捷视飞通IP视频通信中的抗丢包技术

apyt1lk7k1 · 发表于 2006-3-30 23:49:00

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捷视飞通IP视频通信中的抗丢包技术

　　由于Internet在全球的飞速发展，IP应用已成为发展趋势。国家的通信网建设发展越来越快，利用中国已建成的公众多媒体通信网，建设基于IP的跨省份会议电视系统已经得到很普遍的应用。这种应用目前最大的问题就是IP网络的Qos问题。数据传输量每年都呈几何级增长，大量网民喜欢在线观看电影或大量下载影片，这样直接导致网络拥塞、网络抖动，造成了传输数据包的丢失，甚至出现声音无法听清楚、视频大面积马赛克等现象，严重地影响了远程视频会议的视听体验。

　　在多媒体通信领域，各厂家在推出各种IP视频通信产品的同时，对影响产品传输的网络丢包技术都在进行深入的研究，捷视飞通推出了具有自主产品的抗丢包技术—V-link。

　　捷视飞通科技有限公司（iFreecomm）是领先的多媒体通信融合解决方案提供商，公司总部和研发中心位于深圳高新园，营销网络遍及全国。公司产品重点投入在高清视频会议、综合数字视频监控、多媒体指挥调度、数字音频处理系统等领域，经过多年的积累，研发出完整产品系列。

　　捷视飞通秉承科技创新的精神，自主研发了“IP视频通信中的抗丢包技术（V-Link）”，并具有全部知识产权。V-Link主要解决IP视频通信中，由于网络拥塞导致数据包丢失，从而造成视频卡顿、音频中断、PPT内容模糊变形等问题。基于自主研发的算法，V-Link全面覆盖IP通信中的所有重要信息，可以有效保护包括视频会议通话的视频、语音及数据内容。

　　V-Link技术目前已经在捷视飞通的MCV8000多点控制单元、MCV2000视频会议终端、MCV2000 Mini、MCV2000Mini Box等产品以及基于上述产品的解决方案中应用。这些方案包括FreeMeeting睿视高清会议解决方案和FreeMeeting珑视高清会议解决方案。

　　一、IP视频通信中丢包造成的影响
　　在IP视频通信中，一旦传输网络中出现丢包的情况，就会对声音、视频的传输造成较为明显的影响，最终影响用户体验和使用。

　　对视频质量的影响主要有：马赛克现象、局部变形(图像的某些区域不清晰)、图像模糊、屏幕频繁刷新或闪烁、视音频不同步、帧率下降、图像静止等等。

　　对音频质量的影响包括：总体音频失真、间断或间歇性噪音、音频中断等。

　　对内容和演示数据质量的影响包括：幻灯片模糊变形、翻页速度减慢或屏幕频繁刷新和图像静止等等。

　　另外，丢包还会引起过度延迟，甚至是通话中断。

　　IP视频通话中网络丢包造成的影响程度主要由丢包率、丢包随时间变化情况以及视频通话中各个终端和设备的能力所决定。正如我们通常认为的那样，丢包率越高，对视频通话的影响也更为明显。

　　二、造成网络丢包的常见原因

　　1、网络设备故障引起网络丢包
　　设备故障主要是指硬件方面的故障，不包含软件配置不当造成的丢包。如网卡损坏、交换机端口出现物理故障、光纤收发器电端口与网络设备的接口的双工模式不匹配。

　　近日在某银行的专网环境中测试视频会议设备，发现核心交换机某个端口故障造成丢包现象，尝试更换到交换机空余的端口后，网络恢复正常，不再出现丢包现象。

　　交换机端口出现故障，究其原因是因为交换机自身的性能发生老化，导致硬件性能下降，因此出现上网数据丢包严重的现象。

　　2、物理线路故障
　　网管员发现广域网线路时通时断，发生这种情况时，有可能是线路出现故障，通过检查交换机与光纤收发器之间的连接网线，发现网线老化，更换新网线，网络恢复正常。由物理线路引起的丢包现象还有很多，如光纤收发器连接问题，跳线没有对准设备接口、RJ-45接头有问题等。

　　3、网络拥塞
　　网络拥塞造成丢包率上升的原因很多，主要是路由器资源被大量占用造成的，应用中遇到的造成网络拥塞的情况还有很多，如大量的UDP流量、大量的组播流、广播包穿越路由器，路由器配置了IP NAT并且有很多DNS包穿越路由器等。

