隨著廣播電視的不斷發(fā)展與消費者對于音畫體驗的要求不斷提升，傳輸方式亟需與時俱進迎來新的變革。安徽廣播電視臺的張博力將從衛(wèi)星傳輸、公網(wǎng)傳輸SRT協(xié)議理論入手，通過分析鏈路測試報告，給出4K衛(wèi)星傳輸?shù)逆溌反罱ǚ桨福⒅攸c分析在實際應(yīng)用中如何保證公網(wǎng)傳輸?shù)陌踩院涂捎眯浴?/p>

大家好，我是來自安徽廣播電視臺的張博力，接下來我將為大家詳細介紹泛廣電領(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)展與消費者對于音畫體驗的要求不斷提升，傳輸方式亟需與時俱進迎來新的變革，這不禁讓我們感到好奇：4K時代衛(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？

我是電視臺的技術(shù)工作者，按照傳統(tǒng)廣電的理論，廣播電視臺的工作可以簡單概括為以下幾點：采、編、播、存、傳——也就是采集、編輯、播出、存儲、傳輸。但是現(xiàn)在，無論你是制作公司還是個人用戶，只要擁有這五項工作所需要的設(shè)備，你就可以組建出屬于自己的類廣播電視系統(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未來發(fā)展。

現(xiàn)代泛廣電領(lǐng)域的工作流程，按順序可以簡單概括為“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)，相對于地面的位置始終不變。轉(zhuǎn)播車將數(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)送至電視臺制作基地。不需要線纜、網(wǎng)絡(luò)即可完成跨國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而是經(jīng)過信源編碼的信號，這里以HEVC為例。HEVC編碼完成的信號在傳輸之前還需要經(jīng)過信道編碼（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，接下來還需經(jīng)過上變頻放大器（BUC）與高功率放大器（HPA）提高信號頻率與功率，處理完畢的信號會通過天線沿上行鏈路傳輸至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器；衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器這里接收信號后再將信號放大并發(fā)射，信號沿下行鏈路傳輸至制作基地的接收端并在接收端經(jīng)過一系列與發(fā)射端反向的信號處理工作之后，基帶信號才算是正式傳輸完畢。

上圖展示的衛(wèi)星傳輸鏈路設(shè)備圖可以更直觀地說明衛(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；接下來的上變頻與高功放處理模塊則是為了讓信號更加穩(wěn)定可靠地沿上行鏈路傳輸至衛(wèi)星，而衛(wèi)星天線則負責(zé)發(fā)射信號；由衛(wèi)星天線發(fā)射的信號被高頻頭接收，并經(jīng)過解調(diào)器的解調(diào)處理和解碼器解碼，獲得目標(biāo)信號，這也是安徽廣播電視臺構(gòu)建的全國第一套KU波段車載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4K給衛(wèi)星傳輸帶來了新的挑戰(zhàn)？我們知道4K相對于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進行編碼，4K下的碼流則是原有全高清碼流的4倍，其所帶來的編碼效率提升是顯而易見的。 盡管如此，4倍的碼流提升對衛(wèi)星傳輸而言也是一項艱巨的挑戰(zhàn)，因為衛(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，用戶對于高質(zhì)量音畫體驗的追求越來越高，但衛(wèi)星的傳輸帶寬卻始終不變；而衛(wèi)星無論是其發(fā)射代價還是運營維護成本都十分高昂，頻繁升級其帶寬也是不現(xiàn)實的。這就需要我們充分利用有限的衛(wèi)星帶寬資源實現(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)給出了這個問題的答案。

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的最大碼率。

例如在30dB的信噪比下，信號與噪聲之比為1000倍，有線傳輸（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

于是我們不能不說的就是衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)的演進。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，圖線表示的是載噪比和頻譜效率的比值，虛線是香農(nóng)極限也就是上限。可以看到表示DVB-S2X的紅色圖線已經(jīng)非常接近香農(nóng)極限，而表示DVB-S2的藍色圖線略遜于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)合剛才的計算我們可以來看一下，以剛才我們提到的載噪比10dB為例，剛才我們計算的10dB下信道最大容量為帶寬的3.46倍，觀察圖線我們可以發(fā)現(xiàn)DVB-S2X的頻譜效率不到3倍，香農(nóng)極限約為3.5倍，與我們的計算結(jié)果相符合。

