世界杯直播背后看不见的战斗：腾讯云极速高清技术部署实录
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作者：李海琦，腾讯云高级产品经理。
世界杯直播你看了吗？央视网，央视影音的清晰度及流畅度，是不是给你留下比较深刻的印象？我们先看下网友们的反馈：
（点击查看大图）
央视作为本次世界杯的版权方和内容分发方，对于本次世界杯直播支撑服务有着极高的技术要求。而央视网最终选择了腾讯云-视频云极速高清产品，来为其全国用户提供流畅稳定的高清直播服务。
极速高清服务在央视网正式上线运营后，表现确实不错，在世界杯开赛初期，与其他平台的用户体验，形成鲜明对比，一改过往用户对央视大型赛事直播的看法。
本文从极速高清的工作原理，通过深度学习对世界杯场景的优化，针对央视需求与其他技术PK最后胜出，最后部署上线运营为时间线，记录并总结腾讯云极速高清,是如何完成对本次央视网世界杯直播的支撑。
▌一、腾讯云极速高清，到底是个什么鬼？
普通转码主要存在的质量问题有：转码失真、低分辨率模糊、镜头抖动、噪声大、低码率锯齿块等。
极速高清服务，为腾讯-视频云新推出的智能动态编码技术，主要原理为通过深度学习，对直播视频流进行智能处理，从而以更低的带宽成本，给用户提供更高清的视频直播流。其主要通过以下几个模块协作完成。
视频场景智能分类：我们首先通过深度学习的方法，形成包含游戏、体育、秀场、户外、动漫、美食、影视剧等在内的十几个主流大类及几十个小类场景模型库。极速高清服务开始期间，对实时直播流进行检测分析，并匹配对应场景模型。匹配率方面，较明显的场景如游戏、足球、篮球、动漫等，CNN网络模型匹配准确率达98%以上；电视剧、户外运动、美食、旅游等画面特征分散，帧间运动变化较大的场景，CNN+RNN+LSTM做时域及空间域的分析，准确率在85%以上；
编码参数匹配：根据第一步场景分类实时识别结果，结合视频源码率、帧率、分辨率、纹理和运动变化幅度等情况，以及综合机器负载和画质效果等维度，选择最优编码参数；
前置处理：根据不同场景分类、客户对视频画质的不同要求，以及结合视频源画面纹理和实时运动检测结果进行锐化、软模糊、反交错、去块、降噪、色阶补偿、降帧等前置处理；
编码动态优化：腾讯云-极速高清服务，针对不同视频类别，同一个视频内不同视频段，应用完全不一样的编码参数，其中包括但不限于：IBP帧类型、量化参数QP、分辨率等；且支持编码参数按帧实时更新生效；
码率智能控制：由于不管是标准H.264/JVT-G012 码率控制算法、还是x264的码率控制算法，在运动变化切换比较明显的场景下，预编一次得到率失真理论凸曲线，都是尽可能接近最优失真曲线，对于运动场景实时检测切换比较明显的场景帧，我们在x264码率控制的基础上，会综合帧时序信息做一些补偿因子和画质控制，使得主观观看得分VMAF值，会有3-5分以上的提高。
上图，极速高清在VMAF得分相同情况下，码率控制更低更精准；
Detail reduce：针对H264视频编码格式，我们设计了一种在视频残差的频域上消除噪声的算法。该算法结合了当前编码宏块的残差大小、宏块的QP值、历史的频域值等。并根据不同场景，选择匹配的Video Denoise模板，自适应地进行宏块级的视频处理，能够以极低的CPU消耗，对噪声宏块进行优化，同时保留清晰宏块的完整性；
ROI处理：SIFT+差分图像+运动目标图像检测或用户指定（如台标、水印）关注ROI区域，对该区域的宏块编码，进行强化（放大/缩小量化步长）、锐化、色阶补偿等处理，如央视网世界杯，就要求对台标和字幕区域画质和亮度增强。
腾讯云-视频云，主要通过以上模块协作处理，在云端开启腾讯云极速高清服务。
▌二、500场模拟，百场实践-针对世界杯比赛场景深度学习
今年春节后，腾讯云极速高清服务，开始陆续接入一些头部游戏直播平台，且得到客户认可。但针对体育赛事（特别是足球赛事）的客户，我们一直没有接触到。
