深度探究悅盒家家聊高清視頻通信技術

　　日前，華為宣稱在跨省、全新互聯網架構的TV高清視頻通信方面取得重大技術突破，并將在“五一”節前搭載“天翼視訊悅盒”(后續簡稱“悅盒”)正式向市場推出“家家聊”業務。市場上有不少公司也號稱他們的智能機頂盒能支持高清視頻通話，那華為“家家聊”到底有什么不同，有哪些地方能算得上是重大技術突破?哪些關鍵因素支撐跨省電視高清視頻聊天體驗呢?

　　下面，我們從視頻編碼、音頻編碼及網絡自適應等關鍵技術，進行深入剖析和一探究竟。

　　視頻編碼技術

　　“家家聊”采用了業界主流的H.264/AVC視頻編碼標準和技術規范，同時依托華為智能機頂盒專有的片內SoC(SystemonChip)的模塊(VENC)，完成多項核心視頻編碼技術的深度優化和定制，實現1080P與720P及以下分辨率的實時高清視頻編碼。

　　那為什么“家家聊”暫時只提720P的高清視頻呢?主要考慮的是兩個方面：

　　1)業界通用USB攝像頭一般采用的都是USB2.0接口，其輸入輸出帶寬只能支持到720P

　　2)720P至少要求1M以上帶寬，這基本是國內電信運營商的上行帶寬的上限值了

　　“家家聊”高清版的視頻編碼技術具備以下獨特優勢：

　　?精確的目標碼率控制

　　目標碼率是客戶根據自身的需求給編碼器設置的一個編碼碼率。VENC控制目標碼率與實際輸出碼率浮動不超過10%。鑒于目標碼率的高低對圖像質量有一定的影響，因此不同分辨率編碼存在一定的合理碼率選擇范圍。所謂“合理的范圍”指的是，如果低于這個范圍，圖像質量看起來會變得不可接受;如果高于這個范圍，則顯得沒有必要，對于網絡資源以及存儲資源來說是一種浪費。VENC可以根據實際編碼的分辨率、實時的網絡情況、實際應用場景配置相應的目標碼率，以達到最優的編碼效果。

　　?適用不同場景、靈活可控的編碼模式

　　【綁定模式】

　　VENC支持的一種編碼模式。設置該工作模式，需要在打開編碼器之前給編碼器綁定源。目前支持的源有虛擬屏幕，虛擬窗口和VI。設置綁定模式后，客戶不能再自行給VENC送幀編碼。

　　【快速編碼模式】

　　VENC支持的一種編碼模式。一般應用于可視通訊等對實時性要求較高的場景。該模式下，VENC處理會根據用戶配置的輸入輸出幀率做幀率控制外，為了保證畫面的實時性，避免延時的累積，VENC只會編碼最新插入的一幀，緩沖區的其他幀會被扔掉，從而保證總是編碼緩沖區最新的畫面。

　　【分SLICE編碼】

　　分SLICE編碼是H264協議規范支持的一種編碼模式。該模式下編碼器會把一幀畫面編碼成多個SLICE，各個SLICE在編碼時相互間保持獨立。在網絡傳輸環境較差的情況下，采用分SLICE編碼可以限制誤碼的擴散，保證傳輸質量。

　　?可控的輸入與輸出幀率

　　幀率(Framerate)是用于測量顯示幀數的量度，以每秒顯示幀數(FramesperSecond，簡稱：FPS)為單位。VENC具備輸入幀率和輸出幀率兩個參數可供配置，如果兩個參數配置成不同幀率，VENC會自動進行幀率控制。特別需要注意的是：當處于綁定模式下，用戶配置的輸入幀率失效，VENC以內部實際的輸入幀率為基準進行幀率控制，而在非綁定模式下，客戶需要保證輸入幀率的準確可信。

　　基于以上深度優化的編碼算法，VENC應用與不同場景的合理目標碼率參考范圍如表1所示：

　　表1碼率配置參考表(幀率：30fps)

