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我们公司开发的一套直播系统,完全自主开发的,是给其他公司开发的,外包项目。没有使用第三方的SDK。公司不做了,就想着把这个项目源码分享给爱技术的人。
源码分为3个部分:服务端源码(完整、可以成功部署)、android端源码和ios端源码。
直播系统中运用到的技术难点非常之多,视频/音频处理,图形处理,视频/音频压缩,CDN分发,即时通讯等技术,每一个技术都够你学几年的。当然,你可以直接使用封装好了的框架和SDK。
涉及到及的技术如:
1、不能使用websocket、WebRTC。
2、摄像头采集;
3、音视频编解码;
4、流媒体协议;
5、音视频流推送到流媒体服务器;
6、流媒体网络分发;
7、用户播放器;
8、音视频同步;
9、网络延迟自适应;
10、需要录制,多种视频文件的格式和封装;
具体说明几个细节:
1、采集:iOS是比较简单的,Android则要做些机型适配工作(声网Agora.io目前适配了4000+Android机型)。PC最麻烦各种奇葩摄像头驱动,出了问题特别不好处理,建议放弃PC只支持手机主播,目前几个新进的直播平台都是这样的。
2、前期处理:现在直播美颜已经是标配了,80%的主播没有美颜根本没法看。美颜算法需要懂图像处理算法的人,没有好的开源实现,要自己参考论文去研究。算法设计好了还要优化,无论你打算用CPU还是GPU优化,算法优化本身也需要专业知识支持。GPU虽然性能好,但是也是有功耗的。GPU占用太高会导致手机发烫,而手机发烫会导致摄像头采集掉帧,iPhone6尤其明显。因为iPhone6的CPU和前置摄像头很近,在算法开发、算法优化、效果平衡上需要大量的开发调试工作。而这一切都是需要经验支撑。
3、编码:如果你要上720p,肯定要采用硬编码。软编码720p完全没希望,硬件编码不灵活。兼容性也有问题。如何适应纷繁复杂的网络和纷繁复杂的上下行设备?安卓和芯片的坑,开发过的人都知道。那有人问,要求不高,上软编码低分辨率360p行不行?就算上低分辨率,软编码还是会让CPU发烫,CPU过热烫到摄像头,长期发烫不仅直接反应是费电。既然是手机直播,插着电源和充电器实在说不过去吧。还有,CPU发烫会降频,怎么办?这还是只说性能方面。和前处理只影响图像质量和功耗不同,视频编解码技术还关联成本计算和网络对抗。考虑性能、功耗、成本、网络这四个之后你编码的码率、帧率、分辨率。软硬件开发该如何选择?
4、传输:自己做不现实,交给第三方服务商吧。
5、解码:如果你用硬解码,一定要做容错处理,一定要做适配。突然一个crash导致手机重启不好吧。安卓的硬解码,不说了。如果你加了网络目前手机的硬解码还不一定支撑用软解码,功耗发热的问题又来了。
6、渲染:为什么手机明明解码出好多帧数据。就是渲染不出来。为什么画面就是不同步。
7、还有音频呢。mic资源被抢占怎么办?为什么录音线程老是出问题?音频的前处理更复杂。什么时候开启三A引擎噪声抑制?回声消除?增益控制?为什么AAC比Opus质量好?什么是aac,he-aac,heaacv2?如何选择?要不要加混响?播放和录音模式该如何选择?如果你想互动回声消除就要适配N多机型。
以上是媒体模块,还有信令控制,登录、鉴权、权限管理、状态管理等等,各种应用服务,消息推送,聊天,礼物系统,支付系统,运营支持系统,统计系统等。后台还有数据库,缓存,分布式文件存储,消息队列,运维系统等。
等你解决上面问题之后,可能一两年过去了…..直接来读我们这个项目的源码吧,能帮助到你。
这套源码功能如下:
为了直播的同时,可以带货,系统分为两大部分:一是直播系统,二是商城系统。
直播系统:
1、聊天
私聊、聊天室、点亮、推送、黑名单等;
2、礼物
普通礼物、豪华礼物、红包、排行榜、第三方充值、内购、礼物动态更新、提现等;
3、直播列表
关注、热门、最新、分类直播用户列表等;
4、自己直播
录制、推流、解码、播放、美颜、心跳、后台切换、主播对管理员操作、管理员对用户等;
5、房间逻辑
创建房间、进入房间、退出房间、关闭房间、切换房间、房间管理员设置、房间用户列表等;
6、用户逻辑
普通登陆、第三方登陆、注册、搜索、修改个人信息、关注列表、粉丝列表、忘记密码、查看个人信息、收入榜、关注和取关、检索等;
7、观看直播
聊天信息、滚屏弹幕、礼物显示、加载界面等;
8、统计
APP业务统计、第三方统计等;
9、超管
禁播、隐藏、审核等;
商城系统:
在系统软件内搭建自身的购物平台,也可以第三方电商平台自动跳转。
1、开通店铺
店铺开通流程方便,有详细的引导,用户提供一定的资料就可以申请开通自己的店铺,并且可以随意设置店铺名称、图标、简介和背景图片等,打造具有自己特色的小店氛围,高度自定义,充分展示个性化。
