CN202309990U

CN202309990U - 非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置

Info

Publication number: CN202309990U
Application number: CN2011203397363U
Authority: CN
Inventors: 黄松; 姬予; 张晶; 张凌; 许勇
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-09-09

Abstract

本实用新型提供一种非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置，本实用新型提供的测量装置包括：视频测试信号发生器、视频多路采集模块、视频时延测量单元，以及数据存储及显示单元。本实用新型为非介入式，与现有技术相比，不受被测系统的内部实现的影响，全面包括所有的环节的时延，具有准确、方便的特点。

Description

非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置

技术领域

本实用新型涉及计算机多媒体信息传播、QoS服务质量测量，特别是涉及非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置。

背景技术

随着基于网络的多媒体业务应用快速发展和普及，网络音视频点播、网络音视频会议等系统迅速流行。用户对网络多媒体业务的QoS服务质量提出了越来越高的要求。如何能够快速、方便、精确地对候选产品的关键性QoS参数做出评估，是成功选择最佳产品的关键。

同时，研发和生产网络多媒体业务和系统的厂商，也需要一种装置能够方便快捷地对自己生产的网络多媒体产品的关键参数进行测量，以便在产品开发过程中测量关键参数，随时改进。

端到端时延是多媒体业务的关键性能参数之一，它直接影响QoS和用户体验的评估。端到端时延通常包括采集时延、编码时延、网络传输时延、解码时延、播放时延等。

现有的检测端到端时延的方法大致可以分为两大类：一类属于介入式，即通过在被测系统的信号传输路径的一端注入特征的测量信号，或者在被测系统原有信号数据上附加测量数据，然后在另一端提取测量数据并记录接收到的时间，比较两个时间的差值获取时延大小。

这一类介入式方法的主要特点是需要介入到被测系统的信号传输路径中，向其中加入数据或从中提取测量数据，测量装置与被测设备之间存在物理线路的连接。

这类介入式测量方法的主要难点在于：

首先，由于测量数据通常依附于被测系统的数据帧或数据分组来传递，中间不可避免经过编码压缩、封装、解封装、解码等环节，测量数据在编码压缩和解压过程中可能会丢失或损坏；

其次，由于被测系统的数据格式、封装格式、编码压缩和解码算法未必公开，测试人员要设计与之匹配的测量方式和测量信号会比较困难。

第三，介入式测量方法通常要求在被测系统的信号数据通路上串接分接头或汇接头，对于已经安装完毕的被测系统，通常比较麻烦或根本不被允许。

此外，有的介入式测量方法需要在被测系统的终端上运行测量用的工具软件，通过工具软件进行计时。这种方式可能会影响被测系统终端本身的正常运行，最多只能在开发和调试阶段使用，而很难被运用在已经产品化的系统上。

另一类测试方法是非介入式的，被测系统和测量装置之间不存在物理接触，把被测系统视为黑盒子，测试信号主要是通过声、光信号方式进入被测系统，并以声、光方式输出。测量装置通过对比和分析输入、输出信号来获得时延大小。这类方法的优点是不介入被测系统的实际运行，与被测系统具体实现无关，所以具有最广泛的适用性。比如通过人眼、人耳的主观感觉和听觉，来评估端到端时延就是这类方法。

利用人眼、人耳来主观评测虽然非常直观，但存在很大的误差，尤其是两种被测系统的端到端时延参数比较接近的情况下，很难做出科学准确的判断，导致测量结果缺乏说服力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供非介入式单端信号的视频端到端时延测量方法及装置。

本实用新型采用非介入的策略，把被测系统当作黑盒子，针对被测系统端到端的视频时延设计了测量技术方案。

本实用新型的视频端到端时延测量的技术方案，包括如下步骤：

(1)将被测系统的视频采集设备摄像机正对远端屏幕，构成视频信号回路；

(2)在本地端利用视频信号发生器产生预先设定频率和模式的视频测试信号，该测试信号同时分别进入测量装置和被测系统的视频信号采集设备。

(3)进入测量装置的信号被采集后，提交给信号处理模块进行检测，并记录下该视频测试信号的到达时间T_V1；

(4)进入被测系统的视频测试信号被采集后，经过编码压缩、网络传输、解码等环节，在被测系统的远端屏幕显示出来。

(5)远端屏幕显示的视频测试信号被远端摄像机采集后，经编码压缩、网络传输、解码等环节，重新传回本地端，并在本地屏幕显示出来。

(6)被测系统本地屏幕的视频测试信号由测量装置的第二路视频信号采集设备采集后，输入测量装置的信号处理模块。

(7)测量装置的信号处理模块对步骤(6)采集的第二路视频测试信号进行检测，并记录下该视频测试信号的到达时间T_V2。

(8)测量装置的视频信号处理模块根据测试记录，计算分别由信号发生器和被测系统屏幕显示的两路视频测试信号之间的时延(T_V2-T_V1)，该时延代表本地和远端之间的视频回路时延，即包括正向传播时延和反向传播时延。视频信号处理模块把该回路时延除以2作为视频端到端时延的测试结果，即 ΔT_V＝(T_V2-T_V1)/2。

