| 本文將討論基于ADSL2+ 數(shù)據(jù)流定義視頻的基本屬性、IPTV 服務(wù)質(zhì)量 （QoS） 背后的測(cè)量原理以及 EXFO 的 CoLT-450P 在協(xié)助傳輸高質(zhì)量視頻服務(wù)方面扮演的角色。
IPTV 質(zhì)量
在任何基于 ADSL 的部署中，用戶視頻質(zhì)量不僅受網(wǎng)絡(luò)帶寬 （ADSL2+/ADSL） 或數(shù)據(jù)流的影響，還存在許多參數(shù)可以影響用戶對(duì)質(zhì)量好與壞的感知。當(dāng)視頻流zui終到達(dá)機(jī)頂盒和電視時(shí)，它已通過(guò)各種協(xié)議層（例如，物理 ADSL 層、ATM 層、IP 層、傳輸層等）。正是各層之間的交互以及外部干擾，影響到用戶感知的視頻質(zhì)量；這種情況經(jīng)常被稱作用戶體驗(yàn)質(zhì)量 （QoE）。影響用戶 QoE 的一些參數(shù)有：圖像斑點(diǎn)和馬賽克、圖片模糊和邊緣失真、音頻中斷以及通道更改延遲（也稱作激活時(shí)間）。 影響服務(wù)的因素 1．編碼和壓縮 經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)分配的視頻質(zhì)量會(huì)受到節(jié)目源的影響，也就是視頻前端。解碼和壓縮過(guò)程通常會(huì)在視頻質(zhì)量和所需的壓縮級(jí)別之間進(jìn)行折衷。此外，根據(jù)使用的編碼和壓縮技術(shù)不同，每個(gè) IP 數(shù)據(jù)包攜帶的視頻信息數(shù)量也有所不同。因此 IP 數(shù)據(jù)包丟失表示，視頻序列可能出現(xiàn)個(gè)別的不容易發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失，或者圖像出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間質(zhì)量下降、圖像斑點(diǎn)或無(wú)法使用。 2．抖動(dòng) 一個(gè)典型的攜帶 MPEG-2 視頻流數(shù)據(jù)的 IP 數(shù)據(jù)包通常由七個(gè) MPEG 傳輸流數(shù)據(jù)包組成，每個(gè)包含 184 字節(jié)的凈荷以及 4 字節(jié)的凈荷頭。共 1316 字節(jié)，此外需包括數(shù)據(jù)包開(kāi)銷（8 字節(jié)的 UDP 幀頭，20 字節(jié)的 IP 幀頭，14 字節(jié)的以太網(wǎng)幀頭以及 10 字節(jié)的 ATM 開(kāi)銷），因此幀大小總計(jì)含有 1368 字節(jié)。
抖動(dòng)定義為在數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)短期變化，通常由網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器擁塞所引發(fā)。如果以太網(wǎng)幀到達(dá) STB 的速率過(guò)慢或過(guò)快，那么由于網(wǎng)絡(luò)條件的制約，需要緩沖才能消除引起的變化。基于緩沖區(qū)的大小，會(huì)出現(xiàn)使緩沖區(qū)溢出或下溢的傳輸情況,從而導(dǎo)致感受到的視頻質(zhì)量有所降低。同樣，由于了解特定 STB 的特性，所以在注意到顯著的視頻質(zhì)量降低前，服務(wù)提供商可能會(huì)對(duì) IPTV 網(wǎng)絡(luò)支持的zui大抖動(dòng)進(jìn)行鑒定。在用戶端分析視頻 QoS 時(shí)，抖動(dòng)是一個(gè)決定性因素。 3．有限帶寬 可發(fā)送的視頻流總量基本上受用戶實(shí)際 ADSL/ADSL2+ 速率的限制。核心 IP 架構(gòu)通?；诰哂休^低擁塞級(jí)別的光網(wǎng)絡(luò)；因此帶寬限制通常僅發(fā)生在接入網(wǎng)絡(luò)或用戶的家庭網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)信息流級(jí)別達(dá)到zui大可用帶寬時(shí)，許多數(shù)據(jù)包將被丟棄，從而導(dǎo)致視頻質(zhì)量降低。