企業(yè)視頻會(huì)議系統(tǒng)的三大技術(shù)解析
來源:中國數(shù)字音視網(wǎng) 作者:tony 編輯:數(shù)字音視工程 2010-11-24 00:00:00 加入收藏
傳統(tǒng)的企業(yè)視頻技術(shù)包括:MCU、H.323、幀中繼等,而基于IP承載網(wǎng)的視頻應(yīng)用,將把更豐富的功能推到用戶的面前。但要順利使用這些功能,用戶需要對一些新的技術(shù)熱點(diǎn)給與更多的關(guān)注。
一 LPR:獲得穩(wěn)定的視頻流
統(tǒng)一通信使企業(yè)的視頻應(yīng)用和語音、數(shù)據(jù)同步承載在IP網(wǎng)絡(luò)上,以視頻數(shù)據(jù)包的形式傳輸,這不可避免地會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)丟包的問題。丟包會(huì)造成視頻圖像馬賽克;圖像局部變形、屏幕頻繁刷新或閃爍;視音頻不同步;幀率下降和圖像靜止等問題。而在統(tǒng)一通信的環(huán)境下,由于視頻、語音和數(shù)據(jù)流是同步傳輸?shù)?,因此丟包還會(huì)造成總體音頻失真、間斷或間歇噪音,以及對內(nèi)容演示質(zhì)量的下降,如模糊變形的幻燈片或者翻頁速度變慢等。這些問題將在很大程度上影響使用者的應(yīng)用感受。如果網(wǎng)絡(luò)丟包率過大或者過于頻繁,還將會(huì)使視頻通信過度延遲,甚至造成通信中斷。
丟包是由企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)擁塞或外部網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級流量沖突等原因引起的。要避免丟包,首先要確定承載網(wǎng)的丟包率、丟包隨時(shí)間的分布情況,以及視頻通話中各個(gè)終端和設(shè)備的性能。
LPR (丟包恢復(fù))技術(shù)是當(dāng)前解決視頻傳輸丟包問題最有效的方法之一,采用前向糾錯(cuò)(FEC)方法對丟失數(shù)據(jù)包實(shí)施覆蓋的機(jī)制,保護(hù)IP視頻通話免受網(wǎng)絡(luò)丟包的影響。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)可以偵測并糾正錯(cuò)誤,而無須請求發(fā)送方系統(tǒng)重新傳送丟失的信息。這種無須等待網(wǎng)絡(luò)傳送就有了進(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的工作原理是通過視頻終端監(jiān)控所有正在進(jìn)行的通話呼入丟包信息。一但檢測到丟包,終端就會(huì)采用三種手段來保證通話質(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,采用傳統(tǒng)的視頻差錯(cuò)隱消(PVEC)技術(shù)。
不同于大多數(shù)差錯(cuò)隱消或規(guī)避算法只介入接收丟包信息系統(tǒng)的方式,LPR會(huì)介入到視頻通話中的各級系統(tǒng)中,通過臨時(shí)將一部分通話帶寬分配給一個(gè)數(shù)據(jù)通道,從而用于發(fā)送FEC數(shù)據(jù)給接收系統(tǒng)來發(fā)揮作用。在網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)生丟包時(shí),通過上述的一個(gè)循環(huán)處理,LPR就會(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數(shù)據(jù)通道的大小超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),系統(tǒng)將反復(fù)檢測是否可以減少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。由于LPR只在檢測到丟包時(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。
而針對丟包率相對固定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,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的視頻通話中檢測到一個(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,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測定丟包為暫時(shí)現(xiàn)象,DBA將會(huì)逐步增加視頻碼率。相反,如果DBA持續(xù)檢測到丟包現(xiàn)象,它就不再調(diào)整視頻碼率,而是將通話繼續(xù)進(jìn)行下去。因此DBA適用于由網(wǎng)絡(luò)過度使用或吞吐量問題引起的丟包環(huán)境。
在參與通話的各方系統(tǒng)都不支持LPR的情況下,可以使用視頻差錯(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,它可以對由丟包所造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償。它通過利用相鄰的宏塊、前幀和后幀來估算出當(dāng)前視頻幀的內(nèi)容。與LPR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。
在此基礎(chǔ)上,LPR使用戶可以在誤碼率較高的IP網(wǎng)絡(luò)上(DSL、有線、衛(wèi)星、高沖突LAN/WAN等)進(jìn)行高質(zhì)量的視頻通話,而無須忍受丟包帶來的影響。通過對正在進(jìn)行通話的碼率進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整,LPR可以保護(hù)視頻通話免受短時(shí)間網(wǎng)絡(luò)問題的影響。一旦網(wǎng)絡(luò)問題解決,LPR會(huì)根據(jù)發(fā)起通話速率或當(dāng)前的帶寬可用性,自動(dòng)將碼率回調(diào)到最高水平。這就使網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以得到充分的利用,實(shí)現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)包的恢復(fù)和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)重建,使音視頻數(shù)據(jù)流通暢,排除等待、斷續(xù)、噪音或信息混亂等問題,更能夠減少動(dòng)態(tài)抖動(dòng)緩沖區(qū)空間以及相關(guān)的延時(shí)。