世界杯前我们针对足球赛事场景，做一次系统化的机器学习以及视觉效果优化评估，以便为即将到来的世界杯做最好的准备。
机器学习和视觉调整：网络爬虫足球比赛视频超过500场。针对每场比赛视频在：高速运动场景、足球跟随模型训练、长远镜头优化、精彩回放ROI区域增强，观众表情捕捉等细节，做一些视觉效果分析以及优化效果评估，以便打造世界杯最优动态编码模型；
中超试水：虽然我们一直在自己优化足球赛事的动态编码模型，但一直缺少真实的落地用户，此时内心还是有些忐忑的；大约4月中旬的时候，我们向龙珠直播的中超比赛，主动推广了极速高清服务，并针对中超的一些比赛，逐步增加了极速高清服务，虽然开始的时候，出现过一些问题，但后来逐步优化后，效果可以满足客户需求；
英超切量：经过前期在龙珠中超比赛中的实践，我们心里基本有底。后期开始主动寻找一些体育赛事客户。新英体育作为英超在大陆的版权方，在英超比赛方面基本一家独大（而且英超的比赛节奏要远远快于中超，这一点跟世界杯的场景会更加匹配）。我们借助架构师及商务，对新英体育进行了极速高清服务的推广，在多轮的测试及优化下，最后客户验证通过。
▌三、开赛前，看不见的PK
央视作为整个视频云行业都极其看重的客户，是各云厂商的必争之地。此次世界杯前，央视决定在世界杯期间，引入提升比赛清晰度的新技术后，各云服务厂商都提供了自己的解决方案。
经过几轮测试，央视网最终决定在腾讯云和某云厂商之间选择一家，由于世界杯已经临近，对于我们来说是极大的考验。
在与对手的PK过程中，我们在码率控制、去模糊、去块、反交错、运动搜索和分块决策等模块，共进行了几十次服务升级和优化，经过与一轮又一轮的PK，央视网最终选择了腾讯云。
如上图所示，极速高清在VMAF质量稍微有优势情况，码率比友商少8%-10%左右。
▌四、众志成城，一周完成央视网极速高清服务私有化部署
虽然在技术指标侧我们赢了，但由于世界杯的特殊性及紧迫性，且客户暂时没有相匹配的服务器等硬件资源。所以该需求就变成了：“自带机器私有化部署”。
其实前期我们与客户沟通的过程中，“私有化部署”一事我们是清楚的，也在着手准备着。
但此时时间确实紧迫，面对“服务器自带”、“交换器自带”、“运维人员自备”等等需求，留给团队准备的时间着实太少。
但我们绝不想功亏一篑，况且服务好本次世界杯的高清直播，对用户、对客户、对腾讯来说都是极其重要的一件事。经过紧急协商，我们拿出了新的私有化方案。
升级后私有化部署方案：
目标：在央视网搭一整套腾讯云极速高清转码集群，支持央视网世界杯期间CCTV5频道直播、RTMP/FLV推拉源流、转码处理后支持央视RTMP/FLV/HLS拉流；
机器部署： 客户机房只有机架资源，考虑如果让客户准备机器相关硬件资源，集团走采购申请周期太长，若按常规流程，来不及服务此次世界杯。所以转码机器我们从公司外借10台M10，其它相关辅助设备如：交换机、光模块、光纤、网线等相关同学通力协作，分头采购。进行服务器等硬件部署时，开发及架构师同学亲自布线，拧螺丝（这才是真正的全栈工程师）。
▌五、开场哨响，我们比球员紧张
最终，在世界杯开赛前，我们兼容了客户硬件设备以及软件代码模块的各种适配要求。
接下来就是实战的考验了。第一天比赛开始前，大家心里都还很紧张，之前一切的努力，如果在直播开始后出现问题，那都将付之一炬。
开赛后，我们紧张地盯着屏幕：各项服务指标一切正常，出流效果超出预期，播出效果对比其他平台优势明显。
第一天的比赛后，我们也从客户那里获得了极高的评价，外部用户的反馈也让我们心里的石头落了地。但是，比赛才刚刚开始，为期一个月的世界杯，我们也会在看不见的地方继续战斗！
另附几张现场图：
最后希望各位可以享受到腾讯云为您带来的世界杯极速高清服务。
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