CN106878086A - 一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法 - Google Patents

一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，属于多媒体通信技术领域。本方法包括：在手机端对视频通话过程进行抓包，利用抓包数据恢复出通话原始视频与退化视频。在对视频进行分析处理，提取出视频媒体参数和网络参数，利用视频质量参数评估模型对视频进行MOS打分，并与视频主观打分进行拟合，验证整套方法的可行性。相较于现有的视频通话质量测试，本方法完整无损提取出了视频通话内容，并利用网络参数对视频进行打分，提高了视频通话质量测试的精确性并为4G视频通话测试提供了新的思路。

Description

一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法
技术领域
本发明涉及一种移动视频QoE的测量和评估方法，具体涉及一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，属于多媒体通信技术领域。
背景技术
随着LTE商用的快速发展，带动了用户对更高的网络速度更好用户体验的需求。LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP(The 3rd Generation PartnershipProject，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile TelecommunicationsSystem，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率。
VoLTE是基于IMS的语音业务。IMS由于支持多种接入和丰富的多媒体业务，成为全IP时代的核心网标准架构。经历了过去几年的发展成熟后，如今IMS已经跨越裂谷，成为固定话音领域VoBB、PSTN网改的主流选择，而且也被3GPP、GSMA确定为移动语音的标准架构。VoLTE即Voice over LTE，它是一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，全部业务承载于4G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。换言之，4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务，同时还提供高质量的音视频通话，后者便需要VoLTE技术来实现。
对于移动运营商来说，其最终的目标是为用户提供多样化且高质量的移动业务，因此对不同业务的用户体验质量也越来越关注。国际电信联盟(InternationalTelecommunication Union，ITU)组织将QoE定义为：“终端用户对某种业务综合可接受程度的感知“。相比于QoS而言，QoE更能反映用户的体验质量而不是设备所能提供的服务质量。因此，实时监控QoE对于移动网络运营商来说是非常重要的，运营商不仅可以实时追踪终端用户对于运营商提供的服务的整体满意度，还可以及时发现网络中的问题或者指导网络优化，提高运营商的服务质量。
在视频传输中，一个可靠的视频质量评估方法起着至关重要的作用，好的评估方法既能够保障业务质量(QoS)的要求，又能够满足终端用户的质量体验(QoE)。在视频传输系统中，视频质量也可以用来测量系统中各个组成部分的性能，包括压缩、处理以及传输模块。
总的来说视频QoE评估技术大体上可以分为两类：分别为主观评估技术(Subjective Quality Assessment,SQA)和客观评估技术(Objective QualityAssessment,OQA)。主观评估方法通过招募测试者，以人为主体，让测试者对待测视频样本直接打分进行评估，结果通常通过MOS(Mean Opinion Score，平均意见分)进行量化；客观QoE评估技术是通过建立数学模型，使得模型输出的评估结果与主观评估的结果相近。
(1)视频QoE主观评估技术
主观评估方法以人为主体来对视频质量进行评估，它邀请大量的测试者对测试视频样本进行打分，它能最直观的反应人们对视频质量的主观感受。
针对主观评估方法，ITU已经给出了多种标准建议，例如ITU-RBT.500-11，ITU-TP.910。这些标准主要对视频质量主观评估的一般问题给出了详细的描述，例如：测试环境、测试人员、测试样本、观看距离、光照强度。主观测试的方法主要有DSIS(Double StimulusImpairment Scale，双激励损伤度分级法)、DSCQS(Double Stimulus Continuous QualityScale，双激励连续质量分级法)、SSM(Single Stimulus Methods，单激励法)、SSCQE(Single Stimulus Continuous Quality Evaluation，单激励连续质量分级法)。
