问题

像花椒,映客,来疯这种直播app,技术实现难度在哪?需要什么样技术人才,还有就是服务器带宽要求及成本?

回答
像花椒、映客、来疯这类直播App的实现确实涉及多方面的技术挑战,需要多元化的技术人才,并且对服务器和带宽有很高的要求,成本也相对不菲。下面我将从技术实现难度、所需技术人才、服务器带宽要求及成本等方面进行详细阐述:

一、 技术实现难度

这类直播App的技术实现难度主要体现在以下几个方面:

1. 实时音视频流处理与传输

这是核心中的核心,也是最复杂的部分。

采集端 (主播端):
音视频采集: 需要高质量地采集摄像头和麦克风的原始音视频数据。这需要对设备硬件接口、驱动以及操作系统API有深入了解。
编码 (Encoding): 将采集到的原始音视频数据压缩成适合网络传输的格式,如H.264、H.265(视频)、AAC、Opus(音频)。编码的效率直接影响画质、码率和CPU消耗。选择合适的编码标准、编码参数(如GOP、QP、码率控制算法)至关重要。
实时性与低延迟: 编码过程必须非常快速,不能出现卡顿。同时,从主播采集到观众看到(延迟)需要控制在极低的范围内,通常要求在1秒以内,甚至亚秒级。这涉及到对编码器、缓冲区、网络传输协议的精细调优。
传输端:
网络传输协议: 传统的TCP协议因为其可靠性保证(重传机制)会引入额外的延迟,不适合实时直播。通常采用UDP协议作为基础,并在此之上构建自定义的可靠传输协议(如SRT、QUIC的变种)或者利用RTSP/RTMP等协议。
多协议支持与转换: 为了兼容不同的播放端和CDN能力,可能需要支持多种传输协议,并在服务器端进行协议转换。
网络适应性 (FEC/NACK): 在不稳定的网络环境下,如何保证音视频流的流畅播放是一个巨大挑战。前向纠错 (FEC) 可以在数据包丢失时通过冗余数据恢复,否定确认 (NACK) 则可以要求重传丢失的数据包。
多码率自适应 (Adaptive Bitrate Streaming ABS): 主播端需要同时编码多个不同码率的视频流(如360p、720p、1080p),播放端根据当前网络状况动态切换到最适合的码率,以保证播放流畅性。这增加了编码的复杂度。
分发端 (CDN):
大规模节点部署与调度: 将直播流高效地分发到全球各地的观众。需要构建或接入一个大规模的CDN网络,并进行智能的节点调度,将观众就近引流到CDN节点,减少延迟和带宽压力。
流媒体服务器集群: 需要部署大量的流媒体服务器来接收、转码(如果需要)、转封装和分发直播流。这些服务器需要能够处理高并发的连接请求,并具备高可用性。
负载均衡与容灾: 如何在大量的流媒体服务器之间进行负载均衡,以及在部分服务器故障时如何快速切换,保证服务的连续性。
接收端 (观众端):
解码 (Decoding): 将接收到的压缩音视频数据还原成原始数据。解码器性能直接影响CPU和功耗。
播放器: 需要一个高性能、低延迟的播放器,能够快速启动、处理音视频同步、支持多码率切换、处理网络抖动等。播放器底层往往需要调用操作系统提供的媒体解码库(如FFmpeg、libyuv)或硬件解码器。
缓冲区管理: 播放器需要维护一个缓冲区来平滑播放,但缓冲区过大也会增加延迟。如何平衡缓冲区大小以保证播放流畅度和降低延迟是一个权衡问题。
多终端适配: 需要支持Web、iOS、Android等多种平台,并且在不同设备上都能有良好的播放体验。

