IPTV培训教材-FCCFECRETSQM

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHuawei Confidential IPTVIPTV培训教材培训教材 FCC FEC/RET SQM FCC FEC/RET SQM目录目录快速频道切换（快速频道切换（Fast Channel Change） 前向纠错和丢包重传（前向纠错和丢包重传（FEC/RET）视频质量监控（视频质量监控（SQM）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 3STBSTB解码时间解码时间I I 帧到达时间帧到达时间STBSTB预处理时间，例预处理时间，例如缓存等如缓存等IGMPIGMP

2、处理时间处理时间u频道切换时间主要由IGMP处理时间、STB处理时间、I帧到达时间、STB解码时间组成；uGoP长度越长压缩率越高，频道切换时间越长，但带宽需求也越小；标清频道标清频道GoPGoP时时间在间在0.5-20.5-2秒左右，高清频道秒左右，高清频道GoPGoP时间在时间在0.5-50.5-5秒左右；秒左右；uI帧到达时间基本上占据了50%以上的整体频道切换时间；IBBBBBBPPGoP size影响频道切换时间的关键因素影响频道切换时间的关键因素I总频道切换时间HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 4STBSTB

3、解码时间解码时间I I 帧到达时间帧到达时间STBSTB预处理时间，例预处理时间，例如缓存等如缓存等IGMPIGMP处理时间处理时间u使用IGMP快速加入，优化STB处理时间等手段，频道切换时间从3秒，降低到12秒左右；u华为IPTV解决方案基于传统组播技术，频道切换时间在频道切换时间在1.51.5秒左右，属于业界领先水平；秒左右，属于业界领先水平；u基于传统组播技术进行优化，只进行软件优化，不需要增加额外设备；不需要增加额外设备；IBBBBBBPPGoP size频道切换优化频道切换优化基于传统组播技术基于传统组播技术IGoP size优化前：切换时间 3秒左右传统优化方案：切换时间1-2秒

4、左右HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 5STBSTB解码时间解码时间I I 帧到达时间帧到达时间STBSTB预处理时间，例预处理时间，例如缓存等如缓存等IGMPIGMP处理时间处理时间u采用FCC方案可以进一步压缩频道切换时间，一般在一般在0.5-10.5-1秒左右；秒左右；u采用FCC方案，需要在增加FCC服务器；u由于在频道切换过程中，同时存在单播和组播流，因此瞬间带宽（510秒）会增加。我司采用专利我司采用专利技术保证只需增加技术保证只需增加3030带宽，就可以实现带宽，就可以实现FCCFCC功能；功能；IBBBB

5、BBPPGoP size频道切换优化频道切换优化基于快速频道切换（基于快速频道切换（FCC）技术）技术IGoP sizeGoP size优化前：切换时间 3秒左右传统优化方案：切换时间1-2秒左右FCC方案：切换时间1秒以内HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 6快速频道切换实现原理快速频道切换实现原理IBBIBIBBBBPPBBBBP等待频道2的I帧到达频道频道2被缓存的帧以加速单被缓存的帧以加速单播的形式快速推送给机顶盒播的形式快速推送给机顶盒频道2的组播流被缓存的帧组播帧BIB用户切换频道用户切换频道BBIPBBPBB

6、BIBIBBP频道1的组播流频道2的组播流PBBIIIBBBIBIBBP频道频道1频道频道2用户机顶盒收用户机顶盒收到的视频帧到的视频帧频道1的组播流u利用单播辅助组播的方式利用单播辅助组播的方式，缩短频道切换速度；uFCC服务器缓存直播流，并直接向直接向STBSTB推送推送I I帧帧，确保STB快速显示图象，缩短频道切换时间；HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 7关键设备介绍和性能指标关键设备介绍和性能指标功能直播流整型，RTP封装直播转组播、组播地址变换FEC冗余包加入uMRF (Media Relay Functio

7、nality), MRF (Media Relay Functionality), 直播转发服务器直播转发服务器性能每单板支持400M直播流处理能力（200路2M标清频道)部署建议部署在中心机房ATAE单板SUSE LinuxVCS双机方案功能直播流缓存直播流解析，快速频道切换直播ARQuFCC (Fast Channel Change), FCC (Fast Channel Change), 快速频道切换服务器快速频道切换服务器性能每单板支持400M直播缓存能力（200路2M标清频道)每单播支持4.8G FCC流输出部署建议支持集中或者分级部署ATAE单板SUSE LinuxRRU统一调度，

