基于RTMP协议的电视直播信号传输方法与应用

黎 梅

广西广播电视台 广西 南宁市 530022

1 互联网传输电视现场直播信号的优点与可行性

在数字电视时代，传输电视现场直播信号时无论采用何种传输技术，首先要将直播信号的视音频内容进行数字化编码，之后通过不同信道传输，在接收端重新解码视音频数据并转换为电视信号，采用卫星、光纤、微波等传统传输技术与采用互联网传输最大区别仅是传输链路、协议不同。

传统电视信号的传输技术各有缺点，如卫星传输价格较高，光纤传输要求在指定地点，微波传输对直线距离有一定要求和限制。互联网传输的优点是网络接入点多，成本低，传输距离远，在网络带宽允许情况下可以承担传输任务。

通过互联网传输电视信号的缺点在于其采用的不是专用网络，存在网络带宽不稳定、数据时延不确定等问题，因此一直没有广泛应用。随着电信技术发展，互联网传输速率越来越高。据统计2022 年，中国固定互联网宽带接入速率在100M 和1000M 之间占比为78.4%，1000M以上占比为15.6%，20M 和100M 之间占比为4.8%，20M 以下为1.2%。高带宽使得通过互联网传输电视信号成为可能，这一点在网络视频直播领域得到验证和应用。

2 常用网络视频直播协议

互联网常用的网络视频直播协议主要有RTMP、RTSP、HTTP 等，分别基于TCP 或UDP协议工作。

2.1 RTMP 协议

RTMP 协议基于TCP，设计用于进行实时数据通信的网络协议，主要在支持RTMP 协议流媒体/交互服务器之间进行音视频和数据通信。

2.2 RTSP 协议

RTSP 是多媒体播放控制协议，用来控制多媒体串流暂停/继续、后退、前进。RTSP 在体系结构上位于RTP 和RTCP 之上，使用TCP 或UDP 完成数据传输。

2.3 HTTP 协议

在视频直播/点播时，将多媒体流数据切片封装到HTTP 协议中进行发布。

表1 针对这三种协议进行比较，重点在于丢包和延时方面。如表1 所列，RTSP 协议直播延时最低，得益于其在传输多媒体流数据时采用丢包不重传的UDP 协议，但是也容易因丢包而造成解码错误，使视频画面出现花屏、马赛克之类现象。

RTMP、HTTP 协议是基于TCP 协议，采用丢包重传机制，可以保证IP 数据包可靠传输，由于RTMP 协议比HTTP 协议延时低，相比较之下RTMP 协议更适合用于电视现场直播信号传输。

3 RTMP 网络直播系统架构和工作模式

RTMP协议是Adboe公司私有协议，传输flv、f4v格式流，视频编码为H.264，音频编码为AAC。

RTMP 协议应用于网络视频直播时有两种工作模式，一种称为“推流”，指将编码后的视音频流传输到RTMP 服务器，另一种称为“拉流”，指客户端从RTMP 服务器获取其缓存的视音频流。一般的网络视频直播系统由图1所示的这三个部分组成。

图1 RTMP 直播结构

3.1 RTMP 推送端

RTMP 推送端将视音频信号按flv、f4v 的格式要求进行编码、封装后，将这些多媒体流数据重新分片发送到RTMP服务器。

3.2 RTMP 服务器

RTMP 服务器将收到的流数据暂存在本机内存或磁盘中，并提供RTMP 转发服务，将流数据发送给已连接的RTMP 接收端。

3.3 RTMP 接收端

RTMP 接收端根据指定地址与RTMP 服务器建立连接，从RTMP 服务器上取得所需要的多媒体流数据。

RTMP 协议虽然可以在支持TCP/IP 协议的卫星、光纤链路上传输流数据，但相比于传统电视信号传输技术并没有优势，其主要应用互联网传输多媒体流。

4 电视现场直播信号RTMP 收发设备及应用

图1 是RTMP 网络视频直播的应用架构，在用于传输电视现场直播信号时，需要在原基础上进行修改，增加电视行业专业设备，如图2所示。

图2 广播电视行业RTMP 协议应用

4.1 RTMP 推送端设备

RTMP 推送端设备由视音频采集/输出设备和视频编码器组成，前者主要是电视行业常用的数字摄像机、录像机等设备，其作用是将电视信号通过SDI 接口输出；视频编码器则对输入SDI 信号进行编码，并按RTMP 协议将视音频流推送到指定RTMP 服务器。

市售SDI 视频编码器价格从1 千多元至数万元不等，但功能相差不大，价格差别主要体现在编码质量、性能及稳定性等方面。由于RTMP 推送端多数用于将外场直播信号回传到台内，考虑到外场环境下可能无法提供固定电源和宽带，因此有一些专为这种环境下使用的移动SDI 视频编码器，其自带充电电池，并可以通过Wi-Fi 或内置3G/4G 电话卡上网，完成RTMP 协议推流。

