ビデオ通話中やライブ放送を視聴している際に、不安定さ、バッファリング、品質の低下、音声と映像の非同期といったフラストレーションを感じたことはありませんか？ページを何度もリフレッシュしたくなったり、アプリケーションを終了したくなるのは理解できます。これらの問題は、ネットワークのジッターが原因である可能性があります。
プロの音声・映像開発者として、私たちはジッターの原因を理解し、解決策を見つけることが重要です。そうすることで、ユーザーに高品質な音声・映像通話サービスやライブストリーミング体験を提供できます。
ジッターとは
まず、データパケットとは何かを理解しましょう。音声・映像データをキャプチャした後、送信者はこのデータをエンコードし、一連の小さなデータパケットにカプセル化して、ネットワークを介して受信者に送信します。受信者はデータパケットを受け取ると、それをアンパックしてデコードし、最終的に処理された音声データをプレイヤーに配信して再生します。
リアルタイムの音声・映像伝送では、ネットワークの遅延、パケットロス、帯域幅の制限などの要因により、データパケットはネットワーク上で変動する速度で送信されることがあります。このため、受信者へのパケット到着時間が不安定になり、ジッターが発生します。
ジッターの原因
ジッターは通常、ネットワーク伝送や再生プロセスの不安定さに関連しています。以下は、ジッターの考えられる原因です：
- ネットワーク 遅延：リアルタイムの音声・映像伝送中、データパケットはネットワークを通じて異なる程度の遅延に遭遇することがあります。これにより、パケットの到着時間が不安定になり、ジッターが発生します。
- パケットロス：ネットワーク環境でのパケットロスは、特定のビデオフレームが受信者に届かない原因となり、フレームのスキップやフリーズといったジッター現象を引き起こします。
- 帯域幅 制限：ネットワーク帯域幅が高品質なデータ伝送をサポートするには不十分な場合、データパケットの伝送速度が不安定になり、ジッターを引き起こします。
- コーデックの性能：コーデックの性能もジッターに影響を与える可能性があります。コーデックの処理速度がデータパケットの伝送速度に追いつかない場合、スタッタリングやフレームスキップが発生することがあります。
- プレイヤーの問題：プレイヤーがビデオフレームを処理しながら安定した再生速度を維持できない場合、ビデオジッターも発生します。
ジッターの測定
ネットワークのジッターを測定するには、主にパケット到着時間の変動の程度を計算します。以下は、ジッターを測定するための一般的な方法です：
- 平均ジッター：連続するパケットの到着時間の差を計算し、これらの時間差の平均を求めます。平均ジッターはネットワーク遅延の全体的な変動を反映しますが、一時的なジッター現象を正確に表現するわけではありません。
- ジッターバリアンス：連続するパケットの到着時間の差を計算し、次にこれらの時間差の分散を求めます。ジッターバリアンスはネットワーク遅延の変動の度合いを反映し、高い値はより深刻なジッターを示します。
- 最大ジッター：連続するパケットの到着時間の差を計算し、最大の時間差を特定します。最大ジッターはネットワーク遅延の最大変動を反映しますが、極端な値の影響を受けることがあります。
- パーセンタイルジッター：連続するパケットの到着時間の差を計算し、その後これらの時間差の特定のパーセンタイル値（例えば95パーセンタイル）を計算します。パーセンタイルジッターはネットワーク遅延の変動を反映し、極端な値の影響を軽減します。
- エンドツーエンド遅延：送信者と受信者間の総遅延を計算します。このメトリックはネットワーク遅延、処理遅延などのさまざまな要因を包含し、コミュニケーション品質に対するジッターの影響を包括的に反映します。
実際のアプリケーションでは、特定のシナリオや要件に基づいて適切な方法を選択してジッターを測定することが可能です。また、パケットロス率、帯域幅などの他のネットワークメトリックと組み合わせて、ネットワーク条件や通信品質を評価することもできます。
ジッターを減らす方法
音声と映像のリアルタイムかつ一時的な性質のため、ジッターは音声と映像の品質に大きな影響を与えます。ジッターを減らすために、以下の技術手段や戦略を活用できます：
- フレームドロップ戦略：ネットワーク状態が悪い場合、非キー フレームを選択的に破棄することで、品質を下げつつ滑らかさを維持することができます。
- フレーム同期アルゴリズム：アルゴリズムを通じてデータフレームの到着時間を予測および調整し、再生中の安定したインターバルを維持します。
