IP电视的监测方法和指标 - 众视网

IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的新技术。近年来，利用宽带网、宽带有线电视网、无线网传输视频节目的新型媒体增值业务，类似的还有网络电视、手机电视、电视手机等等，它们是集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，其传输方式、终端各有不同，但其共同点都是Video Over IP。

一 IP电视的特点　
IP电视具有清晰画面以及实现媒体提供者和消费者之间的互动。IP电视采用的是高效视频压缩技术，786Kb/s视频流传输带宽时其收视效果便能接近DVD水平。根据用户选择，IP电视可以采用不同压缩比，制作适应不同带宽的节目内容。它既可以采用广播(直播)形式，也可以采用点播形式。如此，用户便可不受时间限制地收看自己喜欢的节目。也可以反复收看某个节目。IP电视不仅是传播工具，它还具备网络固有的互动性和反馈性。IP电视能提供数字电视节目、可视IP电话、DVD/VCD播放、互联网游览、电子邮件，以及多种在线信息咨询、娱乐（例如游戏）、教育及商务功能（例如视频会议）等多种多媒体服务功能。
用IPTV与传统宽带上网方式最大的区别在于终端。传统上网方式只能限定为使用PC，而IPTV的终端既可以是PC，也可以是TV，这就决定了IPTV的适用范围相当广阔。
IPTV与数字电视最大不同在于，IPTV通过宽带网络传输数字电视信号，而传统数字电视则通过闭路线传播。因此“数字电视”只能提供广播方式，不能实现点播；而IPTV不但能接收广播信号，也能实现用户与媒体提供者的互动，还可以非常容易地将电视服务和互联网浏览、电子邮件，以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能结合在一起。
IPTV业务的特点及具有的功能对于广电行业的影响如同当初IP电话对固网业务量的冲击，运营商不能因为IP电话业务对固定电话业务的替代就不去发展它。作为广播电视的主管部门——国家广播电影电视总局采取积极的、有效的管理和监督措施，将不利因素变为有利因素，争取在IPTV业务的发展过程中占据重要地位。
二如何适应IP电视发展的需要
对于未来新一代流媒体业务的发展，广电总局应该在哪方面进行监管呢？我认为主要有以下几个方面：
* 积极参与标准制定和规范化工作；
* 找到一种适应流媒体节目制作、发行、监管的新型模式；
* 建立一整套内容监管、技术监测的体制。
三 Video over IP的监测方法和指标
MPEG视频流打包后通过以太网络传输的过程中会发生抖动的时序失真。Video over IP的进行技术监测关键就是测量和测试网络抖动以及丢包的情况。我们采用称为MDI（Media Delivery Index）测量指标来进行测试和测量。MDI适用于通过网络传输的任何一种传输流，并且可以用于对Video Over IP系统的错损监测和报警。
1. 时序失真产生的原因
MPEG视频传输流通过以太网打包以及网络交换时，都会有一定的时序上的失真。这些失真是由于目标包的时序与发送时源的时序不同造成的。包在网络中的延时如图1所示，有一些包到达的时候比它们在传输前的延时要短，类似图中的第一组包；而另外的一些包到达的时候比它们在传输前的延时要长，类似图中的第二组包的情况。通过与理想状态下包的时序情况的对比，就可以定义包的抖动情况（理想的包到达时间与实际到达时间的时间差）。

图1包在网络中的延时

图1 包在网络中的延时
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2. 时序失真产生的影响和解决办法

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对于接收机（IP解码器）来说要以正常码流速率来显示出视频图像，就必须通过缓冲区来调节输入的速率时序的变化，而缓冲区需要足够的大小来存储接收到的数据并且可以确保接收机在播出视频图像的时候已经将延时过长的数据包存储起来了。这在系统设计上是矛盾的，一方面要求有足够的内存缓冲来处理所有的网络延时，另外一方面过大的内存缓冲区又会造成视频播放时的更大的延迟。对于一个固定大小的缓冲区来说，调节网络抖动一个最大值就会是确定的。无论是缓冲区溢出或者缓冲区被上载的时候都会造成视频图像的暂停或者图像质量的下降。

网络路由器同样也使用缓冲区来解决由于多路的数据流同时输入而同一个输出端口造成时序失真。必须对缓冲区（缓冲队列）的大小进行合理控制以防止网络堵塞，网络堵塞往往是由于路由器的流量过大或者也许是因为输入端口不同的连接速率所造成的。有些路由器运用实时测量数据包的方法来实现QOS（Quality Of Service），路由器使用缓冲区来控制一些数据包的到来实现QOS数据包传输规范，但是如果缓冲区溢出，这些数据包就会丢失。电磁环境噪音也有可能造成数据包的毁坏而导致数据包丢失。很小的丢包率就会导致视频数据的严重错损。

