云通信系統(tǒng)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用，受到無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬低、時(shí)延、丟包和網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)等問題，導(dǎo)致音視頻通話經(jīng)常出現(xiàn)卡頓、馬賽克，甚至中斷等情況，使云通信系統(tǒng)可用性下降，因此研究媒體自適應(yīng)性技術(shù)，一方面使音視頻流媒體自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬，另一方面采用智能抗丟包技術(shù)最大限度恢復(fù)媒體數(shù)據(jù)包。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該技術(shù)在不穩(wěn)定傳輸環(huán)境下，音視頻通信的可用性顯著提高，并且在網(wǎng)絡(luò)丟包為20%或網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)為1000ms時(shí)，音視頻通話也能清晰流暢。

　　近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨以及云計(jì)算技術(shù)的興起，統(tǒng)一通信開始與云計(jì)算融合，形成了云通信技術(shù)。云通信是一個(gè)PaaS（PlatformasaService，平臺(tái)即服務(wù)）通信平臺(tái)，通過將復(fù)雜的通信功能封裝成SDK和API接口，為企業(yè)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶提供即時(shí)通信、音頻、視頻、會(huì)議、呼叫中心、短信、流量等通信能力及服務(wù)。云通信面向的用戶群體很大一部分是移動(dòng)用戶，通過3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)互聯(lián)，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸容易受到干擾導(dǎo)致傳輸質(zhì)量下降，使得音視頻通話質(zhì)量下降。因此，為提高音視頻通話在云通信環(huán)境的抗干擾性能，需要研究云通信媒體自適應(yīng)技術(shù)。首先，梳理云通信環(huán)境中存在的主要問題；其次，針對(duì)這些問題，優(yōu)化音視頻媒體編碼、解碼和傳輸策略，重點(diǎn)研究自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬和智能抗丟包技術(shù)；最后，實(shí)現(xiàn)原型系統(tǒng)，搭建驗(yàn)證環(huán)境，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

　　影響通話質(zhì)量的主要因素音視頻通信是云通信的基本業(yè)務(wù)，影響音視頻通話質(zhì)量涉及通信網(wǎng)絡(luò)的主要因素包括：

　　（1）帶寬

　　相對(duì)于有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，而音視頻通話需要傳輸流媒體數(shù)據(jù)，帶寬的大小直接影響流媒體傳輸質(zhì)量，從而影響音視頻通話質(zhì)量。

　?。?）延時(shí)

　　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸需要經(jīng)過眾多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理，必然產(chǎn)生延時(shí)。然而，音視頻通話實(shí)時(shí)性要求很高，當(dāng)延時(shí)超過一定程度，用戶會(huì)立即感到有滯后，甚至明顯感覺到停頓，影響主觀體驗(yàn)。

　?。?）抖動(dòng)

　　網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)是指網(wǎng)絡(luò)時(shí)延忽大忽小的程度，也就是說流媒體到達(dá)用戶終端時(shí)忽快忽慢。對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)，由于受到基站故障、弱覆蓋、無線干擾、重疊覆蓋等因素影響，抖動(dòng)不可避免。當(dāng)抖動(dòng)較大時(shí)，流媒體無法按時(shí)到達(dá)用戶終端解碼器，解碼器要么進(jìn)行長時(shí)間緩存，要么丟棄后面的媒體數(shù)據(jù)。緩存引起延時(shí)增大，丟棄則引起主觀丟包，都會(huì)影響影視頻通話質(zhì)量。

　　（4）丟包

　　網(wǎng)絡(luò)丟包在IP網(wǎng)絡(luò)中很常見，丟包率是丟失報(bào)文和實(shí)際發(fā)送報(bào)文的百分比。網(wǎng)絡(luò)丟包直接導(dǎo)致音視頻流媒體數(shù)據(jù)丟失，使視頻圖像卡頓、馬賽克，音頻斷續(xù)、失真等，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致音視頻通話中斷。以上是影響音視頻通話質(zhì)量的主要網(wǎng)絡(luò)因素，尤其是在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更為明顯。

　　3媒體自適應(yīng)技術(shù)

　　云通信本質(zhì)是VoIP通信，IP網(wǎng)絡(luò)采用盡力而為的方式，是為傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，并沒有為傳輸高實(shí)時(shí)性的音視頻流媒體提供更多的服務(wù)質(zhì)量保障策略。因此，必須要解決視音頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸過程中的延時(shí)、抖動(dòng)和丟包等問題。VoIP音視頻通話是采用RTP（ATransportProtocolforReal-TimeApplication，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）來傳輸流媒體數(shù)據(jù)的，流媒體數(shù)據(jù)包括音頻數(shù)據(jù)流和視頻數(shù)據(jù)流，音視頻數(shù)據(jù)流采用標(biāo)準(zhǔn)的媒體編解碼算法獲得。因此，媒體自適應(yīng)性技術(shù)針對(duì)云通信網(wǎng)絡(luò)的主要問題，從流媒體數(shù)據(jù)大小控制和編解碼自恢復(fù)等方面入手，包括自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)和智能抗丟包技術(shù)。

　　3.1自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)