2. 实时互动功能

这是区分普通视频播放和直播App的关键。

即时消息 (IM): 包括弹幕、评论、送礼物、私信等。需要一个高并发、低延迟的IM系统来处理海量消息。
技术选型: 通常采用WebSocket、长连接、轮询等技术。
消息队列: 为了保证消息不丢失且有序,可能需要集成消息队列(如Kafka、RabbitMQ)。
消息同步与广播: 如何将消息实时同步给所有在线观众。
连麦/多人互动: 允许多个主播或主播与观众进行实时音视频通话。
WebRTC: 这是实现P2P或SFU/MCU音视频通话的标准技术,需要深入理解其协议、信令、NAT穿透等机制。
媒体服务器: 在SFU(Selective Forwarding Unit)或MCU(Multipoint Control Unit)模式下,需要部署媒体服务器来处理音视频流的混合、混音、转发。
回声消除与降噪: 在多人音频交互时,必须实现高质量的回声消除 (AEC) 和降噪 (NR) 算法,保证通话质量。
NAT穿透: 在P2P或点对多场景下,如何解决客户端之间的网络隔离(NAT)问题,保证连接成功率。
低延迟互动: 包括点赞、送礼物等即时反馈,需要非常低的延迟才能体现实时性。

3. 房间管理与高并发处理

房间创建与销毁: 高效地创建和销毁直播房间,管理房间状态。
用户加入与离开: 处理大量用户在直播房间的加入和离开,更新房间成员列表。
高并发连接管理: 服务器需要能够同时维持数十万甚至数百万用户的长连接,这对Web服务器、流媒体服务器、IM服务器的并发处理能力要求极高。
会话管理与鉴权: 如何安全有效地管理用户登录状态、权限以及房间访问控制。

4. 推荐与内容发现

个性化推荐: 根据用户的观看历史、互动行为、兴趣标签等,为用户推荐感兴趣的直播内容。
数据埋点: 需要精细化地埋点,收集用户行为数据。
算法模型: 构建协同过滤、基于内容的推荐、深度学习等推荐算法模型。
实时性: 推荐结果需要能够快速更新,以反映用户即时偏好。
热门直播发现: 如何快速识别和推荐热门的直播内容。

5. 其他通用技术栈

后端服务: RESTful API、微服务架构、数据库(关系型、NoSQL)、缓存(Redis、Memcached)。
前端开发: Web端(HTML5, JavaScript, React/Vue)、移动端(Android, iOS)。
DevOps: CI/CD、容器化(Docker)、编排(Kubernetes)、监控(Prometheus, Grafana)。

二、 所需技术人才

实现一个复杂的直播App,需要一个跨职能的、经验丰富的技术团队。以下是一些关键的技术岗位:

音视频工程师/流媒体专家:
职责: 音视频采集、编码、解码、传输协议优化(RTMP, SRT, WebRTC)、流媒体服务器(NginxRTMP, SRS, Live555等)的配置和调优、端到端延迟优化、媒体处理(转码、混流、录制)。
技能: 熟悉FFmpeg、GStreamer等音视频处理框架,深入理解H.264/H.265/VP9等编码标准,熟悉TCP/UDP原理,有实时通信(RTC)开发经验。
后端开发工程师:
职责: 设计和实现核心业务逻辑,包括用户管理、房间管理、消息系统、礼物系统、支付系统、鉴权系统、数据统计等。构建高并发、可扩展的后端服务。
技能: 精通至少一种后端语言(Java, Go, Python, Node.js等),熟悉微服务架构,熟悉数据库(MySQL, PostgreSQL, MongoDB, Redis),了解消息队列(Kafka, RabbitMQ),有高并发系统设计经验。
前端开发工程师 (Web/PC端):
职责: 开发直播间的Web端界面,包括播放器集成、弹幕显示、聊天功能、礼物特效、主播互动等。
技能: 熟练掌握HTML5, CSS3, JavaScript,熟悉React, Vue等前端框架,了解WebRTC在浏览器端的应用,对音视频播放器API有一定了解。
移动端开发工程师 (Android/iOS):
职责: 开发App的Native客户端,包括UI界面、音视频采集与播放、网络请求、消息处理、与后端API交互。
技能: 精通Swift/ObjectiveC (iOS) 或 Kotlin/Java (Android),熟悉音视频采集与播放相关的Native SDK,有使用FFmpeg或Google的MediaCodec/AVFoundation等进行音视频处理的经验。
客户端音视频工程师 (移动端/Web端):
职责: 负责客户端的音视频采集、编码、解码、渲染、网络传输的优化,保证低延迟和高质量的播放体验,集成和调试播放器SDK。
技能: 精通音视频编解码库,熟悉移动端或Web端的音视频API,有低延迟音视频流处理经验。
数据工程师/算法工程师:
职责: 构建数据采集和处理流水线,开发和优化推荐算法、用户画像、风控模型等。
技能: 熟悉大数据技术栈(Hadoop, Spark),熟悉SQL和NoSQL数据库,掌握机器学习和深度学习算法,有推荐系统或实时数据分析经验。
DevOps/运维工程师:
职责: 负责服务器的部署、配置、监控、扩容、故障排查,自动化运维流程,CDN的选型和管理。
技能: 熟悉Linux操作系统,熟悉Docker, Kubernetes等容器化技术,熟悉云平台(AWS, Azure, GCP, 阿里云等),熟悉Nginx, HAProxy等负载均衡器,有大规模服务运维经验。
安全工程师:
职责: 负责系统的安全防护,包括用户认证、数据加密、防止作弊、抵御攻击等。
技能: 熟悉网络安全知识,了解常见的攻击手段和防御措施。

