视频质量互联网电视论文

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1视频质量分析模型

MOS值评价体系是将图像质量划分为1~5的等级来评定图像质量的好坏，评定视频质量时综合考虑丢包率、抖动和编码类型等多种客观因素。如表1所示为国际电信联盟ITU给出的MOS值与人主观评价之间的对应关系。针对互联网电视业务而言，对用户体验造成影响的主要有三个部分：视频源质量、网络传输质量以及终端用户的主观感受，MOS旨在合理地整合这三个方面，模拟出真实用户收看视频时的体验情况。为了估计MOS值，我们可以从以下几个方面获取关于视频质量信息。

（1）数据报文分析主要分析数据包的基本信息，包括地址，端口等，用户标识视频流属性，对于TCP传输会统计对其重传，窗口大小变动等做统计。

（2）RTP、TS分析通过RTP协议特性分析网络层丢包，延时，抖动等网络质量性能参数。对TS流进行分析，统计视频流码率、MID-DF、MID-MLR、TR101290规定的流媒体传输参数（该层分析为网络分析和编码分析的交叉领域，得出参数与两者都有一定关系）。

（3）视频内容分析通过分析PES帧头对流内容的宏观分析得出视频质量的一些参数，比如分辨率、帧率、DTS时戳、PTS时戳等。

（4）视频帧质量分析将IP报文中内容还原为视频帧，并进行计数，同时也统计到达视频流信噪比PSNR。通过对视频帧的还原可以分析视频帧损害比率、废弃比率、过期比率等参数。

2OTT视频质量保障方法

2.1OTT质量保障方法

OTT视频质量保障系统对节目视频从源头到机顶盒终端，全流程监测分析其视频质量，通过在CDN节点部署视频分析设备、并在机顶盒嵌入监控模块的方式，并把链路上各环节的视频流参数实时上传到保障系统，保障系统根据全部上传数据分析OTT的业务质量，当OTT业务质量劣化时提前预警，并对故障进行分析以改善OTT业务的用户体验。视频分析设备的部署示意图为图1。从拓扑图可知，通过在CDN的核心节点、CDN的边缘节点部署视频分析设备，以及在终端内植入软探针，全流程地获取用户观看视频的体验。

2.2质量监测功能介绍

OTT一般是通过CDN平台分发，因此需要对视频源从CDN入口下发到用户整个业务流线质量进行端到端的质量监测，让整个业务平台运营状态可视化、逻辑结构区分，高效运营。OTT视频质量保障系统主要包括的功能模块为：CND节点监测、终端监测、告警及故障管理等模块。

2.2.1CDN节点监测

CDN节点监测模块可以同时监测分析节点内数万个并发视频，实时分析节点内所有视频流的视频质量，主要包括：网络传输质量（MDI媒体传输质量指标、视频流速率、封包丢失、网络带宽利用率等参数）、码流质量（ISOTR101290定义的全部三级告警参数）、视频内容层质量参数等详细信息。

2.2.2终端监控

终端监测模块主要对获取的所有相关信息进行分类汇总显示。

（1）集中质量监控。集中监控所有监控节点包括机顶盒和视频源的视频流播放状况。

（2）提供完整的网络层质量分析。该模块除了提供应用层的详细解码分析之外，还提供了网络层详细解码分析，并以图形化的方式显示出来，帮助用户分层的进行故障排查，迅速解决问题，提高效率。

（3）终端故障分布分析。通过对终端所属各区域进行终端故障统计得出该区域终端数量，故障等级分布以及主要故障。

（4）完整的监测报告及历史监控记录查询。该模块提供了完整的报表功能，帮助用户进行OTT网络质量统计，了解整个OTT网络业务质量的整体趋向，并可作为评判网络质量及运维质量的标准。

2.2.3EPG监控

EPG监测模块实现机顶盒对EPG交互信息的监控，并进一步对视频源服务器实现监控，在控制信令发生异常时向服务器发出警报。

3利用视频网络传输质量

估计MOS值方法由于在实际中视频传输网络可能十分巨大，而且用户观看视频的隐私性需要保证，所以往往不适合采取对视频解压的方法分析视频质量。利用网络传输质量估计MOS值是最常使用的视频质量监控方法，下面我们将描述如何只用网络传输质量估计MOS值。

