面向應(yīng)用層的流媒體性能測量指標(biāo)

面向應(yīng)用層的流媒體性能測量指標(biāo)摘要介紹了一種從流媒體接收者的角度對流媒體性能進(jìn)行測量的方法，提出了相應(yīng)的應(yīng)用層評價指標(biāo)。利用已有的商業(yè)化流媒體服務(wù)軟件，通過改變網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在不同的條件下對指標(biāo)進(jìn)行測量，最后通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證這些指標(biāo)的有效性。引言流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)媒體，如音頻、視頻、動畫或其他多媒體文件。它的內(nèi)容可以是預(yù)先經(jīng)過編碼處理、存放在一個或多個服務(wù)器上的媒體文件，也可以是實(shí)時的音/視頻媒體。傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用需要可靠的數(shù)據(jù)傳輸，對延遲和抖動不是很敏感，但是在流媒體應(yīng)用中情況則完全不同。流媒體應(yīng)用能夠容忍一定程度的包丟失，但是對延遲和抖動卻很敏感。由于各種原因，在以IP協(xié)議為核心的互聯(lián)網(wǎng)上提供流媒體服務(wù)時，流媒體的性能經(jīng)常隨著網(wǎng)絡(luò)和時間的變化而變化，不能滿足用戶的需求。為此，除了采用一些內(nèi)部機(jī)制保證業(yè)務(wù)質(zhì)量外，還需要從外部對流媒體業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測量，了解流媒體應(yīng)用的瓶頸，從而提高性能。同時，為了推動流媒體新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計和開發(fā)，必須有一套能夠衡量媒體接收端的媒體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。早些時候，研究者也提出過各自的媒體性能衡量指標(biāo)，有些是基于傳輸層的，通過測量傳輸層的參數(shù)進(jìn)行媒體性能評估；有些關(guān)注于接收者觀看時的生理反應(yīng)或者需要人為參與。實(shí)踐證明這些方法均能夠在一定程度上反映流媒體的性能，但這些方法部署起來復(fù)雜，而且結(jié)果也易受主觀因素的影響。本文引入了一套面向應(yīng)用層的流媒體性能衡量指標(biāo)，測量方法相對簡單，并且能夠直觀反映流媒體的接收質(zhì)量。最后在RealNetworks公司的流媒體系統(tǒng)中，通過改變網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來驗(yàn)證這些指標(biāo)的有效性。1相關(guān)工作1.1主觀評價國際電信聯(lián)盟（ITU）在ITU－RBT.500－11中推薦使用平均主觀得分法（MOS）來評價接收者感知的媒體質(zhì)量。做法通常是給接收者播放一段視頻（約8~10s），接收者采用5分制評價。其中5分為很好（excellent），4分為好（good），3分為中（fair），2分為差（poor），1分為不可接收（unsatisfactory）。記錄他們的評分，然后對所有評論者的評分進(jìn)行統(tǒng)計，得出平均分作為評價結(jié)果。MOS為接收媒體質(zhì)量提供了定量指標(biāo)，但是對流媒體而言，這種評價方法存在著弊端。MOS的特性使得必須有接收者參與（評分），這將花費(fèi)大量的人力和時間，并且這種方法不能避免主觀因素的影響。另外在ITU－RBT.500－7標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種主觀的評價方法，即雙刺激連續(xù)質(zhì)量分級法（DSCQS）和單刺激連續(xù)質(zhì)量評價方法（SSCQE），不過這些方法已經(jīng)被ITU－RBT.500－11所取代。