測量視頻和音頻體驗質(zhì)量

現(xiàn)在，廣播數(shù)字電視的節(jié)目來源多種多樣，這些節(jié)目通過各式各樣的設(shè)備和器件最終送達(dá)給觀眾。我們可以假設(shè)，在某些情況下節(jié)目的源素材是沒有缺陷的，然而實際情況卻不總是這樣。即便這些源素材本身沒有視頻和傳輸損傷，但當(dāng)它們經(jīng)過各種各樣的傳輸設(shè)備后，通常會使視頻造成這樣或那樣的缺陷。不管什么時候，只要出現(xiàn)了這種質(zhì)量劣化，就會給用戶觀看節(jié)目的體驗質(zhì)量(QoE)帶來影響。有時候這種質(zhì)量的劣化由內(nèi)容本身的性質(zhì)所引起，通常表現(xiàn)為隨機(jī)性；但有時候又始終表現(xiàn)為不良的QoE?？傊?，存在著太多的各種各樣的因素造成節(jié)目內(nèi)容質(zhì)量的下降。

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

主觀評測

使觀看人員對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀計分是評測視頻質(zhì)量的一種方法。這種評測方法盡管很好，但卻要耗費大量時間，而且在各個觀看員之間很難取得一致的評測結(jié)果。各個觀看員的評分之所以存在差異，是因為有太多的因素影響著他們的評分，例如機(jī)頂盒(STB)的類型、機(jī)頂盒的固件版本、電視機(jī)附近的光照環(huán)境，以及顯示器的類型(等離子體顯示器件或LCD顯示器件)，更不要說節(jié)目內(nèi)容和觀看人員的情緒同樣會給計分帶來影響。

對于節(jié)目質(zhì)量的評分，每位觀看人員有著他或她自己預(yù)想的計分標(biāo)準(zhǔn)。觀看人員長時間地去評測節(jié)目的質(zhì)量，不僅會使人感到疲倦，而且也難以對每幀圖像的整個畫面區(qū)域給予足夠的關(guān)注。大多數(shù)人傾向于只注重自己感興趣的對象，多位觀看人員在觀看同一節(jié)目素材時，對同樣的內(nèi)容很難取得一致的準(zhǔn)確計分。正是因為存在著這些差異，要求他們在網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點對節(jié)目素材給出一致的評價也是不可能的。

因此，對節(jié)目素材給出客觀評價的最好方法是使用一種設(shè)備，該設(shè)備應(yīng)能實時觀看每一幀圖像，并在整個網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)多次使用。沿著圖1給出的視頻傳輸路徑，從節(jié)目源的采集點直至終端機(jī)頂盒，包括所涉及到的所有設(shè)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)量的一種客觀評測方法是使用客觀的圖像質(zhì)量分析儀，這種方法的優(yōu)點是用一種視頻參考文件與接收到的內(nèi)容進(jìn)行比較，以檢測二者之間的圖像質(zhì)量是否出現(xiàn)了什么變化。這一評測過程是可以多次重復(fù)的，也是客觀的評測。然而，這種評測方法目前卻不能在實際傳送流中實時運行。

客觀的和實時的評測

另外還有一種最新的方法，即將一種解碼器嵌入到單個設(shè)備中，這是一種單端的、可實時運行的并且是可重復(fù)的、客觀的視頻質(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)中的各種問題，并能夠監(jiān)視任一設(shè)備的輸入和輸出視頻。

