语音通话 sdk 的通话质量监控指标有哪些

语音通话sdk的通话质量监控指标,到底该怎么看的

前两天有个做社交App的朋友跟我吐槽,说他们线上用户反馈最多的就是"通话卡顿""听不清"这些毛病。他问我,你们做音视频这块的,到底有没有一套标准来判断通话质量好坏?我说当然有,而且这套东西还挺复杂的。聊着聊着,我觉得这块内容可能很多开发者都关心,今天就打算系统地聊一聊。

说起通话质量监控,这事儿其实有点像给通话"做体检"。你知道吗,一次看似简单的语音通话,背后可能要经过采集、编码、传输、解码、渲染好多个环节,每个环节都可能出问题。而监控指标的作用,就是帮我们把这些问题量化出来,让我们知道问题出在哪里、严重程度如何。

我先从最基础也是最重要的网络层指标说起吧,这一块是很多人容易忽略的。

网络层指标:通话质量的"地基"

网络这块儿,其实就是数据在传输过程中的表现。我打个比方,如果把通话比作寄快递,那网络指标就是看快递寄得顺不顺。

延迟:这个真的挺关键的

延迟是说一句话传过去要多久,单位是毫秒。这个数值对通话体验影响太大了。你想啊,两个人打电话,你说完一句话,对方要半秒甚至更久才听到,那这对话还怎么进行?那种打电话时总感觉对方反应慢半拍的情况,基本就是延迟高造成的。

正常来说,语音通话的端到端延迟控制在150毫秒以内是比较理想的,150到300毫秒还能凑合用,超过300毫秒就会有明显的滞后感了。如果是视频通话,对延迟的要求更高一些,因为还要考虑画面同步的问题。

影响延迟的因素有很多,比如物理距离、网络拥塞、服务器转发路径等等。像我们声网这种做全球化音视频服务的,在全球都部署了边缘节点,目的就是尽量缩短数据传输的物理距离,把延迟压到最低。

抖动:比延迟更让人头疼

抖动这个词可能有些人不太熟,它指的是数据包到达时间的波动程度。举个例子,数据包本来应该每隔20毫秒到达一个,结果有时候15毫秒就到了,有时候又变成30毫秒,这种忽快忽慢的现象就是抖动。

抖动对通话的影响可能比延迟更难受。延迟高顶多是反应慢,但抖动大会导致声音断断续续的,像放唱片时快时慢那样。特别是在网络不太好的情况下,抖动经常会造成所谓的"爆破音"或者杂音,很影响体验。

一般来说,抖动控制在30毫秒以内是比较好的,超过50毫秒就可能感受到卡顿,超过100毫秒就比较严重了。为了应对抖动,音视频sdk通常会设计缓冲池,把收到的数据包先存起来,匀速播放出去,这样就能抵消抖动的影响。

丢包率:直接影响通话清晰度

丢包率就是传输过程中丢失的数据包比例,用百分比表示。语音数据在传输过程中可能会因为网络问题丢失一部分,丢包率越高,通话质量就越差。

丢包对语音的影响主要体现在两个方面。一是声音不完整,某些字词可能听不清;二是如果丢包严重,会产生"吞字"现象,一句话可能只能听到一半。更麻烦的是,有时候丢包还会引发回声消除的异常,因为系统可能会把某些声音片段错误地当作回声处理掉。

一般来说,语音通话的丢包率控制在3%以内是比较理想的,3%到5%可能开始有轻微影响,5%到10%就会有明显可感知的质量下降,10%以上就很难保证通话质量了。当然,不同的编码器对丢包的容忍度不一样,有些 codec 在高丢包环境下会启动隐藏丢包的机制,能缓解一些问题。

带宽:别让网络成为瓶颈

带宽指的是网络能够承载的数据传输能力。语音通话虽然对带宽的要求不如视频高,但也是需要基本保障的。一路高清语音通话大概需要20到64kbps的码率,如果是 stereo 宽带音频,要求会更高一些。

带宽不够的时候,数据传不过去,就会出现卡顿甚至通话中断。所以好的音视频sdk都会做自适应码率调节,根据当前网络状况动态调整音频质量,保证在带宽受限时也能维持通话的连续性。

