视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 应 用 文 章 视 频 业 务 提 供 商 通 常 使 用 各 种 不 同 的 网 络 基 础 设 施 来 传 送 电 视 节 目 在 大 多 数 这 样 的 网 络 设 施 中, 包 括 使 用 卫 星 传 输 作 为 节 日 分 配 ( 节 目 采 集 ) 源, 而 用 ASI 接 口 或 者 IP 网 络 贯 穿 整 个 网 络 系 统, 而 后 常 用 RF 方 式 送 入 到 用 户 家 庭 或 者 用 户 接 入 设 备 ( 节 目 出 口 ) 当 今 的 数 字 视 频 和 音 频 节 目 均 具 有 相 当 不 错 的 质 量, 然 而, 有 时 也 会 偶 然 出 现 视 音 频 的 质 量 传 输 质 量 问 题, 一 旦 出 现 这 些 问 题, 我 们 常 常 难 于 查 明 引 起 这 些 问 题 的 根 源 造 成 这 些 问 题 的 原 因 很 多, 也 许 是 在 编 码 器 中 过 度 压 缩 了 某 个 高 速 运 动 的 视 频 场 景 中 的 几 幅 图 像 ; 也 许 是 因 为 不 期 而 至 的 天 气 事 件 ( 例 如 狂 风 暴 雨 和 大 雪 等 ) 在 某 些 情 况 下, 它 们 对 图 像 的 影 响 就 像 是 在 用 户 家 庭 中 添 加 了 太 多 的 3dB RF 分 路 器 不 管 这 些 问 题 来 自 何 处, 重 要 的 是 要 能 够 迅 速 地 发 现 并 记 录 已 出 现 的 音 频 或 视 频 问 题, 然 后 分 析 判 断 并 查 明 需 要 关 注 哪 些 设 备 ( 或 者 网 络 传 输 链 路 ) 为 了 识 别 和 隔 离 故 障, 关 键 是 要 能 够 进 入 整 个 网 络 系 统 中 的 测 试 点 无 论 是 什 么 网 络 系 统, 至 少 应 当 在 节 目 的 采 集 点 即 系 统 源 信 号 的 进 入 点 ASI 或 IP 交 换 处 以 及 信 号 的 最 终 出 口 ( 即 信 号 在 这 里 已 是 IP 信 号 或 者 RF 信 号 ) 有 了 这 样 的 最 少 三 个 测 试 接 入 点, 我 们 就 有 可 能 判 断 出 故 障 究 竟 出 现 在 哪 里 : 是 在 节 目 采 集 点, 还 是 在 系 统 设 备 中 或 者 是 在 节 目 出 口 处 为 了 对 造 成 这 些 可 疑 故 障 的 信 号 进 行 测 试, 通 常 使 用 两 种 相 关 联 的 方 法, 即 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 测 量 这 两 种 方 法 在 网 络 故 障 查 寻 和 分 析 中 都 是 十 分 有 用 的, 然 而, 这 两 种 方 法 在 量 化 质 量 问 题 时 使 用 的 却 是 完 全 不 同 的 度 量 参 数 在 这 篇 应 用 文 章 中, 我 们 将 介 绍 如 何 使 用 泰 克 公 司 MTS4000 MPEG 分 析 仪 来 进 行 这 两 类 不 同 的 测 试, 并 且 对 它 们 的 各 自 优 缺 点 进 行 讨 论
里 德 索 罗 门 ( 编 码 ) 应 用 文 章 测 量 值 增 加 前 向 监 视 后 向 监 视 数 字 悬 崖 BER 测 量 前 维 特 比 ( 编 码 ) 后 维 特 比 ( 编 码 ) 后 里 德 索 罗 门 ( 编 码 ) 减 少 远 离 数 字 悬 崖 趋 近 数 字 悬 崖 靠 近 数 字 悬 崖 超 出 数 字 悬 崖 逐 步 趋 向 数 字 悬 崖 的 示 意 图 图 1. 随 着 每 符 号 噪 声 量 的 加 大,MER 降 低, 使 传 输 信 号 的 衰 落 接 近 数 字 悬 崖 什 么 是 服 务 质 量 (QoS)? 对 QoS 的 一 种 简 明 解 释 是 简 单 地 把 它 看 作 是 正 确 比 特 数 与 总 比 特 数 的 比 值 这 也 就 是 说, 它 与 误 码 率 (BER) 相 关 测 试 某 一 传 输 链 路 的 最 好 方 法 是 在 业 务 传 输 中 断 时 进 行, 这 样 可 以 使 用 特 定 的 测 试 图 案 这 样 的 测 试 图 案 是 可 以 重 复 进 行 的, 当 出 现 比 特 或 者 字 节 错 误 时 很 容 易 对 错 误 的 严 重 程 度 作 出 量 化 然 而, 如 果 在 测 试 实 况 电 视 节 目 时, 其 中 只 有 很 少 重 复 的 数 据 可 供 测 试 在 监 视 卫 星 传 输 信 号 时 BER 的 作 用 是 十 分 重 要 的, 因 为 它 只 携 带 有 少 量 的 冗 余 度 除 了 BER 之 外, 如 果 还 要 进 行 其 它 附 加 的 测 试, 我 们 还 需 要 关 注 QoS 的 MPEG1,2 和 RF3,4,5,6/IP 标 准, 因 为 它 们 与 数 字 电 视 相 关 其 中 每 一 项 RF 标 准 均 具 有 自 身 的 调 制 条 件 和 调 制 特 性 在 ETSI TR 101 290 标 准 文 档 中, 列 出 了 各 种 调 制 类 型, 并 对 调 制 误 码 比 (MER) 以 及 许 多 其 它 RF 和 传 输 测 量 定 义 了 测 试 算 法 在 我 们 从 事 这 些 较 为 复 杂 的 测 量 项 目 之 前, 我 们 一 致 认 为 应 当 从 一 项 基 本 测 量 项 目 但 却 是 特 别 重 要 的 一 项 RF 测 试 即 信 号 功 率 开 始 在 设 计 电 视 接 收 机 时 它 应 当 有 一 个 适 当 的 信 号 功 率 接 收 量 接 收 的 信 号 功 率 太 大 或 者 太 小, 都 有 可 能 导 致 接 收 机 的 失 效 其 次, 要 使 接 收 机 正 常 工 作, 对 噪 声 的 大 小 也 应 当 有 适 当 的 要 求 为 进 行 这 两 项 测 量, 我 们 引 入 了 信 噪 比 (SNR) 信 噪 比 愈 高, 接 收 机 愈 容 易 接 收, 以 便 用 来 恢 复 传 输 的 比 特 数 据 或 者 符 号 如 果 信 噪 比 太 低, 在 接 收 的 比 特 数 据 中, 有 可 能 出 现 较 多 的 错 误 比 特 对 于 数 字 电 视 传 输 测 量, 我 们 常 用 MER 面 不 是 SNR 只 要 接 收 机 具 有 较 高 的 MER, 从 理 论 上 来 说,QoS 也 是 很 好 的 然 而, 当 接 收 机 接 收 信 号 的 强 度 靠 近 信 号 可 接 收 的 边 缘, 或 者 说 接 收 功 率 较 低 而 接 收 噪 声 较 高, 这 时 接 收 的 信 号 可 能 会 受 到 损 坏, 问 题 就 出 现 了 在 这 种 情 况 下, 我 们 通 常 将 这 样 的 边 缘 地 带 称 为 数 字 悬 崖 区 域 如 果 靠 近 这 个 区 域, 某 些 符 号 会 出 现 接 收 错 图 2. 