CDN 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在直播中的應(yīng)用

傳統(tǒng)直播一般是基于CDN網(wǎng)絡(luò)分發(fā)可以支持大規(guī)模并發(fā)(并發(fā)數(shù)取決于CDN網(wǎng)絡(luò)容量)CDN的大文件，小文件分發(fā)不同，由于主播分布區(qū)域分散，一般除了提供播放端的下行分發(fā)網(wǎng)絡(luò)外，還提供上行主播推流匯聚網(wǎng)絡(luò)。只有一些直播內(nèi)容資源集中的業(yè)務(wù)方，會(huì)要求直播CDN直接回到自己的源站。

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上行匯聚

傳統(tǒng)傳統(tǒng)直播CDN上行一般使用RTMP當(dāng)然也有協(xié)議⼀些使用UDP(UDP需要方法SDK合作，業(yè)內(nèi)有人在做，但需要綁定SDK)。此外，它還在國(guó)外使用http-ts推流的方式可以參見nginx-rtmp項(xiàng)目大神開源nginx-ts-module。目前，關(guān)鍵問題在于終端支持，而開源項(xiàng)目只支持HLS和Dash的播放。

除了主播推流，還有一種從聚集點(diǎn)到業(yè)務(wù)方源站拉流的方式。

下行分發(fā)

目前下行分發(fā)一般使用的協(xié)議，rtmp，http-flv，hls三種協(xié)議。網(wǎng)上有很多關(guān)于這三種協(xié)議優(yōu)缺點(diǎn)的文章，一般從終端兼容性、延遲、第一個(gè)屏幕維度考慮，這里不再比較。

rtmp和http-flv

由于rtmp協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)之前交互次數(shù)較多，追求第一屏的直播平臺(tái)一般會(huì)選擇http-flv作為下行分發(fā)協(xié)議，在線環(huán)境測(cè)試的平均效果將增加100-200ms網(wǎng)絡(luò)越差，值越大。rtmp和http-flv延遲可達(dá)3s但由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，延遲過低會(huì)導(dǎo)致卡頓率提高，所以一般CDN用戶接入時(shí)，會(huì)多發(fā)幾秒鐘的數(shù)據(jù)(⼀般是5-8s)，填充播放端緩沖區(qū)，抵抗網(wǎng)絡(luò)端抖動(dòng)。細(xì)節(jié)技術(shù)會(huì)在后⾯面的⽂；文章介紹。

hls

hls對(duì)Android端和IOS端支持好，對(duì)P2P該協(xié)議也得到了很好的支持。該協(xié)議通常用于對(duì)延遲要求較低的直播平臺(tái)（如體育賽事）。hls延遲一般與切片尺寸有關(guān)，一般為6-8s一部電影，這個(gè)大小是普通主播推廣的GOP適配好。過高會(huì)導(dǎo)致延遲加⼤；大，太低，切片中可能沒有關(guān)鍵幀。一般m3u會(huì)有三個(gè)文件ts文件，播放器；下兩片后開始播放，同時(shí)下第三片。因此一般hls的時(shí)延在15s左右。

當(dāng)然，如果用戶減少GOP(1s)，CDN根據(jù)切片方式配置切片方式GOP切片的方式，HLS實(shí)際上也可以做到5s內(nèi)部延遲。當(dāng)然，缺點(diǎn)是卡頓率會(huì)增加。

其它協(xié)議

dash和hds

類似hls的還有dash和hds。dash在國(guó)外使用較多，實(shí)際上是原生的nginx-rtmp就支持dash，但國(guó)內(nèi)使用較少。hds是adobe自己的切片協(xié)議，一般很少有開源項(xiàng)目支持(SRS支持，但是應(yīng)該沒有商用CDN使用)。

http-fmp4

由于Adobe宣布退出Flash，研究中也有平臺(tái)⼀；B站開源等替代技術(shù)flv.js，在頁面上使用js將flv轉(zhuǎn)封裝為fmp然后就可以用了H5進(jìn)行觀看。

個(gè)人也在研究CDN端加入http-fmp支持4，其實(shí)問題還是挺多的。fmp雖然4可以支持流式播放，但與flv和ts這種自然的流式傳輸協(xié)議是不同的，fmp其實(shí)問題還是比較多的。

fmp放置4個(gè)視頻頭moov中的(stsdbox下)，在直播中會(huì)遇到變碼率，重新發(fā)送視頻頭，這對(duì)于fmp4實(shí)際上是不支持的。

