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從350ms到80ms,揭秘阿里工程師 iOS 短視頻優化方案

2021-08-31 19:03:14 其他

內容作為 App 產品新的促活點,受到了越來越多的重視與投入,短視頻則是增加用戶粘性、增加用戶停留時長的一把利器,短視頻的內容與體驗直接關系到用戶是否愿意長時停留,盒馬也提出全鏈路內容視頻化的規劃,以實作商品力表達的提升,目前已有短視頻場景包括:首頁、搜索、商品詳情、達人秀、沉浸式視頻、真香視頻、盒區首頁 feeds 流、話題、UGC 內容、話題合集落地頁、社群、菜譜、盒拍一鍵剪、直播回放、weex 等,

作者|神捕

審校|泰一

本次優化的目標是將盒馬 App 與主流短視頻 App 體驗對齊,如抖音、手淘等,優化具體的硬性指標有播放成功率、卡頓率、秒開率,另外,為了反應用戶觀看短視頻程序中的真物體驗,盒馬還新增了體感指標:首幀渲染時長,

優化效果對比

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgwMTI2MzgxNg==.html

以上視頻測驗基于 iPhone 6S,可以看到抖音在大多數情況下,在滑到下個視頻后,可以立即開始播放;而盒馬優化前,滑到下個視頻后,會先展示封面圖,再繼續播放,有個閃跳的程序,優化后的盒馬,效果已經與抖音效果接近,

為了衡量優化前后與抖音的體驗對比,目前采用錄屏數幀的方式,算出視頻頁面完全展示到首幀渲染時刻的耗時,體感資料如下:

此外還有一些硬性指標的優化,結果如下:

優化方案

在本次優化前期,調研了阿里集團內不少優秀的方案,大多數都是接入了手淘播放器,內核基于開源的 ijkPlayer,但播放器層面本身門檻較高,且手淘已優化較好了,所以本次的優化方向主要集中在上層業務的預加載方案上,具體從以下幾個方面入手:

統一視頻播放代理與快取

視頻的加載速度,很大程度上取決于從網路下載的耗時,增加視頻快取可以有效提高視頻二次播放速度,為實作快取機制,需要引入代理服務器,接手視頻資料下載流程,如下:

A. 優化前播放流程:

B. 優化后播放流程:

業務層往播放器設定 videoUrl 前,先對原始 videoUrl 加密,替換成 127.0.0.1 的本地 proxyUrl, 將請求引導到代理 webServer,此時呼叫 proxy 模塊進行視頻原始視頻 url 的決議、快取的讀取或遠程請求,最終再通過 server 回傳資料給播放器,

視頻播放增加中間代理也是業界常見手段,盒馬依賴的手淘播放器也有現成的代理服務,但其代理功能放在另一個獨立的 DW 庫中,對盒馬是冗余的,且目前 SDK 暫未支持獨立的預下載介面,上層無法做首播優化,所以目前盒馬做了獨立的代理層,以支持上層靈活的定制,

自建代理還有個好處是,一些業務并非使用統一手淘播放器的場景也能同時享受到快取服務,比如一些 flutter 頁面使用的系統播放器,至少快取的管理,目前設定了快取區最大值的保護,在每次 App 回到前臺時,進行視頻快取的清理,

針對 m3u8 的代理與快取

除了常見的 mp4 視頻外,日常還會遇到 m3u8 的視頻,比如盒馬中的直播回放視頻,(視頻鏈接)

該類視頻與 mp4 不同,在請求 url 時并非直接回傳視頻流,而是先回傳 playlist 文本,playlist 中才是可播放的各個視頻片斷,如下:

這種視頻的快取處理,采用的是修改 m3u8 playlist 中的 url,替換為代理 url 實作,就可以走代理了,之前 iOS 側對 m3u8 的快取支持有問題會 crash,原因是修改了 m3u8 的 Playlist 的第 1 個視頻的 url 為代理 proxyUrl 后,播放第一片段正常,但后續的片段 url 仍是原始 url,手淘播放器在加載這種原始相對 url 路徑時,內部會拼接上第一小段的域名和 path,導致第二段以后的 url 有問題,直接 crash,目前的處理方式是,把 playlist 中所有 url 全部改成代理 url 的 fullpath 即可,

這樣有了 mp4 和 m3u8 兩種視頻后,完整流程如下:

獨立預加載能力

上述的代理快取,能提升二次播放速度,但對首次播放的視頻,仍然無快取可用,下載程序依然很耗時,所以需要獨立的預加載能力,配合業務層,在合適的時機提前進行視頻資料的下載(無渲染),

