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今年移動直播行業的興起，誕生了一大批網紅，甚至明星也開始直播了，因此不得不跟上時代的步伐。由于第一次接觸的原因，因此花了很多時間了解直播，整理了直播的原理，當前只是原理篇，后續會持續發布實戰篇，教你從零開始搭建一個完整的iOS直播app，希望能幫助到更多的人更快地了解直播。

一、直播難與易

直播難

個人認為要想把直播從零開始做出來，絕對是牛逼中的牛逼，大牛中的大牛。因為直播中運用到的技術難點非常之多，視頻/音頻處理，圖形處理，視頻/音頻壓縮，CDN分發，即時通訊等技術，每一個技術都夠你學幾年的。

直播易

已經有各個領域的大牛，封裝好了許多牛逼的框架，我們只需要用別人寫好的框架，就能快速地搭建一個直播app，也就是傳說中的站在大牛肩膀上編程。

二、了解直播

1.熱門直播產品

映客、斗魚、熊貓、虎牙、花椒等等。

2.一個完整直播app功能

（1）聊天

私聊、聊天室、點亮、推送、黑名單等;

（2）禮物

普通禮物、豪華禮物、紅包、排行榜、第三方充值、內購、禮物動態更新、提現等；

（3）直播列表

關注、熱門、最新、分類直播用戶列表等；

（4）自己直播

錄制、推流、解碼、播放、美顏、心跳、后臺切換、主播對管理員操作、管理員對用戶等；

（5）房間邏輯

創建房間、進入房間、退出房間、關閉房間、切換房間、房間管理員設置、房間用戶列表等；

（6）用戶邏輯

普通登陸、第三方登陸、注冊、搜索、修改個人信息、關注列表、粉絲列表、忘記密碼、查看個人信息、收入榜、關注和取關、檢索等；

（7）觀看直播

聊天信息、滾屏彈幕、禮物顯示、加載界面等；

（8）統計

APP業務統計、第三方統計等；

（9）超管

禁播、隱藏、審核等；

3.一個完整直播app原理

（1）直播原理：

把主播錄制的視頻，推送到服務器，在由服務器分發給觀眾觀看。

（2）直播環節：

• 推流端（采集、美顏處理、編碼、推流）
• 服務端處理（轉碼、錄制、截圖、鑒黃）
• 播放器（拉流、解碼、渲染）
• 互動系統（聊天室、禮物系統、贊）

4.一個完整直播app實現流程

直播APP實現流程有采集、濾鏡處理、編碼、推流、CDN分發、拉流、解碼、播和聊天互動，如下圖：

直播流程

5.一個完整直播app架構

直播架構

6.一個完整直播app技術點

三、了解流媒體（直播需要用到流媒體）

• 流媒體開發：網絡層(socket或st)負責傳輸，協議層(rtmp或hls)負責網絡打包，封裝層(flv、ts)負責編解碼數據的封裝，編碼層(h.264和aac)負責圖像，音頻壓縮。
• 幀：每幀代表一幅靜止的圖像
• GOP:（Group of Pictures）畫面組，一個GOP就是一組連續的畫面，每個畫面都是一幀，一個GOP就是很多幀的集合

直播的數據，其實是一組圖片，包括I幀、P幀、B幀，當用戶第一次觀看的時候，會尋找I幀，而播放器會到服務器尋找到最近的I幀反饋給用戶。因此，GOP Cache增加了端到端延遲，因為它必須要拿到最近的I幀。OP Cache的長度越長，畫面質量越好。

• 碼率：圖片進行壓縮后每秒顯示的數據量。
• 幀率：每秒顯示的圖片數。影響畫面流暢度，與畫面流暢度成正比：幀率越大，畫面越流暢；幀率越小，畫面越有跳動感。

由于人類眼睛的特殊生理結構，如果所看畫面之幀率高于16的時候，就會認為是連貫的，此現象稱之為視覺暫留。并且當幀速達到一定數值后，再增長的話，人眼也不容易察覺到有明顯的流暢度提升了。

• 分辨率：(矩形)圖片的長度和寬度，即圖片的尺寸
• 壓縮前的每秒數據量:幀率X分辨率(單位應該是若干個字節)
• 壓縮比:壓縮前的每秒數據量/碼率 （對于同一個視頻源并采用同一種視頻編碼算法，則壓縮比越高，畫面質量越差。）

視頻文件格式：文件的后綴，比如.wmv,.mov,.mp4,.mp3,.avi。

主要用處，根據文件格式，系統會自動判斷用什么軟件打開。

注意: 隨意修改文件格式，對文件的本身不會造成太大的影響，比如把avi改成mp4,文件還是avi.

