隨著廣播電視的不斷發(fā)展與消費(fèi)者對(duì)于音畫(huà)體驗(yàn)的要求不斷提升，傳輸方式亟需與時(shí)俱進(jìn)迎來(lái)新的變革。安徽廣播電視臺(tái)的張博力將從衛(wèi)星傳輸、公網(wǎng)傳輸SRT協(xié)議理論入手，通過(guò)分析鏈路測(cè)試報(bào)告，給出4K衛(wèi)星傳輸?shù)逆溌反罱ǚ桨?，并重點(diǎn)分析在實(shí)際應(yīng)用中如何保證公網(wǎng)傳輸?shù)陌踩院涂捎眯浴?/p>

大家好，我是來(lái)自安徽廣播電視臺(tái)的張博力，接下來(lái)我將為大家詳細(xì)介紹泛廣電領(lǐng)域的衛(wèi)星傳輸和公網(wǎng)傳輸。 隨著廣播電視的不斷發(fā)展與消費(fèi)者對(duì)于音畫(huà)體驗(yàn)的要求不斷提升，傳輸方式亟需與時(shí)俱進(jìn)迎來(lái)新的變革，這不禁讓我們感到好奇：4K時(shí)代衛(wèi)星傳輸能否勝任？公網(wǎng)傳輸作為一種新的選擇，能否擔(dān)當(dāng)起主流廣播電視服務(wù)的傳輸責(zé)任？

我是電視臺(tái)的技術(shù)工作者，按照傳統(tǒng)廣電的理論，廣播電視臺(tái)的工作可以簡(jiǎn)單概括為以下幾點(diǎn)：采、編、播、存、傳——也就是采集、編輯、播出、存儲(chǔ)、傳輸。但是現(xiàn)在，無(wú)論你是制作公司還是個(gè)人用戶(hù)，只要擁有這五項(xiàng)工作所需要的設(shè)備，你就可以組建出屬于自己的類(lèi)廣播電視系統(tǒng)，所以我們今天討論的也是在泛廣電領(lǐng)域下，衛(wèi)星傳輸與公網(wǎng)傳輸?shù)那笆澜裆c未來(lái)發(fā)展。

現(xiàn)代泛廣電領(lǐng)域的工作流程，按順序可以簡(jiǎn)單概括為“制作”、“傳輸”與“分發(fā)”，這與之前傳統(tǒng)廣電領(lǐng)域“制作”、“分發(fā)”與“傳輸”的順序有所不同，主要原因是這里我們分享與討論的“傳輸”，是指從制作端到分發(fā)端的高效可靠低延遲B to B傳輸。

這里我們可以選用多種傳輸方式，最常見(jiàn)的就是傳統(tǒng)廣電領(lǐng)域使用多年的衛(wèi)星傳輸和現(xiàn)在逐漸流行的公網(wǎng)傳輸。

1. 衛(wèi)星傳輸

這里的衛(wèi)星是同步軌道衛(wèi)星，隨地球一起自轉(zhuǎn)，相對(duì)于地面的位置始終不變。轉(zhuǎn)播車(chē)將數(shù)據(jù)沿衛(wèi)星鏈路發(fā)送給同步軌道衛(wèi)星，再借助衛(wèi)星發(fā)送至電視臺(tái)制作基地。不需要線(xiàn)纜、網(wǎng)絡(luò)即可完成跨國(guó)甚至洲際間廣播電視傳輸，穩(wěn)定可靠。

1.1 衛(wèi)星鏈路傳輸解析

上圖展示的就是衛(wèi)星鏈路的傳輸示意圖。 首先在發(fā)射端，我們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)肯定不能是基帶信號(hào)而是經(jīng)過(guò)信源編碼的信號(hào)，這里以HEVC為例。HEVC編碼完成的信號(hào)在傳輸之前還需要經(jīng)過(guò)信道編碼（FEC編碼）、交織星座映射、I/Q調(diào)制與數(shù)字預(yù)失真以及SRRC濾波器等一系列處理，接下來(lái)還需經(jīng)過(guò)上變頻放大器（BUC）與高功率放大器（HPA）提高信號(hào)頻率與功率，處理完畢的信號(hào)會(huì)通過(guò)天線(xiàn)沿上行鏈路傳輸至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器；衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器這里接收信號(hào)后再將信號(hào)放大并發(fā)射，信號(hào)沿下行鏈路傳輸至制作基地的接收端并在接收端經(jīng)過(guò)一系列與發(fā)射端反向的信號(hào)處理工作之后，基帶信號(hào)才算是正式傳輸完畢。

