4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用

趙鑫

摘 要 伴隨著4K視頻技術(shù)的快速發(fā)展，引領(lǐng)整個(gè)電視行業(yè)步入了高清時(shí)代，給廣大電視觀眾帶來了一種全新的視覺體驗(yàn)。各大4K超高清視頻業(yè)務(wù)運(yùn)營商為了持續(xù)提升自身的競爭實(shí)力，都在致力于提高自身的視頻流傳輸質(zhì)量控制水平，避免在傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，使自身的主體業(yè)務(wù)水平及核心競爭力得到了有效保障。文章首先分析了4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)需求及監(jiān)測(cè)體系，又針地4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)化措施進(jìn)行了研究與分析，希望相關(guān)建議可以進(jìn)一步促進(jìn)4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用水平的持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 4K;超高清;視頻流傳輸;質(zhì)量監(jiān)測(cè);技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2018）21-0039-02

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的整體提升，4K超高清視頻流傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了同步發(fā)展。與此同時(shí)，人們對(duì)于視頻的觀看質(zhì)量也提出了更高的要求，為4K超高清視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的市場(chǎng)需求。各大運(yùn)營商也看到4K超高清視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展前景，對(duì)該項(xiàng)服務(wù)的關(guān)注程度實(shí)現(xiàn)了大幅提升，期望通過有效的措施，對(duì)4K超高清視頻傳輸質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，為用戶提供更加流暢、具有高清晰度的視頻流傳輸服務(wù);同時(shí)，對(duì)于可能存在的故障問題，做到提前防范與盡快處理，為視頻流傳輸過程中的穩(wěn)定性及可靠性提供有力保障。要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不論是運(yùn)營商還是相關(guān)技術(shù)人員，都必須致力于4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，使其更好的服務(wù)于超高清視頻傳輸業(yè)務(wù)的發(fā)展。

1 4K超高清視頻流傳輸?shù)馁|(zhì)量監(jiān)測(cè)需求

現(xiàn)今4K超高清視頻已經(jīng)在人民群眾中廣泛普及，且已經(jīng)成為運(yùn)營商提供視頻傳輸服務(wù)的主要渠道。但是，由于4K超高清視頻流傳輸?shù)哪承┨攸c(diǎn)，決定了其運(yùn)行過程必須由一個(gè)強(qiáng)大的帶寬網(wǎng)絡(luò)作為支撐，滿足高清視頻傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求;與此同時(shí)，服務(wù)器的性能及電視端的管理，也是4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。當(dāng)具備了以上條件之后，4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用水平則成為視頻流傳輸質(zhì)量的重要依據(jù)。運(yùn)營商企業(yè)若想提升自身的競爭力，擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍，就必須保證視頻流傳輸質(zhì)量得到廣大群眾的認(rèn)可。經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員的不懈努力，推出了4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)在對(duì)視頻傳輸狀態(tài)進(jìn)行24h不間斷監(jiān)測(cè)，有效減少傳輸故障的發(fā)生事件，提升服務(wù)品質(zhì)的目的，使視頻流傳輸效率及傳輸質(zhì)量得到強(qiáng)有力的保障。

2 4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系的主要功能

為了保證4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，在進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建之初，設(shè)計(jì)者就從主觀分析和客觀評(píng)價(jià)兩個(gè)方面對(duì)視頻流傳輸效果進(jìn)行判定，以此來保證判定結(jié)果的準(zhǔn)確性。二者的工作原理為：首先通過相應(yīng)的技術(shù)手段了解視頻流的傳輸狀態(tài)，如果檢測(cè)出異常現(xiàn)象，再針對(duì)故障原因進(jìn)行主觀上的分析，以便于及時(shí)采取有效措施消除故障，使視頻流的傳輸過程回歸到穩(wěn)定狀態(tài)。在該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，還利用編解碼算法構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)分析模型。該模型從網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層、視頻編碼壓縮損傷分析層和終端視頻質(zhì)量分析層三方面入手，對(duì)視頻損傷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。其工作流程為：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層的工作目的是監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，保證輸出數(shù)據(jù)可為視頻提供重要依據(jù);視頻編碼壓縮損傷分析層的工作目的是分析編碼算法和動(dòng)態(tài)圖像，確認(rèn)視頻壓縮損傷;終端視頻質(zhì)量分析層則是借助于視頻評(píng)估算法，對(duì)視頻傳輸質(zhì)量給予客觀評(píng)價(jià)。

1）CDN服務(wù)器的性能監(jiān)控。在研究4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)督技術(shù)的過程中，發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象：CDN服務(wù)器的安裝位置與其運(yùn)行質(zhì)量之間有著密不可分的關(guān)聯(lián)。例如當(dāng)CDN服務(wù)器的安裝位置距離機(jī)頂盒較遠(yuǎn)時(shí)，IP網(wǎng)絡(luò)就會(huì)受到較大的干擾，進(jìn)而影響到視頻流的傳輸速度及傳輸質(zhì)量。由此看來，在安裝CDN服務(wù)器時(shí)，應(yīng)將其安裝在盡量靠近機(jī)頂盒的位置上，以此來提高視頻流的傳輸質(zhì)量。除此之外，為了滿足視頻流傳輸效率的相關(guān)要求，還需要CDN服務(wù)器根據(jù)機(jī)頂盒的性能需求，做出一系列的響應(yīng)操作。通過上述分析，我們了解到：提高CDN服務(wù)器的性能，是提高4K超高清視頻流傳輸效率得到有效途徑，只有CDN服務(wù)器具備較好的性能，才能夠滿足機(jī)頂盒的各項(xiàng)需求。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具備警告功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到CDN服務(wù)器存在運(yùn)行異常時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，提示工作人員查看CDN服務(wù)器的運(yùn)行情況，必要時(shí)需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，對(duì)運(yùn)行故障進(jìn)行提前防范，從而保證視頻流傳輸?shù)男省?/p>