視頻封裝格式：一種儲存視頻信息的容器，流式封裝可以有TS、FLV等，索引式的封裝有MP4,MOV,AVI等。

主要作用：一個視頻文件往往會包含圖像和音頻，還有一些配置信息(如圖像和音頻的關聯，如何解碼它們等)：這些內容需要按照一定的規則組織、封裝起來。

注意：會發現封裝格式跟文件格式一樣，因為一般視頻文件格式的后綴名即采用相應的視頻封裝格式的名稱,所以視頻文件格式就是視頻封裝格式。

視頻封裝格式和視頻壓縮編碼標準：就好像項目工程和編程語言，封裝格式就是一個項目的工程，視頻編碼方式就是編程語言，一個項目工程可以用不同語言開發。

四、直播基礎知識

1.采集視頻、音頻

（1）采集視頻、音頻編碼框架?

AVFoundation:AVFoundation是用來播放和創建實時的視聽媒體數據的框架，同時提供Objective-C接口來操作這些視聽數據，比如編輯，旋轉，重編碼

（2）視頻、音頻硬件設備?

• CCD：圖像傳感器： 用于圖像采集和處理的過程，把圖像轉換成電信號。
• 拾音器：聲音傳感器： 用于聲音采集和處理的過程，把聲音轉換成電信號。
• 音頻采樣數據：一般都是PCM格式
• 視頻采樣數據:：一般都是YUV,或RGB格式，采集到的原始音視頻的體積是非常大的，需要經過壓縮技術處理來提高傳輸效率

2.視頻處理（美顏，水?。?/h3>

（1）視頻處理原理

因為視頻最終也是通過GPU，一幀一幀渲染到屏幕上的，所以我們可以利用OpenGL ES，對視頻幀進行各種加工，從而視頻各種不同的效果，就好像一個水龍頭流出的水，經過若干節管道，然后流向不同的目標。

現在的各種美顏和視頻添加特效的app都是利用GPUImage這個框架實現的。

（2）視頻處理框架?

1）GPUImage?：

GPUImage是一個基于OpenGL ES的一個強大的圖像/視頻處理框架,封裝好了各種濾鏡同時也可以編寫自定義的濾鏡,其本身內置了多達120多種常見的濾鏡效果。

2）OpenGL：

OpenGL（全寫Open Graphics Library）是個定義了一個跨編程語言、跨平臺的編程接口的規格，它用于三維圖象（二維的亦可）。OpenGL是個專業的圖形程序接口，是一個功能強大，調用方便的底層圖形庫。

3）OpenGL ES：

OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是 OpenGL三維圖形 API 的子集，針對手機、PDA和游戲主機等嵌入式設備而設計。

3.視頻編碼解碼

（1）視頻編碼框架?

1）FFmpeg：是一個跨平臺的開源視頻框架，能實現如視頻編碼、解碼、轉碼、串流和播放等豐富的功能。其支持的視頻格式以及播放協議非常豐富，幾乎包含了所有音視頻編解碼、封裝格式以及播放協議。

• -Libswresample：可以對音頻進行重采樣，rematrixing 以及轉換采樣格式等操作；
• -Libavcodec：提供了一個通用的編解碼框架，包含了許多視頻、音頻和字幕流等編碼/解碼器；
• -Libavformat：用于對視頻進行封裝/解封裝；
• -Libavutil：包含一些共用的函數，如隨機數生成、數據結構和數學運算等；
• -Libpostproc：用于進行視頻的一些后期處理；
• -Libswscale：用于視頻圖像縮放，顏色空間轉換等；
• -Libavfilter：提供濾鏡功能。

2）X264：把視頻原數據YUV編碼壓縮成H.264格式。

3）VideoToolbox：蘋果自帶的視頻硬解碼和硬編碼API，但是在iOS8之后才開放。

4）AudioToolbox：蘋果自帶的音頻硬解碼和硬編碼API。

（2） 視頻編碼技術?