8、应用层负载u直播转发服务器在支持直播流整形的同时，还可以同时作为FEC服务器；u快速频道切换服务器在支持FCC同时，还可以同时作为直播RET服务器；HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 8快速频道切换方案传统组播方案快速频道切换部署方案快速频道切换部署方案承载网承载网1向承载网中注入直播频道2STB直播源直播源12STB接受组播，观看直播频道承载网承载网STB直播源直播源13241向直播转发器发送直播频道2直播转发器完成RTP封装后，将频道注入承载网MRFFCC3频道切换时，STB向FCC服务器发起单播请求4完成频道切换后，

9、STB恢复组播u快速频道切换，需要增加直播转发服务器（直播转发服务器（MDFMDF）和快速频道切换服务器（快速频道切换服务器（FCCFCC）；uFCCFCC用户接入带宽必须满足用户接入带宽必须满足30%30%的突发带宽要求，的突发带宽要求，否则无法使用FCC功能；u我司我司FCCFCC方案处于业界领先，频道切换时间短，频道切换突发带宽要求低；方案处于业界领先，频道切换时间短，频道切换突发带宽要求低；HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 9快速频道切换信令流程快速频道切换信令流程1. IGMP 离开3. 加速单播 GoP (主

10、要是I帧) 2. 频道切换请求预处理过程预处理过程直播源STBSTB承载网设备FCCMRF整型/RTP封装 接收组播频道，观看接收组播，缓存频道向承载网注入组播频道接收组播频道频道切换过频道切换过程程4. IGMP 加入5. 接收组播流u在频道切换过程中，1（IGMP离开）和 2（频道切换请求）同时触发； 目录目录快速频道切换（快速频道切换（Fast Channel Change） 前向纠错和丢包重传（前向纠错和丢包重传（FEC/RET）视频质量监控（视频质量监控（SQM）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 11IP网络和

11、网络和TV业务的矛盾业务的矛盾uIP网络是无连接网络，不可靠是IP网络的必然；而TV业务要求必须流畅，图像质量越高越好。因此在IP网络上开TV业务，要求TV业务系统和IP网络之间必须互相适应和迁就。uIP网络存在丢包、抖动、时延丢包、抖动、时延三种常见损伤。发生网络损伤，TV业务必然受影响。MPEG2 为例， 丢失一个IP 包就丢了6个MPEG2 帧.HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 12参考：参考：IP网络常见损伤介绍网络常见损伤介绍u网络传输特性往往归纳为三个指标：丢包，抖动和延迟； u丢包u丢包对视频播放质量有直接

12、的影响。试验表明，无论视频丢包的类型（I，B，P帧），在没有适当的视频解码补偿或者丢包重传机制下，视频播放质量都会出现不同程度的下降。u抖动u抖动产生有多种原因：网络设备性能变化，网络线路出现拥挤，网络设备性能变化都可以导致视频流的抖动变化。观测视频流的抖动变化可以提前发现视频传输质量恶化的趋势。u延迟u在视频传输应用中，恒定延迟表现为视频观看时间的推迟。为了避免网络抖动而产生视频播放效果恶化，网络节点和视频解码器往往需要对视频流进行缓冲。实验数据表明，视频播放延迟不影响视频观看的质量。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page

13、13IPTV业务对网络的要求业务对网络的要求Network performance indexDefault valueQoS classClass 0Class 1 (interactive)Class 2 (not interactive)Class 3 (class U)Maximum network delayNot specified150 ms400 ms1sUMaximum delay jitterNot specified50 ms50 ms1sUMaximum packet loss ratioNot specified1/10001/10001/1000UMaximum e

14、rror packet bit1/10000DefaultDefaultDefaultDefaultu以上指标是ITU-T 在Y.1541规范中对网络质量的定义。其中CLASS I是TV业务的基本要求；u从指标上看TV业务对网络质量要求很高；尤其是丢包的指标，大多数网络都无法保证100时间内，丢标小于1/1000； u因此，为了保证IPTV业务质量，在优化和提升IP网络质量的同时；IPTV业务系统也必须引入质量保证手段；HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 14IPTV视频质量保证手段视频质量保证手段丢包是网络对丢包是网络对

15、TVTV业务影响最大的因素业务影响最大的因素解决思解决思路路引入技术引入技术简要原理简要原理华为算法华为算法冗余纠错冗余纠错FECFEC在视频流中插入冗余包，实现在视频流中插入冗余包，实现在一定丢包情况下，终端可以在一定丢包情况下，终端可以根据冗余包自动恢复根据冗余包自动恢复标准算法：标准算法：RFC RFC 5510: Reed-5510: Reed-SolomonSolomon丢包重传丢包重传RETRET服务器缓冲视频流数据，终端服务器缓冲视频流数据，终端检测到丢包，向服务器二次请检测到丢包，向服务器二次请求丢失数据求丢失数据基于标准流媒体协基于标准流媒体协议实现，业界无标议实现，业界无标