尽 管 在 这 个 DVB-S QPSK 信 号 事 件 中 包 含 有 大 量 的 噪 声 (MER 不 良 ), 而 且 某 些 符 号 落 在 错 误 的 象 限 内, 然 而 FEC 和 R/S 仍 然 能 够 有 效 地 校 正 所 有 的 误 码 (QEF) 误 从 图 1 可 以 看 出, 随 着 BER 测 量 值 接 近 数 字 悬 崖,MER 逐 渐 减 小 当 MER 降 低 到 足 够 小 以 至 跨 过 数 字 悬 崖 时, 则 电 视 图 像 和 声 音 由 好 变 坏 因 此, 位 居 首 位 的 两 项 重 要 RF QoS 测 量 指 标 是 信 号 电 平 和 MER 如 果 以 RF 方 式 传 输 发 送 的 数 字 电 视 处 于 相 对 不 利 的 环 境 下, 最 好 增 加 一 定 的 信 号 冗 余 度, 以 克 服 信 号 的 衰 落 或 者 避 免 良 好 符 号 的 损 坏 有 些 数 字 射 频 调 制 方 法 按 照 不 同 的 气 候 条 件 或 者 不 同 的 干 扰 状 态 来 改 变 信 号 冗 余 的 程 度 描 述 这 种 冗 余 的 常 用 术 语 可 以 称 为 前 向 误 码 校 正 (FEC, 或 者 内 码 FEC) 数 字 电 视 的 一 个 附 加 编 码 层 称 为 里 德 / 索 罗 门 编 码 (R/S, 或 者 外 码 FEC) 而 内 码 编 码 是 维 特 比 卷 积 编 码 外 码 编 码 与 内 码 编 码 相 结 合 通 常 称 为 级 联 FEC 编 码 对 于 DVB 广 播 ( 包 括 数 字 电 视 卫 星 广 播 有 线 数 字 电 视 和 地 面 数 字 电 视 ) 而 言, 在 每 个 传 输 数 据 包 的 188 个 字 节 中, 利 用 R/S 编 码 可 以 校 正 多 达 8 个 错 误 字 节 在 ATSC6 地 面 数 字 电 视 和 SCTE 8 有 线 数 字 电 视 中 使 用 的 R/S 编 码 略 有 不 同, 但 是 可 以 用 于 更 差 的 传 输 环 境, 传 输 距 离 比 卫 星 信 号 更 短 些 ( 对 于 ATSC 8VSB 数 字 电 视, 在 每 187 个 字 节 的 传 输 包 中 可 以 校 正 10 个 字 节, 而 SCTE 数 字 有 线 电 视 是 在 每 122 个 字 节 中 可 以 校 正 3 个 字 节 ) 对 于 大 多 数 RF 传 输, 如 果 可 以 接 收 100% 的 数 字 传 输 称 为 有 效 无 误 码,effectively error-free, 或 者 只 要 RF 误 码 率 ( 内 码 FEC) 优 于 5 10E-3( 即 每 1000 个 比 特 中 有 995 个 是 正 确 比 特 ) 可 以 称 为 准 无 误 码,quasi-error-free (QEF) R/S 编 码 关 注 的 是 零 接 收 错 误 的 其 它 比 特 在 这 种 情 况 下, 可 以 将 这 种 解 调 信 号 的 QoS 看 成 是 完 美 的, 因 为 发 送 端 发 送 的 所 有 100% 比 特 数 据 均 能 够 正 确 无 误 地 被 接 收 端 接 收 图 2 显 示 出 BER 优 于 5 10E-3 的 信 号, 这 种 接 收 传 输 状 况 可 以 认 为 是 准 无 误 码 传 输 2 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer
视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 图 4. 256 QAM 调 制 方 式 的 有 线 电 视 信 号 图 3. 含 有 大 量 噪 声 的 DVB-S2 8PSK 信 号, 但 是 经 过 足 够 的 前 向 误 码 校 正 后, 可 以 获 得 准 无 误 码 的 传 送 流 目 前 大 多 数 的 视 频 卫 星 传 输 使 用 QPSK( 即 DVB-S, DigiCipher II,DSNG 等 调 制 方 式 ) 来 实 现 点 到 点 或 者 点 到 多 点 的 数 据 流 传 输 近 年 来 技 术 得 到 进 一 步 的 改 善, 例 如 在 使 用 与 QPSK 信 号 相 同 的 频 谱 时, 可 以 使 DVB-S24 的 8PSK 允 许 有 更 多 的 带 宽 图 3 给 出 的 是 一 个 DVB-S2 信 号 传 输 的 例 子, 该 信 号 传 送 的 是 带 宽 为 70Mbps 含 有 31 套 H.264 2 SD 编 码 的 节 目 与 QPSK 例 子 一 样, 尽 管 每 8 个 单 独 的 符 号 存 在 明 显 的 噪 声, 然 而 通 过 足 够 的 FEC 和 R/S 编 码 校 正, 可 以 为 这 些 错 位 的 符 号 提 供 有 效 的 校 正 (QEF) 类 似 的 数 字 调 制 方 案 还 可 以 用 在 系 统 出 口 处 以 通 过 电 缆 发 送 传 送 流 在 图 4 显 示 的 星 座 图 中, 采 用 256 QAM 调 制 方 案 的 信 号 符 号 均 处 于 正 确 的 位 置 能 够 连 续 地 测 量 BER 固 然 是 一 件 好 事 情, 然 而 如 果 误 码 比 超 出 5 10E-3 时, 以 及 在 一 个 传 输 包 中 有 一 个 或 者 多 个 误 码 时 (ISO/IEC 13818-1- MPEG-2), 您 想 了 解 此 时 的 视 频 和 音 频 有 什 么 问 题 几 乎 是 不 可 能 的 当 然, 也 许 根 本 就 没 有 什 么 问 题, 但 如 果 误 码 比 太 高 (>5 10E-3), 那 么 这 些 错 误 会 登 陆 在 许 多 音 频 和 视 频 帧 中 出 现 这 种 级 别 的 错 误, 可 以 认 为 所 有 的 观 众 均 会 觉 察 出 故 障 的 存 在 而 且 更 为 困 难 的 是, 在 监 视 数 字 网 络 时 如 何 去 确 定 问 题 的 严 重 程 度 和 误 码 出 现 的 次 数 在 监 视 ASI 9 10 或 者 基 于 以 太 网 传 输 的 视 频 时,FEC 通 常 不 进 行 校 正, 因 为 这 种 交 付 不 会 发 生 在 一 种 不 利 的 环 境 中 因 此, 假 定 BER 总 是 0.0 如 果 问 题 处 于 这 种 情 况, 当 然 是 十 分 理 想 的, 然 而 基 于 IP 交 换 的 复 杂 性, 偶 然 的 失 效 或 者 网 络 的 过 载 是 必 然 会 发 生 的, 这 会 引 起 IP 包 的 丢 失 加 之 更 为 不 利 的 情 况 是, 出 于 视 音 频 网 络 传 输 的 低 时 延 要 求, 通 常 采 用 UDP ( 只 管 发 送, 而 不 管 数 据 是 否 到 达 ) 协 议 传 输, 它 不 同 于 TCP/ IP 协 议 在 TCP/IP 协 议 中, 每 个 IP 包 均 要 经 过 握 手 信 号 交 换 的 方 式 在 基 于 IP 协 议 传 送 的 视 频 中, 通 常 是 在 每 个 IP 包 中 放 置 7 个 13818-1 传 送 流 包, 这 样, 如 果 偶 然 丢 失 了 一 个 单 独 的 IP 包, 就 相 当 于 丢 失 了 7 个 传 送 流 包 如 果 基 于 IP 传 送 的 视 频 采 用 RTP 协 议 传 输, 那 么 按 照 该 协 议, 通 过 IP 包 头 中 的 附 加 计 数 器 就 可 以 获 知 何 时 丢 失 了 IP 包 不 过, 由 于 大 多 数 基 于 IP 传 输 的 视 频 使 用 的 是 UDP 协 议, 我 们 就 必 须 使 用 另 外 一 种 方 法 来 了 解 某 个 IP 包 是 什 么 时 候 丢 失 的 其 实, 在 MPEG-2 传 送 流 包 中, 每 套 TV 节 目 中 均 含 有 为 每 个 音 频 和 视 频 元 素 提 供 的 独 立 的 4 比 特 计 数 器, 这 样 就 可 以 确 定 何 时 出 现 了 包 丢 失 错 误 计 算 出 已 丢 失 的 包 数 与 发 送 总 包 数 的 比 值 是 可 能 的 然 而 这 样 作 意 义 并 不 太 大, 因 为 丢 失 的 每 个 包 不 一 定 均 会 导 致 音 频 或 者 视 频 质 量 的 劣 化 确 定 并 指 示 某 个 或 者 偶 然 丢 失 的 传 送 流 包 是 一 件 很 糟 糕 的 事 情, 因 为 一 旦 这 样 的 事 件 发 生, 故 障 查 寻 机 制 通 常 会 立 即 开 始 启 动 而 视 音 频 质 量 劣 化 的 程 度 却 取 决 于 每 个 视 频 帧 中 发 生 错 误 的 位 置 除 了 RF 和 BER 测 试 之 外,TR 101 290 标 准 文 件 还 为 广 播 电 视 运 营 商 提 供 了 一 组 传 送 流 测 量 的 推 荐 方 法 ( 参 见 该 标 准 的 的 第 5 部 分 ) 优 先 级 1 类 错 误 : 表 示 接 收 机 不 能 锁 定 信 号 优 先 级 2 类 错 误 : 表 示 接 收 的 视 频 和 音 频 质 量 可 能 受 到 损 伤 优 先 级 3 类 错 误 : 表 示 故 障 存 在 于 电 子 节 目 指 南 中 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer 3
