基于Nginx技術(shù)的直播平臺(tái)

陸 亮 連云港廣電傳媒集團(tuán)（臺(tái)）

1.引言

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，我國媒體融合發(fā)展已是大勢(shì)所趨。今年兩會(huì)，直播成為人民日?qǐng)?bào)社新媒體中心的新亮點(diǎn)。人民日?qǐng)?bào)社全媒體記者密切分工配合，在兩會(huì)現(xiàn)場(chǎng)搭建自有的直播系統(tǒng)，實(shí)時(shí)提供高清直播信號(hào)，讓受眾直擊兩會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，人民日?qǐng)?bào)新媒體中心共推出兩會(huì)直播48場(chǎng)，總觀看量超4360萬，總直播時(shí)長超50小時(shí)。直播無疑已成為媒體獲取觀看流量的主要抓手。

直播流媒體服務(wù)架構(gòu)如圖1所示，主要由推流端、拉流端、媒體服務(wù)器所示，三者由推流協(xié)議、拉流播放協(xié)議依次連接。在推、拉流協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景中，RTMP可以用在雙端，HLS只能用在拉流端。

推流端即主播端，主要通過手機(jī)、攝像機(jī)、攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，麥克風(fēng)采集音頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過一系列前端信號(hào)采集和處理、編碼、封裝，然后推流到直播流媒體平臺(tái)，通過CDN網(wǎng)絡(luò)分發(fā)，在拉流播放端的用戶可以通過多屏觀看及互動(dòng)，直播流媒體服務(wù)組成如圖2所示。

圖1 直播流媒體服務(wù)架構(gòu)

圖2 直播流媒體服務(wù)組成

2.關(guān)鍵技術(shù)協(xié)議

直播流媒體業(yè)務(wù)有兩種協(xié)議可供選擇：HLS 和RMTP。HLS是蘋果公司基于 HTTP 的流媒體傳輸協(xié)議，可支持流媒體的直播和點(diǎn)播，主要應(yīng)用在iOS 系統(tǒng)，為 iOS 設(shè)備（如 iPhone、iPad）提供音視頻直播和點(diǎn)播方案。RTMP是 Adobe Systems 公司為Flash 播放器和服務(wù)器之間音頻、視頻和數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)的開放協(xié)議，RTMP 是一種設(shè)計(jì)用來進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要用來在 Flash/AIR 平臺(tái)和支持RTMP協(xié)議的流媒體/交互服務(wù)器之間進(jìn)行音視頻和數(shù)據(jù)通信。

2.1 HLS ( HTTP Live Streaming基于 HTTP 的流媒體傳輸協(xié)議)

2.1.1 HLS工作原理

當(dāng)采集推流端將視頻流推送到流媒體服務(wù)器時(shí)，服務(wù)器將收到的流信息每緩存一段時(shí)間就封包成一個(gè)新的ts文件，同時(shí)在服務(wù)器建立一個(gè)m3u8的索引文件來維護(hù)最新幾個(gè) ts 片段的索引。當(dāng)播放端獲取直播時(shí)，從 m3u8 索引文件獲取最新的 ts 視頻文件片段播放，從而保證用戶在任何時(shí)候連接時(shí)都會(huì)看到較新的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)近似直播的體驗(yàn)。相對(duì)于常見的流媒體直播協(xié)議，HLS 最大的不同在于直播客戶端獲取到的并不是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)流，而是連續(xù)的、短時(shí)長的媒體文件，客戶端不斷地下載并播放這些小文件。這種方式的理論最小延時(shí)為一個(gè) ts 文件的時(shí)長，一般情況為 2-3 個(gè) ts 文件的時(shí)長。HLS的分段策略，基本上推薦是 10 秒一個(gè)分片，因此，通常 HLS 直播延時(shí)會(huì)達(dá)到 20-30s，而高延時(shí)對(duì)于需要實(shí)時(shí)互動(dòng)體驗(yàn)的直播來說是不可接受的。HLS 基于短連接 HTTP，HTTP 是基于 TCP 的，這就意味著 HLS 需要不斷地與服務(wù)器建立連接，TCP 每次建立連接時(shí)的三次握手、慢啟動(dòng)過程、斷開連接時(shí)的四次揮手都會(huì)產(chǎn)生消耗。HLS的優(yōu)點(diǎn)是，數(shù)據(jù)通過HTTP 協(xié)議傳輸，所以采用 HLS 時(shí)不用考慮防火墻或者代理的問題；使用短時(shí)長的分片文件來播放，客戶端可以平滑地切換碼率，以適應(yīng)不同帶寬條件下的播放。