上圖展示的衛(wèi)星傳輸鏈路設(shè)備圖可以更直觀(guān)地說(shuō)明衛(wèi)星傳輸鏈路的工作流程。首先，第一步信源編碼需要超高清編碼器，隨后的調(diào)制則需要調(diào)制器的參與；接下來(lái)的上變頻與高功放處理模塊則是為了讓信號(hào)更加穩(wěn)定可靠地沿上行鏈路傳輸至衛(wèi)星，而衛(wèi)星天線(xiàn)則負(fù)責(zé)發(fā)射信號(hào)；由衛(wèi)星天線(xiàn)發(fā)射的信號(hào)被高頻頭接收，并經(jīng)過(guò)解調(diào)器的解調(diào)處理和解碼器解碼，獲得目標(biāo)信號(hào)，這也是安徽廣播電視臺(tái)構(gòu)建的全國(guó)第一套KU波段車(chē)載4K衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)。

1.2 衛(wèi)星鏈路傳輸面臨的挑戰(zhàn)

為什么說(shuō)4K給衛(wèi)星傳輸帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)？我們知道4K相對(duì)于1080i，其分辨率提升到四倍，幀率提高到兩倍而基帶碼流提高到8倍。如果使用傳統(tǒng)H.264編碼方式，4K下的碼流是原有全高清碼流的8倍，；而如果使用H.265進(jìn)行編碼，4K下的碼流則是原有全高清碼流的4倍，其所帶來(lái)的編碼效率提升是顯而易見(jiàn)的。 盡管如此，4倍的碼流提升對(duì)衛(wèi)星傳輸而言也是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，因?yàn)樾l(wèi)星傳輸是一種典型的帶寬受限的傳輸系統(tǒng)。

一顆衛(wèi)星由火箭送入太空，需要在太空工作十幾年；十幾年的技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，用戶(hù)對(duì)于高質(zhì)量音畫(huà)體驗(yàn)的追求越來(lái)越高，但衛(wèi)星的傳輸帶寬卻始終不變；而衛(wèi)星無(wú)論是其發(fā)射代價(jià)還是運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本都十分高昂，頻繁升級(jí)其帶寬也是不現(xiàn)實(shí)的。這就需要我們充分利用有限的衛(wèi)星帶寬資源實(shí)現(xiàn)傳輸質(zhì)量的最大化，而究竟能充分利用到什么程度呢？數(shù)學(xué)家克勞德·香農(nóng)給出了這個(gè)問(wèn)題的答案。

1948年數(shù)學(xué)家克勞德·香農(nóng)在論文《通信的數(shù)學(xué)原理》與《噪聲下的通信》中，給出了在加性高斯白噪聲信噪下信道的最大容量：

最大容量只由信噪比與帶寬兩個(gè)變量決定，也就是我們?nèi)绻缼捙c信噪比，就能推斷出該條件下所能傳輸信號(hào)的最大碼率。

例如在30dB的信噪比下，信號(hào)與噪聲之比為1000倍，有線(xiàn)傳輸（同軸電纜等）所能承載的最大數(shù)據(jù)容量為帶寬的10倍；如果是在衛(wèi)星傳輸中常見(jiàn)的10dB信噪比下，那么最大容量為帶寬的3.46倍。這一數(shù)值也就是10dB信噪比下衛(wèi)星傳輸?shù)臉O限值，使用衛(wèi)星傳輸?shù)膹V播電視行業(yè)也是在用一代代演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)逐步逼近這一極限值——香農(nóng)極限。

1.3 衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

于是我們不能不說(shuō)的就是衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)。1993年，DVB-S正式被作為一套完整的適用于衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字電視系統(tǒng)規(guī)范，我國(guó)也是率先采用了DVB-S。2005年推出的第二代衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字電視系統(tǒng)規(guī)范DVB-S2采用了新的信道編碼方式——LDPC內(nèi)碼與BHC外碼，有效提高了頻譜效率；2015年提出的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2X則支持更低的滾降系數(shù)和更高階的調(diào)制方式，進(jìn)一步逼近了香農(nóng)極限。 DVB-S2X是如何逼近香農(nóng)極限呢？如下圖所示，圖線(xiàn)表示的是載噪比和頻譜效率的比值，虛線(xiàn)是香農(nóng)極限也就是上限?？梢钥吹奖硎綝VB-S2X的紅色圖線(xiàn)已經(jīng)非常接近香農(nóng)極限，而表示DVB-S2的藍(lán)色圖線(xiàn)略遜于DVB-S2X。在低滾降系數(shù)下信噪比和載噪比的數(shù)值是比較近似的，結(jié)合剛才的計(jì)算我們可以來(lái)看一下，以剛才我們提到的載噪比10dB為例，剛才我們計(jì)算的10dB下信道最大容量為帶寬的3.46倍，觀(guān)察圖線(xiàn)我們可以發(fā)現(xiàn)DVB-S2X的頻譜效率不到3倍，香農(nóng)極限約為3.5倍，與我們的計(jì)算結(jié)果相符合。

