智媒時代視頻推流技術(shù)應(yīng)用比較研究

【摘要】媒體智能化時代的到來，不僅豐富了人們的業(yè)余文化生活，同時，也推動了傳統(tǒng)媒體向新型媒體轉(zhuǎn)化的進(jìn)程，其中，視頻推流作為智媒時代一種高端前衛(wèi)的視頻傳輸技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)視頻直播領(lǐng)域始終占據(jù)著主導(dǎo)位置。因此，本文將從多個角度對視頻推流技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行比對分析，并對視頻推流技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測和展望。

【關(guān)鍵詞】智媒時代;視頻推流技術(shù);應(yīng)用比較

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.05.025

所謂視頻推流主要是指將數(shù)據(jù)采取環(huán)節(jié)收集、封包好的內(nèi)容傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的過程，即把現(xiàn)場的視頻信號傳遞給網(wǎng)絡(luò)，然后傳輸?shù)椒?wù)器終端，使人們能夠及時觀賞到清晰優(yōu)質(zhì)的視頻直播節(jié)目。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，近年來，以互聯(lián)網(wǎng)為載體的視頻推流技術(shù)也日漸成熟，視頻播放效果得到進(jìn)一步改善，受眾群體的滿意率也得到大幅提升。

1. 視頻推流技術(shù)概述

1.1 視頻推流的概念

視頻推流技術(shù)首先需要把事先采集好的音視頻數(shù)據(jù)通過某一個或幾個傳輸協(xié)議進(jìn)行封裝，并將其轉(zhuǎn)變成為流數(shù)據(jù)，然后再將音視頻的流數(shù)據(jù)推送至網(wǎng)絡(luò)客戶端，并通過CDN，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)將其分發(fā)給用戶體驗(yàn)端，這時，人們可以利用智能設(shè)備對視頻直播節(jié)目進(jìn)行觀看和欣賞。目前，在視頻推流技術(shù)應(yīng)用過程中，較為常用的流數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議主要包括WebRTC（源自網(wǎng)頁即時通信）、RTMP（實(shí)時消息傳輸協(xié)議）以及HLS（流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議）等。以RTMP協(xié)議為例，該協(xié)議的應(yīng)用對象是Flash格式的文件，并以TCP協(xié)議或者輪詢HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)，對音頻與視頻內(nèi)容進(jìn)行傳輸。這種協(xié)議好比一個盛裝數(shù)據(jù)據(jù)包的超大容器，而所裝的數(shù)據(jù)類型既可以是AMF格式的數(shù)據(jù)，也可以是FLV中的視/音頻數(shù)據(jù)。由于RTMP協(xié)議的延時時長較短，最高值一般小于3秒，因此，網(wǎng)絡(luò)視頻直播的音質(zhì)、畫質(zhì)更加清晰，播放過程中也不會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，目前，在手機(jī)直播中，屬于一種比較活躍的流傳輸協(xié)議類型。

1.2 視頻推流的工作流程

首先需要借助于輸出設(shè)備獲取和采集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，主要包括音頻數(shù)據(jù)以及視頻數(shù)據(jù)，然后利用FFMpeg軟編碼以及API硬編碼對音視頻數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行編碼，并將其壓縮成音視頻數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)包打包流程結(jié)束后，進(jìn)入到數(shù)據(jù)封裝階段，這一階段的封裝格式主要包括FLV、TS、MPEG-TS等，再通過HLS分段生成策略以及m3u8索引文件將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，最后，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將這些音視頻數(shù)據(jù)利用相關(guān)的分發(fā)協(xié)議對其進(jìn)行分發(fā)操作，網(wǎng)絡(luò)客戶端的用戶這時便可以觀賞到不同類型的視頻直播節(jié)目。視頻推流工作流程如圖1所示。

1.3 流數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的應(yīng)用優(yōu)勢分析

WebRTC即源自網(wǎng)頁即時通信，該傳輸協(xié)議是支持瀏覽器進(jìn)行實(shí)時語音、視頻對話的一種開源協(xié)議，目前，該協(xié)議所支持的瀏覽器類型較多，比如Google瀏覽器、Mozilla瀏覽器以及Opera瀏覽器等。由于該協(xié)議是基于SRTP和UDP的一種傳輸協(xié)議，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)視與反饋以及媒體間相同步的功能，這一功能使得基于WebRTC協(xié)議的音視頻傳輸信號能夠保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而且通信雙方延時低，尤其在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程連麥時，效果較為顯著。

RTMP即實(shí)時消息傳輸協(xié)議，該協(xié)議是基于TCP傳輸控制協(xié)議而建立起來的一種穩(wěn)定可靠的運(yùn)輸層通信協(xié)議。其中協(xié)議中的視頻編碼為H264，音頻編碼為AAC或者M(jìn)P3，其封包格式多為flv格式，目前，在網(wǎng)絡(luò)直播平臺，這種協(xié)議的覆蓋面積較廣，對內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性良好，其通信傳輸信號比較穩(wěn)定。