- 適応ビットレート調整：ネットワーク条件に基づいて動画のビットレートを動的に調整し、異なる帯域幅環境に適応させ、ジッターの可能性を減少させます。
- ジッターバッファ：受信側にジッターバッファを設定し、受信したデータパケットの順序を保存および調整することで、再生中のジッターを減少させます。
- コーデック性能の最適化：パフォーマンスが高いコーデックを選択するか、既存のコーデックの性能を最適化して処理速度を向上させ、スタッタリングやフレームスキップを減少させます。
- ネットワーク最適化：ネットワークレベルで、より良いトランスポートプロトコルを選択し、ネットワークルーティングを最適化するなどの対策を講じ、ネットワーク遅延とパケットロスを減少させてデータ伝送の安定性を向上させます。
- プレイヤーバッファリング：プレイヤー側にバッファを設定して受信データをキャッシュします。これにより再生時間に若干の余裕が生まれ、ジッターを減少させます。
- プレイヤー性能の最適化：プレイヤーの内部処理フローを最適化し、データフレームを安定した速度で再生できるようにして、ジッターを減少させます。
ジッターバッファ
ジッターバッファについて詳しく説明しましょう。ジッターバッファは、リアルタイムの音声および映像伝送におけるジッターを減少させるために使用される技術です。受信側にバッファを設置することで、受信したデータパケットの順序を保存および調整し、再生中のジッターを減少させます。
簡単に言うと、ジッターバッファは、ネットワークからの不均一なデータパケットをバッファリングし、それらをデコーダに均等に提供するための貯水池として機能します。
この目的を達成するために、ジッターバッファの動作を制御するためにさまざまなアルゴリズムが使用されます。以下は一般的なジッターバッファアルゴリズムです：
- 固定サイズジッターバッファ：これは最も簡単なアルゴリズムで、ジッターバッファのサイズ（つまり、格納できるデータパケットの数）が固定されています。このアルゴリズムは実装が簡単ですが、変化するネットワーク条件に適応しにくいです。
- 適応型ジッターバッファ：このアルゴリズムは、ネットワーク条件に基づいてジッターバッファのサイズを動的に調整します。たとえば、ネットワーク遅延の大きな変動が検出されると、ジッターバッファのサイズを増やしてパケットロスの可能性を減少させることができます。逆に、ネットワーク条件が良好な場合、ジッターバッファのサイズを減らして再生遅延を最小限に抑えることができます。
- 遅延予測ベースのジッターバッファ：このアルゴリズムは、受信したパケットの遅延を予測して、再生のためにジッターバッファからパケットを取得するタイミングを決定します。
- パケットロス率ベースのジッターバッファ：このアルゴリズムは、受信側のパケットロス率に基づいてジッターバッファのサイズを調整します。パケットロス率が高い場合、ジッターバッファのサイズを増やしてパケットロスの可能性を減少させることができます。逆に、パケットロス率が低い場合、ジッターバッファのサイズを減らして再生遅延を低下させます。
WebRTCにおけるジッターバッファ
WebRTC（Webリアルタイムコミュニケーション）は、ウェブブラウザやモバイルアプリケーション向けにシンプルで効率的なリアルタイム音声および映像通信機能を提供することを目的としたオープンソースプロジェクトです。JavaScript APIおよび関連ネットワークプロトコルを通じて、WebRTCは開発者がプラグインやサードパーティソフトウェアなしで、ウェブページ内でリアルタイムの音声および映像通信を直接実装できるようにします。
WebRTCにおけるジッターバッファの実装は、いくつかの重要なコンポーネントに依存しています：
- RTP（リアルタイムトランスポートプロトコル）：WebRTCは音声および映像データの伝送にRTPを使用します。RTPパケットには、シーケンス番号やタイムスタンプなどの重要な情報が含まれており、ジッターバッファの実装に不可欠で、パケットの順序や再生タイミングを決定するのに役立ちます。
- RTCP（リアルタイム制御プロトコル）：WebRTCはRTCPを利用して、パケットロス率や遅延などのネットワーク条件に関する統計情報を収集し、送信します。この情報は、ジッターバッファの動作をガイドし、バッファサイズを動的に調整するのに役立ちます。
