背景

當下視頻直播如此紅火，打造一個在線直播間涉及到哪些技術呢？

視頻直播由主播的直播端以及觀眾的觀看端組成。一個簡單的觀看端最起碼應包含播放器以及聊天室。下面就圍繞這兩大模塊來講述相關技術。

視頻直播，可以分為視頻采集、前處理、編碼和封裝、傳輸、解封裝和解碼、播放這幾個環節。

直播端通過硬件設備采集音視頻數據，經過前處理以及編碼、封裝后，還要傳輸到觀看端。這一步一般交由CDN接力完成。推流端會把視頻流推到源站，CDN從源站拉流，拉流成功后編碼封裝成不同的格式提供各觀看端播放。簡單示意圖如下：

(網絡引用圖片)

接下來講一下觀看端的基本要求：

多終端觀看

觀看穩定、不卡頓

延遲低、高并發

多終端觀看

首先明確需要支持的終端，有移動端APP（iOS、Android）、移動端瀏覽器、小程序、PC瀏覽器、PC 客戶端。對于PC瀏覽器，一般支持到IE8。并且，由于Chrome瀏覽器默認屏蔽Flash，所以在PC瀏覽器中采用的策略為：優先在兼容H5的瀏覽器使用H5播放，否則降級使用Flash播放。兩者支持的直播播放視頻格式差異如下：

Flash支持rtmp或 http-flv 直播播放。延時~3秒。

H5支持M3u8直播播放。延時~15秒。

觀看穩定、不卡頓

造成視頻直播卡頓的原因可能是多方面的，涉及到直播端、網絡、觀看端。

直播端

主要問題有硬件配置太低、推流參數配置問題、音視頻時間戳不同步。可以通過以下措施解決：

升級硬件、軟件設置，提高兼容性和容錯率 ( 這部分是硬裝，必須有好的裝備才能有好的推流質量啊 )。

使用硬編硬解方案，充分利用GPU加速。

降低視頻碼率，選擇流暢、標清畫質或者使用動態碼率推流。

網絡

主要問題有網絡抖動、拉流服務器與觀看端鏈路過長，可以通過以下措施解決：

選用穩定的運營商網絡并合理布局CDN節點。

使用充足的網絡帶寬。

觀看端

在網絡上觀看視頻，緩沖區就是在你看視頻時提前儲存部分視頻數據，當數據到達一定的量后再播放畫面，使得播放更流暢。若設置得過小，在網絡不穩定時就無法流暢地連續播放；若設置過大則會累積時延。所以要設置一個適中的緩沖區。

// Flash
netStream.bufferTime = 1 // 單位：秒
// FLV.js
flvjs.createPlayer({
  type: 'flv',
  isLive: true,
  url: 'video.flv'
},{
  stashInitialSize: 120 // 默認：384KB
})

延時低、高并發

我們知道，視頻其實是由一幀一幀的圖像構成的，RTMP基于TCP不會丟包，所以當網絡狀態差時，服務器會將包緩存起來。等網絡狀況好了，就一起發給觀看端，導致觀看端累積太多視頻幀數據，延時隨時間增長而增加。對于這個問題，除了上文提及的設置適當的緩沖區長度外，還可以增加追幀和丟幀操作實現播放追趕。

Flash代碼：

// Flash實現追幀：定時器輪詢檢測當前緩沖區長度大于30秒時重連，重新拉取直播流
netStream.bufferTimeMax = 0.1 // 設置bufferTimeMax主動追幀

if(netStream.bufferLength > 30) { 
  // 緩沖區長度大于30，重新連接  
  reconnectStream() 
}

H5代碼：

// H5實現追幀,判斷當前緩沖區結束時間與當前時間相差超過5秒，則追幀
if (video.buffered.length > 0 && video.buffered.end(0) - video.currentTime > 5) {
  // 直播流時間接近緩沖時間的話畫面容易卡死，所以保險起見-1秒  
  video.currentTime = video.buffered.end(0) - 1;
}

另外，如果用到FLV.js播放視頻，可以開啟它的Worker特性，多進程解析優化延遲 ，并減少buffer。

// FLV.js
flvjs.createPlayer({
  type: 'flv',
  isLive: true,
  url: 'video.flv'
},{
  enableWorker: true,
  enableStashBuffer: false,
  stashInitialSize: 120 // 默認：384KB
})

聊天室

即時聊天IM服務既要保證實時性，可靠性，又要抗住高并發。在實現過程中我們使用以下方法解決。

1、傳輸模式優先選擇 WebSocket，若不支持則降級為輪詢。

const io = require('socket.io')({ "transports":['websocket', 'polling']})

2、Node.js 服務器因消息并發大導致性能低下。

通過以下方案極大的優化了聊天室的穩定性和可靠性。

（1）使用命名空間的功能

命名空間的作用就是把消息限定在一定范圍內傳播。對于一些不需要全局接收的消息就加上命名空間，可以極大的節約資源的傳輸。

// 創建命名空間
const io = require('socket.io')()
const adminNamespace = io.of('/admin')

adminNamespace.to('level1').emit('an event', { some: 'data' })

（2）聊天消息隊列

觀眾進入聊天室房間會廣播登錄消息，比如房間內同時有2W人，每個人登錄要對房間內所有人廣播"我"登錄了，相當于發送了2W條消息。若并發量大，對服務器性能要求極高。使用聊天隊列消息分批顯示可以防止同時處理大量消息，提高處理性能。