1.4 DVB-S2

接下來(lái)我們需要了解DVB-S2的系統(tǒng)框架，下圖展示的為DVB-S2的系統(tǒng)框圖。

可以看到信號(hào)會(huì)首先被輸入至模式適配與流適配工具，在這里進(jìn)行合并分割、與結(jié)合基帶信令的流適配；隨后信號(hào)進(jìn)入前向糾錯(cuò)編碼處理，這里我們以3/4編碼為例（可以簡(jiǎn)單理解為4個(gè)數(shù)據(jù)里面有3個(gè)有效數(shù)據(jù)1個(gè)糾錯(cuò)數(shù)據(jù)），前向糾錯(cuò)編碼（BCH外碼+LDPC內(nèi)碼+比特交織）之后信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)星座映射與物理層組幀，最后進(jìn)入基帶成形與正交調(diào)制階段。非常重要的一點(diǎn)是在基帶成形階段其滾降系數(shù)在DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)下會(huì)發(fā)生很大變化，0.35可能降到0.05，滾降系數(shù)降低意味著信道編碼效率的提高。

1.4.1 滾降系數(shù)

在相同帶寬情況下，滾降系數(shù)0.05時(shí)符號(hào)率更高，波形中平坦的部分更寬，而0.2則相對(duì)較窄。盡管滾降系數(shù)提高了效率，但滾降系數(shù)越低其信號(hào)強(qiáng)度也越小。從圖中我們也可以看到滾降系數(shù)為0.2時(shí)的信號(hào)，其強(qiáng)度要高于滾降系數(shù)為0.05時(shí)的信號(hào)。根據(jù)計(jì)算，如果滾降系數(shù)從0.2降到0.05，那么接收的信噪比會(huì)降0.6dB，這種信噪比的降低是否值得？

帶寬=符號(hào)率*（1+滾降系數(shù)）其中符號(hào)率為單位時(shí)間內(nèi)所能發(fā)送的符號(hào)數(shù)，也就是實(shí)際利用可以傳輸數(shù)據(jù)的有效帶寬當(dāng)中平坦的部分。

以衛(wèi)星傳輸常租用的9M帶寬來(lái)計(jì)算，當(dāng)滾降系數(shù)為0.35時(shí)，傳輸所能使用的帶寬僅為6.67M；而當(dāng)滾降系數(shù)降低至0.05時(shí)，傳輸所能使用的帶寬最高可達(dá)8.57M，相對(duì)前者提升了28.5%。以信噪比降低0.6dB為代價(jià)，換來(lái)28.5%的可用帶寬提升，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常劃算的選擇?？梢哉f(shuō)滾降系數(shù)的降低是一項(xiàng)非常出色的改進(jìn)，應(yīng)當(dāng)善加利用。 低滾降所帶來(lái)的28.5%的可用帶寬提升實(shí)際上還無(wú)法滿(mǎn)足4K的傳輸需求，所以我們還需要優(yōu)化調(diào)制方式。下圖坐標(biāo)系中包含了衛(wèi)星傳輸常見(jiàn)的調(diào)制方式，包括QPSK、8PSK、16APSK、32APSK。如何理解坐標(biāo)系呢？坐標(biāo)系的橫軸與余弦初始相位同向，豎軸與其正交，該坐標(biāo)系包含了調(diào)制所需的所有相位（調(diào)制）資源和幅度（調(diào)制）資源。

