Diese Application Card untersucht bewährte Verfahren, um die Qualität von Videodiensten über Mobilfunknetze zu testen, und geht auf die unterschiedlichen Typen von Videodiensten sowie die jüngsten Entwicklungen bei Video-Streaming-Applikationen ein.
Ihre Anforderung
Auf Videodienste entfällt der größte Anteil der Daten, die in den heutigen Mobilfunknetzen übertragen werden. Voraussichtlich wird ihre relative Bedeutung in Zukunft weiter zunehmen. Neue Dienste für XR- und VR-Anwendungen werden ähnliche Übertragungstechniken verwenden und noch mehr Daten verbrauchen. Die erzielbare Auflösung steigt mit der Übertragungskapazität. Die hochaufgelösten Bildschirme der heutigen Smartphones gehen mit entsprechend hohen Benutzererwartungen einher. Die Videodienstqualität spielt eine wesentliche Rolle für die Kundenzufriedenheit. Die Entscheidung, ob eine höhere oder niedrigere Auflösung und Qualität angeboten wird, kann nicht unerhebliche Konsequenzen für die Infrastruktur eines Mobilfunkbetreibers haben – denn die zu übertragenden Datenmengen, um die es geht, sind gewaltig.
Ausschlaggebend für die Zufriedenheit der Endnutzer sind Faktoren wie die Wartezeit (Zeit bis zum ersten Bild), die Bildqualität und die Flüssigkeit der Wiedergabe (kein Stocken, ausreichende Bildwiederholrate). Die Anbieter von Videoinhalten passen häufig die Verfahren für Kompression, Auslieferung und Zwischenspeicherung der Videos an, um mit Netzschwächen und möglichen Ausfällen und Engpässen zurechtzukommen und um die beste Balance zwischen diesen Faktoren zu finden, die die Erlebnisqualität (Quality of Experience, QoE) bestimmen.
Die Videoübertragung erfolgt nicht immer in Form eines kontinuierlichen Datenstroms. Das Streaming von gängigen Plattformen ähnelt eher einer Reihung von Datei-Downloads. Da Teile eines Videos im Puffer zwischengespeichert werden, gibt es auch immer Phasen, in denen das Mobilfunknetz keine Daten überträgt. Der abschnittsweise, dateiartige Download kaschiert viele potenzielle Probleme im Netz – kurzfristige Unterbrechungen des Datenstroms können überbrückt und Einschränkungen der Übertragungskapazität ausgeglichen werden. Wenn ein Mobilfunkbetreiber keine Informationen über diese Probleme erhält, bleiben sie unerkannt.
Das Client-to-Server-Schema verfügt über einen gewissen Spielraum, um auf Netzprobleme zu reagieren, die beim dateiartigen Downloaden und Zwischenspeichern auftreten. Im Fall von Live-Videos, die in Echtzeit übertragen werden, ist diese Freiheit nicht gegeben. Beim TV-Live-Streaming ist lediglich eine kurze Verzögerung vorgesehen, sodass das Video nur für wenige Sekunden auf dem Gerät zwischengespeichert werden kann. Die Datenübertragung muss deswegen in kurzen Zeitabständen und fast kontinuierlich erfolgen. Da der Zwischenspeicher nur kleine Ausfälle überbrücken kann, besteht ein wesentlich größeres Risiko, dass das Video einfriert. Die Netzperformance lässt sich beinahe lückenlos verfolgen, da größere Aktivität im Netz herrscht.
Die Netzauslastung hängt davon ab, welche Verfahren zur Auslieferung der Videos zum Einsatz kommen. Bei allen Videodiensten fordert der Video-Client (auf dem Smartphone) codierte Videoinformationen an und empfängt diese von einem Content-Server. Dieser wird normalerweise von einem Drittanbieter außerhalb des Mobilfunkbetreibernetzes betrieben. Wenn es sich nicht um einen Echtzeitdienst handelt, wird das Video vor dem Start einige Sekunden lang zwischengespeichert. Da Echtzeitdienste nicht vorab puffern können, starten sie die Wiedergabe in der Regel mit dem nächsten Synchronisationsframe. Es gibt unterschiedliche Strategien, wie eine Videodatei in den Zwischenspeicher des Smartphones übertragen wird:
Nicht-Echtzeit-Streaming ist immer noch der Normalfall. Allerdings gewinnen Echtzeitdienste an Bedeutung. Zu denken ist etwa an Fernbedienungen mit visuellem Feedback, Überwachungsdienste und andere Anwendungen. Die Echtzeitübertragung muss nahtlos erfolgen – selbst kleinste Unterbrechungen oder Verzögerungen fallen störend auf. Videodienste an sich sind bereits mit hohen Anforderungen an die Netzwerke verbunden. Dementsprechend stellen sich Echtzeitdienste als kritische Herausforderung dar.
