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WebTransport 开播的应用实践之路

火山引擎

  • 2023-05-24
    北京
  • 本文字数:2287 字

    阅读完需:约 8 分钟

WebTransport 开播的应用实践之路

Web 开播的业务挑战


不管是本地软件推流还是 Web 推流,需要解决的技术问题都是一样的,如何稳定地把高质量的音视频流呈现给更多用户,只不过 Web 开播的话,需要一个限定,就是在现有的 Web 技术范围内。从技术角度来解读一下这里的几个关键词:


  • 稳定性: 传输协议本身的稳定性是需要保障的,优先会选择使用可靠传输,防止网损带来的花屏、杂音等问题,更重要的是,在服务链路不可用的情况下能够迅速切换服务线路。因此在推流场景下需要提供多线路备份的能力。


  • 高质量:在一些场景下,比如医疗医美营销的场景、带货的场景,要对商品细节做展示,这就要求技术方案在带宽允许的前提下,尽可能选用对画面细节损失更少的编码方案


  • 大规模用户:要分发给更多用户,那技术方案设计肯定会引入直播 CDN 服务,但是推流协议是不是能够被直播 CDN 支持,这就是一个考量的点,也是做私有协议无法满足的点。


WebTransport 的技术原理


首先我们简单来了解一下 WebTransport 这个传输协议基本的技术原理。WebTransport 是基于 HTTP3 的应用层传输协议,HTTP3 的底层又基于 quic 协议,quic 协议是基于 UDP 协议实现的一套传输协议,支持可靠与非可靠传输两种形式。



WebTransport 的技术优势


WebTransport 对于 Web 应用的意义并不止于一个更好的传输协议,它更多的还是带来了一个更加丰富的技术栈,能够根据实际场景,结合 WebCodecs、WebAssembly 和 WebNN 等能力实现更好的应用体验。相较于 WebRTC 相对中心化的技术栈,这种方式显然是更加灵活的,易于做出更多灵活的技术组合。



另一个明显的优势在于 WebTransport 可以发挥页面多线程的优势,使用 WebRTC 协议,大量的逻辑只能放在主线程执行,而使用 WebTransport 就可以将整个音视频的处理流程放在 WebWorker 中,降低对主线程的占用,提升页面流畅度。同时使用多线程能够提升应用的扩展性,在面对更多的音视频任务时可以用线程来进行抽象和隔离。


充分利用多线程机制降低主线程负担


利用多线程机制提升应用的可拓展性


从传输协议的特性上来说,它的建联速度更快,首次建联只需要 1 个 RTT,相比之下,TCP 则需要 2~3 个 RTT。针对已经建立过的连接,超时时间内再次建联可以实现 0RTT。在网络拥塞的情况下,减 少 RTT 次数对速度的优化是非常明显的。可以到几十 ms。最后一个特性是连接迁移,在直播过程中如果 WIFI 网络不好。切到手机热点也可以实现 0RTT,相比之下,TCP、RTC 都需要重新建立连接,恢复的速度会慢很多。


首次连接比 TCP 快 1~2RTT


对有缓存的连接支持 0RTT


基于这些优势,火山引擎直播团队选择使用 WebTransport 优化直播推流。设计的方案是基于单向流的稳定传输,从传输格式上对标 RTMP,这样直播 CDN 的支持成本会相对较小,比较好复用目前的 RTMP 收流逻辑。由于这个技术栈较新也需要解决过程中的一些问题:虽然 W3C 定义了 AAC 的编码能力,但是 Chrome 没有提供 AAC 编码的实现,可以将 libFaaC 编译成 wasm 库来实现,另外浏览器没有针对 flv 容器的封装,需要额外支持该部分能力。那么相比于 WebRTC 推流,WebTransport 推流的实际应用效果如何呢?



WebTransport 推流与 WebRTC 推流效果对比


为什么 WebTransport 能够比 WebRTC 推流获得更好的效果:


  • 网络传输(画质与稳定性):

WebRTC 是面向实时通信的传输协议,对网络延时的变化敏感。使用 WebRTC 协议推流时,它受到网络抖动的影响较大,当网络延时的抖动发生时,RTC 的带宽估计模块会认为当前网络处于拥塞状态,需要降低发送码率以避免拥塞,码率的降低对视频画质的影响是非常大的,直观感受就会出现局部的马赛克。当使用 WebTransport 基于 Quic 可靠传输时,其拥塞控制算法对网络抖动的敏感度相对较低,可以通过牺牲一定的延迟保证发送可靠性,因此不容易出现大幅降低发送带宽的行为,画质相对有保障。


  • 编码优化(画质):

WebTransport 在 Web 规范中提供了网络传输的能力,并且可以与现有的 Web 端多媒体能力进行深度集成,例如 WebCodecs、WebGPU 等。给应用的优化提供了更多编码格式、参数选择方面的空间。


  • 易于集成到直播 CDN(大规模分发):

WebTransport 基于已经定稿的 HTTP3 规范,易于被直播 CDN 集成支持,应用复杂度相较于 WebRTC 更低,同时省去了 RTC 推流建连过程中的信令环节,可以加快首帧推送的速度,方便部署到更多的直播 CDN。


首先在网络抖动的场景下,同样加入 100ms 延迟抖动,WebTransport 推流的画面会明显比 RTC 推流要清晰。在网络抢占的场景下,固定一个较低的带宽,使用 GCC 拥塞控制算法的数据流,面对使用 TCP 协议的数据传输,它能够分到的带宽资源是非常小的。


WebTransport 推流+100ms 延迟抖动


WebRTC 推流+100ms 延迟抖动


另外,在固定 3Mbps 上行带宽的网络下,同时使用 WebTransport 和 RTC 推流,设定的目标码率都是 1.5M,过程中 RTC 推流的码率会受到严重的影响,码率大幅下降,不能保证画质。WebTransport 推流在不同网络状态下的流畅度表现,除了大量丢包的情况下,其余的场景都能够达到与 RTC 推流基本持平。


WebTransport 推流


WebRTC 推流


总结与展望


不同的推流协议之间各有优缺点,目前没有一个完美的解决方案,需要根据实际的场景来做选择,比如连麦场景一般需要用 WebRTC 转推,更适合低延迟互动的场景,WebTransport 方案则更适合高画质需求的场景。总的来说,WebTransport 推流的方案在解决“如何稳定地将高质量的音视频传递给大量的用户”的问题上,即实现了可靠的传输,连接稳定性有保障,并且在遭遇网损的场景,可以通过牺牲部分延迟保障音视频质量,给出了一份令人较为满意的答卷。如果想要体验 WebTransport 的开播效果,可进入火山引擎控制台进行在线 demo 体验。



2023-05-24 12:3611420
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鲁冬雪 GMI Cloud Head of China Marketing

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