三、 服务器带宽要求及成本

服务器带宽是直播App运营中的主要成本之一。其需求量级与以下因素密切相关:

在线用户数量 (并发观看人数): 这是最直接的决定因素。
直播分辨率与码率: 高清、高帧率的直播需要更大的带宽。例如,1080p@30fps的直播通常需要35Mbps的码率,720p@30fps可能需要1.53Mbps。
主播数量: 每个主播都需要上传高质量的音视频流,这也会消耗大量的上行带宽。
互动功能复杂度: 例如多人连麦会增加服务器与客户端之间的数据交换量。
CDN节点覆盖和流量分发效率: CDN的质量直接影响总带宽的消耗。

服务器带宽需求估算 (示例)

假设一个场景:

目标同时在线观看用户: 100,000 人
平均码率: 假设用户平均观看的是720p直播,码率为2Mbps。
主播数量: 假设有1000个主播。
主播码率: 假设主播上传码率为3Mbps。

用户观看带宽需求:

用户总带宽 = 在线用户数 × 平均用户码率
用户总带宽 = 100,000 人 × 2 Mbps/人 = 200,000 Mbps = 200 Gbps

主播上传带宽需求:

主播总带宽 = 主播数量 × 平均主播码率
主播总带宽 = 1000 人 × 3 Mbps/人 = 3,000 Mbps = 3 Gbps

总带宽估算 (不含CDN回源、冗余等):

在这个例子中,仅观看带宽就需要200Gbps。这还只是一个基础估算,实际需求会因为:

CDN缓存命中率: 如果CDN缓存命中率不高,大量请求会回源到源站,增加源站带宽压力。
协议损耗和冗余: FEC、NACK等机制会增加一些带宽开销。
突发流量: 用户在特定时间段(如热门活动)可能会激增。
峰值需求: 需要为峰值预留带宽,而非平均值。
其他服务: 包括后台管理、API调用、IM通信等也需要一定的带宽。

因此,实际部署时,带宽需求可能会是估算值的1.5倍到3倍甚至更高,例如需要准备 300Gbps 600Gbps 的带宽。

服务器带宽成本

服务器带宽的成本通常按流量消耗或独享带宽进行计费。

流量计费: 按每GB(或TB)的数据传输量收费。国内云厂商通常在310元/GB,国外可能在0.050.1美元/GB。
假设用户观看总时长为1小时,用户总带宽需求为200Gbps = 200,000 Mbps = 200,000 60 Mbps ≈ 12,000,000 Mbps ≈ 1.5 10^13 bits/hour。
如果折算成GB (1 Byte = 8 bits),则约等于 1.5 10^13 / 8 ≈ 1.875 10^12 Bytes ≈ 1.875 TB/hour。
那么1小时的观看流量费用可能在 1.875 TB (1000 GB/TB) (5元/GB) ≈ 9375 元。
如果一天有10小时高峰期,每天的观看流量成本就可能高达 93,750 元。这还不包括主播上传和CDN回源。
独享带宽: 按每Mbps的固定月费收费。例如,国内带宽价格可能在1530元/Mbps/月。
如果需要300Gbps的带宽,即300,000 Mbps。
那么月费可能为 300,000 Mbps 20元/Mbps/月 = 6,000,000 元/月。