ADSL2+ 速率可能會(huì)受到外部因素的暫時(shí)影響，從而產(chǎn)生圖像斑點(diǎn)現(xiàn)象。 除 IPTV 服務(wù)外，同時(shí)將大量數(shù)據(jù)下載到 PC 中，并且服務(wù)提供商未正確信息流優(yōu)先級(jí)時(shí)，可能還會(huì)出現(xiàn)其它的現(xiàn)象；在這些情況下，視頻流數(shù)據(jù)包會(huì)丟失。一種罕見(jiàn)但卻重要的情況是，當(dāng)視頻在可變速率模式下進(jìn)行傳送時(shí)，視頻序列的顯著變化會(huì)導(dǎo)致帶寬需求的增加。這樣會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包丟失并因此出現(xiàn)質(zhì)量降低。 帶寬限制是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段待評(píng)估的幾個(gè)主要因素之一。 4．?dāng)?shù)據(jù)包丟失 發(fā)生 IP 數(shù)據(jù)包丟失可能基于多個(gè)原因 — 帶寬限制、網(wǎng)絡(luò)擁塞、鏈路故障以及傳輸錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)包丟失通常代表了一種突發(fā)式行為，經(jīng)常與網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)段相關(guān)聯(lián)。根據(jù)視頻流使用的傳輸協(xié)議類型的不同，數(shù)據(jù)包丟失會(huì)對(duì)感知的視頻質(zhì)量產(chǎn)生不同影響。使用 UDP 時(shí)，丟失的數(shù)據(jù)包將直接影響到圖像，因?yàn)樾畔o(wú)法恢復(fù)，所以圖像只能是損壞或無(wú)法使用。使用 TCP 時(shí)，數(shù)據(jù)包丟失將使數(shù)據(jù)重新傳輸，從而產(chǎn)生緩沖區(qū)下溢，因此可能出現(xiàn)圖像凍結(jié)。 確保高質(zhì)量的 IPTV 服務(wù) 下面介紹的五步法可實(shí)現(xiàn) IPTV 服務(wù)的安裝和故障診斷。該方法向技術(shù)人員提供了易于記憶的操作步驟，該步驟可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 （NID） 或用戶電視房間執(zhí)行。 步驟 1：檢查 ADSL/ADSL2+ 鏈路的速率 數(shù)據(jù)的上行/下行速率必須足夠高才能支持 IPTV。即使對(duì)于 MPEG-2 或 MPEG-4 視頻壓縮，每個(gè)通道在下行方向要求至少 3 Mb/s 的速率，如果使用 HDTV 速率則更高。 步驟 2：確保 DSL 速率穩(wěn)定 信噪比容限 （SNRm） 必須大于 6 dB，大于 10 dB。一些 DSL 調(diào)制解調(diào)器和 DSLAM 進(jìn)行過(guò)預(yù)先配置，以通過(guò)降低 SNRm 運(yùn)行于zui高可能速率并使抵達(dá)距離zui長(zhǎng)。盡管此降低可能會(huì)產(chǎn)生更高的速率，但是這樣會(huì)引入錯(cuò)誤。當(dāng)僅處理 Internet 信息流時(shí)，對(duì)于使用 TCP/IP 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)而言，該情況可以容許，但是對(duì)于 IPTV 質(zhì)量卻極為不利。通常，錯(cuò)誤以視頻斑點(diǎn)或視頻輸入*丟失的形式來(lái)表現(xiàn)。 步驟 3：確保 ATM 錯(cuò)誤始終保持較低水平 脈沖噪音的存在會(huì)在 DSL 層產(chǎn)生多個(gè)錯(cuò)誤，特別是在如果 SNRm 值較低的情況下，如上文指出的那樣。一些其它環(huán)路問(wèn)題也會(huì)直接影響 ATM 凈荷。這些錯(cuò)誤zui有可能與本地環(huán)路相關(guān)，因此推薦對(duì)銅環(huán)路提供的窄帶和寬帶進(jìn)行*評(píng)估。 