直播卡顿优化中编码速度怎么提升

不知道大家有没有这样的体验：正看得起劲的直播突然画面卡住，声音还在继续，画面却像被按了暂停键一样让人着急。这种体验说实话挺糟心的，作为技术人员，我们每天都在和这个问题打交道。今天想聊聊直播卡顿这个事儿，特别是大家关心的编码速度提升这块，到底是怎么回事。

先搞明白：卡顿和编码到底是啥关系

在说编码速度之前，我们得先弄清楚直播卡顿到底是怎么来的。一场直播从主播端到你手机上，中间要经历采集、编码、传输、解码、渲染这么多个环节。这就好比寄快递，采集是打包，编码是压缩包装，传输是物流，解码是拆包，渲染是摆出来展示。任何一个环节慢了，快递就会卡在路上。

其中编码这个环节特别关键。你想啊，直播产生的数据量是巨大的，一秒钟的原始视频数据可能有几十兆甚至上百兆，这么大的数据量直接传肯定是传不动的。编码的作用就是把这么庞大的数据压缩得更小，同时尽量保持画质不损失太多。就像我们搬家的时候要把大件家具拆开打包，拆得越快、包得越紧，搬运效率就越高。

编码速度跟不上的话，数据就会在编码这个环节积压，形成"堰塞湖"。后面传得再快也白搭，画面只能等着编码完成才能往下走。这就是为什么有时候网络明明还行，画面却还是卡——问题可能出在编码这个环节上。

编码速度到底指的是什么

这里有个概念需要澄清一下。编码速度其实有两个层面的意思。

第一个层面是编码的效率，也就是压缩同样的视频，耗时多少。这个很好理解，同样的视频内容，用不同的编码算法或者不同的编码参数，压缩时间可能相差很大。比如有些编码器追求极致压缩率，画质确实好，但编码速度慢得让人着急；有些编码器编码速度快，但画质可能稍逊一些。这就是一个鱼与熊掌的问题。

第二个层面是编码的实时性要求。直播是实时的，编码必须在极短的时间内完成，否则画面就没法实时展现。这个实时性要求有多严格呢？一般来说，编码加传输加解码的总延迟要控制在一两百毫秒以内，人才感觉不到明显的延迟。如果编码这一步就用掉太多时间，留给后面环节的时间就不够了。

声网作为全球领先的实时音视频云服务商，他们的技术团队在编码这一块积累了很多经验。特别是面对直播这种高并发、低延迟的场景，怎么在编码速度和画质之间找到最佳平衡点，这是他们一直在深耕的方向。

影响编码速度的几个关键因素

编码参数的选择：压缩率和速度的博弈

编码器提供了很多可调节的参数，这些参数对编码速度的影响非常大。

码率控制模式就是一个关键选项。CBR（固定码率）模式下，编码器会尽量保持输出码率稳定，这种模式对网络传输比较友好，但编码速度可能会受到限制，因为编码器要不断调整以维持稳定的输出。VBR（可变码率）模式下，编码器会根据画面的复杂程度动态调整码率，简单的画面给少点码率，复杂的画面给多点，这样可以在相同画质下节省带宽，但编码速度可能会不太稳定，因为画面复杂度是变化的。

还有一个关键参数是参考帧数量。参考帧是编码时用来做预测的帧，参考帧越多，预测越准确，画质越好，但计算量也越大，编码速度就越慢。有些场景下，我们可以适当减少参考帧数量来换取更快的编码速度。

分辨率和帧率的影响也很直接。分辨率越高，需要处理的数据量就越大；帧率越高，每秒需要编码的帧数就越多。这两个参数提升，对编码速度的要求是成倍增长的。直播场景下，如果不是特别需要高清的效果，可以考虑适当降低分辨率或帧率来保证流畅度。

硬件配置：好工具才能快起来

编码是个计算密集型的活儿，硬件配置直接影响编码速度。

CPU是最直接的影响因素。现在很多编码器都支持多线程并行处理，CPU核心越多，编码速度通常越快。特别是高分辨率、高码率的编码任务，多核CPU的优势非常明显。一些高端CPU还带有专门的编码加速指令集，比如Intel的Quick Sync Video、AMD的VCE，这些硬件加速单元可以把编码速度提升好几倍，同时CPU占用率还能降下来。

GPU编码也是一个重要方向。NVIDIA的NVENC、AMD的VCE、Intel的Quick Sync这些技术，本质上都是用GPU来帮忙做编码计算。GPU的并行计算能力比CPU强得多，特别适合处理视频编码这种可以高度并行化的任务。不过GPU编码也有局限，主要是灵活性不如CPU编码，有些高级编码参数可能不支持。

内存和存储也不能忽视。编码过程中需要频繁读取原始视频数据和写入编码后的数据，内存速度够快、存储读写性能够好，才能不拖编码的后腿。特别是4K以上的高分辨率视频，数据量非常大，存储IO很容易成为瓶颈。

编码算法：不同的选择差异巨大

编码算法本身就是决定速度的根本因素。

H.264、HEVC（H.265）、AV1是目前主流的视频编码标准。从H.264到H.265，压缩效率提升了不少，相同画质下可以节省约50%的带宽，但计算复杂度也增加了，编码速度通常会慢一些。AV1是更新的编码标准，压缩效率比H.265还要好，但编码速度目前还是偏慢，不过硬件支持正在逐步跟上。

