CN1859584A - 一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，包括步骤：A1.对媒体文件的每一视频帧赋予不同的帧序列号，确定与所述帧序列号对应的不同图形标记，并将所述图形标记叠加到所述媒体文件的对应视频帧上；A2.将该媒体文件作为测试源发送到媒体播放终端设备；A3.所述媒体播放终端设备将接收到的该媒体文件码流进行解码，并进行输出；A4.对输出的视频帧中的所述图形标记依次进行识别并生成与其对应的帧序列号，对所得到的帧序列号进行分析，作出视频播放质量的评价。本发明解决了媒体播放终端设备的视频播放流畅度的客观自动测试问题，能够节省大量的人力成本，大幅提高了测试精度和测试客观性。

Description

一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法

技术领域

本发明涉及IP电视技术领域，具体涉及一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法。

背景技术

目前IP电视成为电信领域新的市场增长点，通过承载在IP网上的流媒体服务向用户提供视频业务将成为未来电视娱乐的一个重要发展方向，各种媒体播放终端设备如IP-STB(IP-Set Top Box，IP机顶盒)等也成为终端产品发展的热点，但如何测试媒体播放终端设备的播放质量成为一个新的问题。

媒体播放终端设备的播放质量涵盖两个方面，一个方面是画面质量(包括画面清晰度、色彩、形变、失真、噪声、干扰等等)，数字视频技术的出现已经大幅改进了失真、噪声、干扰等问题，其他几项也已经有比较成熟的技术；另一个方面是播放的流畅程度，由于媒体服务承载在IP网上，与生俱来的网络时延、抖动、丢包等网络损伤以及媒体播放终端的协议处理性能、解码性能等影响因素，导致播放流畅程度成为了播放质量的关注焦点。

如图1所示，目前针对视频质量的测试一般按如下方式实现：测试仪的一端连接模拟视频发生器，另一端连接模拟视频接收器，模拟视频发生器的标准视频通过模拟接口输出；模拟视频接收器接收该标准视频，测试仪比较模拟视频发生器和模拟视频接收器的差异，得出被测系统造成的视频损伤。这种测试仪主要用于测试整套编解码系统，编码器和解码器成对出现，用于会议电视等被测试系统，也可以使用标准的高质量离线编码器、或离线解码器替代其中的相应部分，来测试另一部分造成的视频损伤。

上述的测试方法有如下的缺点：

1、只能用于测试画面质量的损伤，对于画面停顿时延、丢帧等实时性问题无法进行有效测试；

2、适用于编解码器成对出现的情形，对于视频媒体终端这样的解码设备的测试不是很合适；

3、测试用视频必须是指定的视频流，其数量、类型有限，因而必然会限制视频流的选择范围，不能适用不同编码格式、分辨率、码流速率的测试要求。

媒体播放终端设备的播放不流畅一般表现为播放画面停顿或丢帧，对播放流畅程度的测试方法目前常用的方式是依靠人的主观观测。重复多次播放片源，观测者对每次播放过程中出现的画面停顿、时延进行记录，最后汇总结果给出播放流畅程度的评价。对不同编码格式、分辨率、码流速率的片源在不同的网络质量环境下分别进行测试，得出综合结果。主观观测的缺点是：人为主观判断难以准确反映播放情况，如对某次时延大小的判定或对某次错误的忽略等都容易造成误差；观测时间长，浪费人力和资源；对于丢帧、乱序等问题更是难以觉察，很难发现并统计。

目前尚未见到对媒体播放终端设备进行播放流畅程度测试的相关工具和方法出现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，克服现有技术对媒体播放终端设备的播放流畅程度只能依靠人的主观观测进行测试的缺点，本发明用以客观地评价媒体播放终端的播放流畅程度，确定视频帧间的时间间隔以及丢帧等情况。被测系统完全被包纳在测试系统中，并且测试过程完全可以由测试设备和仪器自动实现，不需要人为观测。

本发明采用如下的技术方案：

一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，包括步骤：

A1、对媒体文件的每一视频帧赋予不同的帧序列号，确定与所述帧序列号对应的不同图形标记，并将所述图形标记叠加到所述媒体文件的对应视频帧上；

A2、将该媒体文件作为测试源发送到媒体播放终端设备；

A3、所述媒体播放终端设备将接收到的该媒体文件码流进行解码，并进行输出；

A4、对输出的视频帧中的所述图形标记依次进行识别并生成与其对应的帧序列号，对所得到的帧序列号进行分析，作出视频播放质量的评价。

所述的技术方案，其中：在进行音视频同步测试时包括以下步骤：

B1、执行步骤A1时，在所述媒体文件的音频流中加入与指定视频帧同步的特殊信号音，并确定所述特殊信号音对应的二进制码，存储所述二进制码和所述指定视频帧的帧序列号构成的同步对应表；