一個(gè)moof因?yàn)榉艓讕瑪?shù)據(jù)的問題，mp4的box是按照box長(zhǎng)度 box標(biāo)簽 box因此，在打包之前，必須知道所有數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度moof。這必然需要收到很多幀才能個(gè)moof包，這種方式其實(shí)對(duì)直播不好(dash沒有這個(gè)問題)。當(dāng)然也可以⼀；一個(gè)數(shù)據(jù)幀moof但這取決于是否接受每幀前添加一個(gè)moof的開銷。

補(bǔ)充：nginx-rtmp中的dash包裝也包裝fmp四種方式。一般是一個(gè)GOP或者10M數(shù)據(jù)打成一個(gè)moof。

UDP

UDP方法，上述上述上行使用UDP分發(fā)⼀；樣品，向下使用UDP標(biāo)準(zhǔn)化問題也存在，也存在SDK配合問題。當(dāng)然，對(duì)于直播來說，追求卡頓率和極端延遲，UDP后續(xù)必然是一種趨勢(shì)。⾯；我們將在互動(dòng)直播中詳細(xì)討論。

轉(zhuǎn)碼

CDN一般提供轉(zhuǎn)碼服務(wù)，按分類可分為在線轉(zhuǎn)碼和離線轉(zhuǎn)碼兩部分。

在線轉(zhuǎn)碼

一般來說，我們將截圖、水印、直播轉(zhuǎn)碼分為在線轉(zhuǎn)碼，直播轉(zhuǎn)碼分為主動(dòng)轉(zhuǎn)碼和被動(dòng)轉(zhuǎn)碼。

直播截圖一般用于一些審核業(yè)務(wù)，如直播鑒黃。還有直播平臺(tái)上主播封面的貼圖(這種貼圖一般會(huì)定期更新)。

水印是在主播的視頻中添加直播平臺(tái)的標(biāo)簽，類似于電視臺(tái)的標(biāo)簽。這種方法可能是按需的。例如，一些主播可以在推出前使用直播平臺(tái)提供的直播工具打印水印，但一些主播使用水印OBS需要推流CDN加水印。你可以通過添加參數(shù)告訴我CDN是否需要加水印。

主動(dòng)轉(zhuǎn)碼，即用戶流向CDN后就按照客戶需求將源流轉(zhuǎn)為幾路子碼流，播放端可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況選擇播放碼率(如標(biāo)清，高清，超清等)。這樣，由于子流已轉(zhuǎn)出，可以保證首路播放的首屏?xí)r間。然而，并非所有的主播都被觀看。在實(shí)際的大型直播平臺(tái)上，很大一部分主播沒有觀眾，轉(zhuǎn)碼也是⼀；資源消耗量大的業(yè)務(wù)，主動(dòng)轉(zhuǎn)碼CDN計(jì)算資源消耗量很大。

被動(dòng)轉(zhuǎn)碼，即觀看子碼流再轉(zhuǎn)碼，將大大降低計(jì)算資源的消耗。一般來說，大型直播平臺(tái)會(huì)選擇被動(dòng)轉(zhuǎn)碼，因?yàn)閷?duì)于大型主播來說，第一人的第一屏影響可以忽略不計(jì)。

對(duì)于直播轉(zhuǎn)碼，一般會(huì)有階梯轉(zhuǎn)碼，比如根據(jù)主播的代碼率決定轉(zhuǎn)幾檔。對(duì)于被動(dòng)轉(zhuǎn)碼，可以選擇只轉(zhuǎn)出幾個(gè)常用的代碼率，根據(jù)需要選擇不常用的代碼率。這些都是CDN優(yōu)化直播資源。

離線轉(zhuǎn)碼

直播中離線轉(zhuǎn)碼主要處理直播錄制文件。

與直播不同，點(diǎn)播通常更常用的協(xié)議是mp4和hls，直播一般用于錄制flv和hls。因此，錄制后需要將錄制文件轉(zhuǎn)包mp4或hls。

輪播類似于電視臺(tái)體育賽事的錄播功能。剪輯直播內(nèi)容后，在一定時(shí)間內(nèi)(通常是主播的下播時(shí)間)循環(huán)播放，錄制文件一般用來推直播流。

