| 本文將討論基于ADSL2+ 數據流定義視頻的基本屬性、IPTV 服務質量 （QoS） 背后的測量原理以及 EXFO 的 CoLT-450P 在協助傳輸高質量視頻服務方面扮演的角色。
IPTV 質量
在任何基于 ADSL 的部署中，用戶視頻質量不僅受網絡帶寬 （ADSL2+/ADSL） 或數據流的影響，還存在許多參數可以影響用戶對質量好與壞的感知。當視頻流zui終到達機頂盒和電視時，它已通過各種協議層（例如，物理 ADSL 層、ATM 層、IP 層、傳輸層等）。正是各層之間的交互以及外部干擾，影響到用戶感知的視頻質量；這種情況經常被稱作用戶體驗質量 （QoE）。影響用戶 QoE 的一些參數有：圖像斑點和馬賽克、圖片模糊和邊緣失真、音頻中斷以及通道更改延遲（也稱作激活時間）。 影響服務的因素 1．編碼和壓縮 經過網絡分配的視頻質量會受到節目源的影響，也就是視頻前端。解碼和壓縮過程通常會在視頻質量和所需的壓縮級別之間進行折衷。此外，根據使用的編碼和壓縮技術不同，每個 IP 數據包攜帶的視頻信息數量也有所不同。因此 IP 數據包丟失表示，視頻序列可能出現個別的不容易發現的數據丟失，或者圖像出現長時間質量下降、圖像斑點或無法使用。 2．抖動 一個典型的攜帶 MPEG-2 視頻流數據的 IP 數據包通常由七個 MPEG 傳輸流數據包組成，每個包含 184 字節的凈荷以及 4 字節的凈荷頭。共 1316 字節，此外需包括數據包開銷（8 字節的 UDP 幀頭，20 字節的 IP 幀頭，14 字節的以太網幀頭以及 10 字節的 ATM 開銷），因此幀大小總計含有 1368 字節。
抖動定義為在數據包到達時間內的數據短期變化，通常由網絡或服務器擁塞所引發。如果以太網幀到達 STB 的速率過慢或過快，那么由于網絡條件的制約，需要緩沖才能消除引起的變化?；诰彌_區的大小，會出現使緩沖區溢出或下溢的傳輸情況,從而導致感受到的視頻質量有所降低。同樣，由于了解特定 STB 的特性，所以在注意到顯著的視頻質量降低前，服務提供商可能會對 IPTV 網絡支持的zui大抖動進行鑒定。在用戶端分析視頻 QoS 時，抖動是一個決定性因素。 3．有限帶寬 可發送的視頻流總量基本上受用戶實際 ADSL/ADSL2+ 速率的限制。核心 IP 架構通常基于具有較低擁塞級別的光網絡；因此帶寬限制通常僅發生在接入網絡或用戶的家庭網絡中。當信息流級別達到zui大可用帶寬時，許多數據包將被丟棄，從而導致視頻質量降低。ADSL2+ 速率可能會受到外部因素的暫時影響，從而產生圖像斑點現象。 除 IPTV 服務外，同時將大量數據下載到 PC 中，并且服務提供商未正確信息流優先級時，可能還會出現其它的現象；在這些情況下，視頻流數據包會丟失。一種罕見但卻重要的情況是，當視頻在可變速率模式下進行傳送時，視頻序列的顯著變化會導致帶寬需求的增加。這樣會產生數據包丟失并因此出現質量降低。 帶寬限制是網絡設計階段待評估的幾個主要因素之一。 4．數據包丟失 發生 IP 數據包丟失可能基于多個原因 — 帶寬限制、網絡擁塞、鏈路故障以及傳輸錯誤。數據包丟失通常代表了一種突發式行為，經常與網絡擁塞時段相關聯。根據視頻流使用的傳輸協議類型的不同，數據包丟失會對感知的視頻質量產生不同影響。使用 UDP 時，丟失的數據包將直接影響到圖像，因為信息無法恢復，所以圖像只能是損壞或無法使用。使用 TCP 時，數據包丟失將使數據重新傳輸，從而產生緩沖區下溢，因此可能出現圖像凍結。 確保高質量的 IPTV 服務 下面介紹的五步法可實現 IPTV 服務的安裝和故障診斷。該方法向技術人員提供了易于記憶的操作步驟，該步驟可通過網絡接口設備 （NID） 或用戶電視房間執行。 步驟 1：檢查 ADSL/ADSL2+ 鏈路的速率 數據的上行/下行速率必須足夠高才能支持 IPTV。即使對于 MPEG-2 或 MPEG-4 視頻壓縮，每個通道在下行方向要求至少 3 Mb/s 的速率，如果使用 HDTV 速率則更高。 步驟 2：確保 DSL 速率穩定 信噪比容限 （SNRm） 必須大于 6 dB，大于 10 dB。一些 DSL 調制解調器和 DSLAM 進行過預先配置，以通過降低 SNRm 運行于zui高可能速率并使抵達距離zui長。盡管此降低可能會產生更高的速率，但是這樣會引入錯誤。