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翻譯 | Alex 技術審校 | 章琦 本文來自OTTVerse，作者為Krishna Rao Vijayanagar。

直播 Easy Tech #011#

直播是指通過互聯(lián)網實時傳輸演出的音頻和視頻內容。隨著實時視頻的流行，直播儼然已成為眾多企業(yè)和組織市場戰(zhàn)略的重要組成部分。直播可用于活動（賽事）直播、提供客戶服務以及舉行網絡研討會等一切內容。

本篇文章將帶你探索什么是直播、直播的工作原理以及如何將它用于你自己的企業(yè)或者組織中。讓我們一起來看一個典型的直播架構，然后為你詳細解釋轉碼、封裝、DRM、廣告插入、基于CDN的傳輸、回放以及其他組成直播管道的服務。

注意：直播管道包含了各種組件、工具和系統(tǒng)，但為了控制文章長度，我并不會在文中提及。比如，我不會在文中深入講解OBS Studio、攝像機、麥克風、綠幕、圖像、Overlay、渲染、后處理和字幕等。但是請繼續(xù)關注我的文章，后續(xù)會帶大家深入探索。

簡介完畢，讓我們一起開始直播旅程吧！

采集并傳送視頻到流媒體軟件或平臺

直播的第一步就是通過攝像機采集視頻。攝像機的分辨率、配置和性能取決于應用程序。如果你在向朋友直播，或許你的筆記本中內置的攝像頭就足夠用了。但如果是直播一場音樂會或者體育賽事，那你最好使用專業(yè)的設備（燈光、攝像機和其他專用設備等）。

在政治集會、音樂會、體育賽事等大型活動中，攝像機饋送使用OB Van（戶外錄影轉播車）通過衛(wèi)星傳輸?shù)睫D播站。這些本地/國家轉播站收到視頻后會對其進行處理，包括添加圖像、Slates（類似于拍攝電影時使用的場記板，以圖像或者短視頻形式插入在直播中）、廣告和提示文字等，然后將視頻發(fā)送給直播管道進行轉碼等操作。

對于較小規(guī)模的視頻制作，可以直接使用OBS Studio等專用軟件在計算機上現(xiàn)場處理攝像機饋送（包括添加圖像、Slates等），然后通過專業(yè)的直播平臺在現(xiàn)場進行壓縮（或在云上壓縮）。

在下一部分，我們將學習直播中最重要的內容——視頻轉碼。

視頻轉碼

視頻編碼是一門在減少視頻數(shù)據(jù)體積大小或碼率的同時而不對其質量產生不良影響（在人類的視覺感知下）的科學，也被稱為壓縮。而視頻轉碼是指重新編碼壓縮文件，但它多了一個編碼之前對傳入視頻解碼的步驟。

通常情況下，視頻轉碼器有很多功能，比如能夠：

• 編碼和解碼不同視頻編解碼器（如H.264/AVC、HEVC、AV1和VP9等）的碼率。
• 在不同的容器格式之間轉換（mp4、ts、fmp4、WebM和mkv等）
• 通過調整（放大和縮小）視頻尺寸而產生不同分辨率的輸出。這對于ABR和多碼率廣播來說至關重要。比如，1080p的輸入可以用來生成1080p、720p、640p和480p的輸出。

視頻轉碼由一系列被稱為視頻編解碼器的算法和工具實現(xiàn)。這些編解碼器被眾多公司和個人經過不斷討論、辯論和實驗后被開發(fā)出來。一旦某個視頻編解碼器被標準化，那么任何人都可以購買許可證并根據(jù)標準來開發(fā)編解碼器。市面上流行的視頻編解碼器包括H.264/AVC、HEVC、AV1、VP9、LCEVC、VVC和EVC等等。

