ＩＰ視頻會(huì)議質(zhì)量

摘要：本文從確保IP視頻系統(tǒng)QoS的方法，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上對(duì)QoS的保證，IP視頻業(yè)務(wù)本身的QoS的實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面，詳細(xì)地介紹了如何確保IP視頻會(huì)議的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：視頻會(huì)議；IP視頻會(huì)議質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2008)09-11640-03

IP Video Frequency Conference Quality

ZHANG Jian

(Hainan Province Armed Police Unit， haikou 570203， China)

Abstract: This article from guarantees IP video frequency system QoS the method， in the network design to the QoS guarantee， the IP video frequency service itself QoS realization and so on several aspects， introduced in detail how guarantees the IP video frequency conference the quality.

Key words: Video frequency conference;IP video frequency conference quality

1 引言

視頻會(huì)議[1]是近幾年應(yīng)用較多的一種通信技術(shù)，是音視頻技術(shù)、壓縮技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、交換技術(shù)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，建立在通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，是一種交互的多媒體（語(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)）的通信手段。隨著超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，集計(jì)算機(jī)的交互性。網(wǎng)絡(luò)的分布性和多媒體信息的同步性為一體的多媒體會(huì)議電視系統(tǒng)突破了計(jì)算機(jī)、通信、電視等傳統(tǒng)的界限，為人們提供了全新的交互服務(wù)。

基于N-ISDN或PSTN的視頻會(huì)議系統(tǒng)雖然也能傳輸多種媒體信息，但它是利用現(xiàn)有專用或通用的通信網(wǎng)絡(luò)，采用簡(jiǎn)單的時(shí)分復(fù)用(TDM)方式在同一信道上傳輸多路信息，而沒(méi)有從多媒體通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接和控制協(xié)議出發(fā)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此人們對(duì)通信進(jìn)程和媒體信息的交互控制能力都非常有限。

隨著Internet和局域網(wǎng)的發(fā)展以及PC桌面系統(tǒng)的普及，交互式視頻會(huì)議傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)正由基于電路交換式的N-ISDN或PST向基于分組交換式的IP網(wǎng)過(guò)渡，由專門會(huì)議室型向個(gè)人桌面型發(fā)展。IP視頻技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的會(huì)議模式產(chǎn)生了前所未有的沖擊，切實(shí)為人們提供了更快捷更優(yōu)質(zhì)的溝通手段，引發(fā)了通信領(lǐng)域新的革命。

近年來(lái)，在IP上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互較傳統(tǒng)的電路交換要簡(jiǎn)單容易，因而基于H.323標(biāo)準(zhǔn)（H.323主要適用于IP網(wǎng)絡(luò)，是基于分組網(wǎng)絡(luò)的電視會(huì)議系統(tǒng)協(xié)議）構(gòu)建的會(huì)議電視系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)功能較強(qiáng)，但是IP網(wǎng)基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用和分組交換技術(shù)，在需要同時(shí)傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)以及視頻等多種業(yè)務(wù)時(shí)，其傳統(tǒng)的“盡力傳遞”機(jī)制暴露出很多問(wèn)題，其中最重要的一點(diǎn)就是無(wú)法為每一種業(yè)務(wù)提供端到端的帶寬保證，會(huì)導(dǎo)致較大的傳輸延時(shí)和抖動(dòng)。為此，必須通過(guò)技術(shù)手段對(duì)IP網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，以減少網(wǎng)絡(luò)本身對(duì)視頻會(huì)議系統(tǒng)效果的影響。這些技術(shù)手段目前已經(jīng)發(fā)展為IP體系中的一個(gè)重要分支，就是服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

所謂QoS，是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)多種技術(shù)為某一特定的網(wǎng)絡(luò)流量提供更好服務(wù)的能力，它的主要目的是實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)控制，包括帶寬、延時(shí)、抖動(dòng)以及丟包等多個(gè)方面。