　　音頻編碼技術篇

　　互聯網傳送高保真語音數據面臨的核心挑戰來自于三個方面：

　　1、網絡的時延、丟包、抖動、帶寬變化，如何保證穩定的通話時延及質量

　　2、低復雜度、低損傷、低帶寬占用訴求下的高清語音編解碼及增強技術

　　3、多平臺兼容性，提供無差別通話體驗

　　針對這些互聯網語音通信的關鍵問題，”家家聊”采用華為2012實驗室提供的HME(HuaweiMediaEngine)核心模塊;其完整的高音質，低帶寬HD-VOICE音頻編碼技術，為用戶帶來身臨其境的高保真語音通信服務。”家家聊”的音頻編碼技術具備以下獨特優勢：

　　?采用業界最優的VOIP語音編解碼器OPUS

　　OPUS編碼器頻譜可根據網絡寬帶自適應，同時在相同帶寬下提供的音質好，延時小，而特有的FEC功能具有強大的抗丟包能力;考慮到通話環境，設備差異等因素，互聯網語音通信極容易產生噪聲，回聲，音量太小或太大，削波等問題，嚴重影響用戶通話體驗;而HME模塊憑借華為在無線通信領域10多年的積累，提供業界領先的ANR/ALC/AEC/ACLP算法，其回聲抵消指標業界領先，讓你隨時隨地暢打無憂。不同音頻編碼算法的音質測試對比請參考圖2:

　　圖2：編碼算法的音質對比測試

　　?動態抖動緩存技術(AJB+TSM)

　　HMETSM技術在調整語音緩存深度時，通過時域伸縮技術，只改變語速，而不改變語音的音質、基音等其它特性;通過時域拉伸壓縮技術(TSM)實現對緩存深度的平滑動態調整，在AB主觀測試中，86%的測試用戶反饋語音質量明顯提升。

　　HMEAJB技術實時跟蹤網絡抖動，動態調整緩存深度，保障非常好的語音質量及通話時延，無線網絡典型場景平均時延降低150ms以上。

　　圖3語音編碼技術對比

　　網絡自適應技術篇

　　相對于TDM(時分復用)網絡，IP分組網絡的丟包與時延更惡劣。當網絡質量劣化，若不能自動調節音視頻編碼的碼率，將會導致高丟包與時延變大，嚴重影響端到端通信的主觀體驗。華為”家家聊”的HME引擎采用專用的NetATE網絡自適應技術，可根據網絡狀態(丟包率、丟包分布、時延)，快速改變編碼速率、打包時長、冗余深度適應網絡狀態，保證語音與視頻通信的質量。NetATE具備如下特點：

　　a)可適配多種變速率編解碼

　　b)網絡模型分析(帶寬競爭與帶寬受限)

　　c)用戶可控帶寬上下限

　　d)快速調整響應

　　綜合測試表明，即使網絡丟包達到10%的情況下，華為媒體引擎(HME)的NetATE網絡自適應、ARS自適應碼率選擇、SEC等超強糾錯技術也能夠保障，音、視頻通話清晰流暢。

　　小結

　　與市面上現有的視頻通信軟件，諸如Skype和QQHD等相比，”家家聊”在相同碼率下的視音頻編碼主觀質量有明顯優勢，更能輕松實現720P及1080P分辨率的高清視頻編碼;更為重要的是，”家家聊”高清版針對國內家庭寬帶網速進行智能適配，達到視頻質量和流暢度的均衡及綜合體驗非常好的;結合“悅盒”的全遙控器操作方式、以易用性為核心的UI/UX設計，必將TV大屏上的、全面領先的視音頻通信體驗帶入千家萬戶。

　　隨著HME視頻編碼技術向HEVC/H.265平滑演進以及國內運營商光纖網絡提速步伐的加快，不久的將來，”家家聊”高清版將為中國的家庭用戶帶來全高清1080P，甚至是革命性的4K超高清視頻通信體驗。■