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| IP視頻通信中的丟包恢復技術 |
更新時間：2008-4-3 8:21:40
（ 編輯：映君 ）
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在IP視頻通話中，即使是在丟包率很小的情況下也會對使用效果造成較為明顯的影響。正是由于這個原因，自從上世紀九十年代中后期IP視頻會議技術出現以來，在“有損耗”的IP網絡上成功召開視頻會議的能力一直是一項挑戰。近年來，隨著低成本，共享式的網絡線路的普遍采用(如DSL，有線，衛星，LAN和WAN，公共互聯網等)以及使用更高通話帶寬(通常需要支持更高的視頻分辨率)則使這一問題顯得更為突出。
造成丟包的原因
丟包可以由內部(企業LAN范圍內)或外部(企業WAN或網絡提供商的核心網)原因引起。丟包的主要原因包括：網絡擁塞、高優先級流量阻塞低優先級流量、網絡設備問題(交換機，路由器故障等)、設置/配置問題(10/1 00M不匹配，IP地址重復使用等)、視頻設備問題、電纜問題(線路問題，連接問題)等等。
在IP視頻會議應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。其中對視頻質量的影響主要有：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。而對內容和演示數據質量的影響則包括：幻燈片模糊變形、翻頁速度減慢或屏幕頻繁刷新和圖像靜止等等。另外，丟包還會引起過度延遲，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、丟包隨時間變化情況和視頻通話中各個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，對視頻通話的影響也更為明顯。
什么是丟包恢復技術LPR
LPR (或稱丟包恢復)是寶利通最新開發的一種算法，其目的是保護IP視頻通話免受網絡丟包的影響。LPR采用前向糾錯(FEC)方法，這是一種差錯恢復方法，由發送方系統為發出的數據流添加冗余數據，使接收方系統可以偵測并糾正錯誤，而無需請求發送方系統重新傳送丟失的信息。這種無需等待網絡傳送就可進行糾錯的能力，使得FEC非常適合于實時通信，如電視廣播，IP電話以及IP視頻會議。LPR的理論依據是：以相對低一些的通話速率提供穩定的視頻通話質量，遠比受到各種視音頻問題(馬賽克、畫面靜止、斷續等)困擾的視頻通話要好得多。
LPR如何發揮作用
寶利通視頻終端對所有正在進行的通話進行呼入丟包信息監控。一旦檢測到丟包，終端就會采用三種手段來保證通話質量：丟包恢復(LPR)，動態帶寬分配(DBA)，以及在不支持LPR的情況下，采用寶利通視頻差錯隱消(PVEC)技術。
丟包恢復(LPR)
不同于大多數差錯隱消/規避算法(包括寶利通自有的PVEC)只介入接收丟包信息的系統(以下簡稱“接收系統”)，LPR會介入到視頻通話中的各方系統中。
如下面流程圖所示，LPR通過臨時將一部分通話帶寬分配給一個數據通道(本文中我們將其簡稱為FEC通道)，從而用于發送FEC數據給接收系統來發揮作用。通過一個循環處理，LPR會增加或減少FEC數據通道的大小，直到找到必須分配給FEC數據通道的最小帶寬，從而使得接收系統能夠恢復所有丟失的數據包。
圖1：LPR處理流程圖
當FEC發揮作用時(意思是FEC數據通道的大小超過0kbps)，系統反復檢測是否可以減少FEC數據通道的大小，從而為音頻、視頻和內容數據提供更多可用的通話帶寬。因此，LPR只在檢測到丟包時才會占用帶寬。這一特點，使得LPR非常適合隨機的或突發性的丟包環境(如互聯網)。
寶利通動態帶寬分配(DBA)
針對丟包率相對固定的環境，寶利通的動態帶寬分配(DBA)功能可以與LPR相配合。DBA也是一種算法，可以在視頻通話過程中自動且動態地調整視頻碼率，以消除或避免丟包。
