本發(fā)明涉及一種移動視頻QoE的測量和評估方法，具體涉及一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法，屬于多媒體通信技術領域。

背景技術：

隨著LTE商用的快速發(fā)展，帶動了用戶對更高的網(wǎng)絡速度更好用戶體驗的需求。LTE(Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃)組織制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng))技術標準的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。LTE系統(tǒng)引入了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output，多輸入多輸出)等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率。

VoLTE是基于IMS的語音業(yè)務。IMS由于支持多種接入和豐富的多媒體業(yè)務，成為全IP時代的核心網(wǎng)標準架構。經(jīng)歷了過去幾年的發(fā)展成熟后，如今IMS已經(jīng)跨越裂谷，成為固定話音領域VoBB、PSTN網(wǎng)改的主流選擇，而且也被3GPP、GSMA確定為移動語音的標準架構。VoLTE即Voice over LTE，它是一種IP數(shù)據(jù)傳輸技術，無需2G/3G網(wǎng)，全部業(yè)務承載于4G網(wǎng)絡上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音業(yè)務在同一網(wǎng)絡下的統(tǒng)一。換言之，4G網(wǎng)絡下不僅僅提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務，同時還提供高質量的音視頻通話，后者便需要VoLTE技術來實現(xiàn)。

對于移動運營商來說，其最終的目標是為用戶提供多樣化且高質量的移動業(yè)務，因此對不同業(yè)務的用戶體驗質量也越來越關注。國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union，ITU)組織將QoE定義為：“終端用戶對某種業(yè)務綜合可接受程度的感知“。相比于QoS而言，QoE更能反映用戶的體驗質量而不是設備所能提供的服務質量。因此，實時監(jiān)控QoE對于移動網(wǎng)絡運營商來說是非常重要的，運營商不僅可以實時追蹤終端用戶對于運營商提供的服務的整體滿意度，還可以及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中的問題或者指導網(wǎng)絡優(yōu)化，提高運營商的服務質量。

在視頻傳輸中，一個可靠的視頻質量評估方法起著至關重要的作用，好的評估方法既能夠保障業(yè)務質量(QoS)的要求，又能夠滿足終端用戶的質量體驗(QoE)。在視頻傳輸系統(tǒng)中，視頻質量也可以用來測量系統(tǒng)中各個組成部分的性能，包括壓縮、處理以及傳輸模塊。

總的來說視頻QoE評估技術大體上可以分為兩類：分別為主觀評估技術(Subjective Quality Assessment,SQA)和客觀評估技術(Objective Quality Assessment,OQA)。主觀評估方法通過招募測試者，以人為主體，讓測試者對待測視頻樣本直接打分進行評估，結果通常通過MOS(Mean Opinion Score，平均意見分)進行量化；客觀QoE評估技術是通過建立數(shù)學模型，使得模型輸出的評估結果與主觀評估的結果相近。

(1)視頻QoE主觀評估技術

主觀評估方法以人為主體來對視頻質量進行評估，它邀請大量的測試者對測試視頻樣本進行打分，它能最直觀的反應人們對視頻質量的主觀感受。

針對主觀評估方法，ITU已經(jīng)給出了多種標準建議，例如ITU-RBT.500-11，ITU-T P.910。這些標準主要對視頻質量主觀評估的一般問題給出了詳細的描述，例如：測試環(huán)境、測試人員、測試樣本、觀看距離、光照強度。主觀測試的方法主要有DSIS(Double Stimulus Impairment Scale，雙激勵損傷度分級法)、DSCQS(Double Stimulus Continuous Quality Scale，雙激勵連續(xù)質量分級法)、SSM(Single Stimulus Methods，單激勵法)、SSCQE(Single Stimulus Continuous Quality Evaluation，單激勵連續(xù)質量分級法)。

