H3C视讯会议网络自适应技术白皮书

概述及NAA技术

1 概述

    由于IP宽带网络不断普及，一般单位在建设视讯会议时都会考虑在IP宽带网络上进行。由于视讯会议中需要实时交换视音频数据，所以在IP视讯会议中视频和音频信息采用承载在UDP上的RTP通道进行传输，RTP不提供任何机制来确保数据的按时发送或保证服务的质量，甚至不能保证分组数据的顺序递交，一旦中间传输网络出现点异常如网络拥塞、震荡就会导致接收端接收到的数据产生丢包、乱序、延时等现象，使得接收终端不能解码出流畅声音与图像，出现声音停顿、图像马赛克等现象。

2 NAA技术

    在视讯会议中由于RTP通道不能为视音频数据提供良好的Qos保障，导致视讯会议在实际应用中效果受到很大影响，杭州华三通信技术有限公司在充分分析问题的基础上，依靠自身在IP领域技术雄厚积累与视音频技术深入研究，提出了视讯会议NAA（Network Auto-Adaptability，网络自适应）技术（以下简称“NAA”），为视讯会议提供端到端良好的Qos保障。 NAA在传输层面与编解码层面对视音频的质量进行了特性保障：

2.1 传输层

2.1.1 PQ队列

    视讯会议端点设备支持IP DiffServe服务模型。在视音频报文发送之前把报文优先级设置为高优先级（如下图中的“紧急报文”），当路由设备接收到这些视音频报文会优先转发，报文的丢失率和时延这两个性能指标在网络拥塞时也可以有一定的保障。

图1 PQ队列处理过程示意图

    在报文到达路由设备接口后首先对报文进行分类，然后按照报文所属的类别让报文进入所属队列的尾部，在报文发送时按照优先级总是在所有优先级较高的队列中的报文发送完毕后再发送低优先级队列中的报文，这样在每次发送报文时总是将优先级高的报文先发出去，保证了属于较高优先级队列的报文有较低的时延与丢失率。

2.1.2 冗余纠错

    在传输带宽允许的情况下，在发送端对重要的宏块进行冗余编码，发送给对端，这样的话当网络出现异常出现丢包时，可以最大限度保护重要的编码宏块不丢失。如下：

图2 冗余纠错处理过程示意图

    当第3个包在传输过程中丢失时，由于包“3”被冗余编码到第4个传输包中，在对端接收到码流后还可以正常重构出包“3”。

2.1.3 丢包重发

    利用实时传输控制协议RTCP反馈信息提供丢包重发功能，当接收端检测到有丢包时，判定对端是否来得及进行重发，可以的话通过RTCP控制信道向发送端请求重发。

图3 丢抱重发处理过程示意图

    图中包“2”在传输过程中丢失，接收端根据包往返时间及包解码等待时间判定包“2”可以在容许的时间内重新传送到接收端，所以通过RTCP通道向发送端请求包“2”重发。

2.1.4 带宽自适应

    在RTP会话期间，各会议参与者周期性地传送RTCP包，RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。因此，发送端可以利用这些信息动态地改变传输速率以适应网络的异常变化，当出现网络拥塞时降低发送速率，当网络恢复正常时恢复正常发送速率。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率达到最佳化。

图4 带宽自适应处理过程示意图

2.1.5 抖动重整

    由于收到中间路由交换时延抖动、拥塞影响，导致数据包到达接收端产生乱序现象，这样直接把数据包进行解码的话会导致图像出现停顿、马赛克等现象，接收端会进行一次抖动重整，按照接收到包的时戳恢复数据包原来的顺序。

图5 抖动重整处理过程示意图

NAA技术之编解码层

2.2 编解码层

2.2.1 错误恢复编码

    编码器采用多描述编码（MDC），多描述编码是一种有效的错误恢复编码方式，多描述编码将同一个源编码成多个独立的子流，称为描述，各个描述是相关的，有着同样的重要性，每个描述符可以独立被解码并重构出可用的原始信号，提供一个基本级别的视频质量，多描述符间存在关联的互补信息，随着正确地接收到的描述符数量的增加，解码出的图像质量也逐步提高，多个描述一起提供改善的质量。

采用多描述编码还可以利用其他描述符中未受损害的帧来修复本描述符中受损的帧，即使是两个描述符都遭受了分组丢失，只要这两个描述符遭受的分组丢失不是同时发生的，他们仍然可以维持有用的视频质量。

2.2.2 错误隐藏

    采用包括帧内宏块更新、多片(slice)、片交织、数据分割、灵活排序等错误隐藏和控制技术，在存在IP网络丢包和无线网络误码的情况下，尽可能的提供视频数据的恢复，降低对图像质量的影响。如下示例中，当接收端发觉包“2”传输过程中已经丢失而无法弥补或者出现不可恢复的错误时，接收端根据图像时间与空间关联性，预测出包“2”，插入到正常图像序列中，保证图像流畅性。

图6 错误隐藏处理过程示意图

2.2.3 可选的H.264

    视讯会议产品中集成H.264编解码技术，其编码效率比传统的H.263、MPEG4等编码方式提高了30％到50％，在同等图像效果下可以大大节省传输带宽。H.264除了具有高效编码的特性，还引入了一些新工具用于提高错误恢复能力，特别是参数集、NAL（网络抽象层）上的NALU的概念、视频编码层的FMO（灵活的宏块顺序）和数据分割等都历史性地提高了在尽力而为的IP网络环境下视频通信的性能。

技术应用

3

    NAA技术广泛地应用到H3C的视讯会议设备中：

图7 NAA技术应用意图

通过在设备中承载NAA技术，H3C视讯会议系统更加能够适应于以下运行环境：

    1、 Internet视讯会议：由于Internet网络是一个不可靠无连接网络，只提供一种承载业务-尽力传送(best effort)业务。也就是说，网络并不保证向应用数据流提供所需的带宽，也不保证数据流的传送时延和丢失率等质量指标。对于数据业务等非实时业务，尽力传送能够满足要求，但是对于视讯会议等实时通信应用，网络必须能提供端到端承载业务的Qos保障能力，而NAA技术刚好能够满足这种要求。

    2、 带宽有限，业务繁忙网络：一些企事业单位虽然带宽有限，但是在有限带宽中同时承载了视讯会议与其它业务如OA，导致其它业务与视讯会议争抢网络资源的情况，运用NAA技术，提高视讯会议包的转发优先级，通过包冗余纠错与重发特性，保证包丢失率达到最少，加上动态调整带宽能力与解码前包前处理保障，可以比较好得保证会议视讯的视音频效果。

缩略语清单：