IP数字电视播出系统质量与服务解决专项方案.doc

IP数字电视播出系统质量和服务处理方案 【摘要】本文以江苏省姜堰市广播电视台播出监测系统为例，叙述有线运行商怎样在全IP化数字电视前端系统上建立内容、服务质量监测平台，和前端图像质量监测相关指标。 【关键词】IP数字电视播出系统MDI前端监测 为了应对电信网、广电网、互联网三大网络技术融合趋势，江苏省姜堰市广播电视台在建设了全IP化数字电视播出系统。该系统含有视频数字化、传输双向IP化、收视(听)互动化和个性化等技术特点，是一个包含多层面技术在内综合技术体系。为确保该系统能够对节目标内容、安全、质量、服务等监测信号立即进行采集和处理，确保图像压缩编码和图像质量经过监测后图像质量更为清楚，姜堰广电同时建设了一套全IP化监测保障系统。该系统以基于传统广电DVB平台码流及物理层监测为基础，借鉴电信IPTV网络系统码流层和传输网络监测，可从内容、安全、质量、服务4个方面确保节目标稳定播出。 节目内容监测 1三大监测手段 节目内容监测包含针对接收信源监测和播出信号监测，具体包含以下三大监测手段： 传输质量监测。其关键监测承载网中信号传输产生延时、抖动和丢包。 播出服务监测。它属于日志管理系统，包含预防性监测和对网络进行优化；同时它还是IP监测系统中央网络管理平台，支持简单网络管理协议，可经过SNMP协议公布报警。 压缩编码及图像质量监测。压缩编码分析软件能够对压缩编码器效率、压缩质量直接进行分析；图像质量分析系统能够对压缩编码图像质量做实时分析。 以上三大监测手段能够对节目内容主动监测，形成一个7二十四小时实时监测和分析管理机制，而不是等到问题出现后再对故障进行测试分析。 2实现方法 姜堰广电作为县级市运行商，节目信源是经过不一样方法从节目内容商手中获取，包含从江苏省广电省干网取得DWDM IP信号，经过SDH平台传输当地节目内容，和当地编码节目等。信号格式包含Ts overIP码流、当地SDI基带信号和经过当地模拟信号编码器编码后ASI信号，节目信源质量决定了IPTV系统播出节目质量。另外，前端服务质量监测还表现在对播出监测，rrS码流经过UDP方法打包并在前端IP网络中传输，所以需要监测系统能够在IP层面上对TS码流进行监测，以确保节目播出质量和服务。 监测点分为信源监测和播出监测两大方法(图1所表示)。 其一，在信源监测方面关键针对江苏省干线网络DWDM传输Ts Over IP进行信号监测，其中，码流监测能够针对不一样编码方法如MPEG2 TS OVERIP和高清信号MPEG4 Ts OVER IP传输码流进行监测，监测内容包含带宽、PCR抖动、TR 101 290三级报警监测，从而确保节目标质量、安全和服务。对信源监测采取两种方法进行，一个方法是实时码流监测，包含对关键TS流信源进行监测，另一个方法是能够经过IP组播切换方法从交换机上经过IGMP协议JOINLEAVE进行监测，从而对关键节目标码流，和次要码流进行轮询监测。 其二，江苏省广电系统技术体系数字电视播出方法有两种：一个方法是广播信号传输和接收经过QAM调制后进入HFC网络，用户经过DVB-C机顶盒接收；另一个方法是点播前端系统采取IP方法播出，终端经过IPQAM进行解调。 现在广播监测和点播监测有两种监测方法：广播方法及点播方法。其中，广播方法监测(图2所表示)是经过在组播源关键交换机(路由器)端口镜像中抽取传输内容进行监测；点播监测现在在国际上关键是采取Video Over IP+TS监测组合方法，这种方法能够对关键交换机数千个并发流进行测试并报警，即使姜堰市现在系统中还不含有此功效，但已计划并期望在二期系统扩容中实现。 总而言之，实际监测处理方案需要依据运行商具体营运模式来实现。 3功效和指标要求 安全监测功效： 传输码流验证(预防非法信号侵入和码流身份识别)。传输码流验证是一个预防非法信号侵入方法，由用户自行捕捉正确播出传输流，包含TS流ID、服务层数量、服务商名称、复用器最大最小带宽、CA状态、全部PID信息和服务种类等共18项基础信息。传输码流验证能够将这些基础信息保留到系统内部并作为参考模板，进行安全监测时，将正在播出码流和参考模板码流进行比较，假如有不一致地方，系统将发出报警信号。 播出安全监测(确保CA安全性)。