圖3 直播協(xié)議分類

圖4 nginx環(huán)境搭建

2.2 RTMP(Real Time Messaging Protocol，實(shí)時(shí)消息傳送協(xié)議)

RTMP是Adobe Systems公司為Flash播放器和服務(wù)器之間音頻、視頻和數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)的開放協(xié)議。它有以下三種變種：

（1）工作在TCP之上的明文協(xié)議，使用端口1935；

（2）RTMPT封裝在HTTP請(qǐng)求之中，可穿越防火墻；

（3）RTMPS類似RTMPT，但使用的是HTTPS連接；

RTMP協(xié)議被Flash用于對(duì)象、視頻、音頻的傳輸。這個(gè)協(xié)議建立在TCP協(xié)議或者輪詢HTTP協(xié)議之上。RTMP協(xié)議就像一個(gè)用來裝數(shù)據(jù)包的容器，這些數(shù)據(jù)既可以是AMF格式的數(shù)據(jù)，也可以是FLV中的視音頻數(shù)據(jù)。一個(gè)單一的連接可以通過不同的通道傳輸多路網(wǎng)絡(luò)流，這些通道中的包都是按照固定大小的包傳輸?shù)?。圖3是直播協(xié)議的分類。

3.直播平臺(tái)搭建

近幾年，主流的開源直播軟件解決方案有Simple-RTMP-Server和nginx-rtmp-module。本文主要介紹nginx-rtmp-module，它依賴于nginx，以第三方模塊的形式提供直播功能，推流側(cè)使用RTMP協(xié)議，播放側(cè)使用HLS協(xié)議。

3.1 Nginx

圖5 RTMP statistics頁面

圖6 OBS參數(shù)配置

Nginx是一款輕量級(jí)的Web服務(wù)器/反向代理服務(wù)器及電子郵件代理服務(wù)器，并在一個(gè)BSD-like協(xié)議下發(fā)行。其特點(diǎn)是占有內(nèi)存少，并發(fā)能力強(qiáng)。為了方便闡述，本文使用Windows環(huán)境下的nginx（事實(shí)上，linux環(huán)境下更能體現(xiàn)nginx的優(yōu)越性能）。我們?cè)趎ginx官網(wǎng)下載nginx-1.8.1.zip，解壓在根目錄下。打開cmd命令窗口，進(jìn)入nginx所在目錄，輸入啟動(dòng)命令 start nginx ，在網(wǎng)頁中輸入localhost即可得nginx歡迎頁，如圖4所示，至此，nginx服務(wù)器搭建成功。

3.2 部署nginx-rtmp-module

通過官網(wǎng)github下載nginx-rtmp-module軟件包,解壓放置在nginx目錄下，修改conf目錄下的nginx.conf文件。這些配置參數(shù)很重要,是直播功能能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。為此，我們給出了詳細(xì)的參數(shù)配置。worker_processes 1;

events {

worker_connections 8192;

}

rtmp {

server{

listen 1935; #服務(wù)端口--默認(rèn)

chunk_size 4096; #數(shù)據(jù)傳輸塊

的大小--默認(rèn)

application vod { #設(shè)置直播的application名稱是 live

play /opt/video/vod;

}

application live{

live on; #live on表示開啟直播模式

}

}

}

http {

include mime.types;

default_type application/octet-stream;

sendfile off;

圖8 VLC拉流直播視頻

圖9 PC端直播頁面

圖10 移動(dòng)端直播頁面

server_names_hash_bucket_size 128;

server {

listen 80;

server_name localhost;

location /stat{

rtmp_stat all;

rtmp_stat_stylesheet stat.xsl;

}

location /stat.xsl{

root nginx-rtmp-module/;

}

location / {

root html;

index index.html index.htm;

