实时视频通话超低延迟架构的思考与实践（三）——关于信道编码技术的思考

信道编码分几个部分。一种是根据先验知识的网络冗余编码技术——前向纠错技术。以RS（4，6）编码为例，我要发一个分组，这个分组有六个包，其中有四个包是实际媒体数据，有两个包是冗余包。那么在解码端收到六个包中任意的四个，就可以完全恢复所有携带媒体内容的包。例如这里2、3都丢了，收到了1、4、r1、r2，也能够完全恢复2和3。这样看来很好，任意两个丢掉都可以完全恢复。但是这样的算法也有它的弱点，不太适合突发性的丢包。因为这个分组不宜太大，如果分组很大，分组就有很大的延时。分组如果很小，很可能整个分组都丢掉了。实际上这种做法就没有任何意义。所以它不太适合突发性丢包，而且它毕竟是根据先验知识去做的一种冗余，也就是说它永远是根据上一时刻网络的状态作出的判断，下一时刻网络是什么样的，是预测的东西。网络是实时发生变化的，这种预测的东西并不完全可靠。所以它恢复的效率在实际网络中相对比较低，而且这样的算法复杂度相对比较高。当然它也有优势，例如我们是提前算好的，一次性发过去，不需要等到你发现丢包时我再做怎样的冗余传输，所以不受网络往返的影响。而且这种分组可以任意、随机调整大小冗余度，比较适合均匀丢包的场景。

另外一项技术是丢包重传技术。相对来说，丢包重传相对RS来讲，更有针对性，所以恢复效率比较高。第一个Go Back N技术是类似于TCP的传输技术，发送端在不断的发包，接收端要负责告诉发送端我现在收到包的情况是怎么样，收到的连续的帧的是序列号什么样的。发送端发现发了10个帧，接收端只正确收到8，不管9号包或者10号包是否收到，都会丢包重传。所以Go Back N技术有一定的目的性，维护的是丢包状态，它知道哪些包是没有收到的，但是并不精准。

接下来是自动选择重传技术（Selective ARQ）。选择性的重传，是在接收端发现了哪个包丢了，然后才会让发送端重新发送这个包。听起来是非常好的一个技术，效率很高，丢了哪个包就重传哪个包。但是它的弱点在于，你必须要假定这个包是频密的发送才可以。例如发送端发出1、2、3、4这样的包，但是一秒钟才发一个包，什么时候发现2丢了呢？收到3的时候。如果2作为最后一包，永远发现不了丢掉了。也就是如果发包不频密，至少需要1秒钟才发现它丢。这个时候再让它重传，就很晚了。

所以在一个真实的系统中，选择性重传是首选，因为音视频的大部分场景是频密的，但是可能也要结合一些Go-Back -N的做法。发一些确认机制，这样才能把重传做得更加完备。另外所有的重传都要至少等一个网络往还时，因为无论是确认丢包还是反馈收包情况，都需要一个网络往返时，所以它的弱点是，它受网络往返时影响比较大，如果控制不好，有可能造成重传风暴。优势是算法计算复杂比较低，且容易实现。另外，因为它有很大的针对性，无效的重传包会比较少，针对突发性的丢包会有比较好的效果。

刚才讲了针对不可靠网络的两种传输技术，前向纠错和丢包重传，它们都有各自的优点和缺点。实际上一个好的网络分发技术应该是将这两种结合在一起的，根据不同的信道情况把这两种技术结合在一起。

上图来自于网络，首先从左下角蓝色部分看起，当网络往返时很小，丢包率不高的时候就用重传。但是当网络RTT很高的时候，在这个图里面去看，就没有选用重传策略。从我个人的角度来看，我认为这并不是一个非常合理的做法。因为刚才提到了，FEC是一个无目的性的、根据先验知识去做的一种冗余技术，虽然当RTT很高，重传很耗时，但如果没有重传，要加很多冗余包，才能把丢掉的包完全恢复，实际就会带来很大的资源浪费。而且当你丢包率很高的时候，可能还并不能够完全恢复所有包。视频只要丢帧就会很卡，视频丢包率应该控制在千分之几以下，才可以达到顺畅的可以观看的水平。

关于信道编码的思考。信道编码和网络吞吐呈反比关系。无论是重传性编码还是冗余性编码，都会占用带宽，从而减低实际媒体信息的吞吐量。现实的生活中，信道都有限制。当你传输的时候，就要根据信道的特征去做一些策略。信道如果有拥塞，我们就需要有一个拥塞控制的算法，去估计应该把整个信道怎么样做合理分配。

另外，在做一个系统的时候，想清楚如何去评价一个系统的效果是很重要的一个点。在信道编码的时候，一个很重要的指标是，信道编码的有效性是什么样子的。有效性分为两种，一种是重传或者冗余能否真的把丢掉的包补回来，这是一个有效性。即使这个包补回来了，但是如果经过一个信道编码策略之后，还有一些丢包。例如原来的丢包是20%，补回来变成1%，那么这个重传在我们的评价当中实际上是没有效果的，因为1%的丢包对音频来讲是无所谓的，但是对视频来讲是很卡的。在这样的评价系统中，补回来还有1%的丢包，那么所有的编码都是没有太大意义的。举这个例子，如果在这时信道也发生拥塞，再进行这样的信道编码，就不会达到很好的效果。这个时候是否应该停止所有的信道编码呢？

还有信道编码有效性的判断，衡量它是否好，就是加了多少冗余，冗余中有多少没有被利用好，如果这些冗余像刚才那个例子那样，6包带2包的冗余，刚好丢掉2包，整个包都恢复出来了都使用到了，那就是百分之百的冗余都有效。如果4包信息丢了1包，却带了2包荣誉，其中1包就没有效果。所以想要做一个好的系统，应该先想到如何评价这个系统的好坏。