對(duì)于一些直播內(nèi)容，業(yè)務(wù)方需要審核，審核完成后再直播。如有問題，及時(shí)切斷，有問題的內(nèi)容不再播放。這個(gè)時(shí)間一般在10分鐘以上。一般直播引擎使用內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)cache，因此，對(duì)于這種長(zhǎng)期的延遲，錄制文件通常被定期轉(zhuǎn)換為直播流。

FLV H.265(HEVC)

官方標(biāo)準(zhǔn)FLV實(shí)際上是不支持的H.但目前很多直播平臺(tái)都是為了降低帶寬成本，CDN還應(yīng)推出業(yè)務(wù)需求FLV H.支持265，一般定義CodecID是12，轉(zhuǎn)碼需要正確ffmpeg修改，參考實(shí)測(cè)效果，H.265的轉(zhuǎn)碼比H.264大很多，對(duì)終端的要求也比較高，目前應(yīng)用不是很廣泛，還處于技術(shù)孕育階段。

錄制

直播錄制一般可以使用flv和hls兩種，nginx-rtmp的record模塊支持flv的錄制，hls模塊支持hls錄制(配置不清除分片)。

為什么不用mp主要看mp4.包裝結(jié)構(gòu)與直播特點(diǎn)的兼容性：一般支持mp4的fast-open，會(huì)把moov頭放在文件前面，mdat放在后面。由于mp4對(duì)各平臺(tái)H由于5的支持，視頻平臺(tái)通常會(huì)支持它mp4作為點(diǎn)播源的封裝格式。只需下載播放器moov頭，可以根據(jù)moov中stco標(biāo)記的每⼀；幀的位置拖動(dòng)視頻。但在直播中，數(shù)據(jù)幀實(shí)時(shí)增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀實(shí)時(shí)增加moov頭部會(huì)一直變化，后面數(shù)據(jù)幀的偏移位置無法確認(rèn)，因此無法確認(rèn)moov頭到底有多大，moov的mdat在整個(gè)mp4中的偏移量無法確定，如何確認(rèn)？moov中stco的偏移量。因此CDN一般來說，對(duì)流傳輸更為親和flv和hls。

當(dāng)然，mp4也可以像HLS⼀；樣分片存儲(chǔ)，但我們更傾向于后兩種方式。直播轉(zhuǎn)點(diǎn)播mp4.通常在完成直播后轉(zhuǎn)包裝mp四、或播放超過⼀mp4文件，如1小時(shí)。

時(shí)移

目前時(shí)移多用HLS也有人用flv是的，但需要對(duì)flv大文件分片。在直播中，時(shí)移通常需要配合錄制⼀；開始使用。

鑒權(quán)

鑒權(quán)分為上行鑒權(quán)和下行鑒權(quán)。

直播鑒權(quán)一般有以下幾種:

referer鑒權(quán)主要是下行http用，根據(jù)referer白名單或黑名單。更容易破解。

上下都可以使用簽名算法。一般來說，直播平臺(tái)是基于用戶的key和timestamp加上用戶的參數(shù)secret算出⼀個(gè)signature，帶給用戶signature進(jìn)行比較。timestamp保證signature在⼀；定時(shí)間(一般為分鐘級(jí))范圍內(nèi)有效。當(dāng)然，直播平臺(tái)不可能key在客戶端代碼中，一般直播平臺(tái)都會(huì)有⼀signature的方法。

回源鑒權(quán)，可上下使用。當(dāng)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)CDN后，CDN向業(yè)務(wù)平臺(tái)API服務(wù)器；請(qǐng)求由業(yè)務(wù)平臺(tái)判斷是否放行。下行為保證了第一個(gè)屏幕，一般采用異步的方式，即向業(yè)務(wù)平臺(tái)API服務(wù)器；發(fā)送鑒權(quán)請(qǐng)同時(shí)放行播放端。獲得鑒權(quán)結(jié)果后，如果是禁播，觀眾將被禁播接口切斷。

一般CDN可以支持以上一種或多種鑒權(quán)進(jìn)行使用。

其它業(yè)務(wù)

其他業(yè)務(wù)還包括斷流、禁播、開停播通知、觀看⼈；人數(shù)統(tǒng)計(jì)等。

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