IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Med

1、IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) RFC4445 MDI (Media DeliveryIndex)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解IneoQuest公司 黎致斌alex.li對(duì)視頻MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)是由思科公司和IneoQuest共同提出的，流在IP網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的測(cè)量指標(biāo)。作為IP視頻流傳輸質(zhì)量測(cè)試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，MDI測(cè)量指標(biāo)廣泛地應(yīng)用于IPTV和IP有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)估和監(jiān)測(cè)。首先，本文對(duì)RFC4445 MDI的測(cè)試原理進(jìn)行詳細(xì)解析。 然后，介紹MDI的典型應(yīng)用：IP視頻流傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)，視頻服務(wù)器輸出性能分析，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視頻流承載性能評(píng)估，機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)

2、容忍能力分析。RFC 4445 MDI參數(shù)定義對(duì)IP視頻流的傳輸質(zhì)量用RFC 4445 MDI標(biāo)識(shí)為： DF：MLR。MDI包括了兩個(gè)參數(shù)：Delay Factor（延遲因素，簡(jiǎn)稱DF）：該數(shù)值表明被測(cè)試視頻流的延遲和抖動(dòng)狀況。DF的單位是毫秒(ms)。DF將視頻流抖動(dòng)的變化換算為對(duì)視頻傳輸和解碼設(shè)備緩沖的需求。被測(cè)視頻流抖動(dòng)越大，DF值越大。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和解碼器的緩沖區(qū)容納的視頻內(nèi)容時(shí)間不小于被測(cè)視頻流DF讀數(shù)時(shí)，將不會(huì)出現(xiàn)視頻播放質(zhì)量的下降。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要分配不小于DF值的緩沖用于平滑視頻流抖動(dòng)，所以DF的最大值為視頻內(nèi)容通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的最小延遲。Media Loss Rate（媒體丟包速

3、率，簡(jiǎn)稱MLR）：MLR的單位是每秒的媒體封包丟失數(shù)量。該數(shù)值表明被測(cè)試視頻流的傳輸丟包速率。由于視頻信息的封包丟失將直接影響視頻播放質(zhì)量，理想的IP視頻流傳輸要求MLR數(shù)值為零。因?yàn)榫唧w的視頻播放設(shè)備對(duì)丟包可以通過(guò)視頻解碼中進(jìn)行補(bǔ)償或者丟包重傳，在實(shí)際測(cè)試中MLR的閾值可以相應(yīng)調(diào)整。讀者從IETF網(wǎng)站下載RFC 4445 MDI的標(biāo)準(zhǔn)文檔：IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解 1IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)視頻質(zhì)量影響的因素網(wǎng)絡(luò)傳輸特性往往歸納為三個(gè)指標(biāo)：延遲，抖動(dòng)和丟包。延遲在視頻傳輸應(yīng)用中，恒定的延遲表現(xiàn)為視頻觀看時(shí)間的推遲。

4、為了避免網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)而產(chǎn)生視頻播放效果惡化，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和視頻解碼器往往需要對(duì)視頻流進(jìn)行緩沖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，視頻播放延遲不影響視頻觀看的質(zhì)量。抖動(dòng)抖動(dòng)產(chǎn)生有多種原因：視頻編碼器化都可以導(dǎo)致視頻流的抖動(dòng)變化。輸質(zhì)量惡化的趨勢(shì)。丟包丟包對(duì)視頻播放質(zhì)量有直接的影響。試驗(yàn)表明，無(wú)論視頻丟包的類型（適當(dāng)?shù)囊曨l解碼補(bǔ)償或者丟包重傳機(jī)制下，視頻播放質(zhì)量都會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降。IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試/服務(wù)器性能變化，網(wǎng)絡(luò)線路出現(xiàn)擁擠，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能變觀測(cè)視頻流的抖動(dòng)變化可以幫助運(yùn)維人員提前發(fā)現(xiàn)視頻傳- RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解I, B, P幀），在沒(méi)有 2