(2)视频QoE客观评估技术
视频QoE主观测试实现的复杂性、不稳定性以及不易操作性，使得其不适用于当前的大多数评估场景，此时客观的易实现的自动QoE评估方法就显得非常必要。
客观评估通过建立数学模型对视频QoE进行评估，客观评估技术的一般过程是将原始视频(高品质，没有损伤)与待评估的视频样本(处理后或者是接收到的，有损伤的)进行分类对比。根据模型对原始视频的依赖程度可将客观评估方法分为三类，分别为FR(Full-Reference,全参考)方式、RR(Reduced-Reference,部分参考)方式和NR(Non-Reference,无参考)方式。全参考方式对比原始视频和待测视频样本的每个像素点：半参考方式通过提取原始视频和待测视频的一些特征并对比，以此得出评估分数；无参考方式大多数是通过提取传输网络参数得出分数。这三者中全参考方式属于侵入性检测，而部分参考和无参考则属于非侵入性检测。
FR全参考模型实现简单，是目前应用广泛比较成熟的一种模型，在该模型中，需要输入待测的损伤视频样本数据以及原始的视频样本数据，然后对两者的数据进行对比得出最终的评价结果。
该种评估方法需要将原始视频和损伤视频的每一帧的每个像素点进行比较，例如在学术界和产业界应用广泛的MSE(Mean Square Error,均方差)PSNR(Peak Signal toNoise Rate，峰值信噪比)和SSIM(structural similarity index measurement system，结构相似指数测量系统)。
NR方法只能得到测试视频序列而得不到参考视频序列，此方法只是通过对接收到的损伤视频序列进行分析和处理从而提取到相关的失真信息，并通过对这些失真信息进行计算得出最终的评价分数。
此种方法在实践上比FR方法更可行，例如已经标准化的NR方法ITU-TRec.P.1201.1和ITU-T Rec P.1201.2,它们都是通过对信道参数进行建模，最终实现估计用户的QoE，其中ITU-T Rec.P.1201.1是针对低分辨率视频，而ITU-T Rec.P.1201.2是针对高分辨率视频。
RR半参考方式是介于全参考和无参考这两者之间的一种客观评估模型，它通过某种运算提取原始参考视频以及损伤视频的特征信息，然后通过对这些特征信息进行分析和计算来实现对损伤视频的质量进行评估。半参考方式保留了一定量的参考视频信息，减少了无参考假设误差，同时它需要保持的信息量又远远小于全参考方式的信息量。由于特征信息的信息量较少，占用带宽小，因此在实践上，可以将这些特征信息与视频数据一起传输，因此该方法可以用于对视频质量进行实时监测。
发明内容
本发明的目的是针对现有视频通话质量评估测试方法存在的视频内容因素考虑不全，具体表现为视频内容为非真实视频通话场景和网络参数获取环境不真实，具体表现为测试环境不是LTE现网环境而是自己搭的仿真环境的技术缺陷，提出一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法。
本发明的思想是针对现有VoLTE视频通话，通过在用户端进行抓包的方式，实时获取通话时LTE的网络数据包；然后将用户端获得的数据包上传到服务器端进行分析处理，获取与通话视频质量相关的网络参数和视频媒体参数；再使用基于分组层参数的无参考视频质量评估模型计算通话视频的用户体验质量(QoE)；
其中，网络参数能够准确反映当前LTE网络的网络状况，而视频媒体参数又加以区分地反映出视频媒体本身的质量，该评估方法既考虑到了LTE网络状况的影响，同时结合了视频媒体的特点，能够较准确地反映出VoLTE视频通话的通话视频用户体验质量，为运营商提供了参考。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，通过如下步骤实现：
步骤一、基于LTE传输系统，针对视频通话从现网中进行网络参数获取，直至视频通话完成并停止抓包；
其中，所述的现网指的是LTE传输系统；具体的，从现网中进行参数获取通过在用户端(Android端)使用tcpdump工具实时抓取VoLTE视频通话的数据包，即针对现有VoLTE视频通话，通过在用户端进行抓包，实时获取通话时的视频通话数据包；
其中，所述获取的网络参数是直接从LTE现网中提取，实时反映当前LTE网络状况，主要为丢包率；
步骤二、步骤一的视频通话过程中抓的包保存为抓包文件，并将抓包文件传至服务器端；
