618技术特辑（三）直播带货王，“OMG买它”的背后，为什么是一连串技术挑战？

摘要：动辄几十上百万人同时在线的直播间，让所有人能同时公平的去抢购，并且还要确保系统运行的稳定，这是一个非常大的考验。背后到底是什么样的技术加持，过程中又遇到了哪些挑战？让我们来一探究竟。

本文分享自华为云社区《618技术特辑（三）直播带货王，“OMG买它”的背后，为什么是一连串技术挑战？》，原文作者：技术火炬手。

“OMG，买它买它！”某人气主播的直播间内，热闹非凡。上百万人同时在线，右手拇指如同上了弦的箭，就等主播发出口令“3，2，1，上链接！”，火速下单。

没错，今年的618，直播带货已经成了“剁手党”们喜闻乐见的一种购物形式。截止2020年，在我国9.04亿网民中，就有2.65亿电商直播用户。

动辄几十上百万人同时在线的直播间，宝贝链接一旦上架，需要秒级到达消费者。让所有人能同时看到链接，公平的去抢购，并且还要确保系统运行的稳定，这是一个非常大的考验。背后到底是什么样的技术加持，过程中又遇到了哪些挑战？让我们来一探究竟。

传统直播：卡顿延迟，拼手速总是慢人一步

直播的及时性和互动性让它成为信息触达、互动沟通的新媒介，最大化真实还原人与人的线下互动场景。但直播的实时互动效果够好了吗？

互联网直播全链路可以分为7个步骤：分别是采集、编码、发送、分发、接收、解码和渲染。而在发送和分发的阶段，由于网络抖动等多种不可控因素，导致了直播延时的不可控。

在线授课，学生提出问题，由于直播延时，老师都讲到下一个知识点了问题才弹出来，只能返回重新回复；
电商直播中，粉丝询问宝贝信息，由于直播延时，明明刚刚听到主播开卖，却就是抢不到；
赛事直播中，在别人的呐喊声中才发现进球了…

很多直播开始跨平台跨地域直播，如何实现异地直播，跨平台直播，就需要一些推流和拉流的技术。推流是把采集阶段封包好的内容传输到服务器的过程；拉流是指服务器已有直播内容，用指定地址进行拉取的过程。

目前业界直播采用的协议，一般把RTMP作为推流协议，把RTMP/HTTP-FLV作为拉流协议，延迟在3-5秒左右。而在H5上更多采用的是时延超过10秒的HLS系统。也就是说，当主播在直播间举行一个抢购活动，你每次听到主播喊出“三二一，上链接！”的时候，其实在直播现场中已经过了好几秒了。

除了直播协议本身会带来时延，传统直播由于架构原因也会产生延时。传统直播的技术架构分为3层，分别是单线的CDN边缘节点、多线的CDN中心节点和承载一些增值服务的源站。整个直播从推流到拉流，一般调度系统会将主播切入到最合适的边缘节点，边缘节点进行收流，通过CDN中心节点转推到直播的源站；此时，观众通过调度接入到拉流的边缘节点上，静态化的通过CDN中心节点回源到直播的源站。

但是，综合体验来看，以下三点并不适用于低时延的场景。首先最大的消耗是在观众侧到CDN拉流边缘的最后一公里上，这里TCP协议并不适用于低时延。第二是基于静态树状分发架构，处于对成本考虑也并不是特别好。第三是在整个直播源站上的转码，目前也有相对较大的时延，一般在500ms左右，这个也是低时延直播解决不了的。

“3、2、1上链接”背后的硬核技术：大规模超低时延

传统直播技术遭遇高并发与低延时之间的瓶颈，阻碍了直播在一些场景的落地，已经不能满足某些对互动要求更高的直播场景。直播产业的下一个升级：低时延直播技术正在兴起，且有望成为直播技术的新焦点。

八仙过海，各显神通，不同玩家以不同方式实现低时延直播，华为云音视频研发部门通过CDN传输的协议优化以及内部链路的动态优选、超低时延转码等技术的组合，把传统直播3-5s的时延显著的降低到800ms以内，转码时延控制在150ms以内。同时，超低时延直播对传统直播能做到完全兼容，减少对原有技术架构的冲击，降低架构优化的成本。

架构解析

除了直播协议的选择能够减少延迟外，我们还可以通过一些架构的细节优化，进一步减少直播延迟，让用户有更好的观看体验。

以上架构设计，比较好的做到了对原有传统直播架构的前向兼容性，能够维持原有的主播RTMP协议的推流。在直播的源站上面，对于媒体的转码以及一些功能的消息回调的通知可以无缝兼容。与此同时，在原有直播协议的基础上，对H5端扩展了对标准的RTC协议播放的支持，在iOS和安卓端支持私有的RTC协议的播放。