1.4 DVB-S2

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

可以看到信號會首先被輸入至模式適配與流適配工具，在這里進行合并分割、與結(jié)合基帶信令的流適配；隨后信號進入前向糾錯編碼處理，這里我們以3/4編碼為例（可以簡單理解為4個數(shù)據(jù)里面有3個有效數(shù)據(jù)1個糾錯數(shù)據(jù)），前向糾錯編碼（BCH外碼+LDPC內(nèi)碼+比特交織）之后信號會經(jīng)過星座映射與物理層組幀，最后進入基帶成形與正交調(diào)制階段。非常重要的一點是在基帶成形階段其滾降系數(shù)在DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)下會發(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時符號率更高，波形中平坦的部分更寬，而0.2則相對較窄。盡管滾降系數(shù)提高了效率，但滾降系數(shù)越低其信號強度也越小。從圖中我們也可以看到滾降系數(shù)為0.2時的信號，其強度要高于滾降系數(shù)為0.05時的信號。根據(jù)計算，如果滾降系數(shù)從0.2降到0.05，那么接收的信噪比會降0.6dB，這種信噪比的降低是否值得？

帶寬=符號率*（1+滾降系數(shù)）其中符號率為單位時間內(nèi)所能發(fā)送的符號數(shù)，也就是實際利用可以傳輸數(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帶寬來計算，當(dāng)滾降系數(shù)為0.35時，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，傳輸所能使用的帶寬最高可達8.57M，相對前者提升了28.5%。以信噪比降低0.6dB為代價，換來28.5%的可用帶寬提升，這對我們來說是非常劃算的選擇。可以說滾降系數(shù)的降低是一項非常出色的改進，應(yīng)當(dāng)善加利用。 低滾降所帶來的28.5%的可用帶寬提升實際上還無法滿足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個狀態(tài)點均分360度，每個狀態(tài)點相位相差90度；可以理解在接收端，相位相差90度的正交相位點易于識別和解調(diào)。接下來8PSK也就是三階調(diào)制下，8個狀態(tài)點均分360度，每個狀態(tài)點相位相差45度，解調(diào)端解調(diào)的難度相對于二階調(diào)制更大。 此時調(diào)制方式的發(fā)展面臨瓶頸：如果從三階調(diào)制升級到四階調(diào)制，意味著16個狀態(tài)點均分360度，狀態(tài)點之間的相位差為22.5度，過小的歐拉距離極容易導(dǎo)致相位模糊和符號間干擾，繼而造成接收端很難對信號進行有效解調(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個狀態(tài)點而將內(nèi)圈分為4個狀態(tài)點，以此湊齊了16個狀態(tài)點。有的狀態(tài)點盡管同相位但幅度不同，通過幅度與相位雙重調(diào)制，我們實現(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帶來的效率損失，其頻譜效率可達4倍，實際頻譜效率我們可以通過觀察下圖獲知。

根據(jù)上圖我們不難發(fā)現(xiàn)，在16APSK下，當(dāng)LDPC糾錯碼率為3/4時（為保證信道可用，糾錯是必需的過程） 頻譜效率可達3倍。這樣的頻譜效率可以說是非常可觀了，我們可以看到在32APSK下，當(dāng)LDPC糾錯碼率為0.9時，頻譜效率為4.5。要知道在符號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的，那就是高階調(diào)制和高糾錯旅會大幅提升接收門限。

1.4.3 接收門限

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時的接收門限為2.3，MOD=16APSK、COD=9/10而頻譜效率為3.567時的接收門限為7.6，如此高的接收門限無論是對發(fā)射天線還是接收衛(wèi)星而言都是一項巨大的挑戰(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，甚至要冒著接收失敗的風(fēng)險，這無疑是得不償失的。

我們可以認為低滾降系數(shù)與高階調(diào)制可以提升頻譜效率，而高階調(diào)制與高糾錯率卻也提升了接收門限。但接收門限是一項必須被控制在合理范圍之內(nèi)的參數(shù)，如果接收門限過高那么就意味著連正常的信號接收都無法保證，其他性能指標(biāo)的提升都是紙上談兵。這時大家都會想到一個問題：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限的提升，就可以不用擔(dān)心此問題？在解答該問題之前我們需要對衛(wèi)星傳輸鏈路進行詳細分析。

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均無法改變，都導(dǎo)致衛(wèi)星傳輸鏈路當(dāng)中信噪比不能無限制地增加。于是提升頻譜效率的同時有效控制接收門限，是我們解決衛(wèi)星傳輸4K廣播電視信號需要踐行的技術(shù)關(guān)鍵。如何找到二者之間的最佳平衡？通過大量的測試！

上圖展示的測試數(shù)據(jù)結(jié)果是我們完成的可能是國內(nèi)第一個KU波段的4K衛(wèi)星鏈路信號測試，我們其實是使用了許多參數(shù)組合，在不同參數(shù)組合下選擇不同的帶寬和符號率并實際測量了接收信號的信號強度、載噪比、載噪比余量等，最后得出了最合適的四個參數(shù)組合（圖中背景灰色高亮的四行數(shù)據(jù)）。觀察這四組數(shù)據(jù)我們可以看到前三組數(shù)據(jù)的實際可用碼率都在40Mbps左右，也就是說4K廣播電視信號經(jīng)過HEVC編碼之后，如果碼率在40Mbps左右，其質(zhì)量可以說非常出色了，這也表示該三個信道可以滿足4K廣播電視信號的傳輸需求；如果帶寬實在受限，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)，可以在確保接收門限合適的情況下實現(xiàn)大概27Mbps的編碼后碼流。

