淺談響應(yīng)時(shí)間測(cè)試分析方法

徐躍偉

摘 要： 隨著智慧城市、平安城市概念的提出和發(fā)展，對(duì)于音視頻監(jiān)控和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求不斷增多，產(chǎn)品也不斷推陳出新，對(duì)于這類(lèi)設(shè)備的測(cè)試也提出了更多的要求。以常見(jiàn)的視頻延時(shí)、音頻延時(shí)以例，從時(shí)域角度和頻域角度兩個(gè)方面，介紹了相關(guān)的軟硬件測(cè)試工具，并提出相應(yīng)的延時(shí)測(cè)試方法并分析其優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞： 音頻延時(shí)； 視頻延時(shí)； 測(cè)試工具； 時(shí)域分析； 頻域分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）05-01-03

Abstract： With the bringing forward of concepts of smart city and safe city， and their development， the demand for audio and video surveillance and related network devices has been continuing to increase， the products also continue to introduce new， so the corresponding test for this kind of equipment is also required more. In this paper， the common video delay and audio delay are taken as the examples， from the angle of the time domain and frequency domain two aspects， the related software and hardware testing tools are introduced， the corresponding delay test methods are put forward and their advantages and disadvantages are analyzed.

Key words： audio delay； video delay； testing tools； time domain analysis； frequency domain analysis

0 引言

網(wǎng)絡(luò)延時(shí)主要是指一個(gè)圖像數(shù)據(jù)從前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集完成傳輸?shù)胶蠖?，用?hù)通過(guò)監(jiān)視器觀看到圖像的時(shí)間差[1]。視頻延時(shí)往往取決于編碼效率、傳輸鏈路及設(shè)備、解碼設(shè)備性能等幾個(gè)因素，其中網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)編碼方式、傳輸線路質(zhì)量、交換機(jī)或路由器的性能、解碼器效率等影響尤為明顯。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備新產(chǎn)品測(cè)試中，往往涉及到設(shè)備的視頻時(shí)延、音頻時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)，如何快速、準(zhǔn)確的測(cè)試是擺在我們面前的一個(gè)新課題。本文從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度對(duì)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試展開(kāi)探討。

1 時(shí)域分析

響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試，一般首先想到的是從時(shí)間的度量中獲取，其基本思想是記錄延時(shí)的起止時(shí)間，其差值即為相應(yīng)時(shí)延。以下探討具體實(shí)現(xiàn)方法。

1.1 修改源代碼測(cè)試方法

可以考慮在源代碼中插入開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間戳，其差值即為響應(yīng)時(shí)間。從易用性角度考慮，可以選擇在程序界面中直接計(jì)算顯示響應(yīng)時(shí)間耗時(shí)。亦可考慮在輸出日志中打印各時(shí)間戳，再手動(dòng)計(jì)算響應(yīng)時(shí)間耗時(shí)。本方法優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)試結(jié)果比較快速直觀。缺點(diǎn)是需要審核測(cè)試程序，確定開(kāi)始時(shí)間戳或結(jié)束時(shí)間戳是否合理，是否存在理解偏差；另外需要手工多次測(cè)量取平均值，增加了測(cè)試時(shí)間和資源消耗。

