网络协议 14 - 流媒体协议:要说爱你不容易

    大家都会关注“在浏览器输入一个地址,然后回车,会发生什么”这样一个问题,但是有没有想过这样一个问题:主播开始直播,用户打开客户端观看,这个过程发生了什么?

    随着技术的发展,直播技术对人们生活的渗透日益加深。从最开始的游戏直播,到前几天爆出来的教育直播,甚至现在都有直播招聘。

    而我们喜欢的这些直播,他们用到的传输协议有一个通用名-流媒体传输协议

    要认识流媒体协议,就离不开下面的三大系列名词。

三大系列名词

系列一:AVI、MPEG、RMVB、MP4、MOV、FLV、WebM、WMV、ASF、MKV。是不是就 MP4 看着熟悉?

系列二:H.261、H.262、H.263、H.264、H.265。能认出来几个?别着急,重点关注 H.264。

系列三:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7。是不是更懵逼了?

    在解释上面的三大系列名词之前,咱们先来了解下,视频究竟是什么?

    博主记得小时候,经常会玩一种叫动感画册的东西。一本很小的画册上,每一页都画了一幅图,用手快速的翻过每一页,就能看到一个很短的“动画片”。

    没错,咱们看到的视频,本质上就是一连串快速播放的图片

    每一张图片,我们称为一帧。只要每秒钟的数据足够多,也就是播放速度足够快,人眼就看不出是一张张独立的图片。对于人眼而言,这个播放临界速度是每秒 30 帧,而这里的 30 也就是我们常说的帧率(FPS)

    每一张图片,都是由像素组成,而每个像素又是由 RGB 组成,每个 8 位,共 24 位。

    我们假设一个视频中的所有图片的像素都是 1024*768,可以大概估算下视频的大小:

每秒钟大小 = 30 帧 x 1024 x 768 x 24 = 566,231,010 Bits = 70,778,880 Bytes

    按我们上面的估算,一分钟的视频大小就是 4,,246,732,800 Bytes,这里已经有 4 个 G 了。

    是不是和我们日常接触到的视频大小明显不符?这是因为我们在传输的过程中,将视频压缩了

    为什么要压缩视频?按我们上面的估算,一个一小时的视频,就有 240G,这个数据量根本没办法存储和传输。因此,人们利用编码技术,给视频“瘦身”,用尽量少的 Bit 数保持视频,同时要保证播放的时候,画面仍然很清晰。实际上,编码就是压缩的过程

视频和图片的压缩特点

我们之所以能够对视频流中的图片进行压缩,因为视频和图片有下列这些特点:

空间冗余:图像的相邻像素之间有较强的相关性,一张图片相邻像素往往是渐变的,而不是突变的,没必要每个像素都完整的保存,可以隔几个保存一个,中间的用算法计算出来。

时间冗余:视频序列的相邻图像之间内容相似。一个视频中连续出现的图片也不是突变的,可以根据已有的图片进行预测和推断。

视觉冗余:人的视觉系统对某些细节不敏感,因此不会注意到每一个细节,可以允许丢失一些数据。

编码冗余:不同像素值出现的概率不同,概率高的用的字节少,概率低的用的字节多,类似霍夫曼编码的思路。

    从上面这些特点中可以看出,用于编码的算法非常复杂,而且多种多样。虽然算法多种,但编码过程实际上是类似的,如下图:

网络协议 14 - 流媒体协议:要说爱你不容易

视频编码的两大流派

    视频编码的算法这么多,能不能形成一定的标准呢?当然能,这里咱们就来认识下视频编码的两大流派。

流派一:ITU(International tELECOMMUNICATIONS Union)的 VCEG(Video Coding Experts Group),这个称为国际电联下的 VCEG。既然是电信,可想而知,他们最初是做视频编码,主要侧重传输。我们上面的系列名词二,就是这个组织制定的标准。

流派二:ISO(International Standards Organization)的 MPEG(Moving Picture Experts Group),这个是 ISO 旗下的 MPEG。本来是做视频存储的,就像咱们场面常说的 VCD 和 DVD。后来也慢慢侧重视频传输了。系列名词三就是这个组织制定的标准。

后来,ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)与 MPEG 联合制定了 H.264/MPEG-4 AVC,这也是我们重点关注的。

直播数据传输

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