在IP視頻會(huì)議中，QoS的策略可分為兩個(gè)層面來(lái)實(shí)現(xiàn)：網(wǎng)絡(luò)層面和業(yè)務(wù)層面。下面從這兩個(gè)層面出發(fā)分析如何確保IP視頻會(huì)議質(zhì)量（QoS）。本文著重如何確保IP視頻會(huì)議質(zhì)量做一介紹。

2 確保IP視頻系統(tǒng)QoS的方法

Internet上確保IP視頻系統(tǒng)QoS有兩種方法，具體如下：

2.1 超量工程法(overengineering)

即在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)預(yù)留足夠的帶寬，使得任何時(shí)候都能獲得可接受的QoS。這種方法十分簡(jiǎn)單，不需要資源預(yù)留協(xié)議和接納控制功能，但是要求部署足夠多的路由器和高速鏈路，保證即使在忙時(shí)網(wǎng)絡(luò)資源也有足夠的余量。它可用于網(wǎng)絡(luò)資源便宜、同時(shí)網(wǎng)絡(luò)最大業(yè)務(wù)量又可以預(yù)測(cè)的情況。

2.2 綜合服務(wù)Internet方法

由IETF綜合服務(wù)(IntServ)工作組定義。它需定義呼叫接納控制功能資源預(yù)留協(xié)議，如RSVP。利用RSVP消息，端點(diǎn)應(yīng)用程序可以提出數(shù)據(jù)傳送全程必須保留的網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬、緩沖區(qū)大小等），同時(shí)也確定了沿途各路由器的傳輸調(diào)度策略，藉此，可以對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流的QoS依次進(jìn)行控制。

3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上對(duì)QoS的保證

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

城域IP網(wǎng)絡(luò)通常由核心層、匯接層和接入層組成，匯接層的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)高速鏈路連接到核心層。在城域IP網(wǎng)中，在路由器連接上考慮路由跳數(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信路由跳數(shù)最多為4跳，配置高性能路由器，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，在采用光傳輸?shù)那闆r下，一個(gè)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)一跳其延遲一般為10ms，該值不由線路的長(zhǎng)度和路由器的性能所決定（對(duì)于7500以上的路由器），所以數(shù)據(jù)包在骨干網(wǎng)中的正常延時(shí)大概在50ms左右。從這個(gè)角度考慮，延時(shí)問(wèn)題不是影響IP視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量的主要問(wèn)題。

3.2 路由振蕩問(wèn)題及其解決

路由振蕩原因分為兩個(gè)方面。一個(gè)是由于鏈路狀態(tài)的改變?cè)斐傻穆酚筛淖儯绻捎肐S-IS或OSPF的路由發(fā)現(xiàn)，由于該問(wèn)題要靠Hello包的檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)一次還不行，還需要檢測(cè)幾次。一般情況下，從鏈路中斷到新路由選定需要幾秒到幾十秒的時(shí)間，這樣的問(wèn)題發(fā)生在骨干網(wǎng)上將大大地影響實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)的質(zhì)量，該問(wèn)題主要通過(guò)使用MPLS的FRR能力加以保護(hù)。另一個(gè)路由振蕩問(wèn)題主要是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)造成的，對(duì)于出現(xiàn)大量的同值選路或大量的Route ReLookup或路由狀態(tài)更新振蕩的情況，防止問(wèn)題的主要方案是在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)要求所有的流量的方向和選路都需要監(jiān)控者明確地加以檢查。