安全监测系统能够对ECM、EMM信息进行监测，在OCV功效中确定ECM、EMM信息存在，假如信息丢失将发出报警信号，而且在带宽测试中判定ECMCW改变周期，假如超出时间CW未被刷新，系统将立即报警。内容及服务质量监测功效： 码流复用带宽监测。其能够实时监测复用节目内容所占用带宽，和每个PID带宽。当节目源丢失、占用带宽溢出或带宽范围超出设定门限值时，系统将发出报警信号而且进行错误日志统计或SNMP报警。同时对有效值、目前值、TS流中每路节目标码率和所占带宽比率、PSISI中每个PES码率、空包率和其它数据码率每个PID进行监测，并能经过圆饼图、坐标图、列表等方法进行察看。 TR 101 290监测报警。TR 101 290监测报警能够同时监测三级报警中每一级报警，包含信号丢失、同时错误、包结构错误、PCR错误，和是否在要求时间内收到应该收到表格等，每个监测内容全部能够由用户设定，从而降低误报警发生，一样也能够触发不一样报警方法，将报警值进行存放或发送到信号网关平台。每项错误报警全部有统计数据，包含这些错误频率和次数，甚至能够选择监测PID、PCR等错误，降低误报率发生。 IP数据广播显示。该系统能够检测到IP数据广播，显示数据广播PID值、发送数据IP地址、接收数据IP地址、服务器端口地址、封装包数目、占用带宽信息，和数据广播占用总带宽信息。支持不一样数据广播方法或是用户自定义数据广播形式；支持DCM、DG等全部数据广播方法(假如是私有协议能够经过图3 TDL表格解析来实现)。 对自定义表格解析、监测、报警。对TS流表单进行解析，采取XML语法对用户全部开放。许可用户对任意私有信息表格进行编程解析，而且系统会对表格进行校验，出现不符合DVB语法规范部分，系统给报警。 PID包间隔抖动信息监测。该系统能够对全部PSISI信息、全部PID包含音视频等作包间隔抖动监测。包间抖动信息监测即使不在DVB标准中，不过当包间隔抖动值过大时，会造成图像质量改变，造成马赛克或是局部马赛克现象，而当经过设定包间隔抖动所 下面以3月江苏广电系统总前端和姜堰广电分前端分配网络输出端测试汇报为例，说明MDI在IP视频网络中利用。测试点示意图图5所表示：省网前端测试点为A，县市网终端测试点为D。 测试指标： DF Avg为网络延迟率平均值，其采样时间为测试时间段内平均值；DF平均值应小于等于9。 DF MAX为网络延迟率最大值，其中DF最大值应该小于等于9。 ML为媒体(视频)丢包率，作为IP数据传输丢包率小于3即可，不过在广播级播出要求下，ML丢包率应为0。 IFR Avg，为IP流平均带宽(Mbit)，采样时间为整个测试时间段内平均值。 Pkts Arr，Avg，为包抵达时间平均值(ms)，其采样时间段为整个测试时间段。NU Avg，为网络占用率(输入带宽为100Mbitsec，所以单位为)，所以当输入流量为1.6Mb时，其NUAvg应该为1.6。 依据IETF作为Mpeg over IP测试规范草案，并由IQ企业提出MDL指标中所要求DF，ML参数即经过对以上参数测算后得到，并能够整体反应出Mpeg over IP性能(见表1)。 总前端测试数据分析： 前端测试数据显示，前端输出DF延迟率平均值在近12小时纪录中为6.7-6.8，属于合理范围。而ITU提出默认理想值在9以内。 经过12小时纪录，劲爆体育DF最大值为7，535，在9以内，属于合理范围内。而东方卫视最大值曾经数次出现瞬间随机7.9左右，数值小于9，也属于合理范围内。 ML丢包率全部为0，说明没有丢包。 Package Arr，平均值全部在6.57左右，说明曾经出现过较大延时，但全部为瞬间发生，对平均包计收时间未造成过大影响。 Nu Avg，流带宽利用率全部为1.67，说明传输流基础稳定。 综合以上数据分析得出，因为UDP打包后到关键交换机之间未经过其它传输设备，所以测试值基础反应了江苏省广电前端播出状态。其判定依据是东方卫视基础带宽等参数相当稳定，基础没有波动，而且我们同时采样了其它频道12小时监测数据，并未出现类似随机瞬间DF波动，这说明测试点关键交换机端口和数据交换全部正常。 播出端测试数据分析： 因为姜堰广电播出前端到省总前端经过了约300公里省干线传输、泰州市前端预处理，和姜堰本市系统处理，及多重路由交换，所以DF平均值全部大于前端测试值(本测试进行了约12小时数据采样)。 