视频直播架构

一、视频推流端（SDK软件工具）

    1.用户视频采集

         AVFoundation架构：是用来播放和创建实时的视听媒体数据的框架，同时提供Objective-C接口来操作这些视听数据，比如编辑，旋转，重编码。

   2. 视频处理框架 

        GPUImage架构：是一个基于OpenGL ES的一个强大的图像/视频处理框架,封装好了各种滤镜同时也可以编写自定义的滤镜,其本身内置了多达120多种常见的滤镜效果。

   3.视频编码解码

    FFmpeg架构:是一个跨平台的开源视频框架,能实现如视频编码,解码,转码,串流,播放等丰富的功能。其支持的视频格式以及播放协议非常丰富,几乎包含了所有音视频编解码、封装格式以及播放协议。

      X264架构:把视频原数据YUV编码压缩成H.264格式。

  4.视频封装格式

   TS : 一种流媒体封装格式，流媒体封装有一个好处，就是不需要加载索引再播放，大大减少了首次载入的延迟，如果片子比较长，mp4文件的索引相当大，影响用户体验为什么要用TS:这是因为两个TS片段可以无缝拼接，播放器能连续播放。

 FLV: 一种流媒体封装格式,由于它形成的文件极小、加载速度极快，使得网络观看视频文件成为可能,因此FLV格式成为了当今主流视频格式。

5.视频推流

 Librtmp:用来传输RTMP协议格式的数据。

RTMP:实时消息传输协议,Adobe Systems公司为Flash播放器和服务器之间音频、视频和数据传输开发的开放协议。

 二、服务器架构

 1.数据分发（CDN）

 CDN：(Content Delivery Network)，即内容分发网络,将网站的内容发布到最接近用户的网络”边缘”，使用户可以就近取得所需的内容，解决 Internet网络拥挤的状况，提高用户访问网站的响应速度.

CDN工作原理：比如请求流媒体数据

• 1.上传流媒体数据到服务器（源站）
• 2.源站存储流媒体数据
• 3.客户端播放流媒体，向CDN请求编码后的流媒体数据
• 4.CDN的服务器响应请求，若节点上没有该流媒体数据存在，则向源站继续请求流媒体数据；若节点上已经缓存了该视频文件，则跳到第6步。
• 5.源站响应CDN的请求，将流媒体分发到相应的CDN节点上
• 6.CDN将流媒体数据发送到客户端
• 回源：当有用户访问某一个URL的时候，如果被解析到的那个CDN节点没有缓存响应的内容，或者是缓存已经到期，就会回源站去获取搜索。如果没有人访问，那么CDN节点不会主动去源站拿.
• 带宽:在固定的时间可传输的数据总量，比如64位、800MHz的前端总线，它的数据传输率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s
• 负载均衡: 由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助,通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，籍此提供快速获取重要数据，解决大量并发访问服务问题。这种群集技术可以用最少的投资获得接近于大型主机的性能。
• QoS（带宽管理）:限制每一个组群的带宽，让有限的带宽发挥最大的效用。

2.架构选型

          Web层：Nginx＋PHP-FPM，开发迅速，适合团队技术现状，但需要针对服务器，做一定的调优配置。

• 缓存层：Redis主从库、SSDB大容量存储，会在各个业务块儿使用，增加系统性能。
• 存储层：MySQL主从库存储重要业务数据，属性变化不大。MongoDB数据库存储字段不固定变更较多的数值明细记录。SSDB存储观看记录关注等列表较长，且性能要求较高的数据。分表分库上考虑用户注册量和主播播放频率，用户中心、主播播放时长采用了按用户ID Sharding和 按年Sharding两种策略。业务初期暂时没有分库需求。
• 消息队列：实现业务解耦，使用当前较流行的Kafka队列。
• 日志收集：syslog-ng日志收集系统。

三、视频拉流播放端

• 直播协议选择：
  • 即时性要求较高或有互动需求的可以采用RTMP,RTSP
  • 对于有回放或跨平台需求的，推荐使用HLS
• 直播协议对比 :

直播协议对比.png

• HLS:由Apple公司定义的用于实时流传输的协议,HLS基于HTTP协议实现，传输内容包括两部分，一是M3U8描述文件，二是TS媒体文件。可实现流媒体的直播和点播，主要应用在iOS系统
  • HLS是以点播的技术方式来实现直播
  • HLS是自适应码率流播，客户端会根据网络状况自动选择不同码率的视频流，条件允许的情况下使用高码率，网络繁忙的时候使用低码率，并且自动在二者间随意切
    换。这对移动设备网络状况不稳定的情况下保障流畅播放非常有帮助。
  • 实现方法是服务器端提供多码率视频流，并且在列表文件中注明，播放器根据播放进度和下载速度自动调整。
• HLS与RTMP对比:HLS主要是延时比较大，RTMP主要优势在于延时低
  • HLS协议的小切片方式会生成大量的文件，存储或处理这些文件会造成大量资源浪费
  • 相比使用RTSP协议的好处在于，一旦切分完成，之后的分发过程完全不需要额外使用任何专门软件，普通的网络服务器即可，大大降低了CDN边缘服务器的配置要求，可以使用任何现成的CDN,而一般服务器很少支持RTSP。
• HTTP-FLV:基于HTTP协议流式的传输媒体内容。
  • 相对于RTMP，HTTP更简单和广为人知，内容延迟同样可以做到1~3秒，打开速度更快，因为HTTP本身没有复杂的状态交互。所以从延迟角度来看，HTTP-FLV要优于RTMP。
• RTSP:实时流传输协议,定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据.
• RTP:实时传输协议,RTP是建立在UDP协议上的，常与RTCP一起使用，其本身并没有提供按时发送机制或其它服务质量（QoS）保证，它依赖于低层服务去实现这一过程。
• RTCP:RTP的配套协议,主要功能是为RTP所提供的服务质量（QoS）提供反馈，收集相关媒体连接的统计信息，例如传输字节数，传输分组数，丢失分组数，单向和双向网络延迟等等。

1.解码

 * 1.1 解封装 *

• demuxing（分离）：从视频流、音频流，字幕流合成的文件(容器格式（FLV，TS）)中， 分解出视频、音频或字幕，各自进行解码。

* 1.2 音频编码框架 *

• fdk_aac:音频编码解码框架，PCM音频数据和AAC音频数据互转

  

 * 1.3 解码介绍 *

       硬解码：用GPU来解码，减少CPU运算

• 　优点：播放流畅、低功耗，解码速度快，
  * 缺点：兼容不好

• 软解码：用CPU来解码
  • 优点：兼容好
    * 缺点：加大CPU负担，耗电增加、没有硬解码流畅，解码速度相对慢

2.播放

• ijkplayer:一个基于FFmpeg的开源Android/iOS视频播放器
  • API易于集成；
  • 编译配置可裁剪，方便控制安装包大小；
  • 支持硬件加速解码，更加省电
  • 简单易用，指定拉流URL，自动解码播放.

3.聊天互动

• IM:(InstantMessaging)即时通讯:是一个实时通信系统，允许两人或多人使用网络实时的传递文字消息、文件、语音与视频交流.
  • IM在直播系统中的主要作用是实现观众与主播、观众与观众之间的文字互动.
    * 第三方SDK *

• 腾讯云：腾讯提供的即时通讯SDK，可作为直播的聊天室

• 融云：一个比较常用的即时通讯SDK，可作为直播的聊天室