振蕩是一個(gè)非常難于解決的問(wèn)題，由于路由器原理的問(wèn)題（相對(duì)于交換機(jī)來(lái)說(shuō)），總有一些時(shí)間可能處于較忙的時(shí)間，這可能令到單臺(tái)路由器的延遲增加到100ms以上，這樣就會(huì)造成多媒體會(huì)議系統(tǒng)的質(zhì)量發(fā)生下降。產(chǎn)生這樣的情況有時(shí)候不見(jiàn)得是由于線路上流量過(guò)多造成的，有可能在20%-30%的帶寬下也會(huì)發(fā)生這樣的事情。這樣的問(wèn)題主要是由于路由器的Buffer設(shè)置的問(wèn)題造成的。改善的方案是將路由器的Buffer設(shè)置專門為會(huì)議系統(tǒng)這樣的情況進(jìn)行優(yōu)化，不過(guò)有可能造成傳統(tǒng)IP業(yè)務(wù)的效率下降。最好的情況是采用兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)進(jìn)行服務(wù)，這里有一個(gè)決策的問(wèn)題。

3.3 網(wǎng)絡(luò)擁塞

除了振蕩，網(wǎng)絡(luò)擁塞對(duì)IP視頻會(huì)議業(yè)務(wù)也有著重大影響。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的產(chǎn)生。在部署擁塞管理時(shí)，使用以下幾個(gè)步驟：

(a)測(cè)定WAN是否發(fā)生擁塞現(xiàn)象；

(b)根據(jù)所需要管理的通信的種類、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案來(lái)決定目標(biāo)。在確定需要取得什么樣的結(jié)果的時(shí)候，考慮目標(biāo)是否位于幾條標(biāo)準(zhǔn)之中：

(1)能夠?yàn)樗_定的所有通信類型建立一種公平的帶寬分配方式；

(2)對(duì)于從IP視頻業(yè)務(wù)發(fā)送出來(lái)的通信，都能夠指定嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)。這樣可能會(huì)傷害到同時(shí)也支持的、但不是緊急的通信業(yè)務(wù)的利益；

(3)能夠自定義帶寬分配，以便在所服務(wù)的所有的應(yīng)用之間共享網(wǎng)絡(luò)資源。每一個(gè)應(yīng)用都具有特定的、已經(jīng)確定好的帶寬需求。

(4)用所選定的那種排隊(duì)策略配置接口，并且觀察所得到的結(jié)果。

4 IP視頻業(yè)務(wù)本身的QoS的實(shí)現(xiàn)

如何提高實(shí)時(shí)性，確保通信的QoS，是IP視頻會(huì)議的關(guān)鍵技術(shù)要求。在這一點(diǎn)上，基于H.323的視頻會(huì)議系統(tǒng)采用IETF提出的實(shí)時(shí)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先，話音信號(hào)采用實(shí)時(shí)傳送協(xié)議RTP封裝傳輸。但是，RTP本身并不提供任何保證QoS的機(jī)制，要確保通信的實(shí)時(shí)性還需要IP網(wǎng)絡(luò)本身具有這方面的增強(qiáng)能力。

4.1 RTP功能及設(shè)計(jì)思想

RTP協(xié)議為音頻、視頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供端到端的傳遞服務(wù)，可以向接收端點(diǎn)傳送恢復(fù)實(shí)時(shí)信號(hào)必需的定時(shí)和順序的信息，并向收發(fā)雙方和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者提供QoS監(jiān)測(cè)的手段，降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。RTP可以大大減少你的帶寬占用。RTP還可以使視頻會(huì)議中容忍少量的丟包，以避免數(shù)據(jù)包重傳造成的時(shí)延。RTP實(shí)際包括兩個(gè)協(xié)議。

RTP本身：用以傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其功能提供凈荷類型指示、數(shù)據(jù)分組序號(hào)、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)戳和數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)。RTCP：用以傳送實(shí)時(shí)信號(hào)傳遞的質(zhì)量參數(shù)，提供QoS監(jiān)視機(jī)制；同時(shí)還可傳送會(huì)議通信中的參會(huì)者的信息，向沒(méi)有顯式的成員控制和呼叫建立的“松弛型”會(huì)議通信提供控制機(jī)制。

