运营级低延时网络直播平台建设解决方案

因此，这种应用场景对直播延时有着极其高的要求，采用通用的直播平台技术是无法实现的，比如阿里、腾讯、金山、七牛、花椒、映客、快手、斗鱼、Vhall等直播平台的端到端延时通常都在3秒左右，而且他们在iOS终端上的延时更高，并且不支持在多终端上通过内置的浏览器低延时播放。所以，这种直播平台必须采用专业的技术自己搭建才能实现。

此外，对于运营级的视频直播发布平台来说，必须支持多服务器负载均衡和CDN分布式部署才能实现，我们的实现方案采用的是纯软件方式来自主实现负载均衡和CDN内容分发，这种方式比采用F5的负载均衡设备要节省十倍以上的成本，是真正适合大规模运营的可行性方案，其架构模式和优酷、腾讯视频、爱奇艺、抖音这种重量级的视频平台一样，同时具有超高的并发访问性能，单台服务器可以支持5000并发用户同时访问。

第2章方案的实现原理

针对这种特殊应用场景，我们的方案采用如下方式来实现。

低延时直播系统原理图

该方案主要由四部分组成：

1. 低延时直播工作站

实现前端的信号采集和编码功能，该部分采用我们自己的专利技术来实现，主要用到低延时的直播编码技术和低延时的推流技术，在这个环节产生的延时低于50ms；

2. 低延时直播服务器

实现直播数据流的实时转发，在这部分我们采用如下自主核心技术来实现。

1）超低数据缓存技术

服务器接收到前端编码器推送过来的数据流以后，只缓冲几帧图像就开始转发数据给下级服务器或者客户端播放器；

2）高性能流媒体处理技术

对于实时的流媒体数据流，我们采用自主技术对音视频数据进行解封装，然后再按照用户需要的格式进行快速打包封装，同时采用多线程异步处理机制来进行大数据量的处理。该功能模块采用C++语言编码实现，具有极高的运行效率，单台普通配置的硬件服务器可以支撑2000并发用户访问。

3. 低延时CDN分发服务器

在大规模分布式应用场合，需要部署CDN内容分发系统来承载数量更大、分布范围更广的用户访问。同时，根据特定的应用需求，我们不能采用市面上通用的CDN系统来实现内容的分发（比如Akamai、Amazon、网宿、帝联、蓝汛、阿里、腾讯），因为他们的CDN平台是为通用场景开发的，直播数据的分发延时通常都在3秒以上。因此这个低延时的直播CDN系统必须自建。

这里，我们用到的专利技术主要包括：

基于UDP的低延时流媒体数据转发技术；
多服务器负载均衡技术；
智能路由技术；

4 . 低延时终端播放器

这是控制直播延时的一个关键环节，因为前面诸多环节即使延时控制得很低，在这个环节一旦产生较大的数据缓存，就会严重影响整个系统的效率。因此，在这个终端播放环节我们开发了自主实现的视频播放器，从而有效控制终端的解码延时。

在这里，我们用的的核心技术包括：

1. 超低数据缓存技术

播放器端接收到数据流以后，只缓冲几个关键帧就将音视频数据送给解码器；

2.实时解码技术

解码器接收到音视频数据后，立刻启动解码功能进行音视频的解码；

3.多终端适配技术

针对当前主流的客户端设备，我们开发了终端自适应播放插件，可以兼容PC端的主流浏览器（Fifrfox、Chrome、Safari、IE），Android端的HTML5浏览器、iOS端的HTML5浏览器、微信客户端。