本实用新型的非介入单端采集的视频端到端时延测量装置，包括如下组件：

组件1，视频信号发生器，用于周期性或一次性产生具有特定格式及图案的视频测试信号，并将视频测试信号传输给本地视频采集设备和被测系统，记录视频测试信号传输到本地视频采集设备的时间；

负责产生视频测试信号。该信号可以为视频时延测量装置所分析和识别。

组件2，视频多路采集模块，用于采集本地视频采集设备的视频信号和经过被测系统的视频信号，记录视频信号经过被测系统后到达的时间；

负责输入分离的多路视频测试信号，并将采集到的视频信号输入视频时延测量单元。

组件3，视频时延测量单元，用于接收视频多路采集模块200输入的视频信号，根据视频信号传输到本地视频采集设备的时间和视频信号经过被测系统后到达的时间确定视频端到端时延。

负责对输入的视频信号进行分析、识别、比较和测量。

组件4，数据存储及显示单元400，用于存储显示所述视频时延测量单元300确定的视频端到端时延。

所述的视频多路采集模块200中采集视频数据的视频采集设备和接口的规格相同。

本实用新型非介入式单端信号采集的视频端到端时延测量方法及测量装置具有以下优点：

(1)本实用新型方法为非介入式，把被测系统视为黑盒子，测试方法不受被测系统的内部结构、网络类型、数据格式、编解码算法、功能实现方式等因素的影响。

(2)本实用新型方法测出的视频端到端时延，包含了从视频采集一直到视频播放在内所有环节的时延总和，与用户做主观评测时所感受和评估的时延在类型和内容上完全一致。

(3)本实用新型方法的测试信号在被测系统中的传输路径形成一个回路，既包含了从本地到远端的传输路径，也包含了从远端到本地的传输路径。即使传输网络存在去向路径和回向路径的性能不对称，也可以通过计算回路延迟之后，除以2得到一个综合性的平均值，来消除这种网络路径的性能不对称性的影响，平均后的结果能更准确的反映端到端时延的真实性能。

(4)本实用新型方法在视频端到端延迟测试中，利用两台同样规格的视频采集设备，并采用相同接口。即使视频采集设备存在固有的采集时延，则该固有采集时延也会同时反映在T_V2和T_V1中，可以通过Δ_V＝(T_V2-T_V1)/2中的减法操作，使得两台视频采集设备的采集时延相互抵消，从而消除视频采集设备本身固有的延迟对测试结果的影响。

(5)本实用新型方法可以在指定时间段内令测试信号发生器持续产生特征信号，利用测量装置进行持续测试，获得一系列时延数据，并从中分析最大时延、最小时延和平均时延等统计特征，能够更全面的反映端到端时延的在不同网络负荷状况下的性能变化。

附图说明

图1是本实用新型一实例的视频端到端时延测试原理示意图；

图2是本实用新型一实例的测量装置内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1，图1给出了视频端到端时延测试的原理示意图。

如图1，本实用新型的视频端到端时延测量方法包括：

步骤1，视频信号发生器发出视频测试信号，该信号同时输入测量装置的摄像机和被测系统的本地终端的摄像机。

(1)该步骤1中的视频信号发生器的屏幕需要正对测量装置的摄像机，保证该发生器产生的视频测试信号能够有效地被测量装置接收到。

(2)该步骤1中的视频信号发生器的屏幕需要正对在被测系统的本地摄像机，保证该发生器产生的视频测试信号能够有效地进入被测设备。

(3)该步骤1中的视频测试信号可以是特定图案的视频脉冲，该视频脉冲的图案和模式必须可以被测量装置所识别，并记录其起始时刻和峰值时刻。例如，视频测试信号可以是从纯色到彩色的图案颜色突变，该突变信号经采集后在视频数据流中形成一个数据流脉冲。但本实用新型所采用的视频测试信号的形式不限于上述举例的形式。

步骤2，进入本地终端摄像机的信号经过处理和网络传输，到达远端终端的显示器。进入本地摄像机的信号则直接被测量装置读取。

(1)该步骤2中的视频测试信号从本地摄像机进入被测系统，经过一系列环节，最终在被测系统的远端终端显示器播出。比如，该视频测试信号在被测系统中所经过的环节包括但不限于：视频采集、编码压缩、封装、网络发送、网络传输、网络接收、解封装、解码、播放等。

