Поиск по: Производителю / Модели

Гарантия качества зрительского восприятия

Гарантия качества зрительского восприятия для телевизионных сетей следующего поколения.

Автор: Стив Фой, региональный менеджер по развитию департамента контроля телевизионных сетей компании Tektronix

 

Аннотация

В течение последнего времени операторы сосредоточили внимание и инвестировали значительные средства в систему мониторинга своих телевизионных сетей. Но проблемы, связанные с качеством звука и видеоизображения, все еще остаются среди главных жалоб подписчиков. Несмотря на то, что эта проблема хорошо изучена в отрасли, ее решение оказалось непростым. Решение начинается с выбора и использования надлежащего инструментария, использующего новейшие технологии и позволяющего операторам осуществлять эффективный мониторинг, основанный на фактическом впечатлении клиента от видеопросмотра.

В этой статье мы исследуем, как последние технологии позволяют операторам непрерывно, автоматически и объективно отслеживать и измерять качество видео и звука на базе оценки Качества Зрительского Восприятия (КЗВ) (Quality of Experience - QoE). Это решение было признано эффективным как по цене, так и по производительности, поскольку оно может обрабатывать большое количество аудио и видео потоков в реальном времени, может в целом достоверно имитировать человеческую оценку изображения, а также устранять субъективность оценки.

Содержание

В течение последнего времени операторы сосредоточили внимание и инвестировали значительные средства в систему мониторинга своих телевизионных сетей, но вопросы, связанные с качеством звука и изображения, все еще остаются среди главных жалоб подписчиков. И несмотря на то, что эта проблема хорошо изучена в отрасли, ее решение оказалось непростым. Решение начинается с выбора и использования надлежащего инструментария, который позволяет операторам осуществлять эффективный мониторинг.

Необходимость гарантии того, что абоненты получают наилучшие впечатления от просмотра телепередачи, настолько важна для отрасли, что для описания этого понятия был придуман термин "Качество Зрительского Восприятия" (КЗВ - QoE). С внедрением в телевидении цифровых потоков, в помощь усилиям операторов при определении КЗВ - QoE были предложены традиционные инструменты: сетевые пробники, акцентирующие свое внимание на измерении джиттера IP сети и MPEG ошибок, таких как ошибки непрерывности. Они делали (и продолжают делать) исключительно важную работу по оповещению операторов, когда программы страдают от сетевого джиттера, потери или неправильного порядка пакетов. К сожалению, эти причины не являются виновниками всех визуальных и аудио артефактов. Напротив, сообщения о таких ошибках часто ведут к перегрузкам засыпанных предупреждениями операторов, имеющих ограниченные возможности определить, какие из них - второстепенные, какие - однократные, не имеющие реальных последствий для абонента, а какие являются важными, значащими для клиента ошибками, которые должны быть рассмотрены незамедлительно.

Отсутствующий компонент  является  возможностью точно измерить и определить в режиме реального времени серьезность каждого события, влияющего на восприятие подписчика. Наличие этой возможности позволяет инженерно-техническому персоналу сосредоточиться на основных вопросах КЗВ- QoE , используя характеристики оповещения/отчетности на базе пороговых значений, вместо того, чтобы обрабатывать все ошибки с одинаковым вниманием.  К счастью, появляются новые инструменты и методы, позволяющие операторам не только выявлять все возможные ошибки, но и оценивать и оповещать о фактических последствиях каждой ошибки. Операторы будут иметь постоянную возможность объективно  тестировать, оценивать и контролировать свои системы, сети и услуги исходя из фактического КЗВ-QoE подписчика.

Измерение КЗВ-QoE, основанное на опыте восприятия  конечных пользователей, является упрощенным, но эффективным способом контролировать и оценивать производительность сети и системы. Значения КЗВ-QoE (например, для видео и звука) могут быть измерены и представлены  в режиме реального времени, поэтому  оператор может настраивать оповещающие сигналы  для контроля качества обслуживания, основываясь на опыте клиента. Операторы также могут использовать эти измерения для создания удобных отчетов, необходимых для устранения неполадок, выделения проблемы и анализа первопричин, чтобы улучшить качество услуг, на базе пользовательского восприятии качества изображения.

Традиционные инструменты мониторинга и анализа разработаны для того, чтобы гарантировать, что видео сервисы построены правильно и соответствуют  стандартному набору параметров. Хотя эти параметры могут быть полезны для тестирования и целей измерения, они не отражают реального впечатления (восприятия) абонента от просматриваемой программы. Например, зрители часто могут видеть блочную структуру изображения и замороженную картинку во время просмотра сюжета, в то время как традиционные испытательные показатели находятся в пределах, определенных стандартами, и нет никаких признаков ошибок. В дополнение к часто пропускаемым, заметным для зрителя ошибкам, традиционные инструменты также регулярно выявляют ошибки «технического несоответствия», в то время как абоненты не ощущают ошибок восприятия. Эти «ложноположительные» предупреждения об опасности возникают, когда ошибки в спецификациях MPEG или IP обнаружены, но не связаны с каким либо проявлением в восприятии абонента. Это весьма затрудняет  для оператора вопрос приоритетности, т.е. с какими ошибками иметь дело в первую очередь.