總結(jié)以上內(nèi)容，我們可以認為衛(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)過信源編碼后的碼流可存儲更多的信息，音畫質(zhì)量更加出色；

足夠低的接收門限意味著信號需要能被穩(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。

但三個需求全都達到極致是不可能的，我們需要尋找到一個合適的平衡點，而尋找該平衡點的重要參數(shù)為以下三個：調(diào)制方式、前向糾錯與滾降系數(shù)。這三個參數(shù)會在不同程度上同時影響頻譜利用率與接收門限，這就使得每一條衛(wèi)星鏈路的搭建都需要進行鏈路測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才有能力使用；而進入4K時代，成倍增長的數(shù)據(jù)傳輸量更是將衛(wèi)星發(fā)射、鏈路組建和運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，更多的是指點對點的傳輸。有多種選擇例如RTMP、SRT、ZIXI、UDP等。其中RTMP雖然門檻低但由于基于TCP，其無論是時延還是性能都不盡如人意；而基于UDP且?guī)Ъm錯與差錯控制的協(xié)議如SRT、ZIXI等也是點對點傳輸，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。 接下來我們詳細聊一聊SRT協(xié)議

2.1 SRT協(xié)議與其特性

SRT為“Secure”、“Reliable”與“Transport”三個單詞的首字母，意思是安全可靠傳輸協(xié)議，由Havision公司開發(fā)并將其開源，是一個基于UDP的傳輸協(xié)議。我想大家聽到UDP心里不禁會產(chǎn)生疑問：UDP協(xié)議可靠嗎？

實際上，盡管UDP的效率比較出色，但其并不是一個可靠的傳輸協(xié)議，無法對傳輸結(jié)果負責(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)侥康牡亍＿@里對比編碼后的視音頻碼流與經(jīng)過公網(wǎng)傳輸后的碼流，可以看到原來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，解碼這樣的信號是一項十分艱巨的挑戰(zhàn)，甚至根本無法解碼。

而如果使用加入糾錯的SRT協(xié)議進行公共互聯(lián)網(wǎng)傳輸，盡管編碼后的視音頻碼流經(jīng)過公網(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)的時間戳，解碼接收端可以通過該時間戳重現(xiàn)固定的幀間隔；更重要的是，通過規(guī)定延時量，同時劃定了發(fā)送端緩沖區(qū)與接收端緩沖區(qū)，來自接收端的反饋信號（可以理解為后向糾錯）通過一系列的設(shè)置、糾錯、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試結(jié)果。

為什么SRT可以實現(xiàn)這樣的效果？簡單分析，原因主要為以下五點： ● 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)包投遞機制。（這種特性使得其非常適合用來傳輸實時的音視頻廣播電視信號。） ● 在UDP之上采用握手機制建立連接 ● 使用了改進后的ARQ技術(shù)（后向糾錯技術(shù)） ● 封裝協(xié)議中帶有精準(zhǔn)的時間戳（用以實現(xiàn)精準(zhǔn)的幀間隔） ● 通過設(shè)定延時量參數(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現(xiàn)的呢？下圖展示了SRT協(xié)議的流程圖

首先，SRT的握手遠沒有TCP的三次握手那么復(fù)雜，Caller與Listener之間進行的是一個簡化版的握手，用以提高效率；握手之后Caller與Listener間進行重要信息的交換，整個SRT的第一項關(guān)鍵步驟就是Caller與Listener在這里交換了延時量與緩沖區(qū)的大小；隨后Caller與Listener之間開始媒體數(shù)據(jù)的傳輸，同時也傳輸了為恢復(fù)幀間隔而封裝的精準(zhǔn)時間戳；SRT的第二項關(guān)鍵步驟是Listener向Caller同步控制信息，用以對抗公網(wǎng)中的抖動、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。 這里你也許會感到好奇：控制信息是如何對抗公網(wǎng)中的抖動、丟包等一系列突發(fā)狀況呢？如何實現(xiàn)差錯控制和流量控制？實際上是通過ARQ技術(shù)也就是自動重發(fā)請求。