1.4.2 調(diào)制方式

首先，QPSK也就是二階調(diào)制下，4個(gè)狀態(tài)點(diǎn)均分360度，每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)相位相差90度；可以理解在接收端，相位相差90度的正交相位點(diǎn)易于識(shí)別和解調(diào)。接下來(lái)8PSK也就是三階調(diào)制下，8個(gè)狀態(tài)點(diǎn)均分360度，每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)相位相差45度，解調(diào)端解調(diào)的難度相對(duì)于二階調(diào)制更大。 此時(shí)調(diào)制方式的發(fā)展面臨瓶頸：如果從三階調(diào)制升級(jí)到四階調(diào)制，意味著16個(gè)狀態(tài)點(diǎn)均分360度，狀態(tài)點(diǎn)之間的相位差為22.5度，過(guò)小的歐拉距離極容易導(dǎo)致相位模糊和符號(hào)間干擾，繼而造成接收端很難對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效解調(diào)。突破該瓶頸的解決方案是結(jié)合相位調(diào)制和幅度調(diào)制，如16APSK所示那樣將外圈分為12個(gè)狀態(tài)點(diǎn)而將內(nèi)圈分為4個(gè)狀態(tài)點(diǎn)，以此湊齊了16個(gè)狀態(tài)點(diǎn)。有的狀態(tài)點(diǎn)盡管同相位但幅度不同，通過(guò)幅度與相位雙重調(diào)制，我們實(shí)現(xiàn)了四階調(diào)制16APSK。四階調(diào)制的意思是如果不考慮前向糾錯(cuò)帶來(lái)的效率損失，其頻譜效率可達(dá)4倍，實(shí)際頻譜效率我們可以通過(guò)觀(guān)察下圖獲知。

根據(jù)上圖我們不難發(fā)現(xiàn)，在16APSK下，當(dāng)LDPC糾錯(cuò)碼率為3/4時(shí)（為保證信道可用，糾錯(cuò)是必需的過(guò)程） 頻譜效率可達(dá)3倍。這樣的頻譜效率可以說(shuō)是非?？捎^(guān)了，我們可以看到在32APSK下，當(dāng)LDPC糾錯(cuò)碼率為0.9時(shí)，頻譜效率為4.5。要知道在符號(hào)率與帶寬一定的情況下，更高的頻譜效率意味著可以傳輸更高的碼流，但是如此高性能高效率也是有一定代價(jià)的，那就是高階調(diào)制和高糾錯(cuò)旅會(huì)大幅提升接收門(mén)限。

1.4.3 接收門(mén)限

根據(jù)上圖表格我們可以看到，MOD=QPSK、COD=3/4而頻譜效率為1.487時(shí)的接收門(mén)限為2.3，MOD=16APSK、COD=9/10而頻譜效率為3.567時(shí)的接收門(mén)限為7.6，如此高的接收門(mén)限無(wú)論是對(duì)發(fā)射天線(xiàn)還是接收衛(wèi)星而言都是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。如果追求極致的效率與極致的性能，我們也要付出極致的代價(jià)，甚至要冒著接收失敗的風(fēng)險(xiǎn)，這無(wú)疑是得不償失的。

我們可以認(rèn)為低滾降系數(shù)與高階調(diào)制可以提升頻譜效率，而高階調(diào)制與高糾錯(cuò)率卻也提升了接收門(mén)限。但接收門(mén)限是一項(xiàng)必須被控制在合理范圍之內(nèi)的參數(shù)，如果接收門(mén)限過(guò)高那么就意味著連正常的信號(hào)接收都無(wú)法保證，其他性能指標(biāo)的提升都是紙上談兵。這時(shí)大家都會(huì)想到一個(gè)問(wèn)題：為什么不能增加信噪比？只要信噪比增加的幅度追得上接收門(mén)限的提升，就可以不用擔(dān)心此問(wèn)題？在解答該問(wèn)題之前我們需要對(duì)衛(wèi)星傳輸鏈路進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.5 衛(wèi)星傳輸鏈路需求

由于受到硬件設(shè)備的客觀(guān)限制，衛(wèi)星鏈路傳輸中許多參數(shù)為固定值，想提升基于衛(wèi)星鏈路傳輸信號(hào)的信噪比并不是一件容易的事情。例如轉(zhuǎn)發(fā)器接收品質(zhì)因數(shù)G/T與轉(zhuǎn)發(fā)器最大下行EIRP均無(wú)法改變，都導(dǎo)致衛(wèi)星傳輸鏈路當(dāng)中信噪比不能無(wú)限制地增加。于是提升頻譜效率的同時(shí)有效控制接收門(mén)限，是我們解決衛(wèi)星傳輸4K廣播電視信號(hào)需要踐行的技術(shù)關(guān)鍵。如何找到二者之間的最佳平衡？通過(guò)大量的測(cè)試！

上圖展示的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果是我們完成的可能是國(guó)內(nèi)第一個(gè)KU波段的4K衛(wèi)星鏈路信號(hào)測(cè)試，我們其實(shí)是使用了許多參數(shù)組合，在不同參數(shù)組合下選擇不同的帶寬和符號(hào)率并實(shí)際測(cè)量了接收信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度、載噪比、載噪比余量等，最后得出了最合適的四個(gè)參數(shù)組合（圖中背景灰色高亮的四行數(shù)據(jù)）。觀(guān)察這四組數(shù)據(jù)我們可以看到前三組數(shù)據(jù)的實(shí)際可用碼率都在40Mbps左右，也就是說(shuō)4K廣播電視信號(hào)經(jīng)過(guò)HEVC編碼之后，如果碼率在40Mbps左右，其質(zhì)量可以說(shuō)非常出色了，這也表示該三個(gè)信道可以滿(mǎn)足4K廣播電視信號(hào)的傳輸需求；如果帶寬實(shí)在受限，例如只有與高清一樣的9M帶寬，那么我們只能選擇合適的參數(shù)也就是第18組參數(shù)，可以在確保接收門(mén)限合適的情況下實(shí)現(xiàn)大概27Mbps的編碼后碼流。