HLS即流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，該協(xié)議具有數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸功能，其工作原理是將整個流數(shù)據(jù)包分解成若干個文件，然后逐一對各個文件進(jìn)行下載，此時，服務(wù)器端可以直接生成一些新的小文件，并按照預(yù)定設(shè)置好的順序進(jìn)行播放，這樣，網(wǎng)絡(luò)客戶端用戶就可以直接觀賞到視頻直播節(jié)目。由于該協(xié)議所產(chǎn)生的小文時長相對較短，因此，客戶端可以隨意切換碼率，進(jìn)而滿足不同帶寬的播放條件。

2. 視頻推流技術(shù)性能比較分析

隨著數(shù)字智能化技術(shù)的高速發(fā)展，大量的智能化推流設(shè)備如同雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生，在這些品牌設(shè)備當(dāng)中，受到市場售價(jià)差異化的影響，其設(shè)備的性能指標(biāo)也有所不同，現(xiàn)就高中低端的推流設(shè)備之間的性能差異進(jìn)行比對分析，其中高端設(shè)備的市場售價(jià)為10000元以上，中低端設(shè)備的市場售價(jià)為100元—5000元不等。

2.1 輸入接口與視頻分辨率比較

目前，較為常用的接口形式主要包括HD-SDI、HDMI以及網(wǎng)絡(luò)拉流三大類別，市場售價(jià)之所相差懸殊，主要取決于接口數(shù)量以及種類。其中10000元以上的高端配置配有雙路SDI和雙路HDMI接口，另外還有2個拉流接口，5000元左右的中端配置只有單路SDI和單路HDMI接口，而且沒有拉流接口，而1000元以下的低端配置則只有單路HDMI的推流棒，其外觀形態(tài)類似于U盤，通常情況下，低端配置的輸入接口更適合于個人使用。在視頻分辨率方面，從720×576的標(biāo)清分辨率到3840×2160的超高清分辨率，均配有不同類型的推流設(shè)備。其中，畫質(zhì)最優(yōu)的推流設(shè)備，直播信號已經(jīng)達(dá)到4k，而企事業(yè)單位或者家庭個人使用只需要配置1920×1080或者1280×720的分辨率即可。

2.2 編碼算法與視頻比特率的比較

H.264和H.265是目前最為常用的兩種編碼算法，從編碼形式上看，H.265編碼算法要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于H.264編碼算法，而市場上銷售的推流器設(shè)備，其編碼算法多以H.264為主。視頻比特率通常介于16kb/s～32Mb/s之間，從區(qū)間范圍可以看了，輸出比特率段位較高，則代表推流設(shè)備性能較為優(yōu)越，而輸出比特率段位較低，則代表推流設(shè)備性能相對較差。因此，對于市場上出售的低端機(jī)來說，視頻直播效果較差，畫面畫質(zhì)與高端機(jī)相比，懸殊很大。而對于比特率相對較高的高端機(jī)來說，對寬帶的要求不是十分嚴(yán)格，而且播放效果良好。

2.3 碼率控制與GOP類型比較

對于多數(shù)推流設(shè)備來說，碼率主要分為固定碼率以及可變碼率兩種類型，固定碼率的畫面效果較為穩(wěn)定，用戶可以享受到高品質(zhì)的觀賞體驗(yàn)，可變碼率可以設(shè)置成一個最大碼流，當(dāng)畫面較為穩(wěn)定時，可以提升畫面的清晰度，以避免卡頓現(xiàn)象的發(fā)生。而對GOP圖像組序列來說，其畫面效果取決于基準(zhǔn)幀、預(yù)測幀以及雙向預(yù)測幀的多少，幀越多，比特率越小，相比于少幀而高比特率的設(shè)備來說，畫面質(zhì)感較差，也會嚴(yán)重影響用戶的觀賞體驗(yàn)。

2.4 音視頻預(yù)處理比較

視頻預(yù)處理主要是對視頻畫面的質(zhì)感進(jìn)行有效處理，以改善畫面效果。其功能主要包括抑制噪聲、銳化、內(nèi)置矢量字庫等。以內(nèi)置矢量字庫為例，可以支持多種字號的中英文字庫疊加，用戶在觀看視頻直播時，也可以在視頻畫面上直接看到電視臺的臺標(biāo)等Logo圖案，實(shí)際上便是內(nèi)置矢量字庫的一種功能性體現(xiàn)。而音頻預(yù)處理主要針對音頻的編碼格式、采樣精度、比特率而言，音頻碼率與視頻碼率相比，相對較小，以至于音頻碼率不會給帶寬造成太多的影響，因此，在音頻編碼時，盡量選擇通用性高、質(zhì)量好的編碼，比如常用的AAC-LC/G711A編碼格式等。采樣精度主要是衡量音質(zhì)的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，目前音頻采樣精度大多是24bit，這一精度值相對較高，能夠有效改善視頻直播的聲音質(zhì)量。在選擇音頻比特率時，比特率越高，聲音質(zhì)量也越高，尤其對于高端機(jī)來說，其音頻比特率能夠達(dá)到320kHz。

