保利威CEO谢晓昉：5G时代 重构教育直播体验
2019年9月20日，由保利威主办的教育直播高峰论坛在北京成功举行。保利威董事长兼CEO谢晓昉以《5G时代，重构教育直播体验》为主题，就5G对教育直播体验带来的重要影响发表见解。
身为一位在在线视频行业从业18年的老兵，谢晓昉因5G到来而看到教育直播行业爆发的机会。他从教育直播行业四大痛点切入，通过5G的三大特性，以及两大技术方向的变革，展示5G时代下的全新教育直播体验。
以下为分享内容精选：
思科数据显示，早在2007年，在线视频流量已占据整个互联网流量的半壁江山，到2017年占比上升到75%。思科预测，2022年，在线视频占比会超过82%。
图1
直播行业近几年迅猛发展，教育直播同样没有落下。
图2是现在最典型的教育直播网络架构图：从采集，编码、推流，到视频的传输，到解码播放，包括连麦系统。大部分在线教育机构都在使用这样一个架构进行线上直播教学。
图2
在这个经典网络架构之下，有几个体验痛点一直以来得不到解决。
1、教育直播四大痛点
第一，卡顿。现在不管是教育还是娱乐、游戏直播平台，0.5%的卡顿率已经算是不错的成绩了。现在万人直播课越来越普遍，但如果在上万人课时，其中有50人遇到卡顿，课堂整体感受就会很糟糕。
第二，延迟。现在业界的延迟量级大概是1-3秒，一些移动平台的延迟甚至达到10多秒，严重影响直播教学活动的开展。
第三，双向体验差。我们现在使用的网络是不对等的网络，上下行带宽的差异，尤其上行会比较差，所以无法进行高清双向的互动沟通。
第四，视频画质低。目前720P已经成为主流，1080P也慢慢普及，但是这样的图像清晰度与线下教学体验还是相去甚远。
但更严重的问题是什么？更严重的问题是我们对这些痛点习以为常，对于这些卡顿和延迟，我们甚至没有动力去解决它，这是我们最大的问题。但是现在不一样了，5G来了，让我们看到解决这些问题的终极方案。
2、5G三大特性
5G会给我们带来什么？要从5G三大特性讲起。
图3
其中一大特性mMTC，海量机器通信，与物联网比较相关。
与直播行业相关的很重要一个特性是eMBB，增强移动带宽。它让终端接入速度大大加快。
今年6月6日，5G正式商用，运营商获得牌照。随着5G逐渐发展成熟，终端下行速度将达到10G甚至20G。今后手机接入速度达到万兆水平，上行速度也会有十倍提升。eMBB的相关规范和标准在三大特性中最早被提出，目前来看也最为成熟。
eMBB的特性基本是面向超高清视频的传输，也就是说，未来两三年5G的价值落地和体现，基本是朝这个方向来进行的。
因此保利威近期与运营商密切合作，着力超高清视频的商业落地，保利威在这一块拥有先发优势。eMBB带来高清快速的直播体验，双向的带宽大幅提升让超高清双向互动没有任何压力。
uRLLC，超高可靠性和低时延通信。
大家在打电话或者看有线电视时，不会中断也不会卡顿。电话和有线电视是上个世纪的发明，但在这些系统当中，存在一种被称为QoS的机制，能够保障系统数据流的高可用。可喜的是，5G在物理层和数据链路层开始有了QoS机制，能够保障直播数据通信达到电信级水平。
uRLLC能让现在4G的100毫秒延迟降低到1毫秒以下，为低延迟直播创造非常有利的条件。这里值得特别指出来的是，uRLLC的核心协议和规范在5G版本的Release16中被定义，而Release16要在明年上半年才会正式冻结，因此uRLLC相关特性的落地还需要等待一定的时间周期。但无论如何，5G技术给直播行业带来诸多的利好，逐步落实只是时间问题。
3、两大技术方向
但仅仅从硬件底层来做一些变革还远远不够。谢晓昉提出，还有两个技术方向会影响一代直播网络：底层协议更换和超高清编码采用。
①底层协议的更换
大家来看图4，大量汽车被拥堵在一个有交通灯的十字路口。交通灯是在1868年，英国首先发明使用。当时道路上车辆并不多，车速比较慢，交通灯有效解决了交通规则和道路堵塞的问题。但是随着汽车工业的发展，车辆不断增加，车速也不断加快，因此在很多场景之下，交通灯反而成为导致堵塞的一个原因。需要新的一些机制来改变这种局面。