QoE測量策略

通過機(jī)頂盒解碼來對視頻進(jìn)行QoE評測雖然有它的優(yōu)點，但這種方法會十分依賴于所使用的某種特定的機(jī)頂盒以及特定的固件版本。為了對整個網(wǎng)絡(luò)獲取可重復(fù)的質(zhì)量計分結(jié)果，對于網(wǎng)絡(luò)中具有不同型號的各種機(jī)頂盒而言，如果讓所有機(jī)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(jī)頂盒都具有錯誤掩蔽功能，它可能會掩蔽某些質(zhì)量分析儀正在測量的某些錯誤。最后，使用機(jī)頂盒的模擬輸出來進(jìn)行QoE評測，也會降低被測視頻的質(zhì)量，這樣就難于進(jìn)行準(zhǔn)確的視頻質(zhì)量測量。因此，使用加密和調(diào)制前的參考解碼器能夠進(jìn)行更加準(zhǔn)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(nèi)容，因此它無法給出QoE的測量結(jié)果。這就為測量設(shè)備提出了更高的要求，它必須能夠測量目標(biāo)節(jié)目的QoE，以及提供網(wǎng)絡(luò)中任意兩點間的質(zhì)量劣化信息。

現(xiàn)在，基于MTM400A的回傳應(yīng)用，就有可能獲取網(wǎng)絡(luò)中任意點的內(nèi)容。為了查明網(wǎng)絡(luò)中任一設(shè)備或器件的問題，可以先使用位于節(jié)目采集點的MTM400A或者IPM400A以確保QoS符合要求(無傳輸錯誤或無丟包發(fā)生)，然后再選擇某一節(jié)目進(jìn)行QoE監(jiān)視。這樣可以將指定的節(jié)目送入VQS1000服務(wù)器以進(jìn)行QoE計分評測。

而后，隨著節(jié)目沿著網(wǎng)絡(luò)的傳輸，在經(jīng)過多個環(huán)節(jié)處理例如廣告插入之后，將會再次對QoE進(jìn)行查驗，直至最后將節(jié)目送達(dá)到終端用戶。利用這種方法，可以在整個網(wǎng)絡(luò)中的多個點上進(jìn)行特定服務(wù)的QoE監(jiān)測。特別是如果內(nèi)容經(jīng)過由MPEG-2到H.264的編碼轉(zhuǎn)換，或者在被測節(jié)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(jié)幀、黑場和塊效應(yīng)進(jìn)行檢測。利用這種QoE解決方案，不僅能夠測量送達(dá)到網(wǎng)絡(luò)終端用戶的任一節(jié)目的圖像質(zhì)量，而且還可以用來測量由節(jié)目分配源提供的視頻質(zhì)量。如果希望整個網(wǎng)絡(luò)始終保持高質(zhì)量的QoE，那么對采集的節(jié)目素材進(jìn)行QoE評測就十分重要。

在進(jìn)行QoE評測時，可能需要設(shè)定兩種不同的閾值以區(qū)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，了解單個視頻幀的質(zhì)量何時會出現(xiàn)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網(wǎng)絡(luò)，而在一段時間內(nèi)大量出現(xiàn)劣化幀時觸發(fā)告警同樣也是十分重要的。

對預(yù)先記錄的文件進(jìn)行QoE分析

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

1) 該文件應(yīng)當(dāng)符合ISO/IEC 13818-1標(biāo)準(zhǔn)，傳送流包中含有188個字節(jié)或204個字節(jié)；

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

可以直接對這樣的記錄文件進(jìn)行分析，只需簡單地打開文件并開始測量。無論是在文件模式中還是在實時模式中，觸發(fā)條件均被載入事件窗口，并可以導(dǎo)出為文件。此外，還可以記錄圖形結(jié)果(參看圖2)。測量設(shè)備將每分鐘的黑幀、凍結(jié)幀和塊效應(yīng)的測量最小值、平均值和最大值記錄到硬盤中。如果在視頻幀中出現(xiàn)較大的logo即標(biāo)志圖符，這時背景沒有運動(即凍結(jié)狀態(tài))，則紅色圖形達(dá)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(yīng)。例如對于游泳事件，開始幾幀僅有很少的運動場景，這時編碼器很容易處理，接著幾幀出現(xiàn)了大量的動作，從而導(dǎo)致編碼器過度壓縮使圖像出現(xiàn)塊狀。