七牛視頻直播技術(shù)詳解 直播云、SDK 性能測試模型

北京2016年10月12日電 /美通社/ -- 七牛云于 6 月底發(fā)布了一個針對視頻直播的實時流網(wǎng)絡(luò) LiveNet 和完整的直播云解決方案，很多開發(fā)者對這個網(wǎng)絡(luò)和解決方案的細節(jié)和使用場景非常感興趣。

七牛結(jié)合實時流網(wǎng)絡(luò) LiveNet 和直播云解決方案的實踐，用八篇文章，更系統(tǒng)化地介紹當(dāng)下大熱的視頻直播各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，幫助視頻直播創(chuàng)業(yè)者們更全面、深入地了解視頻直播技術(shù)，更好地技術(shù)選型。  

本篇是《視頻直播技術(shù)詳解》系列的最后一篇。直播云 SDK 性能測試模型，SDK 的性能對最終 App 的影響非常大。SDK 版本迭代快速，每次發(fā)布前都要進行系統(tǒng)的測試，測試要有比較一致的行為，要有性能模型作為理論基礎(chǔ)，對 SDK 的性能做量化評估。本文就是來探討影響 SDK 性能的指標(biāo)并建立相應(yīng)的性能模型的。

影響視頻質(zhì)量和大小的重要參數(shù)

在進行測試之前需要明確幾個對視頻的質(zhì)量和大小影響較大的參數(shù)：幀率、碼率和分辨率。

1）如何制定幀率

一幀就是一副靜止的畫面，連續(xù)的幀就形成動畫，如電視圖象等。所謂幀數(shù)，簡單地說，就是在 1 秒鐘時間里傳輸?shù)膱D片的數(shù)，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次，通常用 fps（Frames Per Second）表示。每一幀都是靜止的圖象，快速連續(xù)地顯示幀便形成了運動的假象。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。每秒鐘幀數(shù) (fps) 愈多，所顯示的動作就會愈流暢。

2）如何制定碼率

首先看視頻編碼的目的，是為了在有限的帶寬中傳輸盡可能清晰的視頻。以每秒 25 幀的圖像舉例，25 幀圖像中定義了 GOP 組，目前主要是有 I、B、P 幀三種幀格式。I 幀是關(guān)鍵幀，可以想象它就是一幅 JPEG 壓縮圖像；B、P 幀是依靠 I 幀存在的，如果丟失了 I 幀，B、P 幀是看不到圖像的。B、P 幀描述的不是實際的圖像像素內(nèi)容，而是每個相關(guān)像素的變化量，他們相對于 I 幀信息量會很小。GOP 組是指一個關(guān)鍵幀I幀所在的組的長度，每個 GOP 組只有 1 個 I 幀。

3）如何指定分辨率

分辨率概念視頻分辨率是指視頻成像產(chǎn)品所成圖像的大小或尺寸。常見的視像分辨率有 640×480、1088×720、1920×1088。在成像的兩組數(shù)字中，前者為圖片長度，后者為圖片的寬度，兩者相乘得出的是圖片的像素。

影響SDK 性能的指標(biāo)

有了上述的前置知識，可以開始準(zhǔn)備測試 SDK 的性能了，首先分析一下都有哪些指標(biāo)可以反映 SDK 的性能，分成 Android 和 iOS 兩個平臺：

• Android
  GC ：可以通過 GC 日志記錄、Mirror GC 和 Full GC 的頻次和時間，Full GC 會造成比較明顯的卡頓，需要評估
  UI Loop 就是 VSync Loop ：反映 SDK 對 App 流暢度的影響，理論上 60 fps 是最流暢的值
  Memory ：反映 SDK 占用內(nèi)存的大小
  CPU Usage ：反映 SDK 占用計算資源的大小
• iOS
  UI Loop ：反映 SDK 對 App 流暢度的影響，理論上 60 fps 是最流暢的值
  Memory ：反映 SDK 占用內(nèi)存的大小
  CPU Usage ：反映 SDK 占用計算資源的大小

除了上面的一些系統(tǒng)級別的指標(biāo)外，下面是直播 SDK 中特有的一些指標(biāo)，這些指標(biāo)可以反映出 SDK 的核心競爭力和一些主要的差異，涉及到視頻的清晰度和流暢度，也是可以量化的。

1）影響視頻清晰度的指標(biāo)

幀率
碼率
分辨率
量化參數(shù)（壓縮比）

2）影響視頻流暢度的指標(biāo)

碼率
幀率

3）其他重要指標(biāo)