目前底層提供 [HMVideoLoader preLoadUrls:URLS] 方法,內部根據 url 進行視頻快取,下載大小限制 1M,多個視頻同時預下載時,串行執行,保證不過多占用帶寬,影響業務處理,等用戶劃動到視頻位置時,可以直接開始播放,達到首開速度優化,

需要提下的是,此處的預加載,復用了上述代理類,也以 url 為 key 進行資料快取,這樣后續的二次播放也可以讀取同一個的快取,如果預加載程序中,滑到了該視頻開始播放,則先停止預加載任務,避免同個視頻的重復下載引起快取沖突,

視頻碼率、解析度優化

視頻的預加載、代理快取,都是基于提前準備視頻資料角度考慮,這有個前提,就是準備時間很短,業務可以及時使用,如果視頻很大,網路較差,業務又需要立即消費,則可能無法享受到優化效果,所以需要在視頻碼率、解析度上進一步優化,

早期盒馬都是播的 H264 視頻,并且都是高清視頻,這在很多 feeds 流上其實是用不上這么大的,影響加載速度且浪費流量,目前已在 cloudVideo 上申請配置了 H265 轉碼,盒馬視頻上傳后可同時獲取 265,264 兩路視頻,且有高清、標清、普清 3 種解析度,這樣就給端上按業務場景選擇帶來了自由度,先看下切換后同個視頻大小的對比:

A. H264 切為 H265(都是高清):原始 H264 大小為 10.6M,切換后變為 7.1M

B. 切到 H265 并且修改解析度:原始 H264 為 21M,切換后變為 8.3M

從這兩個例子可以看到,同個視頻都是高清前提下,切到 H265 視頻后,大小下降了約 30%,如果同時又降低解析度到標清,視頻大小減小非常明顯,這意味視頻碼率下降了,用戶可以更快下載到首幀資料,

目前盒馬服務端介面已改造支持直接回傳 H265 視頻地址,iOS 這邊的策略是:優先使用 h265,并按當前環境,請求不同解析度:

A. iOS11 以下,使用 h264;iOS11 及以上,使用 h265 (手淘播放器默認已開啟硬解)

B. 解析度,按當前機型(高、中、低)、網路型別(wifi/4g)、當前網路情況(強、弱)定義不同的解析度請求順序,如下,最侄訓傳的陣列按順序拼成解析度引數優先級,比如 hd#sd#ld 表示優先高清,

static NSString * const VIDEO_HD = @"hd";
static NSString * const VIDEO_SD = @"sd";
static NSString * const VIDEO_LD = @"ld";
static NSString * const VIDEO_HD_H265 = @"hd_265";
static NSString * const VIDEO_SD_H265 = @"sd_265";
static NSString * const VIDEO_LD_H265 = @"ld_265";

+ (NSArray*) getExpectedVideoDefinition {
    NSArray *VIDEO_PRIORITY_GOOD_ENV = nil;
    NSArray *VIDEO_PRIORITY_NORMAL_ENV = nil;
    NSArray *VIDEO_PRIORITY_BAD_ENV = nil;

    if ([[[UIDevice currentDevice] systemVersion] compare:@"11.0" options:NSNumericSearch] == NSOrderedAscending) {
        VIDEO_PRIORITY_GOOD_ENV = @[VIDEO_HD, VIDEO_SD, VIDEO_LD];
        VIDEO_PRIORITY_NORMAL_ENV = @[VIDEO_SD, VIDEO_LD, VIDEO_HD];
        VIDEO_PRIORITY_BAD_ENV = @[VIDEO_LD, VIDEO_SD, VIDEO_HD];
    }
    else{
        VIDEO_PRIORITY_GOOD_ENV = @[VIDEO_HD_H265, VIDEO_SD_H265, VIDEO_LD_H265];
        VIDEO_PRIORITY_NORMAL_ENV = @[VIDEO_SD_H265, VIDEO_LD_H265, VIDEO_HD_H265];
        VIDEO_PRIORITY_BAD_ENV = @[VIDEO_LD_H265, VIDEO_SD_H265, VIDEO_HD_H265];
    }

    AliHADeviceEvaluationLevel deviceLevel = [AliHADeviceEvaluation evaluationForDeviceLevel];
    NetworkQualityStatus networkQualityStatus = [[NWNetworkQualityMonitor shareInstance] currentNetworkQualityStatus];
    NetworkStatus nwStatus = [[NWReachabilityManager shareInstance] currentNetworkStatus];
        