5、MDI測(cè)量的原理DF（延遲因素）流媒體應(yīng)用有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。在流媒體通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，終端解碼器在消耗已接收到的媒體流信息。 IP網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體流出現(xiàn)的抖動(dòng)表現(xiàn)為同一媒體流的IP封包傳輸?shù)拈g隔不均勻。在采樣周期中，DF首先計(jì)算在測(cè)量點(diǎn)每個(gè)IP視頻封包到達(dá)時(shí)間變化。然后，與預(yù)期的視頻流速度對(duì)比得出。采樣周期默認(rèn)為1秒。DF的數(shù)值在每次采樣周期完成后更新。具體DF的計(jì)算公式如下：假設(shè)在測(cè)量點(diǎn)有虛擬緩存大小為X,X = |接收到的字節(jié)數(shù) 解碼所需的字節(jié)數(shù)|接收到的字節(jié)數(shù)為實(shí)際測(cè)量得到；解碼所需的字節(jié)數(shù)通過(guò)對(duì)媒體流解碼分析得到。那么,DF = 最大值(X) 最小值(X) / 媒體流碼率媒體流碼率單位

6、是：字節(jié)/秒。最大值（X）和最小值（X）是在采樣周期內(nèi)所得數(shù)值。DF的計(jì)算將網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)換算為對(duì)媒體流解碼緩沖的需求。當(dāng)解碼器的緩存保存媒體信息不小于DF數(shù)值，解碼器不會(huì)出現(xiàn)緩存內(nèi)容耗盡的情形；因此，網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)將不影響視頻播放的質(zhì)量。DF期望值（Expected DF）是在理想狀態(tài)下得到的MDI：DF數(shù)值。這個(gè)數(shù)值等于媒體流在沒(méi)有擁擠的線路傳輸。可以看作設(shè)備把一個(gè)視頻封包轉(zhuǎn)移到下一節(jié)點(diǎn)或者視頻解碼器的同時(shí)，另外一個(gè)視頻封包立刻到達(dá)緩沖區(qū)。DF期望值 = IP封包的MPEG內(nèi)容 / 媒體流碼率假設(shè)每個(gè)IP封包包括了7個(gè)MPEG-2 TS封包， 每個(gè)MPEG-2 TS封包為封包包括了1316字節(jié)的視頻

7、內(nèi)容。 視頻流碼率為2Mbps CBR。則:DF期望值 = 1316 * 8 / 2,000,000 = 5.26 msIPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解 188字節(jié)，則該IP 3MLR（媒體丟包速率）MLR計(jì)算媒體封包在采樣周期內(nèi)的丟失總數(shù)：MLR = 媒體封包丟失總數(shù) / 采樣周期默認(rèn)采樣周期為1秒。媒體封包在MPEG-2 TS封裝格式是指有效的MPEG封包（不包括填充MPEG封包）。MDI與其它測(cè)量參數(shù)的配合MDI主要反應(yīng)了視頻流傳輸?shù)亩秳?dòng)和丟包特性。但是，MDI：MLR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，連續(xù)小量的丟包比一次大

8、量的丟包對(duì)視頻觀看質(zhì)量有MLT15（過(guò)去15分鐘媒體丟失總數(shù)），MLT24（過(guò)去24小時(shí)媒體丟失使用者看到測(cè)試時(shí)間內(nèi)的累積丟包數(shù)目。IneoQuest建議的MDI閾值由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，IneoQuest建議MDI的閾值應(yīng)該通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試求標(biāo)準(zhǔn)，視頻碼率，并發(fā)視頻流數(shù)目，機(jī)頂盒緩沖大小都影響MDI的閾值設(shè)定。根據(jù)IneoQuest的經(jīng)驗(yàn)，CBR視頻流情況下，MDI：DF的最大值應(yīng)該避免和平均值過(guò)50。比如， 平均MDI：DF為100ms。當(dāng)MDI：DF出現(xiàn)最大值為味著視頻流傳輸抖動(dòng)出現(xiàn)明顯的變化。雖然沒(méi)有立刻造成視頻播放質(zhì)量對(duì)抖動(dòng)的變化趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤。以下是IneoQuest公司的建議閾值：MDI

9、：DF 50 毫秒MDI：MLR 8 個(gè)媒體封包/秒MLT15 128 個(gè)媒體封包MLT24 1024 個(gè)媒體封包IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解應(yīng)丟包的持續(xù)性。 顯的影響。因此，總數(shù)）可以幫助。因?yàn)?，視頻壓縮 偏離超200ms時(shí)候，這意，維護(hù)人員需要 4不能反 更明取問(wèn)題RFC4445 MDI實(shí)際的應(yīng)用目前，RFC4445 MDI 在IPTV，IP有線數(shù)字電視（IP-QAM）都有廣泛的應(yīng)用。下面結(jié)合IneoQuest的產(chǎn)品案例介紹MDI的不同應(yīng)用：IP視頻流傳輸故障排查和長(zhǎng)期質(zhì)量監(jiān)測(cè)隨著VOD和高清電視的日漸