B2、执行步骤A4时，对所述特殊信号音进行识别并生成所述二进制码，同时记录所述特殊信号音之间的间隔时间以及不同视频帧的间隔时间；

B3、根据所述同步对应表比较所述指定视频帧的时刻信息和所述特殊信号音的时刻信息，确定视频流和音频流的同步状态。

所述的技术方案，其中：在将所述图形标记叠加到所述媒体文件的每一视频帧上时，所述步骤A1包括以下步骤：

C1、将所述媒体文件解码成非压缩格式；

C2、在每一帧视频的某一位置叠加所述图形标记；

C3、将处理后的视频帧按原视频参数和编码格式重新编码为压缩格式的媒体文件。

所述的技术方案，其中：在所述步骤A1中，对媒体文件的每一视频帧赋予不同的帧序列号时，按递增的顺序对帧序列号进行赋值，相邻的视频帧之间的帧序列号差1；所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差为1，则判定这两帧的输出正常。

所述的技术方案，其中：所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差为0，则判定在前的视频帧停顿了1帧的时间。

所述的技术方案，其中：所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差小于零，则判定视频帧出现乱序。

所述的技术方案，其中：所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差大于1，则判定有视频帧被丢弃或视频帧出现乱序；如果在前的视频帧的所述图形标记不可识别，则判定出现花屏或其他故障。

所述的技术方案，其中：所述图形标记为条码、色块、灰阶、数字或文字。

所述的技术方案，其中：所述条码包括同步信息、类型信息、帧序列号和帧结束标记。

所述的技术方案，其中：所述特殊信号音为双音多频信号音。

本发明的技术方案解决了媒体播放终端设备的视频播放流畅度的客观自动测试问题，能够节省大量的人力成本，大幅提高了测试精度和测试客观性，并且还具有以下特点：

1、视频流的选择范围允许多样化，包括不同的编码格式、分辨率、码流速率、视频内容等，可以评价被测终端在不同情况下的表现；

2、能够对被解码的片源的帧间的间隔、以及没有显示出来的帧进行记录和统计；

3、被测系统完全包纳在测试系统中，检测工作由仪器自动地实现，不需要人为参与。

附图说明

图1是现有技术中视频播放质量测试方法示意图；

图2是本发明技术方案流程示意图；

图3是本发明的叠加条码后的视频帧示意图；

图4是本发明的条码和与其表示的二进制码的对应关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

如图2所示，对用于测试的媒体文件的每一视频帧都赋予一个唯一的二进制帧序列号，这样就得到彼此相异的帧序列号集合，再根据帧序列号集合确定不同的图形标记，图形标记可以是条码、色块、灰阶、数字或文字等，在用于测试的媒体文件的每一视频帧的底部边缘位置叠加不同的图形标记，完成这个过程的是视频编缉技术，常规的方法是：将用于测试的媒体文件解码成非压缩格式；每一视频帧的底部边缘位置叠加图形标记；将处理后的视频帧原视频参数和编码格式重新编码为压缩的媒体文件。目前还有一些非线性视频编缉技术可以对媒体文件不进行解压而直接编辑，但只适用于某些编码格式。经过处理的媒体文件作为测试源直接发送到媒体播放终端设备或在流媒体服务器上发布并通过网络进行传送到媒体播放终端设备，为了模拟视频损伤，可以在网络中加入模拟网络损伤的设备。如图2所示，媒体播放终端设备接收到该媒体文件码流后对其解码，并通过视频输出接口输出到帧序列检测设备上，帧序列检测设备对图形标记依次进行识别并生成包含帧序列号在内的二进制字串，同时启动定时器依次将视频帧之间的间隔时间记录下来，然后将所得到的帧序列号及其相应的时刻信息输出到分析处理服务器上，分析处理服务器依据收到的信息统计播放停顿、播放时延、播放丢帧的情况，作出视频播放流畅度的评价。

还可通过在用于测试的媒体文件的音频流中加入特殊信号音来检测用于测试的媒体文件的音视频同步情况，具体步骤如下：

1、在所述媒体文件的视频帧中叠加图形标记的同时，在所述媒体文件的音频流中加入与指定视频帧同步的特殊信号音，并确定所述特殊信号音对应的二进制码；

2、将所述特殊信号音对应的二进制码和与其同步的指定视频帧的帧序列号构成的同步对应表传输到分析处理服务器上存储；

3、在帧序列检测设备对图形标记进行识别的同时，帧序列检测设备对特殊信号音进行识别并生成相应的二进制码，同时将特殊信号音之间的间隔时间记录下来，然后将所得到的二进制码及其相应的时刻信息输出到分析处理服务器上；