    NSArray *videoPriority = VIDEO_PRIORITY_NORMAL_ENV;
    if (networkQualityStatus == SEMP_StrongSemaphore) {
        if (deviceLevel == HIGH_END_DEVICE) {
            videoPriority = VIDEO_PRIORITY_GOOD_ENV;
        } else {
            if (nwStatus == ReachableViaWiFi) {
                videoPriority = VIDEO_PRIORITY_NORMAL_ENV;
            } else {
                videoPriority = VIDEO_PRIORITY_BAD_ENV;
            }
        }
    } else {
        if (deviceLevel == HIGH_END_DEVICE || deviceLevel == MEDIUM_DEVICE) {
            videoPriority = VIDEO_PRIORITY_NORMAL_ENV;
        } else {
            videoPriority = VIDEO_PRIORITY_BAD_ENV;
        }
    }
    
    return videoPriority;
}

沉浸式視頻翻頁體感優化

上述方案上線完,回頭看資料,平均加載速度提升了,但仍然有近 200ms 的加載時長,這其中包括了播放器初始化以及下載或加載快取資料、渲染首幀的程序,究其原因,在大量用戶復雜網路環境下,很難保證所有人都有最佳體驗,200ms 在全屏的沉浸式視頻場景中,雖然比之前快了很多,還是會讓用戶感受到瞬間的不流暢,即用戶翻到下一頁后,仍停留了一小段時間才播放了首幀,更糟糕的是,盒馬上的視頻,很多視頻的封面圖是達人自行上傳的,很有可能與首幀不一樣,這樣從封面圖跳到首幀的停頓感就更明顯了,

為達到抖音那種絲滑的感覺,除了上述措施外,還需要在上層體感上再做一層預處理,這里采用了雙播放器策略,如下:

基本流程是,播放當前視頻的同時,預先實體化第二個播放器,加載視頻 url 并播放到首幀后暫停,第 3、4 個視頻進行串行預下載(預下載是純下載的程序,無渲染邏輯),在增加了下一個視頻的 “預播” 機制后,用戶滑到下個視頻時,可以立即從首幀的暫停狀態恢復為播放,不再需要預先顯示封面圖,也提高了播放體感上的速度,除視頻以外的業務資料的渲染,可以放在用戶滑動翻頁的程序中進行,

首個視頻的加載優化

上述優化了用戶翻頁的體驗,但這種沉浸式頁面的第一個視頻的加載體驗,仍需要單獨拿出來優化,因為進入頁面時,并沒有給它留下預加載時機,如下:

如圖所示,進入沉浸式頁面時,總需要先請求頁面 videoList 資料,然后再串行請求第一個視頻的資料,就算加了封面圖,也會讓用戶感受到慢,為此,現在修改策略為右圖,在跳到沉浸式頁面時需要前個頁面提前傳入 videoUrl,提前進行播放,同時進行 mtop 請求,渲染業務資料,這樣保證了視頻與業務資料的加載可以異步執行,由于用戶主要目光是集中在視頻上的,所以從用戶的視角直觀的來看,頁面加載速度變快了,

音頻體驗優化

早期盒馬這邊沒關注音頻方面的優化,也收到了不少反饋,目前制定優化策略如下:

  1. App 啟動不打斷音樂,
  2. 進入音頻獨占頁面(如真香視頻、沉浸式視頻)時,打斷音樂,
  3. 退出 App 或退到后臺時,恢復音樂,
  4. 音頻播放不受靜音鍵控制(類似抖音),

后續優化方向

  1. 播放器層提供進一步封裝:封裝視頻加載、預加載、雙播放器、螢屏內首個視頻判斷、退出、暫停等所有邊界邏輯,目前各個業務需要考慮較多這種邊界情況,可以考慮在封裝層收掉,

  2. 頁面之間播放進度無縫切換:從小尺寸視頻點擊切換到沉浸式全屏程序,實作無縫切換,播放進度承接上個頁面,音頻也不打斷,這樣可以進一步優化沉浸式頁面首個視頻的體驗,徹底實作 “0 耗時” 體感,

  3. 多視頻同時播放的性能優化:盒馬大多數場景下只會同時播放 1 個視頻,但部分業務需要同時播放多個視頻,此時對記憶體、滾動性能提出較高挑戰,

  4. 視頻轉 Gif:針對部分場景下滿屏都是視頻又需要同時播放的情況,如果同時實體化 N 個播放器,效果可想而知,考慮嘗試在視頻內容生產階段,同步生產 gif 圖源,特定場景下 APP 可使用 gif 替換播放器實作預覽,

  5. 視頻剪輯 — 語音轉字幕:之前已基于淘拍能力在盒馬上建立起了視頻剪輯功能,為內容生產者提供常見、簡單易用的編輯能力,考慮新增語音轉字幕模塊,用于增強視頻內盒馬商品力表達,

下一期我們將繼續分享盒馬 iOS / Android 端短視頻的體驗優化實踐,

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