華平VoIP去抖動(dòng)緩沖區(qū)的處理方法

目前，VoIP(Voice over Internet Protocol) 在Internet 各類應(yīng)用中占據(jù)越來(lái)越大的比重，VoIP 是一種以IP電話為主，并推出相應(yīng)的增值業(yè)務(wù)的技術(shù)。它以IP分組交換網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái)，對(duì)模擬的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無(wú)連接的UDP(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議) 進(jìn)行傳輸，其最大的優(yōu)勢(shì)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(wù)更多、更好的服務(wù)。VoIP可以在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送語(yǔ)音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，如統(tǒng)一消息、虛擬電話、虛擬語(yǔ)音/ 傳真郵箱、查號(hào)業(yè)務(wù)、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、電視會(huì)議、電子商務(wù)、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和各種信息的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等。由于是一種典型的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，這決定了VoIP必須具有較高的QoS( 服務(wù)質(zhì)量)。隨著VoIP 的廣泛應(yīng)用，服務(wù)質(zhì)量保證的問(wèn)題也日益為業(yè)界所關(guān)注。

當(dāng)前面臨的問(wèn)題

VoIP的實(shí)現(xiàn)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的，IP網(wǎng)絡(luò)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(luò)是基于盡力而為的服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載小時(shí)，服務(wù)質(zhì)量相對(duì)較高，反之負(fù)載過(guò)高時(shí)如圖1所示，必然會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的丟包和延時(shí)抖動(dòng)等問(wèn)題。

圖 1 模擬實(shí)際的 IP 網(wǎng)絡(luò)中音頻包的延時(shí)抖動(dòng)示意圖

對(duì)于延時(shí)抖動(dòng)而言，在實(shí)時(shí)的VoIP 語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)會(huì)議中，語(yǔ)音數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)壓縮打包后傳輸?shù)�。每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含壓縮后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)以及目地IP地址信息，雖然語(yǔ)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(luò)傳輸路徑可能不同，不同的數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端的時(shí)間間隔并不一致。另外，在采用UDP進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸時(shí)，到達(dá)接收端的語(yǔ)音次序也有可能發(fā)生錯(cuò)亂。這兩個(gè)現(xiàn)象就是我們通常說(shuō)的抖動(dòng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)嚴(yán)重的時(shí)候，某些遲到達(dá)的數(shù)據(jù)包將被丟棄；也存在等待一段時(shí)間沒(méi)有任何數(shù)據(jù)到達(dá)，然后突然接收到很多個(gè)數(shù)據(jù)包的情況，這些突然接收到的多個(gè)數(shù)據(jù)包，會(huì)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(dǎo)致語(yǔ)音回放失真和斷續(xù)。例如在一個(gè)由多人參加的VoIP 音頻網(wǎng)絡(luò)會(huì)議中，劇烈的數(shù)據(jù)包抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)音時(shí)斷時(shí)續(xù)，嚴(yán)重影響參會(huì)者的語(yǔ)音實(shí)時(shí)交流。對(duì)于一般的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，丟失和傳輸延時(shí)都可以通過(guò)重傳或等待來(lái)彌補(bǔ)，然而在音頻通話之類的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中，對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)等有著更為苛刻的要求，所以對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)必須保障音頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收和回放。那么延時(shí)抖動(dòng)也成為了影響VoIP 的最為重要的QoS 的指標(biāo)之一。

為了有效的解決抖動(dòng)問(wèn)題，通常在接收端引入抖動(dòng)緩沖區(qū)技術(shù)來(lái)消除抖動(dòng)的影響。

常見(jiàn)處理問(wèn)題的方法

常見(jiàn)的去抖動(dòng)緩沖方法有兩種：靜態(tài)去抖動(dòng)緩沖控制算法和動(dòng)態(tài)自適應(yīng)去抖動(dòng)緩沖控制算法。

1)靜態(tài)去抖動(dòng)緩沖控制算法：該類算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)算復(fù)雜度小，可靠性高；但是網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)較大時(shí)，丟包數(shù)量也很高，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)小時(shí)，也存在固定的和較大的語(yǔ)音延時(shí)，導(dǎo)致了語(yǔ)音質(zhì)量下降。

2)自適應(yīng)去抖動(dòng)緩沖控制算法：在一定范圍內(nèi)能更好的解決抖動(dòng)延時(shí)的問(wèn)題，降低丟包的數(shù)量，提高音頻的質(zhì)量，并且在網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)較小的時(shí)候提供更低的延遲，但該類算法的實(shí)現(xiàn)難度較高，可靠性也相對(duì)低。

華平提供的技術(shù)方法

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

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

圖 2采用固定長(zhǎng)度去抖動(dòng)緩沖算法的輸出結(jié)果

圖 3采用本方法去抖動(dòng)緩沖區(qū)的輸出結(jié)果

華平處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相較于現(xiàn)有技術(shù)，結(jié)合比對(duì)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(dòng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的存取操作和突發(fā)等級(jí)狀態(tài)，來(lái)計(jì)算抖動(dòng)突發(fā)等級(jí)，通過(guò)對(duì)突發(fā)等級(jí)狀態(tài)參數(shù)的不斷更新，根據(jù)有效突發(fā)等級(jí)的變化來(lái)調(diào)整去抖動(dòng)緩沖區(qū)，以達(dá)到更低的延時(shí)和盡量大的自適應(yīng)去抖動(dòng)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(shí)現(xiàn)難度低，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。