(2)该步骤2中的视频测试信号同时由测量装置的摄像机采集。测量装置的摄像机型号与被测系统的本地摄像机型号无关。

(3)该步骤2中的测量装置的摄像机采集到的视频测试信号，最终被提交给信号处理单元进行分析，并记录其到达时间。

步骤3，被测系统的远端终端摄像机正对远端显示器屏幕，接收远端显示器的测试视频，经过编解码后，通过网络传输传回本地终端。

(1)该步骤3中的被测系统远端终端的摄像机需要正对远端显示器，保证远端显示器发出的测试视频信号能够有效和可靠地被远端终端的摄像机接收。

(2)该步骤3中的被测系统远端终端显示器收到的测试视频信号再次进入被测系统，沿反方向传回本地终端，途中经过的环节包括但不限于：视频采集、编码压缩、封装、网络发送、网络传输、网络接收、解码、播放等.

步骤4，本地终端接收到远端终端传回的测试视频，解码后直接播放，并被测量装置的本地视频信号采集设备所接收。

(1)该步骤4中的测试视频信号传回被测系统的本地终端，解码后在本地终端显示器播放。

(2)该步骤4中的被测系统本地终端显示器屏幕需要正对测量装置另一路摄像机，保证本地显示器播放的视频测试信号能够有效可靠地被测量装置采集。

(3)该步骤4中的测量装置的视频采集设备及接口与步骤2中的测量装置的视频采集设备及接口是同一型号和规格的设备，以保证两路视频采集通道的固有延迟相互抵消。

(4)该步骤4中的测量装置的视频采集设备采集到第二路视频测试信号后，提交给信号处理单元进行分析。

步骤5，测量装置对先后收到的测试视频信号进行识别，计算两次收到的视测试信号数据之间的时间差值，并除以2，作为被测系统的视频端到端时延。

(1)该步骤5中的测量装置对先后收到的视频测试信号进行识别。经过被测系统传递的视频测试信号，与直接从信号发生器接收的视频测试信号相比，可能会存在一定程度的失真，测量装置需要从接收到的所有信号中正确地识别出视频测试信号，并记录其到达时间。

(2)该步骤5中的测量装置根据先后两次到达的视频测试信号的到达时间，计算两者之间的时间差值。该时间差值包括从本地到远端和从远端返回本地的时延，相当于两倍的端到端时延，因此要除以2，获得端到端时延的平均值。

上述步骤1～步骤5中，测试信号发生器可以根据需要，周期性地生成视频测试信号，测试系统周期性重复步骤1～步骤5，获得一系列时延记录，从中进行统计分析，获得最大时延、最小时延、平均时延和时延方差等一系列参数，并把数据集分别提交给存储设备和显示设备进行保存和打印显示。

实施例2，图2给出了视频端到端时延测量装置的构造示意图

如图2，本实用新型的视频端到端时延测量装置包括：

负责产生视频测试信号。该信号可以为视频时延测量单位所分析和识别。

组件3，视频时延测量单元，用于接收视频多路采集模块200输入的视频信号，根据视频信号传输到本地视频采集设备的时间和视频信号经过被测系统后到达的时间确定视频端到端时延，负责对输入的视频信号进行分析、识别、比较和测量，具体步骤包括：

步骤1，对视频多路采集模块输入的两路视频测试信号进行分析，由于延迟后的视频测试信号不可避免带有噪声干扰，需要准确地从中识别到视频测试信号的起点、峰值所对应的时间点，并记录下来。

步骤2，将记录下的延迟后的视频测试信号的到达时间点与直接接收自信号发生器的视频测试信号的到达时间点相比较，计算两者的差值，除以2，作为实际的视频端到端延迟。

步骤3，从步骤2获得的视频端到端延迟，提交到数据存储及显示单元。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于包括：

视频信号发生器(100)，用于周期性或一次性产生具有特定格式及图案的视频测试信号，并将视频测试信号传输给本地视频采集设备和被测系统，记录视频测试信号传输到本地视频采集设备的时间；

视频多路采集模块(200)，用于采集本地视频采集设备的视频信号和经过被测系统的视频信号，记录视频信号经过被测系统后到达的时间；

视频时延测量单元(300)，用于接收视频多路采集模块(200)输入的视频信号，根据视频信号传输到本地视频采集设备的时间和视频信号经过被测系统后到达的时间确定视频端到端时延。

2.根据权利要求1所述的非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于：还包括数据存储及显示单元(400)，用于存储显示所述视频时延测量单元(300)确定的视频端到端时延。

3.根据权利要求1所述的非介入式单端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于所述的视频多路采集模块(200)中采集视频数据的视频采集设备和接口的规格相同。