視頻壓縮編碼標準：對視頻進行壓縮(視頻編碼)或者解壓縮（視頻解碼）的編碼技術，比如MPEGH.264這些視頻編碼技術是壓縮編碼視頻的。

主要作用是將視頻像素數據壓縮成為視頻碼流，從而降低視頻的數據量。如果視頻不經過壓縮編碼的話，體積通常是非常大的，一部電影可能就要上百G的空間。

但要注意的是，最影響視頻質量的是其視頻編碼數據和音頻編碼數據，跟封裝格式沒有多大關系

1）MPEG：一種視頻壓縮方式，它采用了幀間壓縮，僅存儲連續幀之間有差別的地方 ，從而達到較大的壓縮比。

2）H.264/AVC：一種視頻壓縮方式，采用事先預測和與MPEG中的P-B幀一樣的幀預測方法壓縮，它可以根據需要產生適合網絡情況傳輸的視頻流，還有更高的壓縮比，有更好的圖象質量。

• 注意1：如果是從單個畫面清晰度比較，MPEG4有優勢；從動作連貫性上的清晰度，H.264有優勢；
• 注意2：由于264的算法更加復雜，程序實現煩瑣，運行它需要更多的處理器和內存資源。因此，運行264對系統要求是比較高的；
• 注意3：由于264的實現更加靈活，它把一些實現留給了廠商自己去實現，雖然這樣給實現帶來了很多好處，但是不同產品之間互通成了很大的問題，造成了通過A公司的編碼器編出的數據，必須通過A公司的解碼器去解這樣尷尬的事情

3）H.265/HEVC：一種視頻壓縮方式,基于H.264，保留原來的某些技術，同時對一些相關的技術加以改進，以改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系，達到最優化設置。

H.265 是一種更為高效的編碼標準，能夠在同等畫質效果下將內容的體積壓縮得更小，傳輸時更快更省帶寬

• I幀：(關鍵幀)保留一副完整的畫面，解碼時只需要本幀數據就可以完成（因為包含完整畫面）

• P幀：(差別幀)保留這一幀跟之前幀的差別，解碼時需要用之前緩存的畫面疊加上本幀定義的差別，生成最終畫面。（P幀沒有完整畫面數據，只有與前一幀的畫面差別的數據）
• B幀：(雙向差別幀)保留的是本幀與前后幀的差別，解碼B幀，不僅要取得之前的緩存畫面，還要解碼之后的畫面，通過前后畫面的與本幀數據的疊加取得最終的畫面。B幀壓縮率高，但是解碼時CPU會比較累
• 幀內（Intraframe）壓縮：當壓縮一幀圖像時，僅考慮本幀的數據而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，幀內一般采用有損壓縮算法
• 幀間（Interframe）壓縮：時間壓縮（Temporal compression），它通過比較時間軸上不同幀之間的數據進行壓縮。幀間壓縮一般是無損的
• muxing（合成）：將視頻流、音頻流甚至是字幕流封裝到一個文件中(容器格式（FLV，TS）)，作為一個信號進行傳輸。

（3）音頻編碼技術

AAC、mp3：這些屬于音頻編碼技術，壓縮音頻用。

（4）碼率控制

多碼率：觀眾所處的網絡情況是非常復雜的，有可能是WiFi，有可能4G、3G、甚至2G，那么怎么滿足多方需求呢？多搞幾條線路，根據當前網絡環境自定義碼率。

例如：常?？匆娨曨l播放軟件中的1024，720、高清、標清和流暢等，指的就是各種碼率。

（5）視頻封裝格式

TS?是?一種流媒體封裝格式，流媒體封裝有一個好處，就是不需要加載索引再播放，大大減少了首次載入的延遲。如果片子比較長，mp4文件的索引相當大，影響用戶體驗。

為什么要用TS？這是因為兩個TS片段可以無縫拼接，播放器能連續播放

FLV:是一種流媒體封裝格式，由于它形成的文件極小、加載速度極快，使得網絡觀看視頻文件成為可能。因此，FLV格式成為了當今主流視頻格式

4.推流

（1） 數據傳輸框架?

librtmp是用來傳輸RTMP協議格式的數據。

（2）流媒體數據傳輸協議?