當僅處理 Internet 信息流時，對于使用 TCP/IP 傳輸的數據而言，該情況可以容許，但是對于 IPTV 質量卻極為不利。通常，錯誤以視頻斑點或視頻輸入*丟失的形式來表現。 步驟 3：確保 ATM 錯誤始終保持較低水平 脈沖噪音的存在會在 DSL 層產生多個錯誤，特別是在如果 SNRm 值較低的情況下，如上文指出的那樣。一些其它環路問題也會直接影響 ATM 凈荷。這些錯誤zui有可能與本地環路相關，因此推薦對銅環路提供的窄帶和寬帶進行*評估。 步驟 4：測試 IP 和 MPEG 視頻層 一旦測試完 ADSL 或 ADSL2+ 鏈路的速率、SNRm 和 ATM 層錯誤，下一步就是測試 IP 和 MPEG 視頻層。如果視頻通道在 DSL 線路上進行傳送，那么也可以對 IP 和視頻傳輸數據流的速率和錯誤進行評估。在各種錯誤與數據流速率突然變化之間存在的任何關聯，都可能是一種視頻超過可用帶寬的表示；因此需要在視頻流源端進行一些調整。 另一方面，用戶必須確保網絡能夠正確處理 Internet 組管理協議 （IGMP）（用于加入和離開 IPTV 通道）請求。正確更改通道并且在一定時間內完成，因為這樣的情況受目標激活時間的制約。 步驟 5：視頻質量確認時間至少為 15 分鐘 評估某個時間段內的視頻質量。建議至少 15 分鐘。如果 ATM 層錯誤導致 IP 層出現錯誤，那么錯誤也會影響到視頻質量。無法與 ATM 層錯誤共存的 IP 層錯誤通常起源于 IP 網絡的更底層，通常多個用戶會感受到這樣的錯誤。因此，在本地環路中不可能存在補救措施。 諸如抖動、數據包丟失百分比和激活時間之類的 QoS 指標，必須在整個傳輸期間內進行監測，因為它們提供一種客觀的確認，即接收到的視頻是否符合 IPTV 服務提供商設置的zui低質量標準。由于網絡拓撲和網絡環境的差異，所以這些參數的閾值經常由各個服務提供商確定。 CoLT-450P 的 IPTV 分析 CoLT-450P 是一款的模塊化測試裝置，用于確認 ADSL 和 IPTV 服務是否正確部署及管理。具有 Video-over-DSL 測試套件 （VDTS） 選件的 CoLT-450P，是確定成功 ADSL 連接和 IPTV 質量的理想之選。 該裝置專為三重播放測試而設計，這說明它可為攜帶 IPTV 和 VoIP 服務的 ADSL 電路的安裝、維護和或故障診斷提供所有必需的信息。它支持多種視頻編碼標準，包括 MPEG-2、MPEG-4 和 WM9/VC-1。 通過用 CoLT-450P 代替用戶的寬帶調制解調器/路由器并將 STB 作為端點設備，來執行 IPTV 服務分析。如圖所示，CoLT-450P 會在 ADSL 和以太網網絡之間擔當簡單的橋接器，或者執行路由功能。 如果無法接入CPE或者 STB 不可用，那么還可將 CoLT-450P 用于獨立模式，在該模式下任何 IGMP 信息流均可從設備直接模擬，并且測試結果可提供足夠的信息來確定測試地點的 IPTV QoS。 在 IPTV 分析期間，CoLT-450P 將確定 ADSL2+/ADSL、ATM 和 IP 數據包的速率。 它計算每個視頻流所使用帶寬，并向用戶顯示。此外，通過監測所涉及層（ADSL2+、ATM 和 IP 層）中所發生的成幀錯誤，用戶可獲得用于定位問題位置的重要信息。數據包間到達間隙和 IP 數據包速率由時間戳確定，下圖顯示了對到達設備的幀的分析。該信息用于 IP 數據包抖動和數據包丟失計算，這是 IPTV QoS 中所包含的zui重要因素中的兩個因素。 ADSL 連接 一旦 CoLT-450P 啟動視頻分析，那么該設備將顯示 ADSL 層結果和 ATM 傳輸/接收幀計數。 ADSL 連接屏幕列出所獲取的關鍵參數值，其中包括下行 ADSL/ADSL2+ 比特率、延遲類型、線路容量、噪音容限、傳輸功率和衰減級別。該信息可使用戶確定，對于正在傳輸的 IPTV 服務，這些參數是否在期望值范圍內。該數據還有助于確定 ADSL 下行比特率是否足夠高，以支持 SDTV 和 HDTV 并行通道的數量，這些通道將指向特定的位置（如前述方法中的步驟 1）。此外，用戶可確認是否 SNR 容限讀數高于 6 dB 標記，更好大于 10 dB（如上述步驟 2 中所示） 網絡狀態 “STB 信息”屏幕可使用戶確認 CoLT-450P 的線路配置。