10、普及，IP網(wǎng)絡(luò)為視頻節(jié)目的傳輸提供了比傳統(tǒng)傳輸模式更加靈活和經(jīng)濟(jì)的手段。但是，IP網(wǎng)絡(luò)的視頻質(zhì)量傳輸保障是部署VOD和高清電視業(yè)務(wù)的一大挑戰(zhàn)。使用RFC4445 MDI進(jìn)行視頻質(zhì)量測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是：支持大量視頻流實(shí)時(shí)分析快速定位出現(xiàn)問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)能夠?qū)用艿囊曨l流進(jìn)行分析下圖為使用IneoQuest產(chǎn)品在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)的示意圖。IPTV網(wǎng)絡(luò)的視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解 5有線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)在圖中的監(jiān)測(cè)位置是根據(jù)IPTV的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和運(yùn)維部門的分工選取的。除外，在實(shí)際故障定位排除中也是

11、重要的測(cè)試點(diǎn)。比如：視頻頭端：這是節(jié)目源質(zhì)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。任何視頻頭端出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題將是IP傳輸網(wǎng)入口：這是IPTV業(yè)務(wù)與其它業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)，語(yǔ)音等）混合前的入口傳輸網(wǎng)前的視頻質(zhì)量，可以分辨是視頻頭端的問(wèn)題或者傳輸過(guò)程產(chǎn)生的問(wèn)題查的工作將分配給不同的維護(hù)部門IPTV業(yè)務(wù)部門，數(shù)據(jù)傳輸部門。寬帶接入網(wǎng)入口：這是骨干傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)的分界點(diǎn)。往往骨干傳輸網(wǎng)與寬帶同的維護(hù)部門負(fù)責(zé)。IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解IP6 了作為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)以全網(wǎng)的問(wèn)題。 。監(jiān)測(cè)進(jìn)入。據(jù)此，故障排接入網(wǎng)屬于不視頻服務(wù)器輸出性能分析高性能和高穩(wěn)定的視頻

12、服務(wù)器是IPTV成功部署的一個(gè)關(guān)鍵。除了視頻流并發(fā)數(shù)目外，每路視頻流的穩(wěn)定性是一個(gè)重要考核指標(biāo)。視頻服務(wù)器的輸出性能可以使用RFC 4445 MDI進(jìn)行分析。根據(jù)服務(wù)器的架構(gòu)，視頻服務(wù)器的性能受到各子系統(tǒng)的約束：磁盤陣列性能，CPU性能，總線帶寬，內(nèi)存容量，網(wǎng)卡的性能。從部署觀點(diǎn)來(lái)看，服務(wù)器的性能可以表述為下面四個(gè)項(xiàng)目：1） 最大并發(fā)流數(shù)2） 最大網(wǎng)絡(luò)端3） 對(duì)大量突發(fā)4） 每路流的穩(wěn)a) MDI：突變表明服務(wù)器性能出現(xiàn)下降。b) MDI：在視頻點(diǎn)播服務(wù)器的實(shí)驗(yàn)試：1） N個(gè)用戶點(diǎn)器的各個(gè)子系統(tǒng)80/20分布行為具有長(zhǎng)尾此，N個(gè)用2） 對(duì)大量用戶突間完成視頻流的景將檢查服務(wù)器在IPTV視頻傳輸