16、准算法准算法 FEC: Forward error correct,是在业务保障领是在业务保障领域常见思路；域常见思路；RET: re-transmission顾名思义丢包重传；顾名思义丢包重传；RFC是是IETF (Internet Engineering Task Force )发布的非强制性，发布的非强制性，在在IP领域应用最广领域应用最广HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 15FEC/RET的理论前提的理论前提RTP封装封装Sequence Number Sequence Number (16 bits) (16

17、bits) 用来检测丢包情况，并可根据用来检测丢包情况，并可根据sequence numbersequence number确定丢包身份确定丢包身份. . Timestamp Timestamp (32 bits). (32 bits). 用来检测时延和抖动用来检测时延和抖动每个每个RTPRTP包的包的Sequence numberSequence number按按照照RTPRTP包封装次序顺序加包封装次序顺序加1 1，所以，所以RTPRTP流中每一个流中每一个RTPRTP的报文都可以根据的报文都可以根据Sequence numberSequence number的数值进行定位的数值进行定位R

18、TPRTPRTPRTP11121314RTP 封装包头格式封装包头格式RTP流FEC/RETFEC/RET目的是解决网络丢包，那么应用层为什么能够准确判断出丢失了哪个报文，目的是解决网络丢包，那么应用层为什么能够准确判断出丢失了哪个报文，并恢复相应报文并恢复相应报文原因是视频流通过原因是视频流通过RTPRTP封装后，封装后，RTPRTP报文中的序列号属性可以提报文中的序列号属性可以提供相应信息。供相应信息。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 16FEC原理详细介绍原理详细介绍发送方将要发送的数据分割为k个原始块；根据某种编

19、码算法对其编码，生成（nk）个编码数据块一定丢失机率的信道上传输；接收方接收到m (n= m ）个数据块； （m=k，才可能译码)通过相应的译码算法恢复k个原始数据块。 FECFEC的理论基础的理论基础承载网承载网STB直播源直播源121向MRF（直播转发器）发送直播频道2直播转发器加入冗余包(5/6)3STB接收组播，由于网络问题，丢失个别报文4STB利用冗余包恢复丢失报文1 2 3 41 2 3 4 5 61 24 5 63MRF华为华为FECFEC方案方案RTPRTP4 441 2 3 45STB利用完整报文展示视频HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei

20、Confidential Page 17RET的理论基础的理论基础流媒体系统是一个时延和带宽均受限的系统，而重传技术则是希望在时间、带宽以及效率流媒体系统是一个时延和带宽均受限的系统，而重传技术则是希望在时间、带宽以及效率之间寻求一个平衡之间寻求一个平衡RETRET的重要前提就是的重要前提就是STBSTB收到报文后，在展示之前有一定的缓冲时间，在这个时间内，可以收到报文后，在展示之前有一定的缓冲时间，在这个时间内，可以发现丢失报文，完成重传，避免丢包对视频质量的影响发现丢失报文，完成重传，避免丢包对视频质量的影响RETRET的理论基础的理论基础Playoutpoint Loss checkpo

21、int EncoderSTBARQ ServerSending rate l lFeedbacknetworkReceiving rate l l PlayoutRate m mSelective ARQHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 18华为华为RET方案方案承载网承载网STB直播源直播源1271 2 3 41 2 3 41 244MRFRET33561 2 3 41向MRF（直播转发器）发送直播频道234567MRF 服务器完成RTP封装，将直播流注入承载网RTPRET服务器接收组播流，缓存一定时间的视频报文STB

22、加入组播，接收相应组播流STB检测出有丢包发生STB向RET服务器发起请求，请求重传丢失报文STB利用完整报文展示视频备注：在实际部署中备注：在实际部署中, ,直播直播RETRET服务器一般和服务器一般和FCCFCC服务器合设，点播服务器合设，点播ARQARQ服务器一般和服务器一般和HMUHMU合设合设HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 19如何提升对网络损伤的容忍度如何提升对网络损伤的容忍度华为华为“FEC+RET”的组合保障方案的组合保障方案优化三（选择性重传和丢包）：在网络情况较差时，实现选择性重传的选择性丢包选择性

