2024年2月20日发(作者：)

视频质量及网路编码研究概述

一、视频质量评估

目前，随着未来网民的个人价值观和网络行为特征日趋复杂化和多样化，网民的视频消费结构也将呈现多元化的特点。消费需求结构的多元化将驱动中国网络视频市场竞争格局向追求规模和追求差异化两个方向发展。

预计到2010年，中国的网络视频市场将形成以大型门户矩阵、专业视频网站和专业化的行业服务提供商为主体的竞争格局。预计到2013年，全球通过网络视频用户较2007年增长3倍，达到至少10亿人。

视频质量评估的研究是图像信息工程的基础技术之一。在网络视频通信应用中的视频传输技术，视频处理中的编码压缩技术和视频恢复技术，所有这些技术不论优劣都会在一定程度上影响到视频的质量。同时随着网络技术的飞跃发展，视频在网络上的应用已经成为主流。网络视频就是利用网络技术，将电视网络和当前的Intemet网络进行了结合。基于网络的视频质量评估是改进和提高网络视频服务质量的必经之路。

在目前三网（语音、视频、数据）融合的大趋势下，视频业务已成为高速接入网络中最受人关注，需求量最大的业务。相比其他两种业务，视频业务具有消耗带宽大，实时性要求高，对网络损伤非常敏感的特点，即对QoS的要求非常高。因此，在网络性能有损的条件下，需要对通过网络传输的视频业务质量进行监测，以实时改进网络性能的情况。

近年来，国际标准化研究机构非常重视视频质量评估的研究。在1997年，ITU-T和ITU-R的研究小组联合在一起成立了视频质量专家组 (Video Quality Experts Group，VQEG)，专门从事视频质量评估的研究和相关标准的制定，力图在全球提供一个开放的研究环境。该机构成立以来得到了很多机构和企业的支持，提出了一系列的关于视频质量评估的标准。

目前评定视频质量主要有MDI、V-Factor 、和VQS等指标。

1. MDI指标是目前对视频流测试和测量的最好指标，适用于通过网络传输的任何一种媒体流。根据RFC4445文档定义，MDI有两部分组成，DF(delay factor)延迟参数和MLR(media loss rate)媒体丢失率。关于延迟参数DF值的计算，RFC4445文档描述，定义一个虚拟的缓冲区VB，缓冲区大小VB = 收到的字节数--流出的字节数，计算每一个数据包到达时的VB值，统计出计算间隔时间内的Max(VB)和Min(VB)

得出DF值。VB值的具体计算如下：

DF=[Max(X)-Min(X)]/媒体流速度 VB(i,pre)=sum(Si)-MR*Ti , j=1 …i-1

VB(I,post)=VB(I,pre)+Si

Si 表示第i个包的大小；MR：媒体流速度；Ti表示第i个包到达的时间。

Media Loss Rate (媒体丢包率，简称MLR)：MLR的单位是每秒的媒体数据包丢失数量。该数值表明被测试视频的传输丢包速率。

MLR=(p_expected—p_received)/interval 。

MDI用于精确测量和监测影响视频传输质量的网路抖动和延迟，可以准确的反映媒体流的质量，提供比主观观测更加精确的测量结果。

2. VQS指标，是一种主观评定指标，和对语音评估的MOS指标有些类似，VQS将图像质量划分为1—5的等级来评定图像质量的好坏。

3. V-Factor指标是根据MPQM来做视频质量评定：包括两部分，对视频流的语音部分，使用和语言评定同样的方法：MOD/R-Factor。对于数据流的分析，遵守的标准是ETSI TRI101290.V—Factor的评估要考虑编码的类型。

二、网络编码

2000年，香港中文大学的 和NCai 首次提出了网络编码，其核心思想是在网络中参与传输的节点，其输出边上传输的数据可以通过该点多条输入边上传输的数据的某种线性或非线性变换得到，而参与传输的所有节点对数据的变换应保证最终所有接收节点可以正确恢复出信源所发送的信息。

网络编码的工作原理是把不同的信息转化成位数更小的“痕迹”，然后在目标节点进行演绎还原，这样就不必反复传输或者复制全部信息了。痕迹可以在多个中间节点间的多条路径上反复传递，然后再被送往最终的目的端点。它不需要额外的容量和路由—只需把信息的痕迹转换成位流即可，而这种转换现有的网络基础设施是可以支持的。

网络信息流的最大流最小割定理：对于已知的网络流图，信宿S到信宿T的流量的最大值W等于其最小割的容量，即max flow(S,T)=min C(S,T)。对于只有一个信宿的网络，依靠路由就可以获得最大流。下面看一个具有两个信宿的多播网络，如何获得网络多播的最大流，通信网络如下图所示。

这是一个单信源两信宿的网络，假设每条链路无时延无差错，其中S是源节点，t1和t2是目的节点。图1(a)给出了每条边的信息速率均为1bit/每单位时间。由最大流最小割定

理容易得出从信源到目的节点的最大流均为2。由此得到信源S 可以同时发送2bit 信息给t1 和t2。图1（b）给出了一种编码方案，可以看出，为了从信源节点S 同时传输2bit 信息b1b2 到目的节点，则在中间节点3 处，必须采用网络编码，使输出边（3，4）传输比特的线性组合为b1⊕b2（异或），那么在目的节点t1 和t2 处才可分别由b1 和b1⊕（b1⊕b2），b2 和b2⊕（b1⊕b2）恢复出所有信息b1b2。如果按照传统路由方式，在一个单位时间内将无法把b1b2 传输给节点t1 和t2，这就是网络编码的优势。

网络编码的应用潜力巨大，应用领域涉及无线网络、P2P系统、网络安全和分布式文件存储等网络的多方面。