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1.背景

RTC（Real-time），实时通信，是一个新兴的行业，非常是近三年电商、教育等行业直播的火热，以及各类设备之间的音视频通话场景。从技术角度来说，RTC并不是一个新技术，从智能手机普及以来，RTC就早已出现在一对一的音视频通话场景中。最初的技术方案也比较直观，当设备通过服务端构建通话联接时，两个设备直接以点对点的方法进行通讯。具体的实现方法是将编码压缩后的音视频数据包通过UDP合同包发送给接收方，接收方收到UDP数据包以后，就可以进行解包解码播放了。这些方法的特征是简单粗鲁，不须要关心网路情况。带来的后果就是可能会出现丢包的情况，尤其是当网路情况发生变化的时侯，会出现没有声音，画面卡顿等情况，因而整体的用户体验会比较差。随着技术的发展和进步，考虑到网路情况可能随时发生变化，在原有技术方案的基础上，出现了一些比较著名的网路串扰控制算法，它可以依照网路的变化来控制数据包的发送速度，因而平滑一些因为网路晃动而导致的丢包、卡顿等现象。

在RTC领域，最出名的就是，它可以让网路应用或站点在不须要中介帮助的情况下，在浏览器之间构建点对点的联接，实现视频流和（或）音频流或任何其他数据的传输，支持网页浏览器进行实时的语音或视频对话，是一个开源项目。从功能流程上看，包括了采集、编码、前后处理、传输、解码、缓冲、渲染等多个环节，比如前后处理环节有美肤、滤镜、回声清除、噪音抑制等，采集方面有耳机阵列等，传输方面有串扰控制等，编解码器方面有VP8、VP9、H.264、H.265等。这儿主要站在学习的角度，简单介绍几个重要的算法：串扰控制算法，以及音频的3A（噪声抑制、回声清除和手动增益）。

2.串扰控制算法

串扰控制算法有三种，GCC()，BBR，PCC，这儿主要介绍GCC。

GCC的核心思想是通过预测可用带宽来控制发送速度，结合发送端和接收端双方对带宽的恐怕进行综合估算。发送端的带宽恐怕主要取决于丢包率（实际上也有延后），接收端的带宽恐怕取决于延后（变化）。举个反例，GCC的角色如同是忙碌路口的警察，当前方公路上汽车过多时，他会制止旁边的汽车继续行驶，避免塞车。当前方公路上汽车较少时，他会加速让前面的汽车早日通过。其实语音视频抖音，GCC的实际控制过程远比警察复杂。也就是说，GCC主要借助丢包、延迟、抖动等网路参数来恐怕当前的可用带宽，之后控制发送速度，防止网路串扰造成的丢包、延迟、抖动，是一个反馈的过程。

因为有NACK、FEC等策略解决丢包问题，实际上发送端的带宽计算对于小程度的丢包并不是很敏感，相反接收端的带宽计算对信噪比晃动比较敏感。GCC的接收端通过一系列算法来测量当前网路信噪比是否发生了变化，假如信噪比减小，在考虑并排除数据大小变化的影响后，可以觉得网路路由串扰，须要增加分辨率；反之，当信噪比降低时，则觉得网路空闲，可以增强信噪比。因而在多径晃动较大的情况下，虽然没有丢包，GCC也会作出较大程度的带宽调整。也就是说，假若信噪比稳定，虽然数值很大，也不会影响带宽推算。相反，假如平均信噪比比较小，而且晃动较多且较大，计算带宽都会很快增加。

