寬帶城域解決方案IPTV方案系列培訓IPTV視頻監(jiān)控方案原理與部署

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHuawei Confidential Security Level: 2022-4-29視頻監(jiān)控方案原理與部署視頻監(jiān)控方案原理與部署目錄目錄n業(yè)界趨勢或方案背景介紹業(yè)界趨勢或方案背景介紹n技術方案技術方案n應用案例應用案例HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 3視頻業(yè)務對抖動、丟包非常敏感視頻業(yè)務對抖動、丟包非常敏感丟丟包率大于包率大于1個個/小小時時時時延大延大約約200ms抖抖動動大于大于50msSource: DSL ForumHDTVHDTV對承載網(wǎng)需求對承載

2、網(wǎng)需求 IPTVIPTV業(yè)務體驗提升首先要保證承載網(wǎng)的質(zhì)量業(yè)務體驗提升首先要保證承載網(wǎng)的質(zhì)量HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 4故障快速定界和定位IPTV ESSTBBRAS/SRDSLAM/OLTIP cloud？接入運維部門IP網(wǎng)絡運維部門IPTV業(yè)務系統(tǒng)運維部門 IPTV需要端到端的管理，但運維部門涉及到多領域的多個部門，如何快速定界？需要端到端的管理，但運維部門涉及到多領域的多個部門，如何快速定界？ 當發(fā)現(xiàn)故障是那個部門負責時，如何快速定位故障點？當發(fā)現(xiàn)故障是那個部門負責時，如何快速定位故障點？HUAWEI TE

3、CHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 5華為視頻監(jiān)控解決方案的產(chǎn)生華為視頻監(jiān)控解決方案的產(chǎn)生l在在IPTV業(yè)務中，由于頭端業(yè)務中，由于頭端/終端終端/網(wǎng)絡等各種問題網(wǎng)絡等各種問題(分組丟失、時延和分組丟失、時延和時延抖動等因素時延抖動等因素)導致的畫面馬賽克導致的畫面馬賽克/花屏花屏/靜幀靜幀/黑屏等現(xiàn)象嚴重影黑屏等現(xiàn)象嚴重影響用戶體驗，響用戶體驗，IPTV運營商急需對其運營商急需對其IPTV業(yè)務實現(xiàn)業(yè)務實現(xiàn)E2E質(zhì)量監(jiān)控，以實質(zhì)量監(jiān)控，以實時跟蹤業(yè)務質(zhì)量并分析質(zhì)量與網(wǎng)絡的影響，并據(jù)此維護網(wǎng)絡，以保時跟蹤業(yè)務質(zhì)量并分析質(zhì)量與網(wǎng)絡的影響，并據(jù)此

4、維護網(wǎng)絡，以保證與用戶的證與用戶的SLA。目錄目錄n業(yè)界趨勢或方案背景介紹業(yè)界趨勢或方案背景介紹n技術方案技術方案n應用案例應用案例HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 7視頻監(jiān)控方案視頻監(jiān)控方案- -網(wǎng)絡網(wǎng)絡側側檢測檢測與與IPTVIPTV頭端檢測的配合頭端檢測的配合InternetSoftSwitchU2520IP COREIPTV 中心節(jié)點IPTV 邊緣節(jié)點U2520將網(wǎng)絡指標上報將網(wǎng)絡指標上報MQMCOLTPOTSSTBPCONTBRASPOTSSTBPCUPE媒體質(zhì)量監(jiān)控中心媒體質(zhì)量監(jiān)控中心 (MQMC)iVSEi

5、VSEiVSEiVSEiVSEiVSE MQMC監(jiān)控IPTV系統(tǒng)和STB的性能U2520提供網(wǎng)絡側性能監(jiān)控HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 8各監(jiān)控部件說明lMQMCMQMC（媒體質(zhì)量監(jiān)控中心）：（媒體質(zhì)量監(jiān)控中心）：實現(xiàn)配置、監(jiān)控、告警、故障定位功能。配置監(jiān)控鏈路和告警閾值等信息；采集視頻質(zhì)量數(shù)據(jù)，并通過圖形化的方式進行監(jiān)控；收集上報的告警并進行實時展示。lU2520U2520：提供網(wǎng)絡測性能監(jiān)控，同時把網(wǎng)絡的性能指標上報給MQMC。liVSEiVSE：視頻業(yè)務單板，提供基于MDI算法和VMOS算法（無參考QoE模型）

