FFmpeg开发笔记（四十八）从0开始搭建直播系统的开源软件架构

音视频技术的一个主要用途是直播，包括电视直播、电脑直播、手机直播等等，甚至在线课堂、在线问诊、安防监控等应用都属于直播系统的范畴。由于直播系统不仅涉及到音视频数据的编解码，还涉及到音视频数据的实时传输，因此直播领域采用的网络技术标准比较高，实现起来也比一般的WEB系统复杂。

一、直播系统的概念结构

如果仅仅从用户的角度来看，直播系统无非是直播的来源方和直播的观看方。来源方支起三脚架，打开补光灯，调好手机摄像头，一顿操作之后就卿卿我我地开始直播了。观看方打开直播APP，蹭蹭蹭进了直播间，一会儿捏脸蛋，一会儿刷火箭，玩得不亦乐乎。对于一般开发者来说，直播的来源方和直播的观看方之间，还要加上一层用于中转音视频数据的云平台。那么在硬件层面，就构成了直播系统的概念结构，如下图所示。

可是这个概念结构太笼统了，因为什么软件都没体现，天晓得要怎么实施呀。对于音视频开发者来说，要提供直播系统的软件架构图，才算有指导意义。纵览网络上的直播系统架构文章，很多属于洋洋洒洒的长篇大论，给出的直播系统架构图百转千折，看起来足够专业足够高大上。然而这种直播大全的内容过于丰富，面对巍峨高山一般的直播架构，普通开发者往往望洋兴叹，不得其门而入。

也有的公司贴心提供了专门的音视频直播SDK，只需开发者在代码中调用SDK提供的API，寥寥数行即可实现直播录制和直播观看的功能。不过这种SDK既存在收费使用的可能性，也难以对业务需求做深入定制，毕竟不像开源软件那般自由，当真是鱼与熊掌不可兼得呀。

二、直播系统的软件架构

有鉴于此，博主经过多年的苦心钻研，摸索出了一套全部采用开源软件的直播系统软件架构，废话不多说先看这幅直播系统的软件架构图。

上面这个直播系统软件架构图依然分成了三个层次，分别说明如下：

1、开源直播录制软件

开源的直播录制软件主要有两种，一种是电脑端的直播录制软件，以OBS Studio、Streamlabs为代表；另一种是手机端的直播录制软件，以RTMP Streamer、SRT Streamer为代表。
OBS Studio是一个开源的直播录制软件，基于QT+FFmpeg编码，它广泛用于视频录制、实时直播等领域。OBS不但开源，而且跨平台，兼容Windows、Mac OS、Linux等操作系统。有关OBS Studio的源码下载、安装过程和使用说明详见之前的文章《使用OBS Studio开启RTMP直播推流》。
RTMP Streamer是一个安卓手机端的开源RTMP直播推流框架，可用于RTMP直播和RTSP直播，其升级版还支持SRT直播（腾讯视频云就采用SRT协议）。RTMP Streamer支持的视频编码包括H264、H265、AV1等等，支持的音频编码包括AAC、G711、OPUS等等。有关RTMP Streamer的源码下载、安装过程和使用说明详见之前的文章《使用RTMP Streamer开启APP直播推流》。
SRT Streamer是一个安卓手机端的开源SRT协议直播推流框架，可用于RTMP直播和SRT直播。SRT Streamer支持的视频编码包括H264、H265等等，支持的音频编码包括AAC、OPUS等等。有关SRT Streamer的源码下载、安装过程和使用说明详见之前的文章《使用SRT Streamer开启APP直播推流》。