1.2 測(cè)試工具及測(cè)試方法

采用外部測(cè)試工具測(cè)量響應(yīng)時(shí)間，分為軟件測(cè)試工具和硬件測(cè)試工具。

1.2.1 采用軟件測(cè)試工具

采用第三方專(zhuān)用軟件測(cè)試工具，對(duì)某個(gè)事務(wù)或頁(yè)面的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試度量，較常見(jiàn)的商用有：HP的Loadrunner、IBM的Rational Test Workbench，開(kāi)源的有Apache JMeter、Wireshark、Apache Bench（ab），以及瀏覽器自帶的測(cè)試工具如Firefox的Firebug、Google的Chrome DevTools等。采用商用或開(kāi)源軟件測(cè)試工具時(shí)，如Loadrunner，需在相應(yīng)待考察事務(wù)前后插入開(kāi)始和結(jié)束事務(wù)，然后單用戶(hù)或多并發(fā)用戶(hù)迭代運(yùn)行多次取平均值獲得事務(wù)平均響應(yīng)時(shí)間，其優(yōu)點(diǎn)在于功能強(qiáng)大，支持多用戶(hù)并發(fā)，缺點(diǎn)是費(fèi)用高且對(duì)測(cè)試人員要求高。圖1為事務(wù)響應(yīng)時(shí)間與并發(fā)用戶(hù)關(guān)系圖。

采用瀏覽器自帶的程序支持HTTP客戶(hù)端進(jìn)行測(cè)試，可快速查看各頁(yè)面響應(yīng)時(shí)間；缺點(diǎn)是僅支持單用戶(hù)。如圖2所示，在Firefox瀏覽器中，通過(guò)F12功能鍵打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)功能，可記錄訪問(wèn)某網(wǎng)站首頁(yè)時(shí)相關(guān)頁(yè)面的耗時(shí)情況。

1.2.2 采用硬件測(cè)試工具

硬件測(cè)試工具包括：數(shù)字示波器、Fluke網(wǎng)絡(luò)延時(shí)工具等?？赏ㄟ^(guò)觀察輸入方波波形和輸出方波波形，在同一起始時(shí)間軸中對(duì)兩圖形進(jìn)行疊加，即可獲得時(shí)延情況，如圖3所示。

1.3 其他較簡(jiǎn)便測(cè)試方法

1.3.1 Ping命令測(cè)試法

網(wǎng)絡(luò)傳輸特性主要?dú)w納為三個(gè)指標(biāo)：延遲，抖動(dòng)和丟包[2]。常見(jiàn)的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的方法有Ping命令測(cè)試方法。用ping命令可以得到平均延時(shí)、最大延時(shí)、最小延時(shí)、丟包率等指標(biāo)，需在DOS命令行中輸入命令：ping 115.239.211.112 -t（表示連續(xù)的對(duì)該IP地址執(zhí)行Ping命令，直到被用戶(hù)以Ctrl+C中斷）。對(duì)于大多數(shù)設(shè)備，可通過(guò)定時(shí)統(tǒng)計(jì)方式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。假設(shè)發(fā)送報(bào)文時(shí)間為t1，得到響應(yīng)報(bào)文時(shí)間為t2，則網(wǎng)絡(luò)延時(shí)Δt=（t2-t1）/2（含程序處理延時(shí)）[3]。

1.3.2 視頻延時(shí)測(cè)試方法

如何減少網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸延時(shí)是智慧城市建設(shè)中非常重要的課題。問(wèn)題的關(guān)鍵在于先度量網(wǎng)絡(luò)視頻延時(shí)值，這里提供一種比較簡(jiǎn)單的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)視頻延時(shí)的方法：首先必須在本地播放含有準(zhǔn)確走動(dòng)的數(shù)字毫秒表的采集視頻源，通過(guò)相關(guān)視頻采集終端系統(tǒng)進(jìn)行視頻傳輸，在視頻接收端查看傳輸過(guò)來(lái)的視頻圖像，將采集源和接收終端顯示在同一屏幕中；然后定時(shí)（比如5秒）截屏，查看同一圖片中兩個(gè)毫秒表的時(shí)間差，其平均值即為局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)的延時(shí)。本方法優(yōu)點(diǎn)是將發(fā)送時(shí)間和接收時(shí)間統(tǒng)一在一個(gè)終端中記錄，充分利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的時(shí)鐘系統(tǒng)，較好地解決了時(shí)間統(tǒng)一的問(wèn)題[4]，只要在線秒表走動(dòng)準(zhǔn)確即可獲得網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的精確時(shí)延。圖4為對(duì)某網(wǎng)絡(luò)視頻聊天平臺(tái)的時(shí)延進(jìn)行測(cè)試的截圖。