23、重传：由于用于RET的重传带宽有限，因此在丢包较多时无法将所有丢失的包重传到终端。此时使用选择性重传技术，仅重传重要的包到终端。选择性丢包：严重丢包时，如果某些包到达解码播放时间仍然未重传成功，且这些包交给解码器解码反而不如整帧丢弃，此时由终端判断丢弃整个帧。优化二（优化二（RET）：通过终端和服务器进行交互，对丢包实现重传）：通过终端和服务器进行交互，对丢包实现重传媒体服务器STB经过网络传输后出现了严重丢包，将导致视频质量严重下降优化一（优化一（FEC）：源端发送）：源端发送FEC纠错包，终端通过纠错包，终端通过FEC冗余纠错包和原始包进行计算，对丢包进行恢复冗余纠错包和原始包进行计算，对

24、丢包进行恢复优化四（动态码率适配）：终端发现当前可用带宽下降后，向服务器请求低码率的片源；终端发现当前可用带宽提升优化四（动态码率适配）：终端发现当前可用带宽下降后，向服务器请求低码率的片源；终端发现当前可用带宽提升后，向服务器请求高码率的片源。后，向服务器请求高码率的片源。目录目录快速频道切换（快速频道切换（Fast Channel Change） 前向纠错和丢包重传（前向纠错和丢包重传（FEC/RET）视频质量监控（视频质量监控（SQM）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 21为什么有为什么有SQMIPTVIPTV业务

25、，不仅仅能够通过主观评估质量，还能够通过客观评估质量业务，不仅仅能够通过主观评估质量，还能够通过客观评估质量ITUTITUT对于对于IPTVIPTV业务质量的定义框架如下：业务质量的定义框架如下：其中通过测试工具和指标，也就是客观评估质量的方法，就是其中通过测试工具和指标，也就是客观评估质量的方法，就是SQMSQM的理论基础的理论基础因为因为IPIP网络节点多，范围广，主观监控方法只适合监控内容源质量，不适合监控网络节点多，范围广，主观监控方法只适合监控内容源质量，不适合监控网络质量网络质量IPTV QOE测试工具及指标人眼视觉系统和体验感受客观评估质量主观评估质量综上所述，一种通过测量客观指

26、标，可以反映是否因为网络问题，造成了视频体验综上所述，一种通过测量客观指标，可以反映是否因为网络问题，造成了视频体验下降的监控手段应运而生下降的监控手段应运而生SQMSQMHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 22参考：参考：SQM系统需要分析的客观系统需要分析的客观QOE指标指标内容质量和业务控制质量主要指直播频道、时移节目、VOD节目、图片、文字等内容的品质和业务控制的性能指标。例如对于直播频道质量，需要采集和分析媒体编码参数、分辨率参数等；对于业务控制质量，需要采集HTTP和RTSP请求的响应速度、页面数据呈现完整度、

27、组播加入/退出的时延等。流媒体质量主要指流媒体传输层的性能指标，以采用MPEG2 TS协议传输IPTV节目为例，DVB系统测试标准TR 101-290根据各参数对质量影响的程度不同，定义了3个级别，每个级别分别对应一组质量参数，这些参数同样可供采用MPEG2 TS协议的IPTV系统参考，例如需要采集第一级别中的同步错误字段（sync loss）、包识别丢失（PID missing），第二级别中的数据传输错误（transport error）、节目参考时钟抖动错误（PCR，jitter error）等参数。如果采用RTSP作为VOD节目的流控制协议，则要采集RTSP信令参数。网络传输层质量主要指

28、网络传输层相关协议的性能指标，包括TCP/UDP的重传次数，在采用了RTP的情况下，需要监测RTP丢包率、RTP抖动等。网络层质量主要指传统IP网络层的性能指标，根据ITU-T Y.15403建议，主要为IP丢包率、IP包时延、IP包抖动及其相关参数。链路层质量根据不同的链路层类型，需要采集不同的性能指标。由于这个层次的质量保障是面向全业务而不仅仅是IPTV业务，本文不做详述。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 23华为华为SQM系统系统指标监控能力指标监控能力监控手段监控手段监控指标监控指标反映问题反映问题客户影响客户影

29、响视频监控能力DF/MLR反映网络传输质量，是否存在网络拥塞和丢包造成视频画面花屏造成视频画面花屏IGMP (Join /Leave) latency , IGMP Zap Time analysis反映组播频道切换速度反映切换时间反映切换时间RTSP analysis（VOD join latency）反映VOD单播播放速度反映反映VODVOD单播播放速度单播播放速度VMOS(帧)、VMOS(GOP)用户播放的综合质量原始内容质量差、画面原始内容质量差、画面模糊、花屏、停顿、黑模糊、花屏、停顿、黑屏屏RTP Jitter、packet loss反映网络传输质量，是否存在网络拥塞和丢包造成视频