2、开源流媒体服务器

开源的流媒体服务器主要有两种，一种是国外的开源流媒体服务器，以MediaMTX和nginx-rtmp为代表；另一种是国产的开源流媒体服务器，以SRS和ZLMediaKit为代表。
MediaMTX是个开源的轻量级流媒体服务器，它的安装过程参见《FFmpeg开发实战：从零基础到短视频上线》一书的“10.2.2  FFmpeg向网络推流”，使用说明详见之前的文章《详解MediaMTX的推拉流》。
nginx-rtmp是开源WEB服务器Nginx可增强的第三方rtmp模块，可以提供简单的rtmp流媒体服务器功能。Nginx默认没开启rtmp模块，需要在编译nginx时添加rtmp模块，还要修改配置文件才能开启rtmp，有关nginx-rtmp的源码下载、安装过程和使用说明详见之前的文章《Linux编译nginx-rtmp实现RTMP推拉流》。
SRS是一款国产的开源实时视频服务器，支持RTMP、WebRTC、HLS、HTTP-FLV、SRT等流媒体协议。SRS与FFmpeg、OBS、VLC、WebRTC等客户端配合使用，提供音视频流的接收和分发的能力，还支持各种音视频协议转换。有关SRS的源码下载、安装过程和使用说明详见之前的文章《Linux环境安装SRS实现视频推流》。
ZLMediaKit是一款国产的开源流媒体服务器，它基于C++11开发，支持多种流媒体协议(RTSP/RTMP/HLS/HTTP-FLV/SRT/WebRTC等)，支持的音视频编码标准包括H265、H264、AAC、G711、OPUS等。有关ZLMediaKit的源码下载、安装过程和使用说明详见之前的文章《Linux环境安装ZLMediaKit实现视频推流》。
以上的几种流媒体服务器中，MediaMTX可在Windows系统部署，而nginx-rtmp、SRS、ZLMediaKit均需在Linux系统部署，部署的云平台厂商可选择华为云、阿里云、腾讯云等等。

3、开源音视频播放器

开源音视频播放器主要有两种，一种是电脑端的播放软件，以ffplay和VLC media player为代表；另一种是手机端的播放软件，以ExoPlayer和ijkplayer为代表。
ffplay是FFmpeg自带的播放器程序，可在命令行直接播放音视频文件。在播放音频时，ffplay不仅会让扬声器放出声音，还会在屏幕展示该音频的波形画面。在播放视频时，ffplay会在屏幕展示连续的视频画面，就像看电影看电视那样。有关ffplay的详细用法参见《FFmpeg开发实战：从零基础到短视频上线》一书的“1.4.1  可执行程序”。
VLC media player是一款跨平台的音视频播放器，它不但开源，还兼容多语言，且与FFmpeg深度融合，几乎支持所有的音视频格式。除了常见的音视频文件，VLC media player还能播放RTMP、RTSP等网络串流。有关VLC media player的源码下载、安装过程和使用说明详见《FFmpeg开发实战：从零基础到短视频上线》一书的“3.4.1  通用音视频播放器”。
ExoPlayer是Android官方在Jetpack库中搭载的新型播放器，它的音视频内核依赖于原生的MediaCodec接口，不但能够播放MediaPlayer所支持的任意格式的视频，而且支持包括DASH、HLS、RTMP在内的视频直播协议。有关ExoPlayer的详细用法参见《Android Studio开发实战：从零基础到App上线(第3版)》一书的“14.3.3  新型播放器ExoPlayer”。
ijkplayer是哔哩哔哩公司开发的基于ffplay的手机端开源播放器，它支持rtmp、rtsp、http等流媒体协议的视频直播，还具备B站特有的应用弹幕功能。ijkplayer的源码托管地址在https://github.com/bilibili/ijkplayer，可以在App工程中导入它的依赖包，如下所示。

# 必要的依赖包
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-java:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-armv7a:0.8.8'
# 可选的依赖包（其他指令集）
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-armv5:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-arm64:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-x86:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-x86_64:0.8.8'
# 可选的实验的ExoPlayer依赖包
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-exo:0.8.8'

不过ijkplayer基于FFmpeg 3.4编写，已经很久没有更新了，支持的Android平台仅限于API 9～23，支持的iOS平台仅限于iOS 7.0～10.2.x。
综合以上的开源直播录制软件、开源流媒体服务器和开源音视频播放器，即可搭建完整的直播系统，该系统的效果图详见之前的文章《利用RTMP协议构建电脑与手机的直播Demo》和《利用SRT协议构建手机APP的直播Demo》。

更多详细的FFmpeg开发知识参见《FFmpeg开发实战：从零基础到短视频上线》一书。