4、分析处理服务器根据所述同步对应表比较指定视频帧的时刻信息和所述特殊信号音的时刻信息，确定视频流和音频流的同步状态。

下面以条码为例进行说明，如图3所示，条码采用黑白二色，这样就可以只在视频的亮度信号中检测，而且其精确度、信噪比都会比较高，实现起来简单高效。为了适应于通用的视频压缩编解码技术，减少运算复杂度，条码的宽度和高度都为8的整倍数。在CIF格式下，条码的宽度和高度为8；在D1格式下，条码的宽度和高度为16。水平放置的条码可以表示的信息量在CIF格式下为44bit，在D1格式下为45bit，在图4所示的条码设计中只使用了40bit，最前面的4bit的位置用于同步条纹(SYN)，由4像素宽(0.5个单元)的黑白相间的条纹组成。帧序列检测设备在屏幕底端的行信号中检测到亮度信号周期性变化边缘时，同步其采样周期和时间点，使后面的采样点都能取在每个条码单元的正中间；后面跟随的4bit是类型信息(TYPE)，用来区别当前帧所表达的内容，0000表示片源起始的同步帧，检测到这个帧时复位相关计数器及时间寄存器，准备开始接收，1111表示片源结束，检测到这个帧时，帧序列检测设备认为片源结束，本次测试过程完成，0001表示一个正常的帧，其后的SN中是帧序列号，检测到这个帧时记录序列号和时间；其他类型备用，可以用来作扩展应用，如标识不同的场景、不同解码复杂度等其他测试信息；后面的24bit是帧序列号(SN)，当TYPE是0001时用来记录当前帧的序列号，第一个帧序列号是0，后面依次加1，如果是NTSC制的片源，24bit的序列号支持155小时以内的视频的连续计数；最后的8bit是结束标记(END)，为01010101，用来标识当前帧的有效性，帧序列检测设备必须在最后能检测到这个标记，否则认为当前帧的检测结果无效，当出现花屏或者屏幕显示严重变形时都有可能出现检测不到正确的结束标记的情况。

起始帧(TYPE为0000)和结束帧(TYPE为1111)都连续出现多个，持续15s以上，防止由于出现误码、丢帧等引起的不可识别的错误；对于无法识别的帧，也要记录其时间信息；无法识别可能由很多种原因导致，如：花屏，严重形变，信号质量差，信号线脱落，被测终端死机等等；当发现无法识别的帧出现超过一定时间(如30分钟)或者同一帧持续出现超过一定时间，则可以认为本次测试失败。

帧序列检测设备的原始输出结果是在被测设备视频输出端口中出现的每一帧对应的序列号SN。由于特定的视频输出制式的帧速率是固定的，可以得知其对应的时间。当TYPE为0001时，假设某次检测到的视频输出信号中帧f1的序列号为SN(f1)，紧接着检测到的下一帧f2的序列号为SN(f2)。通过对原始输出结果的统计分析可以得到下面结论：

a、如果发现SN(f2)-SN(f1)＝1，则认为这两帧的输出是正常的。

b、如果发现SN(f2)-SN(f1)＝0，则认为f1对应的原始的画面停顿了1帧的时间，以PAL制为例，f2多停顿了1/25s，如果情况b继续发生，则继续累加停顿时间。

c、如果发现SN(f2)-SN(f1)＜0，则认为出现了乱序。

d、如果发现SN(f2)-SN(f1)＞1，则认为有SN(f2)-SN(f1)-1个帧被丢弃了，被丢弃的帧的序列号介于SN(f1)和SN(f2)之间。也有可能是由乱序导致的，需要依据后续的检测情况来判断。

e、如果发现SN(f1)不可识别，则认为出现了花屏或其他故障。

如果片源的帧速率与视频输出端口制式的帧速率不相同，则情况会复杂一些，可以依据计算出的时间来进行评价，这种情况下应该允许一定范围内的误差，也与被测终端处理帧速差异的机制相关。

音视频同步检测是在编码时在某些特定时间点(如固定间隔)的音频流中加入特殊信号音，其对应的二进制码以及与信号音同步的视频帧的帧序列号组成同步对应表，存储在分析处理服务器上。在帧序列检测设备中增加一个音频的检测器，当发现特殊信号音时进行记录，并按照前面的同步对应表以及视频检测结果找出相应的视频帧出现的时间，计算时间差，得出音视频同步情况的评测结果。具体实现方案如下：1、音频信号采用比较成熟的双音多频(DTMF)技术来进行标识和检测，下面是双音多频的对应表：

