探討IPTV業(yè)務保障 分析關鍵技術研究
2007/12/25
IPTV是當前最熱門技術領域之一,主要的電信服務提供商都在努力推出自己的IPTV業(yè)務。研究了IPTV業(yè)務保障問題及其重要意義,提出了從承載網絡、內容傳送及業(yè)務體驗三個方面實現IPTV業(yè)務保障并分析了其中的關鍵技術。圖1 IPTV業(yè)務保障體系架構
2.承載網絡質量保障關鍵技術
承載網絡是業(yè)務開展的平臺,承載網絡的質量保障是IPTV業(yè)務保障的基礎。業(yè)務質量保障需要充足的網絡容量。為了保證IPTV的業(yè)務質量,網絡必須提供足夠的帶寬以保證傳輸時分組丟失率和時延限制在一定范圍之內。承載網絡的質量保證首先要提高接入網的帶寬配備和管理核心網的帶寬使用[2]。
通常標準清晰度視頻流需要2 Mbit/s的帶寬;取決于壓縮標準和質量要求,高清晰度視頻流需要4 M~8 M的帶寬?紤]到三重播放的需要,每個家庭至少需要20
Mbit/s以上的帶寬才能滿足IPTV的部署需求。當前常用的接入技術包括xDSL和xPON。從技術上而言,兩者都可以通過適當的配置滿足IPTV業(yè)務部署的需求。
現階段城域核心網以IP/MPLS及以太網技術為主,相對而言容量較為充足。但核心網是一個共享網絡,不同業(yè)務競爭其網絡容量,因此有必要加強核心網容量管理以對其合理使用。對于廣播應用,IP組播技術可以有效地節(jié)約帶寬,但是將不同的頻道分配到多個組播組中也帶來復雜的帶寬管理問題。假定采用恒定比特率編碼方式,則不必考慮統(tǒng)計復用效應。一種極端情況是每個頻道分配單獨的組播樹,其優(yōu)點是不同的組播分支只需接收其想要的頻道內容,因而傳輸效率較高。但如果頻道較多,這種方式將帶來很大的組播管理負擔,還會增加頻道切換的時間。另一種極端的情況是將所有的頻道放到一個IP組播樹中。顯然,用戶不可能同時觀看多個頻道,這種方式會造成嚴重的傳輸資源浪費,但頻道切換快捷。多個組播樹可以進行靈活的流量管理,而少量組播樹傳輸多個頻道可以大大降低信令負擔。因而IPTV業(yè)務支撐系統(tǒng)需要系統(tǒng)地評估用戶和頻道的實際情況,為多個頻道合理地規(guī)劃組播樹數量。
在IPTV業(yè)務部署之初,視頻點播的流量會小于廣播流量。但由于點播采用單播技術,取決于視頻服務器在網絡中的位置,點播將消耗相當大的核心網帶寬。VoD服務器的負載和連接服務器鏈路的利用率需要配置適當并在運行過程中進行監(jiān)測。為了保證點播業(yè)務的質量,可以對點播流量采用高優(yōu)先級傳輸,但優(yōu)先級的配置需要兼顧其他業(yè)務的帶寬需求。此外,為防止網絡過載造成傳輸質量下降,接納控制機制是改善用戶體驗的有效方法[3]。
實現承載網質量保障的另一個關鍵因素是了解和理解網絡在傳輸視頻流量時的表現。有效的業(yè)務保障解決方案需要讓運營商能夠快速地判斷出當前網絡出現問題的位置,并且在業(yè)務質量下降之前予以修復。因此,承載網的質量保障除了需要合理的容量配置與管理,還需要監(jiān)視、測量、診斷及維護等系統(tǒng)的方法。
3.內容傳送質量保障關鍵技術
對用戶來說,畫面質量是業(yè)務體驗的重要方面。定義畫面質量模型是評價內容傳送質量的前提。衡量視頻質量有多種指標和模型。對視頻質量指標的嚴格定義仍然沒有定論是當前主要的標準化組織和產業(yè)界論壇討論的話題之一。由于視頻質量來源于最終用戶的主觀感受,客觀地評價較為困難。平均主觀分數(MOS:Mean