3.1有关视频网络传输质量的参数

我们采用两个参数描述视频传输质量，一个是视频播放清晰度质量，另一个是视频播放流畅度质量。而视频传输质量受到网络传输特性的影响。网络传输特性往往归纳为三个指标：延迟、抖动和丢包。我们把从发送视频数据包到接收到视频数据包的时间设为传输延迟。在视频传输应用中，恒定的延迟表现为视频观看时间的推迟。为了避免网络抖动而产生的视频播放效果恶化，网络节点和视频解码器往往需要对视频缓冲。实验数据表明，视频播放延迟不影响视频观看质量。而网络传输的抖动和丢包会对视频产生影响。抖动影响视频播放流畅度质量，丢包影响视频播放清晰度质量。思科公司和IneoQuest公司共同提出了IPTV视频传输质量测试标准RFC4445MDI（MediaDeliv-eryIndex）媒体传输质量指标。其中MDI包括两个参数，一个是DelayFactor，延迟因素，简称DF。另一个是MediaLossRate,媒体丢包速率，简称MLR。其中DL对应网络传输的抖动，MDI对应网络传输的丢包率。DF将网络传输视频流的抖动换算成对视频传输和解码设备的缓冲需求，影响视频播放的流畅度。MLR对应传输过程的丢包率，影响视频质量。我们对视频流畅度和视频质量的测算进行了些调整。因为在一般视频质量测算的过程中，我们很难知道视频传输和解码设备的缓冲能力，所以我们用视频抖动来估算视频播放的流程度。在视频信息传输过程中，丢不同的包会对视频质量产生不同的影响。我们根据丢的包是I帧，P帧，B帧，视频头文件还是音频信息来判断丢包对视频产生的影响。在接收端，我们可以知道到丢包的类型和数据包接收的间隔。我们可以从视频数据包接收的间隔判断视频的抖动率。

3.2视频编码结构决定不同数据包丢失对视频的影响不同

电视节目的视频图像内容编码采取GOP结构，丢包造成不同类型的帧数据的丢失会对视频质量产生不同的影响。GOP的长度一般是12帧到15帧，包括I帧、P帧和B帧。GOP结构通过帧间预测提高视频压缩率。I帧是独立压缩的一帧，一般压缩比大概为1:7。P帧由I帧预测而来，一般压缩比大概1:20。B帧则由相邻的I帧和P帧共同预测，一般压缩比大概为1:50。一般一帧的数据比一个数据包要多，所以丢一个数据包只会对视频的一小块造成影响。I帧信息的丢包比P帧和B帧信息的丢包影响更加严重。一个原因是I帧信息的错误会因为视频编码的GOP结构扩大，另一个原因是I帧的错误持续时间长，对视觉的影响较大。I帧的信息如果丢包，往往会因为视频编码对像素值的预测而持续很多帧，对视觉产生较大影响。而P帧或者B帧的信息如果丢包，虽然P帧与B帧的压缩率更高，丢包后影响的图像范围更大，但是因为持续时间短，对视觉的影响并不是很大。此外因为P帧预测B帧，所以P帧丢包影响比B帧更大。此外，如果视频头文件丢包，则整段视频无法解压，对视频质量影响严重。不过互联网电视一般采用MPEGTS编码方式，一个视频头文件只对应一段视频。一个视频头文件的丢包不会导致所有视频无法解压。此外，电视节目视频中有音频编码。因为音频的所占体积更小一些，所以音频的丢包相对于视频图像内容的丢包会对视频产生更大的影响。

3.3利用模糊逻辑得到MOS估计值

我们采用模糊逻辑（FuzzyLog-ic）对MOS的估值进行计算。我们用两个指标描述视频传输质量，视频播放清晰度质量和视频播放流畅度质量。我们用这两个指标来判断MOS的估计值。为了表示简便，让我们用3个档次（低（L），中（M），高（H））来作为这两个指标的隶属函数，该隶属函数用以描述清晰度与流畅度的好坏程度。我们假设对MOS的估计有劣、次、中、良、优六档，对应MOS值1~5。通过视频播放清晰度质量和视频播放流畅度质量两个指标来对MOS的估计，两个指标和对MOS估计结果的关系的如图3的规则表所示。视频播放清晰度质量和视频播放流畅度质量两个指标的不同关系造成了不同MOS估计结果的决定。模糊逻辑处理把一个明确的输入转化为一个模糊隶属值（fuzzymem-bershipvalue）。这个隶属函数有以下特点：

（1）提供了设计者的知识，逻辑关系清晰。

（2）在模糊集合之间提供了平滑的过渡，以平滑变化的参数代表性质的改变，较符合人的认知。

（3）计算简单，逻辑调整方便。模糊隶属函数的典型形状是三角形、梯形和高斯函数。

4结论

通过在OTT业务的全流程上，部署视频分析设备，当视频质量劣化时，分析告警点所在位置，辅助系统管理员快速排除故障，并为业务评测人员提供改善服务的参考依据。系统通过模糊逻辑检测分析获得每个用户所观看视频的观感体验评分（MOS），为维护视频质量提供依据，从而提升用户的收视体验。

作者：于震宇 陈梅 张树民 单位：赛特斯信息科技股份有限公司