应 用 文 章 图 5. 由 TR 101 290 列 表 视 图 可 以 看 出, 有 几 个 TS 包 受 到 损 坏, 并 且 丢 失 了 几 个 TS 包 选 择 这 组 参 数 的 目 的, 是 为 了 迅 速 确 定 实 际 电 视 信 号 中 的 QoS 状 况 观 察 TR 101 290 列 表 视 图 的 故 障 查 寻 点 和 故 障 诊 断 点, 可 以 发 现, 绝 大 多 数 关 键 性 的 测 试 是 同 步 字 节 错 误 连 续 性 计 数 错 误 以 及 传 输 错 误 指 示 标 志 在 以 上 三 类 优 先 级 错 误 中 出 现 的 任 何 错 误, 通 常 说 明 在 传 送 流 的 传 输 过 程 中, 也 可 能 是 在 传 送 流 的 创 建 或 者 复 用 过 程 中 出 现 了 较 为 严 重 的 故 障 TR 101 290 测 试 对 于 迅 速 获 取 传 送 流 的 工 作 状 况 是 否 正 常 以 及 了 解 传 送 流 中 是 否 包 含 错 误 的 音 频 和 视 频 元 素 而 言, 它 是 一 种 十 分 有 效 的 方 式 但 是 某 些 其 它 的 测 试 却 常 常 会 引 起 误 解 最 重 要 的 测 试 是 MPEG-2 节 目 相 关 表 和 节 目 映 射 表 (PAT 和 PMT) 的 时 序 测 试 如 果 传 送 流 中 没 有 这 两 个 表, 那 么 正 常 的 数 字 电 视 接 收 机 或 者 机 顶 盒 是 无 法 解 码 电 视 节 目 的 图 5 给 出 了 利 用 MTS 4000 MPEG 分 析 仪 按 照 TR 101 290 规 范 进 行 测 试 的 例 子, 它 执 行 的 测 试 项 目 是 优 先 级 1 类 和 2 类 测 试 视 图 中 绿 色 LED 用 来 指 示 理 想 的 无 错 纪 录, 而 淡 黄 色 的 LED 及 其 指 示 个 数 表 明 在 过 去 一 段 时 间 内 出 现 了 一 系 列 的 质 量 损 伤 状 况 图 5 中 的 2.1 项 即 传 输 错 误 表 示 RF 解 调 器 无 法 恢 复 某 个 传 输 包 (357 次 ), 说 明 在 这 357 个 传 输 包 中, 其 中 每 个 传 输 包 发 生 过 一 个 或 者 多 个 比 特 错 误 图 5 中 的 1.4 项 即 连 续 性 计 数 错 误 (453 次 ) 表 明 流 传 输 过 程 中 曾 经 丢 失 了 453 个 传 输 包, 也 可 能 是 在 2.1 项 即 传 输 错 误 期 间 计 数 器 不 能 正 确 计 数 发 生 这 类 错 误 以 及 错 误 数 量 的 多 少 通 常 会 引 起 视 频 和 音 频 的 失 真 或 者 视 音 频 质 量 的 损 伤 图 6. TR 101 290 PCR 不 准 确 度 测 试 实 际 上 PAT 和 PMT 是 必 须 测 量 的 ( 属 于 优 先 级 1 类 ), 要 求 最 小 的 到 达 时 间 间 隔 是 符 合 要 求 的, 然 而, 如 果 这 两 个 表 的 到 达 时 间 仅 延 迟 1 毫 秒, 那 么 在 TR 101 290 的 测 试 视 图 中 这 两 项 的 指 示 灯 将 由 绿 色 转 为 红 色 可 以 认 为 这 样 的 错 误 是 重 大 错 误, 但 即 便 是 PAT 和 PMT 出 现 附 加 的 毫 秒 级 延 迟 也 不 会 引 起 电 视 机 机 顶 盒 或 者 电 视 观 众 的 察 觉 基 于 这 一 理 由, 必 须 对 TR 101 290 的 测 试 结 果 作 出 一 些 解 释 仅 仅 依 赖 TR 101 290 测 试 可 能 使 您 陷 入 烦 恼 对 于 许 多 网 络 运 营 商 而 言, 考 虑 到 有 一 些 时 间 偏 差, 通 常 的 实 践 是 允 许 提 高 到 达 时 间 间 隔 的 门 限 值 保 持 较 短 的 间 隔 时 间 可 以 使 终 端 用 户 能 够 在 较 短 时 间 内 能 够 迅 速 地 切 换 频 道, 然 而 当 某 个 传 输 流 或 某 一 节 目 在 其 部 分 电 子 节 目 指 南 中 有 所 延 迟 时,TR 101 290 也 许 会 错 误 地 标 记 为 问 题 在 TR 101 290 优 先 级 2 类 的 许 多 节 目 时 钟 参 考 (PCR) 测 量 项 目 中, 也 有 相 同 的 情 形 实 际 上, 对 于 每 台 电 视 机 或 者 机 顶 盒 而 言, 较 小 的 时 间 间 隔 百 分 比 偏 差 并 没 有 什 么 差 别, 不 过 这 种 时 间 偏 差 却 会 使 TR 101 290 的 指 示 由 绿 色 转 为 红 色 由 图 6 可 以 看 出, 一 些 时 间 点 上 的 PCR 精 度 超 出 了 规 定 范 围 的 几 个 纳 秒 ( 偏 离 在 白 带 区 域 之 外 ) 4 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer
视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 图 7. MTS4000 对 IP 包 间 隙 包 丢 失 和 包 速 率 等 进 行 跟 踪 测 量 图 8. 被 选 择 IP 流 的 高 分 辨 率 直 方 图 显 示 假 定 现 在 大 多 数 系 统 设 施 均 基 于 IP 协 议 以 传 输 MPEG 流, 那 么, 如 何 诊 断 IP 网 络 中 的 传 输 问 题 将 显 得 愈 为 必 要 当 然, 所 有 的 TR 101 290 相 同 测 试 也 可 用 于 基 于 IP 的 传 输 测 量, 然 而, 这 种 测 试 对 于 IP 包 之 间 的 延 迟 问 题 却 赋 予 了 过 高 的 关 注 度 对 于 那 些 使 用 IP 作 为 节 目 输 入 的 RF 调 制 器 来 说, 为 了 使 缓 存 器 不 致 造 成 上 溢 或 者 下 溢, 则 要 求 数 据 包 有 连 续 一 致 的 到 达 时 间 因 此, 测 量 任 意 两 个 IP 包 之 间 的 时 间 间 隙 才 是 关 键 图 7 给 出 了 MTS4000 的 测 量 图 示, 它 测 量 的 是 几 个 MPEG 传 输 包 之 间 的 时 间 间 隙, 所 有 这 些 传 输 包 均 是 通 过 一 条 GigE 链 路 并 行 传 送 的 为 了 清 晰 地 描 绘 出 IP 信 号 的 抖 动 测 量 状 况, 采 用 高 分 辨 率 的 直 方 