专利名称：非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机多媒体信息传播、QoS服务质量测量，特别是涉及一种非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置。
背景技术：
随着基于网络的多媒体业务应用快速发展和普及，网络音视频点播、网络音视频会议等系统迅速流行。用户对网络多媒体业务的QoS服务质量提出了越来越高的要求。如何能够快速、方便、精确地对候选产品的关键性QoS参数做出评估，是成功选择最佳产品的关键。同时，研发和生产网络多媒体业务和系统的厂商，也需要一种装置能够方便快捷地对自己生产的网络多媒体产品的关键参数进行测量，以便在产品开发过程中测量关键参数，随时改进。端到端时延是多媒体业务的关键性能参数之一，它直接影响QoS和用户体验的评估。端到端时延通常包括采集时延、编码时延、网络传输时延、解码时延、播放时延等。现有的检测端到端时延的方法大致可以分为两大类一类属于介入式，即通过在被测系统的信号传输路径的一端注入特征的测量信号，或者在被测系统原有信号数据上附加测量数据，然后在另一端提取测量数据并记录接收到的时间，比较两个时间的差值获取时延大小。这一类介入式方法的主要特点是需要介入到被测系统的信号传输路径中，向其中加入数据或从中提取测量数据，测量装置与被测设备之间存在物理线路的连接。这类介入式测量方法的主要难点在于首先，由于测量数据通常依附于被测系统的数据帧或数据分组来传递，中间不可避免经过编码压缩、封装、解封装、解码等环节，测量数据在编码压缩和解压过程中可能会丢失或损坏；其次，由于被测系统的数据格式、封装格式、编码压缩和解码算法未必公开，测试人员要设计与之匹配的测量方式和测量信号会比较困难。第三，介入式测量方法通常要求在被测系统的信号数据通路上串接分接头或汇接头，对于已经安装完毕的被测系统，通常比较麻烦或根本不被允许。此外，有的介入式测量方法需要在被测系统的终端上运行测量用的工具软件，通过工具软件进行计时。这种方式可能会影响被测系统终端本身的正常运行，最多只能在开发和调试阶段使用，而很难被运用在已经产品化的系统上。另一类测试方法是非介入式的，被测系统和测量装置之间不存在物理接触，把被测系统视为黑盒子，测试信号主要是通过声、光信号方式进入被测系统，并以声、光方式输出。测量装置通过对比和分析输入、输出信号来获得时延大小。这类方法的优点是不介入被测系统的实际运行，与被测系统具体实现无关，所以具有最广泛的适用性。比如通过人眼、 人耳的主观感觉和听觉，来评估端到端时延就是这类方法。[0013]利用人眼、人耳来主观评测虽然非常直观，但存在很大的误差，尤其是两种被测系统的端到端时延参数比较接近的情况下，很难做出科学准确的判断，导致测量结果缺乏说服力。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供非介入式双端采集的视频端到端时延测量方法及装置。本实用新型采用非介入的策略，把被测系统当作黑盒子，针对被测系统端到端的视频时延设计了测量技术方案。本实用新型的测量装置，包括主测量装置和辅助测量装置，两者之间通过网络或专线实现通信。本实用新型的辅助测量装置，包括如下组件(1)视频信号发生器101，周期性或一次性产生具有特定格式及图案的视频信号， 并负责把视频信号播放出来。(2)视频信号多路采集模块102，提供两路以上视频采集通道，通过USB、视频采集卡等接口连接摄像头、摄像机等视频采集设备，采集本地的视频测试信号和经过被测系统的视频测试信号。(3)网络发送模块103，将采集到测试信号数据通过网络传送给主测量装置。本实用新型的主测量装置，包括如下组件(1)视频信号发生器201，周期性或一次性产生具有特定格式及图案的视频信号， 并负责把视频信号播放出来。(2)视频信号多路采集模块202，提供两路以上视频采集通道，通过USB、视频采集卡等接口连接摄像头、摄像机等视频采集设备，采集本地的视频测试信号和经过被测系统的视频测试信号。该视频采集设备和接口的规格与辅助测试装置视频信号多路采集模块中所采用的视频采集设备和接口完全相同。