IPTV承载网测试指标1228A.docx

IPTV承载网测试指标1228A.docx

《IPTV承载网测试指标1228A.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《IPTV承载网测试指标1228A.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

IPTV承载网测试指标1228A

华为技术有限公司

HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.

文档编号DocumentID

密级Confidentialitylevel

内部公开

文档状态DocumentStatus

共16页Total16pages

IPTV承载网测试指标

拟制

Preparedby

张鹏刘炅

Date

日期

2006-12-15

评审人

Reviewedby

数通测试组

Date

日期

2006-12-27

批准

Approvedby

刘晓文

Date

日期

2006-12-27

华为技术有限公司

HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.

版权所有XX

Allrightsreserved

修订记录RevisionRecord

日期

Date

修订

版本

RevisionVersion

修改

章节

SecNo.

修改描述

ChangeDescription

作者

Author

2006-12-15

1.00

initial初稿完成

张鹏刘炅

目录TableofContents

1IPTV网络承载概述4

2视频质量测试5

2.1视频质量测试分析5

2.2MDI（MediaDeliveryIndex）6

2.2.1DelayFactor7

2.2.2MediaLossRate9

2.2.3MDI实测10

2.2.4MDI的参考指标11

2.3其他视频测试指标12

2.3.1V-Factor12

2.3.2VQS（VideoQualityScore）12

2.3.3MDI，VQS和V-Factor的比较13

3频道切换时间（ChannelChange/ZapDelay）14

3.1组播频道切换时间相关定义14

3.2实测组播频道切换时间与用户感受切换时间16

3.3频道切换时间参考指标16

插图目录

图1播放中的媒体流（传输质量较差）11

图2网络质量较差情况下的视频流的MDI11

图3在网络质量较好情况下的视频流的MDI12

图4组播频道切换时间15

IPTV承载网测试指标

摘要：

IPTV,承载网,测试,MDI,DelayFactor,MediaLossRate,

ChannelZap

参考文献：

RFC4445

1IPTV网络承载概述

IP网络承载IPTV业务最主要包括电视频道（TV）和视频点播（VOD）节目。

为了保证IPTV的收看质量与目前的有线电视网收看质量相当，IPTV承载网要求能在带宽、频道切换时延、网络QoS等方面提供保证：

带宽：

要求每个IPTV用户接入带宽达到3～4Mb/s（使用MPEG2编码）或2Mb/s（使用MPEG4或更高压缩率的编码）。

在组播的情况下还需要网络设备具备更大的复制转发带宽。

频道切换时延：

有线电视网的频道切换非常快，IPTV也应尽量减少端到端时延，据IPTV用户调查，用户可接受1秒的TV频道切换时间及10秒下的VOD切换时间。

QoS：

丢包、抖动等都会严重影响IPTV的收看质量，会让用户觉得IPTV比不上有线电视的感觉。

可以看出，IPTV技术标准对承载层面提出了不同于普通以太网传输的要求：

在管理上针对用户和节目的网络带宽管理、VLAN功能管理、精细播放权限控制、频道切换时间控制和组播业务安全等新的功能要求；在传输上IPTV业务的流媒体特性决定了用户需要长时间占用网络带宽，而且要实时保证网络的QoS。

随着服务提供商积极开展Triple-play（通过融合的基础设施传输话音、视频和数据）业务，网络设备制造商也在极力设计并测试可在这些网络中提供出色服务质量（QoS）的设备。

服务质量机制允许设备将政策应用到网络中不同类型的流量上，以确保每种流量均以最适当的方式被处理。

例如，视频流和语音流对延迟非常敏感，所以通常具有更高的优先级。

而数据流（例如网络或电子邮件）不受定时影响，因而不必得到相同的优先对待。

但是，消费者通常不会关注流量的优先级和丢失的数据包，他们真正在意的是IPTV节目流畅显示而不出现视频障碍，以及语音通话的清晰。

从这个角度看，QoE（QualityofExperience）用户体验质量才是真正的关键所在。

在竞争激烈的今天，挑剔的客户会毫不犹豫地将不能达到预期质量的供应商抛弃掉。

因此，为了成功占领市场，服务提供商和网络设备制造商必须严格测试其三重播放设备，以确保他们提供恰当的服务质量。

一般来说，IPTV系统的性能测试有两个方面最为重要，这两个方面也是IPTV系统提供商和运营商最关心的两个指标。

一个是视频质量评定；另外一个是频道切换时间。

所以这里主要讨论一下这两方面的指标。

2视频质量测试

2.1视频质量测试分析

由于传输通道（基于IP网络）的特殊性以及接收设备IPSTB（SetTopBox，机顶盒）的特殊性，对于视频（Video）传输质量评估以及服务质量评估方面需要使用与传统的数据传输评定完全不同的方式和方法，这也是当前IPTV网络性能评估的难点和焦点。

