深入剖析iLBC的丢包补偿技术（PLC）

    丢包补偿技术（Packet Loss Concealment——PLC）是iLBC Codec中非常重要的一项技术，更是VOIP Codec应用中不可缺少的组成部分。iLBC的PLC只是在解码端进行封包补偿处理。在解码端根据收到的bitstream逐帧进行解码的过程中，iLBC decoder首先拿到每帧的 bitstream 要判断当前帧是否完整，如果没有问题则按照正常的iLBC 解码流程重建语音信号，见《深入剖析iLBC 解码器原理》；如果发生了语音封包丢失，那么就进入PLC单元进行处理。PLC主要根据前一帧的解码信息，利用基音同步重复的方法近似替代当前的丢失帧，以达到丢包补偿。 

 

一、PLC unit 的几种情形

 

1、过去帧、当前帧都接收正确

      进入正常的iLBC decoder解码流程，需要保存当前帧的状态信息，这些状态信息包括LPC信息、解码后的残差信号等。如果下一帧的比特率丢失的话，就要用到这些保存的信息。

 

2、仅当帧发生丢包

      如果当前帧没有丢失，那么进入PLC unit重建LPC系数和残差信号。后面会详细介绍LPC和残差信号的补偿方法。 

 

3、连续多帧发生丢包

     如果发生连续多帧丢包，那么就需要多次进入PLC unit，并且需要利用经过补偿的帧状态信息。值得注意的是，越靠后面丢失的帧越难以精确的重建，所以对连续丢包的增益采用逐帧递减，以避免引入更大的信号失真。 

 

4、过去帧经过PLC处理，需要与当前帧平滑处理

     为了使经过PLC补偿的帧与接下来没有丢包的帧保持语音连续而需要进行平滑，主要根据前后帧的相关性处理。 

 

二、PLC重建LPC系数

      iLBC 的PLC对于丢失LPC的补偿是采用了过去帧的最后一个子帧的LPC系数来简单的重建。这个方法是显然的，因为无论从空间上还是时间上最后一个子帧都与当前丢失的LPC具有最大相关性。但是这种简单的复制当处理连续多帧时也显然会引入更大的失真。

 

三、PLC重建残差信号

      激励信号（残差信号）通常可以分为两部分组成：准周期成分和类噪声成分。因此PLC实际上首先需要重建这两个部分，准周期成分可以根据测量前一帧的基音周期来近似得到，类噪声成分则可以通过产生随机噪声得到，二者的能量比例也可以借鉴前一帧的比例关系。所以首先要对前一帧进行基音检测，然后以基音同步的方式重建丢失帧的话音部分，然后利用相关性得到类噪声的增益，最后进行混合以重建整个残差信号。

      在连续丢帧的情况下，为了减少各个补偿帧之间的相关性，会将能量进行逐帧递减，但依然会产生一定的听觉噪声。如果采用内插的方法，虽然可能音质会好些，但是却会引入更大的延时。

 

四、iLBC PLC的缺点

 

      在连续丢帧的情况下，PLC所补偿的各个语音帧具有相同的频谱特性（相同的LPC造成）和基音频率，非常容易引入一种可察觉的噪声，尤其是当基音频率较高的时候，这种因为过分的周期性所引起的。通过适当的内插可以缓解这一问题，但往往引入更大的延时。

 

参考资料：

1、IETF：RFC3951.txt

2、潘搏胜《iLBC解码程序进阶处理之研究》

 

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