2.5 網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)流協(xié)議比較

雖然5G技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，但是，市場上銷售的推流直播器所使用的網(wǎng)絡(luò)依然以4G全網(wǎng)通為主，其中以內(nèi)置華為網(wǎng)通的4G模塊較為常用，該模塊在傳輸網(wǎng)絡(luò)信號時穩(wěn)定性相對較高。而網(wǎng)絡(luò)流協(xié)議來說，類型相對較多，較常見的協(xié)議有HTTP、UDP、FLV、HLS、RTMP、RTSP等，在選擇網(wǎng)絡(luò)流協(xié)議時，首先應(yīng)當(dāng)考慮協(xié)議的兼容性，如果兼容性差，低版本就很難兼容高版本的，這樣就會影響視頻直播效果，因此，需要對推流器進(jìn)行不定期升級，以確保高低版本之間具有較好的兼容性。

3.智媒時代視頻推流技術(shù)未來發(fā)展趨勢預(yù)測與展望

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，網(wǎng)絡(luò)視頻直播已經(jīng)融入到人們的日常生活當(dāng)中，以報(bào)刊、電視、廣播為主的傳統(tǒng)媒介已經(jīng)漸漸淡出人們的視野，多數(shù)人更傾向于利用智能移動設(shè)備在線觀看視頻直播節(jié)目，這種新型的文化娛樂方式不僅給人們的生活增添了色彩，而且也進(jìn)一步擴(kuò)大了媒體信息的宣傳渠道。恰恰是智能化媒體時代的到來，使得各種信息資源鋪天蓋地向人們襲來，而這一切都應(yīng)當(dāng)歸功于視頻推流技術(shù)的高速發(fā)展。尤其對于推流技術(shù)所應(yīng)用的各種關(guān)鍵設(shè)備，隨著科技水平的不斷提升，這些設(shè)備性能以及未來發(fā)展趨勢也成為智能化媒體領(lǐng)域?qū)９サ目蒲姓n題，同時，業(yè)內(nèi)專業(yè)人士結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展形態(tài)與方向，對視頻推流技術(shù)的未來發(fā)展趨勢做出了大膽預(yù)測與展望。

3.1 參數(shù)智能化調(diào)整

目前，用戶在觀看網(wǎng)絡(luò)視頻直播時，往往無法根據(jù)個人意愿對比特率、碼率等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，這就使用戶難以獲得更加完美的觀賞體驗(yàn)。因此，在未來的一段時期內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)資源智能化檢測與協(xié)調(diào)功能將進(jìn)一步得到發(fā)展，尤其在智能化推流器設(shè)備不斷升級的前提下，用戶可以可以碼率、比特率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，以滿足個人觀看視頻直播對畫面、音質(zhì)、畫質(zhì)的主觀需求。

3.2 編碼參數(shù)的智能化調(diào)節(jié)

目前，對于市場上銷售的低端推流設(shè)備來說，在處理音頻與視頻編碼時，往往通過壓縮的方式進(jìn)行，在這種情況下，不管源信號屬于1k、2k、4k中的哪一種類型，其壓縮過程也會損耗信號源，這就給觀看效果帶來諸多不利影響。而編碼參數(shù)智能化調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)可以有效避免這一問題的出現(xiàn)，智能化推流設(shè)備可以結(jié)合信號源以及傳輸網(wǎng)絡(luò)，隨時對畫面質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，進(jìn)而使用戶獲得最佳的觀賞體驗(yàn)。

3.3 推流信號質(zhì)量智能化調(diào)節(jié)

智能手機(jī)作為觀看視頻直播的一個重要載體，隨著手機(jī)智能芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，使得推流技術(shù)也需要時刻與之同步升級和優(yōu)化，否則，將會流失大量的觀看用戶。因此，隨著推流技術(shù)水平的逐年提升，推流信號質(zhì)量的智能化調(diào)節(jié)功能也將逐步得到完善，根據(jù)視頻直播觀看人數(shù)的數(shù)量、互動人數(shù)的數(shù)量以及用戶評價(jià)數(shù)據(jù)的多少，可以對推流信號質(zhì)量進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，以此提升視頻觀看用戶的滿意率。近下來，AI技術(shù)逐步取代了人工操作模式，在這種利好形勢下，視頻直播推流的功能性也將日漸完善，比如接入多種直播源，讓用戶能夠欣賞到更加豐富多彩的視頻直播節(jié)目，再比如美顏功能的逐步完善，用戶可以根據(jù)個人意愿對視頻畫面進(jìn)行優(yōu)化，以改善觀賞效果。

綜上，視頻直播推流技術(shù)是媒體智能化時代高速發(fā)展的產(chǎn)物，這種技術(shù)在媒體傳播領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，打破了人們之間的時空界限，人們可以隨時、隨地觀賞到中意的視頻直播節(jié)目，進(jìn)而汲取更多的信息資源與知識養(yǎng)分，同時，人們的精神生活也變得更加豐富多彩。

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作者簡介：張文軍，河南南陽人，工程師，研究方向：廣播電視工程。