图 曲 线 显 示 是 十 分 有 用 的 从 图 8 可 以 看 出, 包 之 间 的 平 均 间 隙 大 约 为 543 µs, 同 时 在 300 µs 和 900 µs 处 各 有 一 个 小 的 聚 合 组 随 着 时 间 的 延 伸, 对 抖 动 或 者 包 间 隙 进 行 跟 踪 测 量 也 是 非 常 有 用 的, 这 样 可 以 在 长 达 7 天 的 时 间 周 期 内 发 现 包 间 隙 的 最 大 值 图 9 给 出 了 这 样 的 例 子, 可 以 看 出, 包 平 均 间 隙 同 样 是 543 µs( 暗 蓝 线 ), 然 而 却 在 两 个 IP 包 之 间 出 现 了 十 分 罕 见 的 长 达 16.7 ms 的 间 隙 ( 灰 色 包 络 ) 为 了 测 量 MPEG-2 传 输 的 QoS, 进 行 TR 101 290 测 量 就 可 以 满 足 要 求 但 要 确 定 音 频 和 视 频 的 体 验 质 量 (QoE), 则 需 要 进 行 更 多 的 处 理, 而 不 是 只 是 简 单 地 察 看 MPEG 传 输 包 头 和 包 间 隙 就 可 以 实 现 的 图 9. 长 达 7 天 的 抖 动 走 势 分 析 图 示 假 定 压 缩 电 视 是 非 线 性 的, 如 果 误 码 比 特 落 入 在 MPEG 视 频 I 帧 的 中 心 部 位, 那 么 情 况 要 比 误 码 比 特 落 入 在 B 帧 的 四 角 更 为 糟 糕 之 所 以 是 这 样, 是 因 为 它 不 是 线 性 的, 因 为 I 帧 中 的 一 个 误 码 可 能 会 影 响 到 整 个 图 像 组 ( 时 长 大 约 为 500 ms) 的 质 量 而 驻 留 在 电 视 机 的 屏 面 上 而 如 果 损 坏 的 是 B 帧 图 像, 它 仅 仅 作 为 一 帧 图 像 ( 例 如, 仅 为 一 秒 的 30 分 之 一 或 者 为 一 秒 的 25 分 之 一 ) 而 停 留 在 电 视 机 屏 幕 上 这 样 对 整 个 图 像 质 量 的 损 伤 也 相 对 较 小 也 就 是 说, 一 个 错 误 的 比 特 可 能 会 引 起 一 个 完 整 的 像 条 块 或 者 一 整 行 像 素 转 为 绿 色, 当 然 这 个 错 误 的 比 特 也 许 只 造 成 某 一 单 个 像 素 改 变 颜 色 因 此, 与 电 信 行 业 通 常 采 用 的 BER 测 量 不 同, 在 数 字 电 视 中, 我 们 需 要 测 量 BER, 但 是 也 要 对 每 一 音 频 元 素 和 视 频 元 素 的 损 伤 情 况 进 行 跟 踪 测 量 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer 5
应 用 文 章 图 10. 由 卫 星 分 配 系 统 馈 送 来 的 信 号 中 有 着 不 太 严 重 的 块 效 应 图 像 什 么 是 体 验 质 量 (QoE)? QoE 是 关 系 到 电 视 节 目 中 的 主 要 部 分 有 无 问 题 的 一 个 度 量 参 数, 这 也 是 我 们 密 切 关 注 的 一 项 重 要 指 标 我 们 不 应 将 注 意 力 只 放 在 在 某 个 错 误 的 比 特 上 例 如, 如 果 某 一 单 个 比 特 错 误 影 响 的 只 是 B 帧 图 像 的 一 个 边 角, 与 这 个 比 特 错 误 出 现 在 I 帧 图 像 的 中 心 部 位 相 比 较, 前 者 对 QoE 造 成 的 损 伤 就 要 小 得 多 因 此, 如 果 I 帧 中 的 这 个 单 个 比 特 错 误 持 续 发 展 以 至 破 坏 了 16 16 像 素 块 的 整 个 像 条, 那 么 这 将 对 QoE 产 生 极 其 严 重 的 影 响 这 样 说 来, 能 否 测 量 某 个 比 特 错 误 对 电 视 节 目 的 影 响 程 度, 关 键 在 于 如 何 准 确 地 了 解 比 特 错 误 发 生 在 什 么 地 方 还 有 一 个 问 题 是, 尽 管 传 输 可 能 是 正 确 的 而 无 误 码 ( 既 没 有 语 法 错 误 也 没 有 语 义 错 误 ), 然 而 由 于 节 目 传 输 受 到 网 络 带 宽 的 限 制 而 不 能 清 晰 地 再 现 高 速 运 动 场 景 视 频, 因 此 将 使 观 众 很 不 满 意 在 这 种 情 况 下, 虽 然 没 有 协 议 错 误, 然 而 图 像 帧 或 者 视 频 序 列 却 是 由 较 大 的 16 16 实 心 方 块 所 组 图 11. 在 同 一 时 间 帧 上 经 过 转 码 后 的 内 容 有 着 明 显 较 高 的 块 效 应 现 象 ( 绿 色 曲 线 ) 成, 而 不 是 再 现 为 清 晰 的 图 像, 观 众 通 常 将 这 种 图 像 方 块 称 为 块 状 视 频 故 障 在 图 10 中, 给 出 的 是 来 自 卫 星 分 配 系 统 的 带 宽 为 4.1Mbps 的 电 视 节 目, 可 以 看 出 该 图 像 存 在 低 度 的 块 效 应 图 11 显 示 的 是 通 过 有 线 传 输 的 相 同 电 视 节 目 ( 调 制 方 式 为 256QAM), 仅 经 过 转 码 ( 或 者 速 率 成 形 箝 位 处 理 等 ) 后, 带 宽 速 率 进 一 步 降 低 到 3.6Mbps 其 结 果 是 在 相 同 的 周 期 时 间 内 造 成 块 效 应 的 明 显 加 剧 而 引 起 图 像 失 真 在 这 种 情 况 下, QoE 质 量 明 显 地 降 低 以 至 观 众 能 够 识 别 出 视 频 中 的 块 状 图 像 如 果 在 一 段 较 长 的 时 间 周 期 内 出 现 相 同 的 视 频 帧 ( 图 像 冻 结 或 者 黑 帧 ), 这 时 就 会 产 生 另 一 类 视 频 QoE 问 题 很 明 显, 如 果 此 段 时 间 内 画 面 没 有 变 化 而 表 现 为 重 复 的 视 频 帧, 在 某 些 点 上 ( 例 如 2 分 钟 ) 应 当 向 运 营 商 发 出 告 警 提 示, 以 说 明 该 冻 结 帧 究 竟 是 出 于 某 种 剧 情 要 求 ( 例 如 为 追 求 艺 术 效 果 而 出 现 的 全 黑 场 景 ) 而 出 现, 还 是 因 损 坏 的 传 输 链 路 或 者 系 统 中 的 某 些 设 备 故 障 所 造 成 6 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer
