概述及NAA技術

1 概述

    由于IP寬帶網絡不斷普及，一般單位在建設視訊會議時都會考慮在IP寬帶網絡上進行。由于視訊會議中需要實時交換視音頻數據，所以在IP視訊會議中視頻和音頻信息采用承載在UDP上的RTP通道進行傳輸，RTP不提供任何機制來確保數據的按時發送或保證服務的質量，甚至不能保證分組數據的順序遞交，一旦中間傳輸網絡出現點異常如網絡擁塞、震蕩就會導致接收端接收到的數據產生丟包、亂序、延時等現象，使得接收終端不能解碼出流暢聲音與圖像，出現聲音停頓、圖像馬賽克等現象。

2 NAA技術

    在視訊會議中由于RTP通道不能為視音頻數據提供良好的Qos保障，導致視訊會議在實際應用中效果受到很大影響，杭州華三通信技術有限公司在充分分析問題的基礎上，依靠自身在IP領域技術雄厚積累與視音頻技術深入研究，提出了視訊會議NAA（Network Auto-Adaptability，網絡自適應）技術（以下簡稱“NAA”），為視訊會議提供端到端良好的Qos保障。 NAA在傳輸層面與編解碼層面對視音頻的質量進行了特性保障：

2.1 傳輸層

2.1.1 PQ隊列

    視訊會議端點設備支持IP DiffServe服務模型。在視音頻報文發送之前把報文優先級設置為高優先級（如下圖中的“緊急報文”），當路由設備接收到這些視音頻報文會優先轉發，報文的丟失率和時延這兩個性能指標在網絡擁塞時也可以有一定的保障。

圖1 PQ隊列處理過程示意圖

    在報文到達路由設備接口后首先對報文進行分類，然后按照報文所屬的類別讓報文進入所屬隊列的尾部，在報文發送時按照優先級總是在所有優先級較高的隊列中的報文發送完畢后再發送低優先級隊列中的報文，這樣在每次發送報文時總是將優先級高的報文先發出去，保證了屬于較高優先級隊列的報文有較低的時延與丟失率。

2.1.2 冗余糾錯

    在傳輸帶寬允許的情況下，在發送端對重要的宏塊進行冗余編碼，發送給對端，這樣的話當網絡出現異常出現丟包時，可以最大限度保護重要的編碼宏塊不丟失。如下：

圖2 冗余糾錯處理過程示意圖

    當第3個包在傳輸過程中丟失時，由于包“3”被冗余編碼到第4個傳輸包中，在對端接收到碼流后還可以正常重構出包“3”。

2.1.3 丟包重發

    利用實時傳輸控制協議RTCP反饋信息提供丟包重發功能，當接收端檢測到有丟包時，判定對端是否來得及進行重發，可以的話通過RTCP控制信道向發送端請求重發。

圖3 丟抱重發處理過程示意圖

    圖中包“2”在傳輸過程中丟失，接收端根據包往返時間及包解碼等待時間判定包“2”可以在容許的時間內重新傳送到接收端，所以通過RTCP通道向發送端請求包“2”重發。

2.1.4 帶寬自適應

    在RTP會話期間，各會議參與者周期性地傳送RTCP包，RTCP包中含有已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料。因此，發送端可以利用這些信息動態地改變傳輸速率以適應網絡的異常變化，當出現網絡擁塞時降低發送速率，當網絡恢復正常時恢復正常發送速率。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率達到最佳化。

圖4 帶寬自適應處理過程示意圖

2.1.5 抖動重整

    由于收到中間路由交換時延抖動、擁塞影響，導致數據包到達接收端產生亂序現象，這樣直接把數據包進行解碼的話會導致圖像出現停頓、馬賽克等現象，接收端會進行一次抖動重整，按照接收到包的時戳恢復數據包原來的順序。

圖5 抖動重整處理過程示意圖

NAA技術之編解碼層

2.2 編解碼層

2.2.1 錯誤恢復編碼

    編碼器采用多描述編碼（MDC），多描述編碼是一種有效的錯誤恢復編碼方式，多描述編碼將同一個源編碼成多個獨立的子流，稱為描述，各個描述是相關的，有著同樣的重要性，每個描述符可以獨立被解碼并重構出可用的原始信號，提供一個基本級別的視頻質量，多描述符間存在關聯的互補信息，隨著正確地接收到的描述符數量的增加，解碼出的圖像質量也逐步提高，多個描述一起提供改善的質量。

采用多描述編碼還可以利用其他描述符中未受損害的幀來修復本描述符中受損的幀，即使是兩個描述符都遭受了分組丟失，只要這兩個描述符遭受的分組丟失不是同時發生的，他們仍然可以維持有用的視頻質量。

2.2.2 錯誤隱藏

    采用包括幀內宏塊更新、多片(slice)、片交織、數據分割、靈活排序等錯誤隱藏和控制技術，在存在IP網絡丟包和無線網絡誤碼的情況下，盡可能的提供視頻數據的恢復，降低對圖像質量的影響。如下示例中，當接收端發覺包“2”傳輸過程中已經丟失而無法彌補或者出現不可恢復的錯誤時，接收端根據圖像時間與空間關聯性，預測出包“2”，插入到正常圖像序列中，保證圖像流暢性。

圖6 錯誤隱藏處理過程示意圖

2.2.3 可選的H.264

    視訊會議產品中集成H.264編解碼技術，其編碼效率比傳統的H.263、MPEG4等編碼方式提高了30％到50％，在同等圖像效果下可以大大節省傳輸帶寬。H.264除了具有高效編碼的特性，還引入了一些新工具用于提高錯誤恢復能力，特別是參數集、NAL（網絡抽象層）上的NALU的概念、視頻編碼層的FMO（靈活的宏塊順序）和數據分割等都歷史性地提高了在盡力而為的IP網絡環境下視頻通信的性能。

技術應用

3

    NAA技術廣泛地應用到H3C的視訊會議設備中：

圖7 NAA技術應用意圖

通過在設備中承載NAA技術，H3C視訊會議系統更加能夠適應于以下運行環境：

    1、 Internet視訊會議：由于Internet網絡是一個不可靠無連接網絡，只提供一種承載業務-盡力傳送(best effort)業務。也就是說，網絡并不保證向應用數據流提供所需的帶寬，也不保證數據流的傳送時延和丟失率等質量指標。對于數據業務等非實時業務，盡力傳送能夠滿足要求，但是對于視訊會議等實時通信應用，網絡必須能提供端到端承載業務的Qos保障能力，而NAA技術剛好能夠滿足這種要求。

    2、 帶寬有限，業務繁忙網絡：一些企事業單位雖然帶寬有限，但是在有限帶寬中同時承載了視訊會議與其它業務如OA，導致其它業務與視訊會議爭搶網絡資源的情況，運用NAA技術，提高視訊會議包的轉發優先級，通過包冗余糾錯與重發特性，保證包丟失率達到最少，加上動態調整帶寬能力與解碼前包前處理保障，可以比較好得保證會議視訊的視音頻效果。

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