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RIST协议在广电领域的分析与应用

2022-06-23 顾端 郭维 北京广播电视台 李哲 中科鑫睿(北京)技术有限公司 依马狮视听工场


【摘要】随着科学技术的飞跃进步,广播电视行业已经进入多元化、快速发展的时期。近些年来,随着广播电视行业在公共互联网传输的需求增加, SRT协议应运而生,这是一种天然的延迟视频流传输协议,旨在优化公共互联网中视频流的可靠性、安全性等性能。基于公网传输的案例增多,支持公网传输的协议也如雨后春笋一般,RIST就是其中最具代表性的协议。

本文将重点介绍RI ST协议的功能特性、应用场景,并通过对RIST协议的简单测试,表明RIST协议的稳定性、延时达到了预期要求,为进一步深入研究提供有力保障。

【关键字】RIST  SRT  组播  延时


一.研究背景

随着科学技术的飞跃进步,广播电视行业已经进入多元化、快速发展的时期。新技术的出现,也引领新媒体传输手段的大量涌现。

2013年I B C展会发布了由Haivision公司进行研发的SRT协议,该协议基于UDP协议簇,面向公共互联网传输,具有ARQ丢包重传机制、开放SDK、加密及良好的延时,在广电领域有广泛应用,并极大的推动了公网传输的发展。近些年,随着公网传输的案例越来越多,支持公网传输的协议也如雨后春笋一般,RIST就是其中最具代表性的协议。

在2017年VSF视频服务论坛联盟发布了基于TR-06标准的RIST协议。与SRT协议不同,RIST协议不是由一家公司研发,而是由多个公司共同研发。在丢包率容忍度、组播支持、备份机制及加密种类一些特点上,RIST协议具有领先优势。

二.RIST协议概述

R I S T协议全称可靠的互联网流媒体传输,主要基于流传输协议R T P和R T C P。R T P发送端口为偶数P,则R T C P端口为P+1。如图1所示,发送端RT C P使用S e n d e r R e p o r t+C N A M E,接收端使用Receiver Report+CNAME。RIST协议和SRT协议有很多相似之处,也具有网络丢包重传机制,只是不同于SRT协议,RIST协议主要基于NACK负向反馈方式,接收方只有在没有收到数据的时候才通知发送方,这样可以极大的节省网络带宽。

RIST协议在广电领域的分析与应用

图1 RIST协议传输原理

如图2所示,现行RIST协议主要有两种配置文件,简易配置文件和主配置文件。

RIST协议在广电领域的分析与应用

图2 RIST协议配置文件

简易配置文件的基础流是基于标准RTP协议,且与非RTP设备也可适配,其余特性还包括:基于ARQ的数据包恢复(可以在50%的丢包率下完成恢复),支持组播协议传输以及多链接冗余路由,同时还支持ST 2022-1、-2:TS over RTP。

主配置文件在传输时可以将多个流结合到RIST Tunnel接口,简化了繁琐的IT配置,对于任何类型的IP数据也有可支持的选项。另外在数据加密时,主配置文件相较于简易配置文件还提供可选择的AES加密方式。除此之外,RIST协议还具有一些其他特性,例如通过删除空包进行频带优化,支持高比特率操作等。

三.RIST协议特性 

RIST协议具有冗余特性、组播特性、加密特性、丢包重传特性和兼容特性。

1.冗余特性

RIST协议在传输链路主备冗余设计上有链路聚合和无缝倒换两种模式。由于广电领域具有极高的安全播出特性,无缝倒换模式将得到更多的应用,将主备路的数据流完全镜像,当一路存在问题时,另一路会无缝接管,画面不会出现间断、静帧等问题。

2.组播特性

目前,基于信道编码的传输协议中大多数不支持组播方式,而RIST协议既支持单播又支持组播,在简化配置方面也有着显著的优势。基于RIST Tunnel技术,网络业务提供商会在公网中建立GRE管道适配组播传输,如果需要加密,则会配置IPsec Tunnel技术。在局域网环境下,RIST协议无需配置RIST Tunnel,就可以使用组播方式。RIST Tunnel方式具有server和client两种配置属性,类似于SRT协议中的listener和caller,在server端只需要1个公网地址。

在一些支持RIST协议产品中,还具备NAT方式,这样就可以将一个公网地址映射出不同的地址,可以对未来的使用场景提供更为丰富的拓展。

3.加密特性

根据RIST Main Profile定义,分为PSK和DTLS两种加密模式。众所周知,DTLS是基于UDP协议的安全加密协议,具有身份验证和流加密两个最为主要特性。所以,RIST协议在安全传输层面有其独到之处。如图3所示,为Main Profile的加密描述。