Opinion Score)是描述視頻業(yè)務質量體驗常用工具。和話音類似,視頻MOS也分為五個等級,其中5級表示最高質量等級。對于高質量的視頻傳輸服務,通常要求分組丟失率在到之間;甚至更;可以容忍的分組時延在數百毫秒數量級,時延抖動在數十毫秒數量級。
不難理解,分組網絡在分組丟失、時延及時延抖動方面的缺陷對畫面質量感受有很大的影響。實際上,用戶的IPTV業(yè)務質量體驗受到多方面的因素影響:內容源質量、編碼質量及由于傳輸丟失、差錯及時延造成的圖象質量損傷等。盡管合理的規(guī)劃和配置承載網絡對實現端到端的用戶體驗具有重要作用,但承載網絡建設并不能解決IPTV業(yè)務保障的全部問題。首先,承載網絡是一個多業(yè)務平臺,并不是專門針對IPTV業(yè)務進行優(yōu)化。其次,減少或消除網絡的所有問題會大大增加基礎設施的建設成本。
另一方面,用戶并不能感知也不在意良好的業(yè)務體驗來源于何處。為了在保障業(yè)務質量的同時維持合理的成本結構,業(yè)務提供商有必要采取其它方法來改善用戶的視頻業(yè)務體驗,應用層內容傳送技術是常用的技術手段。差錯掩蓋(Error
Concealment)就是一種有效的應用層視頻傳送質量保證技術。
H.264(MPEG-4 part 10)定義了網絡適應層(Network Adaptation Layer)用以克服網絡傳輸產生的數據差錯和丟失。關鍵比特的丟失,如圖像頭部信息會對解碼過程產生嚴重的負面影響,所以關鍵數據必須被分成多個部分以一種特殊的方式進行處理。為了保證媒體數據的時間特性,多媒體數據通常采用輕權的傳輸協議,如UDP。因此,音視頻流在傳輸過程中很可能會出現差錯。檢測視頻流中的嚴重差錯并且采取措施對之進行掩蓋比簡單地任由其降低畫面質量效果要好得多,而沒有檢測出來的差錯可以使圖像質量嚴重下降。常用的差錯掩蓋技術是在丟失少量視頻幀時簡單地保持圖像不變或插入相鄰幀。音頻質量也是QoE的組成部分,分組丟失帶來的差錯也需要進行適當的掩蓋。如果運用得當并結合更底層類似的機制,差錯掩蓋以及重傳和前向糾錯能夠幫助減少偶爾的丟失和錯誤分組。
用戶已經習慣了傳統(tǒng)電視的畫面質量,因而低劣的圖象質量是難以接受的。不幸的是,IPTV的傳輸質量難以控制,IP網絡傳輸的視頻質量可以在數秒內發(fā)生變化。為了保障內容質量,自動地、連續(xù)地視頻質量主動測量與被動監(jiān)視,可以確保內容經過網絡傳遞到用戶時能夠保持質量一致性。為了實現內容質量保障,運營商需要自動地監(jiān)測視頻流并產生視頻質量的評價分數。相對于音頻情況,視頻質量測量帶來了更多的挑戰(zhàn)。視頻質量與視頻生成的設備有關,視頻編碼算法的復雜性,不同的應用場合,視頻廣播和點播采用的傳輸技術等也會影響視頻的質量體驗。連續(xù)地測量視頻質量以準確地反映用戶的實際體驗對IPTV業(yè)務運營非常關鍵。
4.業(yè)務體驗質量保障關鍵技術
保障用戶業(yè)務體驗對IPTV業(yè)務的成功至關重要。業(yè)務保障機制需要連續(xù)測量頻道切換時間及視頻功能的時延,提供運營商需要用來保證用戶體驗的基本使用統(tǒng)計數據。如果沒有提供用戶使用情況的業(yè)務保障機制,運營商就沒有事先確保用戶期望能夠得到滿足的必要依據。完整的業(yè)務體驗質量保障功能包括:
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