2019年9月20日，由保利威主辦的教育直播高峰論壇在北京成功舉行。保利威董事長(zhǎng)兼CEO謝曉昉以《5G時(shí)代，重構(gòu)教育直播體驗(yàn)》為主題，就5G對(duì)教育直播體驗(yàn)帶來(lái)的重要影響發(fā)表見(jiàn)解。

身為一位在在線視頻行業(yè)從業(yè)18年的老兵，謝曉昉因5G到來(lái)而看到教育直播行業(yè)爆發(fā)的機(jī)會(huì)。他從教育直播行業(yè)四大痛點(diǎn)切入，通過(guò)5G的三大特性，以及兩大技術(shù)方向的變革，展示5G時(shí)代下的全新教育直播體驗(yàn)。

以下為分享內(nèi)容精選：

思科數(shù)據(jù)顯示，早在2007年，在線視頻流量已占據(jù)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量的半壁江山，到2017年占比上升到75%。思科預(yù)測(cè)，2022年，在線視頻占比會(huì)超過(guò)82%。

圖1

直播行業(yè)近幾年迅猛發(fā)展，教育直播同樣沒(méi)有落下。

圖2是現(xiàn)在最典型的教育直播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖：從采集，編碼、推流，到視頻的傳輸，到解碼播放，包括連麥系統(tǒng)。大部分在線教育機(jī)構(gòu)都在使用這樣一個(gè)架構(gòu)進(jìn)行線上直播教學(xué)。

圖2

在這個(gè)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之下，有幾個(gè)體驗(yàn)痛點(diǎn)一直以來(lái)得不到解決。

1、教育直播四大痛點(diǎn)

第一，卡頓?，F(xiàn)在不管是教育還是娛樂(lè)、游戲直播平臺(tái)，0.5%的卡頓率已經(jīng)算是不錯(cuò)的成績(jī)了。現(xiàn)在萬(wàn)人直播課越來(lái)越普遍，但如果在上萬(wàn)人課時(shí)，其中有50人遇到卡頓，課堂整體感受就會(huì)很糟糕。

第二，延遲?，F(xiàn)在業(yè)界的延遲量級(jí)大概是1-3秒，一些移動(dòng)平臺(tái)的延遲甚至達(dá)到10多秒，嚴(yán)重影響直播教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展。

第三，雙向體驗(yàn)差。我們現(xiàn)在使用的網(wǎng)絡(luò)是不對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)，上下行帶寬的差異，尤其上行會(huì)比較差，所以無(wú)法進(jìn)行高清雙向的互動(dòng)溝通。

第四，視頻畫質(zhì)低。目前720P已經(jīng)成為主流，1080P也慢慢普及，但是這樣的圖像清晰度與線下教學(xué)體驗(yàn)還是相去甚遠(yuǎn)。

但更嚴(yán)重的問(wèn)題是什么？更嚴(yán)重的問(wèn)題是我們對(duì)這些痛點(diǎn)習(xí)以為常，對(duì)于這些卡頓和延遲，我們甚至沒(méi)有動(dòng)力去解決它，這是我們最大的問(wèn)題。但是現(xiàn)在不一樣了，5G來(lái)了，讓我們看到解決這些問(wèn)題的終極方案。

2、5G三大特性

5G會(huì)給我們帶來(lái)什么？要從5G三大特性講起。

圖3

其中一大特性mMTC，海量機(jī)器通信，與物聯(lián)網(wǎng)比較相關(guān)。

與直播行業(yè)相關(guān)的很重要一個(gè)特性是eMBB，增強(qiáng)移動(dòng)帶寬。它讓終端接入速度大大加快。

今年6月6日，5G正式商用，運(yùn)營(yíng)商獲得牌照。隨著5G逐漸發(fā)展成熟，終端下行速度將達(dá)到10G甚至20G。今后手機(jī)接入速度達(dá)到萬(wàn)兆水平，上行速度也會(huì)有十倍提升。eMBB的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)在三大特性中最早被提出，目前來(lái)看也最為成熟。

eMBB的特性基本是面向超高清視頻的傳輸，也就是說(shuō)，未來(lái)兩三年5G的價(jià)值落地和體現(xiàn)，基本是朝這個(gè)方向來(lái)進(jìn)行的。