(3)网络接收模块203，从网络上接收辅助测量装置发送的数据。(4)视频时延测量单元204，从视频多路采集模块、网络接收模块输入两路视频信号，对两路信号之间的时延进行统计和计算。(5)数据存储及显示单元205，接收视频时延数据，输出结果到指定的存储设备和显示设备上。测量步骤如下(1)测试装置由本地的主测量装置与远端的辅助测量装置共同组成，主测量装置采集本地测试信号，辅助测量装置采集远端测试信号并通过网络或专线传回给主测量装置。(2)本地的视频测试信号发生器发出视频测试信号，该信号同时输入本地主测试装置的视频采集设备(如摄像机)和被测系统的本地终端的视频采集设备(如摄像机)。(3)进入被测系统本地终端摄像机的视频测试信号经过处理和网络传输，到达被测系统远端终端的显示屏。进入本地主测试装置的测试信号则直接由测量装置读取，主测试装置记录收到视频测试信号的时间Tvu[0031](4)远端辅助测量装置的摄像头正对被测系统远端显示屏，采集远端显示屏上播放的测试视频信号，经过编码压缩、网络传输等环节传回本地主测量装置。(5)本地的主测量装置接收到远端辅助测量装置传回的测试信号，记录收到该信号的时间I^2，解码后提交信号处理单元进行分析计算。(6)本地的主测量装置根据步骤( 和步骤( 中获得的时间，计算两者之间的时间差值，记为 ATvl = TVL2-TVLIO(7)远端的测试信号发生器发出视频测试信号，该信号同时被远端的辅助测量装置的摄像机和被测系统的远端终端的摄像机所采集接收。(8)进入被测系统远端终端的摄像机的视频测试信号经过处理和网络传输，到达被测系统本地终端的显示屏，经本地的主测量装置采集后，进入信号处理单元进行分析和计算，主测量装置记录收到该视频测试信号的时间Tvki.(9)进入远端辅助测量装置摄像头的视频测试信号通过网络或专线传输到本地主测量装置，然后被提交给信号处理单元进行分析计算，主测量装置记录收到该视频测试信号的时间Tvk2.(10)本地的主测量装置的信号处理单元根据步骤(8)和步骤(9)记录的两个时间，计算两者之间的时间差值，记为Δ Tvk = Tvei-Tve20(11)主测量装置的信号处理单元根据先后获得的两个时间差值Δ Tvl和Δ Tvk，计算被测系统的视频端到端时延Δν= (Δ Tvl+Δ TVE)/2.本实用新型非介入式双端采集的视频端到端时延测量方法及测量装置具有以下优点(1)本实用新型方法为非介入式，把被测系统视为黑盒子，测试方法不受被测系统的内部结构、网络类型、数据类型、编解码算法、功能实现方式等因素的影响。(2)本实用新型方法测出的视频端到端时延，包含了从视频采集一直到视频播放在内所有环节的时延总和，与用户做主观感受和评测时所评估的时延在类型和内容上完全一致。(3)本实用新型方法的测量装置由位于本地的主测量装置和位于远端的辅助测量装置组成。辅助设备与主设备之间通过网络连接，形成一条视频测试信号传输路径。该路径与被测系统的视频数据传输路径一起，构成测试信号的传输回路，可以解决被测系统本身不方便提供测试信号回路的场合，比如被测系统远端的终端、显示屏和摄像机都已经固定就位，很难相互正对形成视频信号回路。(4)利用本实用新型的方法，本地端测试信号发生器和远端的测试信号发生器分别产生各自的测试信号，每一种测试信号分两路进入主测量装置，获得一个时间差值，分别是ΔΤνι^Π Δ、，最终的测量结果把ΔΤνι^Π Δ 相加后除以2，刚好把主测量装置和辅助测量装置之间的传输时延相互抵消。而且两者相加的结果既包含了从本地到远端的传输路径，也包含了从远端到本地的传输路径。即使传输网络存在去向路径和回向路径的性能不对称，也可以通过计算回路时延之后，除以2得到一个综合性的平均值，来消除这种不对称性的影响，平均后的结果能更准确的反映端到端时延的真实性能。(5)本实用新型方法可以在一段时间内令测试信号发生器持续产生特征信号，利用测量装置进行持续测试，获得一系列时延数据，从中分析最大时延、最小时延和平均时延
5等统计特征，能够更全面的反映端到端时延的在不同网络负荷状况下的性能变化。
