摘要
介绍了一种从流媒体接收者的角度对流媒体性能进行测量的方法，提出了相应的应用层评价指标。利用已有的商业化流媒体服务软件，通过改变网络环境在不同的条件下对指标进行测量，最后通过实验数据来验证这些指标的有效性。
引言
流媒体是指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续媒体，如音频、视频、动画或其他多媒体文件。它的内容可以是预先经过编码处理、存放在一个或多个服务器上的媒体文件，也可以是实时的音/视频媒体。传统的Internet应用需要可靠的数据传输，对延迟和抖动不是很敏感，但是在流媒体应用中情况则完全不同。流媒体应用能够容忍一定程度的包丢失，但是对延迟和抖动却很敏感。由于各种原因，在以IP协议为核心的互联网上提供流媒体服务时，流媒体的性能经常随着网络和时间的变化而变化，不能满足用户的需求。为此，除了采用一些内部机制保证业务质量外，还需要从外部对流媒体业务性能进行测量，了解流媒体应 用的瓶颈，从而提高性能。同时，为了推动流媒体新的网络协议的设计和开发，必须有一套能够衡量媒体接收端的媒体质量 标准。 早些时候，研究者也提出过各自的媒体性能衡量指标，有些是基于传输层的，通过测量传输层的参数进行媒体性能评估；有些关注于接收者观看时的生理反应或者需要人为参与。实践证明这些方法均能够在一定程度上反映流媒体的性能，但这些方法部署起来复杂，而且结果也易受主观因素的影响。本文引入了一套面向应用层的流媒体性能衡量指标，测量方法相对简单，并且能够直观反映流媒体的接收质量。最后在RealNetworks公司的流媒体系统中，通过改变网络环境来验证这些指标的有效性。
1相关工作
1.1主观评价
国际电信联盟（ITU）在ITU－R BT.500－11中推荐使用平均主观得分法（MOS）来评价接收者感知的媒体质量。做法通常是给接收者播放一段视频（约8~10 s），接收者采用5分制评价。其中5分为很好（excellent），4分为好（good），3分为中（fair），2分为差（poor），1分为不可接收（unsatisfactory）。记录他们的评分，然后对所有评论者的评 分进行统计，得出平均分作为评价结果。MOS为接收媒体质量提供了定量指标，但是对流媒体而言，这种评价方法存在着弊端。MOS的特性使得必须有接收者参与（评分），这将花费大量的人力和时间，并且这种方法不能避免主观因素的影响。另外在ITU－R BT.500－7标准定义了两种主观的评价方法，即双刺激连续质量分级法（DSCQS）和单刺激连续质量评价方法（SSCQE），不过这些方法已经被ITU－R BT.500－11所取代。
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1．2客观测量
客观测量基于仿人眼视觉模型的原理对图像质量进行客观评估，并给出客观评价分。近几年，随着人们对人眼视觉系统研究的深入，客观测量的方法和工具不断被开发出来，其测量结果也与主观评价较吻合。国际上成立了ITU－R视频质量专家组（Video Quality Experts Group，VQEG）专门研究和规范图像质量客观测量的方法和标准。 VQEG规定了两个简单的技术参数，即峰值信噪比(PSNR)和均方差(MSE)；此外还有许多图像质量模型，这些模型在测量图像质量时都基于人眼视觉特性。一些研究者认为，当发生丢包或者低速率传输媒体时，这种测量方法不能很好地工作，而且也不能刻画应用层的一些关键信息，如再缓冲次数、平均缓冲时间、帧率（FPS）等。
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2应用层媒体性能测量指标
2.1媒体播放器的播放原理
当前主流的商业流媒体播放产品主要有Real公司的RealPlayer、Microsoft公司的Media Player、Apple公司的QuickTime。它们虽然属于不同的公司，但是播放流式媒体的基本原理是相同的。
图1给出了以视频点播和广播为例考察用户获取流媒体服务的典型流程。
接收者和服务器之间需要通过三次交互才能获得流媒体内容。
首先是用户浏览器和Web服务器（流媒体内容的发布点）交互，以获取具体的流媒体内容定位信息（媒体源文件的URL）。
然后，用户浏览器通过内容定位信息获得具体的媒体源文件。该源文件通常是一个SMIL或者XML格式的媒体同步和控制文件，包含了具体的流媒体内容的位置（URL）和控制方法。
然后，在客户端，流媒体的源文件触发用户端的媒体播放器。
最后，媒体播放器根据源文件的要求安排媒体流，同时根据媒体流的URL请求流媒体内容传输。
2．2 流媒体播放器的相关特性
大多数的媒体播放器在播放流媒体之前，媒体数据先要在接收端缓冲，其主要作用是平滑媒体数据传输波动，提高播放质量。缓冲区的大小和利用百分比决定了播放过程中接收者的接收质量。在播放过程中，如果缓冲的数据不够甚至传输中断，播放器会进行重缓冲，重缓冲会严重影响服务质量、降低收看效果。 RealNetworks公司的RealPlayer是
使用较多的几个流媒体播放器之一，本文选用它作为播放器。首先介绍几个相关的特性：
a） 流量交换流技术。
RealPlayer能够从流媒体服务器接收流化的媒体内容。这期间要用到一些相关的传输协议，如RTSP等。当然也可以选择TCP、UDP、HTTP等协议。
b） 自适应带宽。
Real System采用Sure Stream，通过测量网络的当前状况调整流媒体的比特率来适应网络，使用户获得更好的效果。Microsoft公司的intelligent streaming也可以达到同样的效果。要达到自适应带宽的目的，还需要多比特编码（多层编码）技术支持。
c） 缓冲区初始化。
RealPlayer需要初始化播放器缓冲区，消除媒体服务器与播放器之间的网络延迟带来的负面影响。设置大的缓冲区可以容忍更大的网络延迟，同时也增加了播放延迟，因此缓冲区并不是越大越好。 d） 再缓冲。
当网络条件恶化时，RealPlayer有可能耗尽缓冲区内的媒体数据。这时播放器不得不停止播放（没有数据），等待新的数据填充缓冲区。
2．2性能测量指标
根据以上分析，本文提出了面向应用层的测量指标：
a） 缓冲时间。
真空自耗炉从流媒体数据到达播放器到开始播放的时间。这个时间与缓冲区大小、网络环境有关。缓冲时间可以衡量媒体流数据传输的延迟和延迟抖动等性能，对流媒体播放的性能有直接影响。
轮胎帘布b） 播放速率。
由帧率、画面分辨率、彩深度、编码方式等诸多因素决定，是直接影响性能的重要因素。由于自适应带宽技术的存在，播放速率还受到网络环境的影响。
c） 再缓冲次数和时间。
在播放过程中，缓冲区中的媒体数据耗尽，流媒体数据不能达到播放的要求，需要重新进行缓冲。再缓冲的时间和次数可以描述流媒体在播放过程中的质量，客观来讲，这是影响流媒体性能最重要的指标。
d） 脱硫装置帧率。
人的眼睛由于生理原因会产生视觉停留，电影胶片就是利用这个原理。但是当每个画面停留时间过长时，眼睛就会觉察到不是连续的情景，这就意味着用户看到的是一个个画面，导致媒体的质量下降。
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