解密貓晚直播技術：如何保障全球200多個國家和地區同時在線狂歡？

2020年11月10日的」貓晚「，又是一場視覺盛宴，滿滿的雙11儀式感。

自2015年以來，每一年的貓晚都是重金打造、衆星雲集，並經過廣電衛視和互聯網多渠道同時進行全球多屏分發。

想要把這場極具藝術價值的舞臺風景，經過直播技術演幻到移動端，還原真實，甚至超越真實的音效與視覺，並不是易事，但倒是阿里雲視頻雲的執着之事。

衆所不知，阿里雲視頻雲團隊在貓晚這樣的重量級晚會直播上，一直承擔着重要的技術角色，今年如是，每一年如是。

具體說來，貓晚有兩大特色：第一個是廣電級別的匠心製做。精心的編排，豪華的陣容，酷炫的舞臺效果，堪稱頂級現場製做。第二個是極致專業，專業的演員和表演，同時現場有專業的各類設備，諸如燈光、攝影、音響和調音臺等等設備以及專業的現場導播製做團隊。

要把這場實時晚會盛宴進行多屏分發到全球各地，確保屏幕前的觀衆一塊兒參與狂歡，感覺晚會氛圍，就須要背後的技術指標至少要知足三點：高可靠、高畫質、高音質。

首先，高可靠。確保晚會表演的每一幀畫面、每個聲音都能讓屏幕前的觀衆看獲得、聽獲得、感覺獲得，那麼就要求除了各個雲端服務必要的高可靠性之外，還須要端到端的全鏈路來保障每一個鏈路環節的高可靠。

再者，高畫質與高音質。如此匠心之做的晚會，要求區別於通常的泛娛樂主播秀，不只要注重屏幕前觀衆的視覺享受，同時也必需要保證他們聽覺上的享受，要讓屏幕前的觀衆有如臨現場的觀看體驗。

怎樣達到這些技術指標？來看看阿里雲視頻雲的技術解決方案。

高可靠保障：端到端全鏈路主備雙重機制

針對高可靠，阿里雲視頻雲是採用端到端的全鏈路主備雙重機制來實現，同時值得強調的是，阿里雲不是採用兩條主備全鏈路，而是針對全鏈路的每一個環節，進行主備雙重機制重保來實現的。主備雙重機制能夠保證主設備或者主鏈路環節出了任何抖動、卡頓或者故障等問題，其備用環節會當即補上，讓播放端無感知，最大可能保證觀看流暢。

阿里雲視頻雲把全鏈路拆分爲三大環節: 活動現場、阿里雲端、用戶側多屏播放端。（下圖所示）

在活動現場環節，主要是信號採集、處理、編碼、上傳幾個模塊。其中信號的採集和處理是經過現場的導播製做團隊來保證高可靠的，好比:能夠經過添加多個專業設備和專業人士以及多條線路。
而編碼和上傳就是信號IP化，這須要進行主備重保來保證該環節的高可靠。現場製做而來的信號須要同時傳輸給主備兩個編碼器，這兩個編碼器使用同一組信號源，同一組編碼參數進行編碼，而後通過不一樣運營商的多條專線網絡上傳到阿里雲直播服務中心。

在阿里雲端環節中，咱們採用雙中心多機房、主備合流、無縫切換的技術加上資源隔離以及機器獨享、冗餘的方式來確保雲端各個環節的高可靠性。其中雙中心多機房是爲了容災，而主備合流是爲了保證主備鏈路環節的流，可以動態選取最優幀率的鏈路，無縫合併成一路輸出。

同時在播放側，阿里雲視頻雲除了經過全球2800多個CDN節點進行多屏分發外，在播放技術上，採用雙回源、多碼率組合的播放方式，集成了阿里雲播放SDK 的播放端，能夠根據分發的網絡狀況進行網絡自適應來切換不一樣的轉碼檔次，確保在網絡不是很好的狀況下也能保障很是順暢的觀看體驗。

高音質保障：SRT接入+全鏈路杜比

在高音質方面，阿里雲視頻雲採用了SRT接入和全鏈路杜比音頻技術，來讓屏幕前的觀衆聽到比現場還真實的全景聲音。

在直播鏈路中支持SRT協議接入，確保廣電行業的視頻流能夠進行低延遲、高可靠的接入到互聯網進行分發。SRT是基於UDP的低延時、高可靠傳輸協議，若是要接入一路流的話，須要打開端口，可是多路流的區分之前只能經過端口來區分，而如今，阿里雲支持能夠經過streamID的方式區分不一樣流來接入，從而進行端口複用。

用戶能夠經過任何一款的支持SRT的推流端設備或者軟件直接推流到阿里雲邊緣節點便可使用，好比業內通用的OBS桌面軟件推流端或者其它硬件SRT推流設備。同時阿里雲視頻雲與Haivision 廠商密切合做，也支持Haivision的Media Gateway 和硬件編碼器等各類硬件直接接入。