它包括 VPI/VCI 信息以及在 ADSL 側所使用的封裝類型。該設備還提供了在 CoLT-450P 的 LAN 側有關不同 STB 運行的特定信息。 還將顯示諸如 STB 的 MAC 和 IP 地址之類的數據，它們可能在要求對 STB 和寬帶路由器（或 CoLT-450P）之間的任意故障進行排除的場合中非常有用。例如，用戶可以快速確定 CoLT-450P 是否檢測特定的 STB；它還可以定位以太網布線和/或 STB 本身存在的問題。 數據流分析 “視頻流分析”屏幕提供了與 IPTV 服務相關的各層中的可用速率的全面細目分類，以及所檢測到的多種數據流的概要描述。 在屏幕頂端，CoLT-450P 顯示了 ADSL、ATM 和 IP 層的數據速率。ATM 速率由服務所在的虛擬通道 （VC） 配置確定。另一方面，IP 數據包速率基于線路中所檢測到的 MPEG-2、MPEG-4 或 WM9/VC-1 數據流。該信息使用戶可通過比較可用總帶寬來確定視頻服務使用的帶寬量。隨著通向 STB 的同步 IPTV 通道數量的增加，數據速率和相應的利用率級別也隨之提高。 將會檢測到向位于設備 LAN 側的任意 STB 進行多播的 IPTV 通道。顯示每個已檢測到通道的多播 IP 地址、數據流速率和帶寬利用率（表示為總 ATM 速率的組成部分）。 多播 IP 地址有助于確定執行接收的特定通道，而數據流速率則表示每個通道使用了多少帶寬。理想情況下，穩定的恒定比特率 （CBR） 數據流會始終保持同一數值；使用 CBR 時，出現速率更改則表明視頻前端存在問題。 IGMP 數據包統計 “IGMP 統計”屏幕可使用戶確認 IGMP 信息流是否正在*網絡和 STB 之間傳輸。網絡經常查詢 STB，因此接收到遠程設備的報告數據包。CoLT-450P 會顯示這些計數器。 加入和離開 IGMP 請求也向用戶提供。這些數值非常有用，可確定 STB 是否正確向網絡發送這些請求；作為交換，網絡會對根據請求做出通道更改響應。通道更改所需的時間稱為“激活時間”。 如果加入/離開請求計數器無增量，則說明 STB 可能存在問題；問題可以僅與遠程控制、內部處理或者到寬帶路由器的以太網連接有關。 對任意一個加入或離開通道的多播 IP 地址進行記錄，并在屏幕上顯示。
IPTV 服務錯誤 CoLT-450P 的視頻流監視器檢測并提供 ADSL、ATM 和 IP 層的錯誤信息，并對要求前向糾錯 （FEC） 的幀進行計數。請注意 FEC 不能用于具有快速延遲的系統中。 測試儀可生成表示五分鐘時長監視器窗口的圖形，并在窗口中注冊類似 FEC、DSL 幀錯誤以及 ATM 和 IP 數據包丟失之類的事件。這些時間長度為三秒的采樣標記為錯誤提供了時間參考。 FEC 值表示可以修正的錯誤數據。具有大量的 FEC 標記表明本地環路或 ADSL 層中存在潛在的問題。ADSL 幀錯誤可以清晰地表示出本地環路或 DSLAM 的問題，建議使用 EXFO 的 CableSHARK 對銅纜進行深入分析。另一方面，ATM 級別的錯誤可歸因于 DSLAM 問題；并且如果 ATM 主干網運行正常，那么問題也可能與 ATM 交換機相關。由錯誤數據包和失序數據包導致的 IP 數據包丟失通常是與 IP 幀頭和視頻前端有關的故障；帶寬限制、網絡擁塞、鏈路故障和傳輸問題都是其中原因。由于問題集中化的性質，所以 IP 層問題通常會由多個用戶同時體驗到。 ADSL 或 ATM 層中無法恢復的錯誤極有可能在 IP 之類的更高層中反應出來。通常，IP 數據包丟失將導致出現用戶極易覺察的像素化。 在屏幕底部，用戶可監測視頻流的速率。每行都代表特定時間的視頻速率，因此該曲線上的任何波動都表示視頻信號存在比特率變化。 曲線上方自動調整的水平虛線可用作參考zui大速率。比特率以 Mb/s 為單位表示。 抖動 由 CoLT-450P 提供的zui大數據流抖動圖表示五分鐘時長的監視器窗口，其中記錄了視頻流的zui大抖動。 每個網絡都要求特定的zui大抖動級別才能感知到視頻質量降低。STB 緩沖區大小有助于確定網絡中的抖動容許級別。建議每個服務提供商都基于本地網絡特性定義其各自的抖動閾值
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