VQM保障完美視頻體驗(yàn)

蘇愛(ài)民

隨著寬帶的不斷發(fā)展，通過(guò)高速互聯(lián)網(wǎng)提供的電視及高清視頻服務(wù)已逐漸普及。IPTV（交互式網(wǎng)絡(luò)電視）作為其中的一種形式，利用寬帶有線電視網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體，向家庭用戶(hù)提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。IPTV是互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電視相互融合的結(jié)果，視頻流經(jīng)過(guò)高效的壓縮編碼后被廣播到IP網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)位于寬帶網(wǎng)絡(luò)邊緣的頭端設(shè)備把直播電視、點(diǎn)播視頻和個(gè)人錄像等IPTV服務(wù)傳送給用戶(hù)，用戶(hù)通過(guò)機(jī)頂盒或PC等終端接收。

由于OTT視頻的激烈競(jìng)爭(zhēng)，用戶(hù)對(duì)于視頻質(zhì)量的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的IPTV僅僅能在頭端或機(jī)頂盒檢測(cè)視頻質(zhì)量，頭端僅能檢測(cè)出編碼時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題；機(jī)頂盒探測(cè)到視頻質(zhì)量問(wèn)題時(shí)也意味著用戶(hù)發(fā)現(xiàn)視頻質(zhì)量問(wèn)題了，這對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是很糟糕的一種體驗(yàn)。視頻質(zhì)量在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，是很難被定位并解決的。

7750 SR VQM方案實(shí)現(xiàn)視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)

針對(duì)上述問(wèn)題，上海貝爾基于7750 SR上的多業(yè)務(wù)板卡MS-ISA卡，提出VQM（Video Quality Monitor）解決方案，對(duì)視頻流進(jìn)行檢測(cè)并與其他分析方法相結(jié)合，提供了全方位的視角來(lái)解決視頻質(zhì)量問(wèn)題并定位造成問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)。VQM方案提供了以下標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量視頻的質(zhì)量，如表所示。

表 視頻質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 度量SCTE-143 PAT,PMT,PCR,PTS,傳輸錯(cuò)誤等ETSI TR 101 290 PID,SI repetition,Degraded Blocks/Intervals等RFC 4445 MDI RFC 3357 RTP相關(guān)度量N/A 已轉(zhuǎn)發(fā)和受損的I-/B-/P-幀計(jì)數(shù)N/A 音視頻流比特率

通過(guò)以上衡量數(shù)據(jù)，VQM能夠分析視頻流的丟包率、延遲及抖動(dòng)等，并可根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行告警，以引入人工干預(yù)來(lái)確保視頻流的質(zhì)量，避免用戶(hù)體驗(yàn)的下降。每個(gè)視頻流質(zhì)量相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都會(huì)被收集保存，當(dāng)視頻流會(huì)話結(jié)束時(shí)，所有相關(guān)質(zhì)量性能參數(shù)都會(huì)被報(bào)表分析服務(wù)器進(jìn)行分析處理并按用戶(hù)設(shè)定的模式生成相應(yīng)的報(bào)表。

視頻質(zhì)量監(jiān)控是視頻保證程序的一部分，僅能確定網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中視頻流的質(zhì)量問(wèn)題，并不能取代編碼器端和終端設(shè)備處的視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)。因此最好與以下方法結(jié)合應(yīng)用，以保證視頻從編碼，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲シ潘协h(huán)節(jié)的高質(zhì)量。

● 對(duì)編碼器輸出進(jìn)行TS流分析（檢測(cè)編碼器錯(cuò)誤）

● 對(duì)編碼器輸出進(jìn)行全參考PSNR和PQR（檢測(cè)過(guò)編碼，噪聲及其他編碼問(wèn)題）

● 較大數(shù)量的機(jī)頂盒上報(bào)信息（例如：丟包，重傳，包錯(cuò)誤等）

● 機(jī)頂盒探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全參考監(jiān)控（對(duì)比測(cè)試流）

● 機(jī)頂盒探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行頻道切換時(shí)間評(píng)估，預(yù)估PSNR等

