面向應用層的流媒體性能測量指標摘要介紹了一種從流媒體接收者的角度對流媒體性能進行測量的方法，提出了相應的應用層評價指標。利用已有的商業化流媒體服務軟件，通過改變網絡環境在不同的條件下對指標進行測量，最后通過實驗數據來驗證這些指標的有效性。引言流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續媒體，如音頻、視頻、動畫或其他多媒體文件。它的內容可以是預先經過編碼處理、存放在一個或多個服務器上的媒體文件，也可以是實時的音/視頻媒體。傳統的Internet應用需要可靠的數據傳輸，對延遲和抖動不是很敏感，但是在流媒體應用中情況則完全不同。流媒體應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協議為核心的互聯網上提供流媒體服務時，流媒體的性能經常隨著網絡和時間的變化而變化，不能滿足用戶的需求。為此，除了采用一些內部機制保證業務質量外，還需要從外部對流媒體業務性能進行測量，了解流媒體應用的瓶頸，從而提高性能。同時，為了推動流媒體新的網絡協議的設計和開發，必須有一套能夠衡量媒體接收端的媒體質量標準。早些時候，研究者也提出過各自的媒體性能衡量指標，有些是基于傳輸層的，通過測量傳輸層的參數進行媒體性能評估；有些關注于接收者觀看時的生理反應或者需要人為參與。實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雜，而且結果也易受主觀因素的影響。本文引入了一套面向應用層的流媒體性能衡量指標，測量方法相對簡單，并且能夠直觀反映流媒體的接收質量。最后在RealNetworks公司的流媒體系統中，通過改變網絡環境來驗證這些指標的有效性。1相關工作1.1主觀評價國際電信聯盟（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行統計，得出平均分作為評價結果。MOS為接收媒體質量提供了定量指標，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標準定義了兩種主觀的評價方法，即雙刺激連續質量分級法（DSCQS）和單刺激連續質量評價方法（SSCQE），不過這些方法已經被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量進行客觀評估，并給出客觀評價分。近幾年，隨著人們對人眼視覺系統研究的深入，客觀測量的方法和工具不斷被開發出來，其測量結果也與主觀評價較吻合。國際上成立了ITU－R視頻質量專家組（VideoQualityExpertsGroup，VQEG）專門研究和規范圖像質量客觀測量的方法和標準。VQEG規定了兩個簡單的技術參數，即峰值信噪比(PSNR)和均方差(MSE)；此外還有許多圖像質量模型，這些模型在測量圖像質量時都基于人眼視覺特性。一些研究者認為，當發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，而且也不能刻畫應用層的一些關鍵信息，如再緩沖次數、平均緩沖時間、幀率（FPS）等。2應用層媒體性能測量指標2.1媒體播放器的播放原理當前主流的商業流媒體播放產品主要有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給出了以視頻點播和廣播為例考察用戶獲取流媒體服務的典型流程。社接收筆者和劍服務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容屢。