CDN高級技術專家周哲: 深度剖析短視頻分發過程中的用戶體驗優化技術點

發布時間：2020-08-11 19:38:30 來源：ITPUB博客閱讀：188 作者：小資一夏欄目：服務器

2018深圳云棲大會已經圓滿落幕，在飛天技術匯-彈性計算、網絡和CDN專場中，阿里云CDN高級技術專家周哲為我們帶來了《海量短視頻極速分發》的主題分享，帶領我們從視頻內容采集、上傳、存儲和分發的角度介紹整體方案，并且重點講解短視頻加速的注意事項和用戶體驗優化要點。

講解從三個部分展開：短視頻應用場景，阿里云短視頻解決方案，阿里云對短視頻用戶體驗優化的相關優化。

短視頻應用場景

短視頻比圖片和文字包含更多的信息，在移動互聯網普及的今天，短視頻應用場景非常廣泛。

一、社群分享場景
用戶可以錄制視頻，進行特效編輯處理，上傳到服務器，通過社區的方式分享給好友。
二、電商場景
商家可以快速拍攝、制作商品的短片，把商品的介紹視頻發給消費者，這樣可以提高購買轉化率。
二、IM聊天場景
在交流過程中，通過隨拍隨傳的短視頻，用戶可以更生動的表達觀點，更真實的傳遞情感
三、新媒體場景
區別于傳統、單一的圖文展示形態，短視頻可以快速收集及發布新聞，一鍵呈現世界
四、體育賽事場景
集成短視頻SDK后，用戶可以在現場實時拍攝和剪輯，生成具有傳播價值的短視頻，通過分享來全網同步賽事

阿里云針對短視頻的業務場景，提供了一整套技術解決方案。在主播端，提供了視頻上傳SDK和短視頻SDK，在觀眾端提供視頻播放SDK，在服務器端提供點播服務、OSS存儲和CDN加速。
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對于開發者來說，短視頻解決方案的使用流程是這樣的：首先主播端使用短視頻SDK對用戶的視頻進行錄制、特效處理和剪輯，然后將視頻通過上傳SDK上傳到服務器端，在服務器端先通過點播服務進行轉碼以及視頻處理，然后把處理好的視頻存儲到OSS上，做持久化保存。在播放端集成播放器SDK，播放器會向CDN請求資源，CDN如果有緩存會把緩存的數據發給客戶端。如果CDN緩存沒有數據會去OSS中拉取數據，在返回給客戶端，并把數據緩存到CDN上。開發者使用這些技術組件，可以快速的開發短視頻業務。

下面，我們逐一介紹解決方案的能力與特點。

CDN高級技術專家周哲: 深度剖析短視頻分發過程中的用戶體驗優化技術點

解決方案中的視頻SDK，包括短視頻、上傳和播放三個。短視頻SDK包含人臉貼圖、高級美顏的功能，在用戶錄制視頻之后先進行本地美顏再進行上傳，同時也提供專業濾鏡、MV特效和裁剪壓縮、添加音樂的功能，使視頻剪輯大眾化；上傳SDK通過快速通道可以把視頻傳輸到服務器端，支持斷點續傳、后臺上傳、多文件管理等功能；播放器SDK支持Android、IOS、flash、H5等多個平臺、加密播放和安全下載等。

點播和存儲服務，點播服務提供視頻管理相關的功能，比如視頻轉碼，窄帶高清可以在相同的用戶觀感體驗下，節約30%的帶寬；云剪輯功能可以在線對視頻進行編輯處理；同時點播服務提供豐富的數據統計，開發者利用阿里云提供的API訪問實時數據。

同時，阿里云也在視頻領域開放了AI技術，包括內容審核，降低違規風險；智能封面，對視頻結構化處理和算法選取最優視頻幀作為視頻封面；標簽預測，通過AI來識別視頻中文字、圖像、人物等信息，自動生成視頻標簽等。
基于短視頻業務產生的海量數據，阿里云也提供了高可靠、強安全、低成本的存儲服務。
CDN高級技術專家周哲: 深度剖析短視頻分發過程中的用戶體驗優化技術點