步驟 4：測(cè)試 IP 和 MPEG 視頻層 一旦測(cè)試完 ADSL 或 ADSL2+ 鏈路的速率、SNRm 和 ATM 層錯(cuò)誤，下一步就是測(cè)試 IP 和 MPEG 視頻層。如果視頻通道在 DSL 線路上進(jìn)行傳送，那么也可以對(duì) IP 和視頻傳輸數(shù)據(jù)流的速率和錯(cuò)誤進(jìn)行評(píng)估。在各種錯(cuò)誤與數(shù)據(jù)流速率突然變化之間存在的任何關(guān)聯(lián)，都可能是一種視頻超過(guò)可用帶寬的表示；因此需要在視頻流源端進(jìn)行一些調(diào)整。 另一方面，用戶必須確保網(wǎng)絡(luò)能夠正確處理 Internet 組管理協(xié)議 （IGMP）（用于加入和離開(kāi) IPTV 通道）請(qǐng)求。正確更改通道并且在一定時(shí)間內(nèi)完成，因?yàn)檫@樣的情況受目標(biāo)激活時(shí)間的制約。 步驟 5：視頻質(zhì)量確認(rèn)時(shí)間至少為 15 分鐘 評(píng)估某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的視頻質(zhì)量。建議至少 15 分鐘。如果 ATM 層錯(cuò)誤導(dǎo)致 IP 層出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么錯(cuò)誤也會(huì)影響到視頻質(zhì)量。無(wú)法與 ATM 層錯(cuò)誤共存的 IP 層錯(cuò)誤通常起源于 IP 網(wǎng)絡(luò)的更底層，通常多個(gè)用戶會(huì)感受到這樣的錯(cuò)誤。因此，在本地環(huán)路中不可能存在補(bǔ)救措施。 諸如抖動(dòng)、數(shù)據(jù)包丟失百分比和激活時(shí)間之類的 QoS 指標(biāo)，必須在整個(gè)傳輸期間內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因?yàn)樗鼈兲峁┮环N客觀的確認(rèn)，即接收到的視頻是否符合 IPTV 服務(wù)提供商設(shè)置的zui低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)環(huán)境的差異，所以這些參數(shù)的閾值經(jīng)常由各個(gè)服務(wù)提供商確定。 CoLT-450P 的 IPTV 分析 CoLT-450P 是一款的模塊化測(cè)試裝置，用于確認(rèn) ADSL 和 IPTV 服務(wù)是否正確部署及管理。具有 Video-over-DSL 測(cè)試套件 （VDTS） 選件的 CoLT-450P，是確定成功 ADSL 連接和 IPTV 質(zhì)量的理想之選。 該裝置專為三重播放測(cè)試而設(shè)計(jì)，這說(shuō)明它可為攜帶 IPTV 和 VoIP 服務(wù)的 ADSL 電路的安裝、維護(hù)和或故障診斷提供所有必需的信息。它支持多種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，包括 MPEG-2、MPEG-4 和 WM9/VC-1。 通過(guò)用 CoLT-450P 代替用戶的寬帶調(diào)制解調(diào)器/路由器并將 STB 作為端點(diǎn)設(shè)備，來(lái)執(zhí)行 IPTV 服務(wù)分析。如圖所示，CoLT-450P 會(huì)在 ADSL 和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間擔(dān)當(dāng)簡(jiǎn)單的橋接器，或者執(zhí)行路由功能。 如果無(wú)法接入CPE或者 STB 不可用，那么還可將 CoLT-450P 用于獨(dú)立模式，在該模式下任何 IGMP 信息流均可從設(shè)備直接模擬，并且測(cè)試結(jié)果可提供足夠的信息來(lái)確定測(cè)試地點(diǎn)的 IPTV QoS。 在 IPTV 分析期間，CoLT-450P 將確定 ADSL2+/ADSL、ATM 和 IP 數(shù)據(jù)包的速率。 它計(jì)算每個(gè)視頻流所使用帶寬，并向用戶顯示。此外，通過(guò)監(jiān)測(cè)所涉及層（ADSL2+、ATM 和 IP 層）中所發(fā)生的成幀錯(cuò)誤，用戶可獲得用于定位問(wèn)題位置的重要信息。