百家云双师顺利通过4K直播实验

2018-11-30 10:17:37

人们对音视频体验的追求是不断在增长的,当1080P已经逐渐成为主流分辨率的情况下,追求更高品质的画面,将会是音视频工作者需要提前去研究的方向。

百家云作为一个喜欢搞事情的公司,员工自然也都有搞事情的天赋,一群愿意折腾的工程师们在用大屏幕踢实况足球的时候也不知道是谁提了一嘴,我们能不能用双师课堂客户端直播4K踢球,直播4K电影,再进阶一些,进行4K直播双师教学

这个看起来就很高端,也很Cool。对于使用商用大带宽的企业客户来说,带宽与设备的瓶颈完全不是问题。于是大家热情高涨,决定试上一试双师教学系统

理论研究

https://www.chriskranky.com/4k-video-webrtc/

我们找到了一篇国外研究人员的文章,了解下同行们的成果与研究进展

WebRTC是否支持4K视频?回答是肯定的(Chrome桌面版至少支持使用getUserMedia来获取到4K)    

4K视频的分辨率为4096x2160(或3840×2160)。要传输4K视频,您需要至少15 Mbps、最好是20 Mbps的码率来支持30 fps的帧率。对于视频会议,您需要以此速度长时间地进行双向互联网连接。当连接方数多的时候,将会变得非常糟糕。    

随着时间的推移,互联网访问速度将会提高,毫无疑问,我们将能够更快地运行某些东西,也许4K会议将成为现实。但不是今天。    

如果你正在看WebRTC视频,下面是每个流需要多少的带宽近似值:    

模式 码率    

4K 15-20Mbps    

1080p 4-8Mbps    

720p 1-4Mbps    

VGA (640x480) 500K - 1Mbps    

QVGA (320x320) 300-500K    

这篇文章主要对WebRTC上使用4K进行视频传输的担忧就是在现实中,在公网上很难找到能够长时间稳定满足传输要求的带宽资源。确实,就目前中国的网络状况来看,4K传输所需的带宽消耗是非常巨大的。也许在2020年5G时代真正到来的时候,现在我们担心的问题便会自动消失。

看来,这是一个任性的尝试,但是并不是不可行。对于发烧友级别的极致体验,我们总是要先行探索,看一看效果。

实验环境

编码端:i7 7700 3.6G,128G SSD,8G,NVIDIA GeForce GTX 1060,Windows 10家庭版,一块国产的4K采集卡(插在PCI插槽上)。视频输入源使用了2种:一种是通过HDMI线直接连接了一台MacbookPro到4K采集卡上,MacbookPro的屏幕作为视频输入,另外一种就是使用一台4K摄像机作为视频输入。视频编码:VP8。

解码/渲染端:Windows笔记本电脑。实验中使用的是购于2018年初的小米笔记本15.6寸顶配机型。

服务器/网络:Licode服务器。公司WiFi,上下行对称,正常办公时间,使用speedtest.net测速如下:

实验结果

调整了前端和服务器的参数配置,主要是要放开带宽限制,因为实验中发现码率会持续在20Mbps上下,峰值更高,这与上面译文中提到的相符。

下方是发送端的编码、传输码率图表:

通过上方图标看出,发送端的码率在4096x2160分辨率的情况下,码率持续在20Mbps 附近。注:端和服务器之间要通过SDP协商信息来放开带宽限制,否则码率可能上不去,徘徊在4Mbps以下。实验中,x-google-max-bitrate 胡乱写了一个500000。

再来看看接收端的:


可以看到,在20Mbps的接收码率情况下,帧率在10-15fps,只能说流畅度方面勉强过得去吧,毕竟码率这么大。 

最后贴几张实验时的实拍图。下方是作为4K输入的MacbookPro屏幕。可以看到屏幕上的文字在4K下已经变得非常小了。图中是在播放《我不是药神》的4K版本(分辨率3840x2072,24fps):

解码端如上面所述,是一个小米笔记本,但因为笔记本屏幕太小,不足以看出4K的效果,因此我使用HDMI线将内容投射到一个4K电视上:

将部分屏幕内容放大看细节:

可以看到,在如此巨大的显示屏下,编码端界面上的细小文字也是相当清晰的,这就是4K的魅力。

最后说明的是关于资源占用和延时,实验中的结果比我预期的要好。在上面提到的编码端机器配置下,整机的CPU占用率只有30%不到,单向延时在本次实验中大约在350~400ms的样子。

综上,在WebRTC中进行实时传输4K视频,超大的带宽消耗是最主要的问题,也是最大的瓶颈,其他方面其实不用太担心。这也是本文一开始翻译的那篇文章中作者的担忧,确实如此。

文章区图片和视频无法向各位动态的展示4K直播的魅力,我们欢迎大家来到我们的办公室,与我们一起实际体验一番。

那么,有没有又帅又有钱,还不满足1080p的土豪客户老板想要搞一套来玩玩呢?心动不如行动,快来联系我们把!


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