IP視頻通信中的丟包恢復(fù)技術(shù)

    在IP視頻通話中，即使是在丟包率很小的情況下也會(huì)對(duì)使用效果造成較為明顯的影響。正是由于這個(gè)原因，自從上世紀(jì)九十年代中后期IP視頻會(huì)議技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，在“有損耗”的IP網(wǎng)絡(luò)上成功召開(kāi)視頻會(huì)議的能力一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。近年來(lái)，隨著低成本，共享式的網(wǎng)絡(luò)線路的普遍采用(如DSL，有線，衛(wèi)星，LAN和WAN，公共互聯(lián)網(wǎng)等)以及使用更高通話帶寬(通常需要支持更高的視頻分辨率)則使這一問(wèn)題顯得更為突出。

造成丟包的原因

    丟包可以由內(nèi)部(企業(yè)LAN范圍內(nèi))或外部(企業(yè)WAN或網(wǎng)絡(luò)提供商的核心網(wǎng))原因引起。丟包的主要原因包括：網(wǎng)絡(luò)擁塞、高優(yōu)先級(jí)流量阻塞低優(yōu)先級(jí)流量、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備問(wèn)題(交換機(jī)，路由器故障等)、設(shè)置/配置問(wèn)題(10/1 00M不匹配，IP地址重復(fù)使用等)、視頻設(shè)備問(wèn)題、電纜問(wèn)題(線路問(wèn)題，連接問(wèn)題)等等。

在IP視頻會(huì)議應(yīng)用上丟包造成的影響

    在IP視頻通話中丟包造成的影響多種多樣。其中對(duì)視頻質(zhì)量的影響主要有：馬賽克現(xiàn)象、局部變形(圖像的某些區(qū)域不清晰)、圖像模糊、屏幕頻繁刷新或閃爍、視音頻不同步、幀率下降、圖像靜止等等。對(duì)音頻質(zhì)量的影響包括：總體音頻失真、間斷或間歇性噪音、音頻中斷等。而對(duì)內(nèi)容和演示數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響則包括：幻燈片模糊變形、翻頁(yè)速度減慢或屏幕頻繁刷新和圖像靜止等等。另外，丟包還會(huì)引起過(guò)度延遲，甚至是通話中斷。

    IP視頻通話中丟包造成的影響程度主要由丟包率、丟包隨時(shí)間變化情況和視頻通話中各個(gè)終端和設(shè)備的能力所決定。正如我們通常認(rèn)為的那樣，丟包率越高，對(duì)視頻通話的影響也更為明顯。

什么是丟包恢復(fù)技術(shù)LPR

    LPR (或稱(chēng)丟包恢復(fù))是寶利通最新開(kāi)發(fā)的一種算法，其目的是保護(hù)IP視頻通話免受網(wǎng)絡(luò)丟包的影響。LPR采用前向糾錯(cuò)(FEC)方法，這是一種差錯(cuò)恢復(fù)方法，由發(fā)送方系統(tǒng)為發(fā)出的數(shù)據(jù)流添加冗余數(shù)據(jù)，使接收方系統(tǒng)可以偵測(cè)并糾正錯(cuò)誤，而無(wú)需請(qǐng)求發(fā)送方系統(tǒng)重新傳送丟失的信息。這種無(wú)需等待網(wǎng)絡(luò)傳送就可進(jìn)行糾錯(cuò)的能力，使得FEC非常適合于實(shí)時(shí)通信，如電視廣播，IP電話以及IP視頻會(huì)議。LPR的理論依據(jù)是：以相對(duì)低一些的通話速率提供穩(wěn)定的視頻通話質(zhì)量，遠(yuǎn)比受到各種視音頻問(wèn)題(馬賽克、畫(huà)面靜止、斷續(xù)等)困擾的視頻通話要好得多。