直播是流量和性能的消耗大戶，有一些指標(biāo)，直接影響了用戶的感受，也是我們需要重點關(guān)注的：

耗電量
發(fā)熱（不好量化，大部分情況發(fā)熱和耗電量正比，可以使用耗電量暫時替代）

測試計劃

測試過程需要先固化一些測試條件，然后根據(jù)不同的測試條件得出測試結(jié)果，這里選擇了兩個現(xiàn)在最常見的條件，是七牛云通過回訪大量的客戶得出的一些統(tǒng)計數(shù)字，可以反映大部分直播應(yīng)用所處的場景。主要從分辨率、視頻處理、碼率和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境幾個維度進行限制。

最后分為幾個兩種測試指標(biāo)：客觀和主觀指標(biāo)，前者反映了 SDK 對系統(tǒng)的消耗程度，但雖說是客觀指標(biāo)并不是說對用戶沒有影響、只是說得出的結(jié)果用戶感受不明顯。主觀指標(biāo)則會直接影響最終用戶體驗，但在傳統(tǒng)的測試中反而容易被忽略，因為不好量化，這里拍磚引玉的提出一些量化的方式，希望引起讀者的思考。

測試條件 A

這個條件，反映了大部分低速網(wǎng)絡(luò)情況下的使用場景，也反映了 SDK 基本的性能情況，可以作為 SDK 基本推流和拉流情況下的基準(zhǔn)測試，不引入太多的測試依賴。

測試條件 B
分辨率 720p
無水印，有美顏
碼率 1 M
網(wǎng)絡(luò)保證在 0.5 M ~ 2 M

這個條件，反映了大部分客戶的使用場景，具有較高的分辨率和美顏視頻處理，可以作為 SDK 競品分析的重要依據(jù)，測試結(jié)果非常接近真實場景。

1）客觀指標(biāo)測試計劃

客觀影響 App 穩(wěn)定性和性能的指標(biāo)：

• Memory
  測試 10 分鐘，內(nèi)存曲線
  測試 1 小時，TP99，TP95，TP90，需要歸檔
  測試 1 小時，內(nèi)存增量，考察是否有內(nèi)存泄露，需要歸檔
  參考值：上次結(jié)果
• CPU
  測試 10 分鐘，CPU Usage 曲線
  測試 10 分鐘，TP99，TP95，TP90，需要歸檔
  參考值：上次結(jié)果
• 碼率
  測試 10 分鐘，TP99，TP95，TP90，重點說明，這里的碼率控制需要分開來看，如果網(wǎng)絡(luò)抖動造成碼率降低，這樣的點不計入進來，只測試 SDK 碼率控制，需要歸檔
  參考值：1 M（大小都是偏差）
• 耗電量
  測試一小時，記錄進程總耗電量、屏幕顯示耗電量、CPU 耗電量，需要歸檔
  參考值：上次結(jié)果

2）主觀指標(biāo)測試計劃

主觀影響 App 使用者的指標(biāo)：

• UI Loop App 本身可以達到的較大幀率，不同于視頻幀率，統(tǒng)計他的原因是我們的 SDK 可能會影響整個 App 的流暢度，需要跟蹤
  測試 10 分鐘，UI Loop 曲線
  測試 10 分鐘，UI Loop TP99，TP95，TP90，需要歸檔反復(fù)比較
  參考值：60 fps
• Android GC
  測試 1 小時，記錄 Mirror GC 和 Full GC 的頻次，記錄 GC 時長的 TP99，TP95，TP90，需要歸檔反復(fù)比較
  參考值：上次結(jié)果
  幀率（fps）
  測試 10 分鐘，TP99，TP95，TP90，需要歸檔反復(fù)比較
  參考值：30 fps
• PSNR 比較視頻清晰度的指標(biāo)
  測試 10 分鐘，需要歸檔反復(fù)比較，這個指標(biāo)可以使用固定視頻作為輸入
  參考值：上次結(jié)果

3）結(jié)果顯示

表格顯示具體指標(biāo)
曲線顯示原始數(shù)據(jù)和時間軸的數(shù)據(jù)
熱圖顯示和參考值的偏差
熱圖顯示距離上次歸檔值是改善了還是惡化了

通過這種反復(fù)迭代的自動化的、系統(tǒng)化的測試，七牛云以職人之心近乎偏執(zhí)地反復(fù)打磨著 SDK 的性能，只為給最終用戶帶來較好的直播體驗，幫助客戶通過次時代的媒體較大化自己的商業(yè)價值。