广东IPTV业务质量提升研究

邵壮丰，许洪东，周 俊，徐超仁

（1.中国电信股份有限公司广东分公司网络监控维护中心 广州 510081；2.中国电信股份有限公司广东分公司网络运营部 广州 510081）

1 引言

随着三网融合的演进，IPTV业务已成为电信运营商一个重要的发展业务，截至2012年底，广东IPTV用户超过300万，当前广东IPTV用户规模和平台规模都走在国内外前列。由于IPTV是一个很复杂的服务应用，运营IPTV业务对于电信网络中日益复杂的应用服务是一个巨大的挑战。为了保证服务质量，保障网络结构的最优化，中国电信股份有限公司广东分公司（以下简称广东电信）不仅巩固自身网络建设，使之处在行业前列，也从IPTV业务服务质量角度出发，不断提高IPTV业务竞争力。本文从广东电信IPTV端到端架构、体验指标体系、质量监控系统建设和在生产实践中使用情况四大部分，阐述了在提升IPTV体验质量的方法和效果。笔者使用SQM系统对全网IPTV业务质量进行了长达一年的监测，挖掘并解决系列影响广东IPTV业务质量的“疑难杂症”，实现IPTV业务质量优良率从94.9%提升至97.8%。

2 IPTV体验质量指标

2.1 影响IPTV业务体验质量因素

用户端观看的IPTV业务经由头端节目源输出、IPTV平台服务器处理、网络传输承载、终端接入和机顶盒解码播出，其业务质量和这些环节息息相关，归纳了4个主要影响IPTV服务质量的因素，其可导致IPTV画面质量变差。

·网络侧：可传输的视频流总量最终由接入网上配置的带宽限制，若带宽需求的增长超过链路最大容量，会使数据分组被丢失，并最终造成屏幕画面质量出现缺陷。运维数据统计发现，网络拥塞、路由异常是影响IPTV业务体验质量最主要的因素，约占所有影响业务质量的70%。

·平台侧：流媒体服务器异常，如网卡流量超负荷、应用服务异常导致CPU或内存超限，影响服务器端的发流。运维数据统计发现，平台侧影响IPTV业务服务器质量的比例占所有影响业务质量因素的14%。

·终端侧：机顶盒解码能力不足或缓冲区太小导致视频流上溢。

·节目源：编码器异常、节目源制作异常，导致节目源信号失真。

上述影响因素中，网络侧和平台侧的影响最大，网络侧和平台侧的影响，在实际的测量上，体现为终端机顶盒收到的视频流数据分组缺失、乱序、时延等，故可通过测量传输层分组丢失和抖动的程度衡量IPTV业务视频播放质量的优劣[1,2]。

2.2 MDI（DF和MLR）测量网络质量

业界对传输层媒体流传输指标（MDI）测量[1,3,4]，用以表示预期的IPTV视频质量，即最终的用户服务质量。MDI结合抖动与数据分组丢失情况，判断网络传输优质视频的能力，而不考虑编码方法。MDI测量可作为一种诊断工具或质量指标使用，以监测网络对IPTV节目视频流到达时间及数据分组丢失敏感的信息。媒体流传输指标测量是遍及整个网络的连续测量，而且可以在视频源与机顶盒（STB）之间的任意点进行测量。MDI的两个关键因素如下。

（1）延迟因数

延迟因数（DF）是在每个媒体流数据分组末端，观察到的媒体数据到达和媒体数据送出之间的最大时间差。它假定送出速率为恒定位速率数据流的标称恒定信息流速率或者为可变速率媒体流数据分组数据的分段计算信息流速率。DF是在计算间隔上流速失衡的最大观测值。此缓冲媒体数据以byte为单位，通过表示为在标称信息流速率条件下将该数据送出（或填入）所需的时间（单位为ms）得出DF。

（2）媒体丢失率

媒体丢失率（MLR）可以简单定义为每秒钟丢失的或非正常的媒体数据分组数量。对非正常数据分组的检测非常重要，因为许多设备往往不对接收到的数据分组重新进行排序，而直接将其发送到解码器。任何数据分组丢失（即出现非零MLR时）都会对视频质量带来不利影响，并造成视觉失真或异常以及不均匀的视频回放。

2.3 VMOS测量IPTV视频质量

在实际的应用中，由于流媒体有些使用TCP承载，分组丢失有重传；在机顶盒处，可进行缓冲整流后再把流媒体数据分组送解码器，因此在实际应用中，测量劣化的MDI（DF和MLR）值，有时难以直观显示IPTV业务视频质量画面是否对用户视觉和听觉感官有直接影响，因此需要在MDI可测数据的基础上建立一个简化的、直观的衡量IPTV视频质量的标准。广东电信采用VMOS（video mean opinion score）直观衡量IPTV视频质量，VMOS是视频质量的一种评价标准，分值为0～5，分值越高质量越好，反之越差。分值2和3是一个分界点，3表示“还可以”，2表示“勉强”，广东电信现网VMOS值临界点折中取2.5，小于2.5的记为质量差。