H.323協(xié)議利用RTCP的SR和RR包監(jiān)測(cè)QoS。SR：主要用于多RTP流，如音頻和視頻之間的同步，和H.225.0密切相關(guān)。和流同步相關(guān)的字段是RTP時(shí)戳和NTP時(shí)戳。RR：用戶監(jiān)測(cè)QoS指標(biāo)，包括長(zhǎng)時(shí)指標(biāo)和短時(shí)指標(biāo)。如果丟包率高于設(shè)定值，就應(yīng)降低媒體速率。如接收?qǐng)?bào)告間隔超過(guò)設(shè)定值，則應(yīng)根據(jù)RR包中的丟失率字段判斷網(wǎng)絡(luò)是否嚴(yán)重阻塞，如是，應(yīng)降低媒體速率。如果連續(xù)3個(gè)接收?qǐng)?bào)告的到達(dá)時(shí)延抖動(dòng)值增加，發(fā)送端應(yīng)采取措施。

4.2 保證QoS具體手段

為了維持一定的服務(wù)質(zhì)量，當(dāng)監(jiān)測(cè)到QoS指標(biāo)下降時(shí)，H.323終端采取一定措施。實(shí)際上這些措施并不是保持原有的Qos，而按照一定順序依次減低各種媒體的質(zhì)量，使得在給定的帶寬和負(fù)荷條件下仍然能向用戶提供可接受的服務(wù)。首先考慮降低質(zhì)量的是視頻信號(hào)，然后依次是數(shù)據(jù)、音頻和控制信號(hào)。采取措施可分為兩類：短時(shí)響應(yīng)和長(zhǎng)時(shí)響應(yīng)。前者旨在解決包短時(shí)丟失和時(shí)延增加的短期問(wèn)題；后者用于網(wǎng)絡(luò)擁塞日益嚴(yán)重的情況。

4.2.1 動(dòng)態(tài)調(diào)整圖像帶寬

人們對(duì)圖像和語(yǔ)音的敏感程度是不一樣的，當(dāng)圖像碼流出現(xiàn)延遲、抖動(dòng)時(shí)，解碼后圖像表現(xiàn)為誤碼、丟幀；當(dāng)語(yǔ)音碼流出現(xiàn)延遲、抖動(dòng)時(shí)，解碼后聲音斷續(xù)。從人的感覺(jué)上對(duì)圖像的誤碼更寬容一些。為提高QoS，可以利用RTP/RTCP報(bào)告，得到關(guān)于網(wǎng)絡(luò)狀況的信息，如丟包率、包抖動(dòng)、延遲，根據(jù)這些信息動(dòng)態(tài)調(diào)整圖像帶寬。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)，可以通知編碼器，降低圖像帶寬，優(yōu)先保證聲音帶寬；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況好時(shí)，通知編碼器，提高圖像帶寬。

4.2.2 唇音同步

接收方：對(duì)于接收方語(yǔ)音和圖像的同步，終端收到語(yǔ)音、圖像數(shù)據(jù)之后，分別放到語(yǔ)音緩沖和圖像緩沖中，定時(shí)從語(yǔ)音緩沖中取出語(yǔ)音包解碼，如果取出的語(yǔ)音包時(shí)戳與圖像吻合，就把相應(yīng)的圖像包解碼。這樣做的好處是考慮語(yǔ)音的敏感性。

發(fā)送方：打時(shí)戳。發(fā)送方應(yīng)該給數(shù)據(jù)包打上時(shí)戳，一方面是數(shù)據(jù)包（RTP包）的時(shí)戳，另一方面是數(shù)據(jù)控制包（RTCP包）的時(shí)戳。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于H.323的IP視頻會(huì)議系統(tǒng)將成為寬帶IP網(wǎng)的一種潛力很大的增值業(yè)務(wù)。服務(wù)質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)IP視頻會(huì)議開(kāi)展的關(guān)鍵，所以在IP視頻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要統(tǒng)一做好服務(wù)質(zhì)量的設(shè)計(jì)。由于IP視頻會(huì)議是一項(xiàng)新興的技術(shù)，本身還處于發(fā)展中，很多技術(shù)有待于進(jìn)一步的研究和探討。

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