方案架构图：

第3章平台的建设和部署

在平台的建设环节，主要包括如下具体工作：

3.1 直播前端设备

3.1.1 高清信号源 

信号源可以是高清摄像机、电脑游戏画面、电视画面等。

3.1.2 现场直播工作站

该设备用来实现节目源信号的实时采集、编码和推流功能，要保障直播采集的画面清晰，同时延时很多（50ms以内）。

该工作站硬件可以采用通用的PC机、工控机或者服务器来实现，工作站上安装高清视频采集卡。同时，安装我们提供的低延时直播采集编码软件。

注意：不能采用OBS或者其它类型直播软件，那些都无法做到低延时的直播。

3.2 低延时直播服务器

服务器硬件方面：

该服务器可以采用通用品牌的服务器，比如DELL、HP、IBM、联想、浪潮等，

也可以租用网络服务器或者云服务器，比如从Amazon、阿里云、腾讯云或其它网络服务器提供商那里租用服务器。

低延时直播服务器配置要求：

CPU: Intel EXON E5-2650

内存：>16GB

硬盘：>1TB

操作系统：CentOS 7.4 X64

出口带宽：>100Mb/s

应用软件：低延时流媒体直播服务系统

3.3 低延时CDN分发服务器

用来组建CDN内容分发网络，从而为终端用户提供更好的服务质量。

CDN服务器主要用来实现直播数据流的转发和直播负载发布功能，它一端连接低延时直播服务器源站，接收源站直播服务器分发过来的节目源；一端连接终端用户，为终端用户提供实时的直播内容服务。因此，该服务器上部署有CDN内容分发软件系统和低延时流媒体直播服务系统。同时，（Q，1918098288）多台分布式部署的CDN服务器组成一个CDN内容分发网络，多台服务器之间可以实现负载均衡，共同为分布在各地的用户提供更可靠的服务。

低延时CDN服务器配置要求：

CPU: Intel EXON E5-2650

内存：>16GB

硬盘：>1TB

操作系统：CentOS 7.4 X64

出口带宽：>100Mb/s

应用系统：低延时流媒体直播CDN系统

3.4 低延时播放终端

用于实现多终端上的视频回放功能。这部分是一套软件系统，以按需加载方式在多终端上运行，无需事先安装。

第4章平台的技术指标

4.1 直播延时指标

在同一电信运营商网络环境下，端到端的直播延时通常在500ms以内；

在跨国电信运营商网络环境下，端到端的直播延时通常在800ms以内；

4.2 并发性能指标

经过实际测试，我们的低延时直播服务器软件系统的并发性能指标如下：

服务器硬件配置环境：

CPU：Intel E5-2650

内存：16GB

硬盘：120GB固态硬盘

网卡：Intel X520-SR2 万兆光纤网卡x5

服务器操作系统：

CentOS x64 7.4

直播码流：2Mb/s

图像分辨率：1280x720

视频编码格式：H.264 Main Profile

并发性能指标：3500并发直播接收

峰值CPU占用率：42%

平均CPU占用率：35%

平均内存占用率：36%

第5章平台建设周期和费用

5.1 平台建设周期

本着节省投资，逐步投入，按需扩容的原则，前期规模较小的情况下，我们主要完成基础功能模块的搭建，不进行CDN系统的建设，这种情况下平台建设的主要工作内容如下：

5.1.1 准备好直播信号源

选择好直播场地以后，准备好直播信号源。如果需要用摄像机采集画面，需要将摄像机采用三脚架、吊顶或者壁挂方式进行安装，调整好方位和焦距。

5.1.2 准备好直播工作站

可以自行采购i7以上的PC机或者工控机，以及服务器，然后根据直播的信号源数量采购相应的高清视频采集卡，安装好Windows 7 64位以上版本的操作系统，装好采集卡驱动程序。

5.1.3 准备服务器硬件环境和网络环境

购买或者租用硬件服务器，将服务器托管到电信机房，安装好服务器端操作系统环境，并且配置好网络。

5.1.4 低延时直播服务器的安装部署

用户准备好服务器硬件环境以后，我们为其部署应用系统软件，安装和调试的时间在1天以内。

5.1.5 直播管理平台和应用系统的安装部署

安装和部署直播发布管理平台和在线实时文字聊天互动系统，安装和调试的时间在2天以内。

5.1.6 移动端APP的对接

平台部署好以后，我们提供移动端的播放器和节目调用接口，由平台运营方来将其整合到自己开发的专用APP中。

5.1.7 平台的整体联调和测试

以上工作完成后，进行平台的整体联调和测试工作，对发现的问题进行纠正，这部分工作大概需要2~7天时间。

5.2 平台建设费用

整个平台的建设中，我们主要提供所需的软件部分，费用包括以下几部分：

序号	模块名称	授权模式	单价	数量	合计
1	直播工作站采集编码软件	买断	X千元/台	N台	X千元xN
2	低延时流媒体直播服务系统	买断	X万元/服务器	N台	X万元xN
2	低延时流媒体直播服务系统	租用	X千元/月	N台	X千元xN
3	直播CDN服务系统	买断	X万元/服务器	N台	X万元xN
3	直播CDN服务系统	租用	X千元/月	N台	X千元xN
4	高并发实时消息系统软件（用于实时聊天互动）	买断	X万元/服务器	1台	X万元
4	高并发实时消息系统软件（用于实时聊天互动）	租用	X千元/月	1台	X千元/月
5	直播内容管理和发布系统软件	免费提供	免费提供	1套	免费
6	H5端播放器	免费提供	免费提供		免费提供
7	移动终端APP定制开发	定制开发	3000元/人·天

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