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图3 RIST Main Profile加密

4.丢包重传特性

与SRT协议一样,RIST协议一样具有ARQ丢包重传机制,在测试环境中,丢包率大于85%时,其未恢复数据依然为0。

5.兼容特性

随着RIST协议的发展,兼容RIST的插件也日渐增长,例如目前广泛应用的抓包工具Wireshark以及视频播放器VLC都增加了RIST协议插件,手机端APP公司larix broadcast,也是在其传统的RTMP协议、SRT协议以外扩展支持RIST协议。

四.RIST协议在广电中的应用

1.云制播

近年来广电领域正在面向轻量化制作的转型,未来云制播、云传输则成为了主流趋势。针对云集群架构中,虚拟化部署或容器部署就变得尤为重要。在实际测试中,其通过在云中部署了一台虚拟机和一台Docker应用,最终通过测试发现,系统功能运行正常,稳定性较好。

新媒体或者融媒体云制播解决方案的核心是在云端进行制作、播出,而RIST协议最好的应用方式也是针对本地到云的穿越。与目前常用协议不同, RIST可以在公网使用组播、DTLS深度加密、超大丢包重传及2022-7冗余倒换,这些功能都完美适配了广电领域的云制播应用场景。所以未来云制播应用结合RIST协议传输将会是一套完整的应用于广电云制播解决方案。

2.远程制作

近年来随着远程制作需求的不断扩张,广电行业在画面质量、延时以及成本的考量中寻找最为平衡的方案。例如裸光纤加基带传输的方案将延时和画质做到了极致,但经过网络业务提供商开裸光纤链路的成本也是极高的。JPEG组织推出的JPEG-XS浅压解决方案,很好地解决了画质和延时问题,但同样需要面对成本较高的问题。作为行业内新标准,JPEG-XS支持的厂家产品有限,也是现阶段的一个很大难题。而以H.264、H.265为代表的深压缩方案,虽然对成本的要求较低,但却对画质、延时挑战较高。

如图11所示,基于公网或者专线传输,通过一条5G边缘计算专线和一条5G链路公网传输混合方式,以RIST封装协议来进行远程制作或者远程传输的回传,既降低了传输成本,又较好的解决了画质和延时的问题。

RIST协议在广电领域的分析与应用

图4 RIST协议远程制作架构

3.分发端

除了RIST协议在Contribution领域的应用,其还在分发领域有着更为突出的应用。试想一下,对应OTT用户,如果直接将低码的业务流送至CDN进行分发,势必要在低码流层面会面临各种协议的转换,如RIST、SRT、RTMP、 HLS等,结合上面制作的考量,如果用RIST协议进行公网传输,很大的应用场景则是RIST-HLS给CDN切片的协议转换,当然协议转换种类不仅限于此。

除了点对点的传输方式,RIST还支持点到多点以及多点到点的方式,可以将一种传输协议标准转换为不同传输协议,通过“failover”模式,可将不同传输协议转换为一种传输协议,相当于一个“多选一”的倒换开关。

最后结合前面提到的云架构部署,一般的OTT用户在部署CDN时会选择在云中部署,RIST协议转换产品就可以天然适配在云端部署,从而为用户提供了最为方便的使用模式,同时也为以后的业务扩展提供了最为灵活的方式。

五.RIST协议延时测试

RIST从封装到解封装,背靠背两端延时大约在100ms左右,基于公网延时约为500ms左右。

我们在做基于Sienna云端制作和DVG协议转换测试的时候,对RI S T的延时属性进行了测试。如下图5所示,4K和高清信号通过部署在云端的Sienna系统进行视音频制作后,经过同样部署在云端的DVG协议转换系统,一路将SRT转换为码率6M的RTMP到手机端VLC,另一路将SRT转换为码率为40M的RIST到本地笔记本电脑,由于VLC不支持RIST协议,所以在本地DVG先将RIST转换成RTP,再到本地笔记本VLC。经过全链路延时测试得到RTMP到本地的延时为10.8s,RIST到本地的延时为5.8s。通过测试结果,我们可以看出RIST的延时低于当下常用的RTMP协议。

RIST协议在广电领域的分析与应用

图5 RIST延时测试

六.总结与展望

现阶段国外已经有了一些关于RIST协议的应用案例,例如Canal+非洲站、美国Pennsylvania Cable Network有线网、德国NRWision电视节目制作公司等,国内广电行业也有过一些基于RIST协议产品的尝试。

随着传统广电设备厂商支持RIST协议越来越多,未来RIST协议在广播电视行业将会有更多的应用和解决方案。 RIST也将成为继SRT之后,另一个被值得关注的传输协议。B&P

RIST SRT 组播 延时

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