　　4、路由错误
　　网络路由错误也会导致数据包不能到达目的主机，如主机的默认路由配置错误，主机发出的访问其他网络的数据包会被网关丢弃。

　　三、V-Link抗丢包原理
　　V-Link主要解决了音视频传输过程中，由于基础网络设备的限制导致的数据包丢失，从而引起视频卡顿、音频中断、内容花屏等问题。

　　V-Link通过对“信源编解码”来达到信道传输保障的目的, 借鉴了通信系统中通过信道编解码来校验和保证数据完整性的原理：由发送方系统引入一定量的数据冗余，使接收方系统可以侦测并纠正错误，而无需请求发送方系统重新传送丢失的信息。V-Link使用特定的算法从有效数据计算出校验位数据（信道编码），在接收端发现数据包丢失之后可以通过相应的算法从成功接收的数据中恢复出传输过程中丢失的数据包。

　　V-Link还采用了优化的数据包重传技术，兼顾数据传输效率、纠错能力、媒体流时延三个方面，作为“冗余纠错”的辅助手段，进一步加强多媒体传输在丢包率高的网络环境中的质量保障。

　　V-Link同时考虑了由于数据拥塞导致网络丢包的因素，设计了在网络丢包率高的情况下，反馈发送端降低编码（信源编码）发送码率的机制，以此来避免加重网络拥塞。并且当网络丢包率降低之后，能够自动检测并反馈发送端重新提高编码发送码率的机制，以恢复到较好的媒体质量。

　　V-Link 的理论依据是：以数据包恢复的“信道编解码”算法提供稳定的音视频通信质量，远比试图隐藏丢包造成的影响（差错隐消）所产生各种问题（马赛克、画面静止、声音中断等）困扰的视频通信要好得多。
综上，V-Link使用了数据包重传和冗余纠错技术的同时，还使用了智能流控技术作为辅助，三种手段同时使用可以更有效的降低网络丢包对音视频质量的影响。

　　四、V-Link在真实网络环境中的实测表现
　　目前V-Link在真实网络环境中的实测表现如下：视频在10%~15%丢包率网络环境下，仍能保持流畅，声音在丢包率达到20%的网络环境下，仍旧表现得非常出色，该表现在中国泰尔实验室的已有过验证并已出具相应的报告。

　　V-Link抗丢包技术在IP视频通信中具有如下功能：

　　1)丢包保护
　　V-Link使用在误码率较高的IP网络上进行高质量的视频通话，从而提高了视频体验。

　　2)网络适应性强
　　由较好的网络转向较差的网络及从较差的网络中恢复到较好的网络，V-Link自动调整发码率机制，以此避免由于网络拥塞丢包给视频带来的不良影响。

　　3)降低延迟
　　通过允许接收方系统实时重建和恢复丢失的数据，V-Link排除了接收方系统需要等待可能丢失的、延迟的或混乱信息的需求。反过来，也减少了动态抖动缓冲区空间以及相关的延时。

　　4)实时重建与恢复丢失的数据
　　接收端具有对数据包自动纠错能力，一旦检测到数据包丢失，马上从冗余数据中实时重建数据，如果冗余数据中没有所丢失的数据，那么能够反馈发送端，要求发送端重新发送所丢掉的数据包。

　　5)对媒体全面保护
　　V-Link算法全面考虑了视频中通话中的所有信息，使得通话中的视频、语音、数据内容免受到网络丢包的影响。

　　五、V-Link抗丢包技术的优点

　　总结以上几点，V-link抗丢包技术有以下几个优点：

　　· V-Link不占用网络带宽，能够自动调整发码率机制。

　　· V-Link不会降低编码率，采用调整发码率机制来适应网络传输，保障音视频的质量。
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　　· 捷视飞通MCU不需要手动启用V-link功能，自适应终端的能力集。
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　　· V-Link不会修改编码率来解决网络丢包影响视频质量的问题，而通过实时重建与恢复丢失的数据，保障视频的清晰度。

　　· 视频在10%~15%丢包率网络环境下，仍能保持流畅，声音在丢包率达到20%的网络环境下，仍旧表现得非常出色。

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