2、商城管理
直播商城系统的商城可以有两种模式,一种是一键连接到淘宝、天猫、京东等各大传统电商平台,也可以与系统自带的商城小程序绑定。
3、商品管理
直播商城系统的商品列表简约规范,价格、库存、销量、状态等一览无余,并且可以给商品添加标签,根据商品的属性进行分类。
4、数据支持
可以根据后台提供的数据进行分析,那类商品比较受欢迎,哪位客户是小店的常客,各项数据统计为定制销售策略提供有效的参考。
5、营销设置
直播商城系统后台可以提供“满额立减”、“满额包邮”、“积分优惠”等多种营销策略,可以自定义商品优惠券,让促销活动更丰富多彩。
6、订单管理
可以查看商品成交量、量、发货状态等,还可以一键导出订单,进行批量发货。
7、会员管理
直播商城系统可以设置会员等级,客户买得越多,优惠越多,积累完成的订单金额越高,会员等级就越高,享受的折扣力度就越强,刺激用户消费。
客户端截图如下:
直播app原理
直播原理:把主播录制的视频,推送到服务器,在由服务器分发给观众观看。
直播环节:推流端(采集、美颜处理、编码、推流)、服务端处理(转码、录制、截图、鉴黄)、播放器(拉流、解码、渲染)、互动系统(聊天室、礼物系统、赞)
直播流程
- 采集、2.滤镜处理、3.编码、4.推流、5.CDN分发、6.拉流、7.解码、8.播放、9.聊天互动
技术架构图
直播基础知识介绍:
1.采集视频、音频
***** 1.1 采集视频、音频编码框架 *****
AVFoundation:AVFoundation是用来播放和创建实时的视听媒体数据的框架,同时提供Objective-C接口来操作这些视听数据,比如编辑,旋转,重编码
***** 1.2 视频、音频硬件设备 *****
CCD:图像传感器: 用于图像采集和处理的过程,把图像转换成电信号。
拾音器:声音传感器: 用于声音采集和处理的过程,把声音转换成电信号。
音频采样数据:一般都是PCM格式
视频采样数据: 一般都是YUV,或RGB格式,采集到的原始音视频的体积是非常大的,需要经过压缩技术处理来提高传输效率
2.视频处理(美颜,水印)
视频处理原理:因为视频最终也是通过GPU,一帧一帧渲染到屏幕上的,所以我们可以利用OpenGL ES,对视频帧进行各种加工,从而视频各种不同的效果,就好像一个水龙头流出的水,经过若干节管道,然后流向不同的目标 现在的各种美颜和视频添加特效的app都是利用GPUImage这个框架实现的,.
***** 视频处理框架 *****
GPUImage : GPUImage是一个基于OpenGL ES的一个强大的图像/视频处理框架,封装好了各种滤镜同时也可以编写自定义的滤镜,其本身内置了多达120多种常见的滤镜效果。
OpenGL:OpenGL(全写Open Graphics Library)是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格,它用于三维图象(二维的亦可)。OpenGL是个专业的图形程序接口,是一个功能强大,调用方便的底层图形库。
OpenGL ES:OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是 OpenGL三维图形 API 的子集,针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计。
3.视频编码解码
***** 3.1 视频编码框架 *****
FFmpeg:是一个跨平台的开源视频框架,能实现如视频编码,解码,转码,串流,播放等丰富的功能。其支持的视频格式以及播放协议非常丰富,几乎包含了所有音视频编解码、封装格式以及播放协议。
-Libswresample:可以对音频进行重采样,rematrixing 以及转换采样格式等操 作。
-Libavcodec:提供了一个通用的编解码框架,包含了许多视频,音频,字幕流 等编码/解码器。
-Libavformat:用于对视频进行封装/解封装。
-Libavutil:包含一些共用的函数,如随机数生成,数据结构,数学运算等。
-Libpostproc:用于进行视频的一些后期处理。
-Libswscale:用于视频图像缩放,颜色空间转换等。
-Libavfilter:提供滤镜功能。
X264:把视频原数据YUV编码压缩成H.264格式
VideoToolbox:苹果自带的视频硬解码和硬编码API,但是在iOS8之后才开放。
AudioToolbox:苹果自带的音频硬解码和硬编码API
***** 3.2 视频编码技术 *****
视频压缩编码标准:对视频进行压缩(视频编码)或者解压缩(视频解码)的编码技术,比如MPEG,H.264,这些视频编码技术是压缩编码视频的
