《634522429毕业设计（论文）网络传输中IPTV的QoE建模.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《634522429毕业设计（论文）网络传输中IPTV的QoE建模.doc（62页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、摘要随着网络的不断发展，IPTV逐渐取代了单向广播的有线电视和数字电视。然而，相对于有线电视和数字电视来说，IPTV更容易因为网络参数的实时变化而使得播放质量受到影响。为了定量确定该影响的大小，本课题对网络性能与IPTV用户观看满意程度之间的关系展开研究。设计IPTV仿真实验平台，仿真真实网络环境下IPTV媒体流在传输过程中所受到的网络损伤，并对客户端转储得到的损伤IPTV媒体流进行用户体验质量的评价。通过实验，为不同编码方式、不同视音频内容的IPTV建立网络服务质量QoS与用户体验质量QoE之间的映射模型，并尝试将不同编码方式和视音频内容的映射模型进行统一。考虑到实用性的需要，对该模型的数据
2、精度和计算速度进行需求分析，并给出精度和算法的优化方案和优化模型。最后，针对不同环境下对时间和精度的不同需求，给出了建议的模型使用方案。关键词：IPTV；用户体验质量（QoE）；网络服务质量（QoS）；QoE映射模型AbstractWith the continuous development of the network, IPTV gradually replaced the one-way cable TV and digital TV broadcasting. However, compared with cable TV and digital TV, IPTV playback
3、quality is more likely to be affected by the real-time changes in network parameters. In order to quantitatively measure the degree of the impact, a study is conducted to show the relationship between the network performance and the viewers satisfaction. We designed an IPTV simulation platform to si
4、mulate the real network environment and obtain an impaired dump file damaged by the network. Through the experiment, we established mapping models between the network quality of service (QoS) and the users quality of experience (QoE) for different coding and different content. And then try to unify
5、them to one mapping model. Taking into account the needs of accuracy and speed, we optimized the accuracy and algorithm of the model. Finally, we provided the suggested use of models to satisfied different situation.Keywords: IPTV; Quality of Experience (QoE); Quality of Service (QoS); QoE Mapping M
