IP视频通信中的"丢包恢复技术”（LPR）

转自：http://blog.csdn.net/blade2001/article/details/9094709

在IP视频通话中，即使是在丢包率很小的情况下也会对使用效果造成较为明显的影响。正是由于这个原因，自从上世纪九十年代中后期IP视频会议技术出现以来，在“有损耗”的IP网络上成功召开视频会议的能力一直是一项挑战。近年来，随着低成本，共享式的网络线路的普遍采用(如DSL，有线，卫星，LAN和WAN，公共互联网等)以及使用更高通话带宽(通常需要支持更高的视频分辨率)则使这一问题显得更为突出。 
造成丢包的原因
      丢包可以由内部(企业LAN范围内)或外部(企业WAN或网络提供商的核心网)原因引起。丢包的主要原因包括：网络拥塞、高优先级流量阻塞低优先级流量、网络设备问题(交换机，路由器故障等)、设置/配置问题(10/1 00M不匹配，IP地址重复使用等)、视频设备问题、电缆问题(线路问题，连接问题)等等。

在IP视频会议应用上丢包造成的影响
      在IP视频通话中丢包造成的影响多种多样。其中对视频质量的影响主要有：马赛克现象、局部变形(图像的某些区域不清晰)、图像模糊、屏幕频繁刷新或闪烁、视音频不同步、帧率下降、图像静止等等。对音频质量的影响包括：总体音频失真、间断或间歇性噪音、音频中断等。而对内容和演示数据质量的影响则包括：幻灯片模糊变形、翻页速度减慢或屏幕频繁刷新和图像静止等等。另外，丢包还会引起过度延迟，甚至是通话中断。
      IP视频通话中丢包造成的影响程度主要由丢包率、丢包随时间变化情况和视频通话中各个终端和设备的能力所决定。正如我们通常认为的那样，丢包率越高，对视频通话的影响也更为明显。

什么是丢包恢复技术LPR
      LPR (或称丢包恢复)是宝利通最新开发的一种算法，其目的是保护IP视频通话免受网络丢包的影响。LPR采用前向纠错(FEC)方法，这是一种差错恢复方法，由发送方系统为发出的数据流添加冗余数据，使接收方系统可以侦测并纠正错误，而无需请求发送方系统重新传送丢失的信息。这种无需等待网络传送就可进行纠错的能力，使得FEC非常适合于实时通信，如电视广播，IP电话以及IP视频会议。LPR的理论依据是：以相对低一些的通话速率提供稳定的视频通话质量，远比受到各种视音频问题(马赛克、画面静止、断续等)困扰的视频通话要好得多。
      LPR如何发挥作用
      宝利通视频终端对所有正在进行的通话进行呼入丢包信息监控。一旦检测到丢包，终端就会采用三种手段来保证通话质量：丢包恢复(LPR)，动态带宽分配(DBA)，以及在不支持LPR的情况下，采用宝利通视频差错隐消(PVEC)技术。
丢包恢复(LPR)
      不同于大多数差错隐消/规避算法(包括宝利通自有的PVEC)只介入接收丢包信息的系统(以下简称“接收系统”)，LPR会介入到视频通话中的各方系统中。
      LPR通过临时将一部分通话带宽分配给一个数据通道(本文中我们将其简称为FEC通道)，从而用于发送FEC数据给接收系统来发挥作用。通过一个循环处理，LPR会增加或减少FEC数据通道的大小，直到找到必须分配给FEC数据通道的最小带宽，从而使得接收系统能够恢复所有丢失的数据包。
      当FEC发挥作用时(意思是FEC数据通道的大小超过0kbps)，系统反复检测是否可以减少FEC数据通道的大小，从而为音频、视频和内容数据提供更多可用的通话带宽。因此，LPR只在检测到丢包时才会占用带宽。这一特点，使得LPR非常适合随机的或突发性的丢包环境(如互联网)。