所以在此也就仅仅讨论VideoOverIP网络，即视频承载在IP网络的性能测试问题。

由于MPEG视频流打包后通过IP网络传输和交换的过程中会发生抖动和时序失真。

这些失真是由于目标包的时序与发送时的源时序不同造成的。

有一些数据包到达的时候比它们在传输前的延时要短，而另外的一些数据包到达的时候比它们在传输前的延时要长，通过与理想状态下数据包的时序情况的对比，就可以定义数据包的抖动情况（理想的数据包到达时间与实际到达时间的时间差）。

VideooverIP测试技术的关键就是测试网络抖动以及丢包的情况。

目前最好的办法是根据RFC4445来进行测试和测量。

RFC4445主要用于IP网络中视频质量评定的标准，其中描述的称为MDI（MediaDeliveryIndex）测量指标适用于通过IP网络传输的任何一种媒体流，与媒体流所使用的上层编码方式无关。

2.2MDI（MediaDeliveryIndex）

媒体流传输指标（MDI）测量是在网络层面上的测量，用以表示预期的视频质量――即最终的用户服务质量。

它不受视频编码方案的影响，提供了一个简明的判断流媒体传输质量的指标，用于量化流媒体在网络中传输质量，现已经被北美和欧洲的运营商广泛采纳，并已被不同的测试厂商采用。

MDI由两部分组成：

（1）.DF（DelayFactor）

（2）.MLR（MediaLossRate）

2.2.1DelayFactor

为了解DelayFactor（DF）参数，这里再解释一下抖动与缓冲之间的关系。

抖动是端到端传输延迟随时间发生的一种变化。

若数据包以稳定速率到达目的地则呈现零抖动；若数据包以不稳定速率到达目的地则呈现非零抖动。

视频流在网络中传输时，视频源和目的地是分离的，并被网络中的各个设备路由、排序和重组等。

因此当媒体流到达目的地的整个过程中其传输速率会发生一定变化。

若媒体流到达的瞬时速率与目的地的处理速率不一致，那么媒体流必须在接收之后进行缓冲。

以典型的3.75Mb/sMPEG视频流为例：

目的地的解码器是以3.75Mb/s的恒定速率处理（或流出）数据，但是数据的到达速率可能高于或低于该流出速率。

解码器中的缓冲器用于收集确定数量的数据包（其到达时速率不同），并将这些数据包以恒定速率送至解码引擎。

抖动越严重，需要消除抖动的缓冲区就越大。

但是，采用较大缓冲区的代价是引起延迟。

另外，缓冲区的大小有限，所以过多的抖动会导致缓冲区上溢或下溢。

上溢是数据包到达缓冲区速率过高，以致占满缓冲区的空间而被接收机丢弃。

下溢是数据包的到达速率非常低，以致缓冲区没有足够的数据流入解码器。

上溢和下溢都会降低用户的体验质量，是两种不希望出现的情况。

若缓冲区出现上溢或下溢，由于媒体数据包的丢失，用户看到的视频就会时断时续，并且图像出现失真。

接收到的字节数减去流出的字节数可以显示出的一个需要在测试点保持的虚拟缓冲区的大小和时间。

这个值除以传输带宽时，结果就应该是一个虚拟缓冲区的内容全部流出的时间；传输带宽越高的，缓冲区全部流空的时间也就越短。

MDI中的DelayFactor是一个时间值，它表示缓冲区必须包含多少毫秒的数据才能消除抖动。

一般是在单位时间间隔内（通常是1秒）。

为更进一步描述DF的计算，需要考虑一个用于缓冲接收媒体流数据包的虚拟缓存VB。

当在一个计算的时间段内一个包P（i）到达，计算2个VirtualBuffer的值，VB（i,pre）和VB（i,post），定义如下：

;

当Sj是一个第j个包的媒体载荷长度时，Ti是包i到达的相对时间（在约定的时间间隔内），MR是额定的媒体流速率。

初始状态VB（0）=0是用于每个测量时间间隔的开始。

一个测量时间间隔是从一个额定周期（通常为1秒）里正好最后一个包到达的时间至下一个额定周期里正好最后一个包到达的时间。

在一个测量周期内，如果接收了k个包，则在衍生出的VB（max）和VB（min）中有2*k+1个VB值。

在从2*k+1个VB采样中确定VB（max）和VB（min）之后，测量时间间隔内的DF被计算为：

以上计算过程摘自RFC4445。

它的计算结果反映的是与媒体流相关的抖动变化情况，同时也能反映出媒体流在发生时序失真的情况下，需要多大的缓冲区或缓冲时间来消除抖动或时序失真所引起的负面影响，如过载、丢包、画面停顿等。