30、画面花屏造成视频画面花屏TR 101-290TS层封装是否有问题黑屏、花屏、音视频不黑屏、花屏、音视频不同步同步EPG监控能力EPG Response TimeEPG展示速度EPGEPG展示速度展示速度HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 24编码器转码器核心VOD服务器边缘VOD服务器IP核心网IP接入网家庭网关STB内容提供商内容提供商业务运营商业务运营商网络提供商网络提供商本地业务运营商本地业务运营商家庭用户家庭用户监控点1监控点1监控点3监控点2监控点1监控点1监控点2监控点3监控点4监控点4监控点5监控点4域域A

31、A域域B B域域CC域域D DSQMSQM业务质量监测平业务质量监测平台台从整个系统的架构可以看出，从整个系统的架构可以看出，SQMSQM系统基本覆盖了系统基本覆盖了IPTVIPTV端到端各个环节，所采集的参数能够帮助完成质量端到端各个环节，所采集的参数能够帮助完成质量模型客观模型客观QoEQoE各个层面的分析，能够协助各个层面的分析，能够协助IPTVIPTV平台及网络运维部门监控网络运行中的质量状态，从而帮助平台及网络运维部门监控网络运行中的质量状态，从而帮助定位故障和解决问题。定位故障和解决问题。SQM系统监测点系统监测点HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawe

32、i Confidential Page 25SQM系统监测模式系统监测模式编码器转码器核心VOD服务器边缘VOD服务器IP核心网IP接入网家庭网关STB内容提供商内容提供商业务运营商业务运营商网络提供商网络提供商本地业务运营商本地业务运营商家庭用户家庭用户监控点1监控点1监控点3监控点2监控点1监控点1监控点2监控点3监控点4监控点4监控点5监控点4SQMSQM业务质量监测平业务质量监测平台台仿真模式（又称主动模式）仿真模式（又称主动模式）仿真用户的IPTV业务VOD、BTV的基本业务流程，能够通过预定义的条件，自动进行相关的测试，记录并形成业务质量参数记录文件，上传给监测管理平台所有的性能参

33、数。该模式可以部署在监控点4的位置。监测模式（又称被动模式）监测模式（又称被动模式）通过数据镜像或备份的方式获得用户业务数据，分析质量参数，并记录和上传给监测管理平台所有参数。该模式可部署在监控点1、3、4。机顶盒内嵌模式（扩展支持服务器内嵌模式）机顶盒内嵌模式（扩展支持服务器内嵌模式）在机顶盒内部嵌入测试客户端软件，能够将机顶盒运行中的业务质量参数记录并上传到监测管理平台。在图3中，该模式可以部署在监控点2、5的位置。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 26SQM系统监测模式系统监测模式编码器转码器核心VOD服务器边缘V

34、OD服务器IP核心网IP接入网家庭网关STB内容提供商内容提供商业务运营商业务运营商网络提供商网络提供商本地业务运营商本地业务运营商家庭用户家庭用户监控点1监控点1监控点3监控点2监控点1监控点1监控点2监控点3监控点4监控点4监控点5监控点4SQMSQM业务质量监测平业务质量监测平台台仿真模式（又称主动模式）仿真模式（又称主动模式）仿真用户的IPTV业务VOD、BTV的基本业务流程，能够通过预定义的条件，自动进行相关的测试，记录并形成业务质量参数记录文件，上传给监测管理平台所有的性能参数。该模式可以部署在监控点4的位置。监测模式（又称被动模式）监测模式（又称被动模式）通过数据镜像或备份的方式

35、获得用户业务数据，分析质量参数，并记录和上传给监测管理平台所有参数。该模式可部署在监控点1、3、4。机顶盒内嵌模式（扩展支持服务器内嵌模式）机顶盒内嵌模式（扩展支持服务器内嵌模式）在机顶盒内部嵌入测试客户端软件，能够将机顶盒运行中的业务质量参数记录并上传到监测管理平台。在图3中，该模式可以部署在监控点2、5的位置。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 27IPTV SQM系统是如何部署的？系统是如何部署的？9303骨干网骨干网PEPE省中心省中心城域网城域网PECRSSR边缘节点边缘节点9303区域中心区域中心PENE40ENE40EEncoderEncoder城域网城域网CRSSR边缘节点边缘节点93039303区域中心区域中心媒体服务器93069306媒体服务器媒体服务器媒体服务器媒体服务器DSLAMSTB中心部署MQMC视频质量监控中心，管理员可在MQMC上进行问题的分责和定位在中心节点和网络边界的出口路由器处部署