RTMP是實時消息傳輸協議，Adobe Systems公司為Flash播放器和服務器之間音頻、視頻和數據傳輸開發的開放協議，因為是開放協議所以都可以使用了。

RTMP協議用于對象、視頻、音頻的傳輸。這個協議建立在TCP協議或者輪詢HTTP協議之上。

RTMP協議就像一個用來裝數據包的容器，這些數據可以是FLV中的視音頻數據。一個單一的連接可以通過不同的通道傳輸多路網絡流，這些通道中的包都是按照固定大小的包傳輸的。chunk是消息包。

5.流媒體服務器

（1）常用服務器?

• SRS：一款國人開發的優秀開源流媒體服務器系統
• BMS：也是一款流媒體服務器系統，但不開源，是SRS的商業版，比SRS功能更多
• nginx：免費開源web服務器，常用來配置流媒體服務器。

（2）數據分發?

1）CDN：(Content Delivery Network)，即內容分發網絡,將網站的內容發布到最接近用戶的網絡”邊緣”，使用戶可以就近取得所需的內容，解決 Internet網絡擁擠的狀況，提高用戶訪問網站的響應速度。

CDN：代理服務器，相當于一個中介。

CDN工作原理：比如請求流媒體數據

上傳流媒體數據到服務器（源站）

源站存儲流媒體數據

客戶端播放流媒體，向CDN請求編碼后的流媒體數據

CDN的服務器響應請求，若節點上沒有該流媒體數據存在，則向源站繼續請求流媒體數據；若節點上已經緩存了該視頻文件，則跳到第6步。

源站響應CDN的請求，將流媒體分發到相應的CDN節點上。

CDN將流媒體數據發送到客戶端。

回源：當有用戶訪問某一個URL的時候，如果被解析到的那個CDN節點沒有緩存響應的內容，或者是緩存已經到期，就會回源站去獲取搜索。如果沒有人訪問，那么CDN節點不會主動去源站拿。

帶寬：在固定的時間可傳輸的數據總量。

比如64位、800MHz的前端總線，它的數據傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s

負載均衡: 由多臺服務器以對稱的方式組成一個服務器集合，每臺服務器都具有等價的地位，都可以單獨對外提供服務而無須其他服務器的輔助。

通過某種負載分擔技術，將外部發送來的請求均勻分配到對稱結構中的某一臺服務器上，而接收到請求的服務器獨立地回應客戶的請求。

均衡負載能夠平均分配客戶請求到服務器列陣，籍此提供快速獲取重要數據，解決大量并發訪問服務問題。

這種群集技術可以用最少的投資獲得接近于大型主機的性能。

QoS（帶寬管理）:限制每一個組群的帶寬，讓有限的帶寬發揮最大的效用

6.拉流

（1）直播協議選擇：

• 即時性要求較高或有互動需求的可以采用RTMP,RTSP
• 對于有回放或跨平臺需求的，推薦使用HLS

（2）直播協議對比 :

HLS是由Apple公司定義的用于實時流傳輸的協議，HLS基于HTTP協議實現，傳輸內容包括兩部分，一是M3U8描述文件，二是TS媒體文件?？蓪崿F流媒體的直播和點播，主要應用在iOS系統。?HLS是以點播的技術方式來實現直播。

HLS是自適應碼率流播，客戶端會根據網絡狀況自動選擇不同碼率的視頻流，條件允許的情況下使用高碼率，網絡繁忙的時候使用低碼率，并且自動在二者間隨意切換。這對移動設備網絡狀況不穩定的情況下保障流暢播放非常有幫助。

實現方法是服務器端提供多碼率視頻流，并且在列表文件中注明，播放器根據播放進度和下載速度自動調整。

HLS與RTMP對比：HLS主要是延時比較大，RTMP主要優勢在于延時低。

HLS協議的小切片方式會生成大量的文件，存儲或處理這些文件會造成大量資源浪費。

相比使用RTSP協議的好處在于，一旦切分完成，之后的分發過程完全不需要額外使用任何專門軟件，普通的網絡服務器即可，大大降低了CDN邊緣服務器的配置要求，可以使用任何現成的CDN，而一般服務器很少支持RTSP。

HTTP-FLV是基于HTTP協議流式的傳輸媒體內容。相對于RTMP，HTTP更簡單和廣為人知，內容延遲同樣可以做到1~3秒，打開速度更快，因為HTTP本身沒有復雜的狀態交互。所以從延遲角度來看，HTTP-FLV要優于RTMP。

