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華平VoIP去抖動緩沖區(qū)的處理方法

中國視聽網(wǎng)資訊 更新時間:2013-7-2 14:13:27  編輯:涵雲(yún)  [ ]     手機訪問

技術背景

目前,VoIP(Voice over Internet Protocol) 在Internet 各類應用中占據(jù)越來越大的比重,VoIP 是一種以IP電話為主,并推出相應的增值業(yè)務的技術。它以IP分組交換網(wǎng)絡為傳輸平臺,對模擬的語音信號進行壓縮、打包等一系列的特殊處理,使之可以采用無連接的UDP(User Datagram Protocol,用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議) 進行傳輸,其最大的優(yōu)勢是能廣泛地采用Internet和全球IP互連的環(huán)境,提供比傳統(tǒng)業(yè)務更多、更好的服務。VoIP可以在IP網(wǎng)絡上傳送語音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務,如統(tǒng)一消息、虛擬電話、虛擬語音/ 傳真郵箱、查號業(yè)務、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、電視會議、電子商務、傳真存儲轉(zhuǎn)發(fā)和各種信息的存儲轉(zhuǎn)發(fā)等。由于是一種典型的實時性業(yè)務,這決定了VoIP必須具有較高的QoS( 服務質(zhì)量)。隨著VoIP 的廣泛應用,服務質(zhì)量保證的問題也日益為業(yè)界所關注。

當前面臨的問題

VoIP的實現(xiàn)是基于IP網(wǎng)絡的,IP網(wǎng)絡可以是企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)或者是互聯(lián)網(wǎng),IP網(wǎng)絡是基于盡力而為的服務體系結(jié)構(gòu),當網(wǎng)絡負載小時,服務質(zhì)量相對較高,反之負載過高時如圖1所示,必然會出現(xiàn)網(wǎng)絡的丟包和延時抖動等問題。

圖 1 模擬實際的 IP 網(wǎng)絡中音頻包的延時抖動示意圖

對于延時抖動而言,在實時的VoIP 語音網(wǎng)絡會議中,語音數(shù)據(jù)是經(jīng)過壓縮打包后傳輸?shù)。每個數(shù)據(jù)包都包含壓縮后的語音數(shù)據(jù)以及目地IP地址信息,雖然語音包在發(fā)送端是按一定間隔有序發(fā)送的,但是由于網(wǎng)絡傳輸路徑可能不同,不同的數(shù)據(jù)包到達接收端的時間間隔并不一致。另外,在采用UDP進行語音數(shù)據(jù)實時傳輸時,到達接收端的語音次序也有可能發(fā)生錯亂。這兩個現(xiàn)象就是我們通常說的抖動。當網(wǎng)絡抖動嚴重的時候,某些遲到達的數(shù)據(jù)包將被丟棄;也存在等待一段時間沒有任何數(shù)據(jù)到達,然后突然接收到很多個數(shù)據(jù)包的情況,這些突然接收到的多個數(shù)據(jù)包,會覆蓋掉之前的數(shù)據(jù),從而造成需要播放的數(shù)據(jù)不連續(xù),導致語音回放失真和斷續(xù)。例如在一個由多人參加的VoIP 音頻網(wǎng)絡會議中,劇烈的數(shù)據(jù)包抖動會導致語音時斷時續(xù),嚴重影響參會者的語音實時交流。對于一般的數(shù)據(jù)業(yè)務,丟失和傳輸延時都可以通過重傳或等待來彌補,然而在音頻通話之類的實時業(yè)務中,對延時和抖動等有著更為苛刻的要求,所以對于實時性業(yè)務必須保障音頻數(shù)據(jù)的實時接收和回放。那么延時抖動也成為了影響VoIP 的最為重要的QoS 的指標之一。

為了有效的解決抖動問題,通常在接收端引入抖動緩沖區(qū)技術來消除抖動的影響。

常見處理問題的方法

常見的去抖動緩沖方法有兩種:靜態(tài)去抖動緩沖控制算法和動態(tài)自適應去抖動緩沖控制算法。

1)靜態(tài)去抖動緩沖控制算法:該類算法實現(xiàn)簡單,運算復雜度小,可靠性高;但是網(wǎng)絡抖動較大時,丟包數(shù)量也很高,網(wǎng)絡抖動小時,也存在固定的和較大的語音延時,導致了語音質(zhì)量下降。

2)自適應去抖動緩沖控制算法:在一定范圍內(nèi)能更好的解決抖動延時的問題,降低丟包的數(shù)量,提高音頻的質(zhì)量,并且在網(wǎng)絡抖動較小的時候提供更低的延遲,但該類算法的實現(xiàn)難度較高,可靠性也相對低。

華平提供的技術方法

華平提供一種去抖動緩沖方法,用于解決去抖動緩沖技術中復雜程度高、可靠性和穩(wěn)定性較弱的問題。

該VoIP 去抖動緩沖區(qū)的處理方法為:初始化去抖動緩沖區(qū)——執(zhí)行音頻數(shù)據(jù)幀的保存操作,將遠端傳輸過來的新的音頻數(shù)據(jù)幀保存至去抖動緩沖區(qū)中——更新突發(fā)等級狀態(tài)——執(zhí)行音頻數(shù)據(jù)幀的讀取操作,從去抖動緩沖區(qū)中將音頻數(shù)據(jù)幀讀取出——更新突發(fā)等級狀態(tài)——根據(jù)對去抖動緩沖區(qū)中音頻數(shù)據(jù)幀進行的保存操作和讀取操作以及突發(fā)等級,計算出當前的有效突發(fā)等級——根據(jù)計算得到的當前的有效突發(fā)等級,調(diào)整去抖動緩沖區(qū)的大小。

圖 2采用固定長度去抖動緩沖算法的輸出結(jié)果

圖 3采用本方法去抖動緩沖區(qū)的輸出結(jié)果

華平處理技術的優(yōu)勢

相較于現(xiàn)有技術,結(jié)合比對圖2和圖3的輸出效果,并綜合上述介紹,我們可以看出,這種基于去抖動緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的存取操作和突發(fā)等級狀態(tài),來計算抖動突發(fā)等級,通過對突發(fā)等級狀態(tài)參數(shù)的不斷更新,根據(jù)有效突發(fā)等級的變化來調(diào)整去抖動緩沖區(qū),以達到更低的延時和盡量大的自適應去抖動能力的方法,不僅可以降低丟包的數(shù)量,提高音頻的質(zhì)量,更具有實現(xiàn)難度低,可靠性高的優(yōu)點。

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