總結(jié)以上內(nèi)容，我們可以認(rèn)為衛(wèi)星傳輸鏈路具有以下三大需求：

足夠大的可用比特率意味著經(jīng)過(guò)信源編碼后的碼流可存儲(chǔ)更多的信息，音畫(huà)質(zhì)量更加出色；

足夠低的接收門(mén)限意味著信號(hào)需要能被穩(wěn)定傳輸；

足夠小的占用帶寬則是源于衛(wèi)星傳輸鏈路的特殊性，系統(tǒng)限制非常多。

但三個(gè)需求全都達(dá)到極致是不可能的，我們需要尋找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)，而尋找該平衡點(diǎn)的重要參數(shù)為以下三個(gè)：調(diào)制方式、前向糾錯(cuò)與滾降系數(shù)。這三個(gè)參數(shù)會(huì)在不同程度上同時(shí)影響頻譜利用率與接收門(mén)限，這就使得每一條衛(wèi)星鏈路的搭建都需要進(jìn)行鏈路測(cè)試并尋找到合適的參數(shù)組合與設(shè)備選型。 傳統(tǒng)基于衛(wèi)星傳輸?shù)膹V播電視系統(tǒng)，鑒于其高昂成本與復(fù)雜架構(gòu)，只有大公司或公共電視臺(tái)才有能力使用；而進(jìn)入4K時(shí)代，成倍增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸量更是將衛(wèi)星發(fā)射、鏈路組建和運(yùn)維成本提到了新的高度。于是公網(wǎng)傳輸提供了一種新的選擇，逐漸被應(yīng)用在廣播電視領(lǐng)域。

2. 公網(wǎng)傳輸

這里我們只討論單播協(xié)議，更多的是指點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。有多種選擇例如RTMP、SRT、ZIXI、UDP等。其中RTMP雖然門(mén)檻低但由于基于TCP，其無(wú)論是時(shí)延還是性能都不盡如人意；而基于UDP且?guī)Ъm錯(cuò)與差錯(cuò)控制的協(xié)議如SRT、ZIXI等也是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，如果網(wǎng)絡(luò)條件足夠好，那么你也可以使用裸露的UDP協(xié)議。 接下來(lái)我們?cè)敿?xì)聊一聊SRT協(xié)議

2.1 SRT協(xié)議與其特性

SRT為“Secure”、“Reliable”與“Transport”三個(gè)單詞的首字母，意思是安全可靠傳輸協(xié)議，由Havision公司開(kāi)發(fā)并將其開(kāi)源，是一個(gè)基于UDP的傳輸協(xié)議。我想大家聽(tīng)到UDP心里不禁會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：UDP協(xié)議可靠嗎？

實(shí)際上，盡管UDP的效率比較出色，但其并不是一個(gè)可靠的傳輸協(xié)議，無(wú)法對(duì)傳輸結(jié)果負(fù)責(zé)。 下圖展示的是在模擬2%丟包的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用UDP協(xié)議傳輸?shù)臏y(cè)試結(jié)果，衛(wèi)星鏈路傳輸與公網(wǎng)傳輸?shù)哪康氖且恢碌模际菍⑿旁淳幋a后的視音頻碼流傳輸?shù)侥康牡?。這里對(duì)比編碼后的視音頻碼流與經(jīng)過(guò)公網(wǎng)傳輸后的碼流，可以看到原來(lái)編碼后的視音頻碼流具有固定的幀間隔與一定特性的可變比特率，但經(jīng)過(guò)公網(wǎng)傳輸后的碼流，其幀間隔變得不固定且碼率特性也被完全改變，解碼這樣的信號(hào)是一項(xiàng)十分艱巨的挑戰(zhàn)，甚至根本無(wú)法解碼。