音频质量指标:听得清不清楚它说了算

网络层指标解决的是"能不能传到"的问题,那音频质量指标解决的就是"传到之后听起来怎么样"的问题。这块儿的指标相对更专业一些,但对于评估通话质量非常重要。

MOS值:通话质量的"总分"

MOS是Mean Opinion Score的缩写,翻译过来叫平均意见得分。这是一个综合性的评分指标,用来主观评价通话质量的好坏。MOS的分值是1到5分,5分是满分,表示质量完美,4分被认为是良好,3.5分是可接受的下限,低于3分就表示通话质量比较差了。

MOS是怎么来的呢?传统方法是找一堆人实际听通话,然后给打分取平均。现在也有一些客观评估方法,通过算法来预测MOS分,比如PESQ、POLQA这些算法。虽然客观MOS不能完全替代主观感受,但在实际开发中用得很多,因为不可能每次都找人去听。

影响MOS分的因素很多,包括前面说的延迟、抖动、丢包,还有音频编解码器的质量、噪声抑制的效果等等。所以MOS可以看作是整个通话链路质量的一个综合体现。

采样率与位深度:声音的"分辨率"

采样率和位深度是描述音频质量的基本参数。采样率指每秒钟采集多少个声音样本,常见的有8kHz、16kHz、44.1kHz、48kHz这些。采样率越高,能记录的声音频率范围就越宽,听起来就越接近真实声音。

位深度指每个采样点用多少比特来表示,常见的有16bit、24bit。位深度越高,能表示的声音细节就越丰富,动态范围也越大。

一般语音通话用16kHz采样率、16bit位深就够了,这相当于传统的电话音质。如果想要更高清的通话体验,可以用32kHz甚至44.1kHz的采样率,这种就是所谓的"高清语音"或"宽带语音"了。当然,高采样率意味着更大的数据量,对网络带宽的要求也更高。

频响范围:你能听到的声音范围

人耳能听到的声音频率范围大概是20Hz到20kHz,但语音通话主要关注的是人声的范围,也就是300Hz到3400Hz这个区间,这就是传统电话带宽,也叫窄带。

宽频语音一般指50Hz到7000Hz或者50Hz到14000Hz,能保留更多声音细节,听起来更自然、更清晰。现在很多音视频SDK都支持宽带甚至超宽带音频,就是在往这个方向努力。

频响范围宽了有什么好处呢?一方面人声还原度更高,另一方面像音乐、环境音效这些内容也能更好地传递。比如在直播场景里,主播唱歌的时候,宽频音频的优势就体现出来了。

视频质量指标:如果有视频的话

虽然这篇文章主要讲语音通话,但很多时候语音和视频是绑定的,所以视频质量指标也值得提一下。

视频这边常用的指标包括帧率、分辨率、码率、视频MOS分等等。帧率就是每秒多少帧,25到30帧是比较流畅的底线,60帧就很顺滑了。分辨率就是画面的像素数量,720p、1080p这些是常见的。码率是视频数据量的大小,码率越高通常画质越好,但也更占带宽。

视频编码的质量很大程度上取决于编码器的效率。同样的码率,好的编码器能产出画质更好的画面。这也是各个音视频服务商技术实力的体现之一。

网络适应性指标:网络不好时怎么办

实际使用中,网络状况往往是多变的,有时候好有时候差。好的音视频SDK必须能在各种网络环境下都保持稳定的通话质量,这就涉及到网络适应性指标了。

抗丢包能力

前面说过丢包率的问题,抗丢包能力就是指在出现丢包时,系统能不能通过各种技术手段来弥补,保证通话质量不大幅下降。

常用的抗丢包技术包括前向纠错(FEC)、丢包隐藏(PLC)、交织编码等等。前向纠错是在发送端多发一些冗余数据,这样即使丢了一些包,接收端也能把原始数据恢复出来。丢包隐藏是在丢包发生时,用算法推测丢失的数据应该是什么样的,生成一个听起来比较自然的替代内容。

不同SDK的抗丢包能力差异挺大的,有些在丢包率达到30%时还能保持可通话,有些可能丢包率到10%就已经不太行了。这个指标对于用户网络环境复杂的场景特别重要,比如跨国通话、移动网络通话等等。

