芒果TV 刘维：芒果TV如何做到低延时和流畅性的同时保证清晰度

图为：芒果TV CDN研发总监刘维
 

芒果TV CDN研发主要负责芒果TV点播、直播CDN的建设。现在主流的直播平台主要包括互动性平台，对业务的要求是低延时和流畅性，在保障这两个前提的基础上再去强调清晰度。芒果TV主要有两大需求方向：一个是对于电视台类的传统节目类的频道直播，还有一个就是大型的活动性直播，包括综艺、晚会等。
 

目前直播平台面临很多技术挑战，首先是视频编码，264是为了覆盖兼容性，265各个平台基本也都在使用，265主要是为了解决清晰度和节约带宽的问题，在音频上AAC是比较主流的，芒果TV也使用了EAC3，是为了解决多声道和高品质的问题，因为像《歌手》类唱歌型比赛对音频的要求比较高，封装一般主流网站是FLV流和HLS，但是芒果TV多了一个MPEG-TS，因此负载比较大，从视频编码格式、音频编码格式再乘以封装格式，所输出的并发流的路数非常多，终端覆盖，基本上移动端、网页端，PC端，芒果TV多一个重点的就是电视端，电视端带来的问题，就是它有很多的7×24频道直播，频道直播会对保障要求更过，频道直播还要求时移和回看功能，在直播平台，包括点播功能，从上面来看，整体的技术需求还是比较复杂的。
 

面对这些技术需求，芒果TV实行一些关键技术，来解决这些问题，一是高可用网站，还有无缝切流，最后一个是边缘同步切片。高可用源站，整个信号的流程是从信源开始，信源包括卫星，主要用卫星接收，用网络来做备份，不同的信源下面接的是不同的编码器组，通过组播的方式把信源编码以后传递给下面的分发源站，分发源站用组播的方式有一个好处，就是可以平滑地、无缝地去扩容分发源站，但是这个好处也带来一个问题，分发源站有很多的服务器，这些服务器如何同步地执行切换流的指令是目前需要面对的问题。针对这个问题引入了Redis元数据的概念，通过控制所有源站的控制指令，通过后台对Redis元数据控制，实现所有源站在发现信源或者是编码器组故障，或者有业务需求要切流的时候，一致性地推动所有的分发源站做切换动作。
 

接下来是无缝切流，做过CDN的人都有所了解，如果源站出了问题可能会导致全网故障，所以保障源站的可用性是比较大的问题。源站从信源到编码器，一直到分发源站都是多备份的，在多备份的情况下如何平滑地在多备份之间进行切换，这就带来了一个技术挑战。一个是用户的体验(流畅性)，一个是竞品网站的清晰度，产品和运营PK最后的结论就是让技术解决。
 

编码器1、编码器2是相互备份的关系，提供同样的清晰度，编码器1提供三档清晰度，编码器2也提供同样三档清晰度，源站集群向一级、二级边缘下发，如果产品要求拼播，会把第二档的清晰度作为默认清晰度下发，当发现用户卡顿比较高、流畅性比较差的情况下，把默认清晰度动态切换到码流比较低的状态，用户体验可以比较高，编码器第一组挂了，可以快速地切换到编码器第二组，用了清晰度3，如果流畅性比较好，尝试让用户切换到更清晰的程度，在同平台的竞争中我们也有一定的优势。
 

这是技术细节，视频编码分三类帧，一类是I帧、关键帧，还有就是B帧，是通过I帧的相对运算集散出来的，压缩比可以达到50%左右，压缩效率更高。还有B帧，B帧要通过P帧或者I帧做演算，压缩率会更高，因为极度压缩，里面产生了很多片断的状态，有些B帧需要前后帧结算，所以在切流的时候，从第一路流切到第二路流，第一路流没有到关键帧就切的话，前面的帧是解析不了的，所以必须在第一路流的I帧播放完以后马上切到第二路流，第一套方案上线后出现一些问题，切到第二路流的时候，只追求了一个时效性，非常快速地切过去，但是因为编码器之间时效性、准确性对得不是很齐，会产生不能解析的问题，因为它是P帧，缺少前面的关键帧，所以导致P帧不能解析，甚至B帧也不能解析，所以这块会产生一个花屏，时间非常短，用户会发现突然花一下，后面等I帧到了以后会继续流畅地往下播。目前芒果TV的改进方案就是解决这个问题。
 

最后是全网边缘的同步切片，芒果TV目前封装方式很多，编码器到分发源之间是用RTMT组播，组播之后进行封装，因为需要HLS格式，如果同时把这些路往下传，以后可能还有更多路，刚才说264、265、AAC等等这么多路同时往下传的话，会员带宽和成本是扛不住的。因此采用一路流直接传到边缘，在边缘做转封装，这样的好处是成本可以大幅下降，而且压力比较轻。
 

但是碰到边缘A站看直播流的时候，突然边缘A站宕掉或者有什么意外的情况需要重试，通过调度到边缘B站，到边缘B站再获取同样时间点片的时候，由于每个边缘到源站的时延是不一样的，包括跳过几级路由也不一样，可能经过其他中间层的传输，所以它到边缘的时候时延是不一样的，虽然系统时间一样，但是流的时间是不一样的，中间就产生了差，因为播放器都是有缓存的，播放器缓存如果网突然有问题了，拿不到缓存，去后台做重试，去边缘B站，去继续拿流，但是因为两边产生的内容差，就发现拿流的时候，会出现重复情况，有的时候时延情况更严重，给用户带来的体验比较差，要解决这个问题必须在内容上去做标记，来实现切片的时候是内容对齐的，所以就考虑了在刚才说的I帧、P帧、B帧中间插一些注示帧、SEI帧，自定义一些信息，把拿到FLV流做封装的时候，读到这些信息的时候就知道在什么位置做切片，这样全网所有的切片都是一致的，从A边缘跳到B边缘、C边缘中间都是非常流畅的。