VQM方案適用于所有基于RTP協(xié)議的視頻質(zhì)量監(jiān)控，包括IPTV，視頻語(yǔ)音會(huì)議等。視頻雙流選擇（Dual Stream Selection）也是MS-ISA卡上的一種視頻業(yè)務(wù)。VQM與視頻雙流選擇方案完全兼容，可同時(shí)對(duì)輸入視頻流和糾正后的輸出視頻流產(chǎn)生報(bào)表。組播視頻質(zhì)量監(jiān)控方案提供了另一種對(duì)組播流質(zhì)量監(jiān)控的視角，通過(guò)與其他方式的結(jié)合能夠?qū)σ曨l質(zhì)量問(wèn)題有全面的了解。

視頻雙流選擇的特色

視頻雙流選擇是一個(gè)視頻高可用性方案，在網(wǎng)絡(luò)鏈路中斷，邏輯路徑中斷或網(wǎng)絡(luò)丟包時(shí)，保證視頻業(yè)務(wù)不會(huì)受到影響。絕大多數(shù)的視頻組播網(wǎng)絡(luò)并不具有糾錯(cuò)能力，數(shù)百毫秒的網(wǎng)絡(luò)鏈路復(fù)位也會(huì)影響到視頻中某個(gè)GOP（畫(huà)面組），并影響接下來(lái)數(shù)秒的用戶(hù)體驗(yàn)。同樣的，一條鏈路的短時(shí)丟包也能夠造成負(fù)面的用戶(hù)體驗(yàn)。視頻雙流選擇提供了一個(gè)在兩條網(wǎng)絡(luò)鏈路中無(wú)中斷的切換，在大多數(shù)情況下用戶(hù)都察覺(jué)不到切換；并且一條鏈路中的碼流錯(cuò)誤通常都能通過(guò)保護(hù)鏈路中的冗余信息得到恢復(fù)。無(wú)中斷切換以及錯(cuò)誤恢復(fù)都不需要對(duì)原有的機(jī)頂盒終端或視頻內(nèi)容進(jìn)行任何改變。

視頻雙流選擇的過(guò)程如下：組播視頻流被復(fù)制，并通過(guò)兩條不同的鏈路傳送至配備有MSISA卡的7750 SR。此MS-ISA卡安裝了視頻應(yīng)用（Video-ISA application），且打開(kāi)了視頻雙流選擇功能。雙流選擇需要視頻被封裝在組播RTP包中，且從組播源通過(guò)兩條路徑到達(dá)，7750 SR的組播流具有相同的RTP時(shí)間戳和序列號(hào)。MS-ISA卡會(huì)同時(shí)處理兩條流，并將兩條流中先到達(dá)的任意序列號(hào)的RTP包插入緩存。亂序的視頻流會(huì)通過(guò)RTP時(shí)間戳重新排序并在客戶(hù)端播放，以此抵消網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)和亂序。通過(guò)此種方法，兩條完全相同的視頻流中的數(shù)據(jù)包被一一選擇，最優(yōu)的數(shù)據(jù)包被優(yōu)先插入緩存，并保持正確的順序。視頻流的輸出可以選擇RTP或UDP（UDP用以支持較老的客戶(hù)端），但是視頻流的輸入必須為RTP包。下圖為示意圖。

通過(guò)對(duì)每個(gè)視頻包質(zhì)量的檢測(cè)，當(dāng)視頻流有較小的質(zhì)量劣化時(shí)，兩條流中較優(yōu)的視頻包會(huì)被優(yōu)先選擇并轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)有丟包產(chǎn)生時(shí)，重傳機(jī)制會(huì)被激活，并且是從兩條流中選擇較快的進(jìn)行重傳。當(dāng)主流持續(xù)性的質(zhì)量劣化或者鏈路失效時(shí)，會(huì)主動(dòng)切換到備用視頻流。

綜上所述，通過(guò)在7750 SR上插入MS-ISA多業(yè)務(wù)板卡即能實(shí)現(xiàn)視頻質(zhì)量監(jiān)控及雙流選擇功能，無(wú)需針對(duì)視頻業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何改造。且可部署在任意7750 SR上，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)多處監(jiān)控視頻質(zhì)量，排除視頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的劣化，快速定位網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，提高用戶(hù)體驗(yàn)。

圖 視頻雙流選擇示意圖