6、odel目 录1 绪论11.1 研究背景及意义11.1.1 研究背景11.1.2 研究目的及意义11.2 国内外研究现状21.2.1 QoE与QoS的含义21.2.2 视频和音频QoE评价现状31.2.3 IPTV的QoE评测现状61.3 研究内容及关键技术91.3.1 研究内容91.3.2 关键技术91.4 论文结构92 实验工具及相关原理102.1 NistNet网络仿真工具102.2 VLC流媒体传输及播放工具112.3 QoE评测工具112.3.1 视频评测-bvqm112.3.2 音频评测-pesq112.4 模型拟合程度评价标准113 实验环境123.1 搭建实验仿真平台123.1
7、.1 IPTV实验平台结构123.1.2 网络拓扑及软件部署133.2 确定实验参数143.2.1 网络损伤参数选取143.2.2 视音频编码参数选取153.2.3 视音频内容来源选取163.2.4 网络传输协议选取173.3 实验数据采集及评价过程183.3.1 实验流程183.3.2 相关软件版本213.3.3 相关命令行参数213.4 辅助工具213.4.1 批量视音频收发工具213.4.2 批量评价工具224 实验结果234.1 实验样本采集说明234.2 实验图/表的命名规则说明244.3 实验数据255 IPTV视音频QoE映射模型的建立275.1 视音频同步问题275.2 建立I
8、PTV视音频混合评价公式285.3 IPTV视音频混合评价结果295.4 建立QoE映射模型305.4.1 丢包率对MOS值的影响分析305.4.2 抖动对MOS值的影响分析335.4.3 QoE 映射模型公式及系数计算345.5 统一QoE映射模型385.5.1 视音频编码对MOS值的影响分析385.5.2 视音频内容对MOS值的影响分析395.5.3 统一QoE映射模型的可行性分析及初步建立405.6 QoE映射模型的误差分析425.6.1 实验数据波动的原因分析425.6.2 评价工具的误差分析435.6.3 误差分析小结446 IPTV视音频QoE映射模型的优化456.1 QoE映射模
9、型的精度优化456.1.1 模型精度的需求分析456.1.2 计算结果的整数存储466.1.3 实验数据的精度优化结果466.1.4 QoE映射模型的精度优化公式476.1.5 统一QoE映射模型的精度优化486.2 QoE映射模型的算法优化486.2.1 算法优化思路及流程图486.2.2 优化算法的复杂度分析496.3 进一步说明506.3.1 关于模型使用的进一步说明506.3.2 接收端RTP缓冲区大小的设置517 总结52参考文献53附录55附录1 不同网络延迟下音频评价结果55附录2 IPTV视音频MOS值数据56附录3 IPTV视音频混合MOS值数据58谢辞60 绪论 研究背景及
10、意义 研究背景随着互联网的发展，IPTV作为一项新业务正不断的深入到越来越多的家庭当中。IPTV是利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器，通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。IPTV有很灵活的交互特性，因为具有互联网的对称交互先天优势，其节目在网内，可采用广播，组播，单播多种发布方式。可以非常灵活地实现电子菜单、节目预约、实时快进、快退、终端账号及计费管理、节目编排等多种功能。然而，互联网是一种尽力而为的传输(Best-effort)网络，在流媒体的传输过程中的带宽变化、丢包、抖动、时延等情况时有发生，它们会对用户体验产生不利的影响。以往对网络服务质量
11、(Quality of Service)1的研究是以提高网络性能和整体资源利用率为目的，而IPTV服务提供商所关注的是则用户的感知质量。因此，QoS监测无法满足这一要求，需要引入用户体验质量(Quality of Experience)来描述IPTV用户的观看质量。事实上，ITU、IETF、3GPP等组织自2001年一来就已经开始了对体验质量的研究。ITU还专门建立了VQEG（Video Quality Expert Group2 ）组织进行视音频体验质量评价工具的性能比较、评价算法的研究和相关实验的评测4。但大多数研究都集中在单纯的视频体验质量和音频体验质量上，较少涉及视音频混合（如IPTV
