日前，華為宣稱在跨省、全新互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的TV高清視頻通信方面取得重大技術(shù)突破，并將在“五一”節(jié)前搭載 “天翼視訊悅盒”(后續(xù)簡(jiǎn)稱“悅盒”)正式向市場(chǎng)推出“家家聊”業(yè)務(wù)。市場(chǎng)上有不少公司也號(hào)稱他們的智能機(jī)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(shù)突破?哪些關(guān)鍵因素支撐跨省電視高清視頻聊天體驗(yàn)?zāi)?

下面，我們從視頻編碼、音頻編碼及網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行深入剖析和一探究竟。

視頻編碼技術(shù)

“家家聊”采用了業(yè)界主流的H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，同時(shí)依托華為智能機(jī)頂盒專有的片內(nèi)SoC(System on Chip)的模塊(VENC)，完成多項(xiàng)核心視頻編碼技術(shù)的深度優(yōu)化和定制，實(shí)現(xiàn)1080P與720P及以下分辨率的實(shí)時(shí)高清視頻編碼。

那為什么“家家聊”暫時(shí)只提720P的高清視頻呢?主要考慮的是兩個(gè)方面：

1)業(yè)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(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商的上行帶寬的上限值了

“家家聊”高清版的視頻編碼技術(shù)具備以下獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

l 精確的目標(biāo)碼率控制

目標(biāo)碼率是客戶根據(jù)自身的需求給編碼器設(shè)置的一個(gè)編碼碼率。VENC控制目標(biāo)碼率與實(shí)際輸出碼率浮動(dòng)不超過10%。鑒于目標(biāo)碼率的高低對(duì)圖像質(zhì)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(gè)范圍，圖像質(zhì)量看起來會(huì)變得不可接受;如果高于這個(gè)范圍，則顯得沒有必要，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源以及存儲(chǔ)資源來說是一種浪費(fèi)。VENC可以根據(jù)實(shí)際編碼的分辨率、實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)情況、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景配置相應(yīng)的目標(biāo)碼率，以達(dá)到最優(yōu)的編碼效果。

l 適用不同場(chǎng)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(shè)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(shè)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(yīng)用于可視通訊等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景。該模式下，VENC處理會(huì)根據(jù)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(shí)時(shí)性，避免延時(shí)的累積，VENC只會(huì)編碼最新插入的一幀，緩沖區(qū)的其他幀會(huì)被扔掉，從而保證總是編碼緩沖區(qū)最新的畫面。

【分SLICE 編碼】

分SLICE 編碼是H264協(xié)議規(guī)范支持的一種編碼模式。該模式下編碼器會(huì)把一幀畫面編碼成多個(gè)SLICE，各個(gè)SLICE在編碼時(shí)相互間保持獨(dú)立。在網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境較差的情況下，采用分SLICE 編碼可以限制誤碼的擴(kuò)散，保證傳輸質(zhì)量。

l 可控的輸入與輸出幀率

幀率(Frame rate)是用于測(cè)量顯示幀數(shù)的量度，以每秒顯示幀數(shù)(Frames per Second，簡(jiǎn)稱：FPS)為單位。VENC具備輸入幀率和輸出幀率兩個(gè)參數(shù)可供配置，如果兩個(gè)參數(shù)配置成不同幀率，VENC會(huì)自動(dòng)進(jìn)行幀率控制。特別需要注意的是：當(dāng)處于綁定模式下，用戶配置的輸入幀率失效，VENC以內(nèi)部實(shí)際的輸入幀率為基準(zhǔn)進(jìn)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(zhǔn)確可信。

基于以上深度優(yōu)化的編碼算法，VENC應(yīng)用與不同場(chǎng)景的合理目標(biāo)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(shù)篇

互聯(lián)網(wǎng)傳送高保真語音數(shù)據(jù)面臨的核心挑戰(zhàn)來自于三個(gè)方面：

1、 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、丟包、抖動(dòng)、帶寬變化，如何保證穩(wěn)定的通話時(shí)延及質(zhì)量

2、 低復(fù)雜度、低損傷、低帶寬占用訴求下的高清語音編解碼及增強(qiáng)技術(shù)

3、 多平臺(tái)兼容性，提供無差別通話體驗(yàn)

