世界杯结束了但是世界杯高清直播背后的黑科技还没聊完

2018-08-02 16:26:42  A+ A-

  俄罗斯世界杯结束了,相信不少朋友一定发现了今年央视网、央视影音直播比赛时的清晰度和流畅度都超赞。近期我们邀请了腾讯云高级产品经理高海琦、高级工程师卢林为大家解析央视高清极速直播背后的技术细节,以及腾讯云如何在 PK 中胜出、如何在一周内完成央视网极速高清服务私有化部署等不为人知的故事。

  李海琦:如果问他(直播嘉宾卢林),他肯定说我经常给技术挖坑,还好,主要的坑来自于需求的变更,比如客户需求变化,或者根据数据分析做出变更,不过现在的技术会在架构上做得更加灵活,相对以前来说,应对变更会好很多。

  卢林:我们专门为产品填坑。给大家分享一个故事吧,我们部门团建的时候,小伙伴们会抱着一块石头扔向海里,然后大声喊:产品经理我恨你。

  其实,从技术的角度来说,我认为只要做得足够灵活或者兼容,任何一个产品形态都是有可能实现的,大家比较抵触的是产品没有意义,而不是说在技术上不能实现它。李海琦:有你这句话我就放心了。

  李海琦:我觉得产品经理要懂技术,大概有三个原因,一是只有懂技术才能跟后台或者开发者沟通得了;二是当需求来了,作为一个产品经理要判断这个需求能不能做,做起来大概多长时间,并不是所有的需求都要去接;三是只有懂一些技术原理,以及技术的演进方向,才能对整个后期产品的迭代做出更好的规划。

  卢林:我觉得工程师肯定要具备产品思维,一方面,当你知道一款产品的发展套路后,你才可能针对后期发展在技术上做一些兼容、设计出更加灵活的接口。另外当你了解了产品,你才能更懂用户需求。作为一名开发懂用户需求非常重要,我们开发者跟人接触的机会很少,主要通过一些数据去了解用户的心理,然后在技术上做一些调整,比如,你发现用户对某些功能很感兴趣,然后在这些方面做出优化,并不是说所有的需求都是产品提的,不信你看看现在做得好的产品都是技术出身。

  李海琦:作为云服务厂商,客户对我们最基本的要求就是稳定,满足稳定性要求之后,针对这种大型赛事,最根本的要求是低延时和高清;另外,我们对极速也做一些处理。基本上我们所有的工作都要围绕这几点去做,但是这几个点之间要做权衡,比如满足了第一点,第二点就要差一些,满足了第二点,第三点可能就要差一些,我们需要做出一个最优化的选择,满足客户需求。

  卢林:其实对于任何一个直播 APP 来讲,大家关注的一般都有三点:延时、卡顿、清晰度,但是这个东西就很像大数据里边的 CAP 模型,往往你只能够达到其中的两项,很难在三项里头达到一个最优的解。这里又存在一个极限条件,极限条件就是用户的网络状况,很多时候我们需要做的就是根据用户的网络,给用户更低的延迟,更清晰的视频和更少的卡顿。

  卢林:对于任何一家直播 APP 都有几个明确的关注点,第一是系统的可靠稳定性,央视这回提出的要求是 7×24 工作;第二,这个服务对它的系统是无侵入性的;第三,你的评分和质量标准在同类竞品中是最优的;最后也是最重要的一点,央视希望能够做私有化部署,现在越来越多的服务会选择云服务,但是有一些特殊的服务还是希望做私有化。举个例子,虽然银行可以提供保险柜服务,但是有些人还是希望保险柜放在自己的家里,腾讯云能够满足这一要求是因为设计这套系统之初,我们就遵从了所有模块不直接依赖的原则,即基于网络来调用整个接口。

  李海琦:通俗点讲,高清直播服务就是根据画面的变化动态调整编码参数,让用户以更低的带宽成本,或者客户以更低的带宽成本获得更高清的画质服务。

  卢林:高清直播原理就是把码率放在该放的地方。我们知道,一段视频的画面,有时候是静态的,有时候是动态的,当视频是静态的时候,它需要的码率往往比较低,如果视频在运动,它需要的码率比较多,因为这个时候,画面变更比较多,我们需要做的是静态的时候压缩画面的码率。

  但是,这不是一个简简单单的压缩,比如对某些图片的位置是不能压缩的,如果把图标都压缩的不清楚了,用户是很有感知的,通过对用户视觉进行研究,我们还发现用户对低频的信号比较敏感,对高频的信号不太敏感,所以要做的是强化低频信号,弱化对高频信号的处理。

  另外,对于动态视频,往往需要增加码率,但是不能一直增加,而是应该尽可能小的增加码率,因为码率太多了,对用户的网络就会有要求。在这个方面,我们会用到运动补偿,在运动补偿的方向上我们会做一些数据压缩,保证整个视频的码率足够小,而清晰度不会受到明显影响。

  卢林:运动补偿更多的是算法层面的问题,我们都知道,一张图片跟另一张图片之间假设是运动的,运动的可能只是其中的某一个实体,我们可以把变化的区域框定出来。因为还有很多是不变化的,不变化的,我们只需要记录最原始的基础量,变化的部分我们记录变化量,我们需要压缩的就是变化量。

  那变化量的整个运动是什么情况呢?哪一部分变化比较多?你可以在编码器里进行一个划块处理,对其中比较高频的部分进行一定的忽略,对低频的部分进行一定加深,通过这个 DCT 变化模型,忽略掉不影响清晰度质量的成分,保留其中最主要的成分。大概就是这样,如果你有兴趣,我建议你去看一下 SAT 算法和 STAT 算法。

