華平VoIP去抖動緩沖區(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，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(wù)更多、更好的服務(wù)。VoIP可以在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送語音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，如統(tǒng)一消息、虛擬電話、虛擬語音/ 傳真郵箱、查號業(yè)務(wù)、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、電視會議、電子商務(wù)、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(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)量保證的問題也日益為業(yè)界所關(guān)注。

當前面臨的問題

VoIP的實現(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)，當網(wǎng)絡(luò)負載小時，服務(wù)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(luò)的丟包和延時抖動等問題。

圖 1 模擬實際的 IP 網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)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(luò)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(dǎo)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(luò)會議中，劇烈的數(shù)據(jù)包抖動會導(dǎo)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(wù)，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(wù)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(wù)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(shù)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(yīng)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(fù)雜度小，可靠性高；但是網(wǎng)絡(luò)抖動較大時，丟包數(shù)量也很高，網(wǎng)絡(luò)抖動小時，也存在固定的和較大的語音延時，導(dǎo)致了語音質(zhì)量下降。

2)自適應(yīng)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(luò)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(shù)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(shù)中復(fù)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(shù)的優(yōu)勢

相較于現(xiàn)有技術(shù)，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(yīng)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。