超高清4K視頻低延時直播與RTC融合架構設計①：5G與將來的網絡格局

4G 帶來了音視頻 APP 的爆發，各路音視頻業務爲主的公司百花齊放，音視頻技術不管在廣度仍是深度上都蓬勃發展，迎來了質的飛躍。而5G 高帶寬，低延遲的特性，更是爲音視頻技術帶來無限可能。

網易雲信多媒體資深技術架構師吳桐受邀參加 2019 QCon 全球軟件開發大會上海站，發表了題爲《超高清4K視頻低延時直播與RTC融合架構設計》的精彩分享。

本文整理自吳桐的分享內容，由於乾貨過多，本篇演講實錄將分爲3篇主題文章發佈。分別爲：

• 超高清4K視頻低延時直播與RTC融合架構設計①：5G與將來的網絡格局
• 超高清4K視頻低延時直播與RTC融合架構設計②：直播與RTC低延時方案
• 超高清4K視頻低延時直播與RTC融合架構設計③：直播與RTC融合架構設計

如下是第一篇分享，網易雲信多媒體資深技術架構師吳桐從5G的背景、特色提及，與你們探討了邊緣計算、IPv6等熱門話題，同時分享了超高清編碼器的選擇方向。

5G與將來的網絡格局

2019年是5G蓬勃發展的元年。今年6月，工信部爲運營商頒發了5G牌照；9月，國民驕傲華爲發佈了首款真5G手機Mate 30，首次將處理器和5G基帶集於一體；同時，你們也看到了特朗普政府對華爲5G的種種刁難。全部這些都預示着，5G時代真的要來了。

那麼，5G爲音視頻技術帶來了哪些變化？咱們先看看5G的三大特徵。

1. 超高的移動帶寬，大流量。這個特徵是你們最容易感覺到的變化，上下行帶寬變大了。回看這幾年，咱們從2.5G->3G->4G->5G一路走來，視頻清晰度也從低清->標清->高清->超高清，到1080p，2k，4k。隨着帶寬不斷變大，你們對於視頻的清晰度的要求只會愈來愈高。在下文的超高清編碼部分，會與你們進一步分享這個話題。
2. 超低延遲、超高可靠。5G雖然爲你們提供了超低延遲的基礎，但想要真正實現直播和RTC的低延遲，咱們還有不少工做要作，這也是咱們接下來兩篇文章的重點。
3. 海量鏈接。將來的鏈接是海量的，之前你們使用PC電腦上網，後來，你們使用手機，如今已經有愈來愈多的智能設備能夠鏈接上網，好比智能音箱、智能電視等。能夠預見，愈來愈多的iOT設備將會擁有音視頻能力，這是機遇也是挑戰，咱們須要在音視頻服務器架構上作好海量設備接入的準備，這部份內容在接下來的兩篇文章中也會涉及。

聊完三大特徵，咱們也基本把分享的大體內容圈定。而5G網絡的這三個特徵的在具體場景的落地實現還和5G的另外一個核心能力緊密相關，那就是邊緣計算。接下來，咱們來聊聊5G的另外一個熱點話題：5G與邊緣計算。

5G與邊緣計算

MEC不是一個新概念，早期它是Mobile Edge Computing移動邊緣計算的簡稱，後來歐洲電信標準協會(ETSI)又擴展爲Multi-Access Edge Computing，也就是多接入邊緣計算。其實二者本質上沒有區別，都是將互聯網雲端的計算能力下沉到移動網絡的邊緣，只是後者進一步延伸了這個邊緣所在的位置。

下沉後有哪些好處呢？

1. 由於離用戶更近了，因此用戶感覺到的傳輸延時更小；
2. 網絡擁塞被顯著控制；
3. 由於能力下沉，因此運營商能夠開放更多的網絡信息和擁塞控制功能給開發者。

爲了優化音視頻場景下的用戶體驗，網易雲信也在邊緣計算領域進行積極地探索。今年，網易雲信與運營商開展了MEC邊緣計算能力合做，實踐5G網絡下在視頻通話場景的體驗優化。

上文5G三大特徵裏提到海量鏈接，接下來我想和你們分享一下與之相關、但你們可能會忽視的一個小話題。那就是：5G與IPv6。

5G與IPv6

IPv6想來你們必定不會陌生，咱們在本科的計算機網絡課程中早已學習了相關背景知識，也早就知道了IPv4的侷限。

咱們來看幾個數據：

1. 全球的IPv4早在2011年2月已經分完了，咱們如今主要靠運營商NAT分配私網地址；
2. 全球的IPv6普及率突破30%，中國部署率大概爲5%，這個數據可能不許確，可是就我我的使用體驗而言，我確實沒有感覺到IPv6的普及。

而將來物聯網及海量5G設備時代確定是IPv6的天下。在5G時代背景下，IPv4+NAT的侷限性愈發明顯，如今工信部等國家相關機關，已經開始不斷強調IPv6的重要性，網易也響應國家號召，要求集團內部的主要部門必需要加快實施。雲信做爲網易集團內IM和音視頻能力底層提供方，天然屬於第一批實施IPv6之列。網易雲信當前已經完成了大部分IM和音視頻相關服務器與客戶端程序的IPv6兼容工做，其實這部分從技術實現上難度並不大；其次要作好機房路由器和交換機的相關IPv6部署改造工做。但願你們要重視IPv6的相關改造工做，在5G時代全面到來前，都能快速平穩過分到IPv6下。

接下來，咱們聊一聊超高清編碼。

超高清編碼

咱們先看一組數據，在思科發佈的將來網絡預測白皮書中顯示，網絡視頻的流量佔比在2022年將高達82%，其中4K視頻流量將佔全部視頻流量的62%，而4K視頻的碼率也將達到18Mbps。

咱們對於清晰度的需求愈來愈高，所以在項目中如何選擇合適的編碼尤其重要。這幾年，咱們最經常使用的視頻編碼是H.26四、VP8，但它們的壓縮率已經沒法知足超高分辨率。那麼在超高分辨率下，咱們還有什麼能夠選擇？如今流行的編碼有：HEVC(H.265)、VP九、AV一、以及下一代視頻編碼標準VVC。

選擇編碼器，咱們最主要考察它的兩個方面：編碼質量和速度。這裏提供幾個編碼器數據，以供參考。這份數據由莫斯科國立大學在2019年4月份公開。質量方面：AV1 > VP9 / x265 > x264；速度方面：x264 > VP9 / x265 > AV1；其中VP9與x265的質量和速度都很接近。

依照上面的數據，咱們能夠獲得一個超高清編碼器的選擇建議：

1. 在Web端，也就是有WebRTC參與的場景下，優先選擇VP9；
2. 對於iOS和Android的旗艦機型，優先使用H.265的硬件編碼；
3. 服務器上可使用H.265的硬件加速，其中NVIDIA、Intel和Linux等不少芯片硬件和FPGA公司都提供相關解決方案；
4. AV1的視頻壓縮質量很高，且AV1具有開放的特性，所以它是一個很是具備前景的編碼器，咱們當前對它保持重點關注，而對於VVC，在它2020年標準化後，咱們也會保持關注。

以上就是吳桐《超高清4K視頻低延時直播與RTC融合架構設計》系列分享的第一篇文章，更多幹貨內容敬請期待。

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