【摘要】 本文通过实验设计，对比分析了采用RTMP协议在4G和5G网络环境下，传输信号使用不同的编码码率对新媒体直播推流质量的影响，通过对比分析，为新媒体直播技术提供优化推流质量的参考依据。
【关键词】 新媒体直播 H.264 RTMP VBR 画面质量
一.前言
新媒体传播具有形式多样化，传播及更新速度快，传播不受地域限制，覆盖范围广，具有高度的移动性的特点。作为一种新兴的信息传播方式，已经成为人们获取信息的重要渠道。新媒体直播质量的优劣直接影响到受众的观看体验和直播平台的竞争力。RTMP（Real-Time Messaging Protocol）相对于SRT （Secure Reliable Transport）等其它协议，具有可一对多传输的特点，是流媒体直播中常用的协议之一。本文通过对4G/5G不同网络环境下利用RTMP进行直播推流的实验测试和质量分析，为优化新媒体直播传输技术方案提供参考。
二.测试流程
1.测试流程设计
（1）信号源：以综艺晚会现场中包含舞台大全景镜头的固定机位镜头、载歌载舞的变焦镜头、水平慢速移动的乐队演奏镜头及主持人特写镜头等具有代表性的丰富的直播场景画面作为信号源（下图1），时长共计5分钟。
（2）使用4G移动传输背包，测试对比通过4G网络，对信号分别使用4Mb/s、6Mb/s、8Mb/s、10Mb/s的码率进行传输编码，回传高清1080 50i的推流质量。
（3）使用5G移动传输背包，测试通过5G网络，使用20Mb/s的编码码率进行传输编码，回传4K 2160 50p的推流质量。
（4）针对高清和4K两种格式，分别对比其导切软件（芯象）的输入流和输出流的画面质量对比，评估画面质量损失情况。
图1
2.直播流程节点图
图2
3.测试参数设置
考虑RTMP协议暂不支持H.265编码传输，各节点的信号编码均采用H.264格式。
（1）针对4G网络，我们在前端传输时，设置了几个传输流编码码率进行测试：
- 传输码率为5Mb/s，推流码率为4Mb/s。
- 传输码率为6Mb/s，推流码率为6Mb/s。
- 传输码率为8Mb/s，推流码率为8Mb/s。
- 传输码率为10Mb/s，推流码率为10Mb/s。
另外，在导切端，我们针对大小屏不同的应用场景，导切软件的参数设置区别大小屏分别按小屏为3Mb/s、大屏为4.5Mb/s的推流视频码率，音频码率为128Kb/s，采用VBR编码，编码级别为High，色度抽样4:2:0，位深8bit，采用逐行扫描，帧率为25。
同时，为获取运动画面在传输码率设置为10Mb/s，后台服务器推流码率设置为10Mb/s时，导切软件采用不同推流码率的画面质量改善情况，我们也测试了导切软件（芯象）推流码率分别为4.5Mb/s、5Mb/s、5.5Mb/s、6Mb/s、6.5Mb/s时的推流画面情况。
（2）针对5G网络，主要对4K 2160 50p格式的节目传输进行测试。
考虑所使用的5G移动传输背包（LU800-PRO）的最大回传码率只有40Mb/s，最大推流码率只有20Mb/s，本次5G网络环境的测试中，我们按照前端传输码率30Mb/s、后台服务器推流码率20Mb/s、导切软件推流码率15Mb/s进行设置。
（3）导切软件（芯象）编码质量损失测试
方案一：4G包传输码率5Mb/s，后台服务器推流码率4Mb/s
方案二：4G包传输码率10Mb/s，后台服务器推流码率10Mb/s
对比上述两方案在芯象按4.5Mb/s的编码码率，其推流前和推流后的画面质量。
4.测试情况
（1）高清1080 50i信号源
A.图像质量客观评价：使用Aurora软件对各视频进行DMOS图像质量评价，1分为最低分，5分为最高分，评价分数如下表1、表2所示。
表中各项数据，我们可以从中得出以下结论：
- 原视频的客观评价分数是4.075分，画面合格率达95%，画面质量优秀，而经过4G包推流后的视频质量分数基本在3.5分左右，质量损失较多。
- 4G包的传输码率和后台服务器的推流码率为6 Mb/s、8Mb/s、10Mb/s时，视频质量分数差距小，且画面合格率几乎一致，上面的数据我们基本可以认为，4G包的推流码率达到6Mb/s时，即使再增大推流码率，对于画面质量改善的影响非常小。
Aurora推流前后的测评报告部分截图如下图3、图4所示。可以看出，推流码率减小对画面的影响，主要是产生马赛克现象。
