0引言

近年來，開發新一代高速信息網絡得到了世界各國的普遍重視，各國都提出了相應的高速網絡研究計劃，如美國自然科學基金會設立了“下一代Internet研究計劃：NGI”,建立了高速網絡試驗床vBNS（Very High Speed Backbone Network Service）,進行高速計算機網絡及其應用的研究。其他國家也紛紛提出并進行了類似的計劃。

我國十五規劃提出的以高性能寬帶信息示范網3TNet的創建為手段，重點攻克T比特級智能光網絡、T比特級WDM光網絡、T比特級路由器等系統設備的關鍵技術目標也正是要跟上高性能網絡的研究，2005年使我國在高性能寬帶信息網技術研究、設備開發及業務應用等方面躋身于世界先進行列。

3TNet作為高性能寬帶網網絡平臺和支撐環境，可以提供充分的信息資源共享和服務共享，利用寬帶的優勢，在音視頻方面提供優質的服務，因此除了帶寬增加帶來上網速度大大提高、實現高速的常規網絡信息服務，如Web瀏覽、文件下載、Email等服務外，還可提供豐富的增值業務內容。包括：視頻流傳輸及網絡電視功能、VOD點播服務、遠程教育、網絡游戲、視頻會議、利用智能網關系統技術構建智能家庭網絡等服務。為保證3TNet高性能寬帶網網絡平臺和支撐環境各項業務的順利開展，使終端用戶能享受到音視頻方面的優質服務及其他方面豐富的增值業務。因此，研究寬帶多媒體網關（BMG : Broadband Multimedia Gateway）或視頻終端的測試手段和測量方法，搭建相應的測試平臺，制定測試規范和測試標準就顯得尤為重要了。只有制定出科學、合理、切實可行的規范和標準，才能為寬帶多媒體智能網關的產品設計、生產定型、檢驗提供依據。為高性能寬帶信息示范網3TNet和寬帶多媒體智能網關或視頻終端的可持續發展奠定堅實的基礎。

1測試方法研究

由于寬帶多媒體智能網關主要作為家庭的聯網中心和媒體中心，因此測試內容的研究主要包括以下兩個方面：網絡性能測試、音視頻性能測試。本文重點介紹音視頻性能測試。

《寬帶多媒體網關測試規范》主要引用了GB 31741995《PALD制式電視廣播技術規范》；GB/T 18472《數字編碼彩色電視系統用測試信號(neq ITUR BT.8011)》；《DVD視盤機行業自律通0用規范》中國電子音響工業協會（20000701發布）等國家標準或行業規范作為音視頻性能測試的測試依據。

1.1網絡性能測試

1.1.1接入認證功能測試

驗證寬帶多媒體網關BMG是否具有基于DHCP+Web認證的功能；

1.1.2路由功能測試

包括動態路由功能測試和靜態路由功能測試兩個部分。具體細節在此不作贅述。

1.2音視頻性能測試

1.2.1視頻性能測試

寬帶多媒體網關的視頻性能測試將分成標準清晰度視頻和高清晰度視頻兩部分進行。這兩部分的測試項目分別從不同的方面反映標清和高清碼流經過寬帶多媒體網關解碼后的音視頻性能，標清測試項目主要包括：亮度非線性失真、微分增益、微分相位、視頻輸出電平、亮度通道帶寬、亮度信噪比、亮色增益差、亮色時延差、色度信噪比等。

圖1標清視頻性能測試框圖

寬帶多媒體網關和視頻終端作為家用消費類電子產品，與DVD視盤機、數字電視接收機的視頻通道有很多相似之處，對DVD視盤機和機頂盒的視頻測量無外乎也用這些測試項目進行考核。上面提到的標清視頻測試項目與觀看的圖像質量是息息相關的。通過對這些項目的測試，不但考查到亮度通道的特性，還考查了色度通道的特性，同時對亮度和色度之間相互干擾進行了考核。