為了應對短視頻大規模的業務需求，阿里云CDN建設了大量的基礎設施。
首先，阿里云CDN擁有全球1200多個節點，分布在全球各個國家和地區，貼近用戶部署，使用戶更快速的訪問視頻內容，使視頻體驗更好。同時，為了面對業務的突發流量，阿里云提供了超過80TB的帶寬儲備，為持續增長的業務保駕護航。并且，單節點緩存容量超過1PB，通過提供更大的緩存空間，來提升用戶訪問速度。

介紹完了解決方案之后，周哲老師又為大家介紹了阿里云在短視頻領域的一些優化技術。

短視頻用戶體驗關鍵指標
短視頻用戶體驗的關鍵指標有首屏時間、播放卡頓和播放錯誤。

首屏時間是指在視頻穩定播放期間，從用戶點擊播放到視頻開始播放之間的時間差。首屏時間越長，會導致用戶提前結束播放。
播放卡頓是指在播放過程中的不流暢情況，會嚴重影響用戶體驗。
播放錯誤是指用戶播放視頻時沒有成功播放，或出現異常導致提前中斷。

用戶體驗優化剖析

為了解決這些問題，我們對整個架構進行剖析。
首先，終端用戶使用阿里云提供的視頻SDK來請求調度服務器，調度服務器返回對應的節點IP，然后播放器通過CDN的節點IP來請求資源，CDN的邊緣節點如果有緩存的話可以從本地發給播放器，如果沒有緩存就去二級節點進行訪問，二級節點沒有緩存會去OSS或者用戶源站拉取數據。
CDN高級技術專家周哲: 深度剖析短視頻分發過程中的用戶體驗優化技術點

阿里云CDN有一級節點、二級節點的緩存，二級節點的作用是：
第一，做資源收斂，避免相同請求同時回源，減少源站壓力
第二，離邊緣節點接近，在邊緣節點沒命中的時候，能夠更快的從二級節點獲取到數據
第三，提供更大的存儲空間，提高命中。

同時，阿里云對于整個播放過程，進行一些用戶體驗相關的數據打點，通過這些數據來進行分析，得到了一些優化點。

第一就是播放器，播放器是否優化決定了終端用戶的觀看質量。首先，我們對播放器SDK做了相關優化，比如，通過減少首次緩沖時間，可以設置在受到視頻第一個P幀就開始解碼播放；提供動態緩存大小，當出現網絡抖動的時候，可以動態增加緩存大小，對數據進行預加載，通過這種方式來降低卡頓率；針對播放錯誤，播放器SDK實現了網絡重試機制，來提供播放成功率。

第二個優化是針對調度系統，用戶在訪問邊緣節點的時候，訪問調度服務器，調度服務器返回的IP地址是不是最優的網絡鏈路，這個很大程度上影響用戶對于視頻的下載速度。阿里云自研了智能調度系統，可以選擇用戶到邊緣節點的最優鏈路，來反饋給客戶端。

第三是阿里云提供非常多的網絡節點覆蓋，讓邊緣節點距離用戶更近，來提升用戶訪問速度。

第四個優化點是在用戶向CDN服務器獲取數據時，當出現網絡抖動的時候，會有下載速度降低情況產生，阿里云CDN針對TCP協議棧進行優化，通過更高效的協議棧算法來提升下載速度。

第五個優化點是開發者可以使用阿里云提供的窄帶高清功能，來降低播放視頻的帶寬。

第六是用戶在訪問邊緣節點的時候，如果請求在邊緣節點MISS會直接回源，應時間變慢，而如果邊緣節點命中，用戶的下載的速度就和邊緣節點緩存服務器的性能具有強關聯性了，阿里云針對緩存服務器的性能做了很多優化，通過加大邊緣服務器的空間和智能優化，來提升訪問速率。

