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直播优化

1. 秒开优化

改写播放器逻辑让播放器拿到第一个关键帧后就给予显示。GOP的第一帧通常都是关键帧,由于加载的数据较少,可以达到“首帧秒开”。如果直播服务器支持GOP缓存,意味着播放器在和服务器建立连接后可立即拿到数据,从而省却跨地域和跨运营商的回源传输时间。

GOP体现了关键帧的周期,也就是两个关键帧之间的距离,即一个帧组的最大帧数。假设一个视频的恒定帧率是24fps(即1秒24帧图像),关键帧周期为2s,那么一个GOP就是48张图像。一般而言,每一秒视频至少需要使用一个关键帧。

增加关键帧个数可改善画质(GOP通常为FPS的倍数),但是同时增加了带宽和网络负载。这意味着,客户端播放器下载一个GOP,毕竟该GOP存在一定的数据体积,如果播放端网络不佳,有可能不是能够快速在秒级以内下载完该GOP,进而影响观感体验。

2. 马赛克、卡顿

如果GOP分组中的P帧丢失会造成解码端的图像发生错误,其实这个错误表现出来的就是马赛克。因为中间连续的运动信息丢失了,H.264在解码的时候会根据前面的参考帧来补齐,但是补齐的并不是真正的运动变化后的数据,这样就会出现颜色色差的问题,这就是所谓的马赛克现象,如图:

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这种现象不是我们想看到的。为了避免这类问题的发生,一般如果发现P帧或者I帧丢失,就不显示本GOP内的所有帧,直到下一个I帧来后重新刷新图像。但是I帧是按照帧周期来的,需要一个比较长的时间周期,如果在下一个I帧来之前不显示后来的图像,那么视频就静止不动了,这就是出现了所谓的卡顿现象。如果连续丢失的视频帧太多造成解码器无帧可解,也会造成严重的卡顿现象。视频解码端的卡顿现象和马赛克现象都是因为丢帧引起的,最好的办法就是让帧尽量不丢。

3. 传输协议优化

  • 在服务端节点和节点之间尽量使用 RTMP 而非基于 HTTP 的 HLS 协议进行传输,这样可以降低整体的传输延迟。这个主要针对终端用户使用 HLS 进行播放的情况。
  • 如果终端用户使用 RTMP 来播放,尽量在靠近推流端的收流节点进行转码,这样传输的视频流比原始视频流更小。
  • 如果有必要,可以使用定制的 UDP 协议来替换 TCP 协议,省去弱网环节下的丢包重传可以降低延迟。它的主要缺点在于,基于 UDP 协议进行定制的协议的视频流的传输和分发不够通用,CDN 厂商支持的是标准的传输协议。另一个缺点在于可能出现丢包导致的花屏或者模糊(缺少关键帧的解码参考),这就要求协议定制方在 UDP 基础之上做好丢包控制。

4. 传输网络优化

  • 在服务端节点中缓存当前 GOP,配合播放器端优化视频首开时间。
  • 服务端实时记录每个视频流流向每个环节时的秒级帧率和码率,实时监控码率和帧率的波动。
  • 客户端(推流和播放)通过查询服务端准实时获取当前最优节点(5 秒一次),准实时下线当前故障节点和线路。

5. 推流、播放优化

  • 考察发送端系统自带的网络 buffer 大小,系统可能在发送数据之前缓存数据,这个参数的调优也需要找到一个平衡点。
  • 播放端缓存控制对于视频的首开延迟也有较大影响,如果仅优化首开延迟,可以在 0 缓存情况下在数据到达的时候立即解码。但如果在弱网环境下为了消除网络抖动造成的影响,设置一定的缓存也有必要,因此需要在直播的稳定性和首开延迟优化上找到平衡,调整优化缓冲区大小这个值。
  • 播放端动态 buffer 策略,这是上面播放端缓存控制的改进版本。如果只是做 0 缓存和固定大小的缓存之间进行选择找到平衡,最终还是会选择一个固定大小的缓存,这对亿级的移动互联网终端用户来说并不公平,他们不同的网络状况决定了这个固定大小的缓存并不完全合适。因此,我们可以考虑一种「动态 buffer 策略」,在播放器开启的时候采用非常小甚至 0 缓存的策略,通过对下载首片视频的耗时来决定下一个时间片的缓存大小,同时在播放过程中实时监测当前网络,实时调整播放过程中缓存的大小。这样即可做到极低的首开时间,又可能够尽量消除网络抖动造成的影响。
  • 动态码率播放策略。除了动态调整 buffer 大小的策略之外,也可以利用实时监测的网络信息来动态调整播放过程中的码率,在网络带宽不足的情况下降低码率进行播放,减少延迟。

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