视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 图 12. 利 用 图 像 质 量 分 析 仪 直 接 对 实 况 节 目 视 频 帧 的 转 码 前 后 进 行 比 较 采 用 泰 克 公 司 的 PQA600 图 像 质 量 分 析 仪, 也 可 以 使 用 MTS4000 中 的 图 像 质 量 分 析 软 件 选 项, 就 可 以 利 用 视 频 参 考 信 号 对 卫 星 信 号 和 有 线 信 号 直 接 进 行 比 较, 同 时 给 出 客 观 的 图 像 质 量 计 分 在 这 种 情 况 下, 将 卫 星 信 号 流 和 有 线 视 频 信 号 流 记 录 下 来, 然 后 用 图 像 质 量 分 析 仪 将 它 们 转 换 为 YUV 信 号, 再 进 行 空 间 域 和 时 间 域 对 准, 最 后 测 量 出 这 两 个 视 频 片 断 之 间 的 差 异 此 时 可 以 提 供 基 本 峰 值 信 噪 比 (PSNR) 测 量 结 果, 不 过 图 像 质 量 分 析 仪 还 可 以 进 行 许 多 更 为 重 要 的 测 试, 例 如 图 像 质 量 计 分 (Picture Quality Rating) 提 示 模 型 (Attention model) 等 图 12 给 出 的 是 利 用 图 像 质 量 分 析 仪 对 卫 星 和 有 线 这 两 个 视 频 短 片 之 间 的 每 一 帧 图 像 进 行 逐 帧 PSNR 的 测 量 结 果 图 像 质 量 分 析 仪 是 采 用 多 种 方 式 直 接 以 人 眼 的 视 觉 模 型 为 参 考 IRT study11 (Institut fuer Rundfunktechnik, 位 于 德 国 慕 尼 黑 的 一 家 机 构 ) 表 示, 与 ITU-R_BT.500-1112 测 试 方 法 所 得 到 的 人 眼 观 察 计 分 结 果 相 比 较, 图 像 质 量 分 析 仪 即 PQR 的 测 量 结 果 有 着 非 常 高 的 相 关 度 音 频 是 QoE 测 量 的 另 一 项 元 素, 因 为 它 的 音 量 响 度 时 不 时 地 改 变 ( 例 如 响 度 加 大 ) 会 达 到 人 们 无 法 忍 受 的 程 度, 也 许 经 过 一 段 较 长 时 间 后 音 量 又 会 降 低 为 了 准 确 地 跟 踪 这 些 问 题, 可 以 按 照 ITU-R BS.1770/177113 标 准 的 定 义 进 行 瞬 时 峰 值 响 度 测 量, 也 可 以 按 照 ATSC14 ITU 和 EBU15 规 范 进 行 短 时 间 和 长 时 间 滤 除 这 些 测 量 算 法 允 许 测 试 设 备 在 一 段 较 长 时 间 内 跟 踪 音 频, 且 当 音 量 偏 差 超 出 规 定 电 平 时 激 活 触 发 告 警 跟 踪 这 种 音 量 偏 差 的 一 个 方 法 是 将 对 白 归 一 化 电 平 作 为 正 常 对 白 电 平 的 参 考 值 经 过 平 均 或 者 过 滤 后 的 音 频 电 平 允 许 在 已 设 置 的 电 平 值 上 提 升 或 者 降 低 几 个 db 许 多 政 府 部 门 现 在 已 经 按 照 这 种 要 求 对 音 频 电 平 超 出 规 定 容 限 的 广 图 13. 利 用 消 音 装 置, 使 来 自 卫 星 的 采 集 节 目 的 音 频 响 度 比 对 白 归 一 化 电 平 降 低 2dB 图 14. 有 线 电 视 的 音 频 响 度 高 于 对 白 归 一 化 电 平 2 db, 这 在 通 过 卫 星 馈 送 节 目 时 音 频 响 度 提 高 到 4 db 播 电 视 运 营 商 进 行 管 理 有 了 这 样 的 管 理 措 施, 这 样, 电 视 观 众 在 观 看 节 目 时, 每 当 由 一 个 频 道 转 换 到 另 一 个 频 道 时 就 无 需 再 对 音 频 电 平 进 行 调 整 同 样 地, 在 正 常 节 目 与 商 业 广 告 或 者 插 入 广 告 之 间 也 无 需 对 音 频 电 平 进 行 调 整 商 业 广 告 的 响 度 应 当 保 持 在 协 议 限 定 的 电 平 范 围 内 现 以 一 个 例 子 来 说 明 音 频 电 平 的 改 变 图 13 表 示 卫 星 分 配 系 统 的 信 号 处 于 某 一 音 频 电 平 (-29 LKFS13), 而 采 用 该 信 号 源 即 与 该 卫 星 运 营 商 合 作 的 有 线 电 视 的 信 号 ( 图 14) 却 处 于 另 一 不 同 的 音 频 电 平 (-25 LKFS) 这 两 个 信 号 均 使 用 -27 LKFS 作 为 对 白 归 一 化 (DialNorm) 的 参 考 电 平 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer 7
应 用 文 章 图 15. 如 果 信 号 传 输 过 程 中 RF 或 者 IP 包 有 明 显 的 丢 失, 将 会 造 成 图 像 块 效 应 和 像 条 错 误 QoS 和 QoE 是 怎 样 相 关 的? QoS 和 QoE 这 二 者 是 相 互 关 联 的, 然 而 它 们 的 关 系 却 并 不 是 对 等 的, 原 因 是 : 1) 良 好 的 QoE 通 常 意 味 着 QoS 也 很 好 2) 然 而 良 好 的 QoS 并 不 总 是 意 味 着 您 就 一 定 有 着 良 好 的 QoE. 例 如, 编 码 器 带 宽 不 足 或 者 压 缩 过 度 3) 不 良 的 QoS, 或 者 至 少 是 经 常 出 现 的 QoS 问 题, 常 常 会 导 致 QoE 的 变 差 足 够 多 的 错 误 比 特 随 机 地 分 配 进 入 到 所 有 的 视 频 和 音 频 元 素 中, 这 样 不 可 避 免 地 会 出 现 视 频 和 音 频 的 质 量 问 题 4) 不 良 的 QoE 并 不 总 是 与 不 良 的 QoS 相 关, 但 在 这 种 情 况 下, 对 QoS 的 性 能 究 竟 如 何 进 行 验 证 却 是 始 终 值 得 进 行 的 不 良 的 QoE 可 能 来 自 商 业 广 告 的 不 正 确 插 入, 以 及 由 其 它 任 何 设 备 所 引 起 ( 与 TR 101 290 无 关 ) 不 良 的 QoE 也 可 能 来 自 过 度 的 压 缩 ( 尽 管 这 种 压 缩 是 合 法 的 ) 不 良 的 QoE 还 可 能 来 自 丢 失 的 IP 包 受 损 的 RF 包, 或 者 其 它 传 输 问 题 因 此, 通 常 需 要 对 QoE 和 QoS 都 进 行 测 量, 以 便 迅 速 地 找 出 引 起 系 统 故 障 的 根 源, 而 后 再 来 校 正 这 些 问 题 在 处 理 QoS 故 障 时 还 会 有 这 样 一 个 问 题, 即 QoS 故 障 可 能 隐 藏 较 深, 特 别 是 当 某 个 节 目 由 一 个 网 络 系 统 转 入 另 一 网 络 系 统 时 ( 例 如 丢 失 的 视 频 包 ) 一 旦 该 节 目 经 解 码 成 为 基 带 信 号, 而 后 再 对 该 信 号 进 行 处 理 和 再 编 码, 那 么 原 先 的 QoS 问 题 将 不 复 存 在 经 过 第 二 次 编 码 后, 尽 管 当 前 的 传 输 和 视 频 协 议 均 无 错 误, 然 而 实 际 上, 原 先 存 在 的 问 题 将 大 面 积 地 展 现 在 视 频 帧 的 中 心 屏 幕 上 发 生 这 种 状 况, 唯 一 能 作 的 事 情 是 捕 捉 已 出 现 的 失 真, 并 对 视 频 和 音 频 内 容 解 码, 以 观 察 有 无 异 常 情 况 出 现 这 样 的 问 题 通 常 发 生 在 体 育 运 动 事 件 中, 例 如 信 号 经 过 远 程 传 输 链 路 后 造 成 图 像 帧 的 瞬 间 丢 失 视 频 信 号 被 中 断, 然 而 接 收 机 凭 借 传 输 错 误 指 示 标 志 (TR 101 290 优 先 级 2.1 项, 也 即 每 个 传 送 流 包 中 的 #9 比 特 ) 仍 然 能 够 捕 捉 这 种 QoS 问 题 尽 管 如 此, 如 果 已 解 码 的 视 频 以 及 带 有 块 效 应 或 者 受 损 的 视 频 通 过 网 络 传 输 后, 接 着 又 再 次 编 码 为 节 目, 此 时 节 目 通 常 仍 具 有 完 美 的 QoS, 且 经 过 解 码 和 二 次 编 码 处 理 之 后, 而 且 它 的 压 缩 视 频 语 法 也 是 正 确 的 不 过, 这 种 视 频 看 起 来 可 能 仍 然 是 垃 圾 信 息 ( 参 见 图 15), 但 从 QoS 和 视 频 语 法 的 角 度 来 看, 这 