因此保利威近期與運(yùn)營(yíng)商密切合作，著力超高清視頻的商業(yè)落地，保利威在這一塊擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。eMBB帶來(lái)高清快速的直播體驗(yàn)，雙向的帶寬大幅提升讓超高清雙向互動(dòng)沒(méi)有任何壓力。

uRLLC，超高可靠性和低時(shí)延通信。

大家在打電話或者看有線電視時(shí)，不會(huì)中斷也不會(huì)卡頓。電話和有線電視是上個(gè)世紀(jì)的發(fā)明，但在這些系統(tǒng)當(dāng)中，存在一種被稱為QoS的機(jī)制，能夠保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的高可用?？上驳氖?，5G在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層開(kāi)始有了QoS機(jī)制，能夠保障直播數(shù)據(jù)通信達(dá)到電信級(jí)水平。

uRLLC能讓現(xiàn)在4G的100毫秒延遲降低到1毫秒以下，為低延遲直播創(chuàng)造非常有利的條件。這里值得特別指出來(lái)的是，uRLLC的核心協(xié)議和規(guī)范在5G版本的Release16中被定義，而Release16要在明年上半年才會(huì)正式凍結(jié)，因此uRLLC相關(guān)特性的落地還需要等待一定的時(shí)間周期。但無(wú)論如何，5G技術(shù)給直播行業(yè)帶來(lái)諸多的利好，逐步落實(shí)只是時(shí)間問(wèn)題。

3、兩大技術(shù)方向

但僅僅從硬件底層來(lái)做一些變革還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。謝曉昉提出，還有兩個(gè)技術(shù)方向會(huì)影響一代直播網(wǎng)絡(luò)：底層協(xié)議更換和超高清編碼采用。

①底層協(xié)議的更換

大家來(lái)看圖4，大量汽車被擁堵在一個(gè)有交通燈的十字路口。交通燈是在1868年，英國(guó)首先發(fā)明使用。當(dāng)時(shí)道路上車輛并不多，車速比較慢，交通燈有效解決了交通規(guī)則和道路堵塞的問(wèn)題。但是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛不斷增加，車速也不斷加快，因此在很多場(chǎng)景之下，交通燈反而成為導(dǎo)致堵塞的一個(gè)原因。需要新的一些機(jī)制來(lái)改變這種局面。

圖4

現(xiàn)在很常見(jiàn)的立體交通網(wǎng)的立交橋，能夠大幅度提升交通效率，同樣的情況，也出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)世界當(dāng)中。

網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)協(xié)議TCP就具備類似交通燈的屬性。TCP是跟互聯(lián)網(wǎng)相生相伴的一個(gè)重要協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)基石。目前來(lái)看我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上面絕大部分應(yīng)用都是基于TCP，像HTPP協(xié)議、FTP，還有在直播行業(yè)經(jīng)常用到的RTMP協(xié)議，都是基于TCP。

但現(xiàn)在來(lái)看TCP協(xié)議，或者說(shuō)TCP構(gòu)建下的網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)顯得力不從心了。原因很簡(jiǎn)單，在互聯(lián)網(wǎng)初期，TCP協(xié)議發(fā)明的時(shí)候，它解決的是一些低速網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽亢屯暾詥?wèn)題。那時(shí)候丟包率大概是百萬(wàn)分之一，傳遞的數(shù)據(jù)以K計(jì)算。數(shù)據(jù)量不大的情況下，TCP協(xié)議能很好地解決問(wèn)題。

5G網(wǎng)絡(luò)中終端接入能達(dá)到10個(gè)G的速率，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)丟包率是1%很常見(jiàn)，因此TCP協(xié)議已經(jīng)成為制約真實(shí)速度提升的問(wèn)題。

為解決這個(gè)問(wèn)題，業(yè)界提出三種解決方案。

第一種方案是基于IP路由解決方案。通過(guò)購(gòu)買專有鏈路解決堵塞和丟包問(wèn)題，這種方案成本相對(duì)較高，應(yīng)用場(chǎng)景有限，因此無(wú)法大規(guī)模普及。

第二種方案是基于UDP的應(yīng)用層傳輸協(xié)議。UDP存在一些固有缺陷，但很多缺陷能夠通過(guò)應(yīng)用層進(jìn)行優(yōu)化和補(bǔ)充，甚至能夠在某些場(chǎng)景下保證高效的同時(shí)，達(dá)到TCP的可靠性。