GCC算法主要分为两部份：一部份是基于丢包的串扰控制，一部份是基于延后的串扰控制。在初期的实现中，这两种串扰控制算法分别在发送端和接收端实现。

对于发送方来说，GCC算法主要负责两件事：

对于接收端来说，GCC算法主要负责两件事：

可以看出，GCC算法是由发送端和接收端配合实现的，接收端负责形成分辨率反馈数据，发送端结合两种控制算法的结果得到一个最终的发送分辨率，并以这个分辨率发送数据包。

3.算法

它是音频技术中的两大核心技术之一，另一项核心技术是音频的3A算法（AEC、ANS和AGC）。在实时音视频通讯领域，网路环境是影响音视频质量的最关键诱因，当网路质量比较差的时侯，再好的音视频算法也变得有些力不从心。网路质量差的表现方式主要有延后、乱序、丢包、抖动，其中丢包和晃动是最常见的。晃动是数据在网路上传输的速率，丢包是网路传输过程中因为各类诱因引起数据包的遗失。所以处理好丢包和晃动是获得高质量音视频体验的关键诱因。

RTC音频通信部份的常规工作流程是这样的：首先在发送端采集音频数据，对采集到的声音讯号进行回声清除、噪声抑制、自动增益控制等预处理。之后进行语音压缩编码，封装成RTP包通过网路发送到接收端。接收端收到数据后进行RTP解包，之后进行晃动清除、丢包掩藏、解码等操作。最后将处理后的音频数据发送给播放器进行播放。涉及的操作包括晃动清除、解码以及相应的音频讯号处理。简单来说，它本质上是一个音频晃动缓冲器（），工作在音频数据接收端，通过晃动清除、丢包掩藏等操作达到音频播放流畅的目的。

晃动是如何形成的呢？如上图所示，在没有技术干预的情况下，发送方以20ms的时间间隔发送音频数据包，因为网路延后等诱因，数据包抵达的时间并不均匀，此时若果直接将音频送到播放器播放，我们看到的声音都会有晃动。为了防止这些情况，我们一般通过晃动缓冲技术来清除，即在接收方构建一个缓冲区，语音包抵达接收方后，先暂存在缓冲区中，之后系统以平滑的速度将语音包从缓冲区中取出，解码后播放下来。其实，单纯设置一个缓冲区是远远不够的，由于缓冲区设置得太小，可能起不到缓冲作用，设置太大，又可能导致音频延后。这么缓冲区应当设置多大呢？这个要看具体情况。晃动清除思路的理想状态是，每位数据包在网路传输中的延后与其在晃动缓冲区中缓冲的延后之和应当相等。因而，通常的晃动清除思路是，将晃动缓冲区大小设置为当前检测到的最大网路信噪比大小，且每位数据包在网路中的信噪比加上其在晃动缓冲区中缓冲所导致的信噪比之和应当等于晃动缓冲区大小。

目前晃动缓冲控制算法有静态晃动缓冲控制算法和自适应晃动缓冲控制算法。静态晃动缓冲控制算法即缓冲大小为一个固定值，超过缓冲大小的数据包将被遗弃。这些算法模型较小，实现也比较简单，但在弱网路条件下更容易丢包；自适应晃动缓冲控制算法的缓冲大小是按照实际网路晃动情况进行调整的。接收端通过比较接收到的数据包信噪比和当前保存的信噪比信息，得到当前最大网路晃动，因而选择合适的缓冲大小。这些算法的优点是网路晃动大时丢包率较低，网路信噪比较小时语音信噪比相对较小。所采用的晃动清除技术属于自适应晃动缓冲算法。

不仅晃动缓冲，还实现了丢包掩藏。所谓丢包掩藏，是指在发生丢包时，生成与遗失的语音包相像的取代语音。丢包掩藏技术与解码器密切相关，在解码过程中，它首先按照收到的数据逐帧判定当前帧是否完整，假如完整，则根据正常的解码流程进行解码。假如发觉数据遗失，则步入专门的丢包掩藏模块，对数据包进行补偿。这些补偿方法相对复杂，这儿就不介绍了。

4.音频3A算法

音频3A算法是指在发送端对传输讯号进行的回声清除、降噪、音量均衡等操作，包括AEC（回声清除）、ANS（噪声抑制）、AGC（手动增益控制）三种算法。音频3A是在数据发送端进行的，发送端在采集音频数据的时侯，会在编码前进行讯号处理，这儿的讯号处理主要指音频3A。与串扰控制算法不同，音频3A算法与网路无关，是纯粹的音频讯号处理算法，目前好多设备的音频3A虽然都是通过硬件来实现的。