成本总结:

可以看出,带宽成本是直播App运营中最昂贵的组成部分之一。
如果服务于千万级日活用户,带宽成本将是天文数字。
大型直播平台通常会与多家CDN服务商合作,通过竞价和多方比价来降低成本。
通过优化编码效率、采用更低码率、加强CDN缓存策略、鼓励用户在WiFi环境下观看等方式,可以一定程度上控制带宽消耗。
考虑使用流量计费而非独享带宽,在流量峰谷时更具弹性。

服务器硬件和云服务成本

除了带宽,还需要考虑:

流媒体服务器: 需要高性能、大内存、高CPU的服务器来处理音视频流的转发、转码等任务。
应用服务器: 用于处理用户请求、IM通信、业务逻辑等。
数据库服务器: 用于存储用户信息、房间信息、聊天记录等。
缓存服务器: 用于加速数据访问。
CDN节点: CDN服务商会收取CDN加速费用,这部分成本也相当可观,通常按流量或带宽计费。
负载均衡器: 用于分发流量。
其他硬件: 如存储服务器、负载均衡设备等。

成本预估:

对于一个初期上线但有潜力爆发的直播App,基础的服务器和带宽成本可能需要每月几十万到数百万人民币。随着用户量的增长,这个数字会呈指数级增长。
初期可能选择云服务提供商(如阿里云、腾讯云、AWS)来快速部署和弹性伸缩,但长期来看,自建部分核心基础设施或与CDN服务商深度合作可能是更优选择。

总而言之,像花椒、映客、来疯这类直播App的开发和运营是一个系统工程,涉及复杂的技术挑战,需要大量高素质的技术人才投入,并且在服务器和带宽方面需要巨大的资金支持。技术细节的打磨和对成本的精细控制是其能否成功的关键因素。

网友意见

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技术层面:

技术相对都比较成熟,设备也都支持硬编码。IOS还提供现成的 Video ToolBox框架,可以对摄像头和流媒体数据结构进行处理,但Video ToolBox框架只兼容8.0以上版本,8.0以下就需要用x264的库软编了。Andriod 可以考虑用 ffmpeg 软编。

github上有现成的开源实现,推流、美颜、水印、弹幕、点赞动画、滤镜、播放都有,技术其实不是很难,而且现在很多云厂商都提供SDK,招几个懂行经验丰富的就可以,并不必须是流媒体人才。

链接:

如何搭建一个完整的视频直播系统? - 网络主播

映客、Periscope、花椒等直播APP点赞动画:

GitHub - singer1026/DMHeartFlyAnimation: 直播点赞动画

Android开源弹幕:

GitHub - Bilibili/DanmakuFlameMaster: Android开源弹幕引擎·烈焰弹幕使 ~ JNI source:Bilibili/NativeBitmapFactory

IOS开源弹幕:

GitHub - panghaijiao/HJDanmakuDemo: A high performance danmaku engine for iOS

金山云移动端开源SDK:

github.com/ksvc

七牛云移动端推流开源SDK:

GitHub - pili-engineering/PLCameraStreamingKit: Pili RTMP Streaming SDK for iOS, H.264 and AAC hardware encoding supported. Camera and Microphone as input source.

基于Android手机推流:

GitHub - begeekmyfriend/yasea: RTMP streaming client in pure Java for Android for those who hate JNI.