2.2.1 自動重發(fā)請求ARQ

ARQ技術(shù)的基本概念很簡單：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)送端會向接收端重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，這就是一種糾錯機制；或者是在發(fā)送數(shù)據(jù)包之后等待一段時間，如果收到NCK-否定應(yīng)答那么就會自動重發(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)答之后會刪除1、2、3、4、5這五個數(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)會逐個拿出數(shù)據(jù)包輸送至解碼器以進行解碼操作，最終輸出相應(yīng)的音視頻；在解碼的同時緩沖區(qū)窗口就會向前滑動，輸送下一個待解碼的數(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，那么此時接收端緩沖區(qū)需要檢測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？其實SRT對ARQ做出了大量改進，包括重發(fā)所有過期的ACK、定期重發(fā)NCK策略等。實際上SRT實現(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，可以說這是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，只有在收到來自接收端的確認信息之后才會刪除數(shù)據(jù)包，沒有收到確認信息則不刪除；這種情況下，如果發(fā)送端緩沖區(qū)充滿了數(shù)據(jù)包，說明一直沒有收到來自接收端的肯定應(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，考慮動態(tài)碼率VBR的作用，壯漢的胃口時大時小；一旦餓著，解碼出的圖像和聲音就會中斷。而餐盤其實就像接收端緩沖區(qū)，其中一定需要充滿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)傳輸碼流不斷進行，但上菜時快時慢，就像網(wǎng)絡(luò)帶寬有波動，萬一網(wǎng)絡(luò)不好，上菜的速度沒有壯漢吃的速度快，即會造成編碼的中斷，因此我們必須確保餐盤里始終充滿了食物。 因此我們得出以下結(jié)論：接收端緩沖區(qū)必須充滿了數(shù)據(jù)，以讓其能夠有效應(yīng)對由于網(wǎng)絡(luò)帶寬波動造成的傳輸碼流不穩(wěn)定。所以SRT在實際應(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)容過渡到實際應(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進行第一次5G直播時的狀態(tài)監(jiān)測圖。 ●發(fā)送端狀態(tài)分析

首先是發(fā)送端狀態(tài)圖：白色線為鏈路往返的時間，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)；黃色線為我們規(guī)定的延時量也就是發(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)其實占用的越少越好，根據(jù)圖中可以看到當(dāng)時占用的發(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：圖中可以看到在網(wǎng)絡(luò)波動出現(xiàn)時緩沖區(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

接下來是接收端狀態(tài)圖：上圖的上半部分中綠色線表示丟包率，可以看到5G網(wǎng)絡(luò)下的丟包率非常低；下圖紅色線表示RTT鏈路往返時間，也是一直處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。 上圖的下半部分，圖中黑色線表示接收端緩沖區(qū)的上限也是延時量，最好的情況就是綠色線一直貼著黑色線波動，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，可以看到出現(xiàn)波動時，接收端緩沖區(qū)被消耗到實際占用量接近緩沖區(qū)的一半，這就是因為網(wǎng)絡(luò)有波動導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法及時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)過大量的前期鏈路測試，我們?nèi)员ＷC了在波動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)傳輸廣播電視信號的原因：首先SRT協(xié)議支持糾錯，其次需要在正式商用之前進行大量的前期鏈路測試并為發(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，進行網(wǎng)絡(luò)鏈路測試時需要著重測試并關(guān)注網(wǎng)絡(luò)帶寬、丟包率與RTT也就是鏈路往返時間。

測試完畢之后，我們可以根據(jù)測試結(jié)果設(shè)定合適的延時量。下圖所示表格來自Havision官方，根據(jù)計算結(jié)果與表格參數(shù)我們就可以尋找到不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下最佳延時量的設(shè)定，也就是規(guī)定緩沖區(qū)的大小。確定最佳延時量并設(shè)置完畢，經(jīng)過一段時間的測試以觀察反饋結(jié)果。

3. 實際應(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，我們實現(xiàn)了安徽廣播電視臺首次5G現(xiàn)場直播。

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的開放特性，這里我們使用了三家不同廠商的設(shè)備，仍然可以兼容并實現(xiàn)良好協(xié)調(diào)的使用，這也是開源設(shè)備的好處。

3.1 SRT的多碼率多格式分發(fā)

SRT可實現(xiàn)多碼率多格式的分發(fā)，這里并不是分發(fā)到用戶而是分發(fā)到不同平臺。如果是基于SRT的硬件編碼器，則可編碼多個分辨率、格式不同的流并分發(fā)到不同的平臺如電視臺、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，甚至在手機上安裝一個軟件即可收到解碼完成的流，這也經(jīng)常被我們用于節(jié)目測試。當(dāng)然還有在進行一項節(jié)目時，編導(dǎo)、攝影師、記者等都希望接收到電視信號，SRT的這種應(yīng)用可以幫助他們隨時隨地動態(tài)掌握節(jié)目進行狀態(tài)。

3.3 其他商業(yè)化應(yīng)用

基于以上內(nèi)容，我們成功實現(xiàn)了以下應(yīng)用案例：如安徽廣播電視臺首次5G直播、“長江之戀”十二省市聯(lián)動大型直播以及超鐵賽事在中國大陸的首次亮相，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廣播電視傳輸技術(shù)發(fā)展積累了豐富的經(jīng)驗。