视频编码器配置主要分为以下4 个部分：

（1）网络设置：配置编码器IP 地址、网关、子网掩码、DNS 等常用网络参数。

（2）视频参数设置：配置视频编码方式如H.264、H.265，及码率、帧频、关键帧间隔、视频尺寸等参数。

（3）音频参数设置：配置音频编码如AAC、MP3，及音频采样率、通道、码率等参数。

（4）RTMP 参数配置：配置RTMP 服务的IP 地址（或域名） 及上传端口号（一般为1935），另外就是上传至RTMP服务器的目录名称以及上传节点（流名称），这几个参数缺一不可。

一个RTMP 流的连接串由RTMP 参数配置项的信息组成，包括协议名称、IP 地址（或域名）、端口号、上传目录名称、上传节点（流名称）五部分组成，例如：RTMP：//172.16.66.21：1935/live/stream001。

RTMP 服务器不对接收到的流数据重新进行编码，而仅作缓存和转发，因此编码器视音频参数决定最终电视信号质量。由于传输电视信号时视频数据占比较高，重点在于根据网络带宽设置视频码率，当视频采用H.264 编码时，传输1080i 高清电视信号码率设为5Mbps 以上，标清电视信号码率设为2Mbps 以上，符合电视播出要求。

4.2 RTMP 服务器及软件

RTMP 服务器主要由服务器硬件、操作系统、RTMP 流媒体服务器软件组成，其核心是RTMP 流媒体服务器软件，主要分为付费商业软件和免费开源软件两类。

付费软件代表是FMS（Adobe Flash Media Server，Adobe公司的流媒体服务软件）优点除稳定性、兼容性好之外，对于推送给FMS 的RTMP 流，接收端可以使用HLS 协议连接。

在免费RTMP 服务软件中，Red5（Red5 Mesia Server，Red5流媒体服务软件）是当前应用较多的一个，完全兼容FMS 的RTMP 协议。用Red5 替换FMS后，推送端、接收端的RTMP 连接参数基本不用修改就可以使用。Red5 的性能和稳定性相比FMS 稍差，且不支持HLS 协议。

此外还有Wowza、 CRTMPD、Nginx-RTMP、SRS 等付费或免费流媒体服务软件支持RTMP 协议，因此RTMP 服务软件可选范围很广。除了自行购买软硬件建立自己的RTMP 服务器外，还可以利用第三方的云视频服务如阿里云、腾讯云、网易视频云、乐视云等平台，实现RTMP 协议推流和拉流，从而发挥云平台并发能力和高带宽优势。

4.3 RTMP 接收端设备

对于一般的网络视频直播，接收端只需在个人计算机、平板电脑、手机上通过影音软件播放RTMP 流，当用于电视信号传输时，需要增加将RTMP 流转换为SDI 信号环节。

低成本方法是通过电脑播放器+截屏转换输出方式，即用影音软件播放RTMP 流，将电脑显卡输出的VGA、DVI、HDMI等信号，通过转换器转换为SDI信号，图3 是通过北京东方艾迪普公司的B-BOX 视音频转换器将电脑显卡信号转为SDI 信号线路图。

这种转换方式对电视信号质量产生一些影响，例如播放时屏幕画面有时会拉条、某几帧画面不同步，或混入其它电脑软件输出声音等问题。

一些广播电视设备可以将RTMP 流通过其内置的SDI 视频板卡输出，如美国TVU Networks 公司TVU Pack 接收服务器，图4 是通过TVU Pack 接收服务器输出的画面，在带宽良好情况下，输出电视信号质量与通过传统传输技术相比没有差别。

图4 TVU Pack 接收服务器SDI 信号输出

4.4 RTMP 协议传输电视信号优劣势和应用保障

使用RTMP 协议传输电视信号较之传统广播电视传输方式（光纤、微波、卫星），及同为互联网传输的RTSP、HTTP 协议而言，主要优势在于打破地域限制，其采用推、拉流工作方式，使得接收端只要连接互联网就可以接收信号，且一个来源信号可以在多个不同地点接收和解码使用，优势明显，缺点是传输信号延时较大，一般延时3 秒，当网络速率较低时，视音频信号会产生卡顿现象。

当使用RTMP 协议传输电视直播信号时，要保障信号稳定，除需要稳定可靠带宽外，还需要利用其推、拉流工作原理，合理分配信号流走向，如2017 年，广西广播电视台“壮族三月三”大直播时，将本台新闻频道直播信号通过RTMP协议传输给中央广播电视总台，上海、贵州、广东等多家电视台，采用多个SDI 视频编码器进行交叉推流，并通过一推一拉方式，保障8 小时信号传输，如图5 所示。

图5 “壮族三月三”大直播RTMP 传输系统

结束语

互联网利用RTMP 协议传输电视现场直播信号时，如果需要保证电视信号质量，应设置较高码率，对传输带宽和稳定性有一定要求，因此仍未在广播电视行业广泛应用。

当前H.265 编码开始使用，其在同等画质下比H.264 编码节省约50%的码率，市售大部分视频编码器支持H.265 编码，问题是少有RTMP 流媒体服务器软件支持H.265 编码，这使得H.265 编码暂时无法应用于RTMP 协议体系。随着RTMP 流媒体服务器软件升级换代，此种传输技术将会广泛应用。