步骤三、使用wireshark进行离线处理分析步骤二传至服务器端的抓包文件；
其中，所述的离线处理分析具体为：
步骤3.1使用wireshark统计出丢包率信息；
步骤3.2通过wireshark对抓包文件进行视频恢复，恢复出原始视频和退化视频；
具体的，对抓包文件进行解码，恢复出的通话主叫端的摄像头视频和接收视频以及被叫端的摄像头视频和接收视频；
其中，恢复的通话主叫端的摄像头视频又称为主叫端原始视频；恢复出的通话主叫端的摄像头接收视频又称为主叫端退化视频；恢复出的被叫端的摄像头视频又称为被叫端原始视频；恢复出的被叫端的接收视频又称为被叫端退化视频；
即一次通话我们可获得两组原始视频和退化视频；
步骤3.3根据步骤3.2恢复的原始视频和退化视频获得视频媒体参数；
其中，所述的视频媒体参数为视频码率、视频编码格式和视频分辨率；
步骤四、使用基于网络参数和视频媒体参数的视频客观评估模型，获得VoLTE视频通话通话视频的QoE；
步骤四具体为：我们将视频通话场景分为如下4类：
第1类场景：在室内环境下进行视频通话，并保持通话视频画面保持相对静止；
第2类场景：在室内环境下进行视频通话，并使通话视频画面产生明显的相对运动；
第3类场景：在室外环境下进行视频通话，并使通话视频画面保持相对静止；
第4类场景：在室外环境下进行视频通话，并使通话视频画面产生明显的相对运动。
对每一类场景分别进行模型训练，最后使用训练好的模型进行对应场景的视频通话用户体验质量评估。
至此，从步骤一到步骤四，完成了一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法。
有益效果
本发明提出的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法与已有技术相比较，具有如下有益效果：
1.本发明所述方法基于LTE网络参数和视频媒体参数对通话视频进行质量评估，能够准确放映出当前VoLTE视频通话的用户体验质量；
2.本发明所提方法从LTE现网中直接获取网络参数，能够实时反映视频通话时的网络状况；
3.本发明所述方法从抓包文件中无失真直接恢复通话原始视频和退化视频；
4.本发明所述方法基于2.和3.这两方面保证了评估模型输入参数的有效性和准确性，从而提高了视频通话用户体验质量评估的有效性和准确性。
附图说明
图1为本发明一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法中的VoLTE视频通话系统测试架构图；
图2为本发明一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法中的VoLTE视频通话测试步骤交互图(用例1)。
具体实施方式
我们使用两台Android手机进行VoLTE视频通话，两张SIM卡均开通了中国移动VoLTE业务。我们在现网环境下直接进行测试，在两个终端的两侧各有一名测试人员进行视频通话测试。根据具体的测试用例进行测试。我们设定每次视频通话的时长为15秒，设定4个测试用例，每个测试用例50次测试，4个用例共200次测试。
实施例1
室内环境下，测试在画面静止情况下的视频通话质量。
步骤1：将主叫端手机和被叫端手机通过数据线分别连至两台电脑，将手机上所有应用程序关闭。
分别在两台电脑上通过在命令行中输入adb shell进入到两台手机的命令行界面，并分别开启tcpdump抓包，抓包指令如下：
tcpdump-i any-p-n-s 0-w/sdcard/1.pcap
步骤2：主叫端拨打被叫端电话，被叫端接听，并建立视频通话。
步骤3：视频通话图像内容保持静止，从视频通话建立开始保持15秒，15秒后主叫端或被叫端挂断电话。
步骤4：重复步骤2至步骤3共10次。
步骤5：在电脑端开启命令行，使用adb pull命令将两部手机抓取的pcap文件传到管理分析终端的电脑上，命令如下：
adb pull/sdcard/1.pcap c:/capture
步骤6：在电脑端使用wireshark打开pcap文件，利用其流分析功能，可读取出丢包率信息。
步骤7：利用wireshark附带插件功能对抓包文件进行视频恢复，从主叫端获取的抓包文件中可恢复出20段视频，其中10段为10次测试得到的主叫端发送的原始视频，另外10段是主叫端接收到的退化视频。同样从被叫端的抓包文件中恢复出20段视频。
步骤8：从恢复出的视频中获取码率，编码格式，分辨率参数。由于画面静止，设定画面运动程度为低。
步骤9：将以上获取到的参数带入客观视频质量评估模型，获得VoLTE视频通话的通话视频QoE。
实施例2室内环境下，测试在画面运动情况下的视频通话质量。
步骤1至步骤2与实施例1相同；
步骤3：视频通话图像内容运动，从视频通话建立开始保持15秒，15秒后主叫端或被叫端挂断电话。