使用HLS和MPEG-DASH的ABR技術

在轉碼以后，被編碼后的碼流被發(fā)送給封裝器，并創(chuàng)建符合ABR的視頻流。

什么是ABR? ABR是視頻傳輸中的一項技術：可以根據(jù)播放器的帶寬和緩沖自適應調整視頻發(fā)送。如果播放器的帶寬條件良好，那么它就會請求高質量視頻版本；如果播放器的帶寬突然下降或者緩沖增加，那么播放器就會請求低質量的視頻以防止過度緩沖。

MPEG-DASH和HLS（HTTP Live Streaming）是主流的基于HTTP的自適應碼率流媒體傳輸協(xié)議

為了支持基于HTTP的ABR視頻流，需要對轉碼器的輸出進行轉換，將其轉換為符合 HLS 或 MPEG-DASH 的視頻流的過程被稱為封裝。封裝過程包括：將視頻拆分為多個切片，然后將視頻切片編號、交付順序、輔助信息、元數(shù)據(jù)等信息記錄下來，并將這份記錄放到被稱為清單（DASH）或播放列表（HLS）的文件中。

這份清單首先被傳送給播放器。根據(jù)清單的指示，視頻播放器可以根據(jù)自身的緩存狀態(tài)和可用帶寬來合理請求視頻切片。

使用DRM和內容保護技術可以保護封裝視頻不被盜版和竊取。我們在下一部分會講到。

直播中的數(shù)字版權管理（DRM）

DRM（Digital Rights Management，數(shù)字版權管理）是指保護視頻內容不被盜版、非法重播、非法下載以及阻止其他未經授權的視頻內容消費的系統(tǒng)或技術。

DRM如何工作？

1. DRM使用對稱加密算法（Symmetric-key algorithms）對視頻內容進行加密，對稱加密算法使用同一把密鑰加密和解密。
2. 首先，通過密鑰（通常為AES-128）將內容加密，然后傳輸給客戶端。這把密鑰由專用服務器提供，安全可靠。
3. 當客戶端想要播放加密視頻，就要向DRM服務器發(fā)送請求獲取解密密鑰。
4. 服務器會對客戶端進行鑒權，如果客戶端通過鑒權，服務器就會將解密密鑰和許可規(guī)則發(fā)送給它。
5. 在收到解密密鑰后，客戶端使用被稱為CDM（Content Decryption Module，內容解密模塊）的安全軟件解密，并解碼視頻，然后將其安全地發(fā)送給屏幕。

有多種許可規(guī)則可供視頻服務提供商配置，從而控制觀看視頻的人群、時間和地點。在大部分商業(yè)DRM實現(xiàn)中，你能：

• 阻止來自某些特定國家的觀眾
• 允許在特定時間內訪問內容
• 防止某個用戶將電影投射到屏幕上
• 阻止免費用戶觀看付費內容
• 阻止在某些特定設備的回放

在減少盜版以及確保內容創(chuàng)作者能夠勞有所得方面，DRM發(fā)揮了重要作用。市面上有很多可以信賴的商業(yè)DRM技術，比如微軟的PlayReady、Google的Widevine和Apple的FairPlay。也有一些DRM供應商提供圍繞DRM解決方案的更多基礎設施，比如添加更多商業(yè)規(guī)則、分析或者視頻服務提供商工具等。

直播中的廣告插入

AVOD（Advertising-based Video On Demand，廣告型視頻點播）是通過在視頻流中插入廣告的方式產生收益的一種視頻點播商業(yè)模式。

按理來說，AVOD服務是免費觀看的，因為視頻服務提供商已經從你每次的觀看或者點擊中獲利。但他們將廣告捆綁到Freemium（是指用免費服務吸引用戶，然后通過增值服務將部分免費用戶轉化為收費用戶）服務中，所以你需要訂閱才能觀看免廣告內容。