图4
现在很常见的立体交通网的立交桥，能够大幅度提升交通效率，同样的情况，也出现在网络世界当中。
网络通信的基础协议TCP就具备类似交通灯的属性。TCP是跟互联网相生相伴的一个重要协议，是互联网发展的技术基石。目前来看我们在网络上面绝大部分应用都是基于TCP，像HTPP协议、FTP，还有在直播行业经常用到的RTMP协议，都是基于TCP。
但现在来看TCP协议，或者说TCP构建下的网络，已经显得力不从心了。原因很简单，在互联网初期，TCP协议发明的时候，它解决的是一些低速网络当中数据传输的可靠和完整性问题。那时候丢包率大概是百万分之一，传递的数据以K计算。数据量不大的情况下，TCP协议能很好地解决问题。
5G网络中终端接入能达到10个G的速率，现在网络丢包率是1%很常见，因此TCP协议已经成为制约真实速度提升的问题。
为解决这个问题，业界提出三种解决方案。
第一种方案是基于IP路由解决方案。通过购买专有链路解决堵塞和丢包问题，这种方案成本相对较高，应用场景有限，因此无法大规模普及。
第二种方案是基于UDP的应用层传输协议。UDP存在一些固有缺陷，但很多缺陷能够通过应用层进行优化和补充，甚至能够在某些场景下保证高效的同时，达到TCP的可靠性。
第三种方案是进行TCP协议算法优化。首先，TCP优化空间不会特别大；其次，TCP优化一般要接触到操作系统的内核，开发成本相对较高。一些操作系统厂家，例如微软，会比较乐意去采用这种方案。
显然，第二个方案可行性比较高。
Google推出的QUIC方案则是基于UDP的协议，HTTP/3 QUIC，去年年底正式通过IETF官方认证，更名为HTTP/3，成为未来的传输协议标准。可以预见，未来互联网中，大量的视频数据、音频数据都将采用UDP的方式进行阐述。
②超高清编码的采用
编码分辨率从2K上升到8K，数据量增长15倍。除了分辨率之外，图像质量还有很多其他指标，包括HDR，通过动态亮度的补偿能够更好地反映出真实环境中的视觉效果，色域色深等的提升能够让画面还原度更高且更加鲜活。
提到超高清视频，高帧率也是必备元素。现在教育直播包括很多电影使用的帧率，都停留在15-30帧时代。5G到来之后，4K、8K标准下，60帧是一个基准，120帧甚至180帧也会逐步普及。
除了视频还有音频，从单声道到双声道到全景声道的演进。保利威与德国顶级音频实验室合作，采用杜比编码技术，使得双声道就能实现全景声的效果。
以上这些编码技术能够让视频体验超越“身临其境”的效果。比如舞蹈、武术等动作类型的教学，利用高帧率可以实现动作细节真实还原。另外，在医学教学中，利用8K视频结合超视网膜屏幕，能够把一些微组织和微结构体现出来。
体验提升的直接后果是数据量陡增。腾讯视频实验室数据表明，在视频没有被压缩之前，8K视频的码率能达到60GB每秒，即使是5G网络也难以承受这样的高数据量，因此视频压缩编码标准就变得尤为重要。
图5
视频压缩技术在不断提升。现在一些视频压缩标准已经达到接近一千倍的压缩比，8K视频过这些解码技术能够达到60兆/秒的速率，5G网络能够轻松传输这样的视频流。
4、下一代直播网络
利用5G的特性和两个技术方向的重构，最终目的是打造一个全新的下一代视频直播通信网络。
图6
在图6这个网络中，大部分蓝色线条代表UDP的数据流，99%的数据都是通过UDP传输，少量TCP仅用于信令控制等工作。跟现有的直播网络正好形成一个鲜明对比。
下一代视频直播通信网络能支持4K超高清的双向视频流，支持大并发、超低延迟的直播，以及拥有现有CDN所具备的弹性负载能力。
保利威现已在搭建新一代直播网络，正式商用预计在明年年初。新的网络架构主要目的是能够充分发挥eMBB和uRLLC的特性。
最终，5G到来之后，四大痛点通过这些技术得以完美解决，保利威将实现超高清、双向沟通好、卡顿比较少、延迟降低十倍甚至百倍的视频直播体验。
最终，当下教育直播的四大痛点，将通过5G三大特性和两大技术方向变革性优化得以彻底解决，迎来5G新时代在线教学的完美体验。