例如，在一個384 kbps的視頻通話中(320 kbps用于視頻，64kbps用于音頻)檢測到一個穩定在10%的丟包率，DBA就會降低約10%視頻碼率，由320kbps降到288kbps左右。然后重新采樣信號，觀察是否還存在丟包現象。如果有必要，DBA可以進一步降低視頻碼率，直到在數秒內不再出現丟包為止。
在降低碼率后，如果DBA測定丟包只是暫時的（持續時間不到幾秒鐘），DBA將逐步增加視頻碼率。然而，如果DBA持續檢測到丟包現象，它就不再調整視頻碼率，并將通話繼續進行下去。這一方法，使得DBA非常適合于由網絡過度使用或因吞吐量問題引起的丟包現象。
寶利通視頻差錯隱消（PVEC）
在參與通話的各方系統都不支持LPR的情況下，可以使用寶利通視頻差錯隱消 (PVEC) 功能。PVEC是一種用于IP視頻服務質量（QoS）的算法。它可以對由丟包所造成的影響進行補償。它通過利用相鄰的宏塊、前幀和后幀來估算出當前視頻幀的內容。與LPR的恢復丟失的數據包和DBA的避免丟包技術不同，PVEC的作用是掩蓋丟包造成的影響。
LPR與其它丟包隱消算法的區別
1)包恢復與丟包掩蓋
其它解決方案大多是要么試圖隱藏丟包造成的影響（差錯隱消），要么通過降低視頻碼率（降速）避免丟包。而LPR則是通過真正恢復丟失的數據包將這些技術又推進了一步。
2)自復原功能
許多類似方案也能通過降低碼率，避免或減少丟包的影響，但大多數方案在丟包現象好轉后卻不會提高碼率。而LPR則能夠在丟包現象消失后，將通話速率恢復到初始狀態。
3)全面覆蓋
大多數類似系統的差錯隱消方案只保護視頻通道，而LPR則實現了覆蓋視頻通話的全部三個部分（語音，視頻及內容）。
丟包恢復(LPR)所帶來的好處
LPR帶來五項突出的優勢：
1)丟包保護
LPR使用戶可以在誤碼率較高的IP網絡上(DSL、有線、衛星、高沖突LAN/WAN等)進行高質量的視頻通話，而無需忍受丟包帶來的影響。
2)臨時性網絡問題補償
通過對正在進行通話的碼率進行臨時調整，LPR可以保護視頻通話免受短時網絡問題的影響。一旦網絡問題解決，LPR會自動將碼率回調到最高水平(根據發起通話速率或當前的帶寬可用性)。
3)降低延遲
通過允許接收方系統實時重建和恢復丟失的數據，LPR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。反過來，也減少了動態抖動緩沖區空間以及相關的延時。
4)提高資源效率
LPR使企業或組織可以將所有可用帶寬用于視頻通話。用戶可以在理想的呼叫速率下方便的通話，并且LPR可以自動調整碼率，以利用全部可用帶寬。這對于在容量不斷變化的網絡鏈路上(共享鏈路，高度擁堵鏈路)通話具有特殊的價值。
5)對媒體的全面保護
LPR保護包括視頻會議通話的所有元素：語音、視頻及內容。
圖2顯示了384 kbps速率視頻通話時，開啟和關閉LPR功能，5%的丟包率所造成的影響對比。注意左圖中視頻圖像的模糊現象(關閉LPR / PVEC功能)。右圖中顯示了綜合使用LPR，PVEC和DBA后徹底消除了丟包影響。注意在實際視頻通話中的圖像失真要比下面左圖靜止圖像所表現的效果還要明顯。
圖2：384 kbps速率下插入5%丟包率的測試通話截屏 –開啟與關閉LPR的效果對比
圖3顯示的是對內容和演示數據進行測試的結果，可以看出LPR對H.239的支持同樣非常出色。開啟和關閉LPR / PVEC時對丟包處理的區別十分明顯。
圖3：在5%丟包率下的H.239測試通話截屏 – 開啟與關閉LPR的效果對比
目前支持LPR的視頻系統
寶利通的HDX視頻系統和基于HDX的解決方案現已具備LPR功能。這些方案包括寶利通RealPresence Experience (RPX)和Telepresence Experience (TPX)極致遠真解決方案。寶利通預計在2008年第二季度為其VSX產品線的全部產品以及寶利通RSS 2000視頻捕捉系統添加LPR功能。之后會在RMX 2000上提供LPR支持。一旦計劃完成，LPR還將可以保護不同的但都具有LPR功能的系統之間的通話 (如HDX和VSX)。
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文章來源：中國投影網
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