计算结果还反映了承载网络中某个测试点到媒体源之间的网络情况。

我们可以通过记录DF值来发现网络中各种潜在的问题。

要想让缓冲区可以高效的平滑媒体流提早到达或者延迟到达的时间，缓冲区必须在视频播放之前（数据流出之前）被填充好。

因为在数据流出的时候，如果缓冲区流空而新的数据没有进来，就会形成瞬间的数据中断，这种情况是不允许出现的。

因此，DF值也可以显示出在媒体流速率下缓冲区内数据流空的时间。

足够大的缓冲区可以帮助消除承载网络带来的抖动，但是也会造成过大的延迟。

与一般的二、三层抖动计算相比，DF指标是专门针对媒体流的，它的计算因子是媒体流速率，而不是一般的物理传输速率。

因此，DF可以很好地被用来评估视频在网络中的传输和实际的播放质量。

2.2.2MediaLossRate

MediaLossRate（MLR）是在一个选定的时间内（一般为1秒）丢失的或者非正常（如乱序）的媒体数据包的数量。

对非正常数据包的检测非常重要，因为许多用户侧的设备往往不对接收到的数据包重新排序，而直接将其发送到解码器。

任何数据包丢失，即出现非零MLR时，都会对视频质量带来不利影响，并造成视觉失真或异常以及不均匀的视频回放。

可能会有零个或者多个媒体流包在一个IP报文里，例如，通常一个IP报文里载有7个188字节的MPEG媒体包。

在这种情况下，一个IP报文的丢失可能会引起7个MPEG媒体包的丢失（如果7个丢失的媒体包中没有空包）。

图1播放中的媒体流（传输质量较差）

2.2.3MDI实测

下面两个图是数通测试组人员在存在IPTV质量问题的某局点实测得到的结果，使用的测试仪表为ThalesCopperG2（客户指定）：

图2网络质量较差情况下的视频流的MDI

从这个图中可以看出MDI为5.14:

0，DF稳定在5.141ms,实时的MLR为0，但是MLT（MediaLossTotal）为2，说明由于网络质量造成了2个媒体包的丢失。

网络问题确认并解决后，再次模拟测试，得到结果如下：

图3在网络质量较好情况下的视频流的MDI

从这个图中可以看出MDI为5.14:

0，DF稳定在5.140ms，实时的MLR为0，MLT（MediaLossTotal）为0。

2.2.4MDI的参考指标

MDI是一个非常重要的VideoOverIP网络的评定指标，可以被用于精确测量和监测影响视频传输质量的网络抖动和延迟。

使用DF参数可以确认、定位并且跟踪网络的抖动情况；通过测量MLR可以确认、定位并跟踪网络的丢包状况。

缓冲区溢出造成的数据包丢包现象可以表明网络的阻塞的情况，或者是由于本地电气噪音干扰造成的间歇性的错误，在这种情况下MLR的值会不断地跳变。

而如果MLR保持一个恒定的值，但是网络负载却不高的话则表明是服务器或者是信号源的问题。

通过参考整个业界的测试指标以及我们自己的实测经验，提供如下的参考指标：

（1）.DF的计算中涉及到了媒体流的速率和载荷，因此DF的指标首先由媒体流的速率和载荷来决定，而且由于用户端使用的STB质量参差不齐，使用的缓冲区大小不同，因此实际还要根据用户端STB的缓冲区大小来确定。

编码方式

常用带宽范围（bps）

典型DF值（ms）

MPEG2

1.5~6M

1.75～7.0

根据实际的测试经验，DF的值应最大不超过50ms。

（2）.可接受的最大MLR：

MLR为0（在播放中任何媒体包的丢失都会对视频的播放造成影响，从而整体影响QoE）。

2.3其他视频测试指标

2.3.1V-Factor

V-Factor指标是根据MPQMMotionPictureQualityMetrics）来做视频质量评定；包括两个部分，对于视频流的语音部分，使用和语音评定同样的方法－MOS/R-Factor。

V-Factor的评定划分为0-120的分数，其评估的参数包括媒体丢失率，媒体包丢失的分布情况等。

另外，V-Factor的评估要考虑编码的类型。

2.3.2VQS（VideoQualityScore）

VQS是一种主观评定指标（SubjectiveMeasurement），和对语音评估的MOS指标有些类似，VQS将图像质量划分为1-5的等级来评定图像质量的好坏。