第七，阿里云也支持全鏈路監控，來提早發現問題，針對性優化，確保穩定服務

智能調度系統優化

這里詳細介紹一下智能調度的優化，針對調度系統，阿里云做了五個方面的優化，第一個是精準的IP數據庫會持續更新，基于第三方IP庫數據、whois平臺和淘寶手機用戶在訪問數據時的一些經緯度信息，會對IP庫進行主動探測，基于這些維度的數據，進行計算和生成。IP庫數據的準確性會對調度系統提供數據支撐。

第二個是提供HTTPDNS服務，用戶通過localdns請求調度服務器，會遇到第一個問題是：localdns和用戶ip位置有不匹配問題，會出現基于localdns調度時，調度系統看到的客戶端ip和用戶真實ip不一致，導致調度不準確
第二個問題是：用戶查詢dns服務器時，在查詢過程中會出現dns結果被串改的情況。通過httpdns服務，可以解決由于localdns和ip地址不匹配問題，同時也可以做到dns結果防串改，使調度更精準。播放器基于httpdns對dns查詢做預加載，并對結果做緩存，減少dns查詢查詢帶來的首屏時間慢。

第三點是基于用戶體驗的自動化調度，會基于用戶的客戶端IP以及用戶到每個節點的網絡情況、當前各個節點的狀態，來進行計算，通過一些機器學習的方式，來預測用戶到哪個節點的網絡鏈路為最優。這樣就確保給用戶IP地址返回最優的網絡鏈路。

第四個是大數據分析，選擇最優節點。通過當前節點覆蓋情況和用戶訪問流量趨勢，進行數據預測，去選擇在哪里建點，并且去計算這些節點覆蓋哪些用戶的網絡質量是最優的，為調度系統提供數據支撐。

最后一點是基于內容調度，通過302做內容粒度的調度，把相同URL調度到同一臺機器上，提高命中率。

緩存性能優化
阿里云CDN針對緩存系統也做了很多優化。
通過自研的緩存系統，開發基于裸盤的緩存系統。使用內存、SSD、SATA三級緩存架構，把最熱的資源存儲到內存中，次熱的資源存儲在SSD中，冷的資源存儲在SATA中，并且通過熱點遷移的方式，把SATA中熱的資源遷移到內存和SSD中，再通過淘汰算法，把內存和SSD中的冷的資源淘汰到SATA盤中。通過這種方式，提供內存和SSD的命中率，降低SATA盤的IO讀寫情況，來存儲更多的冷資源，提高邊緣節點利用率。同時，自研的文件系統對IO操作做了很多優化，比如說合并IP對齊寫入功能，避免內存碎片和磁盤碎片帶來的IO性能嚴重下降。對大文件進行切片存儲，分片存儲到不同磁盤中，避免因單個視頻文件過熱導致磁盤性能下降。
通過以上的優化措施，緩存的平均命中率在95%以上，首字節時間低于10ms。
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基于用戶體驗的TCP協議棧優化

第一個優化點是基于時間序的丟包發現機制，主要是在TCP協議棧里去分析TCP發包的時間序列，然后能夠識別出哪些包丟掉了，快速發現丟包和快速重傳。
第二個優化點是主動丟包發現機制，是指我們在發現包的時候去主動探測，避免通過超時來發現丟包，減少丟包發現的時間，提高進行重傳
第三個是自適應的初始化窗口，針對不同業務場景使用不同初始化窗口大小。
第四個是更激進的擁塞避免算法，針對網絡不好的情況，在協議棧中識別狀態，使用更激進的發包策略，解決下載速度慢的問題。
第五個優化點是使用更小的鏈接超時時間，來更早的發現丟包。

基于以上的優化，我們使用第三方檢測平臺，對某短視頻業務1.2M文件，和其他CDN廠商做性能對比測試，相同文件大小從內容下載時間上看，使用阿里云CDN有2%-6%的性能提升。其余數據也表現優異。
CDN高級技術專家周哲: 深度剖析短視頻分發過程中的用戶體驗優化技術點

歡迎大家來使用阿里云點播服務、CDN和OSS存儲，來搭建短視頻應用。

向AI問一下細節

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