而如果使用加入糾錯(cuò)的SRT協(xié)議進(jìn)行公共互聯(lián)網(wǎng)傳輸，盡管編碼后的視音頻碼流經(jīng)過(guò)公網(wǎng)傳輸幀間隔變得不固定，但由于SRT協(xié)議封裝中包含精準(zhǔn)的時(shí)間戳，解碼接收端可以通過(guò)該時(shí)間戳重現(xiàn)固定的幀間隔；更重要的是，通過(guò)規(guī)定延時(shí)量，同時(shí)劃定了發(fā)送端緩沖區(qū)與接收端緩沖區(qū)，來(lái)自接收端的反饋信號(hào)（可以理解為后向糾錯(cuò)）通過(guò)一系列的設(shè)置、糾錯(cuò)、流量控制，使編碼后的視音頻碼流擁有與原碼流幾乎一樣的碼率特性。下圖展示的就是在模擬2%丟包的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用SRT協(xié)議傳輸?shù)臏y(cè)試結(jié)果。

為什么SRT可以實(shí)現(xiàn)這樣的效果？簡(jiǎn)單分析，原因主要為以下五點(diǎn)： ● SRT以UDP協(xié)議為基礎(chǔ)，具備穩(wěn)定、可重復(fù)并具有連續(xù)吞吐量的數(shù)據(jù)包投遞機(jī)制。（這種特性使得其非常適合用來(lái)傳輸實(shí)時(shí)的音視頻廣播電視信號(hào)。） ● 在UDP之上采用握手機(jī)制建立連接 ● 使用了改進(jìn)后的ARQ技術(shù)（后向糾錯(cuò)技術(shù)） ● 封裝協(xié)議中帶有精準(zhǔn)的時(shí)間戳（用以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的幀間隔） ● 通過(guò)設(shè)定延時(shí)量參數(shù)，統(tǒng)一規(guī)定了發(fā)送端和接收端緩沖區(qū)的大小

2.2 SRT協(xié)議原理

上述特性具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？下圖展示了SRT協(xié)議的流程圖

首先，SRT的握手遠(yuǎn)沒(méi)有TCP的三次握手那么復(fù)雜，Caller與Listener之間進(jìn)行的是一個(gè)簡(jiǎn)化版的握手，用以提高效率；握手之后Caller與Listener間進(jìn)行重要信息的交換，整個(gè)SRT的第一項(xiàng)關(guān)鍵步驟就是Caller與Listener在這里交換了延時(shí)量與緩沖區(qū)的大??；隨后Caller與Listener之間開(kāi)始媒體數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)也傳輸了為恢復(fù)幀間隔而封裝的精準(zhǔn)時(shí)間戳；SRT的第二項(xiàng)關(guān)鍵步驟是Listener向Caller同步控制信息，用以對(duì)抗公網(wǎng)中的抖動(dòng)、丟包等一系列突發(fā)狀況；最后，待至媒體數(shù)據(jù)傳輸完畢之后關(guān)閉傳輸。 這里你也許會(huì)感到好奇：控制信息是如何對(duì)抗公網(wǎng)中的抖動(dòng)、丟包等一系列突發(fā)狀況呢？如何實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制和流量控制？實(shí)際上是通過(guò)ARQ技術(shù)也就是自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求。

2.2.1 自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求ARQ

ARQ技術(shù)的基本概念很簡(jiǎn)單：發(fā)送端在將數(shù)據(jù)包發(fā)送至接收端后并不急著把數(shù)據(jù)包刪除，而是等待接收端給出ACK-肯定應(yīng)答之后才會(huì)刪除；而如果發(fā)送端在將數(shù)據(jù)包發(fā)送至接收端后，接收端給發(fā)送端反饋NCK-否定應(yīng)答，那么發(fā)送端會(huì)向接收端重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，這就是一種糾錯(cuò)機(jī)制；或者是在發(fā)送數(shù)據(jù)包之后等待一段時(shí)間，如果收到NCK-否定應(yīng)答那么就會(huì)自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)包。

以上圖為例，假設(shè)發(fā)送端緩沖區(qū)發(fā)送五個(gè)數(shù)據(jù)包：1、2、3、4、5給接收端緩沖區(qū)，接收端緩沖區(qū)成功接收到這些數(shù)據(jù)包之后會(huì)向發(fā)送端緩沖區(qū)發(fā)送ACK——肯定應(yīng)答，發(fā)送端接收到ACK——肯定應(yīng)答之后會(huì)刪除1、2、3、4、5這五個(gè)數(shù)據(jù)包并準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包6。

在成功接收數(shù)據(jù)包之后，接收端緩沖區(qū)會(huì)逐個(gè)拿出數(shù)據(jù)包輸送至解碼器以進(jìn)行解碼操作，最終輸出相應(yīng)的音視頻；在解碼的同時(shí)緩沖區(qū)窗口就會(huì)向前滑動(dòng)，輸送下一個(gè)待解碼的數(shù)據(jù)包。 以上是不考慮丟包等異常狀況的理想網(wǎng)絡(luò)條件，如果考慮丟包呢？