6、的視頻監(jiān)控。并將計算結果通過FTP上傳至U2520服務器（計算結果也可以在設備上通過命令行查詢）。n組播監(jiān)控：組播監(jiān)控：監(jiān)控單板做為一個組播成員加入組播組，將流量引入到監(jiān)控單板進行分析監(jiān)控；n單薄監(jiān)控：單薄監(jiān)控：將單播流鏡像到監(jiān)控單板進行分析監(jiān)控。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 9視頻編碼相關知識TSTS（Transport StreamTransport Stream）流：）流：對應一個2MHz/8MHz的標清/高清節(jié)目頻道。RTPRTP：視頻數(shù)據(jù)流傳輸，RTP報文一般使用IP/UDP協(xié)議進行封裝。在點播或者直播過程

7、中，RTP協(xié)議用來封裝包含視頻、音頻和控制信息的TS流。視頻信息：視頻信息：采用MPEG2/MPEG4/H.264等壓縮算法，封裝為I幀，P幀，B幀。.節(jié)目編碼 RTPRTP報文封裝格式報文封裝格式HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 10鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層應用層iVSE視頻質(zhì)量監(jiān)控算法1、MDI算法在RTP和MPEG-TS協(xié)議層實現(xiàn)對時延、丟包等關鍵網(wǎng)絡質(zhì)量指標的監(jiān)控，從而檢測IPTV業(yè)務流質(zhì)量。2、VMOS算法通過在RTP協(xié)議層分析獲得丟包、抖動信息，從用戶體驗的角度對視頻質(zhì)量進行量化評估。MDI算法VMOS算法HUAW

8、EI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 11MDI (Media Delivery Index)MDI (Media Delivery Index)參數(shù)參數(shù) l該數(shù)值表明視頻流的延遲和抖動狀況。該數(shù)值表明視頻流的延遲和抖動狀況。DF的單位是毫秒的單位是毫秒(ms)。DF將視頻流抖動將視頻流抖動的變化換算為對視頻傳輸和解碼設備緩沖的需求。被測視頻流抖動越大，的變化換算為對視頻傳輸和解碼設備緩沖的需求。被測視頻流抖動越大，DF值值越大。當網(wǎng)絡設備和解碼器的緩沖區(qū)容納的視頻內(nèi)容時間不小于被測視頻流越大。當網(wǎng)絡設備和解碼器的緩沖區(qū)容納的視頻內(nèi)

9、容時間不小于被測視頻流DF讀數(shù)時，將不會出現(xiàn)視頻播放質(zhì)量的下降。網(wǎng)絡節(jié)點需要分配不小于讀數(shù)時，將不會出現(xiàn)視頻播放質(zhì)量的下降。網(wǎng)絡節(jié)點需要分配不小于DF值的緩值的緩沖用于平滑視頻流抖動。沖用于平滑視頻流抖動。 DF (Delay Factor)lMLR的單位是每秒的媒體封包丟失數(shù)量。該數(shù)值表明被測試視頻流的傳輸丟包的單位是每秒的媒體封包丟失數(shù)量。該數(shù)值表明被測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視頻流傳輸視頻流傳輸要求要求MLR數(shù)值為零。因為具體的視頻播放設備對丟包可以通過視頻解碼中進行補數(shù)值為

10、零。因為具體的視頻播放設備對丟包可以通過視頻解碼中進行補償或者丟包重傳，在實際測試中償或者丟包重傳，在實際測試中MLR的閾值可以相應調(diào)整。的閾值可以相應調(diào)整。lMLT15：過去：過去15分鐘媒體丟失總數(shù)。分鐘媒體丟失總數(shù)。lMLT24：過去：過去24小時媒體丟失總數(shù)。小時媒體丟失總數(shù)。MLR (Media Loss Rate)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 12MDI原理uDF期望值期望值 DF期望值是在理想狀態(tài)下得到的MDI：DF數(shù)值。這個數(shù)值等于媒體流在沒有擁擠的線路傳輸。可以看作設備把一個視頻封包轉移到下一節(jié)點或