// 消息隊列
let scoektMsgArr = [{
   EVENT: 'SPEAK',
   uid: socketId,
   content: '這是第一條聊天消息' 
}，...]
let minCount = 0

setInterval(()=>{
    const maxCount = minCount + 100
    const newScoektMsgArr = scoektMsgArr.slice(minCount, maxCount)
    newScoektMsgArr.forEach((item) => {
       socket.emit('message', JSON.stringify(item))
    })
}, 1000)

（3）服務器彈性伸縮

祭出最后的大招，能優化的已經極力優化了，那剩下的事情就是配置服務器彈(jia)性(fu)伸(wu)縮(qi)。

3、掉線重連機制。

掉線會觸發disconcent 事件，監聽它再創建socket連接即可。心跳檢查即定時發送一次消息，保持連接狀態。

// 保持心跳
setInterval(()=>{
    socket.emit('message', JSON.stringify({
      EVENT: 'HEARTBEAT',
      uid: socketId
    }))
}, 30 * 60 * 1000)

// 斷開重連
socket.on('disconnect', () => {
    this.connect()
})

connect() {
  socket.on('connect', () => {
     //TODO
  })
}

POLYV SDK 快速搭建在線直播間

按前文所述，搭建直播間有非常多的細節需要考慮，包括采集推流、CDN分發、播放體驗優化、聊天室性能調優等。別擔心，調用POLYV SDK可以快速搭建直播間。

（使用POLYV視頻直播服務需要先免費注冊賬號）

STEP1 嵌入播放器：

<script src="https://player.polyv.net/livescript/liveplayer.js"></script>
<div id='player'></div>
<script>
    var player = polyvObject('#player').livePlayer({
        'width':'498',
        'height':'409',
        'uid':'e3wx706i3v',
        'vid':'268682' // polyv直播頻道號
    });
</script>

STEP2 嵌入聊天室

// 默認樣式
<link rel="stylesheet" href="https://player.polyv.net/jssdk/polyv-chatroom.min.css">

<script src="https://player.polyv.net/jssdk/polyv-chatroom.min.js"></script>
<div id="wrap"></div>
var chatroom = new PolyvChatRoom({
    roomId: 268682,
    userId: 153075602311,
    nick: '游客',
    pic: 'http://livestatic.videocc.net/assets/wimages/missing_face.png',
    token: token,
    container: '#wrap',
    width: 300,
    height: 600,
    userType: '',
    roomMessage: function(data) {
        // TODO
        // data為聊天室socket消息，當有聊天室消息時會觸發此方法
        console.log(data);
    }
});

如上圖所示，嵌入直播播放SDK + 聊天室SDK即可創建直播間。聊天室SDK中有自帶默認皮膚、發送表情、點贊、送花、在線列表、提問等功能。另外針對直播教育場景需用到的其他功能，如答題卡、簽到等，可監聽聊天室socket消息自定義實現：

1.答題卡

// 監聽答題內容
var chatroom = new PolyvChatRoom({
    roomId: 268682,
    userId: 153075602313,
    nick: '學員_1',
    pic: 'http://livestatic.videocc.net/assets/wimages/missing_face.png',
    token: token,
    container: '#wrap',
    width: 300,
    height: 600,
    userType: '',
    roomMessage: function(data) {
        // 監聽聊天室消息
        switch(data.EVENT){
            case 'GET_TEST_QUESTION_RESULT':
                // 獲取答題卡內容，顯示答題卡
              break;
            case 'GET_TEST_QUESTION_RESULT': 
              // 獲取答題卡結果, 顯示答題結果
              break;  
        }
    }
});

// 發送答題結果
chatroom.socket.emit('message', JSON.stringify({
    EVENT: 'ANSWER_TEST_QUESTION',
    roomId: channelId,
    nick: nick,
    userId: userId,
    option: result,
    questionId: questionId
}));

2.簽到

// 直播端發起簽到
roomMessage: function(data) {
    // 監聽聊天室消息
    switch(data.EVENT){
        case 'SIGN_IN':
            // 發起簽到
            break;
        case 'STOP_SIGN_IN': 
            // 停止簽到
            break;  
    }
}

// 觀眾端簽到
chatroom.socket.emit('message', JSON.stringify({
    EVENT: 'TO_SIGN_IN',
    roomId: roomId,
    checkinId: checkinId,
    user: {
        userId: 123456,
        nick: 'polyv'
    }
}));

小程序

除了在瀏覽器端，我們在小程序端也提供了對應的SDK

下載小程序SDK后，調用組件快速生成包含播放器、聊天室等功能的直播間。

// 嵌入polyv頁面組件
<view>
  <polyv />
</view>

// 初始化數據
import plv from '*/polyv-sdk/index';
// onLoad
onLoad() {
   const options = {
     channelId: '', // 頻道ID
     openId: '', // 用戶openId
     userName: '', // 用戶名
     avatarUrl: '' // 用戶頭像
   };
   plv.init(options);
}
// onUnload
onUnload() {
  plv.destory();
}

總結：

如果以完全自研的方式實現教育直播的基礎功能，至少需要10人的技術團隊，5人的產品運營團隊，才能在3個月內完成產品的上線。算下來至少需要幾十萬甚至上百萬。POLYV為各企業提供了全面的解決方案以及相關文檔，實現快速接入，輕松開啟線上教育直播。