样 的 视 频 还 是 没 有 错 误 的 为 了 找 出 图 像 中 的 失 真, 我 们 应 当 仔 细 观 察 已 解 码 的 图 像 内 容, 确 定 图 像 帧 中 是 否 含 有 令 人 厌 烦 的 失 真 ( 例 如 块 效 应, 像 条 错 误, 冻 结 帧, 等 等 ) 如 果 某 传 输 系 统 有 着 较 高 的 误 码 率 (BER 值 ) 或 者 QoS 不 良, 那 么 不 可 避 免 地 也 会 给 QoE 造 成 不 良 的 影 响 ( 参 见 图 15) 在 这 种 情 况 下, 我 们 不 必 关 心 有 哪 些 图 像 帧 的 着 陆 点 发 生 了 错 误, 因 为 为 了 对 每 一 帧 的 着 陆 点 ( 进 行 查 验 ) 需 要 足 够 高 的 速 率 这 时 的 QoE 计 分 将 是 十 分 糟 糕 的 在 这 种 情 况 下, 测 量 QoS 将 是 解 决 这 类 问 题 的 关 键 如 果 QoS 十 分 良 好 ( 没 有 传 输 故 障 ), 那 么 在 QoS 和 QoE 之 间 仅 有 很 低 的 相 关 度 在 这 种 情 况 下, 更 重 要 的 是 需 要 关 注 QoE 值 得 注 意 的 是 还 有 这 样 一 种 情 况, 即 QoS 可 能 是 完 美 的, 然 而 QoE 却 难 于 使 人 接 受 这 是 由 于 在 通 常 情 况 下, 视 频 网 络 是 以 恒 定 比 特 率 (CBR) 运 行 这 对 于 那 些 包 含 运 动 场 景 不 太 丰 富 的 正 常 视 频 而 言, 看 起 来 是 没 有 什 么 问 题 的, 甚 至 非 常 良 好 然 而 如 果 运 动 场 景 不 时 变 化, 例 如 从 慢 速 运 动 目 标 ( 例 如 人 物 的 对 话 场 面 ) 转 向 高 速 移 动 场 面 ( 例 如 体 育 运 动 事 件, 运 动 场 景 不 断 迅 速 切 换, 如 此 等 等 ) 如 果 这 时 编 码 器 没 有 足 够 的 带 宽 来 适 应 高 速 事 件 的 编 码 转 换 需 求, 那 么 编 码 器 只 有 借 助 降 低 图 像 质 量 而 生 成 8 8 的 视 频 块 在 最 差 的 情 况 下, 这 种 生 成 的 8 8 视 频 块 可 能 仅 含 有 单 一 的 比 特 值 用 以 代 表 视 频 的 亮 度 和 彩 色 信 息 这 样 的 案 例 对 于 QoS 和 QoE 测 试 是 十 分 重 要 的 因 为 终 端 用 户 十 分 在 意 电 视 节 目 的 完 整 性, 而 且 用 户 几 乎 无 法 区 别 过 度 压 缩 的 视 频 质 量 失 真 和 因 信 号 丢 失 的 质 量 损 伤 有 什 么 不 同 图 10 和 图 11 分 别 给 出 了 速 率 为 4.1 和 3.6 Mbps 的 两 个 节 目 在 这 两 个 节 目 中, 由 于 带 宽 受 限 不 能 满 足 高 速 运 动 对 编 码 速 率 的 需 求, 致 使 图 像 中 存 在 着 严 重 的 块 效 应 图 15 表 现 的 块 效 应 更 加 明 显, 但 它 却 是 因 完 全 不 同 的 原 因 造 成 的 ( 包 丢 失 ) 因 此,QoE 测 试 是 非 常 重 要 的, 但 是, 测 试 QoS 有 助 于 我 们 判 断 引 起 QoE 不 良 的 原 因 究 竟 是 因 为 设 备 不 能 正 常 工 作 造 成 的 还 是 因 传 输 链 路 不 良 导 致 的 8 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer
视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 图 16. 可 用 来 检 测 冻 结 帧 和 黑 帧 视 频 的 双 触 发 电 平 利 用 QoS 和 QoE 来 识 别 真 实 的 问 题 在 大 多 数 网 络 基 础 设 施 中, 都 有 一 个 节 目 采 集 接 口 一 些 信 号 处 理 设 备 和 出 口 设 施 有 线 前 端 使 用 各 种 各 样 的 视 频 设 备 以 捕 获 节 目 和 进 行 码 流 处 理, 而 后 最 终 将 信 号 流 发 送 出 去 测 试 点 均 采 用 QPSK/8PSK 8VSB QAM IP(GigE 或 者 10G) 接 口 形 式, 或 者 采 用 ASI 接 口 对 实 况 电 视 节 目 的 QoE 全 面 监 视 可 以 划 分 为 几 种 不 同 的 音 频 和 视 频 范 畴 视 频 QoE 视 频 QoE 包 括 视 频 的 冻 结 帧 监 视 黑 帧 监 视 和 块 效 应 监 视 在 冻 结 帧 的 情 况 下, 如 果 出 现 一 长 串 几 乎 相 同 的 图 像 帧 则 应 当 激 活 故 障 触 发, 因 为 在 实 际 电 视 节 目 中 视 频 通 常 都 是 由 运 动 视 频 场 景 组 成 的 我 们 知 道, 在 许 多 情 况 下 可 以 出 现 重 复 多 次 的 图 像 帧, 这 也 是 可 以 接 受 的 然 而, 在 某 些 点 上, 当 出 现 过 多 的 重 复 图 像 帧 时, 应 当 向 运 营 商 发 出 提 示 信 息 这 样 可 以 对 受 损 的 编 码 器 或 者 复 用 器 以 及 其 它 任 何 硬 件 设 备 作 出 标 记 图 16 提 供 了 VQS1000 QoE 软 件 为 冻 结 帧 触 发 作 出 的 设 置, 在 该 项 设 置 中, 如 果 有 90% 的 图 像 帧 冻 结 时 间 长 度 超 过 15 秒, 或 者 有 50% 的 图 像 帧 的 冻 结 时 间 超 过 120 秒, 则 应 当 激 活 触 发 事 件 对 于 屏 幕 上 出 现 长 时 间 的 黑 帧, 也 可 图 17. 用 于 块 效 应 检 测 的 双 触 发 电 平 和 选 通 技 术 以 作 出 类 似 的 设 置 图 像 块 效 应 的 设 置 略 有 不 同, 因 为 它 往 往 出 现 在 图 像 中 的 某 一 较 小 的 局 部 位 置, 也 有 可 能 出 现 在 整 个 图 像 帧 之 上 块 效 应 通 常 发 生 在 较 短 的 视 频 场 景 中, 在 这 样 的 视 频 场 景 中, 由 于 场 景 中 内 容 目 标 运 动 过 快, 以 至 编 码 器 不 能 真 实 地 压 缩 目 标 中 的 所 有 图 像 细 节 因 此, 编 码 器 往 往 会 抛 弃 一 部 分 高 频 的 图 像 细 节 而 不 予 编 码, 但 不 是 完 全 放 弃 编 码 在 这 种 情 况 下, 应 当 对 监 视 器 进 行 设 置, 即 当 块 效 应 的 严 重 程 度 超 出 容 许 的 阈 值 时, 以 激 活 触 发 一 次, 此 后, 可 以 保 持 这 种 块 效 应 的 级 别 阈 值 以 持 续 一 段 较 长 的 时 间 而 不 再 触 发 否 则, 以 后 每 当 电 视 场 景 出 现 块 状 图 像 时, 监 视 器 便 会 激 活 多 次 触 发 告 警, 即 便 是 仅 由 某 个 单 一 帧 的 块 状 图 像 所 引 起 图 17 给 出 了 VQS1000 QoE 软 件 为 块 效 应 设 定 的 触 发 条 件 : 90% 的 图 像 区 域 出 现 块 状 且 超 过 2 秒, 或 者 50% 的 图 像 区 域 出 现 块 状 且 超 过 5 秒, 或 者 在 30 秒 内 至 少 有 5 次 在 75% 的 图 像 区 域 中 出 现 块 状 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer 9
