測量視頻和音頻體驗質(zhì)量

現在，廣播數字電視的節目來(lái)源多種多樣，這些節目通過(guò)各式各樣的設備和器件最終送達給觀(guān)眾。我們可以假設，在某些情況下節目的源素材是沒(méi)有缺陷的，然而實(shí)際情況卻不總是這樣。即便這些源素材本身沒(méi)有視頻和傳輸損傷，但當它們經(jīng)過(guò)各種各樣的傳輸設備后，通常會(huì )使視頻造成這樣或那樣的缺陷。不管什么時(shí)候，只要出現了這種質(zhì)量劣化，就會(huì )給用戶(hù)觀(guān)看節目的體驗質(zhì)量(QoE)帶來(lái)影響。有時(shí)候這種質(zhì)量的劣化由內容本身的性質(zhì)所引起，通常表現為隨機性；但有時(shí)候又始終表現為不良的QoE?？傊?，存在著(zhù)太多的各種各樣的因素造成節目?jì)热葙|(zhì)量的下降。

我們的目標，是在網(wǎng)絡(luò )中的各個(gè)測試點(diǎn)客觀(guān)地評測節目的質(zhì)量，了解并查明在什么時(shí)候以及什么地方節目的傳輸質(zhì)量受到了影響。

主觀(guān)評測

使觀(guān)看人員對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀(guān)計分是評測視頻質(zhì)量的一種方法。這種評測方法盡管很好，但卻要耗費大量時(shí)間，而且在各個(gè)觀(guān)看員之間很難取得一致的評測結果。各個(gè)觀(guān)看員的評分之所以存在差異，是因為有太多的因素影響著(zhù)他們的評分，例如機頂盒(STB)的類(lèi)型、機頂盒的固件版本、電視機附近的光照環(huán)境，以及顯示器的類(lèi)型(等離子體顯示器件或LCD顯示器件)，更不要說(shuō)節目?jì)热莺陀^(guān)看人員的情緒同樣會(huì )給計分帶來(lái)影響。

對于節目質(zhì)量的評分，每位觀(guān)看人員有著(zhù)他或她自己預想的計分標準。觀(guān)看人員長(cháng)時(shí)間地去評測節目的質(zhì)量，不僅會(huì )使人感到疲倦，而且也難以對每幀圖像的整個(gè)畫(huà)面區域給予足夠的關(guān)注。大多數人傾向于只注重自己感興趣的對象，多位觀(guān)看人員在觀(guān)看同一節目素材時(shí)，對同樣的內容很難取得一致的準確計分。正是因為存在著(zhù)這些差異，要求他們在網(wǎng)絡(luò )中的不同節點(diǎn)對節目素材給出一致的評價(jià)也是不可能的。

因此，對節目素材給出客觀(guān)評價(jià)的最好方法是使用一種設備，該設備應能實(shí)時(shí)觀(guān)看每一幀圖像，并在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中重復多次使用。沿著(zhù)圖1給出的視頻傳輸路徑，從節目源的采集點(diǎn)直至終端機頂盒，包括所涉及到的所有設備或器件，而不論視頻流是否發(fā)生變化。

雙端文件模式

視頻質(zhì)量的一種客觀(guān)評測方法是使用客觀(guān)的圖像質(zhì)量分析儀，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是用一種視頻參考文件與接收到的內容進(jìn)行比較，以檢測二者之間的圖像質(zhì)量是否出現了什么變化。這一評測過(guò)程是可以多次重復的，也是客觀(guān)的評測。然而，這種評測方法目前卻不能在實(shí)際傳送流中實(shí)時(shí)運行。

客觀(guān)的和實(shí)時(shí)的評測

另外還有一種最新的方法，即將一種解碼器嵌入到單個(gè)設備中，這是一種單端的、可實(shí)時(shí)運行的并且是可重復的、客觀(guān)的視頻質(zhì)量分析儀。這種解決方案包含有MPEG-2和 H.264解碼器，可運行在一種高速服務(wù)器平臺上并能夠接收基于IP的視頻信號。采用這種解決方案，可以識別網(wǎng)絡(luò )中的各種問(wèn)題，并能夠監視任一設備的輸入和輸出視頻。

QoE測量策略

通過(guò)機頂盒解碼來(lái)對視頻進(jìn)行QoE評測雖然有它的優(yōu)點(diǎn)，但這種方法會(huì )十分依賴(lài)于所使用的某種特定的機頂盒以及特定的固件版本。為了對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )獲取可重復的質(zhì)量計分結果，對于網(wǎng)絡(luò )中具有不同型號的各種機頂盒而言，如果讓所有機頂盒都使用一樣的固件版本，這幾乎是一件不可能的事。還有，每種機頂盒都具有錯誤掩蔽功能，它可能會(huì )掩蔽某些質(zhì)量分析儀正在測量的某些錯誤。最后，使用機頂盒的模擬輸出來(lái)進(jìn)行QoE評測，也會(huì )降低被測視頻的質(zhì)量，這樣就難于進(jìn)行準確的視頻質(zhì)量測量。因此，使用加密和調制前的參考解碼器能夠進(jìn)行更加準確的測量。

