连的视频质量测量探头2、与视频质量探测头2通信相连的视频网络质量评估服务器3；所述视频源采集模块1用以通过交换机端口镜像方式获得实时视频源；所述视频质量测量探头2由网络质量测试代理软件构成，用以分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数；所述视频网络质量评估服务器3用以根据所述参数定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。

所述影响视频通信质量的参数包括码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比。所述码流层网络媒体丢包率通过用每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得；所述码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时获得DF差比为其中其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1，2，…，n，

所述视频网络质量评估服务器通过控制参数中的视频压缩比、码流层图像分辨率、带宽，调整码流层网络媒体丢包率，获得主观对马赛克的忍受度，得出网络质量的评估报告。所述视频网络质量评估服务器通过将视频源采集模块采集到的测量数据与网络质量的评估报告进行对比，当发现测量数据在某一测量段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频质量的下降，实现故障的辅助定位。

视频网络质量评估服务器主要负责下发有评估服务器下发的测试任务到各格式探头，以及采集汇总测试探头的测量结果回传给评估服务器。视频网络质量评估服务器使用简单网管协议与测试探头通信。

视频质量测量探头由视频质量测试代理软件构成。在得到了视频测试的参数和周期等数据以后，可以周期性地主动发起对网络质量的测试。探头会响应视频网络质量评估服务器关于下发任务、取消任务、更新任务以及采集测试结果等命令。

实施例二

本实施例还提供一种IP网络视频质量的检测评估方法，包括以下步骤：

步骤一，视频源采集模块通过交换机端口镜像方式获得实时视频源。

步骤二，视频质量测量探头由网络质量测试代理软件构成，分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数；所述影响视频通信质量的参数包括码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比；其中所述码流层网络媒体丢包率通过用每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得；所述码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时获得DF差比为其中其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1，2，…，n， $\mathrm{DF}=\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{DF}}_i.$

步骤三，视频网络质量评估服务器根据所述参数定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。详细过程为：所述视频网络质量评估服务器通过控制参数中的视频压缩比、码流层图像分辨率、带宽，调整码流层网络媒体丢包率，获得主观对马赛克的忍受度，得出网络质量的评估报告。所述视频网络质量评估服务器通过将视频源采集模块采集到的测量数据与网络质量的评估报告进行对比，当发现测量数据在某一测量段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频质量的下降，实现故障的辅助定位。

本发明中通过镜像获取视频流，并对链路的指标采集分为两个层次进行，分别为：码流层和网络层。由于端到端的质量对链路的丢包、延迟等比较敏感，因此指标的采集范围包括UDP丢包、RTP丢包、TCP重传与乱序、Continuous Error(TR101-290)、DF差比、MLR丢包等。

所述IP网络视频质量的检测评估方法的具体实现过程如下：

获取数据：通过交换机端口镜像方式获得实时视频源。这些实时视频源将通过网络的方式送至视频质量测量探头。

下发任务：统一性能监控平台通过SNMP(simple network management protocol)通信协议下发采集任务至视频质量测量探头，或视频质量测量探头周期性进行数据测量。测量探头由网络质量测试代理软件构成，在得到的测量参数以及测量的周期后，会周期性地主动发起测量或根据监控平台的控制发起测量。

本发明分别对网络传输层、码流层进行数据采集。探头所测量数据包括：码流层网络媒体丢包率(Media Loss Rate，MLR)、码流延时、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比。通过以上数据采集，本发明尝试对一个码流的质量进行评估，并获取影响码流质量的因素。其中，码流层网络媒体丢包率通过计算每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得。码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时，如公式(1)获得。

码流延时差比计算方法如公式(2)所示。

${\mathrm{\σ}}_i=\sqrt{{({\mathrm{DF}}_i-\mathrm{df})}^2},$ 其中 $\mathrm{df}=\frac{1}{300}\underset{n=0}{\overset{300}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{df}}_n---\left(2\right)$

其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1，2，…，n，

本发明分别对视频产生端、视频转发端、视频接收端测量数据进行采集和计算，获得码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比。由于正常码流从发端出发，经过转发端到达接收端时，仅会由于网络分发延时等，损失较少的媒体包，产生一定量的延时差。当采集数据在某一段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频的质量下降，从而辅助故障定位。

本发明通过控制测量参数中的视频压缩比、图像分辨率、带宽，调整丢包率，获得主观对马赛克的忍受度。如表1所示，图像压缩比为24，图像分辨率为cif，带宽为2M，调整丢包率后，当媒体丢包率超过10时，画面出现明显马赛克。

表1：媒体丢包率(MLR)对视频传输的影响

本发明通过控制测量参数中的视频压缩比、带宽，调整图像分辨率，获得图像分辨率与图像质量的关系。如表2所示，当分辨率发生变化时，df明显受到波动，此时视频画面明显延时于发端视频。

表2：图像分辨率对视频传输的影响

采集点	分辨率	码流值	带宽	视频流速kbps	df(avg)
						1	d1	512	512	392.04	390
2	d1	384	512	315.29	90
						3	d1	384	512	314.62	91
4	cif	384	512	308.90	158
						5	cif	384	512	325.85	147