但使用LPR會(huì)生成FEC通道帶寬,這使用于視頻通話自身的可用帶寬減小。在低連接速率的情況下,可能會(huì)引起暫時(shí)性幀率降低或分辨率的降低。
二 還原現(xiàn)場:面對面的體驗(yàn)
使用者對于視頻影像的清晰、真實(shí)要求是沒有上限的,這直接導(dǎo)致了網(wǎng)真(Telepresence)技術(shù)的誕生,企業(yè)視頻應(yīng)用將通過網(wǎng)真技術(shù),實(shí)現(xiàn)還原現(xiàn)場的體驗(yàn)效果。
與傳統(tǒng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)相比,網(wǎng)真產(chǎn)品最明顯的特點(diǎn)是其超高清的分辨率。據(jù)介紹,網(wǎng)真系統(tǒng)采用三塊高清等離子顯示器,每屏的分辨率可以達(dá)到1080×1080p,比現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)的高清分辨率(1280×720p)高一倍,是普通電視機(jī)分辨率的10倍。能提供6人同時(shí)“虛擬會(huì)議”的網(wǎng)真3000,每個(gè)等離子屏所需的帶寬在2~4Mbps之間,3屏共需要10Mbps左右的帶寬,普通的ADSL已經(jīng)不可能承載,因此需要專門的專線接入或光纖接入。超高的圖像表現(xiàn)能力配合高保真音響,以及符合人體工學(xué)的環(huán)境設(shè)計(jì),使思科網(wǎng)真會(huì)議系統(tǒng)能夠真實(shí)表現(xiàn)交流中的每個(gè)細(xì)節(jié),如“清晰的眼白,皮膚上的汗毛,以及溝通中對方略帶羞澀的神情”等。
網(wǎng)真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了模塊化特點(diǎn);演播室級燈光;專業(yè)的聲學(xué)處理;沒有遙控器和人機(jī)交互控制;隱藏式攝像頭;麥克風(fēng)和擴(kuò)音系統(tǒng)。每一個(gè)元素都被設(shè)計(jì)集成在一起,充分體現(xiàn)了技術(shù)的無縫透明以及與物理環(huán)境有機(jī)融合,形成一個(gè)統(tǒng)一的音視頻專業(yè)會(huì)議環(huán)境。除了不能握手,幾乎和面對面地召開會(huì)議已經(jīng)沒有什么區(qū)別。
三 QoS:高品質(zhì)傳輸保障
在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用QoS并非新技術(shù),但要在視頻承載網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)流媒體QoS卻是一個(gè)新的技術(shù)熱點(diǎn)。
企業(yè)對視頻技術(shù)的創(chuàng)新追求使流媒體技術(shù)成為應(yīng)用的主流。流媒體的播放有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求,要求在特定的時(shí)間間隔內(nèi)將特定的數(shù)據(jù)單元解碼顯示。而目前流媒體業(yè)務(wù)開展中存在一些問題,如媒體文件播放中的停頓,馬賽克等現(xiàn)象,還有大量用戶突發(fā)訪問一個(gè)熱門內(nèi)容時(shí)服務(wù)器處理困難等等,這些問題都涉及到流媒體的QoS保證。
企業(yè)視頻由于大多應(yīng)用于關(guān)鍵業(yè)務(wù),而且與語音、數(shù)據(jù)同步傳輸,因此對網(wǎng)絡(luò)傳輸品質(zhì)有更高要求。流媒體QoS需要解決兩個(gè)方面的問題,帶寬占用及延遲抖動(dòng)。
眾所周知,視頻和語音等統(tǒng)一通信是網(wǎng)絡(luò)中最耗用帶寬的應(yīng)用之一。帶寬的限制一方面會(huì)影響到視頻播放的質(zhì)量;另一方面,由于流媒體應(yīng)用消耗帶寬大,會(huì)與網(wǎng)絡(luò)中的其他業(yè)務(wù)爭用帶寬,從而對這些業(yè)務(wù)的正常操作造成影響。
另外,IP網(wǎng)絡(luò)對視頻數(shù)據(jù)的分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制決定了延遲和抖動(dòng)是不可避免的,所以對流媒體傳輸而言,端到端的延遲應(yīng)該控制在一定范圍之內(nèi)。流媒體QoS采用了先進(jìn)的視頻編碼方案,在提高視頻數(shù)據(jù)壓縮效率的同時(shí),盡可能消除視頻中的冗余信息,使得信源編碼輸出的數(shù)據(jù)量盡可能少,從而適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)最低傳輸帶寬的情況。同時(shí),可以提供靈活的視頻質(zhì)量分級來最大限度地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性,盡可能為用戶提供好的視頻質(zhì)量。
可擴(kuò)展性編碼技術(shù)增加了編碼輸出碼流,適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)變化的靈活性,將多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼成多個(gè)碼流。其中一個(gè)可以獨(dú)立解碼,稱為基本層碼流,其他的碼流稱為增強(qiáng)層。它們不可以單獨(dú)解碼,而只能與基本層和它以前的增強(qiáng)層聯(lián)合在一起解碼,用來提高觀看效果。
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