应 用 文 章 图 18. VQS 目 标 对 白 归 一 化 设 置 图 19. 地 面 数 字 电 视 编 码 器 产 生 负 值 的 DTS-PCR 增 量 (delta) 值 ( 这 应 当 是 不 可 能 的 ) 音 频 QoE 音 频 QoE 包 括 音 频 的 响 度 电 平 监 视 之 所 以 在 今 天 如 此 强 调 音 频 电 平 的 重 要 性, 是 因 为 必 须 按 照 新 的 规 范 来 测 量 整 个 音 频 响 度 电 平, 这 一 点 显 得 愈 来 愈 重 要 如 同 视 频 QoE 监 视 一 样, 当 音 频 电 平 以 及 持 续 时 间 等 出 现 偏 差 时 应 有 触 发 事 件 发 生, 以 尽 量 减 少 可 能 发 生 的 各 种 音 频 故 障 在 图 18 中 给 出 了 音 频 响 度 的 容 限 值, 该 值 要 求 对 白 归 一 化 (DialNorm) 电 平 在 3 db 以 内 过 度 压 缩 的 故 障 查 寻 VQS1000 QoE 软 件 能 够 实 时 监 测 多 个 RF 信 号 和 IP 信 号, 无 论 是 在 传 输 层 还 是 在 视 频 层 或 者 音 频 层 均 可 进 行 监 视 如 果 发 现 某 个 电 视 节 目 中 出 现 了 较 多 的 块 效 应 图 像,MTS4000 MPEG 分 析 仪 则 可 以 对 该 电 视 节 目 以 及 节 目 采 集 处 的 馈 送 节 目 进 行 测 量 当 某 个 电 视 节 目 中 的 QoE 出 现 问 题 时,MTS4000 MPEG 分 析 仪 及 其 VQS1000 QoE 软 件 能 够 对 音 频 和 视 频 问 题 的 大 小 作 出 量 化 经 过 它 们 验 证 之 后, 如 果 认 为 这 些 音 频 和 视 频 的 质 量 问 题 是 不 可 接 受 的 ( 参 见 图 11), 则 MTS4000 MPEG 分 析 仪 可 以 对 采 集 的 节 目 源 进 行 测 量 ( 如 图 10 所 示 ), 而 后 再 对 采 集 的 节 目 源 和 转 码 后 的 节 目 ( 有 线 电 视 节 目 ) 进 行 测 量 比 较 在 这 个 例 子 中, 只 要 节 目 内 容 本 身 不 包 含 太 多 的 活 动 场 景, 那 么 有 线 电 视 节 目 可 以 有 着 稳 定 的 QoE 或 不 太 明 显 的 块 效 应 然 而, 一 旦 视 频 场 景 发 生 迅 速 的 改 变, 那 么 块 效 应 现 象 将 急 剧 劣 化 在 对 转 码 前 后 的 这 两 个 节 目 比 较 的 过 程 中, 我 们 发 现, 作 为 采 集 源 的 节 目 内 容 的 块 效 应 并 不 明 显, 而 当 场 景 迅 速 改 变 时 也 只 有 轻 微 的 变 化 我 们 注 意 到, 进 入 系 统 设 施 的 源 节 目 内 容 的 速 率 是 4.1 Mbps, 而 有 线 电 视 节 目 的 离 开 速 率 却 仅 有 3.6 Mbps 因 此, 可 以 认 为, 对 该 节 目 的 解 码 和 再 编 码 是 造 成 有 线 电 视 节 目 块 效 应 明 显 的 原 因, 在 这 种 解 码 和 再 编 码 的 过 程 中, 没 有 为 保 持 原 始 图 像 的 质 量 提 供 足 够 充 裕 的 带 宽 故 障 查 寻 的 互 操 作 性 当 电 视 机 和 机 顶 盒 不 能 执 行 指 定 的 程 序 时,MTS4000 还 可 以 用 来 识 别 一 些 非 符 合 性 问 题 在 本 地 电 视 广 播 的 情 况 下, 有 一 些 观 众 常 会 抱 怨 听 不 到 SAP 频 道 的 音 频 信 号 ( 此 时 的 音 频 声 类 似 于 汽 艇 声 ) 而 另 一 些 观 众 则 认 为 SAP 频 道 并 没 有 问 题 这 种 现 象 可 以 看 作 是 互 操 作 性 问 题, 我 们 可 以 将 MTS4000 MPEG 分 析 仪 调 谐 到 当 地 的 无 线 频 道 以 进 行 TR 101 290 测 试 经 过 TR 101 290 测 试, 以 及 其 它 每 一 项 测 试, 发 现 均 没 有 声 音 而 仅 有 一 个 例 外 MTS4000 MPEG 分 析 仪 可 以 对 照 当 前 的 PCR 值, 描 绘 出 音 频 或 者 视 频 解 码 时 间 标 记 (DTS) 到 达 时 的 数 值 图 示 这 种 时 间 延 迟 始 终 为 一 个 正 值 ( 表 示 缓 存 器 的 延 迟 时 间 ), 且 按 照 定 义, 它 应 当 在 零 值 和 一 秒 之 间 新 增 加 的 SAP 音 频 有 着 它 自 己 的 DTS-PCR 增 量, 高 于 或 低 于 零 值, 按 照 定 义, 低 于 零 值 是 不 允 许 发 生 的 图 19 显 示 出 当 地 广 播 电 视 运 营 商 的 SAP 音 频 延 迟 问 题 同 样 的, 地 面 电 视 广 播 也 可 以 发 送 到 当 地 的 有 线 运 营 商 以 再 次 重 新 分 配 10 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer
视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 图 20. 有 线 数 字 电 视 前 端 编 码 器 产 生 负 值 的 DTS-PCR 增 量 (delta) 值 ( 这 应 当 是 不 可 能 的 ) 另 外 还 有 一 个 类 似 的 音 频 例 子 位 于 有 线 电 视 前 端 的 音 频 缓 存 器 的 时 间 延 迟 量 是 负 值, 然 而, 这 对 于 受 支 持 的 机 顶 盒 来 说, 则 是 不 可 能 的 如 果 用 MTS4000 MPEG 分 析 仪 再 次 测 量, 其 结 果 仍 然 显 示 该 值 低 于 零 值 图 20 表 示 了 相 同 的 音 频 故 障, 不 过 它 发 生 在 不 同 的 设 施 中 在 以 上 两 种 情 况 下, 均 应 当 对 编 码 器 重 新 配 置, 并 且 修 复 其 中 的 问 题 MTS4000 MPEG 分 析 仪 及 其 独 特 的 DTS-PCR 测 量 功 能 可 以 用 来 迅 速 查 明 因 编 码 器 最 近 配 置 变 化 所 带 来 的 问 题 在 整 个 城 市 的 传 输 系 统 设 施 中, 这 种 失 效 的 编 码 器 只 占 其 中 一 小 部 分, 我 们 将 这 种 有 故 障 的 编 码 器 替 换 掉 就 可 以 了 利 用 CaptureVu 功 能 查 寻 传 送 流 故 障 要 达 到 保 持 高 体 验 质 量 的 要 求, 关 键 在 于 尽 早 发 现 传 送 流 中 引 起 故 障 的 原 因 仅 仅 是 找 到 故 障 的 位 置, 而 后 重 新 启 动 机 顶 盒, 希 望 一 切 故 障 就 此 消 除, 这 种 解 决 问 题 的 方 法 是 远 远 不 够 的 MTS4000 具 有 独 特 的 功 能, 它 能 够 深 入 到 传 输 流 层 或 者 基 本 流 层, 直 至 继 续 跟 踪 发 现 图 像 异 常 的 原 因, 例 如 可 以 发 现 隐 蔽 字 幕 流 中 含 有 太 多 的 信 息, 从 而 导 致 机 顶 盒 缓 存 器 过 溢, 因 而 不 时 地 自 动 重 启 图 21. MTS4000 传 送 流 符 合 性 分 析 仪 : 激 活 触 发 和 捕 获 丢 失 的 加 密 的 关 键 包 当 MTS4000 进 行 实 时 分 析 时, 利 用 该 仪 器 的 