本发明通过控制测量参数中的视频压缩比、图像分辨率、带宽，调整DF，获得主观对视频拖曳的忍受度。如图3所示，该图中DF差比波动较大，此时网络已出现丢包，同时图像出现马赛克、拖曳的情况。

在上述方案中，对视频网络质量的测试，在得到了测试参数和测试周期之后是由视频质量测量探头周期性主动发起的。测试过程中不需要人工参与。本发明测试的端到端性能指标是端到端之间的指标而不是单个设备、某一段甚至某一跳之间链路的指标。端到端的含义包括业务的起始点和业务的终止点整条路径，是网络传输的全部环节。

本发明中，对网络质量测量的指标包括端到端网络特定变量：媒体丢包率、延时差比、带宽、视频压缩比、图像分辨率。视频网络质量评估服务器根据这些丰富的参数可以定期给出网络质量的评估报告，而且可以进行影响网络质量的瓶颈进行辅助定位。

本发明所述IP网络视频质量的检测评估方法是一种IP视频网络保障方法，包括指标采集选取以及采集数据与视频质量的对应关系。IP视频网络的质量保障可通过采集网络、视频等指标实现，具体可从两个层面进行分析，包括网络层、码流层。所述指标包括UDP丢包、RTP丢包、MLR丢包、DF延迟、DF差比等。通过分析参数与图像的映射关系，可以给出视频相应的劣化现象，包括马赛克、延迟、画面拖曳、大面积花屏等。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (8)

1.一种IP网络视频质量的检测评估系统，其特征在于：包括至少一视频源采集模块、与所有视频源采集模块通信相连的视频质量测量探头、与视频质量探测头通信相连的视频网络质量评估服务器；所述视频源采集模块用以通过交换机端口镜像方式获得实时视频源；所述视频质量测量探头由网络质量测试代理软件构成，用以分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数，所述影响视频通信质量的参数包括码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比，即采集数据与视频质量的对应关系，包括通过控制参数中的视频压缩比、图像分辨率、带宽，调整丢包率，获得主观对马赛克的忍受度；通过控制参数中的视频压缩比、带宽，调整图像分辨率，获得图像分辨率与图像质量的关系；通过控制参数中的视频压缩比、图像分辨率、带宽，调整码流延时，获得主观对视频拖曳的忍受度；所述视频网络质量评估服务器用以根据所述采集数据与视频质量的对应关系定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。

2.根据权利要求1所述的IP网络视频质量的检测评估系统，其特征在于：所述视频网络质量评估服务器与所述视频质量测量探头通信相连，用以通过SNMP通信协议下发采集任务至视频质量测量探头，所述视频质量测量探头获知测量周期后便周期性的主动进行数据测量。

3.根据权利要求1所述的IP网络视频质量的检测评估系统，其特征在于：所述码流层网络媒体丢包率通过用每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得；所述码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时获得DF差比为其中其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1,2,…,n， $\mathrm{DF}=\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}D{F}_i.$

4.根据权利要求1所述的IP网络视频质量的检测评估系统，其特征在于：所述视频网络质量评估服务器通过将视频源采集模块采集到的测量数据与网络质量的评估报告进行对比，当发现测量数据在某一测量段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频质量的下降，实现故障的辅助定位。

5.一种IP网络视频质量的检测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，视频源采集模块通过交换机端口镜像方式获得实时视频源；

步骤二，视频质量测量探头由网络质量测试代理软件构成，分别测量网络传输层、码流层的数据，获得影响视频通信质量的参数；所述影响视频通信质量的参数包括码流层网络媒体丢包率、码流延时差比、码流层图像分辨率、带宽、视频压缩比，即采集数据与视频质量的对应关系，包括通过控制参数中的视频压缩比、图像分辨率、带宽，调整丢包率，获得主观对马赛克的忍受度；通过控制参数中的视频压缩比、带宽，调整图像分辨率，获得图像分辨率与图像质量的关系；通过控制参数中的视频压缩比、图像分辨率、带宽，调整码流延时，获得主观对视频拖曳的忍受度；

步骤三，视频网络质量评估服务器根据所述采集数据与视频质量的对应关系定期给出网络质量的评估报告，并对影响网络质量的故障进行辅助定位。

6.根据权利要求5所述的IP网络视频质量的检测评估方法，其特征在于：所述视频网络质量评估服务器与所述视频质量测量探头通信相连，用以通过SNMP通信协议下发采集任务至视频质量测量探头，所述视频质量测量探头获知测量周期后便周期性的主动进行数据测量。

7.根据权利要求5所述的IP网络视频质量的检测评估方法，其特征在于：所述码流层网络媒体丢包率通过用每个TS包中媒体片的丢包个数除以应有个数获得；所述码流延时被定义为DF，通过测量每个包到达的延时获得DF差比为其中其中，DF_i是当前采样点的包延时，i＝1,2,…,n， $\mathrm{DF}=\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}D{F}_i.$

8.根据权利要求5所述的IP网络视频质量的检测评估方法，其特征在于：所述视频网络质量评估服务器通过将视频源采集模块采集到的测量数据与网络质量的评估报告进行对比，当发现测量数据在某一测量段发生异常时，则可推断是该段的设备导致了视频质量的下降，实现故障的辅助定位。