HTTP ABR 視頻傳輸質(zhì)量測量說(shuō)明

一、前言

HTTP ABR (Adaptive Bit Rate)是目前最熱門(mén)的OTT (Over-The-Top)傳輸技術(shù)，典型的有Apple HLS (HTTP Live Streaming)、Microsoft Smooth Streaming、Adobe Zeri Streaming和DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)。

HTTP ABR是以HTTP/TCP協(xié)議進(jìn)行無(wú)損傳輸，且會(huì )根據網(wǎng)絡(luò )帶寬自動(dòng)調整視頻碼率的視頻技術(shù)，與傳統的UDP承載或廣電廣播網(wǎng)絡(luò )承載的有損傳輸視頻業(yè)務(wù)有很大區別。在網(wǎng)絡(luò )性能變化，如路由器擁塞丟包時(shí)，傳統的MOS-V等圖像質(zhì)量指標對于HTTP ABR卻保持不變，失去了指標的意義。因此HTTP ABR業(yè)務(wù)需要全新的一套測量體系來(lái)進(jìn)行視頻傳輸質(zhì)量測量。Spirent針對該業(yè)務(wù)所設計的以AS Score為代表的一套指標體系已成為該業(yè)務(wù)測量的新標桿，并即將成為IETF標準。

二、為什么傳統的IPTV視頻質(zhì)量分析方法不適用于HTTP ABR業(yè)務(wù)？

有損傳輸的視頻與HTTP ABR視頻對比

傳統的網(wǎng)絡(luò )視頻IPTV業(yè)務(wù)主要是基于UDP承載視頻流的，UDP承載的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，但出現丟包則不會(huì )重傳，抖動(dòng)和時(shí)延過(guò)大的包會(huì )被丟棄，對視頻流而言是一種有損傳輸。所以當網(wǎng)絡(luò )損傷出現時(shí)，解碼后視頻質(zhì)量會(huì )出現劣化，導致馬賽克、圖像模糊等問(wèn)題，見(jiàn)下圖1。



　　圖1、UDP承載視頻流出現馬賽克和圖像模糊

HTTP ABR視頻業(yè)務(wù)是基于TCP承載視頻流的，TCP承載的特點(diǎn)是可靠連接，無(wú)損傳輸。丟包后會(huì )進(jìn)行重傳，抖動(dòng)和延時(shí)會(huì )被客戶(hù)端的下載緩沖所消化，一般情況下客戶(hù)不會(huì )感知。只有緩沖區的視頻播放完又沒(méi)有及時(shí)下載到新的視頻片段時(shí)，才會(huì )出現畫(huà)面等待并緩沖，見(jiàn)下圖2。


　　
　　圖2、TCP承載視頻流

傳統的網(wǎng)絡(luò )視頻質(zhì)量分析指標是針對視頻畫(huà)面損傷時(shí)對視頻質(zhì)量評估的，而當網(wǎng)絡(luò )性能劣化，例如有路由器出現擁塞導致丟包時(shí)，HTTP承載的視頻業(yè)務(wù)是不會(huì )丟失媒體包的，畫(huà)面質(zhì)量跟發(fā)送端是完全一致的，那原有的一些分析指標是否還適用呢？

有損傳輸的視頻質(zhì)量常用測量指標是否適用HTTP ABR業(yè)務(wù)？

基于UDP的IPTV視頻業(yè)務(wù)，或廣電廣播網(wǎng)絡(luò )的視頻業(yè)務(wù)常用于衡量視頻質(zhì)量的指標常用有如下幾種，Spirent VQA視頻質(zhì)量測量方案均已支持：

MOS-V

MOS-V原本是指通過(guò)觀(guān)測者人眼觀(guān)察視頻質(zhì)量，進(jìn)行主觀(guān)1-5分的打分，參見(jiàn)ITU-T P.910（04/2008）。目前廣泛在視頻質(zhì)量測試中所使用的MOS-V指標，即通過(guò)算法分析客戶(hù)端所收到的視頻編碼、幀率、丟包分布、以及圖像組結構等，通過(guò)算法換算得出等效于人眼主觀(guān)評價(jià)測量的MOS-V得分。

MOS-V適用于HTTP ABR業(yè)務(wù)嗎？

只適用于進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻編碼階段，對于網(wǎng)絡(luò )傳輸則失去意義。

如前所分析的，ABR業(yè)務(wù)采用TCP無(wú)損傳輸，已編好碼的視頻流（如H.264碼流）進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )（如CDN）后，發(fā)送端發(fā)出的媒體片段和接收端收到的片段是完全一致的。傳輸過(guò)程中TCP丟包會(huì )重傳，對于視頻流而言即不存在丟包，所以MOS算法所計算的丟包分布是無(wú)意義的。即在出現網(wǎng)絡(luò )層面的丟包時(shí)，對于TCP承載的視頻業(yè)務(wù)而言，MOS值是不會(huì )改變的。

所以MOS在A(yíng)BR業(yè)務(wù)中，充其量只能適用于視頻發(fā)送前進(jìn)行視頻編碼的階段，即做初步的編碼器編碼質(zhì)量對比。

在某些特殊場(chǎng)合，在傳輸網(wǎng)絡(luò )中有實(shí)時(shí)視頻轉碼的網(wǎng)元情況下，MOS也可用于單獨衡量轉碼設備的編碼質(zhì)量。但對于HTTP ABR業(yè)務(wù)而言，本身就具備提供多種不同的碼率碼流，適應不同的用戶(hù)情況，客戶(hù)端自動(dòng)選擇下載碼率，在網(wǎng)絡(luò )上再做實(shí)時(shí)轉碼并不經(jīng)濟，所以該場(chǎng)景在HTTP ABR業(yè)務(wù)中并不常見(jiàn)。

要特別指出的是，視頻傳輸質(zhì)量測量目的是以?xún)x表模擬大量用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，衡量網(wǎng)絡(luò )在大流量情況下的服務(wù)質(zhì)量。而編碼質(zhì)量則取決于編碼算法，與用戶(hù)量或網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)是無(wú)關(guān)的。例如VOD業(yè)務(wù)，它是編碼軟件離線(xiàn)編碼后，把文件以非實(shí)時(shí)的方式送入網(wǎng)絡(luò )存儲（如CDN），再由網(wǎng)絡(luò )向用戶(hù)提供服務(wù)的。

關(guān)鍵是，對于運營(yíng)者最關(guān)心的傳輸網(wǎng)絡(luò )上各個(gè)網(wǎng)元的服務(wù)質(zhì)量，例如出現丟包、抖動(dòng)、延時(shí)等，由于不存在視頻損傷，MOS指標保持不變。即網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量變化，用戶(hù)感知發(fā)生變化時(shí)，MOS指標無(wú)法反應，失去了指標的意義。

MDI

MDI:DF延遲因素指標，指示被測試視頻流的延遲和抖動(dòng)狀況。DF單位是ms。DF將視頻流抖動(dòng)的變化換算為對視頻傳輸和解碼設備緩沖的需求。

MDI:MLR媒體丟包率指標，網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)程中每秒媒體包丟失數，指示媒體包丟失情況。

MDI適用于HTTP ABR業(yè)務(wù)嗎？

完全不適用。

MDI:DF本意是為了指示對解碼設備緩沖的需求，特別是電視機頂盒的緩沖有限，緩沖時(shí)間通常是毫秒級的。而對于HTTP ABR業(yè)務(wù)而言解碼設備主要是PC和手機等智能終端，它是下載媒體片段的，終端本身就要求有容納大量文件的緩沖空間，緩沖時(shí)間起碼是分鐘級。MDI:DF指標失去意義了。