如上圖所示，假設(shè)數(shù)據(jù)包4出現(xiàn)了丟包的情況，那么此時(shí)接收端緩沖區(qū)需要檢測(cè)到這一異常并立刻發(fā)送NAK-否定應(yīng)答至發(fā)送端緩沖區(qū)，發(fā)送端會(huì)再次發(fā)送數(shù)據(jù)包4。而如果出現(xiàn)返回信息也就是ACK/NCK在網(wǎng)絡(luò)中丟失，該如何應(yīng)對(duì)？其實(shí)SRT對(duì)ARQ做出了大量改進(jìn)，包括重發(fā)所有過(guò)期的ACK、定期重發(fā)NCK策略等。實(shí)際上SRT實(shí)現(xiàn)了ARQ的第三次飛躍，很好地解決了在網(wǎng)絡(luò)中的丟包和抖動(dòng)，可以說(shuō)這是SRT協(xié)議中最重要的部分。

2.2.2 發(fā)送端緩沖區(qū)與接收端緩沖區(qū)

而在實(shí)際應(yīng)用中我們應(yīng)當(dāng)如何理解發(fā)送端緩沖區(qū)與接收端緩沖區(qū)？

發(fā)送端緩沖區(qū)發(fā)送信號(hào)，只有在收到來(lái)自接收端的確認(rèn)信息之后才會(huì)刪除數(shù)據(jù)包，沒(méi)有收到確認(rèn)信息則不刪除；這種情況下，如果發(fā)送端緩沖區(qū)充滿(mǎn)了數(shù)據(jù)包，說(shuō)明一直沒(méi)有收到來(lái)自接收端的肯定應(yīng)答，數(shù)據(jù)一直保存在發(fā)送端，這可能意味著傳輸出現(xiàn)了異常。所以SRT在實(shí)際應(yīng)用中需要注意，發(fā)送端緩沖區(qū)的占用率越少越好。

接收端緩沖區(qū)的終極目的是將數(shù)據(jù)包輸送給解碼器以進(jìn)行解碼，我們以去自助餐廳吃飯為例：

解碼器就像圖中的壯漢，需要一直不停地吃，考慮動(dòng)態(tài)碼率VBR的作用，壯漢的胃口時(shí)大時(shí)??；一旦餓著，解碼出的圖像和聲音就會(huì)中斷。而餐盤(pán)其實(shí)就像接收端緩沖區(qū)，其中一定需要充滿(mǎn)了食物也就是待解碼數(shù)據(jù)。盡管一直有人在上菜，就像公網(wǎng)傳輸碼流不斷進(jìn)行，但上菜時(shí)快時(shí)慢，就像網(wǎng)絡(luò)帶寬有波動(dòng)，萬(wàn)一網(wǎng)絡(luò)不好，上菜的速度沒(méi)有壯漢吃的速度快，即會(huì)造成編碼的中斷，因此我們必須確保餐盤(pán)里始終充滿(mǎn)了食物。 因此我們得出以下結(jié)論：接收端緩沖區(qū)必須充滿(mǎn)了數(shù)據(jù)，以讓其能夠有效應(yīng)對(duì)由于網(wǎng)絡(luò)帶寬波動(dòng)造成的傳輸碼流不穩(wěn)定。所以SRT在實(shí)際應(yīng)用中需要注意，接收端緩沖區(qū)的占用率越高越好。 將以上內(nèi)容過(guò)渡到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可以幫助我們更好地理解這一規(guī)律——下圖展示的是安徽廣播電視臺(tái)進(jìn)行第一次5G直播時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)圖。 ●發(fā)送端狀態(tài)分析

首先是發(fā)送端狀態(tài)圖：白色線(xiàn)為鏈路往返的時(shí)間，5G下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已經(jīng)足夠出色，于是可以看到鏈路往返一直處于較平穩(wěn)的狀態(tài)，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與帶寬質(zhì)量一直處于較為理想的狀態(tài)；黃色線(xiàn)為我們規(guī)定的延時(shí)量也就是發(fā)送端緩沖區(qū)的大小，之前我們也聊到發(fā)送端緩沖區(qū)其實(shí)占用的越少越好，根據(jù)圖中可以看到當(dāng)時(shí)占用的發(fā)送端緩沖區(qū)并不高。 但是即使是5G網(wǎng)絡(luò)也有網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)：圖中可以看到在網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)出現(xiàn)時(shí)緩沖區(qū)的占用也激增，即便如此仍留出了一半左右的安全冗余量。 ●接收端狀態(tài)分析