图1是本实用新型一实例的应用本地测试信号发生器时，视频端到端时延测试原理示意图；图2是本实用新型一实例的应用远端测试信号发生器时，视频端到端时延测试原理示意图；图3是本实用新型一实例的辅助测量装置内部结构示意图；图4是本实用新型一实例的主测量装置内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例1，图1、图2给出了非介入式双端信号采集的视频端到端时延测试的原理示意图。如图1，本实用新型的视频端到端时延测量方法包括步骤1，在本地放置一台主测量装置，在远端放置一台辅助测量装置，两台设备之间通过网络连接和通信；主测量装置采集本地信号，辅助测量装置采集远端信号并通过网络传回给本地的主测量装置。(1)该步骤1中的主测量装置的摄像头正对被测系统本地终端的显示屏，确保能够准确采集本地终端显示屏发出的视频测试信号。(2)该步骤1中的辅助测量装置的摄像头正对被测系统远端终端的显示屏，确保能够准确采集远端终端显示屏发出的视频测试信号。步骤2，本地的视频测试信号发生器发出测试视频信号，该信号同时输入被测系统的本地终端的摄像机(如图1中的位置A所示)和主测量装置的摄像机(如图1中的位置 B所示)。(1)该步骤2中的视频测试信号进入被测系统本地终端摄像机，经过信号经过处理和网络传输，到达被测系统远端终端的显示屏(如图1中的位置C所示)。(2)该步骤2中的视频测试信号同时也进入主测试装置视频采集设备的信号则直接被测量装置读取(如图1中的位置B所示)。步骤3，远端显示屏播放的视频测试信号，经过远端辅助测量装置的摄像头，进入远端辅助测量装置(如图1中的位置D所示)。该步骤3中进入远端辅助测量装置的视频测试信号，经过编码压缩后，通过网络传输传回本地主测量装置，先后途径图1中的位置E和位置F。步骤4，本地的主测量装置接收到远端辅助测量装置传回的测试视频，解码后提交信号处理单元进行分析计算。步骤5，本地的主测量装置对先后收到的两种测试视频信号进行识别，计算两者之间的时间差值，记为ΔΤνρ该步骤5中的计算出来的时间差值Δ k主要是两部分时延的和，S卩A —C的单向时延 Δ Tac 和 D — E — F 的单向时延 Δ Tdef,即有 Δ Τν = Δ Tac+ Δ TDEF.步骤6，图2中的远端视频测试信号发生器发出视频测试信号，该信号同时输入被测系统的远端终端的摄像机(如图2的位置C所示)和远端辅助测量装置的摄像机(如图 2的位置D所示)。步骤7，进入被测系统远端终端摄像机的信号经过处理和网络传输，到达本地终端的显示器(如图2的位置A所示)，经本地的主测量装置采集后(如图2的位置B所示)， 进入信号处理单元进行分析和计算。步骤8，进入远端辅助测量装置摄像头的视频测试信号通过网络传输到本地主测量装置，先后途径图2中的位置E和位置F，然后被提交给信号处理单元进行分析计算。步骤9，本地的主测量装置的信号处理单元对先后收到的来自远端信号发生器的测试视频信号进行识别，计算两者之间的时间差值，记为△ Τνκ。该步骤9中的计算出来的时间差值Δ Tve主要是两部分时延的差，即C — A的单向时延与D — E —F单向时延之差，分别记为ΔΤ^ Π Δ Tdef，因而有Δ Tvk = ATca-ATdef.步骤10，主测量装置的信号处理单元根据步骤( 和(9)先后获得的两个时间差值Δ ^ Π Δ Τνκ，计算被测系统的端到端时延M= (ATvl+Δ Tva)/2.该步骤10 中的 Δ Tvl = Δ Tac+ Δ Tdef，Δ Tve = Δ Tca- Δ Tdef，两者相加为Δ V = ( Δ Tvl+ Δ Tve) /2= [ ( Δ Tac+ Δ Tdef) + ( Δ Tca- Δ Tdef) ] /2= ( Δ Tac+ Δ Tca) /2得到的结果是A — C时延和C — A时延的平均值。实施例2，图3给出了辅助测量装置的构造示意图如图3，本实用新型的音视频端到端时延的辅助测量装置包括组件1，视频测试信号发生器101，负责产生视频测试信号。该信号可以为视频时延测量装置所分析和识别。