宝利通动态带宽分配(DBA)
      针对丢包率相对固定的环境，宝利通的动态带宽分配(DBA)功能可以与LPR相配合。DBA也是一种算法，可以在视频通话过程中自动且动态地调整视频码率，以消除或避免丢包。
     例如，在一个384 kbps的视频通话中(320 kbps用于视频，64kbps用于音频)检测到一个稳定在10%的丢包率，DBA就会降低约10%视频码率，由320kbps降到288kbps左右。然后重新采样信号，观察是否还存在丢包现象。如果有必要，DBA可以进一步降低视频码率，直到在数秒内不再出现丢包为止。
      在降低码率后，如果DBA测定丢包只是暂时的(持续时间不到几秒钟)，DBA将逐步增加视频码率。然而，如果DBA持续检测到丢包现象，它就不再调整视频码率，并将通话继续进行下去。这一方法，使得DBA非常适合于由网络过度使用或因吞吐量问题引起的丢包现象。

宝利通视频差错隐消(PVEC)
      在参与通话的各方系统都不支持LPR的情况下，可以使用宝利通视频差错隐消 (PVEC) 功能。PVEC是一种用于IP视频服务质量(QoS)的算法。它可以对由丢包所造成的影响进行补偿。它通过利用相邻的宏块、前帧和后帧来估算出当前视频帧的内容。与LPR的恢复丢失的数据包和DBA的避免丢包技术不同，PVEC的作用是掩盖丢包造成的影响。

LPR与其它丢包隐消算法的区别
1) 包恢复与丢包掩盖
      其它解决方案大多是要么试图隐藏丢包造成的影响(差错隐消)，要么通过降低视频码率(降速)避免丢包。而LPR则是通过真正恢复丢失的数据包将这些技术又推进了一步。
2) 自复原功能
      许多类似方案也能通过降低码率，避免或减少丢包的影响，但大多数方案在丢包现象好转后却不会提高码率。而LPR则能够在丢包现象消失后，将通话速率恢复到初始状态。
3) 全面覆盖
      大多数类似系统的差错隐消方案只保护视频通道，而LPR则实现了覆盖视频通话的全部三个部分(语音，视频及内容)。

丢包恢复(LPR)所带来的好处
LPR带来五项突出的优势：
1) 丢包保护
      LPR使用户可以在误码率较高的IP网络上(DSL、有线、卫星、高冲突LAN/WAN等)进行高质量的视频通话，而无需忍受丢包带来的影响。
2) 临时性网络问题补偿
      通过对正在进行通话的码率进行临时调整，LPR可以保护视频通话免受短时网络问题的影响。一旦网络问题解决，LPR会自动将码率回调到最高水平(根据发起通话速率或当前的带宽可用性)。
3) 降低延迟
      通过允许接收方系统实时重建和恢复丢失的数据，LPR排除了接收方系统需要等待可能丢失的、延迟的或混乱信息的需求。反过来，也减少了动态抖动缓冲区空间以及相关的延时。
4) 提高资源效率
      LPR使企业或组织可以将所有可用带宽用于视频通话。用户可以在理想的呼叫速率下方便的通话，并且LPR可以自动调整码率，以利用全部可用带宽。这对于在容量不断变化的网络链路上(共享链路，高度拥堵链路)通话具有特殊的价值。
5) 对媒体的全面保护
      LPR保护包括视频会议通话的所有元素：语音、视频及内容。

目前支持LPR的视频系统
      宝利通的HDX视频系统和基于HDX的解决方案现已具备LPR功能。这些方案包括宝利通RealPresence Experience (RPX)和Telepresence Experience (TPX)极致远真解决方案。宝利通预计在2008年第二季度为其VSX产品线的全部产品以及宝利通RSS 2000视频捕捉系统添加LPR功能。之后会在RMX 2000上提供LPR支持。一旦计划完成，LPR还将可以保护不同的但都具有LPR功能的系统之间的通话 (如HDX和VSX)。