12、、VoIP等），并且相关标准也依然存在缺陷或争议。而科学界和工业界都把用户体验质量看作是网络流媒体业务成功的关键要素，足见其重要性。因此，对IPTV用户体验质量的研究是有必要的，也是今后研究的一个必然趋势。 研究目的及意义在以往的网络性能测试中，管理员通常只关心设备自身转发能力和网络服务质量。但是IPTV用户并不会关心这些网络参数，他们更在意观看质量的好坏，如节目播放是否流畅、图像是否清晰、视音频是否同步等。这些观看时的体验质量才是用户最终评价IPTV服务提供商好坏的依据。因此，对于IPTV服务提供商来说，用户体验质量的监控才是提高其服务质量的依据。由于IPTV服务提供商无法准确获取终端用户实
13、际接收到的视音频文件，就无法对用户真实看到的IPTV进行用户体验质量的评价；同时，用户体验质量包含很多主观因素，不同的人看同一个多媒体也会得到不同的评价。因此用户体验质量是难以直接测得的，而网络服务质量则比较容易测得2。本课题的研究目的有：（1）搭建IPTV播放接收的模拟平台，能够控制其中的网络参数，模拟真实环境下从服务提供商到用户机顶盒之间的网络损伤；（2）研究网络损伤对IPTV用户体验质量的影响，建立网络参数（丢包、抖动、时延等）到用户体验质量（QoE）的映射模型。本课题是国家自然科学基金项目“网络传输中流媒体QoE保障理论与方法研究”（编号：61073154）中的一个子课题，其研究意义在
14、于：尽管QoE测量和QoE约束路由选择的研究尚未见报端，但如果建立QoS 与QoE映射模型，则QoE测量和QoE约束路由选择就可以在已有的QoS测量与QoS路由选择的研究成果基础之上展开，并最终达到QoE可监测可控制的目的。从而降低视音频流媒体在网络上的损伤，提高用户体验质量。 国内外研究现状 QoE与QoS的含义2006年，DSL 在TR-126标准中将QoS定义为：QoS（Quality of Service，服务质量）是一个从网络角度出发的包级的性能评价4。这个定义是对于三重播放服务（Triple-play Services，即语音、数据、数字电视的三网合一服务）而言的。2008年，IT
15、U-T在 E.800标准中对所有电信业务的QoS制定了一套完整的术语和定义：QoS包括网络性能和非网络性能。网络性能包括误码率、延迟等，而非网络性能包括提供时间、修复时间、资费范围及投诉解决时间等。但也提到一种业务的QoS标准根据业务而不同，其相关性对不同客户亦有差别1 。因此，对于IPTV这类多媒体流来说，要根据其服务特点考虑QoS影响因素。在ITU-T G.10105将影响用户的多媒体QoS的关键因素归结为：延迟、延迟变化和信息丢失。延迟是指从用户发出请求到接收到服务已建立的信息为止所花费的时间，它包括了终端、网络、服务器的延迟。同时，从用户角度来说，其他网络参数（如带宽）也要被考虑。延迟
16、变化（也称抖动jitter）是一个在传输层上非常重要的性能参数，指示了独立数据包到达时间的固有的变化。在IPTV这类对抖动比较敏感的服务中，常通过增加缓冲区来降低其对播放效果的影响，但这会增加一个固定延时。信息丢失是一个直接对声音、图像、视频或数据质量产生影响的参数。信息丢失不仅限于比特位错误或传输中的包丢失，还包括编码时的信息损伤。TR-126中对QoE的定义为：QoE（Quality of Experience，体验质量）是一个从用户角度出发对系统的整体评价。它是一个在服务级上对端到端的用户感知质量的评测，表征了这个系统对用户需求的满足程度4。ITU-T P.10中也给出了类似的定义：Qo
17、E是终端用户对于一个应用或一个服务的主观感知的可接受程度，是所有端到端系统（如客户端、终端、网络、服务基础设施等）所产生影响的总和6。在ITU-T G.1080中对IPTV服务的QoE给出了具体说明，认为IPTV的QoE由客观的服务质量和主观的人为因素构成。服务质量包括服务因素、传输因素、应用因素等。人为因素包括自身情感、自身经历、服务费用等7。在对QoE进行主观评测时，一般使用MOS（Mean Opinion Score，主观意见评分）值来衡量体验质量的好坏8。在ITU-T P.800.1中对MOS进行了规定，将MOS值分为5个等级9，分别为1至5，其含义如表1.1所示：表1.1 MOS值含