	1209Hz	1336Hz	1447Hz	1633Hz
					697Hz	0	1	2	3
770Hz	4	5	6	7
					852Hz	8	9	A	B
941Hz	C	D	E	F

双音多频表是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每一个数字可以用一个高频和低频的正弦信号组合来标识，比如697Hz和1209Hz的复合音频信号可以表示0。利用双音多频接收板可以检测并确定所对应的数字。这样可以利用标准的双音多频信号可以标识一个16进制数字。

2、在制作测试用节目源时，在音频流中依次插入16个持续1秒的双音多频信号(在整个片长范围内平均分布)，并记录每个信号结束时的视频帧序列号，这样就可以得到一张音频信号和视频信号的同步对应表。

3、媒体播放终端设备的音频输出接口连接双音多频检测器，检测器在检测到双音多频信号时，在信号结束的时刻上报给视频帧序列检测设备。帧序列检测设备把检测到的音频信号所表示的二进制数字和其对应的时刻上报给分析处理服务器。

4、分析处理服务器依据前面得到的同步对应表，比较这些时间信息，就可以判断这16个检测点上音视频是否同步。

当然如果用连续的多个双音多频信号则可以表示出多位16进制数，标识更多的检测点。或者采用其他更复杂的音频调制技术来标识更多的检测点。

可以利用TYPE字段的其他值作扩展应用的定义，必要时可以考虑缩短END序列的位数，以及将其后空出的4bit利用起来，例如可以用两个bit标识当前帧类别是I、B、还是P，有助于分析帧类型对解码的影响。

本发明解决了媒体播放终端设备的视频播放流畅度的客观自动测试问题，能够节省大量的人力成本，通常一个机顶盒的版本测试中，对播放流畅程度的不是很全面的测试都需要近100人时，占到整体测试工作量的30％，而且人工测试很难判断出丢帧或轻微的乱序情况，而且记录都不精确。有了这样的测试方法，大幅了提高测试精度和客观性。

虽然通过参照本发明的优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1、一种媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于，包括步骤：

A1、对媒体文件的每一视频帧赋予不同的帧序列号，确定与所述帧序列号对应的不同图形标记，并将所述图形标记叠加到所述媒体文件的对应视频帧上；

A2、将该媒体文件作为测试源发送到媒体播放终端设备；

A3、所述媒体播放终端设备将接收到的该媒体文件码流进行解码，并进行输出；

A4、对输出的视频帧中的所述图形标记依次进行识别并生成与其对应的帧序列号，对所得到的帧序列号进行分析，作出视频播放质量的评价。

2、根据权利要求1所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：在进行音视频同步测试时包括以下步骤：

B1、执行步骤A1时，在所述媒体文件的音频流中加入与指定视频帧同步的特殊信号音，并确定所述特殊信号音对应的二进制码，存储所述二进制码和所述指定视频帧的帧序列号构成的同步对应表；

B2、执行步骤A4时，对所述特殊信号音进行识别并生成所述二进制码，同时记录所述特殊信号音之间的间隔时间以及不同视频帧的间隔时间；

B3、根据所述同步对应表比较所述指定视频帧的时刻信息和所述特殊信号音的时刻信息，确定视频流和音频流的同步状态。

3、根据权利要求1或2所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：在将所述图形标记叠加到所述媒体文件的每一视频帧上时，所述步骤A1包括以下步骤：

C1、将所述媒体文件解码成非压缩格式；

C2、在每一帧视频的某一位置叠加所述图形标记；

C3、将处理后的视频帧按原视频参数和编码格式重新编码为压缩格式的媒体文件。

4、根据权利要求3所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：在所述步骤A1中，对媒体文件的每一视频帧赋予不同的帧序列号时，按递增的顺序对帧序列号进行赋值，相邻的视频帧之间的帧序列号差1；所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差为1，则判定这两帧的输出正常。

5、根据权利要求4所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差为0，则判定在前的视频帧停顿了1帧的时间。

6、根据权利要求5所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：所述步骤A4按以下标准对视频播放质量进行评价：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差小于零，则判定视频帧出现乱序。

7、根据权利要求6所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：如果在后的视频帧的帧序列号减去在前的视频帧的帧序列号的差大于1，则判定有视频帧被丢弃或视频帧出现乱序；如果在前的视频帧的所述图形标记不可识别，则判定出现花屏或其他故障。

8、根据权利要求7所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：所述图形标记为条码、色块、灰阶、数字或文字。

9、根据权利要求8所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：所述条码包括同步信息、类型信息、帧序列号和帧结束标记。

10、根据权利要求3所述的媒体播放终端设备的视频播放质量测试方法，其特征在于：所述特殊信号音为双音多频信号音。

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