基于IOS的图像处理:

GitHub - BradLarson/GPUImage: An open source iOS framework for GPU-based image and video processing

完整的基于IOS手机直播:

GitHub - songsmith/LiveVideoCoreSDK

IOS-推流端的 RTMP库:

GitHub - songsmith/ios-librtmp: For PushSDK

OBS-PC端主播推流工具,斗鱼等游戏直播都在用

GitHub - jp9000/obs-studio: OBS

RTMP直播可以用nginx-rtmp

GitHub - arut/nginx-rtmp-module: NGINX-based Media Streaming Server

开源播放器也很多,ffplay、jwplayer、ijkplayer等等,我就不一一给你发了,哈哈

github.com/Bilibili/ijk

其实最难的难点是提高首播时间、服务质量即Qos,如何在丢包率20%的情况下还能保障稳定、流畅的直播体验,需要考虑以下方案:

1. 为加快首播时间,收流服务器主动推送 GOP 至边缘节点,边缘节点缓存 GOP,播放端则可以快速加载,减少回源延迟

2. gop丢帧,为解决延时,为什么会有延时,网络抖动、网络拥塞导致的数据发送不出去,丢完之后所有的时间戳都要修改,切记,要不客户端就会卡一个 gop的时间,是由于 dts 和 pts 的原因,或者播放器修正 dts 和 pts 也行(推流端丢gop更复杂,丢 p 帧之前的 p 帧会花屏)

3. 纯音频丢帧,要解决音视频不同步的问题,要让视频的 delta增量到你丢掉音频的delta之后,再发音频,要不就会音视频不同步

4. 源站主备切换和断线重连

5. 根据TCP拥塞窗口做智能调度,当拥塞窗口过小说明丢包率过高,需要切换节点和故障排查

6. 增加上行、下行带宽探测接口,当带宽不满足时降低视频质量,即降低码率

7. 定时获取最优的推流、拉流链路IP,尽可能保证提供最好的服务

8. 监控必须要,监控各个节点的Qos状态,来做整个平台的资源配置优化和调度

9. 如果你家产品从推流端、CDN、播放器都是自家的,保障 Qos 优势非常大

10. 当直播量非常大时,要加入集群管理和调度,保障 Qos

11. 播放端通过增加延时来减少网络抖动,通过快播来减少延时

12. 引入TCP/IP 优化,针对直播业务做下行TCP/IP优化,在某一个节点丢包率50%情况下,800kb码率可流畅播放

2016-05-27 补充:

我先后调研了七牛云、金山云、乐视云、腾讯云、百度云、斗鱼直播伴侣 推流端,功能几乎都是一样的,没啥亮点,不同的是整个直播平台服务差异和接入的简易性。后端现在 RTMP/HTTP-FLV 清一色,APP挂个源站直接接入云厂商或CDN就OK。直播要做好真心不易,楼主也做的不是很好,只是在不断的摸索、改进和优化,关于如何选择接入的云厂商或CDN,哪个稳定选哪个!

带宽成本:

粗略计算,斗鱼 TV 的在线人数超过 1000 万 +,战旗 TV 在在线人数约 500 万 +,龙珠在线人数约 400 万 +,虎牙在线人数约 100 万 +(统计于 2016 年 2 月 18 日,以各大节目在线人数人工相加得出,并未统计全部节目)。

直播平台的带宽成本费用通常取带宽峰值月结,当月 100 万最高同时在线人数,对应消耗带宽 1.5T,月结费用 3000 万人民币,20块钱1M的样子,根据直播方需求不同,价格也不一样,质量越好的就越贵。


PS:此计算方式来源于网络

可以算出各家在带宽方面每年需要付出的成本,斗鱼 TV 为 3 亿人民币,战旗 TV 为 1.5 亿人民币,龙珠为 1.2 亿人民币,虎牙为 3000 万 + 人民币。


运营层面:

正是因为现在做这个的太多了,所以你要运营和推广,这个就比较烧钱了,反正我现在知道的一些做移动直播、游戏直播、秀场直播的A轮至少得上千万。

用户体验:

离不开CDN和云厂商,他们会帮你解决大部分的技术问题,不流畅、卡顿、花屏、带宽不够、攻击、用户体验不好等一系列问题,还给你提供免费技术支持,上面提到的那些技术方案就是云厂商和CDN来帮你解决的。

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