3. MDI的组成

MDI由两个部分组成：DF和MLR。其中，DF为延迟参数；MLR为媒体丢失率。

DF是指对于每一个数据包在测试点被显示或者记录到达时间的间隔的计算值。该计算值以1秒钟为单位。每测到一个间隔的结束，DF值都会被刷新显示出来。用一个虚拟的缓冲区的大小以变量X表示：

X=|收到的字节数-流出的字节数|

则可以得到，

DF=[Max(X)-Min(X)]/传输带宽

传输带宽是以字节/秒为单位；Max（X）和Min（X）是指测量到的最大和最小间隔时间。

被捕捉并显示出来的最大的Max（X）-Min（X）差值就是在整个测量时间段中最大和最小间隔的差值。测量时间段可以是对于指定的网络活动进行的几秒钟的测量，也可以是任意长时间的长期检测。

MLR=（理想中应该接受到的数据包的数量-实际接受到的数据包的数量）/以秒为单位的间隔时间，MLR的结果实际上就是每秒丢失的数据包的数量。

4. 关于DF指标的具体讨论

接收到的字节数减去流出的字节数可以显示出的一个需要在测试点保持的虚拟缓冲区的大小和时间。这个值除以传输带宽时，结果就应该是一个虚拟缓冲区的内容全部流出的时间；传输带宽越高的，缓冲区全部流空的时间也就越短。要得到在测试的时间段里面（Max-Min）的最大值，计算时冲时间时还要消除丢包的影响。通过计算得到的在一个间隔里面所遇到的显示出DF最大值表现出了测试时在测试点的网络性能的最差的情况。我们可以通过记录DF值可以发现各种潜在的使网络系统的性能降低的错误，还可以帮助我们计算出为了防止数据包丢失而需要提供多少备份带宽的比例。

要想让缓冲区可以高效率平滑数据包提早到达时间或者延迟到达时间，缓冲区必须在视频播放之前（数据流出之前）被填充好，因为在数据流出的时候如果缓冲区被清空而新的数据没有过进来就会形成瞬间的数据中断，而这种情况是不允许的。DF值可以显示出在该带宽的传输速率下流空缓冲区的时间。足够大的缓冲区可以消除网络抖动，但是会造成过大的延迟。

如果DF的值间歇性的变大，说明了流出速率和填充速率不一样（或快或慢）看起来就好像是视频信号源出现间歇性的终端。

5. 关于MLR指标的讨论

在一段时间内捕捉，显示和记录MLR的最大值可以在这一段时间里面出现的最大的网络误差。缓冲区溢出造成的数据包丢包现象可以表明网络的阻塞的情况，或者是由于本地电气噪音干扰造成的间歇性的错误，在这种情况下MLR的值会不断地跳变。而如果MLR保持一个很定的值但是网络负载却不高的话则表明是服务器或者是信号源的问题。 [page]

6. MDI的用途

MDI可以用于安装，调试或者评估一个视频网络的质量：

* 通过测量MLR可以确认、定位并跟踪网络的丢包状况。

* 使用DF参数可以确认、定位并且跟踪网络的抖动情况。

* 实时监测DF和MLR参数并设定域值可以实时报告出网络中诸如服务器故障、网络配置问题或者通讯错误等问题。

域值的设定需要根据网络中的服务器设备、解码设备以及对网络质量的要求不同来具体设定。

7. 其他的测量手段

除了MDI指标，在网络监测、故障诊断和系统配置的时候我们还需要一些其他的测量参数：

* NU，（网络利用率Network Utilization）通过全面跟踪瞬间的、最大和最小的网络利用率能够交验网络中是否有足够的空闲的带宽来传输视频流。网络设备的NU值过高说明了网络的中队列阻塞的情况。DF值则是给出了一个已知的数据流的网络拥堵情况。

* IFR（瞬间流动率、瞬间带宽 Instantaneous Flow Rate），通过测量IFR的值可以发现网络传输质量变化的过程。

* AR平均带宽（Average Rate），这个测试可以反映出在一段测试时间里面网络的传输带宽是否和设定的带宽相同。AR就是一段时间内IFR的平均值。

* SU流利用率（Stream Utilization）以百分比的方式来显示有多少可用的网络带宽用于视频流的传输。