18、义MOS值含义5非常好4好3一般2差1非常差在本课题中，对QoE的评测均采用MOS值5级评价方法。 视频和音频QoE评价现状目前对QoE的评价方法主要分为三类：主观评价、客观评价、间接评价。主观评价是以人为主体，根据某种预先约定的指标来对受损流媒体文件划分质量等级，其优点在于直接、准确并易于理解。通常电视业主观视频评测遵循ITU-R BT.500标准10，也就是著名的“Rec 500”。它提供了细致的视频环境标准、视频源选取标准、评估流程和视频质量得分的分析处理方法。客观评价方法可以被概括地分为四类：基于人类视觉感知的模型技术、基于视频信号参数技术、基于网络损伤参数技术、基于持续损伤中视频信号
19、技术。基于视频信号参数的技术也是过去研究中比较常用的，它以逐帧逐像素的方式对两个视频流进行比较，并计算两者的MSE（Mean Square Error，均方误差）。此外，PSNR（Peak Signal To Noise Ratio，峰值信噪比）也是该技术的一种常用评测方法，但VQEG主观测试实验证明，该方法不能很好的反映用户对视频质量的感受4。近年来，ITU、ATIS、ANSI、OPTICOM等组织或企业对客观评价方法的研究主要集中在基于人类视觉感知的模型技术上。该模型将人类视觉系统的建模方法按对源文件获取的程度分为三类：FR（Full Reference，全参考）、RR（Reduced R
20、eference，部分参考）和NR（No Reference，无参考）。ITU-T J.14311 和ITU-T G.101112 中都对此进行了详细说明：FR需要获取完整的源文件和测试文件进行分析比较；RR需要获取部分源文件信息和完整的测试文件进行分析比较；NR仅需要获取完整的测试文件信息即可进行分析。目前，VQEG大部分视频测试实验和研究是针对FR进行的4。间接评价方法主要用于网络服务提供商实时监测流媒体通过IP网络传输后的质量受损情况。由于源文件无法实时获取，因此客观评价方法中的FR和RR是不可行的。另外，NR方法可能需要花费大量的开销来部署对每一个单独媒体流的不间断性能检测，同时还需要
21、不同的解码器，因此也不可行。而间接评价方法利用包级网络参数，如包到达时间、延迟、抖动、丢包、损伤持续时间、包序号等来推测用户体验质量。除此之外，Cisco提出的视频流传输性能指标（MDI）13，这种评价方法的前提是“如果传输质量好则视频质量就好”，然而这一般是有局限性的。J.Klaue，B.Rathke，A.wolisz等人于2003年提出一种统一的视频服务质量的评估系统Evalvid14 ，它是基于模块化结构，通过改进其模块能支持不同的视频编码器，评估其在网络中的传输质量，并支持真实的网络实验环境和模拟的实验环境Fvalvid系统主要包括视频发送端、评估模块、修复视频模块、计算模块以及MOS
22、计算模块，各个模块是通过跟踪文件连接的。目前视频和音频评价工具的标准已经相对成熟。例如对于视频评价有PSNR、VQM；对于音频评价有PESQ、PEAQ。现有的多媒体评价模型中通常先求出视频和音频的评价质量（主观或者客观评价），然后通过集成函数，求出对多媒体质量的评价值。评价多媒体质量的关键是集成函数，它们在不同的文献中也有所不同。ITU-T G.107015为视频电话提供了视频质量评估模型，如公式（1）所示： (1)其中代表所得到的视频质量评估值，其值在15之间，是指由编解码器所带来的损伤，为网络丢包率，表示在丢包率为的情况下视频质量的稳定程度。文献16 研究了突发丢包情况下视频质量的测量，并
23、对此模型进行了修改，T-Model模型。在T-Model中，视频质量的公式修改为公式（2）： (2)在T-Model中，引入了补全因子来描述连续丢包突发程度。与G.1070中的模型相比，T-model更接近于主观视频质量。除此之外，多媒体质量客观评估方法中，常常将收到的多媒体文件的视频部分和音频部分分别评价，然后将分别得到的分数综合得到多媒体质量的评价。ITU-T J.14817 中，提出了多媒体质量测量的组件如图1.1所示：图 1.1 多媒体质量评价框架基本组件输入的三个变量为视频质量（visual quality）、音频质量（auditory quality）和差别延迟（different
