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IPTV测试方案

1          概述

IPTV是一种新兴的,令人振奋的技术,可以为服务提供商提供全新的商业机遇,而ADSL2+VDSL2数据速率可以轻松实现在一根电话线上集成语音、视频和数据服务,这通常称 为三重播放服务。现在,随着各种技术的发展,向住宅用户同时提供多种标准以及高清晰度电视通道将(SDTVHDTV)更加切实可行且经济实惠。

IPTV通常包含由一个或多个服务提供商提供的范围宽广的节目或电视通道。另外,它还可能包括一些专业化的节目,例如音乐会、特殊事件、电影以及视频点播(VoD)

在任何基于xDSL的部署中,用户视频质量不仅受网络带宽(ADSL2+/ADSL)或数据流的影响(QoS测试),还存在许多参数可以影响用户对质量好与坏的感知。当视频流最终到达机顶盒和电视时,它已通过各种层(如物理层、IP层、传输层等),正是各层之间的交互以及外部干扰,影响到用户感知的视频质量;这种情况经常被称作用户体验质量(QoE)。影响用户QoE的一些参数有:图像斑点和马赛克、图片模糊和边缘失真、音频中断以及通道切换延迟。

1.1 IPTV协议栈模型

2          影响IPTV质量的指标

2.1 带宽

可发送的视频流总量基本上受用户实际ADSL/ADSL2+速率的限制,核心IP架构通常基于具有较低拥塞级别的光网络,因此带宽限制通常仅发生在接入网络或用户的家庭网络中,当信息流级别达到最大可用带宽时,许多数据包将被丢弃,从而导致视频质量降低。ADSL2+速率可能会受到外部因素的暂时影响,从而产生图像斑点现象。

2.2 丢包

IP数据包丢失可能有多个原因:带宽限制、网络拥塞、链路故障以及传输错误。数据包丢失经常与网络拥塞时段相关联,根据视频流使用的传输协议类型的不同,数据包丢失会对感知的视频质量产生不同影响。使用UDP时,丢失的数据包将直接影响到图像,因为信息无法恢复,所以图像只能是损坏或无法使用。使用TCP时,数据包丢失将使数据重新传输,从而产生缓冲区下溢,可能出现图像冻结。

2.3 时延

在视频传输应用中,恒定的延迟表现为视频观看时间的推迟。为了避免网络抖动而产生视频播放效果恶化,网络节点和视频解码器往往需要对视频流进行缓冲。实验数据表明,视频播放延迟不影响视频观看的质量。

2.4 抖动

抖动产生有多种原因:视频解码器/服务器性能变化,网络线路出现拥挤,网络设备性能变化都可以导致视频流的抖动变化。观测视频流的抖动变化可以提前发现视频传输质量恶化的趋势。

抖动定义为在数据包到达时间内的数据短期变化,通常由网络或服务器拥塞所引发。如果以太网帧到达STB(机顶盒)的速率过慢或过快,那么由于网络条件的制约,需要缓冲才能消除引起的变化。基于缓冲区的大小,会出现使缓冲区溢出或下溢的传输情况,从而导致感受到的视频质量有所降低。同样,由于了解特定STB的特性,所以在注意到显著的视频质量降低前,服务提供商可能会对IPTV网络支持的最大抖动进行鉴定。在用户所在终端分析视频QoS时,该值是一个决定性因素。

2.5 码流类型

不同的码流类型由于压缩算法的不同,视频的质量也有些不同,目前认为H.264的压缩效率最高,MPEG4-2次之,MPEG2较差。

2.6 码流速率

在相同的码流类型下,码流速率越高,视频质量越好。

2.7 频道切换时间

和频道切换时间(Zap Time)相关的指标还有多个,比如离开频道的时间,切换时两个频道之间的间隔时间和重叠时间等。下图所示为频道切换时间过程。

 

2.8 视频质量

视频质量评定主要有3个指标:MDIRFC 4445Media Deliver Index),MOS_VMean Opinion Score for Video)和视频质量的全参考质量评定指标PEVQ(Perceptual Evaluation of Video Quality)。在测试中一般只进行MDI的测试。

MDI20064月正式发布的RFC 4445规范,对IP视频流的传输质量标识为:DFMLR

2.8.1        MDI-DF

DFDelay Factor,延迟因素):该数值表明被测试视频流的延迟和抖动状况。DF的单位是毫秒(ms)。DF将视频流抖动的变化换算为对视频传输和解码设备缓冲的需求。被测试视频流抖动越大,DF值越大。在采样周期中,DF首先计算在测量点每个IP视频数据包到达时间变化。然后与预期的视频流速度对比得出。采样周期默认为1sDF的数值在每次周期完成后更新。

2.8.2        MDI-MLR

MLRMedia Loss Rate,媒体丢包速率):MLR的单位是每秒的媒体数据包丢失数量。该数值表明被测试视频的传输丢包速率。由于视频信息的数据包丢失将直接影响视频播放质量,理想情况下的IP视频流传输要求MLR的数值为零。因为具体的视频播放设备对丢包可以通过视频解码中进行补偿或者丢包重传,在实际测试中MLR的阈值可以相应调整。

MLR=媒体数据包丢失总数/采样周期,默认采样周期为1s

2.9 QoE

由于网络的复杂性,QoE指标在国际上并没有统一规定,建议的频道切换时间、MDI阈值等只能通过相应标准的参考或者通过实验室测试得到。因为网络结构设计、视频压缩标准、视频码率、并发视频流数目、机顶盒缓冲大小等都影响相应指标设定。

