視頻質量互聯網電視論文

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1視頻質量分析模型

MOS值評價體系是將圖像質量劃分為1~5的等級來評定圖像質量的好壞，評定視頻質量時綜合考慮丟包率、抖動和編碼類型等多種客觀因素。如表1所示為國際電信聯盟ITU給出的MOS值與人主觀評價之間的對應關系。針對互聯網電視業務而言，對用戶體驗造成影響的主要有三個部分：視頻源質量、網絡傳輸質量以及終端用戶的主觀感受，MOS旨在合理地整合這三個方面，模擬出真實用戶收看視頻時的體驗情況。為了估計MOS值，我們可以從以下幾個方面獲取關于視頻質量信息。

（1）數據報文分析主要分析數據包的基本信息，包括地址，端口等，用戶標識視頻流屬性，對于TCP傳輸會統計對其重傳，窗口大小變動等做統計。

（2）RTP、TS分析通過RTP協議特性分析網絡層丟包，延時，抖動等網絡質量性能參數。對TS流進行分析，統計視頻流碼率、MID-DF、MID-MLR、TR101290規定的流媒體傳輸參數（該層分析為網絡分析和編碼分析的交叉領域，得出參數與兩者都有一定關系）。

（3）視頻內容分析通過分析PES幀頭對流內容的宏觀分析得出視頻質量的一些參數，比如分辨率、幀率、DTS時戳、PTS時戳等。

（4）視頻幀質量分析將IP報文中內容還原為視頻幀，并進行計數，同時也統計到達視頻流信噪比PSNR。通過對視頻幀的還原可以分析視頻幀損害比率、廢棄比率、過期比率等參數。

2OTT視頻質量保障方法

2.1OTT質量保障方法

OTT視頻質量保障系統對節目視頻從源頭到機頂盒終端，全流程監測分析其視頻質量，通過在CDN節點部署視頻分析設備、并在機頂盒嵌入監控模塊的方式，并把鏈路上各環節的視頻流參數實時上傳到保障系統，保障系統根據全部上傳數據分析OTT的業務質量，當OTT業務質量劣化時提前預警，并對故障進行分析以改善OTT業務的用戶體驗。視頻分析設備的部署示意圖為圖1。從拓撲圖可知，通過在CDN的核心節點、CDN的邊緣節點部署視頻分析設備，以及在終端內植入軟探針，全流程地獲取用戶觀看視頻的體驗。

2.2質量監測功能介紹

OTT一般是通過CDN平臺分發，因此需要對視頻源從CDN入口下發到用戶整個業務流線質量進行端到端的質量監測，讓整個業務平臺運營狀態可視化、邏輯結構區分，高效運營。OTT視頻質量保障系統主要包括的功能模塊為：CND節點監測、終端監測、告警及故障管理等模塊。

2.2.1CDN節點監測

CDN節點監測模塊可以同時監測分析節點內數萬個并發視頻，實時分析節點內所有視頻流的視頻質量，主要包括：網絡傳輸質量（MDI媒體傳輸質量指標、視頻流速率、封包丟失、網絡帶寬利用率等參數）、碼流質量（ISOTR101290定義的全部三級告警參數）、視頻內容層質量參數等詳細信息。

2.2.2終端監控

終端監測模塊主要對獲取的所有相關信息進行分類匯總顯示。

（1）集中質量監控。集中監控所有監控節點包括機頂盒和視頻源的視頻流播放狀況。

（2）提供完整的網絡層質量分析。該模塊除了提供應用層的詳細解碼分析之外，還提供了網絡層詳細解碼分析，并以圖形化的方式顯示出來，幫助用戶分層的進行故障排查，迅速解決問題，提高效率。

（3）終端故障分布分析。通過對終端所屬各區域進行終端故障統計得出該區域終端數量，故障等級分布以及主要故障。

（4）完整的監測報告及歷史監控記錄查詢。該模塊提供了完整的報表功能，幫助用戶進行OTT網絡質量統計，了解整個OTT網絡業務質量的整體趨向，并可作為評判網絡質量及運維質量的標準。

2.2.3EPG監控

EPG監測模塊實現機頂盒對EPG交互信息的監控，并進一步對視頻源服務器實現監控，在控制信令發生異常時向服務器發出警報。

3利用視頻網絡傳輸質量

估計MOS值方法由于在實際中視頻傳輸網絡可能十分巨大，而且用戶觀看視頻的隱私性需要保證，所以往往不適合采取對視頻解壓的方法分析視頻質量。利用網絡傳輸質量估計MOS值是最常使用的視頻質量監控方法，下面我們將描述如何只用網絡傳輸質量估計MOS值。

