高技術(shù)視頻測(cè)試方法走向成熟

2019-11-04 11:13:39

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供稿：網(wǎng)友

　　目前，傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商競(jìng)相為商業(yè)和居民用戶(hù)提供多種業(yè)務(wù)。而提供高質(zhì)量語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的要害是具備測(cè)試網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層面的能力。這種能力不僅在鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)非常重要，而且在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)之后也具有重要意義。它能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行例行監(jiān)控，保證運(yùn)營(yíng)商能夠在用戶(hù)怨聲載道之前發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

　　事實(shí)證實(shí)，在多業(yè)務(wù)提供和監(jiān)控過(guò)程中，最困難、最復(fù)雜的部分就是視頻業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)提供商可能對(duì)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的各個(gè)方面都非常熟悉，然而當(dāng)涉及諸如高清楚度電視（HDTV）以及視頻點(diǎn)播（VoD）等高性能業(yè)務(wù)時(shí)，所有的工作將變得異常復(fù)雜。

　　有線(xiàn)電視提供商已經(jīng)開(kāi)始采用光纖、DWDM以及吉比特以太網(wǎng)（GbE）來(lái)承載業(yè)務(wù)。實(shí)際上，他們非常樂(lè)于采用光纖網(wǎng)絡(luò)，從而以較低的成本傳輸高質(zhì)量的VoD業(yè)務(wù)。這種方案能夠減少區(qū)域服務(wù)器的數(shù)量，同時(shí)又能將視頻信號(hào)高速傳送至有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣和用戶(hù)駐地。然而，對(duì)于有線(xiàn)電視和傳統(tǒng)電話(huà)業(yè)務(wù)提供商而言，在光路和GbE上傳送MPEG視頻信號(hào)將帶來(lái)一系列的潛在問(wèn)題。

　　現(xiàn)有的測(cè)試方法僅能對(duì)ip分組能否在一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地進(jìn)行測(cè)試，但是在VoD系統(tǒng)中，技術(shù)人員更加關(guān)心在每個(gè)分組中包含了哪些內(nèi)容，因此必須在MPEG層進(jìn)行測(cè)試。在網(wǎng)絡(luò)中，視頻數(shù)據(jù)將穿越多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層和通路，并被它們處理。只有在每個(gè)層次都進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試才能保證視頻業(yè)務(wù)正確地到達(dá)目的地。

　　協(xié)議分析

　　用于傳送高端視頻業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)通常包含多層結(jié)構(gòu)。光纖位于最底層，它采用了DWDM技術(shù)將多個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)。其中所有波長(zhǎng)或信道都采用GbE作為傳輸協(xié)議。圖1展示了用于VoD業(yè)務(wù)的從局端到用戶(hù)前端機(jī)房之間的典型GbE傳輸格局。以太網(wǎng)幀被重組為IP流，之后又被提交到用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)（UDP）端口。每個(gè)UDP端口包含一個(gè)MPEG-2傳輸層數(shù)據(jù)流，它通常能夠支持16個(gè)MPEG進(jìn)程。每個(gè)底層協(xié)議棧都可能引發(fā)視頻和MPEG業(yè)務(wù)故障，因此為了應(yīng)對(duì)任何潛在的各層網(wǎng)絡(luò)故障，業(yè)務(wù)提供商必須具備治理復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)的能力。

　　很多電話(huà)公司和有線(xiàn)電視運(yùn)營(yíng)商對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的物理層測(cè)試具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。他們使用光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）等測(cè)試設(shè)備對(duì)光纖及其色散進(jìn)行檢測(cè)。他們也經(jīng)常使用光譜分析儀（OSA）來(lái)檢測(cè)DWDM信號(hào)，采用其他非凡設(shè)備分析GbE層、IP層，甚至UDP層統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。但是在實(shí)際的完整解決方案中，還需要具備另一種功能：?jiǎn)蝹€(gè)MPEG流的測(cè)試。

　　實(shí)際的視頻傳輸系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)當(dāng)包含GbE幀解析和MPEG內(nèi)容分析。一個(gè)完整的視頻測(cè)試方案需要對(duì)光纖進(jìn)行測(cè)試以確定其損耗和色散，需要對(duì)GbE層進(jìn)行測(cè)試以獲得吞吐量和時(shí)延等性能參數(shù)，需要對(duì)視頻的實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試以確保它準(zhǔn)時(shí)、無(wú)誤地到達(dá)目的地。

　　例如，在MPEG層中重要的測(cè)試內(nèi)容之一是程序時(shí)鐘參考（PCR）定時(shí)。與之相關(guān)的就是PCR抖動(dòng)問(wèn)題。由于維護(hù)新型視頻網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)人員大多對(duì)SONET比較熟悉，而對(duì)MPEG缺乏了解，因此可能對(duì)PCR抖動(dòng)這一概念形成誤解。SONET抖動(dòng)指時(shí)鐘的變化，而MPEG定義的PCR抖動(dòng)是指分組到達(dá)時(shí)間的間隔的變化。由于IP分組在傳輸時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格的定時(shí)限制，因此GbE方案加劇了MPEG層的PCR抖動(dòng)問(wèn)題。

