VoIP视频流质量的测量和监控的实例

VoIP是一种正在形成的崭新技术，为了提高视频流的质量，需要对终端进行测量并监控抖动、数据包丢失及有效载荷的质量，本文介绍了几种观察的方法，重点介绍了如何评价缓冲器和网络的边界限制对视频质量的影响。

VoIP技术的传输要通过具有视频流的交换包网络，当今针对VoIP的标准还不多，因此要测量VoIP流的质量问题。在确定测量内容前，必须对定义VoIP流质量的基本特性有一个充分的了解。

与通过IP传输的数据不同，视频流质量需在现场，并且是在TV终端进行测量。终端视频的质量既非仅指网络带宽的某个功能也非仅指MPEG-2的某个功能。事实上，许多有关终端视频质量的问题是MPEG-2质量与确定性的IP包网络传输水平的结合问题。这一点与数据通信不同，数据通信通过稳定吞吐量的速度测量质量，而较少关注负载的特性，视频对网络传送的的要求更高。

设计用来传送视频流的网络必须考虑它们所能传送的有效载荷，此外正在被传送的MPEG-2流的类型也会对影响网络数据包传输的最小或最大边界特征，并且整个系统必须与终端的视频流质量保持一致。

测量及监控这些流将涉及对第三层、协议层的以太网数据包到达时间、这些到达时间的平均时间及瞬时时刻的测量，并最终通过解码第7层的一部分及MPEG-2内容来测量系统边界。与系统缓冲器限制相结合的MPEG-2内容会对传输边界造成影响。本文以视频点播(VoD)为实例，讨论目前VoIP技术，然后看看VoD系统每一个阶段会面临的问题，以及对哪一部分的质量需要进行测量。最终我们将会找到在VoIP视频流的终端确定视频流质量的关键字节，这个过程采用了对网络性能测定的系统论方法。

基于IP的MPEG传送流

什么是VoIP流？VoIP流是一种客户可以接近实时或通过IP网络浏览视频内容的技术。虽然有多种基于IP移动视频内容的应用，最普遍的VoIP流的实例是一种服务，该服务由被称为VoD的电视公司所提供，VoD通过IP网络得以实现，是VoIP流最典型的例子。

在VoD系统中，用户可在其客厅通过IP网络点播由遥远位置所提供的电影。电视图像(磁盘服务器提供)被产生并包裹在用户数 据报协议(UDP)/IP数据包中，然后传送到用户的家中供观看。图1是一个简化的VoD网络方框图，该图从位于电缆服务器设备开始到当地电缆集线器，然 后最终进入用户家庭。对该技术的概括了解，我们可探究系统的重要参数。

人们可以提出许多问题：如何知道视频信号在用户的电视上能够正确显示？如果存在错误的话，错误原因又是什么？是MPEG出 现了故障，还是交换丢失了数据包或造成视频流出错？视频流故障会持续多久？且不提可能被问及的有关缩放比例的问题，如果一些家庭的几个用户在同一时间购买 了几台电视，又会发生什么问题？用户的邻居如果正在观看视频点播的电影，这会影响用户的视频质量吗？

影响VoIP质量的关键参数

开始回答这些问题时，我们需要简化以上实例的模型，图1同样显示了基于千兆以太网的视频流的概念模型。

来自VoD服务器的MPEG-2数据被打包并以恒定的MPEG-2 TS速率传送，该速率与MPEG-2 TS的比率相一致。例如，电影1是以3.75 Mb/s编码的MPEG-2视频流，意味着视频解码器必须每秒识别3.75Mb的数据，MPEG-2数据包容许的抖动是±500ns。由于VoD服务器的 每个以太网数据包由7 个MPEG-2 TS组成，并且(理论上)以平均和连续的速率将这一数据包发送出以太网端口，以简化终端的3.75 Mb/s接收电路设计。

由于在该系统中有多重时钟域，缓冲有助于平滑时钟并加速变化。图2显示了VoIP视频流质量的基本流程图。作为来自VoD 服务器和交换网的以太网数据包，MPEHG-2 TS 数据包被缓冲并以平稳的3.75 Mb/s速率流向解码器，然后MPEG-2被解码并显示在电视上。这种模型不执行特定的缓冲器大小，但会利用缓冲器的容量。无论缓冲器容量为多少，均会出 现使缓冲器过流或下溢的传输状况，从而导致由于MPEG-2数据包丢失而造成的视频质量变差。在这种模型中，理解流的行为很重要，观察最小和最大的实例将 确定有效的缓冲器容量及/或达到质量要求的VoIP视频流的传输行为。

为了确保VoIP传送质量，建议对五种特性进行测试和监控：

1) 造成延迟的数据包间到达抖动

2) 造成突发错误的数据包间到达抖动

3) 以太网数据包丢失

4) 由MPEG-2数据传输率得到的以太网数据包间到达平均漂移/偏差。

5) 由于网络、MPEG-2编码错误或MPEG-2数据包丢失产生的数据包中断对MPEG-2质量的影响。

解释上述测量对象的最好方式是从