VAST（Video Ad Serving Template，視頻廣告服務模板）和VPAID（Video Player-Ad Interface Definition，視頻播放器廣告接口定義）是主要的廣告服務標準，由IAB（Interactive Advertising Bureau，互聯(lián)網廣告署）制定。通過使用這些標準，整個廣告生態(tài)系統(tǒng)在創(chuàng)建、編輯、提供和跟蹤廣告的過程中緊密運作。

在廣告?zhèn)鬏敺矫妫袃煞N在視頻中插入廣告的方法：CSAI（Client-Side Ad Insertion，客戶端廣告插入）和SSAI（Server-Side Ad Insertion，服務器端廣告插入）。

• CSAI是指從視頻播放器向響應廣告創(chuàng)意（Ad creative）的廣告服務器發(fā)出調用。因此，CSAI 是由播放器驅動的。
• SSAI是指將廣告直接插入（拼接到）視頻流中，無需調用服務器來接收廣告。SSAI的優(yōu)勢是能夠避開廣告攔截器（因為廣告是由服務器發(fā)起而非客戶端）。

但是，播放器如何知道在什么時間播放視頻？通過清單或者播放列表發(fā)送到播放器的信息已經被廣告中斷信息修飾過，所以清單將明確指定何時播放廣告、在何處獲取廣告以及向何處發(fā)送廣告跟蹤數(shù)據(jù)。

哪里可以插入廣告？廣告可以插入到視頻播放前（pre-roll）、視頻播放中（mid-roll）或者在視頻結束后（post-roll）。插入位置的選擇取決于視頻服務提供商想要使用哪種廣告位置組合。他們也可以選擇將視頻組合成Ad-pods（YouTube推出的一款廣告產品，它允許廣告主在廣告時間連續(xù)播出兩支廣告。）。

直播中的CDN

CDN（Content Delivery Networks，內容分發(fā)網絡）是分布在世界各地的服務器，用來快速有效傳輸直播視頻。CDN位于視頻播放器和源站之間，負責跨地理區(qū)域分發(fā)視頻內容。CDN通過有效調節(jié)流量、保護服務器免于過載和降低延遲保障了流暢的觀看體驗。

下面是對直播中CDN工作原理的簡單描述：

• 在轉碼、封裝、DRM和插入廣告后，最后視頻流被發(fā)送到源站上（基本上是指Web服務器）。
• 源站的URL（即可用視頻流所在的地址）被配置給CDN。
• 視頻播放器被編程為向CDN請求視頻切片，而不是直接向源站請求。
• 當?shù)谝粋€播放請求到達CDN，CDN緩存中可能沒有內容，于是它便將請求轉發(fā)給源站。當CDN收到來自源站的響應，它緩存住內容并且發(fā)送給播放器。
• 下一次另一個視頻播放器請求同一視頻切片時，CDN首先檢查緩存看是否已緩存過被請求的內容。如果緩存過，CDN將緩存視頻分發(fā)出去；如果沒被緩存過，CDN向源站請求發(fā)送視頻切片。

如下為直播時使用CDN的好處：

• 可擴展的視頻傳輸
• 降低延遲和減少緩存
• 減少源站上的負載
• 提升視頻質量
• 保護源站免遭DDoS攻擊

多屏視頻回放

現(xiàn)在為止，我們已經講了轉碼、封裝、使用DRM保護視頻、向視頻中插入廣告或廣告標記、將視頻存儲在源站上并設置CDN用于傳輸，現(xiàn)在讓我們來學習如何開發(fā)供人們播放和觀看視頻的播放器。

視頻播放器形態(tài)、大小不一，并且它們需要針對操作系統(tǒng)和環(huán)境進行定制。這是因為人們會在不同的設備上觀看視頻，如筆記本電腦、游戲機、智能手機（iOS、Android系統(tǒng)）、智能電視、平板電腦、電視機頂盒（Roku、Chromecast、AmazonFireTV）。由于這種多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，視頻播放器的開發(fā)和維護就需要多種編程技能，包括使用不同的編程語言進行編程，理解DRM、廣告插入和API的使用等。