11、者視頻解碼器的同時，另外一個視頻封包立刻到達緩沖區(qū)。DF期望值的計算公式如下： DF期望值期望值 = IP封包的封包的MPEG內(nèi)容大小內(nèi)容大小 / 媒體流碼率媒體流碼率 假設每個IP封包包括了7個MPEG-2 TS封包， 每個MPEG-2 TS封包為188字節(jié)，則該IP封包包括了1316字節(jié)的視頻內(nèi)容。 視頻流碼率為2Mbps CBR。那么： DF期望值 = 1316 * 8 / 2,000,000 = 5.26 ms。 也就是說對于2M碼率的TS流來說，其理想化的DF值在5.26ms。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page

12、13MDI原理uMLRMLR（媒體丟包速率）（媒體丟包速率） MLR的單位是每秒的媒體封包丟失數(shù)量。MLR計算公式比較簡單，即計算媒體封包在采樣周期內(nèi)的丟失總數(shù)： MLR = MLR = 媒體封包丟失總數(shù)媒體封包丟失總數(shù) / / 采樣周期采樣周期 默認采樣周期為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）。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 14MDI原理 根據(jù)上述指標以及測試經(jīng)驗，CBR視頻流情況下，MDI：DF的最大值應該避免和平均值偏離超過50。比如， 平均MDI：DF為

13、100ms。當MDI：DF出現(xiàn)最大值為200ms時候，這意味著視頻流傳輸抖動出現(xiàn)明顯的變化。雖然沒有立刻造成視頻播放質(zhì)量問題，但是需要對抖動的變化趨勢進行跟蹤，避免出現(xiàn)更大的抖動。 IPTV測試建議閾值如下： MDI：DF 50ms MDI：MLR 2 個媒體封包/秒（以每秒300個IP包計算，每個IP包含7個TS包） MLT-15 128 個媒體封包（過去15分鐘媒體丟失總數(shù)） MLT-24 1024 個媒體封包（過去24小時媒體丟失總數(shù)） 以上參數(shù)可以幫助測試者看到測試時間內(nèi)的累計丟包書。編碼器或者流媒體服務器可以參照相關指標給出閾值。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., L

14、TD.Huawei Confidential Page 15VMOS算法 VMOS算法（無參考QoE模型）是另一種視頻質(zhì)量評測模型，與MDI比較，VMOS由包丟失和Jitter估算出觀看者對視頻劣化的體驗，直接量化表征觀看者的感受。 無參考QoE模塊適用范圍：p不考慮視頻質(zhì)量損傷，假設頭端質(zhì)量良好。p不考慮視頻類型，僅僅使用RTP層參數(shù)，不分析TS/ES層，不分析畫面。p不解碼，屬于參數(shù)型（網(wǎng)絡參數(shù)、配置參數(shù)）模型，但需要預先知道編碼類型。p無需原始視頻，可以用于被動監(jiān)控。p丟包考慮。適用于均勻丟包場景，也適用于含短突發(fā)的Markov丟包模式，并專門對以下兩個可能的惡劣情況進行優(yōu)化處理:n在測

15、量間隔內(nèi)出現(xiàn)一段時間密集丟包n在測量間隔內(nèi)出現(xiàn)一段長突發(fā)p抖動考慮。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 16VMOS模型測量指標l模型測量指標：模型測量指標：縮略縮略含義計量單位計量單位AVB視頻音頻比特率Mbits/SPLR丟包率N/APLER丟包事件率定義1次/秒PLER_2丟包事件率定義2次/秒MAXJ最大抖動（RFC1889/3550）秒MEANJ平均Jitter定義1（Wireshark/IPerf） 秒MEANJ_2平均Jitter定義2（自定義）秒HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Hu