组件2，视频多路采集模块102，负责输入分离的多路视频测试信号，并将采集到的视频信号输入视频时延测量单元。组件3，网络发送模块103，负责将采集到的测量信号通过网络发送给主测量装置。实施例3，图4给出了视频端到端时延的主测量装置的构造示意图如图4，本实用新型的音视频端到端时延的主测量装置包括组件1，视频测试信号发生器201，负责产生视频测试信号。该信号可以为视频时延测量装置所分析和识别。组件2，视频多路采集模块202，负责输入分离的多路视频测试信号，并将采集到的视频信号输入视频时延测量单元。组件3，网络接收模块203，负责通过网络，接收远端辅助测量装置发送的测量信号。组件4，视频时延测量单元204，负责对输入的视频信号进行分析、识别、比较和测量，具体步骤包括步骤1，对视频多路采集模块输入的多路测试信号进行分析，由于时延后的视频测试信号不可避免带有噪声干扰，需要准确地从混合后的信号中识别出视频测试信号，并记录采集到的时间。步骤2，针对本地信号发生器发出的测量信号计算时间差，记为Δ Tvl，其中Δ Ti = Δ Tac+Δ Tdef，Δ 1^为A —C的单向时延，Δ Tdef为D — E — F的单向时延。步骤3，针对远端信号发生器发出的测量信号计算时间差，记为Δ Tvk，其中Δ Tvk = Δ Tca-Δ Tdef，ΔΤ。Α* C —A 的单向时延，Δ Tdef 为 D — E — F 单向时延。步骤4，计算被测系统的端到端时延Δ Tv = ( Δ Tvl+ Δ TVE) /2，提交到数据存储及显示单元。组件5，数据存储及显示单元205，接收视频时延数据，输出结果到指定的存储设备和显示设备上上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于，包括主测量装置和辅助测量装置，两者之间通过网络或专线实现通信。
2.根据权利要求2所述非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于所述辅助测量装置包括视频信号发生器(101)，用于周期性或一次性产生具有特定格式及图案的视频测试信号，该测试信号能够为测试装置识别；视频多路采集模块(10 ，分别采集远端视频信号发生器产生的、由被测系统远端终端播放的视频测试信号；网络发送模块(103)，用于将视频多路采集模块(10 采集到的测试信号传送给主测量装置。
3.根据权利要求2所述非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于所述主测量装置包括视频信号发生器O01)，用于周期性或一次性产生具有特定格式及图案的视频测试信号，并将测试信号发送给本地视频采集装置和被测系统本地终端；视频多路采集模块(20 ，分别采集本地视频信号发生器产生的、由被测系统本地终端播放的视频测试信号；网络接收模块003)，用于接收辅助测量装置发送的测试信号； 视频时延测量单元O04)，用于接收视频采集模块(20 和网络接收模块(20 输入的视频信号，确定两者之间的时延。
4.根据权利要求4所述非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置，其特征在于所述主测量装置还包括数据存储及显示单元005)，用于存储显示视频时延测量单元(204) 确定的端到端的视频时延。
专利摘要本实用新型提供一种非介入式双端采集的视频端到端时延测量装置，包括主测量装置和辅助测量装置，两者之间通过网络或专线实现通信。主测量装置包括视频测试信号发生器、视频多路采集模块、网络接收模块、视频时延测量单元，以及数据存储及显示单元。辅助测量装置包括视频测试信号发生器、视频多路采集模块、网络发送模块。本实用新型为非介入式，与现有技术相比，不受被测系统的内部实现的影响，全面包括所有的环节的时延，具有准确、方便的特点。
文档编号H04N17/00GK202218352SQ20112033992
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者姬予, 张凌, 张晶, 许勇, 黄松 申请人:华南理工大学