讓我們來看看不同平臺上使用的視頻播放器：

• Android：Exoplayer
• iOS、tvOS：AVPlayer
• 用于聯(lián)網電視的Roku（用Brightscript所寫）、Amazon Fire TV和Chromecast
• Web/HTML5
• 用于Tizen操作系統(tǒng)和LG WebOS播放器的三星電視AVPlay

也有一些開源播放器，如Exoplayer、VideoJS、HLS.js、Dash.js和Shaka player等。除此之外，許多公司提供收費的視頻播放器并提供支持。這些商業(yè)播放器需要測試與HLS、DASH、DRM、廣告插入和字幕的兼容性，并（常常）帶有用于收集回放信息的擴展API。

視頻分析：QoE和QoS

整個世界都在數(shù)據(jù)上運行，你的直播平臺也不例外。視頻直播提供商應該使用分析服務系統(tǒng)或者構建自己的分析系統(tǒng)來為直播收集使用、QoE和QoS數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)不僅能夠告訴你服務表現(xiàn)，還能證明視頻流管道中每一部分都能通過合適的數(shù)據(jù)質量和數(shù)量來進行優(yōu)化。

播放器中收集到的最重要的數(shù)據(jù)包括：

1. 延遲或者首屏延遲：測量用戶按下播放鍵后視頻顯示的所需時間
2. 緩沖時間：視頻緩沖所需時間
3. 緩沖比：在播放特定數(shù)量視頻后，緩沖時間會達到多少？
4. 播放次數(shù)（開始次數(shù)）
5. 完播次數(shù)
6. 視頻開始前退出：在用戶按下播放鍵以后，用戶會在第一幀顯示前退出嗎？如果發(fā)生了這種狀況，會是什么原因？
7. 對于AVOD提供商而言，追蹤廣告填充率、廣告QoE、完成率和完成四分位數(shù)等（用以優(yōu)化和投遞）十分重要。

獲取訂閱者、視頻等相關信息并將這些數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起所產生的有用數(shù)據(jù)會幫助市場、銷售、內容生產/策劃團隊優(yōu)化他們的未來活動。

訂閱和付費服務

訂閱和付費服務對于管理訂閱者、接受付費、續(xù)訂跟進十分必要，它們可以確保你的PVOD、SVOD和TVOD（PPV）業(yè)務正常運行。大部分人在想象如何構建直播系統(tǒng)的時候，只能想到編碼器和CDN，但事實上，諸如計費、付款、訂閱等輔助服務對于建立和運營您的業(yè)務也至關重要！

TVOD （按次付費）提供商也需要此類服務和工具來管理支付、允許付費用戶（僅限）訪問內容、在特定時間內限制訪問并實行某些限制。這些可以通過支付處理服務、訂閱管理服務和附有租用協(xié)議的 DRM 來實現(xiàn)。

重新“造輪子”毫無意義，花上100個小時自己來構建這些訂閱管理和支付服務，不如直接從現(xiàn)有供應商那里購買。

結語

如你所見，直播需要許多移動組件，這些組件緊密地組合在一起從而獲得出色的用戶體驗。你可以使用開源或 COTS 應用程序自行設置所有組件，又或者可以選擇包含這些組件的 OVP（Online Video Platforms，在線視頻平臺）來快速上線。

在DIY和購買現(xiàn)成產品之間總是要權衡成本、上市時間、維護成本和質量等因素。你最好在仔細調查完所有影響業(yè)務的因素之后，再在二者之間做出決策。

我希望本篇文章能夠為你提供有用的信息，助你理解直播及其工作原理。我們下次再見，祝大家直播愉快！

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致謝

本文已獲得作者Krishna Rao Vijayanagar授權翻譯和發(fā)布，特此感謝。

原文鏈接：

https://ottverse.com/what-is-live-streaming-how-does-livestreaming-work/

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