视频质量指标（VQS）：

当VQS≥4.2时视频效果良好。

2.3.3MDI，VQS和V-Factor的比较

MDI

a）适合做多频道数量，成千上万用户的网络测试，并且需要对每个用户做实时分析和统计

b）从网络层来评估媒体流的时延和丢包，不关心上层编码类型，不管所采用的编码是H.264,MPEG4还是AVC或者中国的AVS，所以适合评估IP设备（比如IPDSLAM,Switch,EdgeRouter）的性能。

V-Factor

a）和上层的编码类型有关,适合评估特定码流类型到达用户终端的视频流的质量。

b）不适合做多频道，成千上万用户的网络测试

c）可以做网络层参数的统计，也可以对视频质量进行评估。

VQS

a）一种主观的图像评定标准，采用主观感觉的办法评定视频图像的质量。

b）一般来说，采用VQS指标不关心网络层参数的统计。

因此，从承载网的角度评估IPTV的质量，我们重点关注MDI。

3频道切换时间（ChannelChange/ZapDelay）

频道切换时间，顾名思义，是在用户按下换台键后，下一个节目开始播放之间的时间。

这个时间对于IPTV和VoD的业务时间定义是不同的。

我们这里主要讨论IPTV中组播业务的频道切换时间。

3.1组播频道切换时间相关定义

频道切换时间相关的几个定义，参考下图；为了保证这些定义的准确性，特意保留了这些定义的英语解释。

图4组播频道切换时间

•JoinLatency-Thetimebetweenarequesttojoinamulticastgroupandthereceiptofthefirstbyteofdataforamulticastgroup.（加入延时---从组播组加入请求到接收到第一个字节的组播组数据之间的时间间隔）

•LeaveLatency-Thetimebetweenarequesttoleaveamulticastgroupandthereceiptofthelastbyteofdataforthemulticastgroup.（离开延时---从组播组离开请求道接收到此组播组的最后一个字节的数据之间的时间间隔）

•ChannelOverlap-Thedurationoftimewhendataisreceivedforanewjoinedmulticastgroupandapreviouslyleftmulticastgroup.Thistimeisusuallyzerounits.（频道重叠时间---接收到新加入的组播组的数据和接收原组播组最后一个数据包之间的时间间隔。

这个时间通常为零）

•ChannelSwitchDelay（STBdependent）-AninternalIGMPprocessingdelaybetweenaLeaveandJoinrequest.Thisvalueisideallyinsignificant;however,itcanbeotherwise.（频道交换延时（由STB决定）---IGMP离开和加入消息的内部处理延时。

这个值理想情况下可以忽略，然而实际是会受影响的）

•ChannelChange/ZapDelay–Theinter-channelchangedelay,whichisthetimebetweenachannelLeaverequestsentandthereceiptofthefirstbyteofdatafromthenewmulticastchannel.ItistheIGMPJoinLatency+ChannelSwitchDelay（STBdependent）.ThisvalueisideallyveryclosetotheIGMPJoinLatency;however,theSTBcanintroduceasignificantdelay.（频道切换延时---是频道离开请求发出后到接受到新组播频道的第一个数据包之间的时间间隔，它等于IGMP加入延时+频道交换时间。

这个时间理想状况下应很接近IGMP加入延时，然而STB会引入较大的延时。

）

3.2实测组播频道切换时间与用户感受切换时间

在实际的使用测试仪表的测试过程中，由于测试仪表不能模拟各种用户端STB的缓冲区和实际处理方式。

实际测得的频道切换时间通常是从组播LeaveGroup1的报文发出之后到接收到第一个组播2的报文之间的时间。

但是实际用户感受的时间是，按下换台键（LeaveGroup的报文发出）到第二个组播节目开始播放的时间，这个时间受到STB引入的处理延迟和图4中ChannelOverlap这段时间。

因此使用测试仪表测得的时间数据要优于用户实际使用业务时感受的时间，这个需要注意。

3.3频道切换时间参考指标

由于VoD业务的频道切换和组播TV频道的切换原理是不一样的。

VoD业务是单播业务，其频道切换需要通知视频源的服务器端停止向用户端STB传送现有视频流，STB同时向服务器端申请另外一个频道，服务器接收到相应请求后发送单播视频流给该用户。

这个过程中可能还设计到认证和计费的处理，因此整个VoD业务的频道切换时间相对较长。

据实际的用户调查，用户可接受1秒的组播TV频道切换时间及10秒以下的VOD切换时间。