无线网络音视频业务的用户感知质量研究

发布时间：2017-05-17 00:04

  本文关键词：无线网络音视频业务的用户感知质量研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线网络的快速更迭和性能提升带来了丰富的业务形态,其中话音业务和视频业务成为了当前无线网络中最重要和最受关注的业务。既有的业务质量评价标准是基于网络和设备的服务质量(Quality of Service, QoS)的,不能完全符合通信的最终享用者的感知和体验,因此引入了用户感知质量(Quality of Experience, QoE)作为无线网络中话音业务和视频业务的质量评价的新维度。但是,依赖于主观评价的QoE评估方法需要大量的人力和时间,并且对具体业务的评估结果是后验的。如何针对具体业务进行准确有效、客观先验的感知质量评价成为了一个有着重要理论和实际应用意义的研究课题。与此同时,作为业务质量的标准之一,QoE评价仅仅给出整个业务的质量结果还不够,还应该定位和量化业务感知质量损伤的来源。在这样的背景下对视频业务质量损伤的不同环节进行有针对性的研究也非常必要。在本文中,主要研究了话音业务和视频业务的QoE客观评价方法,建立了多个针对具体场景的QoE模型。针对中文话音业务对ITU P.862标准中的感知语音质量评价算法(Perceptual Evaluation of Speech Quality, PESQ)进行了性能分析和校正,针对视频业务,建立了端对端视频业务的QoE模型,分别对编码压缩损伤的感知质量影响和网络传输对视频业务的感知质量影响进行了研究,最后建立了新型自适应流媒体业务的QoE模型。本论文的主要成果分为以下几方面：一、建立了严格符合ITU标准要求的中文语料库,搭建了语音业务传输损伤模型,获得了符合真实传输损伤的语料样本,通过大量的主观测试获得了中文语料库的感知质量,基于此,对中文话音环境下的PESQ算法性能进行了分析,并在此基础之上提出了中文话音业务感知质量校正模型CPESQ,分析结果表明,CPESQ模型更好的适应了主观感知质量,相关性和准确度都较PESQ有一定的提升。二、在端对端的视频业务中,提取了影响视频业务感知质量的影响因子,分析了业务指标(起始时延、播放卡顿、音视频同步)和画面指标(块效应、模糊度、运动性、画面劣化等)对感知质量的影响,通过回归分析了以上因子之间的相互关系,并给出了视频业务QoE模型VQAM的数学表达。三、针对视频编码压缩环节,提出了一种无参考的视频感知质量评价模型NR-VMOS,以运动性和视频内容作为分类,引入了无参考的PSNR估算,针对不同的编码尺寸和压缩码率建立了分类模型。通过性能分析,认为该无参考QoE模型对不同视频内容有着良好的适应性,可用于视频发布平台上对不同编码器性能的评价之中。四、针对网络传输对流媒体业务感知质量的影响进行了研究。对不同传输方式的流媒体业务进行了分类讨论：1)引入结构相似性指标SSIM研究流媒体业务中传输丢包造成的画面质量劣化；基于对SSIM指标的无参考估算,讨论丢包造成的帧的直接失真和由帧间预测带来的错误传递；提出了两种网络丢包造成的e-SSIM估算方法,对两种估算方法做了分析和对比；并在此基础之上建立了SSIM对流媒体业务感知质量的模型。2)研究了时延过大和吞吐量不足导致的播放卡顿的影响。基于起始时延、卡顿次数、卡顿时长建立了流媒体业务卡顿模型,并通过仿真研究了网络丢包和时延、TCP吞吐量、流媒体业务起始时延和播放卡顿分布的关系,分析了播放卡顿对主观感知质量的影响。五、讨论了自适应流媒体业务的感知质量,自适应流媒体业务的质量损伤融合了编码损伤波动和播放卡顿损伤两种场景。本文阐述了码率切换和码率分布、播放卡顿、起始码率等特征因子对感知质量的影响；基于起始时延、播放卡顿和码率波动,建立了DASH业务QoE模型,通过大量的人群测试进行了回归分析,并与其他类似模型进行了性能的对比,结果显示该模型可以较为准确的用于对DASH业务实时感知质量的推导。
【关键词】：QoE 话音业务质量 PESQ 流媒体业务 DASH业务 无参考客观评价
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-19
• 1.1.1 无线网络的迭代和业务承载的发展12-15
• 1.1.2 无线接入音视频业务的重要地位15-18
• 1.1.3 业务质量和基于用户感知的质量评价18-19
• 1.2 本文安排19-22
• 参考文献22-24
