捷視飛通IP視頻通信中的抗丟包技術(shù)（V-Link）

　　由于Internet在全球的飛速發(fā)展，IP應用已成為發(fā)展趨勢。國家的通信網(wǎng)建設發(fā)展越來(lái)越快，利用中國已建成的公眾多媒體通信網(wǎng)，建設基于IP的跨省份會(huì )議電視系統已經(jīng)得到很普遍的應用。這種應用目前最大的問(wèn)題就是IP網(wǎng)絡(luò )的Qos問(wèn)題。數據傳輸量每年都呈幾何級增長(cháng)，大量網(wǎng)民喜歡在線(xiàn)觀(guān)看電影或大量下載影片，這樣直接導致網(wǎng)絡(luò )擁塞、網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)，造成了傳輸數據包的丟失，甚至出現聲音無(wú)法聽(tīng)清楚、視頻大面積馬賽克等現象，嚴重地影響了遠程視頻會(huì )議的視聽(tīng)體驗。

　　在多媒體通信領(lǐng)域，各廠(chǎng)家在推出各種IP視頻通信產(chǎn)品的同時(shí)，對影響產(chǎn)品傳輸的網(wǎng)絡(luò )丟包技術(shù)都在進(jìn)行深入的研究，捷視飛通推出了具有自主產(chǎn)品的抗丟包技術(shù)—V-link。

　　捷視飛通科技有限公司(iFreecomm)是領(lǐng)先的多媒體通信融合解決方案提供商，公司總部和研發(fā)中心位于深圳高新園，營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )遍及全國。公司產(chǎn)品重點(diǎn)投入在高清視頻會(huì )議、綜合數字視頻監控、多媒體指揮調度、數字音頻處理系統等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年的積累，研發(fā)出完整產(chǎn)品系列。

　　捷視飛通秉承科技創(chuàng )新的精神，自主研發(fā)了“IP視頻通信中的抗丟包技術(shù)(V-Link)”，并具有全部知識產(chǎn)權。V-Link主要解決IP視頻通信中，由于網(wǎng)絡(luò )擁塞導致數據包丟失，從而造成視頻卡頓、音頻中斷、PPT內容模糊變形等問(wèn)題?；谧灾餮邪l(fā)的算法，V-Link全面覆蓋IP通信中的所有重要信息，可以有效保護包括視頻會(huì )議通話(huà)的視頻、語(yǔ)音及數據內容。

　　V-Link技術(shù)目前已經(jīng)在捷視飛通的MCV8000多點(diǎn)控制單元、MCV2000視頻會(huì )議終端、MCV2000 Mini、MCV2000Mini Box等產(chǎn)品以及基于上述產(chǎn)品的解決方案中應用。這些方案包括FreeMeeting睿視高清會(huì )議解決方案和FreeMeeting瓏視高清會(huì )議解決方案。

　　一、IP視頻通信中丟包造成的影響

　　在IP視頻通信中，一旦傳輸網(wǎng)絡(luò )中出現丟包的情況，就會(huì )對聲音、視頻的傳輸造成較為明顯的影響，最終影響用戶(hù)體驗和使用。

　　對視頻質(zhì)量的影響主要有：馬賽克現象、局部變形(圖像的某些區域不清晰)、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。

　　對內容和演示數據質(zhì)量的影響包括：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(huà)中斷。

　　IP視頻通話(huà)中網(wǎng)絡(luò )丟包造成的影響程度主要由丟包率、丟包隨時(shí)間變化情況以及視頻通話(huà)中各個(gè)終端和設備的能力所決定。正如我們通常認為的那樣，丟包率越高，對視頻通話(huà)的影響也更為明顯。

　　二、造成網(wǎng)絡(luò )丟包的常見(jiàn)原因

　　網(wǎng)絡(luò )設備故障引起網(wǎng)絡(luò )丟包

　　設備故障主要是指硬件方面的故障，不包含軟件配置不當造成的丟包。如網(wǎng)卡損壞、交換機端口出現物理故障、光纖收發(fā)器電端口與網(wǎng)絡(luò )設備的接口的雙工模式不匹配。

　　近日在某銀行的專(zhuān)網(wǎng)環(huán)境中測試視頻會(huì )議設備，發(fā)現核心交換機某個(gè)端口故障造成丟包現象，嘗試更換到交換機空余的端口后，網(wǎng)絡(luò )恢復正常，不再出現丟包現象。

　　交換機端口出現故障，究其原因是因為交換機自身的性能發(fā)生老化，導致硬件性能下降，因此出現上網(wǎng)數據丟包嚴重的現象。

　　物理線(xiàn)路故障

　　網(wǎng)管員發(fā)現廣域網(wǎng)線(xiàn)路時(shí)通時(shí)斷，發(fā)生這種情況時(shí)，有可能是線(xiàn)路出現故障，通過(guò)檢查交換機與光纖收發(fā)器之間的連接網(wǎng)線(xiàn)，發(fā)現網(wǎng)線(xiàn)老化，更換新網(wǎng)線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò )恢復正常。由物理線(xiàn)路引起的丟包現象還有很多，如光纖收發(fā)器連接問(wèn)題，跳線(xiàn)沒(méi)有對準設備接口、RJ-45接頭有問(wèn)題等。

　　網(wǎng)絡(luò )擁塞

　　網(wǎng)絡(luò )擁塞造成丟包率上升的原因很多，主要是路由器資源被大量占用造成的，應用中遇到的造成網(wǎng)絡(luò )擁塞的情況還有很多，如大量的UDP流量、大量的組播流、廣播包穿越路由器，路由器配置了IP NAT并且有很多DNS包穿越路由器等。