16、awei Confidential Page 17主觀測試的評價標準：MOS MOS（Mean Opinion Score，或者Mean conversation-Opinion Score）平均會話評價分（參考ITU-T P.800），是視頻和語音質(zhì)量主觀測試的一種評價標準。它是一種五分制判斷標尺，可以用數(shù)字或者文字表達。劣HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 18主觀評價的操作方法l 在滿足國家標準規(guī)定的測試環(huán)境下測試環(huán)境的房間大小，設施，周圍噪聲都有一定的要求，播放錄音，由測試人員（測試者為經(jīng)過特定培訓的人員）按照1到

17、5的五級評分標準對語音質(zhì)量進行評定。l 視頻的VMOS值與音頻VMOS值級別界定類似，以下級別說明可參考。級級 別別用戶滿意度用戶滿意度5(優(yōu)優(yōu))很好，聽得清楚，延遲很小，交流順暢很好，聽得清楚，延遲很小，交流順暢4(良良)稍差，聽得清楚，延遲小，交流欠缺順暢，有點雜音稍差，聽得清楚，延遲小，交流欠缺順暢，有點雜音3(中中)還可以，聽不太清，有一定延遲，可以交流還可以，聽不太清，有一定延遲，可以交流2(差差)勉強，聽不太清，延遲較大，交流重復多次勉強，聽不太清，延遲較大，交流重復多次1(劣劣)極差，聽不懂，延遲大，交流不通暢極差，聽不懂，延遲大，交流不通暢HUAWEI TECHNOLOGIES

18、 CO., LTD.Huawei Confidential Page 19BTV業(yè)務視頻監(jiān)控流程跨板復制跨板復制LPU1LPU2LPU3去往組播組內(nèi)用戶去往組播組內(nèi)用戶去往組播組內(nèi)用戶去往組播組內(nèi)用戶復制到復制到iVSEBTV業(yè)務的VMOS算法監(jiān)控流程與MDI一致板內(nèi)每板內(nèi)每CPU復制一份復制一份解析解析報文報文MDI參數(shù)參數(shù)計算計算,分析分析結果存儲結果存儲iVSEHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 20VOD業(yè)務視頻監(jiān)控流程鏡像流量鏡像流量LPU1LPU2LPU3去往點播用戶去往點播用戶VOD業(yè)務的VMOS算法監(jiān)控流程

19、與MDI一致鏡像至鏡像至iVSE解析解析報文報文MDI參數(shù)計算參數(shù)計算分析結果存儲分析結果存儲iVSEHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 21視頻監(jiān)控方案-視頻業(yè)務質(zhì)量監(jiān)控和故障定界MetroIP BackboneSPoPHeadendOLTSTBUPEiVSEVMOSONTU2520VMOS在網(wǎng)絡的入口和出口處檢測視頻的在網(wǎng)絡的入口和出口處檢測視頻的VMOS值，值， 可以很容易的判斷是是頭端的可以很容易的判斷是是頭端的問題還是網(wǎng)絡造成的問題，做到視頻業(yè)務質(zhì)量的監(jiān)控和快速的故障定界問題還是網(wǎng)絡造成的問題，做到視頻業(yè)務質(zhì)量的

20、監(jiān)控和快速的故障定界HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 22視頻監(jiān)控方案-視頻流告警收斂MetroIP BackboneSPoPHeadendSTBUPEiVSEU2520VMOS / MDIOLTONTl在網(wǎng)絡的出口處檢測在網(wǎng)絡的出口處檢測VMOS，只有當，只有當VMOS劣化到超過閥值的時候，設備和管道檢測劣化到超過閥值的時候，設備和管道檢測的性能指標才上報告警。的性能指標才上報告警。l如果沒有如果沒有VMOS的檢測，在的檢測，在U2520上設置上設置MDI丟包率和時延的告警閥值，只有超過閥丟包率和時延的告警閥值，只有超過閥值才產(chǎn)生告警。值才產(chǎn)生告警。目錄目錄n業(yè)界趨勢或方