}

error_page 500 502 503 504 /50x.html;

location = /50x.html {

root html;

}

}

}

nginx.conf文件參數(shù)配置完成后，重啟nginx。訪問http://localhost/stat頁面，如果我們能得到圖5所示界面則配置成功。

3.3 進(jìn)行直播

直播推流的工具有很多，諸如編碼器、推流軟件等。本文使用OBS實(shí)現(xiàn)推流功能。打開OBS配置參數(shù)，如圖6 所示。圖7為OBS推流界面。

通過VLC軟件拉流，如果可以看到直播視頻，直播服務(wù)器的搭建配置成功，如圖8所示。3.4 播放端優(yōu)化

以上操作是從功能上完成直播拉流。目前，終端設(shè)備屏幕尺寸越來越多，不同設(shè)備的交互特質(zhì)也有著巨大的差別，為了能夠快速部署以及在各種設(shè)備上都有良好的用戶體驗(yàn)，我們搭建基于ThinkPHP框架的網(wǎng)站，配置PC、移動(dòng)兩個(gè)模塊。在ThinkPHP框架的入口文件index.php中添加is_mobile函數(shù)，用來實(shí)現(xiàn)PC端，移動(dòng)端的自動(dòng)切換，下文代碼用以實(shí)現(xiàn)上述功能。

function is_mobile(){

$user_agent = $_SERVER['HTTP_USER_AGENT'];

$mobile_agents = Array("240x320","acer","phone","sy mbian","windows ce","zte");

//意在說明情況，移動(dòng)系統(tǒng)不做枚舉

$is_mobile = false;

foreach ($mobile_agents as $device) {

//這里把值遍歷一遍，用于查找是否有上述字符串出現(xiàn)過

if (stristr($user_agent, $device)) {

//stristr 查找訪客端信息是否在上述數(shù)組中，不存在即為PC端

$is_mobile = true;

break;

}

}

return $is_mobile;

}

//判斷

if(is_mobile()){

// 移動(dòng)端模塊

define('BIND_MODULE','Mobile');

}else{

// PC端模塊

define('BIND_MODULE','Home');

}}

當(dāng)用戶訪問網(wǎng)站時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)訪問終端類型自動(dòng)切換至相應(yīng)的模塊，模塊調(diào)出匹配設(shè)備屏幕尺寸的網(wǎng)頁。通過這樣的機(jī)制，可以為用戶提供良好的視聽感受。

4. CDN分發(fā)

直播流暢效果受人數(shù)、地域、網(wǎng)絡(luò)狀況等因素影響，本地介紹的直播平臺(tái)支持最大并發(fā)數(shù)也是有限的。為了應(yīng)對(duì)直播在線人數(shù)突增等諸多不穩(wěn)定因素，我們推薦使用CDN。

CDN即Content Delivery Network （內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)），是一種新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式，它是為能在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)發(fā)布寬帶豐富媒體而特別優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋層。簡單地說，CDN是一個(gè)經(jīng)策略性部署的整體系統(tǒng)，通過用戶就近性和服務(wù)器負(fù)載的判斷，CDN確保內(nèi)容以一種極為高效的方式為用戶的請(qǐng)求提供服務(wù)。內(nèi)容服務(wù)基于緩存服務(wù)器，它位于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，距用戶僅有“一跳”(Single Hop)之遙。同時(shí)，代理緩存是內(nèi)容提供商源服務(wù)器（通常位于CDN服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心）的一個(gè)透明鏡像。這樣的架構(gòu)使得CDN服務(wù)提供商能夠代表他們客戶，即內(nèi)容供應(yīng)商，向最終用戶提供盡可能好的體驗(yàn)，為用戶提供盡可能少的網(wǎng)絡(luò)延遲服務(wù)。

5.結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)直播作為基于“互聯(lián)網(wǎng)+媒體”理念應(yīng)運(yùn)而生的新生事物，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到內(nèi)容開發(fā)中來，重新樹立“內(nèi)容為王”的傳播理念。網(wǎng)絡(luò)直播也使得媒體內(nèi)容擁有更強(qiáng)的針對(duì)性、時(shí)效性、吸引力、影響力和感染力。