(2)視頻QoE客觀評估技術

視頻QoE主觀測試實現(xiàn)的復雜性、不穩(wěn)定性以及不易操作性，使得其不適用于當前的大多數(shù)評估場景，此時客觀的易實現(xiàn)的自動QoE評估方法就顯得非常必要。

客觀評估通過建立數(shù)學模型對視頻QoE進行評估，客觀評估技術的一般過程是將原始視頻(高品質，沒有損傷)與待評估的視頻樣本(處理后或者是接收到的，有損傷的)進行分類對比。根據(jù)模型對原始視頻的依賴程度可將客觀評估方法分為三類，分別為FR(Full-Reference,全參考)方式、RR(Reduced-Reference,部分參考)方式和NR(Non-Reference,無參考)方式。全參考方式對比原始視頻和待測視頻樣本的每個像素點：半?yún)⒖挤绞酵ㄟ^提取原始視頻和待測視頻的一些特征并對比，以此得出評估分數(shù)；無參考方式大多數(shù)是通過提取傳輸網(wǎng)絡參數(shù)得出分數(shù)。這三者中全參考方式屬于侵入性檢測，而部分參考和無參考則屬于非侵入性檢測。

FR全參考模型實現(xiàn)簡單，是目前應用廣泛比較成熟的一種模型，在該模型中，需要輸入待測的損傷視頻樣本數(shù)據(jù)以及原始的視頻樣本數(shù)據(jù)，然后對兩者的數(shù)據(jù)進行對比得出最終的評價結果。

該種評估方法需要將原始視頻和損傷視頻的每一幀的每個像素點進行比較，例如在學術界和產(chǎn)業(yè)界應用廣泛的MSE(Mean Square Error,均方差)PSNR(Peak Signal to Noise Rate，峰值信噪比)和SSIM(structural similarity index measurement system，結構相似指數(shù)測量系統(tǒng))。

NR方法只能得到測試視頻序列而得不到參考視頻序列，此方法只是通過對接收到的損傷視頻序列進行分析和處理從而提取到相關的失真信息，并通過對這些失真信息進行計算得出最終的評價分數(shù)。

此種方法在實踐上比FR方法更可行，例如已經(jīng)標準化的NR方法ITU-T Rec.P.1201.1和ITU-T Rec P.1201.2,它們都是通過對信道參數(shù)進行建模，最終實現(xiàn)估計用戶的QoE，其中ITU-T Rec.P.1201.1是針對低分辨率視頻，而ITU-T Rec.P.1201.2是針對高分辨率視頻。

RR半?yún)⒖挤绞绞墙橛谌珔⒖己蜔o參考這兩者之間的一種客觀評估模型，它通過某種運算提取原始參考視頻以及損傷視頻的特征信息，然后通過對這些特征信息進行分析和計算來實現(xiàn)對損傷視頻的質量進行評估。半?yún)⒖挤绞奖Ａ袅艘欢康膮⒖家曨l信息，減少了無參考假設誤差，同時它需要保持的信息量又遠遠小于全參考方式的信息量。由于特征信息的信息量較少，占用帶寬小，因此在實踐上，可以將這些特征信息與視頻數(shù)據(jù)一起傳輸，因此該方法可以用于對視頻質量進行實時監(jiān)測。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有視頻通話質量評估測試方法存在的視頻內容因素考慮不全，具體表現(xiàn)為視頻內容為非真實視頻通話場景和網(wǎng)絡參數(shù)獲取環(huán)境不真實，具體表現(xiàn)為測試環(huán)境不是LTE現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境而是自己搭的仿真環(huán)境的技術缺陷，提出一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法。

本發(fā)明的思想是針對現(xiàn)有VoLTE視頻通話，通過在用戶端進行抓包的方式，實時獲取通話時LTE的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包；然后將用戶端獲得的數(shù)據(jù)包上傳到服務器端進行分析處理，獲取與通話視頻質量相關的網(wǎng)絡參數(shù)和視頻媒體參數(shù)；再使用基于分組層參數(shù)的無參考視頻質量評估模型計算通話視頻的用戶體驗質量(QoE)；