主要作用:是将视频像素数据压缩成为视频码流,从而降低视频的数据量。如果视频不经过压缩编码的话,体积通常是非常大的,一部电影可能就要上百G的空间。
注意:最影响视频质量的是其视频编码数据和音频编码数据,跟封装格式没有多大关系
MPEG:一种视频压缩方式,它采用了帧间压缩,仅存储连续帧之间有差别的地方 ,从而达到较大的压缩比
H.264/AVC:一种视频压缩方式,采用事先预测和与MPEG中的P-B帧一样的帧预测方法压缩,它可以根据需要产生适合网络情况传输的视频流,还有更高的压缩比,有更好的图象质量
注意1:如果是从单个画面清晰度比较,MPEG4有优势;从动作连贯性上的清晰度,H.264有优势
注意2:由于264的算法更加复杂,程序实现烦琐,运行它需要更多的处理器和内存资源。因此,运行264对系统要求是比较高的。
注意3:由于264的实现更加灵活,它把一些实现留给了厂商自己去实现,虽然这样给实现带来了很多好处,但是不同产品之间互通成了很大的问题,造成了通过A公司的编码器编出的数据,必须通过A公司的解码器去解这样尴尬的事情
H.265/HEVC:一种视频压缩方式,基于H.264,保留原来的某些技术,同时对一些相关的技术加以改进,以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。
H.265 是一种更为高效的编码标准,能够在同等画质效果下将内容的体积压缩得更小,传输时更快更省带宽
I帧:(关键帧)保留一副完整的画面,解码时只需要本帧数据就可以完成(因为包含完整画面)
P帧:(差别帧)保留这一帧跟之前帧的差别,解码时需要用之前缓存的画面叠加上本帧定义的差别,生成最终画面。(P帧没有完整画面数据,只有与前一帧的画面差别的数据)
B帧:(双向差别帧)保留的是本帧与前后帧的差别,解码B帧,不仅要取得之前的缓存画面,还要解码之后的画面,通过前后画面的与本帧数据的叠加取得最终的画面。B帧压缩率高,但是解码时CPU会比较累
帧内(Intraframe)压缩:当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,帧内一般采用有损压缩算法
帧间(Interframe)压缩:时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的
muxing(合成):将视频流、音频流甚至是字幕流封装到一个文件中(容器格式(FLV,TS)),作为一个信号进行传输。
***** 3.3 音频编码技术 *****
AAC,mp3:这些属于音频编码技术,压缩音频用
***** 3.4码率控制 *****
多码率:观众所处的网络情况是非常复杂的,有可能是WiFi,有可能4G、3G、甚至2G,那么怎么满足多方需求呢?多搞几条线路,根据当前网络环境自定义码率。
列如:常常看见视频播放软件中的1024,720,高清,标清,流畅等,指的就是各种码率。
***** 3.5 视频封装格式 *****
TS : 一种流媒体封装格式,流媒体封装有一个好处,就是不需要加载索引再播放,大大减少了首次载入的延迟,如果片子比较长,mp4文件的索引相当大,影响用户体验
为什么要用TS:这是因为两个TS片段可以无缝拼接,播放器能连续播放
FLV: 一种流媒体封装格式,由于它形成的文件极小、加载速度极快,使得网络观看视频文件成为可能,因此FLV格式成为了当今主流视频格式
4.推流
***** 4.1 数据传输框架 *****
librtmp:用来传输RTMP协议格式的数据
***** 4.2 流媒体数据传输协议 *****
RTMP:实时消息传输协议,Adobe Systems公司为Flash播放器和服务器之间音频、视频和数据传输开发的开放协议,因为是开放协议所以都可以使用了。
RTMP协议用于对象、视频、音频的传输。
这个协议建立在TCP协议或者轮询HTTP协议之上。
RTMP协议就像一个用来装数据包的容器,这些数据可以是FLV中的视音频数据。一个单一的连接可以通过不同的通道传输多路网络流,这些通道中的包都是按照固定大小的包传输的
chunk:消息包
5.流媒体服务器
***** 5.1常用服务器 *****
SRS:一款国人开发的优秀开源流媒体服务器系统
BMS:也是一款流媒体服务器系统,但不开源,是SRS的商业版,比SRS功能更多
nginx:免费开源web服务器,常用来配置流媒体服务器。
***** 5.2数据分发 *****
CDN:(Content Delivery Network),即内容分发网络,将网站的内容发布到最接近用户的网络”边缘”,使用户可以就近取得所需的内容,解决 Internet网络拥挤的状况,提高用户访问网站的响应速度.