3.1有關視頻網絡傳輸質量的參數

我們采用兩個參數描述視頻傳輸質量，一個是視頻播放清晰度質量，另一個是視頻播放流暢度質量。而視頻傳輸質量受到網絡傳輸特性的影響。網絡傳輸特性往往歸納為三個指標：延遲、抖動和丟包。我們把從發送視頻數據包到接收到視頻數據包的時間設為傳輸延遲。在視頻傳輸應用中，恒定的延遲表現為視頻觀看時間的推遲。為了避免網絡抖動而產生的視頻播放效果惡化，網絡節點和視頻解碼器往往需要對視頻緩沖。實驗數據表明，視頻播放延遲不影響視頻觀看質量。而網絡傳輸的抖動和丟包會對視頻產生影響。抖動影響視頻播放流暢度質量，丟包影響視頻播放清晰度質量。思科公司和IneoQuest公司共同提出了IPTV視頻傳輸質量測試標準RFC4445MDI（MediaDeliv-eryIndex）媒體傳輸質量指標。其中MDI包括兩個參數，一個是DelayFactor，延遲因素，簡稱DF。另一個是MediaLossRate,媒體丟包速率，簡稱MLR。其中DL對應網絡傳輸的抖動，MDI對應網絡傳輸的丟包率。DF將網絡傳輸視頻流的抖動換算成對視頻傳輸和解碼設備的緩沖需求，影響視頻播放的流暢度。MLR對應傳輸過程的丟包率，影響視頻質量。我們對視頻流暢度和視頻質量的測算進行了些調整。因為在一般視頻質量測算的過程中，我們很難知道視頻傳輸和解碼設備的緩沖能力，所以我們用視頻抖動來估算視頻播放的流程度。在視頻信息傳輸過程中，丟不同的包會對視頻質量產生不同的影響。我們根據丟的包是I幀，P幀，B幀，視頻頭文件還是音頻信息來判斷丟包對視頻產生的影響。在接收端，我們可以知道到丟包的類型和數據包接收的間隔。我們可以從視頻數據包接收的間隔判斷視頻的抖動率。

3.2視頻編碼結構決定不同數據包丟失對視頻的影響不同

電視節目的視頻圖像內容編碼采取GOP結構，丟包造成不同類型的幀數據的丟失會對視頻質量產生不同的影響。GOP的長度一般是12幀到15幀，包括I幀、P幀和B幀。GOP結構通過幀間預測提高視頻壓縮率。I幀是獨立壓縮的一幀，一般壓縮比大概為1:7。P幀由I幀預測而來，一般壓縮比大概1:20。B幀則由相鄰的I幀和P幀共同預測，一般壓縮比大概為1:50。一般一幀的數據比一個數據包要多，所以丟一個數據包只會對視頻的一小塊造成影響。I幀信息的丟包比P幀和B幀信息的丟包影響更加嚴重。一個原因是I幀信息的錯誤會因為視頻編碼的GOP結構擴大，另一個原因是I幀的錯誤持續時間長，對視覺的影響較大。I幀的信息如果丟包，往往會因為視頻編碼對像素值的預測而持續很多幀，對視覺產生較大影響。而P幀或者B幀的信息如果丟包，雖然P幀與B幀的壓縮率更高，丟包后影響的圖像范圍更大，但是因為持續時間短，對視覺的影響并不是很大。此外因為P幀預測B幀，所以P幀丟包影響比B幀更大。此外，如果視頻頭文件丟包，則整段視頻無法解壓，對視頻質量影響嚴重。不過互聯網電視一般采用MPEGTS編碼方式，一個視頻頭文件只對應一段視頻。一個視頻頭文件的丟包不會導致所有視頻無法解壓。此外，電視節目視頻中有音頻編碼。因為音頻的所占體積更小一些，所以音頻的丟包相對于視頻圖像內容的丟包會對視頻產生更大的影響。

3.3利用模糊邏輯得到MOS估計值

我們采用模糊邏輯（FuzzyLog-ic）對MOS的估值進行計算。我們用兩個指標描述視頻傳輸質量，視頻播放清晰度質量和視頻播放流暢度質量。我們用這兩個指標來判斷MOS的估計值。為了表示簡便，讓我們用3個檔次（低（L），中（M），高（H））來作為這兩個指標的隸屬函數，該隸屬函數用以描述清晰度與流暢度的好壞程度。我們假設對MOS的估計有劣、次、中、良、優六檔，對應MOS值1~5。通過視頻播放清晰度質量和視頻播放流暢度質量兩個指標來對MOS的估計，兩個指標和對MOS估計結果的關系的如圖3的規則表所示。視頻播放清晰度質量和視頻播放流暢度質量兩個指標的不同關系造成了不同MOS估計結果的決定。模糊邏輯處理把一個明確的輸入轉化為一個模糊隸屬值（fuzzymem-bershipvalue）。這個隸屬函數有以下特點：

（1）提供了設計者的知識，邏輯關系清晰。

（2）在模糊集合之間提供了平滑的過渡，以平滑變化的參數代表性質的改變，較符合人的認知。

（3）計算簡單，邏輯調整方便。模糊隸屬函數的典型形狀是三角形、梯形和高斯函數。

4結論

通過在OTT業務的全流程上，部署視頻分析設備，當視頻質量劣化時，分析告警點所在位置，輔助系統管理員快速排除故障，并為業務評測人員提供改善服務的參考依據。系統通過模糊邏輯檢測分析獲得每個用戶所觀看視頻的觀感體驗評分（MOS），為維護視頻質量提供依據，從而提升用戶的收視體驗。

作者：于震宇 陳梅 張樹民 單位：賽特斯信息科技股份有限公司