接下來(lái)是接收端狀態(tài)圖：上圖的上半部分中綠色線(xiàn)表示丟包率，可以看到5G網(wǎng)絡(luò)下的丟包率非常低；下圖紅色線(xiàn)表示RTT鏈路往返時(shí)間，也是一直處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。 上圖的下半部分，圖中黑色線(xiàn)表示接收端緩沖區(qū)的上限也是延時(shí)量，最好的情況就是綠色線(xiàn)一直貼著黑色線(xiàn)波動(dòng)，表示接收端緩沖區(qū)一直處于較為理想的高占用狀態(tài)。 但是在5G網(wǎng)絡(luò)中難免出現(xiàn)波動(dòng)，可以看到出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，接收端緩沖區(qū)被消耗到實(shí)際占用量接近緩沖區(qū)的一半，這就是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)有波動(dòng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)傳輸至接收端緩沖區(qū)，但解碼卻消耗了接收端緩沖區(qū)大量的數(shù)據(jù)。即便如此，經(jīng)過(guò)大量的前期鏈路測(cè)試，我們?nèi)员ＷC了在波動(dòng)中能夠留出大約一半的安全冗余量。

2.3 公網(wǎng)傳輸條件

總結(jié)一下我們敢于使用公網(wǎng)傳輸廣播電視信號(hào)的原因：首先SRT協(xié)議支持糾錯(cuò)，其次需要在正式商用之前進(jìn)行大量的前期鏈路測(cè)試并為發(fā)送端緩沖區(qū)與接收端緩沖區(qū)留出合適且足夠的安全冗余量。而在鏈路搭建階段，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)鏈路測(cè)試時(shí)需要著重測(cè)試并關(guān)注網(wǎng)絡(luò)帶寬、丟包率與RTT也就是鏈路往返時(shí)間。

測(cè)試完畢之后，我們可以根據(jù)測(cè)試結(jié)果設(shè)定合適的延時(shí)量。下圖所示表格來(lái)自Havision官方，根據(jù)計(jì)算結(jié)果與表格參數(shù)我們就可以尋找到不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下最佳延時(shí)量的設(shè)定，也就是規(guī)定緩沖區(qū)的大小。確定最佳延時(shí)量并設(shè)置完畢，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的測(cè)試以觀(guān)察反饋結(jié)果。

3. 實(shí)際應(yīng)用

基于以上介紹的衛(wèi)星鏈路與SRT協(xié)議下的公網(wǎng)傳輸鏈路，我們實(shí)現(xiàn)了安徽廣播電視臺(tái)首次5G現(xiàn)場(chǎng)直播。

下圖展示了直播中所用到的5G鏈路設(shè)備，值得注意的是，由于SRT的開(kāi)放特性，這里我們使用了三家不同廠(chǎng)商的設(shè)備，仍然可以兼容并實(shí)現(xiàn)良好協(xié)調(diào)的使用，這也是開(kāi)源設(shè)備的好處。

3.1 SRT的多碼率多格式分發(fā)

SRT可實(shí)現(xiàn)多碼率多格式的分發(fā)，這里并不是分發(fā)到用戶(hù)而是分發(fā)到不同平臺(tái)。如果是基于SRT的硬件編碼器，則可編碼多個(gè)分辨率、格式不同的流并分發(fā)到不同的平臺(tái)如電視臺(tái)、CDN、私有云等。

3.2 SRT在節(jié)目制作中的應(yīng)用

SRT也可應(yīng)用于節(jié)目制作中，甚至在手機(jī)上安裝一個(gè)軟件即可收到解碼完成的流，這也經(jīng)常被我們用于節(jié)目測(cè)試。當(dāng)然還有在進(jìn)行一項(xiàng)節(jié)目時(shí)，編導(dǎo)、攝影師、記者等都希望接收到電視信號(hào)，SRT的這種應(yīng)用可以幫助他們隨時(shí)隨地動(dòng)態(tài)掌握節(jié)目進(jìn)行狀態(tài)。

3.3 其他商業(yè)化應(yīng)用

基于以上內(nèi)容，我們成功實(shí)現(xiàn)了以下應(yīng)用案例：如安徽廣播電視臺(tái)首次5G直播、“長(zhǎng)江之戀”十二省市聯(lián)動(dòng)大型直播以及超鐵賽事在中國(guó)大陸的首次亮相，都是基于衛(wèi)星鏈路與SRT協(xié)議下的公網(wǎng)傳輸，這也為我們探索未來(lái)廣播電視傳輸技術(shù)發(fā)展積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。