4.1.AEC（声学回声清除）

在正常的音频通话过程中，我们讲话的声音不仅第一次被耳机直接采集到之外，都会经过多次空间反射后再度被扬声器采集到并采集到系统中。此时音频输入中既包括我们自己讲话的声音，也包括空间反射的回声。倘若不做任何处理，远端看到的声音都会有回声。还有一种情况，远端传来的声音是通过设备音响播放，之后被设备耳机采集到的。倘若不做任何处理，对方才能通过自己设备的耳机看到刚刚讲话的声音，这对用户体验特别差。

在真实的语音场景中，耳机采集到的声音是混和的，这儿面有近端的声音，也有远端的声音。简单来说，AEC期望从混和的近端讯号中去除掉毋须要的远端讯号，保留近端人声发送到远端。因而回声清除的关键就是怎样分辨近端和远端的声音。假如我们能形成一个讯号来中和远端的声音，这么回声自然能够清除了。这么具体如何做呢？我们以远端传来的声音经过设备音响播放后，被设备耳机采集并发回形成的回声为例。简单来说，分为三个步骤：

因而回声去除也由延后恐怕（）、线性自适应混频器（）和非线性处理（）三大算法模块组成。

延后恐怕决定了AEC的下限，线性自适应混频器决定了AEC的上限，非线性处理决定了最终的通话体验。

4.2ANS（噪音抑制）

所谓的噪声抑制就是我们一般说的降噪，我们常用的降噪耳麦就是基于此建立的。噪声分为平衡噪声和瞬时噪声两大类，稳定噪声的频谱比较平稳，瞬时噪声的频谱能量残差较小，借助噪声的特征，对音频数据添加逆波形处理就可以去除噪声。噪声不同于语音讯号，降噪过程虽然就是在频域上做一些处理。对于一些稳定的噪声，例如常见的空调声、电脑吊扇声、车里的一些风噪，它的时间变化比较慢快手优价业务自助平台软件【75gs.com】自助下单平台抖音自助平台业务下单秒到，而且语音是一个可变的讯号，通过这三者的区别我们就可以判定什么讯号是语音，什么是降噪，之后去掉。关于噪声抑制的相关资料有好多，就不详尽介绍了。

4.3.AGC（手动增益控制）

AGC这个词从定义上看，不太好理解。那哪些是手动增益控制呢？我们可以以现实场景中的音视频大会为例。现实场景中，不同的参会人员距离不同，说话音量也不同，设备通过耳机采集音频数据时，假若不做任何处理，远端看到的音量​​都会有很大差别。为此，在上述场景中，发送端音量的均衡就变得尤为重要。手动增益控制算法的目标就是统一音频音量，减轻因为设备采集差别、扬声器音量、距离等诱因引起的音量差别。

在3A音频处理算法中，AGC坐落最后的位置，它主要起到发送端均衡器和压缩器的作用，调整推送音量大小。AGC针对不同的接入设备提供了三种模式：固定数字增益（）、自适应模拟增益（）和自适应数字增益（）。其中​​固定数字增益模式是最基本的增益模式，也是AGC的核心，另外两种模式都是在此基础上扩充而至。固定数字增益主要以固定的增益对讯号进行放大，最大增益不超过设定的增益能力。自适应模拟增益，顾名思义，可以动态调整模拟增益，主要工作在PC端。自适应数字增益是为了满足智能手机、平板设备的需求，这种联通终端没有类似PC端的调整模拟增益的插口，其工作原理与自适应模拟增益类似。

5.总结

RTC领域积累了好多与音频、视频、流媒体相关的优质算法，我们介绍的串扰控制和音频3A算法是其中比较重要的，业界也有好多深入的讲解，本文主要从学习和科普的角度做一些简单的介绍，更详尽的内容可以参考相关文章和代码实现。

参考文章音频相关语音引擎技术研究中的串扰控制技术解读高画质低延后背后——AGC开发者支持