Grafische Benutzeroberfläche des Videoqualitätstests in QualiPoc Android
Lösung von Rohde & Schwarz
Die Messung wichtiger technischer Merkmale wie Auflösung, Bildwiederholrate, Bitratenschätzung und Anzahl der eingefrorenen Bilder ist von entscheidender Bedeutung. Diese Merkmale bestimmen letztlich die Qualitätswahrnehmung des Nutzers. Die Videokompression ist hochgradig skalierbar und basiert auf Algorithmen und Einstellungen. Trotz gleicher Auflösung und Bitrate kann die Bildqualität daher unterschiedlich ausfallen. Eine integrative, wahrnehmungsbasierte Messung stellt die zuverlässigste Art und Weise dar, um sämtliche Effekte, die durch Kompression und Verschlechterung der Auflösung bis zu ruckeliger Videodarstellung und vollständigem Einfrieren verursacht werden, zu berücksichtigen. Diese Faktoren werden in einer Gesamtkennzahl zusammengefasst. Die Messungen der wahrgenommenen Videoqualität sollten auf einer direkten Bildanalyse basieren und eine mittlere Beurteilungsnote (Mean Opinion Score, MOS) für Videos liefern, die sich auf die tatsächliche Qualitätswahrnehmung des Benutzers bezieht.
Die Berechnung einer mittleren Beurteilungsnote stellt ein weit verbreitetes und standardisiertes Verfahren zur Bewertung und Vorhersage der Qualitätswahrnehmung dar. Die ITU-T hat das von der Rohde & Schwarz SwissQual AG entwickelte Verfahren TU-T J.343.1 genehmigt. Dieses analysiert die tatsächlich empfangenen Videoinformationen und dargestellten Bilder, um die visuelle Qualität vorauszuberechnen, wie sie von einem durchschnittlichen, menschlichen Betrachter wahrgenommen wird. Wie ein menschlicher Betrachter „sieht“ der Algorithmus nur das empfangene Video. Da man keinen Vergleich mit einem Referenzquellenvideo benötigt, eignet er sich auch für Live-Video und kann auf sämtliche mobilen Streaming-Dienste von heute angewandt werden, sogar auf das Streamen von verschlüsselten Inhalten. J.343.1 in ETSI TS 102 250-2 empfiehlt Messungen der visuellen Qualität für alle mobilen Videodienste.
Dieser neue Algorithmus zur Bestimmung der Videoqualität wurde zur Ausführung auf Smartphones konzipiert, ist komplett unter Android implementiert worden und wird von allen Produkten von Rohde & Schwarz für Mobile Network Testing unterstützt. Das Messtechnikportfolio von Rohde & Schwarz umfasst flexible Lösungen vom tragbaren QualiPoc Android bis hin zum großformatigen Benchmarker3. Das schlank konzipierte QualiPoc kann ankommende Videos in Echtzeit bewerten, einschließlich Live-Videos (den kritischsten Testfall bei Mobilfunknetzen). Die Videoqualitätsevaluierung ist in eine vollständig automatisierte Testlösung für Videodienste eingebettet und stellt einen umfangreichen Satz an technischen Parametern und KPIs zur Verfügung. Die Einstiegsversion des Rohde & Schwarz Produktangebots ermöglicht die Bewertung von YouTube-Videos und unterstützt die variablen Bitraten und Auflösungen, die aktuell von der Plattform genutzt werden.
Mit den Testlösungen von Rohde & Schwarz für die Videoqualität können Mobilfunkbetreiber überprüfen, ob beliebte Video-Apps in ihren Netzen einwandfrei arbeiten. Da die Videodienst-Performance wesentlichen Anteil an der Kundenzufriedenheit hat, können Mobilfunknetzbetreiber mit geeigneten Testlösungen für zufriedenere Abonnenten sorgen, geringere Abwanderungsraten erzielen und Kunden von der Konkurrenz anlocken.
Wenn die Videoqualität eines Video-Streaming-Diensts gemessen wird, erfolgt eine Analyse aller Glieder der Übertragungskette, vom Content-Server über das Anwendergerät bis zum Software-Client auf dem Anwendergerät. Die Performance des Mobilfunknetzes selbst ist nur ein Faktor.
Weitere Informationen
Für weitere Informationen zu Messtechniklösungen und -produkten (wie QualiPoc Android und verwandte Produkte wie das R&S®FR4 Freerider 4 Rucksacksystem und Benchmarker3) setzen Sie sich bitte mit Ihrem Rohde & Schwarz-Vertriebspartner in Verbindung oder besuchen Sie www.rohde-schwarz.com.
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