亮度信噪比是在亮度信號的平坦部分輸出電平對有效噪聲電平之比。該項目直接反映圖像信號的優劣程度，視頻信號由于傳輸及處理電路的影響，使得噪聲信號疊加在有用信號之上，圖像質量變差，畫質降低。亮度信噪比越高，信號中的噪聲越小，圖像越透亮。亮度通道帶寬是亮度信號的幅度與視頻頻率的函數關系，該項目表示信號所攜帶的有效信息量，隨著帶寬的衰減圖像所能承載信息的能力減弱，圖像的高頻部分受到影響，顯示圖像細節的能力變差。因此帶寬越寬，圖像質量越好。所以對亮度通道的信噪比和通道帶寬是兩個比較重要的考核項目。亮度非線性失真是反映重現不同灰度的能力，如果視頻通道亮度非線性失真較大，那么圖像的層次感就會很差，也就是說該白的不白，該黑的不黑。

微分增益、微分相位、亮色時延差和亮色增益差都是考核亮度通道和色度通道的相互干擾的測試項目。當亮度電平發生變化的時候，疊加在亮度信號上的色度電平或相位也會不同程度的發生變化，體現在圖像中就是彩色圖像的色調和色飽和度，如果亮度電平對色度電平或相位影響過大，會使畫面產生一定程度的失真。

高清晰度視頻通道部分的測試，選取典型測試項目來考核終端，包括視頻幅度、亮度通道帶寬、亮度信噪比、亮度非線性、通道間的時延、同步特性六個項目。由于系統互聯的需要，規范的接口是至關重要的，為了更好地與下級設備配接，首先考慮到，接口的信號輸出要符合標準規范，視頻幅度和同步特性兩個項目考核輸出信號的規范性，測試輸出信號的幅度、同步結構是否合乎標準。模擬PAL制彩電受限于信號帶寬，視頻帶寬在6M帶寬內要傳送1路亮度和兩路色差信號，雖然利用人眼的特性，壓縮了信息利于傳輸，但有限的帶寬也只能攜帶標準清晰度的信息。帶寬考核信號所攜帶信息的能力，帶寬越寬所能攜帶的信息量就越大，表現圖像細節的能力就越高。針對高清部分的測試更是如此，選取亮度通道帶寬考核輸出信號的能力。亮度非線性失真和亮度信噪比是考核信號圖像質量的。寬帶多媒體網關或視頻終端輸出信號的噪聲影響圖像的效果。非線性失真表征其亮度的線性程度。通道間的延時考核Y、PB、PR各端口之間的同步關系。

圖2高清 Y、PB、PR端口輸出特性測試框圖

1.2.2音頻輸出特性測試

音頻輸出特性的測試主要包括7個比較典型的測試項目：音頻輸出電平、失真加噪聲、信噪比、幅頻響應、串音、電平差、相位差。它們的測試結果能比較全面地反映出寬帶多媒體網關和視頻終端的音頻輸出性能。

圖3音頻輸出特性測試框圖

1.3圖像質量系數的測試

圖像質量系數表明被測設備在標準測試狀態下的圖像質量比，能夠比較客觀地通過測得的數據評價視頻質量的好壞。

由于寬帶多媒體網關所采用的壓縮視頻系統是一個非線性的系統，影響該系統視頻質量的因素有很多，例如：輸入視頻的質量，輸入視頻的特性，使用的編碼參數，解碼器的特性等。對此我們通過客觀測量的方法來對該系統的視頻質量進行評價。

客觀法主要是應用圖像質量分析儀來對整個系統進行測試，它主要反映了解碼以及系統視頻處理過程對圖像質量所產生的影響，并可以直接進行一些參數的測量并給出圖像質量的等級值。

圖4圖像質量系數測試框圖

寬帶多媒體網關的圖像質量系數（PQR：Picture Quality Radio）測試是一種客觀測試方法，是將各種測試序列送入被測設備，從復合視頻通道和S端子通道進行捕捉，然后與存放在PQA（Picture Quality Analyzer圖像質量分析儀）中的相同序列做比較，通過分析計算得到PQR值。其PQR值越小，表示經寬帶多媒體網關和視頻終端解碼輸出的圖像和原始圖像越接近，失真也就越小，圖像質量也就越高。當PQR值為0時，表示和原始圖像完全相同。