1．2客觀測量客觀測量基于仿人眼視覺模型的原理對圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評估，并給出客觀評價分。近幾年，隨著人們對人眼視覺系統(tǒng)研究的深入，客觀測量的方法和工具不斷被開發(fā)出來，其測量結(jié)果也與主觀評價較吻合。國際上成立了ITU－R視頻質(zhì)量專家組（VideoQualityExpertsGroup，VQEG）專門研究和規(guī)范圖像質(zhì)量客觀測量的方法和標(biāo)準(zhǔn)。VQEG規(guī)定了兩個簡單的技術(shù)參數(shù)，即峰值信噪比(PSNR)和均方差(MSE)；此外還有許多圖像質(zhì)量模型，這些模型在測量圖像質(zhì)量時都基于人眼視覺特性。一些研究者認(rèn)為，當(dāng)發(fā)生丟包或者低速率傳輸媒體時，這種測量方法不能很好地工作，而且也不能刻畫應(yīng)用層的一些關(guān)鍵信息，如再緩沖次數(shù)、平均緩沖時間、幀率（FPS）等。2應(yīng)用層媒體性能測量指標(biāo)2.1媒體播放器的播放原理當(dāng)前主流的商業(yè)流媒體播放產(chǎn)品主要有Real公司的RealPlayer、Microsoft公司的MediaPlayer、Apple公司的QuickTime。它們雖然屬于不同的公司，但是播放流式媒體的基本原理是相同的。圖1給出了以視頻點(diǎn)播和廣播為例考察用戶獲取流媒體服務(wù)的典型流程。社接收筆者和劍服務(wù)爹器之籃間需燒要通猾過三裹次交顛互才華能獲摟得流森媒體釘內(nèi)容屢。監(jiān)首先迫是用鄙戶瀏球覽器東和蚊We候b磁服務(wù)驚器（壇流媒蓮體內(nèi)路容的爬發(fā)布式點(diǎn)）串交互年，以貿(mào)獲取晝具體呆的流踐媒體辰內(nèi)容時定位顆信息中（媒叢體源陪文件保的重UR墊L親）。釣然后錄，用毯戶瀏敬覽器庫通過財內(nèi)容裂定位雜信息更獲得畜具體冠的媒份體源怪文件緊。該數(shù)源文歇件通送常是揭一個叼SM貝IL脆或者困XM勤L閘格式劇的媒視體同隸步和遭控制贈文件扁，包丸含了蜘具體設(shè)的流較媒體廣內(nèi)容桶的位項(xiàng)置（偵UR李L訴）和胡控制途方法工。話然后嚼，密在客蓋戶端籃，她流媒伯體的海源文掀件觸羞發(fā)用側(cè)戶端著的媒泛體播腫放器冶。車最后景，煩媒體妻播放鑼器根幫據(jù)源唇文件觸的要邁求安兆排媒朽體流賭，同綱時根垂據(jù)媒爬體流牙的衣UR怪L蜓請求泰流媒絮體內(nèi)砌容傳壞輸。罵2謹(jǐn)．盞2黎流媒丟體播縮放器擾的相蘆關(guān)特剛性緣大慚多數(shù)賞的媒千體播眾放器挪在播棒放流毒媒體領(lǐng)之前騾，媒儉體數(shù)休據(jù)先穴要在投接收獻(xiàn)端緩膠沖，襯其主蹦要作久用是裹平滑撤媒體特數(shù)據(jù)斯傳輸美波動貴，提淺高播嫩放質(zhì)鉤量。仁緩沖頃區(qū)的量大小易和利景用百拒分比豆決定靜了播句放過燦程中軋接收嘩者的瓦接收纏質(zhì)量求。在金播放愛過程曉中，閣如果鉛緩沖晌的數(shù)決據(jù)不涉夠甚止至傳欄輸中漲斷，朋播放嘆器會悄進(jìn)行愈重緩災(zāi)沖，曠重緩膀沖會答嚴(yán)重壟影響稿服務(wù)拉質(zhì)量芒、降蛋低收脂看效闊果。磚Re稀al本Ne支tw覽or速ks柜公司梯的駝Re憐al喜Pl濤ay睬er陸是使肢用較純多的寺幾個峽流媒怒體播窗放器未之一供，本疊文選味用它立作為橡播放倦器。呆首先裹介紹答幾個化相關(guān)季的特名性：墓流技多術(shù)。娃Re惜al拜Pl召ay密er纏能夠厲從流擱媒體婚服務(wù)五器接餡收流點(diǎn)化的豆媒體科內(nèi)容啄。這哨期間倦要用瑞到一鵲些相效關(guān)的讓傳輸己協(xié)議公，如耍RT碎SP由等。削當(dāng)然立也可黎以選艦擇賊TC半P執(zhí)、幼UD袖P奶、至HT阻TP否等協(xié)立議。底自適中應(yīng)帶蹈寬。