图3 原片报告截图
图4 推流后的视频测试报告
B.图像质量主观评价
使用HONOR 30手机观看，对比芯象推流码率为3Mb/s时，4G包推流码率分别为4Mb/s、6 Mb/s、8Mb/s、10Mb/s的视频（即视频1/2/3/4）发现其清晰度的差距并不明显，均无出现马赛克现象，且画面稳定无抖动。由此我们得出这样一个结论，即在小屏应用场景下，4G包推流码率在4～10Mb/s范围内时，视频的主观视觉感受几乎一致。
使用75寸大屏观看，对比芯象推流码率为4.5Mb/s时，4G包推流码率分别为4Mb/s、6 Mb/s、8Mb/s、10Mb/s的视频（即视频5/6/7/8）发现，镜头固定或慢速移动的画面均无出现马赛克现象，其中,当4G包推流码率分别为8Mb/s和10Mb/s时的视频视觉体验更良好，而10Mb/s时的视频清晰度最佳；但在镜头快速移动或画面的主体的运动幅度较大（如人物跳舞、镜头变焦画面）时，画面出现马赛克非常明显，影响大屏观看体验。另外，对于大屏应用场景，测试中我们得出这样一个结论，即在大屏应用场景下，编码推流后的视频虽然清晰度下降，但对原片噪点改善了不少。
（2）4K 2160 50p信号源
4K视频只能使用5G包传输，鉴于我们所使用的5G移动传输背包仅支持最大40Mb/s的回传码率，最大推流码率也只能达到20Mb/s，使用H.264 20Mb/s编码的视频在大屏上播出的效果达不到4K视频的清晰度标准。
我们尝试以5G包码率20Mb/s编码、芯象15Mb/s的推流码率推流后，发现视频有明显卡顿，无法正常观看，也无法对比具体视频质量。使用其它导切软件测试（如VMIX），虽然卡顿现象减少，但发生几率依然不小，且画面偶尔还会出现明显的马赛克现象。
当然，支撑4K分辨率视频拉流和推流同时执行，电脑CPU和GPU的配置也起到关键性作用，因此，如果要进行4K直播，建议尽量使用高配置CPU和GPU的电脑。
（3）运动画面质量改善测试
在镜头快速移动或画面主体运动幅度较大时，如人物跳舞、镜头变焦画面等，马赛克非常明显，影响大屏观看体验。为了在大屏应用场景更好地显示复杂的运动画面，在4G包推流码率相同的情况下，对比芯象推流码率为4.5Mb/s、5Mb/s、5.5Mb/s、6Mb/s、6.5Mb/s的视频质量。
图像质量客观评价：使用Aurora软件对各视频进行DMOS图像质量评价，以1分为最低分，5分为最高分，分数如下表所示。
由上表可得：芯象推流码率4.5Mb/s和5Mb/s的视频质量分数相差较大，且画面合格率提升了16%，但推流码率为5Mb/s、5.5Mb/s、6Mb/s、6.5Mb/s时，对客观评价分数影响不大。
图像质量主观评价：通过观察对比可得，芯象推流码率越大，运动画面马赛克越少，部分运动剧烈的画面不可避免仍然出现马赛克。当芯象推流码率达到6.5Mb/s时，画面出现偶尔的卡顿。
（4）导切软件（芯象）编码质量损失测试
通过对比导切软件（芯象）的输入流和输出流的画面质量，得出画面质量损失。
上表可见：对比视频5和9，视频8和10，我们可以轻易发现，芯象推流后比推流前的视频分数更低。尤其是采用表中视频5的设置方案，经过芯象二次编码，使得画面质量更差。即使芯象使用更高的推流码率，4G包如果以较低的传输码率和推流码率编码，也无法避免其质量损失、因此，我们建议，4G包推流码率最低应≥4.5Mb/s。
三.结论
1.实际应用参数设置
综合以上测试数据，我们建议，在4G/5G网络环境下（使用4G/5G移动传输背包）进行直播信号传输时，应根据信号格式，应用场景等实际情况采用以下方案：
2.其他
二次编码对直播视频质量影响较大，使用TUV背包传输的直播流必须经过总控矩阵和千视编码器才能进入导切台，编码次数多；而LiveU背包传输的直播流可以直接进入导切台，编码次数只有两次，视频质量损失更少，所以更建议使用LiveU背包。
虽然VMIX比芯象对视频的处理能力更强，占用内存小，但芯象的字幕、画中画等功能更多样化，实用性更强，所以目前直播基本只使用芯象导切。
参考文献：
谭光伟 转播车电视节目录制系统的IP 化应用 [J]. 电视技术，2024，48（8）：219-223
茅俊君 诸葛天钦 丁江 小型移动演播室系统的探索与分析 广播电视信息 2019年4月 月刊 总第324期