Современные технологии мониторинга КЗВ-QoE могут обеспечить – в дополнение к традиционным испытательным и измерительным показателям – набор логических «оценок» на уровне цифрового контента, отражающих, насколько хорошо (или плохо) восприятие звука/изображения абонента во время просмотра телевизионной передачи.

Рис. 1 является примером того, как звук и видео могут быть оценены на основе зрительского восприятия в конкретной программе. В первой, очерченной красным, области представлен подробный график качества восприятия, который может быть рассмотрен как «измеритель удовлетворенности» абонента, непрерывно отслеживающий, как абоненты реагируют соответственно на качество звука и видеоизображения. Нижняя оценка указывает более низкий уровень удовлетворенности,  а изменение кривой обратно вверх воспроизводит возврат доверия абонента к качеству сервиса после того, как оно возвращается к оценке хорошо/нормально.

Рис.1

Следует отметить, что показатели традиционного мониторинга, основанного на использовании «MPEG-неоднородностей» для выявления ошибок, могут позволить пропустить ошибки, связанные с содержанием программы и раздражающие зрителей. Например, на диаграмме отсутствия непрерывности на Рис.1 (вторая область, очерченная красным, на вышеупомянутой иллюстрации) полностью пропущена проблема, связанная с восприятием абонента. Это иллюстрирует, как традиционная система показателей дает сбой при обнаружении блочности изображения и ошибок звука.

Рис.2 в первой, очерченной красным, области  показывает случай, когда восприятие абонента было рассмотрено на протяжении более длительного отрезка времени (две недели). Во второй, очерченной красным области, отмечено, что не обнаружены сбои, связанные с нарушением непрерывности, что опять показывает, что традиционные методы мониторинга будут полностью пропускать оповещение и регистрацию этих раздражающих абонента событий. 

Рис.2

Таким образом показано, что измерение КЗВ-QoE звука и изображения  легко для понимания и удобно для пользователя. Вместо того, чтобы рассматривать неполную информацию и дюжину различных измерений в попытке определить воспринимаемое качество звука и изображения, операторы теперь могут уверенно понять, насколько хорошо или плохо качество звука и изображения, основываясь на численных значениях  КЗВ-QoE  (например 0 является худшим значением, 100 является лучшим значением), поскольку они непосредственно коррелируются со зрительским восприятием.

«Рассыпание» картинки и замораживание видео кадров – это две наиболее известные проблемы, связанные со сжатием цифрового видео и транспортировкой видео по протоколу IP. Эти проблемы могут возникать, когда видео декодер не может декодировать поток сжатого цифрового видео и из-за синтаксических ошибок задерживает воспроизведение. В результате зрители на своих телевизорах или иных устройствах просмотра видят макроблочность и/или замороженные видео кадры.

При таком сценарии оценка Качества Зрительского Восприятия изображения соответственно снизится, чтобы смоделировать уровень разочарования зрителей в зависимости от того, как картинка выглядит на экране. В оценке принимается  во внимание расположение и размер дефектов, а также их продолжительность и частота. На рис. 3 показано, как оценка КЗВ-QoE видеоизображения (синий цвет) понижается, показывая «удовлетворение»  абонента качеством видеоизображения, а оценка КЗВ-QoE звука (красный цвет) понижается, показывая плохое качество звука.


Рис.3

Стоит отметить, что не все измерения КЗВ-QoE созданы одинаково и могут рассматриваться как достоверные. Например, система, проводящая статистическую оценку  качества на уровне группы изображений, не будет в состоянии также точно оценить КЗВ-QoE, как система, проводящая анализ на слайс-уровне и уровне макроблоков. Рисунок 4 показывает взаимосвязь между Группой Изображений, Изображением, Слоем (slice) , Макроблоком и Блоком.

Рис 4

Кроме того, в отличие от макроблочности, которая обусловлена ошибками в составе изображения, могут иметь место артефакты избыточной компрессии, когда видео не имеет синтаксических ошибок в своем составе и картинка на экране может быть правильно сформирована, однако зрителям кажется, что качество изображения ухудшилось. Это явление часто имеет место в видеоизображении с высокой скоростью движения и сложностью состава, когда не хватает достаточного количества «бит» в сжатом видео, чтобы надлежащим образом представить необходимые детали, требуемые  для получения высокого качества изображения.

