技术分享| 快对讲-5G对讲

Posted 2022-07-15 anyRTC

5G的时代的到来，增强的移动宽带、高可靠低时延以及大连接的特性，对传输通信协议技术产生了非常大的影响。各大行业都进行了技术迭代、产业升级， 快对讲就是在这个风口下快速成长，让5G技术在对讲和指挥调度行业迅速落地。

快对讲的业务中很大一部分需要音视频通信技术，现在市场上通信技术非常多，有开源的有商业的；但是这些都无法满足我们的业务需求，开源的功能太单一，而商业版场景虽然很丰富，但是可定制化比较困难，有些特殊的需求不能得到很及时的反馈。于是我们自研了一套商业版的音视频传输库：RAST。

RAST传输库是专门为音视频打造的，音视频传输不像文件传输，对实时性要求非常高，而且真实的客户场景中情况更为复杂；同时5G相比与4G基站采用的频段更高，由于高频段在链路上损耗更多，使得单个基站的覆盖范围更小，因此也更容易出现信号覆盖空洞的问题；下面我们来详细介绍一下我们的设计如何应对这些复杂多变的情况：

一，支持Loss模式和非Loss模式

RAST采用ARQ来保证数据的到达，同时业务可以根据自己需求配置是否需要丢帧操作来保证实时性。

A, Loss模式：允许丢帧，但是要求容器格式必须有错误恢复resync机制

B, 非Loss模式：不会丢弃帧，保证按序到达

二，单通道多码流，多路复用

A, 单通道多码流：单路流支持大中小流模式，这样当观看者在全屏时可以选择大流，非全屏 时可以选择小流进行播放。

B, 采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条信道上进行传输，可有效减少每路信号创建的时间成本和维护成本。

三，支持FEC

FEC的选择对于长路径传输来说效果非常明显，以卫星通信为例，通信链路的单次往返时延即RTT约为540ms，并且噪声都为高斯白噪声，这种情况下使用ARQ效率就很低，也会造成非常大的延时，FEC就成为了最合适的选择。同时我们针对传输的数据类型不同，也会采用不同的FEC编码方式：

A, 音频采用信源FEC ，包可以多发几遍，对于音频来说一秒可以发25个包，信源FEC就发两倍50个包，同样大小多发一遍，来实现抗丢包。

B, 视频采用信道FEC ，比如当前的丢包率25%，我们可以加50%的抗丢包。那么原始有10个包，经过处理生成15个包，这15个包到达任意的10个包，都可以实现准确解码。

四，支持Pacing

Pacing是根据最大发送带宽来计算发包的时间间隔。最大发送带宽由三种策略确定：

A, 手动配置最大发送带宽max_bw；

B, 根据输入码率和overhead，计算max_bw = input_bw * (1 + overhead)；

C, 配置overhead，自动估计输入带宽，max_bw = input_bw_estimate * (1+ overhead)。

几种配置有优先级，例如配置了max_bw，则忽略input_bw，overhead等配置，组合关系见下图：

五，支持MultiPath

多通道（Multipath）技术就是在于通过多条（物理）链路来保障网络通信的可靠性和稳定速率。

在快对讲手机端APP或嵌入式设备等手持终端上，我们主要考虑的场景还是复用Wi-Fi和Cellular双通道或者多运营商通道，同时在单边信号强度弱的情况下，通过其他通道进行补偿，并保障整体的通信质量和带宽。过去在TCP基础上也有Multipath TCP的协议，以及内核态实现。Apple等手机厂商也将MPTCP应用于Siri / APNS消息推送 / Apple Music等场景下，用来优化体验。但是这些都不太适合音视频的数据传输。

RAST的多路径设计完成参照了QUIC的多路径设计标准，如下图：

六，支持单端口

单端口的设计我们参考了anyRTC的sfu的单端口模式：

1）SDP offer和answer里配置的ice-ufrag字段里面内容，STUN Binding Request里面的USERNAME字段就是由上Offer和answer的ice-ufrag内容拼接而成，这是用来作为stun数据包的鉴权的，因此可以作为一个标识为我们所用。

2）发送STUN Binding Request的客户端本地udp socket，与ice建连成功后发送媒体数据的udp socket是同一个，那么对于服务端来说，客户端的ip port是同一个。

七，标准化

A, 传输打包格式标准化:使用RTP/RTCP协议进行传输，在路由上有更好的通过性，在以往的项目中有些私有的数据包会被一些安全网关拦截掉。

B, 传输通道标准化：支持Turn，Stun，支持P2P穿透；这样标准的Turn服务器都可以使用，降低兼容风险。

八，自定义Mtu

对于UDP来说最大单包传输大小为1500，但是很多情况下并达不到这个值。在一些特殊环境中Mtu值非常小，如果协议中采用固定的Mtu就会导致数据被路由器阻拦而无法到达，因此支持自定义Mtu或者动态探测Mtu就非常必要。

同时RAST还支持小包保护，对于一些家用无线路由器在高峰时段来说非常有效。

九，支持udp回退tcp

在一些特殊的网络下，udp的包可能会被封杀，此时如果单纯的使用udp传输就会造成业务终端不可用。RAST传输库中支持udp回退tcp，当udp不通时就会启用tcp通道，保证数据的到达。

十，支持音频优先

在音视频通话过程中，往往时音频的优先级高于视频，也就是说，视频卡顿一下往往人眼并不是很敏感，但是如果声音卡一下，人就会很难受。因此RAST增加了音频优先模式，在网络遇到情况时，优先保证音频的送到。

十一，丰富的状态统计

RAST库提供了丰富的统计信息，应用层可以根据统计数据调整音视频采集和编码，以适配适合自己的应用场景需求。

以上就是RAST传输库的概述，RAST传输库是经历了2G到5G几个时代的跨越，积累了非常丰富的经验，从而保证了RAST在音视频传输方面考虑的更加周全，针对某些特殊的场景均有应对方案，快对讲能够达到这么好的对讲效果，RAST的贡献值非常高。