RTSP：實時流傳輸協議，定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。

RTP：實時傳輸協議，RTP是建立在UDP協議上的，常與RTCP一起使用，其本身并沒有提供按時發送機制或其它服務質量（QoS）保證，它依賴于低層服務去實現這一過程。

RTCP：RTP的配套協議,主要功能是為RTP所提供的服務質量（QoS）提供反饋，收集相關媒體連接的統計信息，例如傳輸字節數，傳輸分組數，丟失分組數，單向和雙向網絡延遲等等。

7.解碼

（1）解封裝?

demuxing（分離）：從視頻流、音頻流，字幕流合成的文件(容器格式（FLV，TS）)中， 分解出視頻、音頻或字幕，各自進行解碼。

（2） 音頻編碼框架

fdk_aac：音頻編碼解碼框架，PCM音頻數據和AAC音頻數據互轉

（3）解碼介紹?

硬解碼：用GPU來解碼，減少CPU運算

• 優點：播放流暢、低功耗，解碼速度快
• 缺點：兼容不好

軟解碼：用CPU來解碼

• 優點：兼容好
• 缺點：加大CPU負擔，耗電增加、沒有硬解碼流暢，解碼速度相對慢

8.播放

ijkplayer：一個基于FFmpeg的開源Android/iOS視頻播放器

• API易于集成
• 編譯配置可裁剪，方便控制安裝包大小
• 支持硬件加速解碼，更加省電
• 簡單易用，指定拉流URL，自動解碼播放

9.聊天互動

IM(InstantMessaging)即時通訊：是一個實時通信系統，允許兩人或多人使用網絡實時的傳遞文字消息、文件、語音與視頻交流。IM在直播系統中的主要作用是實現觀眾與主播、觀眾與觀眾之間的文字互動。

第三方SDK

• 騰訊云：騰訊提供的即時通訊SDK，可作為直播的聊天室
• 融云：一個比較常用的即時通訊SDK，可作為直播的聊天室

五、如何快速的開發一個完整的iOS直播app

1、利用第三方直播SDK快速的開發

七牛云：七牛直播云是專為直播平臺打造的全球化直播流服務和一站式實現SDK端到端直播場景的企業級直播云服務平臺。熊貓TV和龍珠TV等直播平臺都是用的七牛云。

網易視頻云：基于專業的跨平臺視頻編解碼技術和大規模視頻內容分發網絡，提供穩定流暢、低延時、高并發的實時音視頻服務，可將視頻直播無縫對接到自身App。

2、第三方SDK公司為什么要提供SDK給我們？

• 希望把我們的產品和它綁在一條船上，更加的依賴它。
• 技術生錢，幫養一大批牛B的程序員

3、直播功能：自研還是使用第三方直播SDK開發？

第三方SDK開發: 對于一個初創團隊來講，自研直播不管在技術門檻、CDN、帶寬上都是有很大的門檻的，而且需要耗費大量的時間才能做出成品，不利于拉投資。

自研：公司直播平臺大，從長遠看，自研可以節省成本，技術成面比直接用SDK可控多了。

4.第三方SDK好處

（1）降低成本

使用好的第三方企業服務，將不用再花高價請獵頭去挖昂貴的大牛，也不用去安撫大牛們個性化的脾氣；

（2）提升效率

第三方服務的專注與代碼集成所帶來的方便，所花費的時間可能僅僅是1-2個小時，節約近99%的時間，足夠換取更多的時間去和競爭對手斗智斗勇，增加更大的成功可能性；

（3）降低風險

借助專業的第三方服務，由于它的快速、專業、穩定等特點，能夠極大地加強產品的競爭能力（優質服務、研發速度等），縮短試錯時間，必將是創業中保命的手段之一；

（4）專業的事，找專業的人來做

第三方服務最少是10-20人的團隊專注地解決同一個問題，做同一件事情。第三方服務所帶來的支持效果，絕不是通過1-2個人處理所能對比的，難道不是嗎

結束語

后續還會有講解視頻采集、美顏、聊天室和禮物系統等更多功能，敬請關注！??！

作者：崢吖，如果喜歡我的文章，可以關注我微博：袁崢Seemygo,也可以來袁崢Seemygo，了解下我們的iOS培訓課程。后續還會更新更多內容,有任何問題，歡迎留言崢吖。

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