測試序列包含一個相對靜止圖像和4個含較快運動物體的圖像序列，每個序列持續大約5秒鐘。測試素材包含對各種評價因素，如圖像空間分辨率、亮度、彩色和運動再現等具有比較敏感特點，并能代表電視節目的典型內容。

1.4自動測試系統的應用

對于寬帶多媒體網關BMG測試來說，傳統的方法是對測試儀器進行手動切換和調節旋鈕達到測試的目的。這種方法比較繁瑣、效率不高而且測試結果不穩定。如果測試過程、測試結果的分析和處理均由軟件來執行，減少人為的干預，無疑會使測試結果更準確，測試過程也變得更加自動化和簡便[2]。圖5所示為音視頻自動測試系統框圖。

圖5音視頻自動測試系統框圖

系統運行原理：在計算機運行相應的軟件將MPEG2測試碼流通過網絡端口傳送給寬帶多媒體網關BMG，寬帶多媒體網關BMG經過解碼產生音頻和視頻信號送給監視器和音視頻分析儀進行相關項目的測試。

在測試之前，音視頻分析儀VM700T必須進行初始化。儀器初始化和測試工作均由PC機完成。下面給出一個測試項目K系數的前面板圖（圖6）和程序框圖（圖7）。(Ｋ系數Ｋｂ和Ｋｐｂ：人的視覺對不同波形的失真有不同的敏感度，這兩個Ｋ系數能把波形失真和觀眾對圖像損傷的反映聯系起來，Ｋ系數評價法就是在各種波形失真按人眼視覺特性給出不同評價的基礎上，度量圖像損傷的一套系統方法。)

圖6測量項目 K系數的前面板圖

圖7測量項目 K系數的程序框圖

從圖7中可以看到有一個名為GET DATA 12345的子VI，它的程序框圖如圖8所示，是PC機與儀器進行GPIB通信的子VI。

圖8子VIGETDATA 12345

將各個測試項目分別存為相應的子程序即子VI后，根據整個測試流程的需要，經過一定的時延，把這些子VI串起來（即按時間順序分別調用這些子程序），即可搭起整個自動測試系統。

將最終測試結果存放在一個數組里，使用LabVIEW Generation ToolKit軟件，即可生成規范的Word或Excel測試報告。

整個設計、調試工作完成后，就可以運行自動測試軟件測量寬帶多媒體網關BMG的音視頻性能。

如果用常規方法，測試人員測量完一臺寬帶多媒體網關BMG的標清音視頻項目需要一至兩個小時，現在用自動測試軟件測試一臺同樣的BMG只需要5分鐘，當遇到大批量的測試任務時，無疑能大大縮短測試時間，提高工作效率。這無疑為今后寬帶多媒體網關BMG的高效率大批量測試提供了有力的保證。

自動測試軟件的測試精確度與音視頻分析儀器VM700T的精確度相同。

2結束語

寬帶多媒體網關BMG測試方法研究是在國家863課題“寬帶信息網運營支撐環境及接入系統的研制之智能網關及終端設備測試規范及測試標準研究”的支持下開展起來的，并且在研究工作的基礎上制定了《寬帶多媒體網關測試方法》和《寬帶多媒體網關通用規范》等測試規范。

有市場調研公司報告顯示，2004年全球IPTV用戶只有200萬個，到2008年，這個數字將達到2600萬。報告得出結論2005年將是IPTV和交互式網絡電視年。因此，寬帶多媒體網關和視頻終端在今后幾年在我國也會有比較大的跨越式發展。《寬帶多媒體網關和視頻終端測試方法》和《寬帶多媒體網關和視頻終端通用規范》等標準的制定，對我國IPTV市場和交互式網絡機頂盒市場的健康發展具有積極的規范和指導意義。

參考文獻

[1] 楊樂平等. LabVIEW程序設計與應用. 電子工業出版社

[2] 張毅剛等. 自動測試系統. 哈爾濱工業大學出版社