直播基本原理

直播通信過程

• 主播客戶端在分享自己的音視頻媒體流之前，首先要向信令服務器發送“創建房間”的信令
• 信令服務器收到該信令後，給主播客戶端返回一個推流地址（CDN 網絡源站地址）
• 此時，主播客戶端就可以通過音視頻設備進行音視頻數據的採集和編碼，生成 RTMP 消息，最終將媒體流推送給 CDN 網絡
• 當觀衆端想看某個房間裏的節目時，要向信令服務器發 “加入房間”消息
• 信令服務端收到該消息後，會根據用戶所在地區，分配一個與它最接近的“CDN 邊緣節點”
• 觀衆客戶端收到該地址後，就可以從該地址拉取媒體流了

CDN網絡

• 先要先在各運營商內構建雲服務，然後再將不同運營商的雲服務通過光纖連接起來，從而實現跨運營商的全網 CDN 雲服務
• 每個運營商雲服務內部包括了多個節點，按功能分爲 3 類：
  • 源節點，用於接收用戶推送的媒體流
    • 源節點接收到媒體數據後，會主動向各個主幹結點傳送流媒體數據，這樣主幹結點就將媒體數據緩存起來了
  • 主幹結點，起到媒體數據快速傳遞的作用
    • 比如與其他運營商傳送媒體流，或者緩存源站數據
  • 過緣節點，用於用戶來主動接流
    • 一般邊緣節點的數量衆多，但機子的性能比較低，它會被佈署到各地級市，主要解決網絡最後一公里的問題

CDN就近接入

• 當用戶訪問 CDN 網絡時，它首先通過智能 DNS 獲取與用戶距離最近的邊緣節點
  • 傳統 DNS 不判斷訪問者來源，當有多個 IP 地址可用時，DNS 會隨機選擇其中一個 IP 地址返回給訪問者
  • 而智能 DNS 會判斷訪問者的來源，也就是說，它會對訪問者的 IP 地址做判斷，對不同的訪問者它會返回不同的 IP 地址
    • 智能 DNS 可以根據用戶的 IP 地址找到它所在的地區、使用的運營商等。通過這些信息，它就可以讓訪問者在訪問服務的時候，獲得最優的 CDN 邊緣節點，從而提升服務的質量
• 用戶在自己地區所在的運營商接入網絡，而跨運營商、跨地區的數據傳輸交由 CDN 網絡使用專用網進行傳輸，這樣就可以讓用戶享受到更好的音視頻服務質量了

協議

• 一般使用RTMP推流到CDN，用戶再使用HLS協議從CDN拉流

RTMP

• 全稱 Real Time Messaging Protocol ，即實時消息協議

• 但它實際上並不能做到真正的實時，一般情況最少都會有幾秒到幾十秒的延遲

• 底層是基於 TCP 協議的

  • 在使用 RTMP 協議傳輸數據之前，RTMP 也像 TCP 協議一樣，先進行三次握手才能將連接建立起來
  • 當 RTMP 連接建立起來後，你可以通過 RTMP 協議的控制消息爲通信的雙方設置傳輸窗口的大小（緩衝區大小）、傳輸數據塊的大小等

• 優點

  • RTMP 是專爲流媒體開發的協議，對底層的優化比其它協議更加優秀
  • 同時它 Adobe Flash 支持好，基本上所有的編碼器（攝像頭之類）都支持 RTMP 輸出

• 缺點

  • 基於 TCP 傳輸，非公共端口，可能會被防火牆阻攔
  • 爲 Adobe 私有協議，很多設備無法播放，特別是在 iOS 端，需要使用第三方解碼器才能播放

HLS

• 全稱 HTTP Live Streaming，是蘋果公司實現的基於 HTTP 的流媒體傳輸協議

• HLS 協議的本質就是通過 HTTP 協議下載文件，然後將下載的切片緩存起來

• 由於切片文件都非常小，所以可以實現邊下載邊播的效果

• 優點

  • 而 HLS 使用的是 HTTP 協議傳輸數據，避免了防火牆攔截
  • 瀏覽器天然支持 HLS 協議，而 RTMP 協議需要安裝 Flash 插件才能播放 RTMP 流

• 缺點

  • 實時性差
    • 由於 HLS 往往採用 10s 的切片，所以最小也要有 10s 的延遲，一般是 20～30s 的延遲，有時甚至更差
    • HLS 使用的是 HTTP 短連接，且 HTTP 是基於 TCP 的，所以這就意味着 HLS 需要不斷地與服務器建立連接

• HLS將多媒體文件或直接流進行切片，形成一堆的 ts 文件和 m3u8 索引文件並保存到磁盤。當播放器獲取 HLS 流時，它首先根據時間戳，通過 HTTP 服務，從 m3u8 索引文件獲取最新的 ts 視頻文件切片地址，然後再通過 HTTP 協議將它們下載並緩存起來。當播放器播放 HLS 流時，播放線程會從緩衝區中讀出數據並進行播放

FLV

• LV (Flash Video) 是一種在網絡上傳輸的流媒體數據存儲容器格式。

  • 格式相對簡單輕量，不需要很大的媒體頭部信息，因此加載速度極快
  • 採用 FLV 格式封裝的文件後綴爲 .flv

• 由於 FLV 是流式的文件格式，所以它特別適合在音視頻錄製中使用

• 整個 FLV 由 The FLV Header, The FLV Body 以及其它 Tag 組成

  • FLV 相較 MP4 等多媒體文件，它的文件頭是固定的，音視頻數據可以隨着時間的推移隨時寫入到文件的末尾
    • MP4 之類的文件，文件頭是隨着數據的增長而增長的，並且體積大，處理時間長
  • 這樣的文件結構有一個天然的好處，就是你可以將音視頻數據隨時添加到 FLV 文件的末尾，而不會破壞文件的整體結構
    • 在衆多的媒體文件格式中，只有 FLV 具有這樣的特點。像 MP4、MOV 等媒體文件格式都是結構化的，也就是說音頻數據與視頻數據是單獨存放的。當服務端接收到音視頻數據後，如果不通過 MP4 的文件頭，你根本就找不到音頻或視頻數據存放的位置

• FLV文件本身需要flash插件才能在PC端播放
  • 目前，各大瀏覽器廠商默認都是禁止使用 Flash 插件的。之前常見的 Flash 直播方案，到現在已經遇到極大的挑戰。因爲它需要用戶在瀏覽器上主動開啓 Flash 選項之後纔可以正常使用，這種用戶體驗是非常糟糕的
• flv.js 項目可以解析 FLV 文件，從中取出音視頻數據並轉成一種 MP4 格式，然後交給 HTML5 的<video>標籤進行播放
  • 通過這種方式，使得瀏覽器在不借助 Flash 的情況下也可以播放 FLV 文件了

參考

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/48100533