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版本：6.0 (Alpha) 🚀

Low Latency Live Stream

直播应用中，RTMP和HLS基本上可以覆盖所有客户端观看（参考：DeliveryHLS），HLS主要是延时比较大，RTMP主要优势在于延时低。

低延迟的部署实例参考：Usage: Realtime

Use Scenario

低延时应用场景包括：

  • 互动式直播：譬如2013年大行其道的美女主播，游戏直播等等各种主播，流媒体分发给用户观看。用户可以文字聊天和主播互动。
  • 视频会议：SRS的DEMO就有视频会议应用，我们要是有同事出差在外地，就用这个视频会议开内部会议。其实会议1秒延时无所谓，因为人家讲完话后，其他人需要思考，思考的延时也会在1秒左右。当然如果用视频会议吵架就不行。
  • 其他：监控，直播也有些地方需要对延迟有要求，互联网上RTMP协议的延迟基本上能够满足要求。

Latency

RTMP的特点如下：

  • Adobe支持得很好：RTMP实际上是现在编码器输出的工业标准协议，基本上所有的编码器（摄像头之类）都支持RTMP输出。原因在于PC市场巨大，PC主要是Windows，Windows的浏览器基本上都支持flash，Flash又支持RTMP支持得灰常好。
  • 适合长时间播放：因为RTMP支持的很完善，所以能做到flash播放RTMP流长时间不断流，当时测试是100万秒，即10天多可以连续播放。对于商用流媒体应用，客户端的稳定性当然也是必须的，否则最终用户看不了还怎么玩？我就知道有个教育客户，最初使用播放器播放http流，需要播放不同的文件，结果就总出问题，如果换成服务器端将不同的文件转换成RTMP流，客户端就可以一直播放；该客户走RTMP方案后，经过CDN分发，没听说客户端出问题了。
  • 延迟较低：比起YY的那种UDP私有协议，RTMP算延迟大的（延迟在1-3秒），比起HTTP流的延时（一般在10秒以上）RTMP算低延时。一般的直播应用，只要不是电话类对话的那种要求，RTMP延迟是可以接受的。在一般的视频会议（参考SRS的视频会议延时）应用中，RTMP延时也能接受，原因是别人在说话的时候我们一般在听，实际上1秒延时没有关系，我们也要思考（话说有些人的CPU处理速度还没有这么快）。
  • 有累积延迟：技术一定要知道弱点，RTMP有个弱点就是累积误差，原因是RTMP基于TCP不会丢包。所以当网络状态差时，服务器会将包缓存起来，导致累积的延迟；待网络状况好了，就一起发给客户端。这个的对策就是，当客户端的缓冲区很大，就断开重连。当然SRS也提供配置。

HLS LowLatency

HLS的延迟会比RTMP要大，一般是5秒以上延迟，如果不特别配置可能在15秒以上延迟。

如果想降低HLS延迟，请参考HLS LowLatency。

Benchmark

如何测量延时，是个很难的问题，不过有个行之有效的方法，就是用手机的秒表，可以比较精确的对比延时。参考：RTMP延时测量

经过测量发现，在网络状况良好时：

  • RTMP延时可以做到0.8秒左右（SRS也可以）。
  • 多级边缘节点不会影响延迟（和SRS同源的某CDN的边缘服务器可以做到）
  • Nginx-Rtmp延迟有点大，估计是缓存的处理，多进程通信导致？
  • GOP是个硬指标，不过SRS可以关闭GOP的cache来避免这个影响，参考后面的配置方法。
  • 服务器性能太低，也会导致延迟变大，服务器来不及发送数据。
  • 客户端的缓冲区长度也影响延迟。譬如flash客户端的NetStream.bufferTime设置为10秒，那么延迟至少10秒以上。

Min-Latency

当开启最低延迟配置后，SRS会禁用mr(merged-read)，并且在consumer队列中使用超时等待，大约每收到1-2个视频包就发送给客户端，达到最低延迟目标。

测试vp6纯视频流能达到0.1秒延迟，参考#257。配置文件：

vhost mrw.srs.com {
    # whether enable min delay mode for vhost.
    # for min latence mode:
    # 1. disable the publish.mr for vhost.
    # 2. use timeout for cond wait for consumer queue.
    # @see https://github.com/ossrs/srs/issues/257
    # default: off
    min_latency     off;
}

部署低延时的实例，参考：[wiki](EN, CN).

Merged-Read

RTMP的Read效率非常低，需要先读一个字节，判断是哪个chunk，然后读取header，接着读取payload。因此上行支持的流的路数大约只有下行的1/3，譬如SRS1.0支持下行2700上行只有1000，SRS2.0支持下行10000上行只有4500。

为了提高性能，SRS对于上行的read使用merged-read，即SRS在读写时一次读取N毫秒的数据，这个可以配置：

# the MR(merged-read) setting for publisher.
vhost mrw.srs.com {
    # the config for FMLE/Flash publisher, which push RTMP to SRS.
    publish {
        # about MR, read https://github.com/ossrs/srs/issues/241
        # when enabled the mr, SRS will read as large as possible.
        # default: off
        mr          off;
        # the latency in ms for MR(merged-read),
        # the performance+ when latency+, and memory+,
        #       memory(buffer) = latency * kbps / 8
        # for example, latency=500ms, kbps=3000kbps, each publish connection will consume
        #       memory = 500 * 3000 / 8 = 187500B = 183KB
        # when there are 2500 publisher, the total memory of SRS atleast:
        #       183KB * 2500 = 446MB
        # the value recomment is [300, 2000]
        # default: 350
        mr_latency  350;
    }
}