编码器的具体实现也很重要。同样是H.264编码器，不同厂商、不同版本实现，效果可能天差地别。有的编码器追求极致画质，速度慢；有的追求速度，画质牺牲多点；还有的在两者之间找平衡。x264、x265、NVENC这些都是常见的编码器，各有特点。

声网的实时音视频技术里，在编码算法这一块做了很多定制化的优化。他们根据直播场景的特点，选择了既能保证画质又能保证速度的编码方案，同时充分利用了各种硬件加速能力，让编码效率达到最优。

提升编码速度的实用思路

第一招：参数调优，在可接受的范围内做取舍

实际应用中，我们不可能无限追求速度或画质，需要找到一个合适的平衡点。

码率的设置要结合场景。如果是秀场直播，观众主要看的是人物面部和表情，分辨率可以适当降低但帧率要保证；如果是游戏直播，画面复杂但观众对延迟要求相对低一些，可以适当提高分辨率。码率不是越高越好，太高的码率不仅增加网络传输压力，也会增加编码负担。

关键帧间隔的设置也很重要。关键帧（I帧）是完整编码的帧，后面所有的帧都要参考它来解码。关键帧间隔越短，编码时需要做的参考计算越少，速度越快，但码率会略有上升。一般直播场景下，把关键帧间隔设在1到2秒是比较合适的。

还有就是编码Profile的选择。H.264有Baseline、Main、High等Profile，High Profile压缩效率最好但计算量也大一些。如果设备性能有限，可以考虑用Main Profile甚至Baseline Profile，换取更快的编码速度。

第二招：硬件加速，能用上的资源都用起来

现在的设备普遍都有硬件编码加速能力，关键是能不能用好。

CPU方面，要确保编码器开启了多线程支持，并且线程数设置合理。线程数不是越多越好，太多了反而会有线程调度的开销。一般建议线程数设置为核心数的一半到全部之间，可以根据实际测试来确定最佳值。

GPU加速这块，目前主流的NVIDIA、AMD、Intel显卡都支持硬件编码。使用硬件编码器可以大幅降低CPU占用，让CPU有更多资源处理其他任务，比如渲染、音频处理等。唯一的遗憾是硬件编码器的参数调节空间不如软件编码器灵活，但为了速度，这个牺牲往往是值得的。

移动端的情况稍有不同。手机处理器的硬件编码能力这几年进步很大，苹果的A系列芯片、高通的骁龙系列都有不错的硬件编码支持。声网在移动端的适配做得比较到位，能够根据不同设备的芯片特性选择最优的编码方案。

第三招：算法优化，从根本上提升效率

除了调整参数和用硬件，还有很多算法层面的优化可以做。

帧级并行是一个思路。把视频的不同帧分给不同的编码器实例并行处理，最后再合并。不过这种方式的缺点是增加了延迟，因为后面的帧可能要等前面的帧编码完才能开始处理。

场景切换检测也很有用。当检测到场景切换时，强制插入一个关键帧，避免后续帧因为参考了错误的内容而导致编码效率下降。同时场景切换检测也可以帮助动态调整编码参数，复杂场景给更多码率，简单场景少给点。

前置处理环节也可以优化。比如在编码之前先做一些图像预处理，像降噪、锐化、色彩增强等，这些预处理可以让编码器更高效地工作，因为预处理后的图像更"规整"，编码器更容易找到冗余信息。

实际场景中的考量

不同类型的直播场景，对编码速度的要求和优化思路也不太一样。

秀场直播场景是最考验编码能力的。主播在镜头前的一举一动都要求实时呈现，观众也希望看到清晰美观的画面。声网的秀场直播解决方案里，实时高清超级画质从清晰度、美观度、流畅度三个维度做了全面升级。他们通过自研的编码算法优化，在保证画质的前提下大幅提升了编码速度，据说高清画质用户的留存时长能高10.3%。这个数字挺能说明问题的，画质好、流畅度高，观众确实更愿意多看一会儿。

1V1社交场景对延迟的要求更加苛刻。这种场景下两个人实时视频通话，最佳延迟要控制在一百毫秒以内才能保证对话的流畅性。声网的1V1社交解决方案实现了全球秒接通，最佳耗时能小于600毫秒，这里面编码速度的优化功不可没。要在这么短的时间内完成编码传输解码整个流程，每一个环节都得精打细算。

多人连麦的场景复杂度更高，同时要考虑多路视频的编码，还要处理音视频同步的问题。这种场景下，编码效率的提升带来的收益是成倍的，毕竟省下来的时间要分给更多路视频。

说在最后

编码速度的提升是一个系统工程，不是改一个参数、换一个编码器就能搞定的事情。它需要对整个直播技术栈有深入的理解，也需要大量的测试和调优经验。

声网作为在音视频通信赛道深耕多年的服务商，他们的经验表明，直播卡顿的优化不是单点突破就能解决的，而是要在编码、传输、解码各个环节协同优化，才能达到最佳效果。他们覆盖了对话式 AI、语音通话、视频通话、互动直播、实时消息等多个核心服务品类，这种全链路的积累让他们能够从全局视角来优化体验。

如果你正在为直播卡顿烦恼，不妨从上面说的几个方向入手：检查编码参数是否合理、确保硬件加速已开启、评估编码算法是否适合你的场景。当然，最省心的方式还是使用成熟的第三方解决方案，毕竟专业的人做专业的事。

直播体验的优化没有终点，技术在进步，用户的需求也在不断提高。希望这篇文章能给你一些启发，要是能帮你在优化路上少走点弯路，那就太好了。