- NACK（ネガティブ確認応答）：NACKは、失われたパケットの再送信を要求するために使用されるメカニズムです。WebRTCでは、ジッターバッファが欠落しているパケットを検出すると、NACKメッセージを送信して送信者にそのパケットの再送信を要求できます。これにより、ジッターを減少させる助けになります。
- メディアストリーム処理：WebRTCのメディアストリーム処理モジュールは、受信したRTPパケットのデコード、デパケット化、および再生を担当しています。このプロセス中、ジッターバッファはパケットをシーケンス番号やタイムスタンプに基づいてソートし、正しい再生順序とタイミングを確保します。
具体的には、WebRTCにおけるジッターバッファの実装は、以下のステップに分けられます：
- RTPパケットの受信：RTPパケットを受信すると、WebRTCはそれらをジッターバッファに保存します。
- パケットのソート：パケットをシーケンス番号やタイムスタンプに基づいてソートし、正しい再生順序を確保します。
- バッファ管理：ネットワーク条件（遅延やパケットロス率など）に基づいて、ジッターバッファのサイズを動的に調整します。これは、RTCPを通じて収集された統計情報を使用して実現できます。
- パケットロス処理：欠落しているパケットが検出された場合、NACKメッセージを送信して送信者にそのパケットの再送信を要求できます。
- パケットの取得：現在の再生時間とタイムスタンプに基づいて、ジッターバッファからパケットを取得してデコードおよび再生します。
- 同期処理：音声と映像の同期が必要な場合、音声と映像の遅延差に基づいてジッターバッファの動作を調整し、同期回復を試みることがあります。
これらのステップを通じて、WebRTCは効果的にジッター現象を減少させ、リアルタイムの音声および映像通信の品質を向上させる堅牢なジッターバッファを実装しています。
最後に、NetEQについて簡単に紹介します。NetEQはWebRTCのコア技術の一つで、ネットワークエクイライザーの略称です。NetEQは基本的に音声ジッターバッファとして機能し、適応型ジッターバッファリングアルゴリズムを利用しています。バッファリング遅延はネットワーク条件に基づいて継続的に最適化されます。その主な目標は、ネットワークからの到着音声パケットのスムーズな再生を保証しつつ、できるだけ低遅延を維持することです。また、NetEQはパケットロス隠蔽アルゴリズムを統合し、デコーダとのシームレスな統合を実現し、高いパケットロス環境でも良好な音声品質を確保します。
Tencent RTCの使用
Tencent Real-Time Communication (TRTC) は、リアルタイムの音声および映像通信とインタラクティブなライブストリーミングのためのTencent Cloudによるクラウドコンピューティングサービスです。TRTCは、ビデオ会議、オンライン教育、インタラクティブなライブストリーミングなど、さまざまなリアルタイム音声および映像アプリケーションを構築するために使用できる強力なAPIおよびSDKのセットを提供します。
リアルタイム音声および映像領域におけるジッター問題に関して、Tencent RTCは以下の利点を提供します：
- 動的ビットレート調整：Tencent RTCは、ネットワーク条件やデバイス性能に基づいて音声および映像のビットレートを動的に調整でき、異なるネットワーク環境に適応し、ジッターの可能性を減少させます。
- 効率的なジッターバッファ：Tencent RTCは、ネットワーク条件に基づいてバッファサイズやパケット取得戦略を動的に調整する効率的な音声および映像のジッターバッファを実装し、ジッター現象を減少させます。
- 最適化された音声および映像コーデック：Tencent RTCは、エンコーディングおよびデコーディング性能を向上させるために最適化された複数の音声および映像コーデックをサポートし、フリーズやフレームスキップの問題を減少させます。
- ネットワーク最適化：Tencent Cloudの広範なネットワークリソースと、インテリジェントルート選択やサービス品質（QoS）などの最適化技術を活用することで、Tencent RTCはネットワーク遅延やパケットロス率を減少させ、音声および映像伝送の安定性を向上させます。
結論
開発者は、Tencent RTCを使用することで、困難なネットワーク環境でもジッターを最小限に抑え、優れた音声・映像体験を実現できます。無料でサインアップし、自分の音声・映像アプリケーションを迅速に作成してください。
質問がある場合や支援が必要な場合は、サポートチームが常にお手伝いしますので、遠慮なく お問い合わせまたは Discordに参加してください。