说说移动直播系统的技术框架

直播市场的火爆,带动整个产业链上各个环节的蓬勃发展,进来自身的产品遇到的一些技术性的问题,让我好奇并注意了流媒体直播服务这块大肥肉。

因为直播这类产品自身的属性,决定了实现过程中有不少技术性很强(如音视频的编解码、终端的推流拉流功能)、抑或实现成本相当高(如音视频的分发CDN服务、编解码服务)的技术模块,这些环节上往往性能好坏的重要性大过功能的实现。

在研究这些第三方服务商之前,先了解下一个完整的移动直播系统是什么样的:

1、推流端(采集、前处理、编码、推流)

采集:通过摄像头、麦克风采集视频、音频数据。视频数据一般采用RGB或YUV格式,音频一般采用PCM格式

前处理:美颜、水印、模糊等。GPUImage提供120多种滤镜效果,支持IOS和android

编码:为便于推流、拉流和存储,通过视频编码来减小视频体积。H264/H265为常见视频编码,AAC/mp3/wma是常见音频编码。通俗说:编码器将多张图片编码后产生一段GOP(group of pictures),解码时播放器读取一段GOP进行渲染显示。编码的核心是在分辨率、码率、帧率等参数中找到平衡点,得到体积最小画面最优的效果。硬件编码是手机直播的首选,但ios上兼容效果好,android上全平台兼容比较难。

关于码率、分辨率与清晰度、帧率和流畅度如何理解?

码率和分辨率都和清晰度有关,分辨率指对一副画面的分割粒度,码率指编码时对分割后的这幅画面的采样频率。可以说码率是决定下限 分辨率决定上限,分辨率再高 码率不够 都不清晰,码率高 分辨率不高也不清晰;帧率是视频被截成画面的采样率,帧率高流畅度高,和画面清晰度无关。

推流:把音视频协议使用传输协议封装会变成流数据。常见流传输协议rtsp/rtmp/hls,rtmp在手机直播中最常见。流数据推到CDN上进行分发。这个过程需要解决网络不稳定的问题,优化一方面在于CDN的优化,一方面是两端的策略优化,例如两端设置缓存,让码率均匀;动态的码率和帧率以适应实时变化的网络状态。

2、服务端处理(转码、录制、截图、抄送审核)

转码:为适配终端和平台,需要对流进行转码,如支持rtmp/hls/flv格式的拉流,支持一路转多路,适配不同网络和分辨率的终端设备。自己搭建转码系统成本很高。

截图、录制和水印:为了审核、直播视频的再消费等需要,直播流需要进行截图

审核:机器对色情画面的监控;人工审核的操作系统

3、播放器(拉流、解码、渲染)

拉流:拉流是推流的逆过程。标准拉流格式有rtmp/hls/flv。rtmp是adobe的专利协议,直播延迟一般在1~3s;hls是苹果提出的基于http的流媒体协议,html5可以直接打开播放,缺点是延时通常大于10s;flv直播延时也能达到1~3s。

解码和渲染:解码是编码的逆过程。为了支持高清,需要选择硬解码。渲染最大的难点不在于画面的绘制,而是音视频的同步。

4、互动系统(聊天室、礼物系统、赞)

这里涉及到的消息的实时性和互动性,大多是用IM的功能来实现的,对服务器的压力也很大。产品策略上会辅助做一些优化,减轻服务器压力,例如限制发消息的频率,每条消息发送对象的上限限制。

礼物系统:实际上也是通过IM消息来实现的,礼物是一种自定义消息,收到消息时可以通过图形渲染出来。面对大量用户刷礼物时,对于礼物的一致性要求很高,一般技术上采用一份数据存多条索引,可以减低对事务的依赖。

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