CDN:代理服务器,相当于一个中介。
CDN工作原理:比如请求流媒体数据
1.上传流媒体数据到服务器(源站)
2.源站存储流媒体数据
3.客户端播放流媒体,向CDN请求编码后的流媒体数据
4.CDN的服务器响应请求,若节点上没有该流媒体数据存在,则向源站继续请求流媒体数据;若节点上已经缓存了该视频文件,则跳到第6步。
5.源站响应CDN的请求,将流媒体分发到相应的CDN节点上
6.CDN将流媒体数据发送到客户端
回源:当有用户访问某一个URL的时候,如果被解析到的那个CDN节点没有缓存响应的内容,或者是缓存已经到期,就会回源站去获取搜索。如果没有人访问,那么CDN节点不会主动去源站拿.
带宽:在固定的时间可传输的数据总量,
比如64位、800MHz的前端总线,它的数据传输率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s
负载均衡: 由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合,每台服务器都具有等价的地位,都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助.
通过某种负载分担技术,将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上,而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。
均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵,籍此提供快速获取重要数据,解决大量并发访问服务问题。
这种群集技术可以用最少的投资获得接近于大型主机的性能。
QoS(带宽管理):限制每一个组群的带宽,让有限的带宽发挥最大的效用
6.拉流
直播协议选择:
即时性要求较高或有互动需求的可以采用RTMP,RTSP
对于有回放或跨平台需求的,推荐使用HLS
`直播协议对比` :
HLS:由Apple公司定义的用于实时流传输的协议,HLS基于HTTP协议实现,传输内容包括两部分,一是M3U8描述文件,二是TS媒体文件。可实现流媒体的直播和点播,主要应用在iOS系统
HLS是以点播的技术方式来实现直播
HLS是自适应码率流播,客户端会根据网络状况自动选择不同码率的视频流,条件允许的情况下使用高码率,网络繁忙的时候使用低码率,并且自动在二者间随意切换。这对移动设备网络状况不稳定的情况下保障流畅播放非常有帮助。
实现方法是服务器端提供多码率视频流,并且在列表文件中注明,播放器根据播放进度和下载速度自动调整。
HLS与RTMP对比:HLS主要是延时比较大,RTMP主要优势在于延时低
HLS协议的小切片方式会生成大量的文件,存储或处理这些文件会造成大量资源浪费
相比使用RTSP协议的好处在于,一旦切分完成,之后的分发过程完全不需要额外使用任何专门软件,普通的网络服务器即可,大大降低了CDN边缘服务器的配置要求,可以使用任何现成的CDN,而一般服务器很少支持RTSP。
HTTP-FLV:基于HTTP协议流式的传输媒体内容。
相对于RTMP,HTTP更简单和广为人知,内容延迟同样可以做到1~3秒,打开速度更快,因为HTTP本身没有复杂的状态交互。所以从延迟角度来看,HTTP-FLV要优于RTMP。
RTSP:实时流传输协议,定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据.
RTP:实时传输协议,RTP是建立在UDP协议上的,常与RTCP一起使用,其本身并没有提供按时发送机制或其它服务质量(QoS)保证,它依赖于低层服务去实现这一过程。
RTCP:RTP的配套协议,主要功能是为RTP所提供的服务质量(QoS)提供反馈,收集相关媒体连接的统计信息,例如传输字节数,传输分组数,丢失分组数,单向和双向网络延迟等等。
7.解码
***** 7.1 解封装 *****
demuxing(分离):从视频流、音频流,字幕流合成的文件(容器格式(FLV,TS))中, 分解出视频、音频或字幕,各自进行解码。
***** 7.2 音频编码框架 *****
fdk_aac:音频编码解码框架,PCM音频数据和AAC音频数据互转
***** 7.3 解码介绍 *****
硬解码:用GPU来解码,减少CPU运算 优点:播放流畅、低功耗,解码速度快,
* 缺点:兼容不好
软解码:用CPU来解码 优点:兼容好
* 缺点:加大CPU负担,耗电增加、没有硬解码流畅,解码速度相对慢
8.播放
ijkplayer:一个基于FFmpeg的开源Android/iOS视频播放器
API易于集成;
编译配置可裁剪,方便控制安装包大小;
支持硬件加速解码,更加省电
简单易用,指定拉流URL,自动解码播放.
9.聊天互动
IM:(InstantMessaging)即时通讯:是一个实时通信系统,允许两人或多人使用网络实时的传递文字消息、文件、语音与视频交流.
IM在直播系统中的主要作用是实现观众与主播、观众与观众之间的互动.
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