IPTV：最新的视频测试领域

　　不久前，以太网和因特网协议（IP）还只需要从服务器向客户端传送计算机文件和网页的数据包。
但今天，IP网络正在向数百万家庭提供电话服务，IP电视（IPTV）也已经开始使用。相关案例：2006年3月7日，Anaheim市成为California州第一个获得AT&T许可安装IPTV网络的城市（参考文献1）。IPTV还将在Anaheim和其他城市开始使用，不过这并不意味着它就一定会成功。通过IP网络传送高质量的电视画面，远比传送数据甚至语音要困难。就像多媒体研究组织指出的，在高清晰家庭影院系统上花费了数千元的人，不会忍受低劣的视频质量。只有在认为IPTV能够提供良好或更好质量的情况下，消费者才会更换他们的线缆和卫星系统；如果IPTV达不到期望值，他们就会改回去（参考文献2）。

　　要传送消费者需要的高质量画面，对IPTV的IP网络和MPEG视频传送码流进行测试是至关紧要的。但不幸的是，业界还必须先对视频传输的测试方法进行标准化。

问题在哪里？

　　当IP包通过网络承载MPEG包时，无法保证这些包以稳定的码流到达目的地。而在传送数据时，IP网络以包的形式发送数据，可以重传丢失的包。只要所有的包都完整到达，接收计算机就可以重新组合成原始的文件——用户永远都不知道包被重传过。因为包必须以一定的顺序到达，因此传送时会导致声音有轻微的模糊，但用户还可以忍受少许丢包。“20ms以内的音频信号中断，不会让人感觉很明显，”Brix网络的CTO，Kaynam Hedayet这么说。

　　然而，人类的眼睛比耳朵对信号中断更加敏感，视频丢包对画面质量和电视观众的感觉有着更大的影响。在IPTV中，IP包对MPEG编码视频画面的片段进行封装。MPEG码流包含3种类型的帧：关键帧（I帧）、未来单项预测帧（P帧）和双向预测帧（B帧）。《MPEG基本原理和协议分析指南（包括DVB和ATSC）》详细解释了这些帧（参考文献3）。快速浏览可以参考《MPEG背景》（参考文献4）。

　　I帧（或内部编码图像参考帧）发送画面里每一个像素的信息。为减小带宽，MPEG采用前向和反转2中参考方式，从I帧中产生前预测的P帧和双向预测的B帧。也就是，P帧和B帧只包含了那些既非前面，亦非后面的画面的像素信息。

　　在相对静止背景下的电视场景中，比如两个人站在房间中交谈，从某一画面到下一画面时P帧和B帧变化很小。而在较为动态的场景中，比如赛马，则几乎每幅画面的每一个像素都在变化。

　　如果没有传送I帧，画面很快就会变得模糊，因为MPEG解码器接收不到参考帧来还原画面。同样地，如果电视观众打开正在播放节目的频道，刚开始会因为没有完整参考帧，画面模糊难辨，直到参考帧从服务提供商到达为止。这就是I帧必不可少之处。每隔几幅画面就必须插入一个包含了完整图像信息的I帧（约2~3次/秒），提供给P帧和B帧作为参考帧。

　　如果包含了部分I帧的IP包发生丢包，接收端（电视机或机顶盒）的MPEG解码器就会失去那些对前面和后面画面起作用的重要信息。Tektronix 的MPEG经理，Paul Robinson解释：“如果失去I帧，机顶盒可能停止工作。”因此，网络要接近无损地传送IPTV码流。图2说明了丢失视频信息的后果。

　　拥塞经常会引起丢包。每个IPTV节目都需要有自己的视频码流。如果两台或更多的电视或计算机分享同一个接入网络，如无源光网络（PON）或电接入网络（如DSL），那么如果负荷超过连接带宽时，多个视频码流会使得网络服务器的缓存过载或者导致接入网络丢包。如果接入网络在传送视频的同时还传送语音和数据，则问题会变得更糟。实际上，数据会比语音对某一个问题造成更多的影响，因为语音使用带宽平稳的码流传送，而数据通常采用爆发模式传送。

　　其他网络问题，如分组抖动和延时可以显示网络的状况。分组抖动是指从一个包到另一个包在到达时间上的差异。“抖动并不一定影响视频质量”，IneoQuest的CEO，Marc Todd说，“但抖动是潜在丢包的良好评价指标”。网络设备，特别是机顶盒中的缓存器收到包后通常稳定地进行传送。如果缓存器溢出的话，通过IP网络累积的分组抖动就可能引起丢包。传送时太长时间的中断可能会清空缓存，导致没有节目传送。图3显示了承载MPEG视频码流的IP包在发生丢包或延时后的结果。