如何设计一款跨平台低延迟的RTMP/RTSP直播播放器

本秂侑毒 提交于 2020-03-01 21:00:07

开发背景

很多音视频开发者问我们,为什么要做这块,实际上是这样的,2015年,当我们试图在市面上找一款专供直播播放使用的低延迟播放器,来配合测试我们的RTMP推送模块使用时,居然发现没有一款好用的,市面上的,如VLC或Vitamio,说白了都是基于FFMPEG,在点播这块支持格式很多,也非常优异,但是直播这块,特别是RTMP,延迟要几秒钟,对如纯音频、纯视频播放,快速启播、网络异常状态处理、集成复杂度等各方面,支持非常差,而且因为功能强大,bug很多,除了行业内资深的开发者能驾驭,好多开发者甚至连编译整体环境,都要耗费很大的精力。

我们的直播播放器,始于Windows平台,Android和iOS同步开发,基于上述开源播放器的各种缺点,我们考虑全自研框架,确保整体设计跨平台,再保障播放流程度的前提下,尽可能的做到毫秒级延迟,接口设计三个平台统一化,确保多平台集成复杂度降到最低。

整体方案架构

RTMP或RTSP直播播放器,目标很明确,从RTMP服务器(自建服务器或CDN)或RTSP服务器(或NVR/IPC/编码器等)拉取流数据,完成数据解析、解码、音视频数据同步、绘制。

具体对应下图“接收端”部分:

初期模块设计目标

  • 自有框架,易于扩展,自适应算法让延迟更低、解码绘制效率更高;
  • 支持各种异常网络状态处理,如断网重连、网络抖动等控制;
  • 有Event状态回调,确保开发者可以了解到播放端整体的状态,从纯黑盒不可控,到更智能的了解到整体播放状态;
  • 支持多实例播放;
  • 视频支持H.264,音频支持AAC/PCMA/PCMU;
  • 支持缓冲时间设置(buffer time);
  • 实时静音。

经过迭代后的功能

  • [支持播放协议]RTSP、RTMP,毫秒级延迟;
  •  [多实例播放]支持多实例播放;
  •  [事件回调]支持网络状态、buffer状态等回调;
  •  [音视频加密]Windows平台支持RTMP推送端加密(AES/SM4(国密))音视频数据正常播放
  •  [视频格式]支持RTMP扩展H.265,H.264;
  •  [音频格式]支持AAC/PCMA/PCMU/Speex;
  •  [H.264/H.265软解码]支持H.264/H.265软解;
  •  [H.264硬解码]Windows/Android/iOS支持H.264硬解;
  •  [H.265硬解]Windows/Android/iOS支持H.265硬解;
  •  [H.264/H.265硬解码]Android支持设置Surface模式硬解和普通模式硬解码;
  •  [缓冲时间设置]支持buffer time设置;
  •  [首屏秒开]支持首屏秒开模式;
  •  [低延迟模式]支持类似于线上娃娃机等直播方案的超低延迟模式设置(公网200~400ms);
  •  [复杂网络处理]支持断网重连等各种网络环境自动适配;
  •  [快速切换URL]支持播放过程中,快速切换其他URL,内容切换更快;
  •  [音视频多种render机制]Android平台,视频:surfaceview/OpenGL ES,音频:AudioTrack/OpenSL ES;
  •  [实时静音]支持播放过程中,实时静音/取消静音;
  •  [实时快照]支持播放过程中截取当前播放画面;
  •  [只播关键帧]Windows平台支持实时设置是否只播放关键帧;
  •  [渲染角度]支持0°,90°,180°和270°四个视频画面渲染角度设置;
  •  [渲染镜像]支持水平反转、垂直反转模式设置;
  •  [实时下载速度更新]支持当前下载速度实时回调(支持设置回调时间间隔);
  •  [ARGB叠加]Windows平台支持ARGB图像叠加到显示视频(参看C++的DEMO);
  •  [解码前视频数据回调]支持H.264/H.265数据回调;
  •  [解码后视频数据回调]支持解码后YUV/RGB数据回调;
  •  [解码后视频数据缩放回调]Windows平台支持指定回调图像大小的接口(可以对原视图像缩放后再回调到上层);
  •  [解码前音频数据回调]支持AAC/PCMA/PCMU/SPEEX数据回调;
  •  [音视频自适应]支持播放过程中,音视频信息改变后自适应;
  •  [扩展录像功能]支持RTSP/RTMP H.264、扩展H.265流录制,支持PCMA/PCMU/Speex转AAC后录制,支持设置只录制音频或视频等;