24、ial delay），输出的参数有五个，分别是音频质量（Aq）、受视频影响的音频质量（Aq（Vq），视频质量（Vq），受音频影响的视频质量（Vq（Aq），以及多媒体质量（Multimedia quality），其中Task参数指明了多媒体传输的作用。在ITU-T P.91118 中使用公式（3）： (3)其中 表示多媒体的用户体验值，代表音频质量，代表视频质量，和是常量，由多媒体的使用的场合（即图1.1中的Task）决定。ITU-T P.92019 也提出了不同的模型，如公式（4）所示： (4)此外，ITU-R BT.135920针对视音频同步问题对视音频混合质量的影响进行了单独的实验和分析，
25、得出如图1.2所示结果：图 1.2 视音频之间延时差值与主观评价的关系20总体而言，目前对于视音频混合质量的评价方法尚处于起步阶段。 IPTV的QoE评测现状IPTV的QoE不仅包括视音频质量，还有其他一些影响用户体验的因素，在文献21提出IPTV的QoE应当包含以下方面：a) 信息保真度：即视频质量和音频质量；b) 可用性：用户界面操作；c) 响应速度：例如换台后的延时；d) 安全性：用户认证和视频源的保护；e) 可靠性：服务总是在用户期望时保持正常运行。通过查阅文献，可以将这几个方面转为具体问题，即目前对IPTV QoE的研究主要集中在以下几个问题上：视频质量，音频质量，视音频同步问题，换
26、台延时，多台客户端的带宽抢占、资源保证机制、VOD点播（快进、倒退操作）延迟等。TR-126对影响IPTV QoE的因素做了归纳，如图1.3所示：图 1.3 影响IPTV QoE的因素总结4本课题将着重考虑传输网络对IPTV QoE的影响，并对此进行建模，因此将以研究网络参数与流媒体所受质量损伤的关系为主。上述其他因素将尽可能避免出现在建模过程中，从而使该模型能从整个IPTV QoE框架中分离出来，作为一个独立的适用于网络传输的QoE模型。在文献22 中，理论上将视音频质量模型分为4部分：视频质量、音频质量、视音频同步质量、视音频质量，具体模型如图1.4所示：图 1.4 T-V-model 核
27、心模型22但文献实验中只做了视频质量模型，没有考虑音频质量和视音频同步问题。文献23虽然同时考虑了音频质量和视频质量，建立了IPTV质量=f(视频质量,音频质量)的映射关系，如公式（5）所示： (5)但是，实验中使用的是主观评价方法，耗费人力物力，也缺乏实验的可重复性，并且同样没有考虑视音频同步的问题。在文献24中，通过从视频比特流中直接获取信息，作为客观评价值，也只对视频质量进行评价。文献16则专门讨论了突发丢包和随机丢包对IPTV中视频质量的影响，但是没有考虑音频丢包的情况。除了视频/音频质量评价之外，文献25还考虑了视音频混合时的同步问题。在传输过程中，可能发生视频帧或音频帧被丢弃的可能
28、，此时如果不进行任何的补偿措施，就会产生视音频不同步现象，这也会对IPTV的QoE产生影响。此外，文献26-30等还对IPTV的换台延时、点播延时、资源预留、带宽抢占、视频编码参数等进行了讨论，目的都是为了提高用户观看时的体验质量QoE，但这些不在本课题研究范围内，因此不做过多讨论。 研究内容及关键技术 研究内容本课题研究内容有：a) 搭建IPTV传输及视音频分离、评价的实验平台，并采集实验数据；b) 进行验证性实验研究视音频同步问题对IPTV QoE的影响；c) 为不同视频编码和内容建立网络参数与IPTV QoE之间的映射模型；d) 建立统一的QoE映射模型，并对该模型进行优化；e) 对Qo
29、E映射模型的精确度、复杂度进行分析，给出实际应用适用范围。 关键技术针对上述研究内容，需要解决以下关键技术：a) IPTV相关实验平台的搭建及测试；b) 研究视音频同步问题对IPTV的QoE所造成的影响；c) 综合考虑视频评价、音频评价及同步影响，建立网络传输中IPTV的QoE模型；d) 对QoE映射模型进行统一和优化。 论文结构正文共分六个章节。第二节介绍实验中所使用的工具和相关的原理。第三节介绍实验环境及数据采集过程。第四节将展示实验结果，并对此做一概括。第五节针对实验数据，分析并建立QoE映射模型。第六节在此基础上讨论数据精度和计算算法的优化。 实验工具及相关原理 NistNet网络仿真
