视频转码服务架构说明书

需求说明

视频转码服务，具备将高码率的视频转换为低码率的视频，和对不同编码格式的视频进行转换能力的后台服务；

规格定义

性能指标：

吞吐量和性能指标

4核 8G 1000M网卡

GeForce GT 1030 以上显卡

CPU 到 80%

网络占用率到 70%

100路 720P 高清 2Mbps -> 640*480P 800kbps

50路 1080P 高清 4Mbps -> 640*480P 800kbps

时延要求：转码服务对视频播放延时需要小于3S

支持的协议和编码类型：

协议类型	TCP/UDP
流媒体支持	RTP/PS/RTMP
视频类型	H264/VP8/VP9/H265
音频类型	AAC/OPUS/iLBC

架构设计

图1.整体框图

FFmpeg是可以进行多种格式的音频、视频解码、转换、流功能的多媒体开发框架，包含了libavcodec 用于多个项目中音频和视频的解码器库，libavformat进行音频与视频格式转换库，以及libavfilter用于做视频水印、叠加等特效处理的filter工具。同时，FFmpeg可通过使用Nvidia的GPU加速进行视频编解码，根据Nvidia网站上关于硬件编码和软件编码的性能对比，性能以每秒钟编码帧数为参考指标，质量以PSNR为参考指标，可看出性能方面Nvidia编码器是x264的2~5倍，质量方面对于fast stream场景来说Nvidia编码器优于x264。

ZLMediaKit是一个基于C++11的高性能、运营级、流媒体服务框架，支持多种流媒体协议(RTSP/RTMP/HLS/HTTP-FLV/WebSocket-FLV），支持协议间的互相转换，并对异步IO的网络编程模型进行了封装，是一个非常适合做转码服务器的流媒体服务框架。

线程模型

转码请求接收线程（监听固定3500端口）
接收媒体包线程	转码线程	发送线程	日志线程

类图设计

转码请求接收线程输入请求格式定义：

输入请求

{“dest_ip”:11.12.112.10,

“dest_port”:9000,

“socket_protocol”:”udp”,

“transport_protocol”:”rtp”,

“source_width”:1080,

“source_height”:1920,

“source_samplerate”:2000,

“source_media_type”:”rtp”,

“source_video_codec”:”h264”,

“source_audio_codec”:”aac”,

“dest_video_codec”:”h264”,

“dest_audio_codec”:”aac”,

“dest_width”:640,

“dest_height”:480,

“dest_samplerate”:800 }

输出

{“recv_packet_ip”:”11.12.112.10”, “recv_packet_port”:”9099”}

转码输出的目的IP、端口，网络协议, 源分辨率，源码率，目标分辨率，目标码率，媒体类型(RTP/PS/RTMP/RTSP)，视频格式，音频格式，目标视频格式，目标音频格式

返回:监听的转码服务包接收IP/端口；

业务流程图

调用方先发送消息给视频转码服务后台的3500端口，配置转码相关信息，要求开始转码；
视频转码服务接收到调用方的请求后，判断是否具备转码所需要的服务能力，并将配置信息进行存储，返回接收转码包的监听IP和端口；
调用方监听目标视频的接收端口，并再接收到目标视频流后，转发给需要的客户端，也可以在第一步直接将客户端的IP和端口作为参数提交给转码服务，调用方不需要接收转码完成的视频流；
发送视频流到转码服务的接收IP和端口；
将转码完成的视频数据发送给接收IP和端口；
该步骤发送消息给3500端口结束转码

负载均衡支持

主节点和主节点之间存在心跳消息，主节点和子节点间存在心跳，子节点间不存在心跳；主节点需要负责子节点的转码任务分配，负责将请求转发到子节点，存储各子节点的任务数和吞吐量等服务器状态信息，负责子节点间的负载均衡；主节点和子节点可以分布式部署在不同的服务器上。具体的心跳消息和任务分配消息详细设计中体现。

参考：https://it3q.com/article/49