抗抖动能力

抖动缓冲的设计是抗抖动的关键。缓冲池的大小需要平衡延迟和抗抖动能力——缓冲大了抗抖动能力强,但会增加延迟;缓冲小了延迟低,但遇到抖动就容易卡顿。

好的音视频SDK会动态调整缓冲池的大小,根据实时监测的抖动情况自适应变化,在保证流畅的前提下尽量降低延迟。

动态码率与自适应播放

当网络带宽下降时,SDK需要能快速感知到,并主动降低码率来适应新环境。这个过程要尽可能平滑,不要让用户感受到明显的质量跳变。反过来,当网络恢复时,也要能逐步把码率提上去。

自适应播放也是类似思路,根据当前网络状况动态调整音频质量参数,在带宽和音质之间找到最佳平衡点。

设备相关指标:别让硬件拖后腿

有时候通话质量不好,不一定是网络或算法的问题,可能是设备本身的问题。设备相关的指标也是监控体系的重要组成部分。

设备兼容性

不同手机、不同耳机、不同麦克风的组合,可能会产生不同的通话效果。有些设备驱动不完善,有些硬件性能不够好,都会影响最终的通话质量。

好的音视频SDK会做广泛的设备适配测试,建立设备兼容性数据库,针对有问题的设备提供workaround方案。对于开发者来说,接入SDK时也需要关注官方提供的设备兼容性列表。

CPU与内存占用

音视频处理是很消耗计算资源的,特别是视频编解码。如果设备性能不够好,可能会出现CPU占用过高导致发热、降频,进而引起通话卡顿甚至崩溃。

监控CPU和内存占用情况,可以帮助发现这类问题。有些SDK会提供低配置模式,降低处理复杂度来适应性能较差的设备。

回声消除效果

回声是语音通话中很常见的问题,就是自己说话的声音从对方那里又传回来了。回声消除(AEC)的效果好不好,直接影响通话体验。

回声消除的难度在于,不同设备、 不同环境声学特性都不一样,很难有一个通用的方案做得好。这也是体现音视频SDK技术水平的一个重要指标。

实际开发中怎么用这些指标

说了这么多指标,最后聊聊实际开发中怎么用起来。首先,你需要在SDK初始化的时候打开质量统计的功能,然后定期获取这些统计数据。

常见的做法是在通话过程中每隔几秒钟上报一次统计数据到服务器,这样可以做实时的质量监控和问题排查。如果发现某个用户或某个地区的质量指标突然下降,就能及时发现问题并响应。

另外,这些数据也可以用来做通话质量的评分,给用户展示当前通话状态是好还是差,让用户心里有数。也可以用来做问题反馈的辅助信息,当用户投诉通话质量时,有具体的数据可以帮助定位问题。

下面我整理了一个常见的质量指标表格,方便大家查阅:

指标类别 具体指标 说明
网络层指标 延迟 端到端传输时间,单位ms,理想值<150ms>
抖动 数据包到达时间波动,单位ms,理想值<30ms>
丢包率 丢失数据包比例,理想值<3>
带宽 网络传输能力,需根据码率需求评估
音频质量指标 MOS值 综合评分,1-5分,良好≥4分,可用≥3.5分
采样率 常见8kHz(窄带)、16kHz(宽带)、48kHz(高清)
位深度 常见16bit、24bit,影响声音细节
频响范围 窄带300-3400Hz,宽带50-7000Hz
网络适应性指标 抗丢包能力 可容忍的丢包率上限
抗抖动能力 抖动缓冲的效果
自适应能力 码率/质量动态调整的响应速度

其实做音视频这块儿,最深的体会就是通话质量这事儿,没有哪个指标能单独说明问题,必须得综合起来看。延迟低但丢包率高,可能还是听不清楚;网络各项指标都OK,但设备兼容性问题导致回声大,体验也不行。

所以一个完善的监控体系,应该是多维度、多层次的。既要有实时的质量反馈,也要有事后的数据分析和优化。技术层面的指标是一方面,另一方面也要重视用户的主观反馈,把客观数据和主观感受结合起来,才能真正把通话体验做好。

希望这篇文章能给你一些帮助吧。如果你正在选型音视频SDK,除了看这些技术指标,也建议实际测试一下,在自己真实的业务场景下跑一跑,毕竟数据是一回事,实际体验又是另一回事。

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