VMOS的算法记为：VMOS值＝基准分－质量劣化扣分。其中，基准分由编码参数、分辨率、码流波动参数计算得到；扣分项由传输层MDI（DF和MLR）分组丢失次数、视频不同位置的分组丢失的不同影响、视频帧的损伤比率、错误传播范围等计算得到。VMOS值每秒计算一个值，得到每秒视频质量优劣，将直观的画面质量用VMOS量化衡量。实测VMOS值对应图像质量举例如图1所示。

图1 实测VMOS值对应图像情况

2.4 统计周期内IPTV视频质量优劣定义

可以认为VMOS是定义瞬时（1 s）的IPTV视频质量，实际上，衡量用户使用IPTV业务，是需要考虑一个时间统计周期维度，如1 h、1天、1周或1月中质量的优劣，因此，对统计周期内视频质量定义如下。

在统计周期中，定义可用率＝100%－（统计周期播放视频出现质量差（VMOS<2.5）的时间（s）总和/统计周期播放视频总时长）×100%，若可用率≤95%，则记该用户在统计周期中视频质量差，反之则视频质量优良。

举例：忙时（20:00-21:00），用户张三，看了49 min视频，其中178 s出现VMOS≤2.5，则该用户可用率＝100%－178/(49×60)×100%＝93.9%，因此认为该用户忙时出现视频质量差。如果某分公司忙时有1 200个用户出现质量差，忙时有60 000个用户观看过，则认为该分公司质量率＝1 200/60 000×100%＝2.0%。

3 广东IPTV服务质量监控系统部署现状

为使系统的部署符合集约化运维和节能减排的原则，经过充分研究和论证，广东IPTV服务质量监控（SQM）系统基于VMOS原理，采用B/S架构部署。同时SQM探针采用和现网流媒体服务器（HMS）合设的模式，且每个SQM探针规划不超过50 Mbit/s的带宽资源占用，确保既能达到IPTV质量监测的目标又不影响HMS自身性能和无需新购置独立硬件探针需求。

截至2012年9月，在广东IPTV省中心、地市区域和地市边缘节点分布式部署了2 000多台软件探针，用于检测HMS侧 节 目 源VMOS值；同 时，在 现 网200多 万EC1308和EC2108系列机顶盒部署了软件探针，采集机顶盒处的VMOS值，整合得出全网的IPTV业务体验质量，系统已于2011年底在全省21家分公司推广使用。

4 广东IPTV SQM在实际生产应用中取得的成效

4.1 及时发现故障，发挥主动运维优势

使用SQM系统，在IPTV质量发现异常时进行告警，平台管理员及时干预处理故障，在IPTV用户报障前先行解决问题以保障用户体验质量，体现了SQM系统在IPTV运营中主动运维的成效。

例1：SQM系统在发现分公司IPTV质量差用户比例偏离全省平均水平，较异常时，自动进行告警，监控部门通知IPTV管理员确认并解决问题。如2012年9月9-15日，广东电信通过SQM系统发现并解决5例故障，见表1。

例2：使用SQM系统，统计全省质量差用户，分析速率不达标数据，下发分公司针对性开展端口速率、线路质量整治，持续提升用户体验质量。

4.2 广东IPTV业务质量提升效果

2011年9 月份以来，全省开展针对互视业务不达标端口速率整治、承载网网络配置优化、平台优化等一系列专项整治工作，广东IPTV视频质量优良率从2011年94.9%提升至2012年9月份的97.8%，整治效果较明显，如图2所示。

2012年8-9 月，SQM系统监测显示广东全省互视视频质量周平均优良率在97%～98%；珠三角片区地市视频质量靠前、整体质量较稳定；粤西、粤北地市视频质量波动略大，如图3所示。

5 结束语

IPTV是一种端到端业务，涉及终端机顶盒、承载网、CDN平台、头端播控系统和节目源多个环节。由于各环节由不同的厂商提供设备技术方案，IPTV端到端缺乏有效的业务质量统一监控手段，无法进行高效的用户故障投诉处理和质量运维预警，影响了IPTV业务发展。本文提出IPTV服务质量监控指标体系，并在广东建设IPTV SQM系统，在生产实践中，利用SQM系统对现网IPTV质量进行了一年多的监测，挖掘并解决系列影响广东IPTV业务质量的“疑难杂症”，使广东IPTV业务质量优良率从94%提升至97.8%，实际证明了SQM系统的有效性以及对IPTV业务质量提升有较大的作用。计划未来把EPG操作的响应、频道切换响应速度等系列用户体验质量指标逐步纳入SQM系统统一监控，推动IPTV业务体验质量进一步提升。

表1 SQM系统主动运维案例

图2 2011-2012年广东IPTV视频质量变化趋势

图3 2012年8-9月广东各地市IPTV视频质量优良率

1 陈玉花，张治中，杜西亚.IPTV测试仪测试指标提取方案研究.电视技术，2009（2）

2 李颖姝.IPTV服务视频质量客观评估方法的研究.武汉理工大学硕士学位论文，2009

3 RFC4445.A Proposed Media Delivery Index(MDI),2006

4 Schwarz H,Marpe D,Wiegand T.Overview of the scalable video coding extension of the H.264/AVC standard.IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2007,17(9):1103～1120