华为云超低时延直播技术优化的核心有三点：

第一，最后一公里基于TCP对UDP计划的改造，引入华为云算法，把传统直播的时延降低到毫秒的数量级之内，同时能够保证很好的抗损，做到流畅的体验；

第二，把传统的树状的静态规划调度架构改成智能动态的网状架构，这就带来CDN内部分发回源的路径是动态规划的，而不是之前静态规划的链路；

第三，引入超低时延转码技术，最终将整个转码的时延由原来的500ms左右降低到稳定控制在150ms以内。

智能动态网状架构

为什么叫做智能动态的网状架构？举个例子，我们以三个观众访问的路径来做分析，比如一个主播是深圳电信的用户，以原有的架构，会接入到深圳电信就近的边缘覆盖节点上，再推到中心节点，再到源站，而访问观众会通过一个固有的静态的中心获取这个信息。无论用户和观众的距离有多远，都会走到边缘中心源站，然后再下行，需要经过5层节点的分发。

而以现在的架构，如果有一个观众是深圳电信的用户1，通过动态的架构会把他实时调度到和主播推流节点相同的节点上来，他的访问路径是主播到B节点，然后再到观众，其实就经过了一条，整个链路的质量和成本都能得到很好的提升。对于广西电信的一个用户2，如果把他直接调度到推流点，整个网络将不可控，那么动态智能网状架构会把他接入到就近的节点上。因为B到C之间的网络相对是可靠性更高一些，调度系统判断这一块的访问质量是可行的，所以用户2的访问路径是2-C-B，经过两点。而如果是北京连通的用户3，主播跟观众是天南海北的，这种情况下做就近的访问可能对质量的损害会比较大，则还是会按照原有的方式去拉流，保证高质量的访问。

智能调度流媒体大脑

上面的例子是观众对于主播整体链路最终结果的呈现，但这背后还要依赖于一套基于流信息的智能调度系统。这个调度系统的架构基于在源站上搭建的智能调度流媒体大脑，其主要由四大核心模块构成：

内容管理中心，可以理解为就是流媒体的眼睛，能够通过边缘实时流信息的汇报，比如某个时刻有主播上线、什么时候下线等消息通知，准确地知道每一个主播的上线、每一个观众的接入，能够清晰的知道这个流被推到哪里，在全网的哪个节点之上。
质量地图，用于构建整个CDN网络的节点间，包括用户到节点间网络实时的状态。通过下发一些调度任务到位于边缘探测Agent的节点上，探测Agent发起周期性的探测任务，然后把探测结果上报给大数据中台，最终实时分析出全网的覆盖质量。
调度控制器，它掌握的是调度所依赖平台的基础数据，比如节点流量、节定规划、以及用户侧的一些数据。
调度决策中心。前面三块的输出会作为调度决策中心的输入。调度决策中心作为最终调度的大脑，会实时生成一个全网的调度策略，包括用户接入的调度策略和节点间内部回源的策略，并下发到调度执行器上。最初华为把调度的执行器部署在云上，后来为了打造端到端的低时延，把这部分下沉到了CDN的边缘节点上，尽最大的能力去降低用户之间调度的时延。

超低时延转码技术

说到视频低时延，就不得不提视频转码。目前，视频转码已经成为各大直播平台功能的标配。但由于终端用户的网络情况不一，为了达到端到端的低时延，转码的时延也需要进一步降低。华为转码技术能将时延稳定控制在150ms以内，同时低时延的转码也支持高清低码的技术，在同等画质下，把播放端的码率降低30%以上，节省整个平台的带宽成本。基于高质量的画面诉求，低时延的转码也支持画质增强和ROI增强的功能，还能够对画面的细节和纹理做精确的定向优化。

伴随5G技术的应用推广，“直播+”模式向各垂直领域加速延伸，在线直播应用井喷式增长。传统的直播在今年将转换为超低时延直播，并率先在在线教育、电商直播、赛事直播及秀场类直播四个行业场景进行落地推广。

2021年将会是传统直播迈向超低时延直播转折的年份，在今年底预计20%的互联网直播将全面的升级成为超低时延直播。未来的2-3年，超低时延直播将全面替换传统直播，最终引领一轮新的商业模式，引领直播行业新一轮的发展。

商业创新推动了电商直播行业的蓬勃生长，而支撑这些沸点场景和交易奇迹的，必然是技术的巨大能量。相信在新技术的洗礼下，消费者的个人需求、消费环境、消费理念都能得到进一步升级。

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618技术特辑（二）几百万人同时下单的秒杀，为什么越来越容易抢到了？当消费者被电商的推荐系统虏获后，他们又是如何保证大促期间，你能随时随地买到自己心仪的商品，以及上亿的交易数据是如何有序地流通，保证你既能抢到，也能及时收到货呢？这篇文章为你一一解密。

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