也就是说，当开启merged-read之后，服务器的接收缓冲区至少会有latency毫秒的数据，延迟也就会有这么多毫秒。

若需要低延迟配置，关闭merged-read，服务器每次收到1个包就会解析。

Merged-Write

SRS永远使用Merged-Write，即一次发送N毫秒的包给客户端。这个算法可以将RTMP下行的效率提升5倍左右，SRS1.0每次writev一个packet支持2700客户端，SRS2.0一次writev多个packet支持10000客户端。

用户可以配置merged-write一次写入的包的数目，建议不做修改：

# the MW(merged-write) settings for player.
vhost mrw.srs.com {
    # for play client, both RTMP and other stream clients,
    # for instance, the HTTP FLV stream clients.
    play {
        # set the MW(merged-write) latency in ms. 
        # SRS always set mw on, so we just set the latency value.
        # the latency of stream >= mw_latency + mr_latency
        # the value recomment is [300, 1800]
        # default: 350
        mw_latency      350;
    }
}

若需要极低延迟（损失较多性能），可以设置为100毫秒，SRS大约一次发送几个包。

GOP-Cache

什么是GOP？就是视频流中两个I帧的时间距离，如果问什么是I帧就去百度。

GOP有什么影响？Flash（解码器）只有拿到GOP才能开始解码播放。也就是说，服务器一般先给一个I帧给Flash。可惜问题来了，假设GOP是10秒，也就是每隔10秒才有关键帧，如果用户在第5秒时开始播放，会怎么样？

第一种方案：等待下一个I帧，也就是说，再等5秒才开始给客户端数据。这样延迟就很低了，总是实时的流。问题是：等待的这5秒，会黑屏，现象就是播放器卡在那里，什么也没有，有些用户可能以为死掉了，就会刷新页面。总之，某些客户会认为等待关键帧是个不可饶恕的错误，延时有什么关系？我就希望能快速启动和播放视频，最好打开就能放！

第二种方案：马上开始放，放什么呢？你肯定知道了，放前一个I帧。也就是说，服务器需要总是cache一个gop，这样客户端上来就从前一个I帧开始播放，就可以快速启动了。问题是：延迟自然就大了。

有没有好的方案？有！至少有两种：

  • 编码器调低GOP，譬如0.5秒一个GOP，这样延迟也很低，也不用等待。坏处是编码器压缩率会降低，图像质量没有那么好。
  • 服务器提供配置，可以选择前面两个方案之一：SRS就这么做，有个gop_cache配置项，on就会马上播放，off就低延迟。

SRS的配置项：

# the listen ports, split by space.
listen              1935;
vhost __defaultVhost__ {
    # for play client, both RTMP and other stream clients,
    # for instance, the HTTP FLV stream clients.
    play {
        # whether cache the last gop.
        # if on, cache the last gop and dispatch to client,
        #   to enabled fast startup for client, client play immediately.
        # if off, send the latest media data to client,
        #   client need to wait for the next Iframe to decode and show the video.
        # set to off if requires min delay;
        # set to on if requires client fast startup.
        # default: on
        gop_cache       off;
    }
}

备注：参考conf/full.conf的min.delay.com配置。

Max Queue Length

除了GOP-Cache，还有一个有关系，就是累积延迟。SRS可以配置直播队列的长度，服务器会将数据放在直播队列中，如果超过这个长度就清空到最后一个I帧：

    # the max live queue length in seconds.
    # if the messages in the queue exceed the max length, 
    # drop the old whole gop.
    # default: 30
    queue_length    10;

当然这个不能配置太小，譬如GOP是1秒，queue_length是1秒，这样会导致有1秒数据就清空，会导致跳跃。

有更好的方法？有的。延迟基本上就等于客户端的缓冲区长度，因为延迟大多由于网络带宽低，服务器缓存后一起发给客户端，现象就是客户端的缓冲区变大了，譬如NetStream.BufferLength=5秒，那么说明缓冲区中至少有5秒数据。

处理累积延迟的最好方法，是客户端检测到缓冲区有很多数据了，如果可以的话，就重连服务器。当然如果网络一直不好，那就没有办法了。

Low Latency config

考虑GOP-Cache和累积延迟，推荐的低延时配置如下（参考min.delay.com）：

# the listen ports, split by space.
listen              1935;
vhost __defaultVhost__ {
    tcp_nodelay     on;
    min_latency     on;

    play {
        gop_cache       off;
        queue_length    10;
        mw_latency      100;
    }

    publish {
        mr off;
    }
}

当然，服务器的性能也要考虑，不可以让一个SRS进程跑太高带宽，一般CPU在80%以下不会影响延迟，连接数参考性能。

Benchmark Data

SRS: 0.9.55

编码器：FMLE, video(h264, profile=baseline, level=3.1, keyframe-frequency=5seconds), fps=15, input=640x480, output(500kbps, 640x480), 无音频输出（FMLE的音频切片HLS有问题）

网络：推流为PC在北京公司内网，观看为PC北京公司内网，服务器为阿里云青岛节点。

服务器配置：

listen              1935;
vhost __defaultVhost__ {
    enabled         on;
    play {
        gop_cache       off;
    }
    hls {
        enabled         on;
        hls_path        ./objs/nginx/html;
        hls_fragment    5;
        hls_window      20;
    }
}

结论：RTMP延迟2秒，HLS延迟24秒。

参考：RTMP-HLS-latency

Edge Benchmark Data

SRS集群不会增加延迟。这个是Edge模式比ingest要高级的地方，ingest需要启动进程，延迟会大。ingest主要适配多种协议，也可以主动从源站采集流，但Edge是专业的边缘模式。

参考：Edge-latency

Winlin 2015.8

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