數(shù)據(jù)包間到達(dá)間隙和 IP 數(shù)據(jù)包速率由時(shí)間戳確定，下圖顯示了對(duì)到達(dá)設(shè)備的幀的分析。該信息用于 IP 數(shù)據(jù)包抖動(dòng)和數(shù)據(jù)包丟失計(jì)算，這是 IPTV QoS 中所包含的zui重要因素中的兩個(gè)因素。 ADSL 連接 一旦 CoLT-450P 啟動(dòng)視頻分析，那么該設(shè)備將顯示 ADSL 層結(jié)果和 ATM 傳輸/接收幀計(jì)數(shù)。 ADSL 連接屏幕列出所獲取的關(guān)鍵參數(shù)值，其中包括下行 ADSL/ADSL2+ 比特率、延遲類型、線路容量、噪音容限、傳輸功率和衰減級(jí)別。該信息可使用戶確定，對(duì)于正在傳輸?shù)?IPTV 服務(wù)，這些參數(shù)是否在期望值范圍內(nèi)。該數(shù)據(jù)還有助于確定 ADSL 下行比特率是否足夠高，以支持 SDTV 和 HDTV 并行通道的數(shù)量，這些通道將指向特定的位置（如前述方法中的步驟 1）。此外，用戶可確認(rèn)是否 SNR 容限讀數(shù)高于 6 dB 標(biāo)記，更好大于 10 dB（如上述步驟 2 中所示） 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) “STB 信息”屏幕可使用戶確認(rèn) CoLT-450P 的線路配置。它包括 VPI/VCI 信息以及在 ADSL 側(cè)所使用的封裝類型。該設(shè)備還提供了在 CoLT-450P 的 LAN 側(cè)有關(guān)不同 STB 運(yùn)行的特定信息。 還將顯示諸如 STB 的 MAC 和 IP 地址之類的數(shù)據(jù)，它們可能在要求對(duì) STB 和寬帶路由器（或 CoLT-450P）之間的任意故障進(jìn)行排除的場(chǎng)合中非常有用。例如，用戶可以快速確定 CoLT-450P 是否檢測(cè)特定的 STB；它還可以定位以太網(wǎng)布線和/或 STB 本身存在的問(wèn)題。 數(shù)據(jù)流分析 “視頻流分析”屏幕提供了與 IPTV 服務(wù)相關(guān)的各層中的可用速率的全面細(xì)目分類，以及所檢測(cè)到的多種數(shù)據(jù)流的概要描述。 在屏幕頂端，CoLT-450P 顯示了 ADSL、ATM 和 IP 層的數(shù)據(jù)速率。ATM 速率由服務(wù)所在的虛擬通道 （VC） 配置確定。另一方面，IP 數(shù)據(jù)包速率基于線路中所檢測(cè)到的 MPEG-2、MPEG-4 或 WM9/VC-1 數(shù)據(jù)流。該信息使用戶可通過(guò)比較可用總帶寬來(lái)確定視頻服務(wù)使用的帶寬量。隨著通向 STB 的同步 IPTV 通道數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)速率和相應(yīng)的利用率級(jí)別也隨之提高。 將會(huì)檢測(cè)到向位于設(shè)備 LAN 側(cè)的任意 STB 進(jìn)行多播的 IPTV 通道。顯示每個(gè)已檢測(cè)到通道的多播 IP 地址、數(shù)據(jù)流速率和帶寬利用率（表示為總 ATM 速率的組成部分）。 多播 IP 地址有助于確定執(zhí)行接收的特定通道，而數(shù)據(jù)流速率則表示每個(gè)通道使用了多少帶寬。理想情況下，穩(wěn)定的恒定比特率 （CBR） 數(shù)據(jù)流會(huì)始終保持同一數(shù)值；使用 CBR 時(shí)，出現(xiàn)速率更改則表明視頻前端存在問(wèn)題。 IGMP 數(shù)據(jù)包統(tǒng)計(jì) “IGMP 統(tǒng)計(jì)”屏幕可使用戶確認(rèn) IGMP 信息流是否正在*網(wǎng)絡(luò)和 STB 之間傳輸。網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常查詢 STB，因此接收到遠(yuǎn)程設(shè)備的報(bào)告數(shù)據(jù)包。CoLT-450P 會(huì)顯示這些計(jì)數(shù)器。 