監首先迫是用鄙戶瀏球覽器東和蚊We候b磁服務驚器（壇流媒蓮體內路容的爬發布式點）串交互年，以貿獲取晝具體呆的流踐媒體辰內容時定位顆信息中（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，包丸含了蜘具體設的流較媒體廣內容桶的位項置（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用側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源唇文件觸的要邁求安兆排媒朽體流賭，同綱時根垂據媒爬體流牙的衣UR怪L蜓請求泰流媒絮體內砌容傳壞輸。罵2謹．盞2黎流媒丟體播縮放器擾的相蘆關特剛性緣大慚多數賞的媒千體播眾放器挪在播棒放流毒媒體領之前騾，媒儉體數休據先穴要在投接收獻端緩膠沖，襯其主蹦要作久用是裹平滑撤媒體特數據斯傳輸美波動貴，提淺高播嫩放質鉤量。仁緩沖頃區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量求。在金播放愛過程曉中，閣如果鉛緩沖晌的數決據不涉夠甚止至傳欄輸中漲斷，朋播放嘆器會悄進行愈重緩災沖，曠重緩膀沖會答嚴重壟影響稿服務拉質量芒、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季的特名性：墓流技多術。娃Re惜al拜Pl召ay密er纏能夠厲從流擱媒體婚服務五器接餡收流點化的豆媒體科內容啄。這哨期間倦要用瑞到一鵲些相效關的讓傳輸己協議公，如耍RT碎SP由等。削當然立也可黎以選艦擇賊TC半P執、幼UD袖P奶、至HT阻TP否等協立議。底自適中應帶蹈寬。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，通豆過測隨量網木絡的所當前寧狀況命調整廁流媒櫻體的艱比特制率來扇適應填網絡眼，使蜘用戶勢獲得炕更好撥的效嶼果。亮Mi太cr揚os疫of急t威公司峰的扛in歪te君ll贈ig窯en抬t絕st友re湯am感in荷g侍也可涂以達錦到同雜樣的淺效果恢。要堆達到脹自適縣應帶均寬的扔目的灣，還輛需要披多比至特編嘆碼（籃多層理編碼胃）技市術支構持。拌緩沖毫區初浮始化質。嗓Re幼al態Pl周ay遮er災需要挪初始披化播示放器量緩沖亭區，啞消除鍋媒體證服務皇器與尺播放斗器之供間的脖網絡摩延遲恢帶來余的負香面影鋸響。來設置彈大的費緩沖弊區可鳳以容寨忍更狗大的半網絡迫延遲游，同判時也謎增加幫了播聲放延尸遲，目因此題緩沖云區并抵不是箱越大慈越好壯。響d蜜）秀再緩糊沖。憑當網津絡條編件惡腔化時每，盼Re斜al跪Pl致ay校er慎有可歷能耗糠盡緩告沖區往內的眾媒體競數據腎。這繁時播賤放器認不得點不停義止播熄放（悉沒有狐數據杯），模等待膚新的事數據眉填充三緩沖恐區。諒2牙．爭2熟性能稿測量朋指標拋快根據寨以上樹分析遍，本山文提拌出了俊面向濃應用電層的灘測量似指標此：微緩沖榆時間顏。聰從流任媒體沙數據違到達霧播放怖器到保開始獨播放起的時臟間。洗這個抹時間丸與緩鑼沖區霧大小肝、網號絡環圖境有趟關。四緩沖付時間辰可以俗衡量敵媒體莊流數夫據傳養輸的冤延遲令和延趴遲抖嘆動等溪性能百，對槐流媒農體播胞放的漸性能熟有直匆接影誦響。決播放博速率張。堪由幀攏率、逼畫面沈分辨枕率、攔色彩遵深度網、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。猛由于暈自適喘應帶揉寬技猜術的偶存在驗，播綿放速掛率還拔受到杰網絡杜環境不的影巷響。耕再緩潔沖次毛數和訂時間蔑。餃在播剖放過義程中層，緩啞沖區隔中的示媒體祖數據獄耗盡你，流凍媒體深數據議不能幫達到童播放答的要渡求，炭需要螺重新挎進行徑緩沖虜。再最緩沖弟的時壽間和殺次數烘可以扣描述警流媒策體在震播放草過程病中的音質量程，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。濤幀率集。追人的繁眼睛魚由于淘生理今原因廉會產醬生視矮覺停扛留，酒電影裂膠片絕就是惰利用網這個免原理障。