云端的网红直播

唐茗

关键词:视频直播

Key words: Live Streaming

研究背景

从2015年开始，越来越多的直播平台进入到我们的生活。从专业的直播平台斗鱼、虎牙、和战旗到附加直播功能的微博、美颜相机、和陌陌，我们的网络生活已经被直播所包围。在享受直播服务的同时，不知道大家是否思考过一个问题——直播平台是如何支持数以万计的主播直播的？

传统的直播（比如春节联欢晚会、足球赛、或者音乐节）往往只涉及到一个视频直播源，如图一所示，比如春节联欢晚会向公众直播一个视频流（虽然这一视频流可以来自多个视频的剪辑）。在这种单个直播源的情况下，直播视频流可以在单一的当地的视频处理服务器（Production Server）被压缩、编码、或其他视频处理操作，然后再被发送到分发服务器（Distribution Sever）进而送到世界各地。

然而，这一单一视频处理服务器的方法不适用与拥有多主播（因而有多直播源）的直播平台，如图二所示。因为这些主播可能来自世界各地，如果让所有主播将视频发送到这一单一视频处理服务器进行视频处理，这会带来很大的视频延迟，而这一延迟会对直播服务有很大的影响。因而，对于直播平台，基于云服务，（在世界各地）设置多个视频处理服务器，可以很好的解决这一问题。直观来说，中国的主播上传视频到中国的云端服务器进行处理，美国的主播上传到美国的进行处理。这样可以有效的减少主播到视频处理服务器的传输距离，从而减少直播延迟。

图1：传统直播

图2：直播平台

研究问题

基于云端视频处理服务器的想法，这篇论文希望可以回答下面这个问题——如何分配主播到云端服务器，从而使直播平台可以提供有较少延迟的服务，与此同时有较少的云端服务器租用费用。如图一所示，圆形代表不同区域的主播，方形代表云端服务器。这篇论文希望合理的把区域分配到云服务器上，从而直播平台有很好的收益。

具体来说，一方面，租用云端服务器会对直播平台产生一定的费用，另一方面，较远的云端服务器会带来较大的直播延迟。如何考虑到这两个方面，把不同地域的主播分配到不同的云端服务器上，从而使得直播平台有更好地收益。一个直观的例子是，为了满足中国和美国的主播直播需求，是租用一个中国服务器，还是在中国和美国各租用一个服务器。总的来说，这一问题的分析需要很好的权衡云端服务器的费用以及云端带来延迟的关系。

图3：分配主播到云端服务器的示例

研究方法和结果

这篇论文采用图（Graph）的方法，来分析和求解这一问题。直观来讲，我们可以先把所有的直播区域都分配给给他们带来最小延迟的云端服务器（比如中国分配给中国，美国分配给美国）。然后通过考察服务器改变对租用费用的影响，来改变分配策略（如果租用中国服务器的费用远小于租用美国服务器的费用，可以将美国主播放在中国服务器上，但是如果把美国主播放在中国服务器会造成过大的延迟，可能仍旧把他们放在美国服务器上会是一个好的选择）。通过对租用费用减少以及延迟增大的平衡，可以得到为直播平台带来最大收益的最优解。

论文信息

F. Chen, C. Zhang, F. Wang, J. Liu, “Crowdsourced live streaming over the cloud," IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), 2015: 2524-2532.