事 件 捕 获 功 能 可 以 对 捕 获 事 件 作 深 入 的 分 析, 这 对 于 查 寻 故 障 的 根 源 是 十 分 重 要 的 尤 其 是 CaptureVu 中 的 预 触 发 (pre-triggers) 功 能 是 特 别 有 用 的, 它 不 仅 能 够 捕 获 错 误, 而 且 还 可 以 提 供 导 致 这 种 错 误 的 相 关 信 息 查 寻 故 障 的 最 后 一 个 例 子 是 查 寻 DVR 的 故 障, 该 器 件 是 一 家 不 太 正 规 的 大 型 消 费 电 子 制 造 商 的 产 品, 该 器 件 可 以 将 节 目 调 谐 到 某 个 切 换 的 数 字 视 频 (SDV) 频 道 上 在 故 障 查 寻 过 程 中,MTS4000 发 现 该 器 件 每 当 从 复 用 器 中 添 加 或 者 移 除 某 项 服 务 时, 它 会 丢 失 加 密 码 图 21 显 示 出 MTS4000 TSCA 的 设 置 屏 幕, 如 果 发 现 PID 丢 失, 它 可 以 激 活 触 发 特 定 的 测 试 通 过 观 看 仪 器 的 触 发 记 录 文 档 以 及 屏 面 视 图 和 测 试 报 告, 经 与 DVR 器 件 制 造 商 联 系, 它 们 提 供 了 更 新 的 软 件 并 解 决 了 这 一 问 题, 从 而 为 有 线 运 营 商 节 省 了 昂 贵 的 运 输 修 复 费 用 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer 11
应 用 文 章 图 22. MTS4000 传 送 流 符 合 性 分 析 仪 激 活 SCTE35 DPI 包 的 CaptureVu 功 能 和 记 录 功 能 图 23. PID 800 DPI 大 约 每 15 分 钟 到 达 一 次 广 告 插 入 的 故 障 查 寻 所 有 的 广 播 电 视 运 营 商 均 将 它 们 节 目 之 间 的 时 间 空 隙 出 售 给 广 告 公 司 以 获 取 利 益 商 业 广 告 必 须 在 非 常 特 定 的 时 间 插 入, 并 且 通 常 由 SCTE3516 数 字 节 目 插 入 (DPI) 指 令 实 现 定 时 控 制 如 果 这 种 广 告 定 时 控 制 指 令 不 是 始 终 存 在, 那 么 国 家 广 告 可 以 通 过 但 本 地 收 入 会 受 到 影 响 MTS4000 MPEG 分 析 仪 可 以 触 发 STCE35 包, 并 且 在 事 件 ( 预 触 发 器 ) 前 后 编 程 记 录 在 光 盘 上 图 22 显 示 出 MTS4000 传 送 流 符 合 性 分 析 仪 基 于 SCTE35 包 激 活 CaptureVu 和 记 录 功 能 这 种 触 发 / 记 录 功 能 可 以 使 记 录 文 件 尽 量 地 小 在 记 录 量 很 大 的 情 况 下,MTS4000 也 可 以 记 录 许 多 个 小 时 在 图 23 所 示 的 例 子 中, 运 行 速 率 为 4 Mbps,MTS4000 可 以 保 持 在 11 天 以 上 连 续 编 程 由 图 23 可 以 看 出, 大 约 每 隔 15 分 钟,PID 为 800 的 DPI 包 就 会 到 达 一 次, 这 正 是 您 期 待 的 本 地 插 入 广 告 有 了 这 样 的 SCTE35 DPI 工 具, 当 出 现 DPI 包 丢 失 时, 无 论 是 查 寻 故 障 还 是 最 终 解 决 问 题, 都 变 得 相 对 简 单 了 12 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer
视 频 业 务 提 供 商 网 络 中 的 服 务 质 量 (QoS) 和 体 验 质 量 (QoE) 的 故 障 查 寻 问 题 结 语 无 论 是 在 电 视 广 播 系 统 中 还 是 在 有 线 电 视 传 输 系 统 中, 要 查 寻 系 统 中 视 频 信 号 的 故 障, 都 需 要 使 用 MPEG 分 析 仪 MPEG 分 析 仪 能 够 以 并 行 的 方 式 允 许 多 个 输 入 信 号 流 同 时 运 行 为 了 查 找 被 测 系 统 中 的 故 障, 设 置 测 试 点 是 必 要 的, 至 少 应 当 在 节 目 采 集 点 ASI/IP 交 换 点 和 系 统 出 口 处 设 置 测 试 点 在 系 统 出 口 处 和 节 目 采 集 点 进 行 QoE 测 量 是 十 分 重 要 的, 不 过, 当 系 统 中 出 现 音 频 和 视 频 故 障 时, 在 系 统 的 多 个 点 进 行 QoS 测 试 也 是 必 需 的, 这 样 可 以 查 明 视 频 损 伤 的 原 因 MPEG 分 析 仪 的 一 些 重 要 功 能 包 括 : 传 送 流 发 生 修 改 和 分 析 - 实 时 和 延 时 - 包 括 MPEG-2 H.264 和 MPEG-4 AAC - 复 用 器 - 故 障 自 动 触 发 记 录 和 捕 获 提 供 各 种 各 样 的 物 理 接 口 - 多 端 口 ASI - RF 接 口 ( 包 括 DVB-S2,8-VSB 和 QAM-B) - 基 于 IP 协 议 的 视 频 分 析 和 发 生 (1Gbps 和 10Gbps) 能 够 分 析 所 有 视 频 层 的 全 套 软 件 工 具 - 高 精 度 RF 层 分 析 - 传 送 流 节 目 流 和 基 本 流 - 视 频 和 音 频 的 体 验 质 量 (QoE) - 图 像 质 量 参 考 文 献 1. ISO/IEC 13818 MPEG-2 系 统, 视 频 和 音 频 2. ISO/IEC 144961-10 MPEG-4 第 10 部 分, 视 频, 也 称 为 H.264 标 准 3. EN 300 421 DVB-S QPSK 卫 星 4. EN 302 307 DVB-S2 第 二 代 卫 星 5. ITU-T J.83B QAM-B, 也 称 为 SCTE 07 标 准 6. ATSC A/53 数 字 电 视 标 准 7. ETSI TR 101 290 DVB 测 量 指 导 规 范 8. SCTE 07 有 线 电 视 的 数 字 传 输 9. EN 50083-9 DVB-PI ASI 和 并 行 接 口 10. RFC 0791 因 特 网 协 议 11. IRT / Tektronix 关 于 MPEG-2 视 频 的 主 观 和 客 观 图 像 质 量 评 分 的 比 较 报 告 12. ITU-R_BT.500-11 电 视 图 像 质 量 的 主 观 评 测 方 法 13. ITU-R BS.1770/1771 测 量 音 频 节 目 响 度 和 峰 值 音 频 电 平 的 算 法 14. ATSC A/85 建 立 和 保 持 数 字 电 视 音 频 响 度 的 技 术 15. 欧 广 联 R128 关 于 音 频 信 号 响 度 规 范 化 和 允 许 最 大 电 平 的 规 定 16. SCTE35 有 线 电 视 中 数 字 节 目 插 入 的 提 示 信 息 如 果 在 一 个 系 统 设 施 中 配 备 了 具 有 以 上 功 能 的 分 析 仪, 那 么 您 就 可 以 在 数 几 分 钟 内 解 决 各 种 问 题 假 定 您 用 其 它 方 法 或 仪 器 来 代 替, 您 也 许 需 要 数 小 时 或 者 几 天 的 时 间 才 能 解 决 www.tek.com.cn/mpeg-video-test-solution-series/mpeg-analyzer 13
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