3          IPTV测试方案

VeEX X100系列是一款为支持承载语音、数据和视频业务的现代网络而设计的下一代测试解决方案,X100系列可以支持链路测试,网络性能测试,业务质量测试。

对于基于xDSL应用的典型IPTV业务测试,VeEXBX100提供了高性能和简单方便的测试方案。

3.1 IPTV测试方案模型

BX100系列可以完全仿真STB,终端,调制解调器(ModemxDSL猫),可以获取每层详细的测试指标结果信息,测试模型如下,BX100可以放在替代STB,或者拨号终端,或者调制解调器的位置进行测试分析。

3.2 BX100主要特点

Ø         带有直观用户界面的高分辨率彩色触摸屏,适合在任何光线环境下进行阅读

Ø         具有强大和灵活功能的外观坚固的手持仪器,适用于当今的现场测试环境

Ø         是从业于三网合一网络的现场工程师和安装维护技术人员的理想工具

Ø         网页连接浏览功能可以在远端对仪器进行控制并参与现场应用测试和管理

Ø         可以按照多种工业公认格式产生报告

Ø         用户自定义的测试文件和自动配置功能使用户快速进入测试并保持测试内容的一致性

Ø         可使用ReValTM PC 等工具软件对测试文件、测试数量和测试结果进行管理

Ø         长效的电池寿命

3.3 BX100技术特性

Ø         支持ADSLADSL2+

u        符合ITU-T G.992.5 (ADSL2+),ITU- T G.992.3(ADSL2 and RE- ADSL2), ITU-T G.992.1(G.DMT)

u        ITU-T G.992.2(G.lite),ETSI ETR328,ANSI T1.413 issue 2

Ø         物理层

u       事件记录

u       每个音频承载的比特数(图形方式或列表方式)

u       信噪比(图形方式或列表方式)

u       当前状态,线路激活状态,最大速率,数据占用比例

u       噪声裕量,线路衰减,连接模式,激活时间,同步数量

Ø         错误统计

u       信号丢失

u       严重错误帧

u       RS修正字节

u       CRC,FEC,HEC,LCD,NCD

Ø         IP 连接特性

u       PPPoEPPPoAIpoABridgedRouted

u       封装:LLC SNAPVC MUX

u       地址模式:DHCPIPCP,附带CHAP/PAP的固定的IP 地址

u       支持DNS

Ø         IP 数据测试

u       IP 统计:TX/RX%,丢失,包时延,PING(单,多次和持续),路由跟踪,应答相应和Web/FTP测试

Ø         IPTV

u        提供真实的STB仿真

u        支持IGMP/RTSP信令,MPEG2/4H.264VC1解码,RTP/MPEG-TS流媒体

u        链路带宽,时延,丢包,抖动

u        包统计:丢包、抖动、时延,PID映射,视频/音频速率

u        MDIDFMLR

u        PCRPCR抖动

u        频道切换时间

u        解码,直接查看播放画面

4          测试步骤和指标要求

由于网络的复杂性,测试指标在国际上并没有统一规定,建议的频道切换时间、MDI阈值等只能通过相应标准的参考或者通过实验室测试得到。

4.1 链路网络测试

1.       检查ADSL/ADSL2+链路的速率:数据的上行/下行速率必须足够高才能支持IPTV

2.       确保DSL速率稳定:信噪比容限(SNRm)必须大于6dB,最好大于10dB。一些DSL调制解调器和DSLAM进行过预先配置,以通过降低 SNRm运行于最高可能速率并使抵达距离最长。尽管此降低可能会产生更高的速率,但是这样会引入错误。当仅处理Internet信息流时,对于使 TCP/IP传输的数据而言,该情况可以容许,但是对于IPTV质量却极为不利。通常,错误以视频斑点或视频输入完全丢失的形式来表现。

3.       确保ATM错误始终保持较低水平:脉冲噪音的存在会在DSL层产生多个错误,特别是在如果SNRm值较低的情况下,一些其它环路问题也会直接影响ATM净荷。这些错误最有可能与本地环路相关,因此推荐对铜环路提供的窄带和宽带进行彻底评估。

4.2 数据流分析

1.       网络状态检查:可以查看STBMACIP地址之类的数据,在要求对STB和宽带路由器之间(调制解调器)的任意故障进行排除的场合中非常有用,还可以精确定位以太网布线和或STB本身存在的问题。

2.       数据流分析:查看网络数据的速率,丢包,时延和抖动,IPG(分组包间隔)的统计分析情况。一般时延要求小于1s,抖动小于50ms

3.       视频/音频包分析:统计预期包数,收到的包数,各自占用的带宽。

4.       视频QoS分析:PCRPCR抖动,丢包,时延,MDIDFMLR)。DF的最大值应该避免和平均值偏离超过50%。比如,平均MDIDF 100ms。当MDIDF出现最大值为200ms时候,这意味着视频流会出现明显的抖动变化。如果MDIDF最小和MDIDF最大在50ms150ms范围内,认为视频质量是好的。MLR值为0是最好的,也就是不允许有丢包,但是极少量的丢包可以通过STBBuffer来补偿,建议MLR小于4个媒体包/s

5.       节目标识和信息查看

6.       频道扫描:频道状态,流总带宽,频道切换时间。一般频道切换时间要求小于2s

7.       QoE:解码,用户体验查看实际画面质量。

 
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