2）IP網(wǎng)絡(luò)傳輸性能監(jiān)控。4K超高清視頻流傳輸用戶協(xié)議為HTTP/TCP，該協(xié)議對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性都具有較高的要求。HTTP/TCP協(xié)議自身具有強(qiáng)大的受損文件修復(fù)功能，在視頻傳輸?shù)倪^程中，一旦遇到了受損文件，HTTP/TCP協(xié)議便可對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，為視頻流傳輸過程中的安全性提供有效依據(jù)。但受損文件需要時(shí)間修復(fù)，用戶下載也要時(shí)間，而用戶下載也需要時(shí)間。在修復(fù)時(shí)間與下載時(shí)間相互抵消的情況下，并不會(huì)影響到用戶的觀看體驗(yàn)效果。近些年來，隨著4K超高清視頻流傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)極少會(huì)出現(xiàn)卡頓或者馬賽克的現(xiàn)象，只是在下一段視頻開播之前，存在一個(gè)較短的緩沖時(shí)間，需要用戶進(jìn)行等待。超高清視頻流的傳輸質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的損傷現(xiàn)象并不存在直接關(guān)聯(lián)，在這種情況下，有必要針對(duì)以往的視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行更新，否則對(duì)于視頻流的傳輸質(zhì)量則無法進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，傳輸質(zhì)量自然無法得到保障。因此，在今后的工作中，相關(guān)技術(shù)人員要針對(duì)4K超高清視頻流的傳輸特性及各項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定與分析，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建起一個(gè)全新的監(jiān)測(cè)體系。評(píng)定指標(biāo)主要包括：（1）有效下載吞吐率;（2）TCP失序包;（3）由于TCP協(xié)議具有差錯(cuò)恢復(fù)功能，通過重傳TCP包，可彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)丟包問題;（4）TCP重傳包比率;（5）TCP重復(fù)包數(shù);（6）TCP重置數(shù);（7）TCP低窗口包數(shù)。當(dāng)TCP報(bào)文窗口低于設(shè)定的限值時(shí)，則視為低TCP窗口報(bào)文?？蛻舳巳舫掷m(xù)出現(xiàn)TCP低窗口數(shù)據(jù)包，則有可能是存在某種性能問題，需降低服務(wù)器媒體流的發(fā)送速度。針對(duì)4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用，希望今后的發(fā)展中可以得到更多的討論與推廣。

3 4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)化措施

4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誕生與發(fā)展，是為了保障4K超高清視頻傳輸?shù)恼w質(zhì)量。因此，在建立該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過程中，需要結(jié)合視頻流的傳輸特點(diǎn)及各類影響因素進(jìn)行全面的判斷與分析，為質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性及有效性得到有效保障。在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究的過程中，為了確保最終的監(jiān)測(cè)效果，使其監(jiān)測(cè)性能得到充分發(fā)揮，系統(tǒng)操作人員可以創(chuàng)建一個(gè)仿真模型，對(duì)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的視頻流傳輸問題進(jìn)行模擬與分析;此后，再針對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。此外，借助網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器，也可以對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)問題進(jìn)行模擬，同時(shí)對(duì)該系統(tǒng)能否根據(jù)視頻流傳輸?shù)恼鎸?shí)狀態(tài)給出準(zhǔn)確評(píng)估進(jìn)行判斷，以此來提高各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與完善;還有，對(duì)于機(jī)頂盒內(nèi)部QoS軟探針的準(zhǔn)確性也要做出評(píng)估，通過這一環(huán)節(jié)可以進(jìn)一步保障4K超高清視頻流的傳輸質(zhì)量。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)問題進(jìn)行模擬試驗(yàn)時(shí)，也要同時(shí)關(guān)注QoS軟探針的運(yùn)行情況，時(shí)刻將視頻傳輸質(zhì)量與用戶要求之間進(jìn)行對(duì)比，對(duì)QoS軟探針的真實(shí)性能進(jìn)行了解與分析，為視頻傳輸質(zhì)量提供全方位的保障。

4 結(jié)束語

4K超高清視頻傳輸業(yè)務(wù)是高新科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。隨著人們對(duì)收看質(zhì)量要求的不斷提高，各大運(yùn)營商看到了4K超高清視頻業(yè)務(wù)的巨大發(fā)展前景。爭相引進(jìn)了4K超高清視頻傳輸服務(wù)，進(jìn)一步推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展速度。與此同時(shí)，各大運(yùn)營商為了使自身的業(yè)務(wù)水平得到持續(xù)不斷的提升，不約而同將工作的重心轉(zhuǎn)移至4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量方面，力求通過提升視頻傳輸質(zhì)量來提升自身的業(yè)務(wù)水平，為用戶帶來更多、更好的觀看體驗(yàn)，從而贏得更多的用戶支持。事實(shí)證明，這一發(fā)展方向是正確的，在今后的工作中，相關(guān)的技術(shù)人員還需要繼續(xù)努力，對(duì)4K超高清視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行的持續(xù)優(yōu)化，確保系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效果以及運(yùn)行質(zhì)量。

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作者簡介：趙 鑫，中央廣播電視總臺(tái)技術(shù)制作中心錄制二部。