  李海琦:我们从年初就开始做高清技术服务了,为什么要做这件事呢?我们发现直播行业对带宽成本的支出非常看重,因为带宽成本在整个运营支出里占了相当大一部分,为此我们提前做了很多技术储备,在保证用户观看质量的情况下,把带宽的成本给降下来。

  二三月份我们的服务开始接入一些泛娱乐直播,主要是游戏直播,比如今年比较火的吃鸡游戏,之前的 LOL、王者荣耀等,我们在跑这些模型的时候不断做优化。三四月左右,我们觉得这项技术可以在体育场景里落地,于是开始做大量准备工作。比如,我们从网上爬了一些足球类的视频,针对不同的场景,比如说远镜头、近镜头,足球的运动轨迹等做了一些特定的学习模型,但是这个东西拿出去用户不一定认可,虽然在游戏里面跑的还不错,于是 4 月份我们决定实践一下,接了第一家足球场景的落地客户——中超,后来又接了英超。

  我们发现中超和英超的节奏是完全不一样的,英超的节奏比较快,中超的节奏相对来说会慢一些,我们觉得这一块是需要优化的,因为世界杯的队伍来自于世界各地,节奏会有不同,所以在这一方面我们做了大量工作。

  这次世界杯直播,腾讯云的极速高清服务被央视网选中,这个过程顺利吗?期间有没有可以跟大家分享的曲折故事?

  卢林:我刚才提到,央视要求的是私有化,对我们来说,挑战就是要自己去装服务器,装机布网络。在世界杯期间,我们发现一个很有意思的现象,当我们接入央视的时候,来流的时间戳是连续递增的。

  做直播的都会知道, DTS、PTS 出现反转或者 DTS 发生跳变是很难处理的,那么为什么 DTS 会发生跳变呢?因为上端出流的是一个硬件设备,这个硬件设备是双击热备份的。当其中一台机器宕机,它会立马切到另外一台机器,这时候两台机器保证时间的连续性在业界是一个不可解决的问题,你只能够减少两者之间的差距,不可能实现完全精准的同步,时间戳就会发生一个跳变。那时间戳发生跳变会有什么样问题呢?当把这个流下发去之后,用户侧根据这个时间来拉取分片的时候,如果时间跳的过多,就有可能导致在某一档节目当中穿插了另外一档节目,用户看到的就是一个串流。

  我们部署完的第一天就发现了这个问题,但是当我们第一次提出这个问题的时候,很多人都不相信,为什么呢?因为整个链路运行的时间比较久了,也没有用户投诉。很巧的是,当天晚上就有用户上报了这个异常,而且这个异常还比较严重。

  为什么我们可以第一时间发现这个问题?首先我想问大家一个问题“你对程序当中语法错误和语义错误是怎么样看待的?”语法错误,举个最简单的例子,如果大家用过 C 语言库你应该知道,Memory copy 和 Free 两者是有明显的差异。比如 Free 里面你可以传入空指针,它会做一个处理,但是像 Memory Copy 你传入了空指针,它真的会死给你看。为什么?在我看来这就是一个语法和语义的兼容性问题。语法上的错误可以兼容,但语义上的错误绝不可以兼容,不然你就在第一时间死给他看,让他明明白白知道自己错在了哪里,让他去改。

  卢林:深度学习主要用在场景的识别。就是输入一个视频应该尽快确定它的场景,之后你才会根据场景通知编码器,编码器才会根据场景选择一个最优的编码参数。这里分了两节模型,第一节模型是一个大的分类,比如足球、篮球;第二节分类,比如在篮球里面,视频属于什么场景,运动剧不剧烈,要进球了还是在跑动的过程当中,这里我们用的是 CNN 加 RNN 的方式识别视频场景。

  其实大家都能知道,CCN 已经很成熟了,我们要做的就是让它在普通的 CPU 上能够有更好的表现,即能够使用更低的 CPU,得到更快的识别结果。在这方面,我们会用到一些其他的技术,不仅仅是图片识别,我们都知道在视频里面,很多图片都是相似的,我们会把相似的图片过滤掉,那怎么过滤掉这个部分呢?有兴趣的同学,我建议你去看一下特征值识别,因为在这种场景下,特征值识别是非常快的。

  李海琦:现在直播的技术比较成熟,无非会遇到一些跟终端适配,或者一些客户的特别需求,在保障用户稳定性方面,我们是基于整个腾讯云、CDN 侧的,包括我们的出口带宽现在已经到一百 T 了,还有我们的 CDN 节点,全球已经有一千三百多个节点左右,这些是保障直播的基础。

  另外,我们现在开始做的一些技术,比如跟视频 AI 的结合,是在为行业趋势做准备,这个目前应用不是特别广,但我相信随着终端的发展以及网络的发展,这一块还是很有潜力的。

  李海琦:视频直播在国内已经发展到一个瓶颈期,或者说稳定期了,我们觉得未来大家可以关注一下这几点:一是目前炒的比较热的 5G,我们目前也在为 5G 积极地做一些准备,更高清超清,4K 这些都是有可能的;二是视频互动,这也是一个趋势,前几年直播比较火,从去年开始短视频比较火,接下来可能是视频互动,特别是在网速进一步提升,终端能力进一步加强的情况下,互动视频这一块也是值得关注的;第三是视频的碎片化应用,也是未来值得关注的点。

  腾讯云在视频行业,特别是在视频云这块,在国内大概有 70% 以上的客户,因为毕竟我们有多年做 QQ 音视频的技术积累,所以我们也会实时关注整个行业的进展,以及后面新的技术趋势,大家也可以实时关注腾讯视频云的一些产品方向和括技术方向。

  腾讯云作为视频云行业的领军者,凭借腾讯丰富的视频,通讯技术经验,结合大数据和人工智能技术,服务于直播、短视频、点播等各领域的龙头企业,为视频行业发展助力。

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