13、質(zhì)量測(cè)試目 輸出吞吐量 求的響應(yīng)特性 DF：視頻流的抖動(dòng)特性。抖動(dòng)越大，可支持的并發(fā)流數(shù)目相應(yīng)減少。抖動(dòng) MLR：視頻流的丟包。視頻服務(wù)器不應(yīng)該輸出有丟包的視頻流。 室測(cè)試和性能評(píng)測(cè)中，IneoQuest建議至少對(duì)以下兩個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)N部影片的最大并發(fā)量：該測(cè)試體現(xiàn)了視頻點(diǎn)播服務(wù)器的最高性能。服務(wù)的瓶頸都將影響該測(cè)試的結(jié)果。雖然，普遍認(rèn)為視頻點(diǎn)播的客戶行為是80的用戶點(diǎn)選20的熱門影片）。但是，最近的研究成果表明網(wǎng)絡(luò)客戶的特性（Long Tail Theory，每部影片無(wú)論熱門與否都有可能被點(diǎn)選）。因點(diǎn)選N部影片是一個(gè)合理的測(cè)試場(chǎng)景。 發(fā)請(qǐng)求的響應(yīng)特性：在接受突發(fā)大量用戶點(diǎn)播請(qǐng)求后，服務(wù)器需要多

14、長(zhǎng)穩(wěn)定輸出，以及在接收大量點(diǎn)播請(qǐng)求后，輸出視頻流的變化特性。該黃金時(shí)段大量視頻點(diǎn)播的處理能力。 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解的時(shí)場(chǎng)7 口請(qǐng)定性：選（戶網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視頻流承載性能評(píng)估在IPTV部署中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的承載視頻能力是必須考慮的因素。視頻流與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流不同的地方在于承載視頻流業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間處于線速處理的狀態(tài)。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的交換/路由能力需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試。RFC 4445 MDI不但可以作為視頻流輸出質(zhì)量的測(cè)試指標(biāo)，還可以作為視頻流輸入的參數(shù)。通過(guò)使用專門的儀器模擬視頻流輸入可以得到精確的視頻承載能力指標(biāo)。以下

15、是IneoQuest建議的視頻流承載能力測(cè)試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹＞W(wǎng)絡(luò)設(shè)備視頻流承載能力測(cè)試該測(cè)試能得到在特定網(wǎng)絡(luò)設(shè)置下，被測(cè)試網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以同時(shí)承受多少路指定速率的視頻流，并且能夠忍受多大視頻流抖動(dòng)（以MDI：DF描述）而不出現(xiàn)輸出丟包。IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解 8機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)容忍能力分析取決與機(jī)頂盒的緩沖大小，視頻流傳輸機(jī)制，處理能力，機(jī)頂盒制造成本，機(jī)頂盒對(duì)接收視頻流的質(zhì)量有一定的要求。因此，有必要在大量部署機(jī)頂盒前，了解該型號(hào)/版本的機(jī)頂盒對(duì)IP視頻流的容忍閾值。RFC 4445 MDI可以作為一個(gè)視頻質(zhì)量指標(biāo)

16、。下圖中，左側(cè)的IneoQuest視頻測(cè)試儀產(chǎn)生視頻流并且模擬不同的損傷情形。比如，加大視頻流抖動(dòng)（MDI：DF），修改視頻流IP速率，修改視頻流的PCR速率， 產(chǎn)生丟包等。通過(guò)這些損傷模擬，可以得到被測(cè)機(jī)頂盒對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)視頻流的處理能力。同時(shí)，右側(cè)的IneoQuest視頻測(cè)試儀將用戶提議的視頻質(zhì)量量化為MDI數(shù)值。這樣，維護(hù)人員可以設(shè)定合理的閾值，在出現(xiàn)明顯的視頻質(zhì)量問(wèn)題前及時(shí)處理。IQMMMDI觀測(cè)視頻流機(jī)頂盒播放質(zhì)量機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)容忍能力分析IPTV視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試 - RFC4445 MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)詳解 9IneoQuest的硬件平臺(tái)SinguluswithBuilt in ASIIQMediaMonitorwithBuilt in ASIIneoQuest公司和產(chǎn)品簡(jiǎn)介 IneoQuest公司于2001年在美國(guó)波士頓郊成立。其市場(chǎng)定位是為IP傳輸視頻流應(yīng)用提供模擬發(fā)生，質(zhì)量分析和長(zhǎng)期監(jiān)控的測(cè)試產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)多年的累積，IneoQuest客戶群包括設(shè)備供應(yīng)商，電信運(yùn)營(yíng)商，有線電視運(yùn)營(yíng)商。 以RFC4445 MDI視頻質(zhì)量測(cè)試為產(chǎn)品核心，IneoQuest產(chǎn)品提供IPTV視頻測(cè)試和監(jiān)測(cè)的完整解決方案。其中包括從10Mbps到10Gbps的視頻測(cè)試硬件。 關(guān)于Ine