第三種方案是進(jìn)行TCP協(xié)議算法優(yōu)化。首先，TCP優(yōu)化空間不會(huì)特別大；其次，TCP優(yōu)化一般要接觸到操作系統(tǒng)的內(nèi)核，開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較高。一些操作系統(tǒng)廠家，例如微軟，會(huì)比較樂(lè)意去采用這種方案。

顯然，第二個(gè)方案可行性比較高。

Google推出的QUIC方案則是基于UDP的協(xié)議，HTTP/3 QUIC，去年年底正式通過(guò)IETF官方認(rèn)證，更名為HTTP/3，成為未來(lái)的傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)中，大量的視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)都將采用UDP的方式進(jìn)行闡述。

②超高清編碼的采用

編碼分辨率從2K上升到8K，數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)15倍。除了分辨率之外，圖像質(zhì)量還有很多其他指標(biāo)，包括HDR，通過(guò)動(dòng)態(tài)亮度的補(bǔ)償能夠更好地反映出真實(shí)環(huán)境中的視覺(jué)效果，色域色深等的提升能夠讓畫面還原度更高且更加鮮活。

提到超高清視頻，高幀率也是必備元素。現(xiàn)在教育直播包括很多電影使用的幀率，都停留在15-30幀時(shí)代。5G到來(lái)之后，4K、8K標(biāo)準(zhǔn)下，60幀是一個(gè)基準(zhǔn)，120幀甚至180幀也會(huì)逐步普及。

除了視頻還有音頻，從單聲道到雙聲道到全景聲道的演進(jìn)。保利威與德國(guó)頂級(jí)音頻實(shí)驗(yàn)室合作，采用杜比編碼技術(shù)，使得雙聲道就能實(shí)現(xiàn)全景聲的效果。

以上這些編碼技術(shù)能夠讓視頻體驗(yàn)超越“身臨其境”的效果。比如舞蹈、武術(shù)等動(dòng)作類型的教學(xué)，利用高幀率可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作細(xì)節(jié)真實(shí)還原。另外，在醫(yī)學(xué)教學(xué)中，利用8K視頻結(jié)合超視網(wǎng)膜屏幕，能夠把一些微組織和微結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出來(lái)。

體驗(yàn)提升的直接后果是數(shù)據(jù)量陡增。騰訊視頻實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)表明，在視頻沒(méi)有被壓縮之前，8K視頻的碼率能達(dá)到60GB每秒，即使是5G網(wǎng)絡(luò)也難以承受這樣的高數(shù)據(jù)量，因此視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)就變得尤為重要。

圖5

視頻壓縮技術(shù)在不斷提升?，F(xiàn)在一些視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到接近一千倍的壓縮比，8K視頻過(guò)這些解碼技術(shù)能夠達(dá)到60兆/秒的速率，5G網(wǎng)絡(luò)能夠輕松傳輸這樣的視頻流。

4、下一代直播網(wǎng)絡(luò)

利用5G的特性和兩個(gè)技術(shù)方向的重構(gòu)，最終目的是打造一個(gè)全新的下一代視頻直播通信網(wǎng)絡(luò)。

圖6

在圖6這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，大部分藍(lán)色線條代表UDP的數(shù)據(jù)流，99%的數(shù)據(jù)都是通過(guò)UDP傳輸，少量TCP僅用于信令控制等工作。跟現(xiàn)有的直播網(wǎng)絡(luò)正好形成一個(gè)鮮明對(duì)比。

下一代視頻直播通信網(wǎng)絡(luò)能支持4K超高清的雙向視頻流，支持大并發(fā)、超低延遲的直播，以及擁有現(xiàn)有CDN所具備的彈性負(fù)載能力。

保利威現(xiàn)已在搭建新一代直播網(wǎng)絡(luò)，正式商用預(yù)計(jì)在明年年初。新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要目的是能夠充分發(fā)揮eMBB和uRLLC的特性。

最終，5G到來(lái)之后，四大痛點(diǎn)通過(guò)這些技術(shù)得以完美解決，保利威將實(shí)現(xiàn)超高清、雙向溝通好、卡頓比較少、延遲降低十倍甚至百倍的視頻直播體驗(yàn)。

最終，當(dāng)下教育直播的四大痛點(diǎn)，將通過(guò)5G三大特性和兩大技術(shù)方向變革性優(yōu)化得以徹底解決，迎來(lái)5G新時(shí)代在線教學(xué)的完美體驗(yàn)。