30、工具NISTnet31 是一款Linux下的网络模拟软件，它能让Linux服务器像路由器一样模拟各种网络条件，如拥塞丢失，包重排序，或者带宽非对称等情况。NISTnet有一个基于X的用户接口，它也是Linux的核心模块扩展。作为一种工具，在NISTnet上可以进行可控的，可重复的实验，这些实验可以是网络特性敏感/自适应的应用，也可以通过简单的实验室环境设定控制协议。NISTnet工作在IP层时能模拟被不同广域网环境影响后的端到端的临界性能特性。图2.1所示是NISTnet的典型配置，图2.2是NistNet功能说明截图。图2.1 典型的NISTnet示例图2.2 NISTnet运行示例Nist
31、net可以模拟真实网络，通过设置平均延时(Delay)，延时变化(Delsigma)，带宽(Bandwidth)，丢包率(Drop %)，等来改变仿真条件。 VLC流媒体传输及播放工具VLC32 多媒体播放器支持众多音频与视频解码器及文件格式，并支持DVD影音光盘，VCD影音光盘及各类流协议。它也能作为单播或多播的流服务器在IPv4或IPv6的高速网络连接下使用。调用FFmpeg计划的解码器与libdvdcss程序库使其有播放多媒体文件及加密DVD影碟的功能。 VideoLAN计划是一个开发多媒体播放程序的计划。原本针对流影音有两个程序VideoLAN Client (VLC) 及 Video
32、LAN Server (VLS)。然而大部分的VLS功能都集成进VLC，所以就将程序名称改为VLC media player。 QoE评测工具 视频评测-bvqmVQM33 是由ITS提出的一种用于测量视频质量的客观评估方法，它的到的测量值和主观评价中得到的结果很接近。由于它在VQEG的Phase II验证测试中的优良表现，NTIA/ITS的VQM方法已经被美国国家标准学会定为标准（ANSI T1.801.03-200334 ），并作为ITU标准(ITU-T J.14435和ITU-R BT.168336 )。 音频评测-pesqPESQ37 采用ITU-T P.86238 建议书提供的PES
33、Q方法，由专门的仪器（如Agilent的VQT测试仪）或软件进行测试。对于用户体验PESQ(Perceptual evaluation of speech quality) 即：主观语音质量评估。 ITU-T P.862建议书提供的客观MOS值评价方法。PESQ对于短时间的音频质量损伤准确度很高，提高了客观模拟主观的评分的准确性。PESQ计算方法在ITU-T P.862.239 中有相应规定，可以转换成MOS值。 模型拟合程度评价标准复判定系数40, 41 是反映多元线性相关关系的统计指标，也称复相关系数。复相关系数是反映一个因变量与一组自变量(两个或两个以上)之间相关程度的指标。它是包含所有
34、变量在内的相关系数。复相关系数越大，表明要素或变量之间的线性相关程度越密切。复相关系数的取值范围是0,1。在本课题中，使用复判定系数来检验模型与实验数据的拟合程度。 实验环境 搭建实验仿真平台 IPTV实验平台结构该实验平台共分为6个模块：视音频编码模块、视音频发送模块、网络仿真模块、视音频接收模块、视音频解码模块以及视音频质量评测模块。逻辑结构如图3.1所示，其中各模块的功能分别为：a) 视音频编码模块，其用于将多媒体文件编码成指定编码格式的视音频源文件；b) 视音频发送模块，其连接所述视音频编码模块，且用于将所述视音频源文件按照指定的传输协议封装成数据包，并发送到网络上；c) 网络仿真模块
35、，其一端与所述视频发送模块连接，用以通过对网络参数的设置，仿真实际网络环境的无损伤或有损伤，以得到无损网络环境或有损网络环境；d) 视音频接收模块，其与所述网络仿真模块的另一端连接，并在所述网络仿真模块所提供的无损网络环境下，将所述数据包解包，再转储为参考视音频文件，且在网络仿真模块所提供的有损网络环境下，接收网络上受损的数据包，并对受损数据包进行编码补偿，以重新编码并转储为测试视音频文件；e) 视音频解码模块，其与视音频接收模块连接，用于分离所转储的参考视音频文件和测试视音频文件中的视频轨道和音频轨道，并将这两个轨道分别解码为用于评测的视频格式的视频文件和音频格式的音频文件；以及f) 视音频