　　與明顯的視頻和音頻同步問(wèn)題不同，很多視頻問(wèn)題非常細(xì)微。在協(xié)議分析過(guò)程中，這些問(wèn)題并不能直觀地表現(xiàn)出來(lái)，所以不易被發(fā)現(xiàn)。在MPEG和數(shù)字電視系統(tǒng)中，假如不采用非凡的測(cè)試設(shè)備，很難判定系統(tǒng)是否工作正常。因此在系統(tǒng)中集成測(cè)試設(shè)備，并對(duì)MPEG視頻進(jìn)行不斷監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在就顯得非常重要了。

　　測(cè)試方案

　　除非采用MPEG分析儀，否則MPEG定時(shí)問(wèn)題很難被發(fā)現(xiàn)。尤其是問(wèn)題可能發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)中任何沒(méi)有例行測(cè)試的位置，因此業(yè)務(wù)提供商必須對(duì)MPEG層進(jìn)行監(jiān)控和例行測(cè)試。

　　視頻業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中具有許多非凡的屬性，因此多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的視頻測(cè)試也與眾不同。例如，在單純的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，技術(shù)人員只需要關(guān)注分組是否到達(dá)以及是否被處理即可，無(wú)需了解分組時(shí)延和分組到達(dá)的持續(xù)性。而在視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)中，可以容許一定的分組丟失率，但是對(duì)分組的實(shí)際接收速率有著非常嚴(yán)格的限制，分組必須以恒定速率到達(dá)。假如分組到達(dá)的突發(fā)性很強(qiáng)，那么接收機(jī)就必須具有很大的緩沖區(qū)來(lái)調(diào)整時(shí)延，并把分組重新調(diào)整為恒定速率的流。MPEG屬于單向業(yè)務(wù)，因此在接收設(shè)備中集成廉價(jià)的緩存器從而獲得恒定的接收速率對(duì)獲得高質(zhì)量視頻具有至關(guān)重要的意義。

　　目前已經(jīng)有從光纖到GbE的多種測(cè)試模塊，可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。技術(shù)人員可以將OTDR模塊插入網(wǎng)元中對(duì)光纖進(jìn)行測(cè)試，可以采用OSA模塊對(duì)DWDM信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，可以采用色散測(cè)量模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的色散進(jìn)行測(cè)量，還可以采用GbE模塊對(duì)丟幀率、時(shí)延以及吞吐量進(jìn)行測(cè)試。

　　隨著MPEG視頻測(cè)試需求的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中的GbE測(cè)試設(shè)備必須進(jìn)行升級(jí)，將MPEG業(yè)務(wù)測(cè)試包含在內(nèi)。這樣，技術(shù)人員不僅能夠測(cè)試特定交換機(jī)或端口的GbE幀，而且能夠把特定的MPEG流過(guò)濾出來(lái)，將它們送入MPEG測(cè)試軟件中加以分析。

　　現(xiàn)在，技術(shù)人員能夠在用戶(hù)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之前快速判定MPEG故障。在各個(gè)測(cè)試點(diǎn)使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方案，他們能夠自下而上地對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)，確定網(wǎng)絡(luò)中任意層面的故障位置，并查明各種故障原因：衰減、色散、特定波長(zhǎng)的漂移、非線(xiàn)性問(wèn)題，以及其他可能的多種故障。分布在信號(hào)沿線(xiàn)的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的MPEG監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠跟蹤到發(fā)生視頻信號(hào)故障的源頭。

　　總而言之，GbE或VoD網(wǎng)絡(luò)中的MPEG測(cè)試能夠幫助多業(yè)務(wù)提供商為用戶(hù)提供不間斷的高質(zhì)量視頻業(yè)務(wù)。為了滿(mǎn)足人們對(duì)更高質(zhì)量和性能的需求，更加復(fù)雜的視頻業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)。因此，從物理層到MPEG流，具備各個(gè)層面的測(cè)試能力是非常重要的。

感謝NetTest公司的Larry Crossett、Triveni公司的Rich Kaye和Dinkar Bhat的幫助。
Aaron Deragon：NetTest公司產(chǎn)品治理經(jīng)理
Rich Chernock：Triveni Digital公司技術(shù)部高級(jí)職員
陳利兵：北京郵電大學(xué)光通信與光波技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
　　譯自《Lightwave》2005年2月29頁(yè)《High-tech video testing methods come of age》

高技術(shù)視頻測(cè)試方法走向成熟（圖一）

　　吉比特以太網(wǎng)（GbE）技術(shù)的進(jìn)步使之能夠承載視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)。從局端（有線(xiàn)電視頭端）到每個(gè)用戶(hù)前端機(jī)房，MPEG2業(yè)務(wù)在GbE網(wǎng)絡(luò)里面分別穿越了用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議層、IP層、WDM或DWDM層。

高技術(shù)視頻測(cè)試方法走向成熟（圖二）