　　路由錯誤

　　網(wǎng)絡(luò )路由錯誤也會(huì )導致數據包不能到達目的主機，如主機的默認路由配置錯誤，主機發(fā)出的訪(fǎng)問(wèn)其他網(wǎng)絡(luò )的數據包會(huì )被網(wǎng)關(guān)丟棄

　　三、V-Link抗丟包原理

　　V-Link主要解決了音視頻傳輸過(guò)程中，由于基礎網(wǎng)絡(luò )設備的限制導致的數據包丟失，從而引起視頻卡頓、音頻中斷、內容花屏等問(wèn)題。

　　V-Link通過(guò)對“信源編解碼”來(lái)達到信道傳輸保障的目的, 借鑒了通信系統中通過(guò)信道編解碼來(lái)校驗和保證數據完整性的原理：由發(fā)送方系統引入一定量的數據冗余，使接收方系統可以偵測并糾正錯誤，而無(wú)需請求發(fā)送方系統重新傳送丟失的信息。V-Link使用特定的算法從有效數據計算出校驗位數據(信道編碼)，在接收端發(fā)現數據包丟失之后可以通過(guò)相應的算法從成功接收的數據中恢復出傳輸過(guò)程中丟失的數據包。

　　V-Link還采用了優(yōu)化的數據包重傳技術(shù)，兼顧數據傳輸效率、糾錯能力、媒體流時(shí)延三個(gè)方面，作為“冗余糾錯”的輔助手段，進(jìn)一步加強多媒體傳輸在丟包率高的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中的質(zhì)量保障。

　　V-Link同時(shí)考慮了由于數據擁塞導致網(wǎng)絡(luò )丟包的因素，設計了在網(wǎng)絡(luò )丟包率高的情況下，反饋發(fā)送端降低編碼(信源編碼)發(fā)送碼率的機制，以此來(lái)避免加重網(wǎng)絡(luò )擁塞。并且當網(wǎng)絡(luò )丟包率降低之后，能夠自動(dòng)檢測并反饋發(fā)送端重新提高編碼發(fā)送碼率的機制，以恢復到較好的媒體質(zhì)量。

　　V-Link 的理論依據是：以數據包恢復的“信道編解碼”算法提供穩定的音視頻通信質(zhì)量，遠比試圖隱藏丟包造成的影響(差錯隱消)所產(chǎn)生各種問(wèn)題(馬賽克、畫(huà)面靜止、聲音中斷等)困擾的視頻通信要好得多。

　　綜上，V-Link使用了數據包重傳和冗余糾錯技術(shù)的同時(shí)，還使用了智能流控技術(shù)作為輔助，三種手段同時(shí)使用可以更有效的降低網(wǎng)絡(luò )丟包對音視頻質(zhì)量的影響。

　　四、V-Link在真實(shí)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中的實(shí)測表現

　　目前V-Link在真實(shí)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中的實(shí)測表現如下：視頻在10%~15%丟包率網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，仍能保持流暢，聲音在丟包率達到20%的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，仍舊表現得非常出色，該表現在中國泰爾實(shí)驗室的已有過(guò)驗證并已出具相應的報告。

　　V-Link抗丟包技術(shù)在IP視頻通信中具有如下功能：

　　丟包保護

　　V-Link使用在誤碼率較高的IP網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行高質(zhì)量的視頻通話(huà)，從而提高了視頻體驗

　　網(wǎng)絡(luò )適應性強

　　由較好的網(wǎng)絡(luò )轉向較差的網(wǎng)絡(luò )及從較差的網(wǎng)絡(luò )中恢復到較好的網(wǎng)絡(luò )，V-Link自動(dòng)調整發(fā)碼率機制，以此避免由于網(wǎng)絡(luò )擁塞丟包給視頻帶來(lái)的不良影響。

　　降低延遲

　　通過(guò)允許接收方系統實(shí)時(shí)重建和恢復丟失的數據，V-Link排除了接收方系統需要等待可能丟失的、延遲的或混亂信息的需求。反過(guò)來(lái)，也減少了動(dòng)態(tài)抖動(dòng)緩沖區空間以及相關(guān)的延時(shí)。

　　實(shí)時(shí)重建與恢復丟失的數據

　　接收端具有對數據包自動(dòng)糾錯能力，一旦檢測到數據包丟失，馬上從冗余數據中實(shí)時(shí)重建數據，如果冗余數據中沒(méi)有所丟失的數據，那么能夠反饋發(fā)送端，要求發(fā)送端重新發(fā)送所丟掉的數據包。

　　對媒體全面保護

　　V-Link算法全面考慮了視頻中通話(huà)中的所有信息，使得通話(huà)中的視頻、語(yǔ)音、數據內容免受到網(wǎng)絡(luò )丟包的影響。

　　五、V-Link抗丟包技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　　總結以上幾點(diǎn)，V-link抗丟包技術(shù)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　V-Link不占用網(wǎng)絡(luò )帶寬，能夠自動(dòng)調整發(fā)碼率機制

　　V-Link不會(huì )降低編碼率，采用調整發(fā)碼率機制來(lái)適應網(wǎng)絡(luò )傳輸，保障音視頻的質(zhì)量

　　捷視飛通MCU不需要手動(dòng)啟用V-link功能，自適應終端的能力集

　　V-Link不會(huì )修改編碼率來(lái)解決網(wǎng)絡(luò )丟包影響視頻質(zhì)量的問(wèn)題，而通過(guò)實(shí)時(shí)重建與恢復丟失的數據，保障視頻的清晰度

　　視頻在10%~15%丟包率網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，仍能保持流暢，聲音在丟包率達到20%的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，仍舊表現得非常出色。