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随着网络技术的发展,3G视频、手机电视、移动互联网视频分享这些有关视频流的无线增值服务正在大幅涌现,可以预见我国无线网络视频市场有着很大的拓展空间。无线网络视频技术是对视频流媒体的一种具体应用,而视频数据从采集、压缩,到处理,再到传输和恢复的过程中会产生多种形态的失真,为降低数据在存储和传输过程中所占的带宽,会在量化过程中降低视频质量。在误码信道(如无线信道)传输中,传输误码和数据包丢失会造成解码后的信号失真;当包交换网络(如Internet)中出现网络拥塞时,大量的数据包丢失和严重的传输时延也会增加失真。而随着无线网络的普及,我国无线网络的覆盖范围越来越大,在无线网络中点播和观看视频的需求越来越大,因此,近年来关于在无线网络环境下视频流的传输和质量评价成为业界的研究热点。为了使得视频业务在无线网络中得到良好运行,必须确保网络视频性能满足服务质量要求(QoS),为用户提供高质量的视频质量体验(QoE)。要达到上述效果,首先要了解无线信道的传输特性,分析信道特性对视频传输质量的影响,其次是要提供有效的视频流性能评估方法,以便在系统运营前分析采用哪种编/解码算法/格式,又可在系统运行时对视频流性能进行监控。在大多数应用中,端到端的视频质量是衡量系统性能优劣的一个关键指标,视频服务系统必须能及时把握并量化视频流性能下降的情况,并通过必要的手段来维持和增强。因此,找到一种有效的评价方法度量视频流性能至关重要。
本课题旨在网络传输状况下进行视频流业务性能度量与测试的研究。本文介绍了无线网络视频的应用及其评测需求,分析了无线信道的传输特性以及对视频性能指标的影响;概述了网络视频流的概念,并对其网络架构和不同的分层结构进行了详细描述。调研了目前国内外视频流质量的研究进展,包括采用的具体方法,其效果和特点是什么,还有哪些方面值得改善和研究。针对网络视频传输,重点分析了网络视频的数据结构,研究了不同类型的报文丢失对视频质量产生的影响;针对丢包的可见性进行视频质量监控的主观测试,结合测试结果分析了影响丢包可见性的因素,并给出了一种视频流单个丢包的可见性判决模型;研究了MDI视频指标测试的关键参数和算法原理,通过将MDI方法与基于丢包的方法分析比较,最后得出基于MDI的视频质量评估更适合用于实际网络中。最后基于MDI指标进行了相关的开发工作和测试实验。结合MDI测试原理得出在无线网络环境下带宽和距离对网络视频性能的影响。通过对测试数据的分析,利用数据拟合的数学方法,推导出传输带宽和覆盖距离的设计公式。在已知用户对视频指标的要求时,为业务提供商设计网络传输带宽和覆盖距离提供参考。视频业务尤其是无线视频业务要得到大力发展,其视频流性能的测试与分析是了解网络运行质量和提供更好的网络服务业务的关键所在。
本文作者在研究生期间主要参与了北京邮电大学通信测试技术研究中心的视频流性能度量与测试的研究工作,论文是作者在研究生期间的理论学习和研发经验的总结,也是对研究课题的详细描述,其主要涉及到的方面如下:
1.研究无线网络传输视频流的各种链路组网技术,分析无线信道的传输特性,以及无线信道对网络视频质量的影响。研究网络视频流的结构,针对视频流的主要特点,分析对视频流性能进行评估的不同分层模型。
2.研究主观和客观视频评估方法规范,综述当前视频流评估的研究进展。分析在网络视频传输过程中各种影响视频质量的因素,以MPEG-2视频为主,从丢包的角度研究网络视频质量评估方法,并对不同类型报文丢失的主观可见性做了深入研究。调研了MDI视频质量评估方法的原理和应用,并将MDI方法与基于丢包的方法进行分析比较,最终选取更适合于网络视频应用的MDI方法作为研究和测试的重点。
3.选取基于MDI指标的度量方法加以使用,搭建无线视频传输的实验环境,通过设计的系统进行了MOS和MDI的指标测试,对实验结果加以分析,证明了测试方法的有效性。通过数据拟合法给出了传输带宽和无线覆盖距离的预测公式,在满足一定的视频指标要求和主观MOS评分值的情况下,为视频服务商在设计网络架构和组网时提供参考依据