針對(duì)這些互聯(lián)網(wǎng)語音通信的關(guān)鍵問題，”家家聊”采用華為2012實(shí)驗(yàn)室提供的HME(Huawei Media Engine)核心模塊;其完整的高音質(zhì)，低帶寬HD-VOICE音頻編碼技術(shù)，為用戶帶來身臨其境的高保真語音通信服務(wù)。”家家聊”的音頻編碼技術(shù)具備以下獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

l 采用業(yè)界最優(yōu)的VOIP語音編解碼器OPUS

OPUS編碼器頻譜可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)寬帶自適應(yīng)，同時(shí)在相同帶寬下提供的音質(zhì)好，延時(shí)小，而特有的FEC功能具有強(qiáng)大的抗丟包能力;考慮到通話環(huán)境，設(shè)備差異等因素，互聯(lián)網(wǎng)語音通信極容易產(chǎn)生噪聲，回聲，音量太小或太大，削波等問題，嚴(yán)重影響用戶通話體驗(yàn);而HME模塊憑借華為在無線通信領(lǐng)域10多年的積累，提供業(yè)界領(lǐng)先的ANR/ALC/AEC/ACLP算法，其回聲抵消指標(biāo)業(yè)界領(lǐng)先，讓你隨時(shí)隨地暢打無憂。不同音頻編碼算法的音質(zhì)測(cè)試對(duì)比請(qǐng)參考圖2:

圖2：編碼算法的音質(zhì)對(duì)比測(cè)試

l 動(dòng)態(tài)抖動(dòng)緩存技術(shù)(AJB+TSM)

HME TSM技術(shù)在調(diào)整語音緩存深度時(shí)，通過時(shí)域伸縮技術(shù)，只改變語速，而不改變語音的音質(zhì)、基音等其它特性;通過時(shí)域拉伸壓縮技術(shù)(TSM)實(shí)現(xiàn)對(duì)緩存深度的平滑動(dòng)態(tài)調(diào)整，在AB主觀測(cè)試中，86%的測(cè)試用戶反饋語音質(zhì)量明顯提升。

HME AJB技術(shù)實(shí)時(shí)跟蹤網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整緩存深度，保障最佳語音質(zhì)量及通話時(shí)延，無線網(wǎng)絡(luò)典型場(chǎng)景平均時(shí)延降低150ms以上。

圖3語音編碼技術(shù)對(duì)比

網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)篇

相對(duì)于TDM(時(shí)分復(fù)用)網(wǎng)絡(luò)， IP分組網(wǎng)絡(luò)的丟包與時(shí)延更惡劣。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量劣化，若不能自動(dòng)調(diào)節(jié)音視頻編碼的碼率，將會(huì)導(dǎo)致高丟包與時(shí)延變大，嚴(yán)重影響端到端通信的主觀體驗(yàn)。華為”家家聊”的HME引擎采用專用的NetATE網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)(丟包率、丟包分布、時(shí)延)，快速改變編碼速率、打包時(shí)長(zhǎng)、冗余深度適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，保證語音與視頻通信的質(zhì)量。NetATE具備如下特點(diǎn)：

a) 可適配多種變速率編解碼

b) 網(wǎng)絡(luò)模型分析(帶寬競(jìng)爭(zhēng)與帶寬受限)

c) 用戶可控帶寬上下限

d) 快速調(diào)整響應(yīng)

綜合測(cè)試表明，即使網(wǎng)絡(luò)丟包達(dá)到10%的情況下，華為媒體引擎(HME)的NetATE網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、ARS自適應(yīng)碼率選擇、SEC等超強(qiáng)糾錯(cuò)技術(shù)也能夠保障，音、視頻通話清晰流暢。

小結(jié)

與市面上現(xiàn)有的視頻通信軟件，諸如Skype和QQ HD等相比，”家家聊”在相同碼率下的視音頻編碼主觀質(zhì)量有明顯優(yōu)勢(shì)，更能輕松實(shí)現(xiàn)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(duì)國(guó)內(nèi)家庭寬帶網(wǎng)速進(jìn)行智能適配，達(dá)到視頻質(zhì)量和流暢度的均衡及綜合體驗(yàn)最佳;結(jié)合 “悅盒”的全遙控器操作方式、以易用性為核心的UI/UX設(shè)計(jì)，必將TV大屏上的、全面領(lǐng)先的視音頻通信體驗(yàn)帶入千家萬戶。

隨著HME視頻編碼技術(shù)向HEVC/H.265平滑演進(jìn)以及國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商光纖網(wǎng)絡(luò)提速步伐的加快，不久的將來，”家家聊”高清版將為中國(guó)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(yàn)。