怖Re伙al暖S棋ys秩te撤m版采用炊Su虎re朋S隨tr憐ea遞m懷，通豆過測隨量網(wǎng)木絡(luò)的所當(dāng)前寧狀況命調(diào)整廁流媒櫻體的艱比特制率來扇適應(yīng)填網(wǎng)絡(luò)眼，使蜘用戶勢獲得炕更好撥的效嶼果。亮Mi太cr揚(yáng)os疫of急t威公司峰的扛in歪t(yī)e君ll贈ig窯en抬t絕st友re湯am感in荷g侍也可涂以達(dá)錦到同雜樣的淺效果恢。要堆達(dá)到脹自適縣應(yīng)帶均寬的扔目的灣，還輛需要披多比至特編嘆碼（籃多層理編碼胃）技市術(shù)支構(gòu)持。拌緩沖毫區(qū)初浮始化質(zhì)。嗓Re幼al態(tài)Pl周ay遮er災(zāi)需要挪初始披化播示放器量緩沖亭區(qū)，啞消除鍋媒體證服務(wù)皇器與尺播放斗器之供間的脖網(wǎng)絡(luò)摩延遲恢帶來余的負(fù)香面影鋸響。來設(shè)置彈大的費(fèi)緩沖弊區(qū)可鳳以容寨忍更狗大的半網(wǎng)絡(luò)迫延遲游，同判時也謎增加幫了播聲放延尸遲，目因此題緩沖云區(qū)并抵不是箱越大慈越好壯。響d蜜）秀再緩糊沖。憑當(dāng)網(wǎng)津絡(luò)條編件惡腔化時每，盼Re斜al跪Pl致ay校er慎有可歷能耗糠盡緩告沖區(qū)往內(nèi)的眾媒體競數(shù)據(jù)腎。這繁時播賤放器認(rèn)不得點(diǎn)不停義止播熄放（悉沒有狐數(shù)據(jù)杯），模等待膚新的事數(shù)據(jù)眉填充三緩沖恐區(qū)。諒2牙．爭2熟性能稿測量朋指標(biāo)拋快根據(jù)寨以上樹分析遍，本山文提拌出了俊面向濃應(yīng)用電層的灘測量似指標(biāo)此：微緩沖榆時間顏。聰從流任媒體沙數(shù)據(jù)違到達(dá)霧播放怖器到保開始獨(dú)播放起的時臟間。洗這個抹時間丸與緩鑼沖區(qū)霧大小肝、網(wǎng)號絡(luò)環(huán)圖境有趟關(guān)。四緩沖付時間辰可以俗衡量敵媒體莊流數(shù)夫據(jù)傳養(yǎng)輸?shù)脑┭舆t令和延趴遲抖嘆動等溪性能百，對槐流媒農(nóng)體播胞放的漸性能熟有直匆接影誦響。決播放博速率張?？坝蓭瑪n率、逼畫面沈分辨枕率、攔色彩遵深度網(wǎng)、編民碼方傘式等檔諸多群因素柄決定知，是傲直接瑞影響縱性能疲的重映要因矮素。猛由于暈自適喘應(yīng)帶揉寬技猜術(shù)的偶存在驗(yàn)，播綿放速掛率還拔受到杰網(wǎng)絡(luò)杜環(huán)境不的影巷響。耕再緩潔沖次毛數(shù)和訂時間蔑。餃在播剖放過義程中層，緩啞沖區(qū)隔中的示媒體祖數(shù)據(jù)獄耗盡你，流凍媒體深數(shù)據(jù)議不能幫達(dá)到童播放答的要渡求，炭需要螺重新挎進(jìn)行徑緩沖虜。再最緩沖弟的時壽間和殺次數(shù)烘可以扣描述警流媒策體在震播放草過程病中的音質(zhì)量程，客攔觀來軌講，稀這是梯影響章流媒窗體性撇能最搬重要姥的指損標(biāo)。濤幀率集。追人的繁眼睛魚由于淘生理今原因廉會產(chǎn)醬生視矮覺停扛留，酒電影裂膠片絕就是惰利用網(wǎng)這個免原理障。但營是當(dāng)喂每個尺畫面揮停留改時間菌過長各時，腥眼睛怖就會憑覺察順到不拘是連默續(xù)的擾情景情，這鄭就意剃味著追用戶婚看到沈的是暢一個帖個畫昏面，瘦導(dǎo)致顆媒體飄的質(zhì)凱量下杯降。低3外流媒容體性弓能測億量沫3劃．吐1萌實(shí)驗(yàn)勢平臺醫(yī)以上欣討論診的均染是能右夠反寒映流捏媒體濟(jì)性能欣的應(yīng)跨用層箭指標(biāo)餃。本揪文通誕過改傻變傳殘輸過拖程中齒的網(wǎng)你絡(luò)環(huán)輛境來廁研究貧能否增使用牢這些扯指標(biāo)驕評估辱流媒齡體性校能。及媒體藍(lán)播放閱器位賊于應(yīng)晉用層剩，因熟此本曬文的幫應(yīng)用碎層測麗量主簽要是嘩從這仆些應(yīng)明用程炭序中默提取何流媒族體的稍性能室特征伸。實(shí)杜驗(yàn)采爺用虧Re勻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