DF MAX值显示姜堰广电播出前端数据采样测量(劲爆体育和东方卫视)出现最大延时达10.955。将其和前一天12小时总前端测试统计相比后发觉，在总前端输出正常情况下，通道路由路径中会带来瞬间随机延迟。在如此大延迟率情况下，监视器是否出现静帧及马赛克现象，取决于接收端IP STB缓冲区大小。 丢包率为0说明全部接收端视频包未有丢失。 经过IFR和NU采样值发觉前端平均带宽为3.6M，和县市播出节目实际平均带宽基础相同。而整条链路中未进行统计复用等码率修正计算，这说明总前端和姜堰播出系统图像质量相同。 传输包抖动测试反应出前端和终端包间隔一致，正是这种包和包抵达时间统计，反应了实际运行中系统稳定性。 MPEG视频传输流经过常规以太网打包，经过网络交换抵达目标节点时，全部会有一定时序上失真。这些失真是因为包和包之间时序，和发送源和源之间时序不一样所造成。 比如，包在网络中产生延时现象(图6所表示)，第一组包抵达时比它们在传输前延时要短；第二组包抵达时比它们在传输前延时要长。经过和理想状态下包时序对比就能测算出包抖动情况。接收机(IP解码器)要以正常码流速率来显示视频图像就必需经过缓冲区来调整输入速率时序，而缓冲区需要足够空间来存放接收数据，并确保接收机在播出视频图像时将延时过长数据包存放起来。显然，这将和系统设计产生矛盾：首先需要足够内存缓冲来处理网络延时，而另外首先过大内存缓冲区会造成视频播放时更长时间延迟。 所以，一个固定缓冲区就一定会有调整网络抖动一个最大值。不管是缓冲区溢出或缓冲区被上载全部会造成视频图像暂停或图像质量下降。而网络路由器也使用缓冲区来调整，当多路输入数据流同时抵达一个网络节点并需要被传送到同一个输出端口时，这些缓冲区(缓冲队列)必需控制为适宜大小以预防网络堵塞。而网络堵塞往往因为路由器流量过大或是不一样输入端口连接速率所造成。有些路由器利用实时测量数据包方法来实现QoS，这些路由器也会利用缓冲区有意阻止部分数据包而实现QoS数据包传输规范。但假如缓冲区溢出，这些数据包就会丢失，或是电器噪音造成数据包毁坏而造成数据包丢失。以上不难看到，只要很小丢包率就会造成视频数据严重错损。 包延迟改变和丢包率是决定网络能否传送高质量视频关键，而这些关键特征能够组成MDI测量参数。MDI能够用于对IP网络视频传输质量评定，还能够用于网络负载或配置原因造成网络性能恶化故障诊疗。 在一段时间内捕捉、显示和统计MLR最大值就能够了解这一段时间内出现最大网络误差。缓冲区溢出造成数据丢包现象能够表明网络阻塞情况，或是因为电器噪音干扰所造成间歇性错误，在这种情况下MLR值会不停地跳变。假如MLR保持一个固定值但网络负载却不高，则表明服务器或是信号源出现了问题。 3MDI作用 MDI能够用于安装、调试或评定一个视频网络质量，具体作用包含以下内容： 经过测量MLR能够确定、定位并跟踪网络丢包情况。 使用DF参数能够确定、定位而且跟踪网络抖动情况。 实时监测DF和MLR参数并设定域值能够实时汇报网络服务器故障、网络配置问题或通讯错误等问题，域值设定需要依据网络中服务器设备、解码设备和对网络质量不一样要求来具体设定。另外，其它测量手段除了MDI指标外，在进行网络监测、故障诊疗和系统配置时还需要部分其它测量参数。 经过全方面跟踪瞬间、最大、最小NU(网络利用率)就能够检验网络是否有足够带宽传输视频流。网络设备NU值过高说明网络中队列阻塞情况，DF值则是给出了一个已知数据流网络拥堵情况。 经过测量IFR(瞬间流动率、瞬间带宽)能够发觉网络传输质量改变过程。 AR(平均带宽)测试能够反应在一段测试时间内网络传输带宽是否和设定带宽相同。AR是一段时间内IFR平均值。 SU(流利用率)按百分比方法来显示有多少可用网络带宽用于视频流传输。 总结 姜堰广电IP化数字电视前端监控系统依据江苏有线网络整体技术体系，实现了整个系统设备采购、软件开发和系统集成。该工程于1月31日基础完成设备、软件安装调试，进入试运行阶段。IP化数字电视前端监控系统能够经过对信号传输层和码流层参数监测，实现对江苏广电IP数字电视信源，和姜堰市当地播出数字电视信号进行实时监测，在出现异常监测结果时能够判定干扰类型并立即报警。IP化数字电视前端监控系统成为姜堰市数字电视整体平移安全播出工作强有力辅助手段。