Измерительный прибор должен быть в состоянии точно определить эти, не связанные с ошибками, видео артефакты и оценить их как «эСЭО», или эффективная СЭО, которая классифицирует качество изображения таким же образом, как Средняя Экспертная Оценка-СЭО (Mean Opinion Score - MOS), используемая для передачи голоса по IP.  ЭСЭО может использоваться для измерения перцепционного качества изображения в области сжатых сигналов в случае, когда нет никаких технических ошибок в транспортном потоке, связанных с несоответствием стандартам. Эта сложная, но важная аналитическая возможность позволяет операторам выявлять сложные проблемы на уровне блоков, связанные с видео восприятием абонентов.

Ниже на Рис. 5 показана правильная оценка системой левой картинки (с артефактами сжатия) и картинки справа (без каких-либо артефактов сжатия).

Хорошее изображение с умышленной размытостью на заднем фоне

Изображение с серьезными артефактами избыточной компрессии - например, блочностью)

Еще одним важным для рассмотрения измерением КЗВ-QoE  является громкость звука. В качестве примера подробной диаграммы уровня звука ниже, на Рис. 6, показано, каким образом воспринимаемый абонентом уровень звука изменяется во времени; чем ниже уровень сплошной линии (среднее значение звука), тем тише звук. Вертикальные отрезки показывают самую тихую и самую громкую силу звука за тот период времени и нормированную величину Dolby AC-3 звука, показанную пунктирной линией. 

Рис. 6

Одним из ключевых моментов возможности оценки КЗВ-QoE звука/изображения является то, что пользователь может индивидуально изменять условия срабатывания порога оповещения, базирующиеся на длительности и частоте появления каждого артефакта, в зависимости от того, насколько плохим стало видео восприятие  (т.е. оценка КЗВ-QoE) абонента.

После настройки сигнала оповещения, операторы могут объективно оценивать качество обслуживания в других системах и сетях в разных местах. Например, отчет на Рис. 7 показывает число воздействий на абонентское КЗВ- QoE изображения (оранжевая полоса) и КЗВ-QoE звука (зеленая полоса) в трех разных местах, в течение последних 30 дней. Это лишь одно из многих направлений отчетов качества, которые могут быть сгенерированы измерительными приборами следующего поколения. Отчеты и программы захвата по переключающему сигналу также могут быть экспортированы для совместного устранения неполадок как с внутренними, так и с внешними агентами (например, с контент-провайдерами и поставщиками  оборудования). Цель состоит в том, чтобы быть уверенным, что серьезные проблемы, беспокоящие абонента, могут быть быстро определены, изолированы и решены.

Рис.7

Идеальный мониторинг КЗВ-QoE в режиме реального времени позволяет пользователям одновременно контролировать качество и характеристики КЗВ-QoE звука и видеоизображения, громкость звука, параметры транспортного потока, MPEG и IP статистику, параметры вставки цифровой рекламы и данные и/или объекты карусели. Традиционные инструменты почти во всех случаях могут контролировать только часть этих важных показателей, и часто возникает необходимость в применении нескольких приборов. В инструментах следующего поколения ключевые возможности могут быть представлены в виде «все-в-одном», т.е. в едином корпусе.

В идеале операторы должны учитывать результаты мониторинга КЗВ-QoE после любой обработки видео и/или звука (т.е. после кодирования, перекодирования,  формирования скорости потока, статистического мультиплексирования и слайсинга), по всей протяженности сети. Для большинства кабельных операторов, например, это может быть точка  перед  входом транспортного потока в QAM модулятор. Очевидно, что пользователи также могут использовать эту возможность, которая сможет потом обеспечить быструю  изоляцию проблемы и устранение неисправности, для мониторинга других мест в сети, таких как точки сбора контента. Преимущества мониторинга КЗВ-QoE могут быть быстро реализованы через возврат инвестиций, учитывая возможность мониторинга в режиме реального времени 24 часа в сутки и 7 дней в неделю, возможность отчетности, простоту использования и возможность модернизации ключевых функций. Многие клиенты воспользовались этими решениями, в том числе 9 из 10 крупнейших кабельных операторов в США, и все большее число контент-провайдеров, телевещателей и производителей оборудования в Европе.

Таким образом, ключевые показатели исправности сервиса и ключевые показатели индикаторов эффективной работы, все должны базироваться на оценке качества восприятия абонентов и их опыте работы с видео сервисами. Для операторов трудно управлять бизнесом без надежных, повторяемых и автоматизированных методов измерения реального восприятия абонентов, потому что они не знают, каким проблемам отдать наивысший приоритет и сфокусировать значительные ресурсы на их решении. Мониторинг, основанный на восприятии абонентов, дает операторам возможность измерять КЗВ-QoE пользователей в понятной, легко отслеживаемой и экономически эффективной форме. Это создает значительное конкурентное преимущество, которое выражается в том, что операторы должны учитывать, что  обеспечение оптимального КЗВ-QoE является ключом к повышению качества обслуживания и удовлетворенности клиентов, при одновременном снижении эксплуатационных расходов и текучести абонентов.

Последние технологии мониторинга КЗВ-QoE реализованы в серии приборов Sentry фирмы Tektronix.