　　自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)是指視頻分辨率、幀率和編碼速率（簡稱“碼率”，即視頻編碼采樣速率）自適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬。當(dāng)視頻通話占用帶寬高于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬時(shí)，會(huì)引起數(shù)據(jù)堆積，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞，加劇網(wǎng)絡(luò)丟包和網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，導(dǎo)致視頻通話卡頓或馬賽克越來越嚴(yán)重。自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)通過動(dòng)態(tài)控制視頻通話的流媒體數(shù)據(jù)量大小來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，減緩丟包等情況，使得視頻通話保持流暢。當(dāng)通話帶寬高于網(wǎng)絡(luò)帶寬一定的閥值時(shí)，適當(dāng)降低碼率、幀率和分辨率，使得通話帶寬降低到網(wǎng)絡(luò)帶寬之下；當(dāng)通話帶寬低于網(wǎng)絡(luò)帶寬一定的閥值時(shí)，提高分辨率、幀率和碼率，使得通話帶寬接近網(wǎng)絡(luò)帶寬，直到視頻通話回到初始的分辨率、幀率和碼率。

　　自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)主要包括兩個(gè)方面，一是網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息獲取，二是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息調(diào)整發(fā)送端的視頻編碼參數(shù)，包括碼率、幀率和分辨率。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息獲取主要是丟包率和網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)信息獲取，丟包率可以從接收到的流媒體數(shù)據(jù)包中的RTCP（Real-timeControlProtocol，實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議）數(shù)據(jù)報(bào)文，根據(jù)預(yù)期間隔收包數(shù)和實(shí)際間隔收包數(shù)計(jì)算獲得。網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)也可以從RTCP報(bào)文中計(jì)算獲得。視頻編碼參數(shù)調(diào)整是根據(jù)獲取的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息調(diào)整發(fā)送端的視頻編碼參數(shù)，包括碼率、幀率和分辨率，緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞或盡可能大地利用網(wǎng)絡(luò)資源以適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬。在實(shí)現(xiàn)上，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)丟包率和抖動(dòng)設(shè)置一定的閥值，當(dāng)閥值在某個(gè)區(qū)間變化時(shí)動(dòng)態(tài)地依次調(diào)整幀率、碼率和分辨率，直到丟包和抖動(dòng)緩解。

　　視頻編碼參數(shù)的頻繁動(dòng)態(tài)調(diào)整會(huì)導(dǎo)致視頻圖像質(zhì)量時(shí)高時(shí)低，帶來不好的用戶體驗(yàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，丟包率和抖動(dòng)越界閥值和視頻編碼參數(shù)調(diào)整的幅度需要根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。

　　會(huì)增大視頻通話帶寬，視頻通話質(zhì)量也會(huì)在一定程度上下降。

　?。?）增加額外時(shí)延

　　丟包重傳ARQ技術(shù)雖然提高了視頻碼流的發(fā)送成功率，但同時(shí)也降低了視頻碼流發(fā)送的實(shí)時(shí)性，增加了時(shí)延，加劇時(shí)延抖動(dòng)。而且，當(dāng)大范圍丟包時(shí)，丟包重傳技術(shù)對(duì)視頻通話效果沒有幫助。

　　基于以上缺點(diǎn)，本文提出智能抗丟包技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)抗丟包技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，主要包括智能傳輸校驗(yàn)糾錯(cuò)和智能跨段校驗(yàn)糾錯(cuò)：

　　（1）智能傳輸校驗(yàn)糾錯(cuò)

　　智能傳輸校驗(yàn)糾錯(cuò)技術(shù)是在音視頻數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，針對(duì)某一時(shí)間片段的數(shù)據(jù)包，通過校驗(yàn)算法生成傳輸校驗(yàn)數(shù)據(jù)包，與校驗(yàn)包一并傳輸?shù)浇邮斩?，網(wǎng)絡(luò)丟包時(shí)，根據(jù)校驗(yàn)包和校驗(yàn)算法恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包。這種糾錯(cuò)技術(shù)，在時(shí)間片段內(nèi)丟失一兩個(gè)包時(shí)能全部恢復(fù)，大于兩個(gè)丟包時(shí)也能恢復(fù)到90%左右。而且，根據(jù)不同的丟包率可以智能適配不同的校驗(yàn)算

　　法，最大限度地恢復(fù)丟包數(shù)據(jù)。與前向糾錯(cuò)FEC技術(shù)相比，該技術(shù)不需要額外生產(chǎn)冗余編碼幀，數(shù)據(jù)量大大減小，不會(huì)占用過多的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

　?。?）智能跨段校驗(yàn)糾錯(cuò)

　　智能跨段校驗(yàn)糾錯(cuò)技術(shù)主要是在智能傳輸校驗(yàn)糾錯(cuò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)跨時(shí)間片段丟失的多個(gè)數(shù)據(jù)包。以單位時(shí)間片段的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)連續(xù)多個(gè)時(shí)間片段基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成跨段校驗(yàn)數(shù)據(jù)包。當(dāng)某一時(shí)間片段數(shù)據(jù)完全丟失時(shí)，可以利用前后片段數(shù)據(jù)和校驗(yàn)包及相應(yīng)算法進(jìn)行部分恢復(fù)。綜上所述，智能抗丟包技術(shù)利用傳輸校驗(yàn)來最大限度地恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)，帶寬額外開銷小，抗丟包范圍更大。音視頻通話的抗丟包性一般可以從傳統(tǒng)的5%提高到20%。

　　本文分析了云通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點(diǎn)及影響音視頻通信可用性的主要問題，針對(duì)這些問題，提出了媒體自適應(yīng)性解決方案，包括自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)和智能抗丟包技術(shù)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示，采用媒體自適應(yīng)性技術(shù)極大地提高了云通信音視頻通話可用性。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云通信技術(shù)的發(fā)展，VoIP音視頻通信技術(shù)的高可用性問題越來越受到重視，是現(xiàn)階段及未來云通信技術(shù)研究的主要課題。毫無疑問，媒體自適應(yīng)技術(shù)是提高云通信主要途徑之一。