LPR如何發(fā)揮作用

    寶利通視頻終端對(duì)所有正在進(jìn)行的通話進(jìn)行呼入丟包信息監(jiān)控。一旦檢測(cè)到丟包，終端就會(huì)采用三種手段來(lái)保證通話質(zhì)量：丟包恢復(fù)(LPR)，動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)，以及在不支持LPR的情況下，采用寶利通視頻差錯(cuò)隱消(PVEC)技術(shù)。

丟包恢復(fù)(LPR)

    不同于大多數(shù)差錯(cuò)隱消/規(guī)避算法(包括寶利通自有的PVEC)只介入接收丟包信息的系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“接收系統(tǒng)”)，LPR會(huì)介入到視頻通話中的各方系統(tǒng)中。

    如下面流程圖所示，LPR通過(guò)臨時(shí)將一部分通話帶寬分配給一個(gè)數(shù)據(jù)通道(本文中我們將其簡(jiǎn)稱(chēng)為FEC通道)，從而用于發(fā)送FEC數(shù)據(jù)給接收系統(tǒng)來(lái)發(fā)揮作用。通過(guò)一個(gè)循環(huán)處理，LPR會(huì)增加或減少FEC數(shù)據(jù)通道的大小，直到找到必須分配給FEC數(shù)據(jù)通道的最小帶寬，從而使得接收系統(tǒng)能夠恢復(fù)所有丟失的數(shù)據(jù)包。
 
    當(dāng)FEC發(fā)揮作用時(shí)(意思是FEC數(shù)據(jù)通道的大小超過(guò)0kbps)，系統(tǒng)反復(fù)檢測(cè)是否可以減少FEC數(shù)據(jù)通道的大小，從而為音頻、視頻和內(nèi)容數(shù)據(jù)提供更多可用的通話帶寬。因此，LPR只在檢測(cè)到丟包時(shí)才會(huì)占用帶寬。這一特點(diǎn)，使得LPR非常適合隨機(jī)的或突發(fā)性的丟包環(huán)境(如互聯(lián)網(wǎng))。

寶利通動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)

    針對(duì)丟包率相對(duì)固定的環(huán)境，寶利通的動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)功能可以與LPR相配合。DBA也是一種算法，可以在視頻通話過(guò)程中自動(dòng)且動(dòng)態(tài)地調(diào)整視頻碼率，以消除或避免丟包。

    例如，在一個(gè)384 kbps的視頻通話中(320 kbps用于視頻，64kbps用于音頻)檢測(cè)到一個(gè)穩(wěn)定在10%的丟包率，DBA就會(huì)降低約10%視頻碼率，由320kbps降到288kbps左右。然后重新采樣信號(hào)，觀察是否還存在丟包現(xiàn)象。如果有必要，DBA可以進(jìn)一步降低視頻碼率，直到在數(shù)秒內(nèi)不再出現(xiàn)丟包為止。

    在降低碼率后，如果DBA測(cè)定丟包只是暫時(shí)的（持續(xù)時(shí)間不到幾秒鐘），DBA將逐步增加視頻碼率。然而，如果DBA持續(xù)檢測(cè)到丟包現(xiàn)象，它就不再調(diào)整視頻碼率，并將通話繼續(xù)進(jìn)行下去。這一方法，使得DBA非常適合于由網(wǎng)絡(luò)過(guò)度使用或因吞吐量問(wèn)題引起的丟包現(xiàn)象。

寶利通視頻差錯(cuò)隱消（PVEC）

    在參與通話的各方系統(tǒng)都不支持LPR的情況下，可以使用寶利通視頻差錯(cuò)隱消 (PVEC) 功能。PVEC是一種用于IP視頻服務(wù)質(zhì)量（QoS）的算法。它可以對(duì)由丟包所造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償。它通過(guò)利用相鄰的宏塊、前幀和后幀來(lái)估算出當(dāng)前視頻幀的內(nèi)容。與LPR的恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包和DBA的避免丟包技術(shù)不同，PVEC的作用是掩蓋丟包造成的影響。