其中，網(wǎng)絡參數(shù)能夠準確反映當前LTE網(wǎng)絡的網(wǎng)絡狀況，而視頻媒體參數(shù)又加以區(qū)分地反映出視頻媒體本身的質量，該評估方法既考慮到了LTE網(wǎng)絡狀況的影響，同時結合了視頻媒體的特點，能夠較準確地反映出VoLTE視頻通話的通話視頻用戶體驗質量，為運營商提供了參考。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法，通過如下步驟實現(xiàn)：

步驟一、基于LTE傳輸系統(tǒng)，針對視頻通話從現(xiàn)網(wǎng)中進行網(wǎng)絡參數(shù)獲取，直至視頻通話完成并停止抓包；

其中，所述的現(xiàn)網(wǎng)指的是LTE傳輸系統(tǒng)；具體的，從現(xiàn)網(wǎng)中進行參數(shù)獲取通過在用戶端(Android端)使用tcpdump工具實時抓取VoLTE視頻通話的數(shù)據(jù)包，即針對現(xiàn)有VoLTE視頻通話，通過在用戶端進行抓包，實時獲取通話時的視頻通話數(shù)據(jù)包；

其中，所述獲取的網(wǎng)絡參數(shù)是直接從LTE現(xiàn)網(wǎng)中提取，實時反映當前LTE網(wǎng)絡狀況，主要為丟包率；

步驟二、步驟一的視頻通話過程中抓的包保存為抓包文件，并將抓包文件傳至服務器端；

步驟三、使用wireshark進行離線處理分析步驟二傳至服務器端的抓包文件；

其中，所述的離線處理分析具體為：

步驟3.1使用wireshark統(tǒng)計出丟包率信息；

步驟3.2通過wireshark對抓包文件進行視頻恢復，恢復出原始視頻和退化視頻；

具體的，對抓包文件進行解碼，恢復出的通話主叫端的攝像頭視頻和接收視頻以及被叫端的攝像頭視頻和接收視頻；

其中，恢復的通話主叫端的攝像頭視頻又稱為主叫端原始視頻；恢復出的通話主叫端的攝像頭接收視頻又稱為主叫端退化視頻；恢復出的被叫端的攝像頭視頻又稱為被叫端原始視頻；恢復出的被叫端的接收視頻又稱為被叫端退化視頻；

即一次通話我們可獲得兩組原始視頻和退化視頻；

步驟3.3根據(jù)步驟3.2恢復的原始視頻和退化視頻獲得視頻媒體參數(shù)；

其中，所述的視頻媒體參數(shù)為視頻碼率、視頻編碼格式和視頻分辨率；

步驟四、使用基于網(wǎng)絡參數(shù)和視頻媒體參數(shù)的視頻客觀評估模型，獲得VoLTE視頻通話通話視頻的QoE；

步驟四具體為：我們將視頻通話場景分為如下4類：

第1類場景：在室內環(huán)境下進行視頻通話，并保持通話視頻畫面保持相對靜止；

第2類場景：在室內環(huán)境下進行視頻通話，并使通話視頻畫面產(chǎn)生明顯的相對運動；

第3類場景：在室外環(huán)境下進行視頻通話，并使通話視頻畫面保持相對靜止；

第4類場景：在室外環(huán)境下進行視頻通話，并使通話視頻畫面產(chǎn)生明顯的相對運動。

對每一類場景分別進行模型訓練，最后使用訓練好的模型進行對應場景的視頻通話用戶體驗質量評估。

至此，從步驟一到步驟四，完成了一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法。

有益效果

本發(fā)明提出的一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法與已有技術相比較，具有如下有益效果：

1.本發(fā)明所述方法基于LTE網(wǎng)絡參數(shù)和視頻媒體參數(shù)對通話視頻進行質量評估，能夠準確放映出當前VoLTE視頻通話的用戶體驗質量；