36、质量评测模块，其与视音频解码模块连接，以无损网络环境下的视频文件和音频文件作为评测参考文件，以有损网络环境下的视频文件和音频文件作为评测测试文件，进行视音频体验质量评价。图3.1 IPTV实验平台模块间逻辑关系在实验中，采用1.2所述客观评价模型中的FR全参考方法进行IPTV QoE的评价，其模型结构如图3.2所示。结合上述IPTV实验平台模块，将FR模型进一步细分为如下九个步骤：a)通过视音频编码模块将视频和音频的格式编码为适合网络传输的编码格式，并封装成视音频源文件；b)通过网络仿真模块对网络参数进行设置，仿真实际网络环境的无损伤，以得到无损网络环境； c)通过视音频发送模块将视音频源文件
37、封装成数据包并发送到所述无损网络上；d)通过视音频接收模块将网络上的数据包解包播放并同时转储为参考视音频文件；e)通过网络仿真模块再次对网络参数进行设置，仿真实际网络环境的损伤，以得到有损网络环境； f)通过视音频发送模块再次将视音频源文件封装成数据包并发送到所述网络仿真模块所提供的有损网络上；g)通过视音频接收模块将网络上受损的数据包再次解包播放并同时转储为测试视音频文件；h)通过视音频解码模块将所转储的参考视音频文件和测试视音频文件中的视频轨道和音频轨道分离，并各自解码为评测所需要的视频格式的视频文件和音频格式的音频文件；以及i)通过视音频质量评测模块对所解码生成的视频文件和音频文件分别进
38、行评价，得到视音频体验质量评测结果。图3.2 IPTV实验平台FR模型结构 网络拓扑及软件部署本实验中，采用单终端到单终端的网络仿真环境对IPTV播放和接收进行模拟。网络拓扑如图3.3所示：图3.3 IPTV实验网络拓扑三台主机的硬件配置及操作系统分别为：a) 发送端：IA32架构i686兼容PC，内存512M，预装Windows XP Professional SP2，单网卡，IP为192.168.1.2，默认网关为192.168.1.1。b) 接收端：IA32架构i686兼容PC，内存1GB，预装Windows XP Professional SP2，单网卡，IP为192.168.2.2，
39、默认网关为192.168.2.1。c) 中转端：IA32架构i686兼容PC，内存2GB，预装Redhat Enterprise Edition，内核版本为2.6，开启IPForward功能进行IP包转发，装有双网卡，IP地址分别为192.168.1.1和192.168.2.1。软件部署如表3.1所示：表3.1 IPTV网络仿真平台软件部署软件版本网站VLC1.1.4http:/www.videolan.org/vlc/NIST Net2.0.12http:/snad.ncsl.nist.gov/nistnet/ 确定实验参数 网络损伤参数选取通过实验发现（实验数据见附录1），当取延迟为100
40、ms、200ms、500ms时，音频评价结果分别为2.49、2.49、2.46，非常接近。因此可以得出结论，延迟对于单向视音频播放没有太大影响，在实验中去固定值等于100ms。对于丢包率和抖动，实验中首先选取0、1、5、10等数据进行尝试性评测，在变化剧烈的两参数间再进行细分。当视音频QoE损伤达到一定程度后，因考虑到此时该视音频已经完全不能满足用户需要，没有继续评测的必要，故而停止对该参数值的递增。最终实验选取丢包率参数为：0、1、2、5、7（%）；抖动为：0、2、5、10、20（ms）。 视音频编码参数选取目前，尚无明确的标准规定IPTV中所使用的视音频编码。在ITU-T G.10807
