浅谈响应时间测试分析方法

徐跃伟

摘 要： 随着智慧城市、平安城市概念的提出和发展，对于音视频监控和相关网络设备的需求不断增多，产品也不断推陈出新，对于这类设备的测试也提出了更多的要求。以常见的视频延时、音频延时以例，从时域角度和频域角度两个方面，介绍了相关的软硬件测试工具，并提出相应的延时测试方法并分析其优劣。

关键词： 音频延时； 视频延时； 测试工具； 时域分析； 频域分析

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）05-01-03

Abstract： With the bringing forward of concepts of smart city and safe city， and their development， the demand for audio and video surveillance and related network devices has been continuing to increase， the products also continue to introduce new， so the corresponding test for this kind of equipment is also required more. In this paper， the common video delay and audio delay are taken as the examples， from the angle of the time domain and frequency domain two aspects， the related software and hardware testing tools are introduced， the corresponding delay test methods are put forward and their advantages and disadvantages are analyzed.

Key words： audio delay； video delay； testing tools； time domain analysis； frequency domain analysis

0 引言

网络延时主要是指一个图像数据从前端的网络摄像机采集完成传输到后端，用户通过监视器观看到图像的时间差[1]。视频延时往往取决于编码效率、传输链路及设备、解码设备性能等几个因素，其中网络摄像机编码方式、传输线路质量、交换机或路由器的性能、解码器效率等影响尤为明显。在网络设备新产品测试中，往往涉及到设备的视频时延、音频时延等技术指标，如何快速、准确的测试是摆在我们面前的一个新课题。本文从时域和频域两个角度对响应时间测试展开探讨。

1 时域分析

响应时间的测试，一般首先想到的是从时间的度量中获取，其基本思想是记录延时的起止时间，其差值即为相应时延。以下探讨具体实现方法。

1.1 修改源代码测试方法

可以考虑在源代码中插入开始和结束时间戳，其差值即为响应时间。从易用性角度考虑，可以选择在程序界面中直接计算显示响应时间耗时。亦可考虑在输出日志中打印各时间戳，再手动计算响应时间耗时。本方法优点在于测试结果比较快速直观。缺点是需要审核测试程序，确定开始时间戳或结束时间戳是否合理，是否存在理解偏差；另外需要手工多次测量取平均值，增加了测试时间和资源消耗。

1.2 测试工具及测试方法

采用外部测试工具测量响应时间，分为软件测试工具和硬件测试工具。

1.2.1 采用软件测试工具

采用第三方专用软件测试工具，对某个事务或页面的响应时间进行测试度量，较常见的商用有：HP的Loadrunner、IBM的Rational Test Workbench，开源的有Apache JMeter、Wireshark、Apache Bench（ab），以及浏览器自带的测试工具如Firefox的Firebug、Google的Chrome DevTools等。采用商用或开源软件测试工具时，如Loadrunner，需在相应待考察事务前后插入开始和结束事务，然后单用户或多并发用户迭代运行多次取平均值获得事务平均响应时间，其优点在于功能强大，支持多用户并发，缺点是费用高且对测试人员要求高。图1为事务响应时间与并发用户关系图。

采用浏览器自带的程序支持HTTP客户端进行测试，可快速查看各页面响应时间；缺点是仅支持单用户。如图2所示，在Firefox浏览器中，通过F12功能键打开网络功能，可记录访问某网站首页时相关页面的耗时情况。

1.2.2 采用硬件测试工具

硬件测试工具包括：数字示波器、Fluke网络延时工具等。可通过观察输入方波波形和输出方波波形，在同一起始时间轴中对两图形进行叠加，即可获得时延情况，如图3所示。

1.3 其他较简便测试方法

1.3.1 Ping命令测试法

网络传输特性主要归纳为三个指标：延迟，抖动和丢包[2]。常见的测试网络延时的方法有Ping命令测试方法。用ping命令可以得到平均延时、最大延时、最小延时、丢包率等指标，需在DOS命令行中输入命令：ping 115.239.211.112 -t（表示连续的对该IP地址执行Ping命令，直到被用户以Ctrl+C中断）。对于大多数设备，可通过定时统计方式计算网络延时。假设发送报文时间为t1，得到响应报文时间为t2，则网络延时Δt=（t2-t1）/2（含程序处理延时）[3]。

1.3.2 视频延时测试方法

如何减少网络视频传输延时是智慧城市建设中非常重要的课题。问题的关键在于先度量网络视频延时值，这里提供一种比较简单的测试网络视频延时的方法：首先必须在本地播放含有准确走动的数字毫秒表的采集视频源，通过相关视频采集终端系统进行视频传输，在视频接收端查看传输过来的视频图像，将采集源和接收终端显示在同一屏幕中；然后定时（比如5秒）截屏，查看同一图片中两个毫秒表的时间差，其平均值即为局域网或者广域网的延时。本方法优点是将发送时间和接收时间统一在一个终端中记录，充分利用了计算机系统本身的时钟系统，较好地解决了时间统一的问题[4]，只要在线秒表走动准确即可获得网络平台的精确时延。图4为对某网络视频聊天平台的时延进行测试的截图。