目前的泰克的MTM400A及其系列產(chǎn)品被廣泛地用于RF層、IP層以及傳送流層的遙控測量。這對于評測服務(wù)質(zhì)量十分有用。然而，MTM400A卻不能識別包凈荷中的內容，因此它無(wú)法給出QoE的測量結果。這就為測量設備提出了更高的要求，它必須能夠測量目標節目的QoE，以及提供網(wǎng)絡(luò )中任意兩點(diǎn)間的質(zhì)量劣化信息。

現在，基于MTM400A的回傳應用，就有可能獲取網(wǎng)絡(luò )中任意點(diǎn)的內容。為了查明網(wǎng)絡(luò )中任一設備或器件的問(wèn)題，可以先使用位于節目采集點(diǎn)的MTM400A或者IPM400A以確保QoS符合要求(無(wú)傳輸錯誤或無(wú)丟包發(fā)生)，然后再選擇某一節目進(jìn)行QoE監視。這樣可以將指定的節目送入VQS1000服務(wù)器以進(jìn)行QoE計分評測。

而后，隨著(zhù)節目沿著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的傳輸，在經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節處理例如廣告插入之后，將會(huì )再次對QoE進(jìn)行查驗，直至最后將節目送達到終端用戶(hù)。利用這種方法，可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的多個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行特定服務(wù)的QoE監測。特別是如果內容經(jīng)過(guò)由MPEG-2到H.264的編碼轉換，或者在被測節目中插入廣告之后，進(jìn)行這種QoE測量是十分重要的。

QoE測量如何進(jìn)行？

前面所介紹的QoE解決方案是基于泰克公司VQS1000視頻質(zhì)量軟件，對視頻元素進(jìn)行全面的解碼，解碼出基帶視頻幀后對圖像中的凍結幀、黑場(chǎng)和塊效應進(jìn)行檢測。利用這種QoE解決方案，不僅能夠測量送達到網(wǎng)絡(luò )終端用戶(hù)的任一節目的圖像質(zhì)量，而且還可以用來(lái)測量由節目分配源提供的視頻質(zhì)量。如果希望整個(gè)網(wǎng)絡(luò )始終保持高質(zhì)量的QoE，那么對采集的節目素材進(jìn)行QoE評測就十分重要。

在進(jìn)行QoE評測時(shí)，可能需要設定兩種不同的閾值以區分良好的視頻質(zhì)量和不良的視頻質(zhì)量。對于觸發(fā)事件而言，了解單個(gè)視頻幀的質(zhì)量何時(shí)會(huì )出現明顯的下降固然是重要的，但允許質(zhì)量有所下降的視頻幀通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，而在一段時(shí)間內大量出現劣化幀時(shí)觸發(fā)告警同樣也是十分重要的。

對預先記錄的文件進(jìn)行QoE分析

利用VQS1000，可以對預先記錄的傳送流文件進(jìn)行QoE分析。無(wú)論該記錄文件是從什么地方獲取的，或者是從哪個(gè)設備獲取的，但只要滿(mǎn)足以下要求，就可以對其內容進(jìn)行 QoE評測：

1) 該文件應當符合ISO/IEC 13818-1標準，傳送流包中含有188個(gè)字節或204個(gè)字節；

2) 該文件包含采用MPEG-2或H.264編碼的單個(gè)或多個(gè)節目視頻元素

可以直接對這樣的記錄文件進(jìn)行分析，只需簡(jiǎn)單地打開(kāi)文件并開(kāi)始測量。無(wú)論是在文件模式中還是在實(shí)時(shí)模式中，觸發(fā)條件均被載入事件窗口，并可以導出為文件。此外，還可以記錄圖形結果(參看圖2)。測量設備將每分鐘的黑幀、凍結幀和塊效應的測量最小值、平均值和最大值記錄到硬盤(pán)中。如果在視頻幀中出現較大的logo即標志圖符，這時(shí)背景沒(méi)有運動(dòng)(即凍結狀態(tài))，則紅色圖形達到100%。紫色圖形的上升或下落取決于該視頻中是否存在塊效應。例如對于游泳事件，開(kāi)始幾幀僅有很少的運動(dòng)場(chǎng)景，這時(shí)編碼器很容易處理，接著(zhù)幾幀出現了大量的動(dòng)作，從而導致編碼器過(guò)度壓縮使圖像出現塊狀。