41、中，给出了一些常用编码格式。例如，视频可采用图3.4中所示编码：图3.4 IPTV视频建议编码7音频可采用图3.5所示编码：图3.5 IPTV音频建议编码7此外，ITU-R BS.138742 中，建议音频采用48000HZ双声道立体声编码；文献43提到 MPEG-4也是IPTV中的一种常用视频编码。ITU-R BT.50010 中建议视音频测试时长为10秒。按照上述标准建议及验证性实验，设定实验参数如表3.2所示：表3.2 IPTV网络仿真平台软件部署分类实验参数取值视频编码编码格式MPEG-444 ,H.26445 比特率800kbps, 512kbps分辨率320*240音频编码编码格式
42、MP3,AAC46 声道立体声采样率48000HZ比特率128Kbps传输协议RTP时长10s视音频封装容器MP447 网络损伤丢包(%)0, 1, 2, 5, 7延迟(ms)100抖动(ms)0, 2, 5, 10, 20 视音频内容来源选取实验中对不同内容的IPTV进行了实验评价，以观察内容对于IPTV QoE的影响。由于视音频内容不属于网络参数范畴，因此，仅将视频内容简单的区分为动态视频内容和静态视频内容。a) 静态视音频内容在VQEG组织提供的资料中，存在一组无损视音频（视频编码YUV420，音频编码PCM）源文件，下载后发现所有视音频源文件都是静态视频内容，即背景比较固定，以单个人说
43、话为主，仅头部、手部存在变化。实验中静态视音频采用其中一段名为3inrow的视音频进行测试，其内容如图3.6所示，源文件地址为ftp:/vqeg.its.bldrdoc.gov/。图3.6 静态视音频3inrowb) 动态视音频内容由于VQEG所提供的视音频源中不含有动态内容的源文件，本实验中动态视频的源文件选自英国全国性综合内容日报卫报中提供的关于2010世界杯的一段动画，名为football。其内容如图3.7所示，源文件地址为http:/www.guardian.co.uk/football/worldcup2010。图3.7 动态视音频football 网络传输协议选取RTP48 （Re
44、al-time Transport Protocol）协议为传播实时数据流如交互式视频、音频的应用程序提供了端到端的网络传输功能。RTP可工作在单播或组播网络中，它通常使用UDP协议来传送数据，但也可在TCP等其他协议之上工作。RTP协议本身并不涉及资源预留，也不保障实时服务的QoS需求。与之配套的RTCP（Real-time Transport Control Protocol）协议可以为相应的RTP流提供质量监控服务并反馈会话参与者的其他相关信息，以支持对会话的松散控制功能。通常RTP及RTCP协议并不作为一个独立的网络层次来实现，而是作为应用程序代码的一部分。实验中RTP协议的实现以JR
45、TPLIB为基础。JRTPLIB是一个以C+语言实现的、面向对象的RTP库，它完全兼容RFC 3550，并可工作在GNU/Linux、MS-Windows和Solaris平台上。JRTPLIB是一个高度封装后的RTP库，除了对RTP协议的完整支持，RTCP数据包的发送和接收也由库自动完成，当然，JRTPLIB也允许程序员对RTP会话的控制信息进行设置。RFC 355149 定义了利用RTP传输实时视音频流的详细信息，本实验也遵循该规范。 实验数据采集及评价过程 实验流程对3.1中所述IPTV实验平台FR评测模型进行具体化，得到如下操作流程：a) 利用FFMPEG将视频编码为适合网络传输的流媒体
46、格式的视频源文件；b) 利用FFMPEG将音频编码为适合网络传输的流媒体格式的音频源文件；c) 利用FFMPEG或MP4BOX将视频源文件和音频源文件封装成视音频源文件，并载入适合网络传输的MP4视音频容器中。d) 打开网络仿真软件NIST Net，对网络参数进行置零，以得到无损网络环境；e) 视音频发送模块启动VLC软件发送视音频源文件到所述无损网络上。f) 视音频接收模块启动VLC软件并打开相应的端口监听，等待视音频发送模块发送视音频源文件；g) 视音频接收模块检测到视音频源文件，则播放所述视音频源文件，同时将接收到的视音频源文件转储为参考视音频文件。h) 打开网络仿真软件NIST Net，对要仿真的网络参数进行设置，仿真实际网络环境的损伤，以得到有损网络环境；i) 视音频发送模块启动VLC软件发送视音频源文件到所述有损网络上；j) 视音频接收模块启动VLC软件并打开相应的端口监听，等待视音频