但營是當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，瘦導致顆媒體飄的質凱量下杯降。低3外流媒容體性弓能測億量沫3劃．吐1萌實驗勢平臺醫以上欣討論診的均染是能右夠反寒映流捏媒體濟性能欣的應跨用層箭指標餃。本揪文通誕過改傻變傳殘輸過拖程中齒的網你絡環輛境來廁研究貧能否增使用牢這些扯指標驕評估辱流媒齡體性校能。及媒體藍播放閱器位賊于應晉用層剩，因熟此本曬文的幫應用碎層測麗量主簽要是嘩從這仆些應明用程炭序中默提取何流媒族體的稍性能室特征伸。實杜驗采爺用虧Re勻al乏Ne奔tw數or薯ks慢公司占的流查媒體女系統誕，包極括流挖媒體矩服務匹器（乓He戚li山x獲Se桂rv駛er常）、店流媒織體編窮碼器興（州Re信al被Pr擇od恩uc線er仔）、仔流媒句體播乘放器遵（諸Re賄al也Pl薦ay冤er逗）幾跪部分啞，如遞表陵1價所示嬸。宮網絡袋環境玩改變攝是利迷用溝Ni耗st妨Ne擔t伐來實南現的是。淡Ni緊st寧Ne塘t醉是運曾行在福Li景nu范x憑下的唇IP場網絡溪環境壇模擬市工具聽，可秩以把獸一臺彩裝有例Li粒nu吧x們的驚PC斑機作儀為路裕由器劈，從替而達練到改勒變網痛絡環夸境的腔目的訴。愁Ni縣st祥Ne溉t醫能模彼擬包慌括可密調包逢分發點延遲歸、擁凳塞、刮帶寬體限制抬、包竟亂序乞等網蹈絡環唇境，社這些僅都是哈影響斬流媒差體性裂能的甘重要燦參數高。實叨驗中山通過隊改變級網絡屬環境荷來觀咐察應恥用層叔的流懼媒體鏟性能僵改變午。整啟個實損驗系務統的沈結構錫如圖嘉2亂所示閘。亭桶流媒鼠體服畫務器冤安裝跟在園HP舒P飛ro索Li蔬an礦t暗ML月15壽0栽；垂Ni魯st這Ne饒t豬安裝釘在一眼臺普歇通的疑裝有膝Re需d臉Ha傘t宮Li迫nu習x翁的獅PC頁機上扯，內翁核為捏2.諒4.蒸20暖－雞8罷，作標為路哥由器廉，啟土動了抄路由改功能肝；流糞媒體估播放鮮器安辭裝在嘉一臺澇普通撇PC將機上誓，操述作系望統為式Wi過nd射ow僅s津XP辰。利跟用伴Re勝al愉Pr收od由uc壇er廢P唐lu殿s筍編碼魚器對褲一段阿長度悔為疏4尿mi自n1該4盈s感的肥MV廢進行假兩次輕編碼揭作為寄媒體左源，狂一次撤編碼獅是單左一比衡特率竟45妨0盟kb因ps趕編碼顫；一繼次是鐘使用悼了即Su欠re留St懶re捷am白技術剩的多兔比特帥率編有碼，孕分別將為蹄64并、死15浪0泡、諷25騎6戚、吃38漏4瞎、串51版2姜kb店ps臨。蠟3另．椅2攀網絡火環境令變化獨下的巾流媒句體性追能喉1認）改池變帶貨寬帶毯寬是愚影響焰流媒棵體性蜓能最法重要枝的因合素之唇一，禾因此鳥實驗誕的第閱一個哄網絡售環境謠變化桑就是洽對帶寧寬的冷改變黃。實舟驗中役，選妥取多嘩比特敗率編階碼的盟MV券作為額媒體純源。液播放懇60縮s丘時，就利用嚷Ni勿st左Ne泄t甜對帶將寬限殼制到桌24形0下kb嗽ps指，墾12家0筋s民時恢幅復。鵲其間拐觀察煌媒體輔播放普情況渣，并睬測量稀播放氏速率掀和幀筑率；掏實驗勁重復刷20蠶次，遭選取鄰其中很10秒次作粉為測疊量數夾據。凡播放擊速率毅變化外如圖武3醫所示個。臣從圖院中可航看出卵，胳60名s敗時，屋Re符al水Pl頓ay雪er泉檢測晚到可列用帶遭寬的淘改變第，通透知流商媒體校服務練器改徐變發糧送的鈴媒體滿服務多速率飾，從用原來掃的魂45膏0詢降到軋15秧0胃kb儀ps局左右漸。但燈是流嬌媒體鳥服務救器檢鋪測到來數據的包丟怠失率局較高劍，便誓繼續洽降低券發送下的媒怖體服屈務速淹率，匹直到敏10逝0憑kb咐ps愿。燭怕帶寬窩不足滑以播業放最隊優質乞量流旁媒體尊時，這媒體絲服務倒器除歲了降個低媒名體服浴務速積率外并，也刪會定派期檢驢測帶渠寬。恒因此菊在趁12順0匠s健帶寬扛限制嗽取消惡時，槐媒體賠服務懸器在訊14睛0s柿左右摸檢測驕到可道用帶游寬增儲加，漲隨即石增加叢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