步骤4至步骤9与实施例1相同。
实施例3室外环境下，测试在画面静止情况下的视频通话质量。
步骤1至步骤9与实施例1相同；
实施例4室外环境下，测试在画面运动情况下的视频通话质量。
步骤1至步骤9与实施例2相同。
为了说明本发明的内容及实施方法，本说明书给出了相关的具体实施例。在实施例中引入细节的目的不是限制权利要求书的范围，而是帮助理解本发明所述方法。本领域的技术人员应理解：在不脱离本发明及其所附权利要求的精神和范围内，对最佳实施例步骤的各种修改、变化或替换都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例及附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：本发明的思想是针对现有VoLTE视频通话，通过在用户端进行抓包的方式，实时获取通话时LTE的网络数据包；然后将用户端获得的数据包上传到服务器端进行分析处理，获取与通话视频质量相关的网络参数和视频媒体参数；再使用基于分组层参数的无参考视频质量评估模型计算通话视频的用户体验质量(QoE)；
其中，网络参数能够准确反映当前LTE网络的网络状况，而视频媒体参数又加以区分地反映出视频媒体本身的质量，该评估方法既考虑到了LTE网络状况的影响，同时结合了视频媒体的特点，能够较准确地反映出VoLTE视频通话的通话视频用户体验质量，为运营商提供了参考。
2.根据权利要求1所述的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：通过如下步骤实现：
步骤一、基于LTE传输系统，针对视频通话从现网中进行网络参数获取，直至视频通话完成并停止抓包；
步骤二、步骤一的视频通话过程中抓的包保存为抓包文件，并将抓包文件传至服务器端；
步骤三、使用wireshark进行离线处理分析步骤二传至服务器端的抓包文件；
步骤四、使用基于网络参数和视频媒体参数的视频客观评估模型，获得VoLTE视频通话通话视频的QoE；
至此，从步骤一到步骤四，完成了一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法。
3.根据权利要求2所述的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：步骤一中，所述的现网指的是LTE传输系统；具体的，从现网中进行参数获取通过在用户端(Android端)使用tcpdump工具实时抓取VoLTE视频通话的数据包，即针对现有VoLTE视频通话，通过在用户端进行抓包，实时获取通话时的视频通话数据包；
其中，所述获取的网络参数是直接从LTE现网中提取，实时反映当前LTE网络状况，主要为丢包率。
4.根据权利要求2所述的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：步骤三中，所述的离线处理分析具体为：
步骤3.1使用wireshark统计出丢包率信息；
步骤3.2通过wireshark对抓包文件进行视频恢复，恢复出原始视频和退化视频；
步骤3.3根据步骤3.2恢复的原始视频和退化视频获得视频媒体参数。
5.根据权利要求4所述的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：步骤3.2对抓包文件进行解码，恢复出的通话主叫端的摄像头视频和接收视频以及被叫端的摄像头视频和接收视频；
其中，恢复的通话主叫端的摄像头视频又称为主叫端原始视频；恢复出的通话主叫端的摄像头接收视频又称为主叫端退化视频；恢复出的被叫端的摄像头视频又称为被叫端原始视频；恢复出的被叫端的接收视频又称为被叫端退化视频；
即一次通话我们可获得两组原始视频和退化视频。
6.根据权利要求4所述的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：步骤3.3中，所述的视频媒体参数为视频码率、视频编码格式和视频分辨率。
7.根据权利要求2所述的一种VoLTE视频通话用户体验质量评估方法，其特征在于：
步骤四具体为：我们将视频通话场景分为如下4类：
第1类场景：在室内环境下进行视频通话，并保持通话视频画面保持相对静止；
第2类场景：在室内环境下进行视频通话，并使通话视频画面产生明显的相对运动；
第3类场景：在室外环境下进行视频通话，并使通话视频画面保持相对静止；
第4类场景：在室外环境下进行视频通话，并使通话视频画面产生明显的相对运动；
对第1到第4类场景分别进行模型训练，最后使用训练好的模型进行对应场景的视频通话用户体验质量评估。
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