• 第二章 QoE的基本评价方法24-45
• 2.1 QoE的定义24-25
• 2.2 QoE的量化描述25-27
• 2.3 QoE评价方法27-34
• 2.3.1 语音业务和视频业务的主观评价27-31
• 2.3.2 音视频业务QoE的客观评价31-34
• 2.3.3 伪主观评价34
• 2.4 QoE建模34-37
• 2.4.1 影响用户感知的QoS参数35-36
• 2.4.2 建模工具36-37
• 2.4.2.1 统计学36-37
• 2.4.2.2 机器学习37
• 2.5 不同业务感知质量研究现状37-40
• 2.5.1 音频业务38
• 2.5.2 视频业务38-39
• 2.5.3 无线网络的特点和业务分类39-40
• 2.6 本章小结40
• 参考文献40-45
• 第三章 语音业务的QoE质量评价研究45-64
• 3.1 PESQ模型对话音业务的感知质量评价45-47
• 3.2 中文语料库的建立47-51
• 3.3 PESQ评估和MOS-LQO映射51-52
• 3.4 主观测试数据采集52-53
• 3.5 PESQ模型在中文语音环境下的准确度分析53-57
• 3.6 中文话音业务的感知质量模型CPESQ57-60
• 3.7 CPESQ模型的性能分析60-61
• 3.8 本章小结61
• 参考文献61-64
• 第四章 视频业务的QoE模型研究及编码损伤分析64-91
• 4.1 系统模型64-66
• 4.2 影响视频业务感知质量的特征因子66-70
• 4.3 视频业务特征因子对感知质量的影响分析和模型建立70-79
• 4.3.1 实验设计71-73
• 4.3.2 模型回归分析73-78
• 4.3.3 端对端的视频感知质量模型及性能78-79
• 4.4 无参考的视频QoE评价模型NR-VMOS79-87
• 4.4.1 无参考KPI提取80-81
• 4.4.2 编码损伤数据获取81-82
• 4.4.3 NR-VMOS非线性回归建模82-84
• 4.4.4 NR-VMOS模型性能分析84-87
• 4.5 本章小结87-89
• 参考文献89-91
• 第五章 网络传输对流媒体视频的感知影响研究91-130
• 5.1 网络传输对视频业务QoE的影响91-92
• 5.2 丢包对RTP流媒体业务的QoE的影响92-112
• 5.2.1 基于无参考的结构相似性的客观视频质量评价93-95
• 5.2.2 无参考的结构相似性估算95-109
• 5.2.2.1 精确的无参考SSIM估算96-106
• 5.2.2.2 低开销的无参考SSIM估算106-109
• 5.2.3 网络丢包对RTP流媒体业务的QoE模型109-112
• 5.3 络传输对HTTP流媒体业务的影响112-126
• 5.3.1 HTTP流媒体应用和网络传输的感知影响分析112-113
• 5.3.2 TCP吞吐量113-115
• 5.3.3 HTTP流媒体业务卡顿模型115-118
• 5.3.4 网络传输对HTTP流媒体业务质量影响的仿真分析118-123
• 5.3.4.1 网络传输对TCP吞吐量的仿真分析118-120
• 5.3.4.2 传输丢包和时延对HTTP流媒体视频业务卡顿分布的影响120-123
• 5.3.5 卡顿与感知质量之间的关系123-126
• 5.4 本章小结126
• 参考文献126-130
• 第六章 自适应流媒体业务的感知质量研究130-156
• 6.1 自适应流媒体简介130-132
• 6.2 DASH服务架构132-134
• 6.3 DASH业务感知质量的分析134-144
• 6.3.1 自适应流媒体样本的制作和实网DASH业务仿真134-139
• 6.3.2 感知质量主观得分获取139
• 6.3.3 对自适应流媒体业务的影响因素分析139-144
• 6.4 码率切换对QoE的影响模型144-147
• 6.5 DASH业务QoE的模型回归建立147-151
• 6.6 基于传输状态对DASH业务感知质量的推导151-153
• 6.7 本章小结153-154
• 参考文献154-156
• 第七章 总结与展望156-158
• 附录 缩略语表158-161
• 致谢161-163
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录163-164

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