加入和離開(kāi) IGMP 請(qǐng)求也向用戶提供。這些數(shù)值非常有用，可確定 STB 是否正確向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送這些請(qǐng)求；作為交換，網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)根據(jù)請(qǐng)求做出通道更改響應(yīng)。通道更改所需的時(shí)間稱為“激活時(shí)間”。 如果加入/離開(kāi)請(qǐng)求計(jì)數(shù)器無(wú)增量，則說(shuō)明 STB 可能存在問(wèn)題；問(wèn)題可以僅與遠(yuǎn)程控制、內(nèi)部處理或者到寬帶路由器的以太網(wǎng)連接有關(guān)。 對(duì)任意一個(gè)加入或離開(kāi)通道的多播 IP 地址進(jìn)行記錄，并在屏幕上顯示。
IPTV 服務(wù)錯(cuò)誤 CoLT-450P 的視頻流監(jiān)視器檢測(cè)并提供 ADSL、ATM 和 IP 層的錯(cuò)誤信息，并對(duì)要求前向糾錯(cuò) （FEC） 的幀進(jìn)行計(jì)數(shù)。請(qǐng)注意 FEC 不能用于具有快速延遲的系統(tǒng)中。 測(cè)試儀可生成表示五分鐘時(shí)長(zhǎng)監(jiān)視器窗口的圖形，并在窗口中注冊(cè)類似 FEC、DSL 幀錯(cuò)誤以及 ATM 和 IP 數(shù)據(jù)包丟失之類的事件。這些時(shí)間長(zhǎng)度為三秒的采樣標(biāo)記為錯(cuò)誤提供了時(shí)間參考。 FEC 值表示可以修正的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。具有大量的 FEC 標(biāo)記表明本地環(huán)路或 ADSL 層中存在潛在的問(wèn)題。ADSL 幀錯(cuò)誤可以清晰地表示出本地環(huán)路或 DSLAM 的問(wèn)題，建議使用 EXFO 的 CableSHARK 對(duì)銅纜進(jìn)行深入分析。另一方面，ATM 級(jí)別的錯(cuò)誤可歸因于 DSLAM 問(wèn)題；并且如果 ATM 主干網(wǎng)運(yùn)行正常，那么問(wèn)題也可能與 ATM 交換機(jī)相關(guān)。由錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包和失序數(shù)據(jù)包導(dǎo)致的 IP 數(shù)據(jù)包丟失通常是與 IP 幀頭和視頻前端有關(guān)的故障；帶寬限制、網(wǎng)絡(luò)擁塞、鏈路故障和傳輸問(wèn)題都是其中原因。由于問(wèn)題集中化的性質(zhì)，所以 IP 層問(wèn)題通常會(huì)由多個(gè)用戶同時(shí)體驗(yàn)到。 ADSL 或 ATM 層中無(wú)法恢復(fù)的錯(cuò)誤極有可能在 IP 之類的更高層中反應(yīng)出來(lái)。通常，IP 數(shù)據(jù)包丟失將導(dǎo)致出現(xiàn)用戶極易覺(jué)察的像素化。 在屏幕底部，用戶可監(jiān)測(cè)視頻流的速率。每行都代表特定時(shí)間的視頻速率，因此該曲線上的任何波動(dòng)都表示視頻信號(hào)存在比特率變化。 曲線上方自動(dòng)調(diào)整的水平虛線可用作參考zui大速率。比特率以 Mb/s 為單位表示。 抖動(dòng) 由 CoLT-450P 提供的zui大數(shù)據(jù)流抖動(dòng)圖表示五分鐘時(shí)長(zhǎng)的監(jiān)視器窗口，其中記錄了視頻流的zui大抖動(dòng)。 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都要求特定的zui大抖動(dòng)級(jí)別才能感知到視頻質(zhì)量降低。STB 緩沖區(qū)大小有助于確定網(wǎng)絡(luò)中的抖動(dòng)容許級(jí)別。建議每個(gè)服務(wù)提供商都基于本地網(wǎng)絡(luò)特性定義其各自的抖動(dòng)閾值
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