阿里雲視頻云爲真實還原晚會現場聲音，採用了杜比全景聲技術，支持端到端全鏈路杜比音頻傳輸，確保各個轉碼檔次的音頻也是杜比音質，讓網絡環境很差的屏幕前的觀衆也能享受到高音質的全景聲，感覺甚至比現場還真實。

高畫質保障：窄帶高清2.0+FPGA265編碼

在高畫質方面，採用了獨有的窄帶高清2.0技術和FPGA265編碼。

阿里雲視頻雲窄帶高清2.0技術，是從人眼視覺模型出發，將視頻的優化目標從經典的「保真度最高」調整爲「主觀體驗最好」。憑藉獨有算法，突破當代視頻編碼器的能力上限，在節省碼率的同時，也能提供更加清晰的觀看體驗。

而使用FPGA265 編碼器來保證碼率更多的節省，同時FPGA編碼器也可以提供更好的實時壓縮性能，確保高畫質視頻碼率更低，畫質更真。

咱們知道 H265 具備很好的壓縮比，可是在直播過程當中若是使用CPU轉碼，很難達到實時，由於265的計算複雜度比較高，針對高分辨率、高幀率、高碼率的視頻源，使用CPU去作高畫質的壓縮計算來實現265轉碼，實時性是幾乎不可能有保證的，並且CPU機器的成本也是比較高的。

因此，業內通用的作法是傾向於使用 GPU 或者 FPGA 等藉助硬件來實現H265的實時編碼。

達摩院XG實驗室精心打造了一款實時的高性能的H265 FPGA硬件編碼器「XGH265」， 不論是從壓縮效果仍是性能等各個維度來看，都已經達到了業內頂尖水平，同時它還支持可配置的視頻前處理的能力，在畫質更清晰的觀看體驗下，壓縮比和壓縮性能最好。

在壓縮性能上， XGH265 的壓縮性能和X265 的slowpreset 檔次至關。咱們要知道，在直播過程當中針對1080p的源流可以達到 X265 slow 檔次的實時壓縮性能是很是困難的，在業內的各類GPU\FPGA等硬件編碼器幾乎是不可能實現的，在實時和畫質之間沒法同時平衡。而XGH265是目前市場上罕見的一款可以支持1080p 60fps實時，且壓縮性能至關X265的slow 檔次FPGA卡。目前阿里雲達摩院XG實驗室正在針對4K甚至更高的分辨率提出更好的方案，後續也會推向市場。

從高可靠、高音質、高畫質維度，阿里雲視頻雲提供了端到端的全鏈路重保解決方案，來保證貓晚這類重大活動的直播，穩如泰山、絲般順滑、身臨其境。

阿里雲視頻雲：回顧貓晚直播重保六年

從貓晚一開始存在的時候，即2015年，阿里雲視頻雲團隊便開始貓晚護航，期間，團隊經歷也過了不少重大活動直播的護航。

項目的技術負責人蔡鼎說到，「團隊從剛剛開始的緊張，到現在的有條不紊、平淡不驚，代表了視頻雲對自身雲端服務的穩定性的信心，同時，團隊針對端到端的全鏈路各類指標的監控告警、降級措施、應急預案演習等已作得愈來愈完善」。

針對護航，阿里雲視頻雲團隊也有相應嚴苛的護航手冊和條例，全部這些的改進都是經過一次次護航經驗的覆盤、迭代打磨出來的。

蔡鼎分享到，「之前咱們的護航是邊看日誌邊看監控，而目前咱們是邊看直播邊看監控告警，將來，咱們甚至指望能夠作到邊看直播邊購物，和其它購物者同樣，咱們要讓護航全自動化，碰到問題可以自動決策各類應急預案和措施，同時，業務方自身也可以使用工具來自我保障，最大限度實現全鏈條的自動智能安全保障。總言之，咱們但願每次重大活動直播都是無驚無險、平平淡淡、穩如泰山。「

重大盛典/賽事直播的視頻雲技術能力

利用端到端的全鏈路重保解決方案，阿里雲視頻雲可將技術複用在更多業務場景上，如曾支持的春晚直播、元旦跨年直播、國慶閱兵直播、世界盃直播等等，其中，2018年的世界盃直播項目尤其深入經典。

在支持大型晚會、體育賽事、競技賽事的直播能力上，阿里雲視頻雲的突出優點在於：端到端的全鏈路主備解決方案、各類指標的監控、水位告警、大盤監控，以及可視化畫面合屏盯屏、主備合流、幀率碼率監控等一整套通過屢次大型直播活動打磨過的護航解決方案。

將來，該技術解決方案還有更多的升級空間，技術負責人介紹到，「目前，重保全鏈路方案，在主備鏈路合流上還只能作到3-5秒的抖動，咱們指望後續真正作到主備鏈路幀級無縫合流的能力，讓播放端體驗徹底無感知，從而以端到端的高可靠全鏈路方案，達到廣電級別的重保效果。「

阿里雲視頻雲引領直播行業的前瞻性技術，不斷探索與升級，期待更多視覺盛宴以身臨其境的直播體感而來。

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