RTMP、RTSP直播播放开发设计需要考虑的指标

1. 低延迟:大多数RTSP的播放都面向直播场景,所以,如果延迟过大,严重影响体验,所以,低延迟是衡量一个好的RTSP播放器非常重要的指标,目前大牛直播SDK的RTSP直播播放延迟比开源播放器更优异,而且长时间运行下,不会造成延迟累积;

2. 音视频同步处理有些播放器为了追求低延迟,甚至不做音视频同步,拿到audio video直接播放,导致a/v不同步,还有就是时间戳乱跳等各种问题,大牛直播SDK提供的播放器,具备好的时间戳同步和异常时间戳矫正机制;

3. 支持多实例:大牛直播SDK提供的播放器支持同时播放多路音视频数据,比如4-8-9窗口,大多开源播放器对多实例支持不太友好;

4. 支持buffer time设置:在一些有网络抖动的场景,播放器需要支持buffer time设置,一般来说,以毫秒计,开源播放器对此支持不够友好;

5. TCP/UDP模式设定自动切换:考虑到好多服务器仅支持TCP或UDP模式,一个好的RTSP播放器需要支持TCP/UDP模式设置,如链接不支持TCP或UDP,大牛直播SDK可自动切换,,开源播放器不具备自动切换TCP/UDP能力;

6. 实时静音:比如,多窗口播放RTSP流,如果每个audio都播放出来,体验非常不好,所以实时静音功能非常必要,开源播放器不具备实时静音功能;

7. 视频view旋转:好多摄像头由于安装限制,导致图像倒置,所以一个好的RTSP播放器应该支持如视频view实时旋转(0° 90° 180° 270°)、水平反转、垂直反转,开源播放器不具备此功能;

8. 支持解码后audio/video数据输出:大牛直播SDK接触到好多开发者,希望能在播放的同时,获取到YUV或RGB数据,进行人脸匹配等算法分析,开源播放器不具备此功能;

9实时快照:感兴趣或重要的画面,实时截取下来非常必要,一般播放器不具备快照能力,开源播放器不具备此功能;

10. 网络抖动处理(如断网重连):稳定的网络处理机制、支持如断网重连等,开源播放器对网络异常处理支持较差;

11. 长期运行稳定性:不同于市面上的开源播放器,大牛直播SDK提供的Windows平台RTSP直播播放SDK适用于数天长时间运行,开源播放器对长时间运行稳定性支持较差;

12. log信息记录:整体流程机制记录到LOG文件,确保出问题时,有据可依,开源播放器几无log记录。

13实时下载速度反馈:大牛直播SDK提供音视频流实时下载回调,并可设置回调时间间隔,确保实时下载速度反馈,以此来监听网络状态,开源播放器不具备此能力;

14. 异常状态处理Event状态回调如播放的过程中,断网、网络抖动、等各种场景,大牛直播SDK提供的播放器可实时回调相关状态,确保上层模块感知处理,开源播放器对此支持不好;

15. 关键帧/全帧播放实时切换:特别是播放多路画面的时候,如果路数过多,全部解码、绘制,系统资源占用会加大,如果能灵活的处理,可以随时只播放关键帧,全帧播放切换,对系统性能要求大幅降低。

总结

总的来说,无论是基于开源播放器二次开发,还是全自研,一个好的RTMP播放器或RTSP播放器,设计的时候,更多考虑的应该是如何做的更灵活、稳定,单纯的几个接口,很难满足通用化的产品诉求。

以下共勉:厚积薄发,登上山顶,不是为了饱览风光,是为了寻找更高的山峰!

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