2.本發(fā)明所提方法從LTE現(xiàn)網(wǎng)中直接獲取網(wǎng)絡參數(shù)，能夠實時反映視頻通話時的網(wǎng)絡狀況；

3.本發(fā)明所述方法從抓包文件中無失真直接恢復通話原始視頻和退化視頻；

4.本發(fā)明所述方法基于2.和3.這兩方面保證了評估模型輸入?yún)?shù)的有效性和準確性，從而提高了視頻通話用戶體驗質量評估的有效性和準確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法中的VoLTE視頻通話系統(tǒng)測試架構圖；

圖2為本發(fā)明一種VoLTE視頻通話用戶體驗質量評估方法中的VoLTE視頻通話測試步驟交互圖(用例1)。

具體實施方式

我們使用兩臺Android手機進行VoLTE視頻通話，兩張SIM卡均開通了中國移動VoLTE業(yè)務。我們在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下直接進行測試，在兩個終端的兩側各有一名測試人員進行視頻通話測試。根據(jù)具體的測試用例進行測試。我們設定每次視頻通話的時長為15秒，設定4個測試用例，每個測試用例50次測試，4個用例共200次測試。

實施例1

室內環(huán)境下，測試在畫面靜止情況下的視頻通話質量。

步驟1：將主叫端手機和被叫端手機通過數(shù)據(jù)線分別連至兩臺電腦，將手機上所有應用程序關閉。

分別在兩臺電腦上通過在命令行中輸入adb shell進入到兩臺手機的命令行界面，并分別開啟tcpdump抓包，抓包指令如下：

tcpdump-i any-p-n-s 0-w/sdcard/1.pcap

步驟2：主叫端撥打被叫端電話，被叫端接聽，并建立視頻通話。

步驟3：視頻通話圖像內容保持靜止，從視頻通話建立開始保持15秒，15秒后主叫端或被叫端掛斷電話。

步驟4：重復步驟2至步驟3共10次。

步驟5：在電腦端開啟命令行，使用adb pull命令將兩部手機抓取的pcap文件傳到管理分析終端的電腦上，命令如下：

adb pull/sdcard/1.pcap c:/capture

步驟6：在電腦端使用wireshark打開pcap文件，利用其流分析功能，可讀取出丟包率信息。

步驟7：利用wireshark附帶插件功能對抓包文件進行視頻恢復，從主叫端獲取的抓包文件中可恢復出20段視頻，其中10段為10次測試得到的主叫端發(fā)送的原始視頻，另外10段是主叫端接收到的退化視頻。同樣從被叫端的抓包文件中恢復出20段視頻。

步驟8：從恢復出的視頻中獲取碼率，編碼格式，分辨率參數(shù)。由于畫面靜止，設定畫面運動程度為低。

步驟9：將以上獲取到的參數(shù)帶入客觀視頻質量評估模型，獲得VoLTE視頻通話的通話視頻QoE。

實施例2室內環(huán)境下，測試在畫面運動情況下的視頻通話質量。

步驟1至步驟2與實施例1相同；

步驟3：視頻通話圖像內容運動，從視頻通話建立開始保持15秒，15秒后主叫端或被叫端掛斷電話。

步驟4至步驟9與實施例1相同。

實施例3室外環(huán)境下，測試在畫面靜止情況下的視頻通話質量。

步驟1至步驟9與實施例1相同；

實施例4室外環(huán)境下，測試在畫面運動情況下的視頻通話質量。

步驟1至步驟9與實施例2相同。

為了說明本發(fā)明的內容及實施方法，本說明書給出了相關的具體實施例。在實施例中引入細節(jié)的目的不是限制權利要求書的范圍，而是幫助理解本發(fā)明所述方法。本領域的技術人員應理解：在不脫離本發(fā)明及其所附權利要求的精神和范圍內，對最佳實施例步驟的各種修改、變化或替換都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于最佳實施例及附圖所公開的內容。