音视频涉及语音信号处理、数字图像处理、信息论、封装格式、编解码、流媒体协议、网络传输、渲染、算法等。在现实生活中,音视频扮演着越来越重要的角色,比如视频会议、直播、短视频、播放器、语音聊天等。因此,从事音视频是一件比较有意义的事情,机遇与挑战并存。结合个人成长经历,本文将从几个维度进行介绍:音视频开发基础、音视频进阶成长、音视频工作方向、音视频开源库、流媒体协议、音视频书籍、成长指南。
一、音视频开发基础
1、音频基础
音频包括:采样率、声道数与声道布局、采样格式、PCM与波形图、音质、音频编码格式、音频封装格式。更详细的音视频概念,可参考:走进音视频的世界——音视频的基本概念。
2、通用基础
通用包括:编码原理、C/C++基础、视频分析工具、FFmpeg常用命令、平台相关多媒体API。
3、视频基础
视频包括:帧率、码率、分辨率、像素格式、色彩空间、I/P/B帧、DTS与PTS、YUV与RGB、位深与色域、视频编码格式、视频封装格式。具体如下图所示:
二、音视频进阶成长
1、音频进阶
音视频进阶成长也是分为:音频、通用、视频。其中音频包括:录音、麦克风采集、音频编解码、音频播放、音频分析、音效。
2、通用进阶
通用包括:熟悉流媒体协议、音视频传输、音视频同步播放、平台相关多媒体运用、FFmpeg相关API运用、OpenGL渲染、音视频编辑。
3、视频进阶
视频包括:录像、摄像头采集、视频编解码、视频播放、滤镜特效、视频转码。在熟悉音视频基础上深入学习,如下图所示:
三、音视频工作方向
相信很多伙伴在音视频工作方向这个十字路口,有过徘徊、迷茫。个人建议是选择自己喜欢的方向,如果还没找到自己所爱,努力去寻找,借用雷总的话“不要害怕做出选择”。一旦做出选择,就要把工作当做事业,不仅仅是为了工作而工作,借用乔布斯的话“Do what you love, love what you do”。把音视频工作方向总结为9个(可能不够准确,仅是个人观点):直播、传输、算法、视频播放器、流媒体后端、短视频、音频播放、视频编辑、图像处理。具体方向如下:
四、音视频开源库
1、多媒体处理
多媒体处理包括:FFmpeg、libav、Gstreamer。其中FFmpeg是目前最常用的音视频处理库,包括封装格式、编解码、滤镜、图像缩放、音频重采样等模块。
2、流媒体传输
流媒体传输包括WebRTC、live555。其中WebRTC是目前最常用的RTC库,比较著名的模块有JitterBuffer、NetEQ、pacer、网络带宽估计。
3、播放器
播放器包括:ijkplayer、exoplayer、vlc。其中ijkplayer是B站开源的跨平台播放器,exoplayer是Google开源的Android平台播放器,vlc属于VideoLAN非盈利组织所开源。
4、编解码
常用的编解码包括:aac、mp3、opus、vp9、x264、av1。其中aac一般用于点播、短视频,opus用于RTC直播。vp9是Google开源的编码器,VideoLAN有提供x264编码器,av1是AOMedia(开放媒体联盟)开源的新一代视频编码器。
5、音频处理
音频处理的开源库包括:sox、soundtouch、speex。其中sox称为音频处理界的瑞士军刀,可以做各种音效、提供各种滤波器。soundtouch用于变速变调、变速不变调。speex严格意义上讲,它是一个编码器,但是它有丰富的音频处理模块:PLC(丢包隐藏)、VAD(静音检测)、DTX(非连续传输)、AEC(回声消除)、NS(噪声抑制)。
6、流媒体服务器
流媒体服务器主流的有:SRS、janus。其中SRS是一款简单高效的视频服务器,支持RTMP、WebRTC、HLS、HTTP-FLV、SRT。而janus是MeetEcho公司开源的基于WebRTC的流媒体服务器,严格意义上讲它是一个网关。
7、音视频分析
做音视频开发绕不开分析工具,掌握使用分析工具至关重要。常用的音视频分析工具包括但不限于:Mp4Parser、VideoEye、Audacity。其中Mp4Parser用于分析mp4格式及其结构。VideoEye是雷神开源的基于Windows平台分析视频码流工具(在此致敬雷神的开源精神)。Audacity是一款开源的音频编辑器,可用于添加各种音效、分析音频波形图。
8、视频渲染
视频渲染相关开源库有:GPUImage、Grafika、LearnOpenGL。其中GPUImage可用于添加各种滤镜特效。Grafika是Google一位工程师开源的基于Android平台渲染示例库。LearnOpenGL主要是配套其网站的学习OpenGL教程。 相关的开源网站与地址如下:
五、流媒体协议
1、流媒体传输协议
常见的流媒体传输协议有:RTP、SRTP、RTMP、RTSP、RTCP等。其中RTP(Real-time Transport Protocol)是实时传输协议,而SRTP是安全实时传输协议,即在RTP基础上加密传输,防止音视频数据被窃取。RTMP(Real Time Messaging Protocol)是Adobe开源的实时消息传输协议,基于TCP,基本协议包括:RTMPE、RTMPS、RTMPT。RTSP(Real Time Streaming Protocol)是实时流传输协议,字段包括:OPTIONS、DESCRIBE、SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN等。RTCP(RTP Control Protocol)是RTP传输控制协议,用于统计丢包、发送延时。
2、流媒体应用协议
流媒体应用协议有:HLS、DASH。其中HLS是Apple公司开源的流媒体传输应用协议,同时涉及m3u8协议和ts流。而DASH是Google在广泛运用的流媒体协议,使用fmp4切片,支持自适应码率、多码率的无缝切换。
3、WebRTC信令协议
WebRTC信令协议有:SDP、ICE、NAT、STUN、TURN。当然,WebRTC的网络传输协议也有用到上面提及的流媒体传输协议。
4、音视频编码协议
常用的音频编码协议有:MP3、AAC、OPUS、FLAC、AC3、EAC3、AMR_NB、PCM_S16LE。视频编码协议有:H264、HEVC、VP9、MPEG4、AV1等。相关的音视频编解码协议,可参考:走进音视频的世界——音视频编码。
5、音视频封装格式
常用的视频封装格式有:mp4、mov、mkv、webm、flv、avi、ts、mpg、wmv等。常用的音频封装格式有:mp3、m4a、flac、ogg、wav、wma、amr等。封装格式是多媒体容器,包含多媒体信息、音视频码流。其中多媒体信息包括:时长、分辨率、帧率、码率、采样率、声道数等等,即上面提及的音视频开发基础的相关概念。而音视频码流是原始数据经过编码压缩得到的若干帧组成的stream,字幕码流一般是由特定格式的文本或位图组成。关于封装格式,可以参考以前写过的文章:走进音视频的世界——音频封装格式和走进音视频的世界——视频封装格式。 上面提及的协议具体如下:
六、音视频书籍
1、音频类
音频书籍包括:The music of theory、DSP noise reduction、Audio Signal Process and Coding、数字音频原理及应用、音频信号处理与编码等。
2、视频类
视频书籍包括:数字图像与视频处理、音视频开发进阶指南、视频编码全角度详解、新一代视频压缩编码标准H.264/AVC、新一代高效视频编码H.265/HEVC、数字图像处理(冈萨雷斯版)、多媒体信号编码与传输、OpenGL编程指南、WebRTC native开发实战、FFmpeg从入门到精通、在线视频技术精要等。
3、语言类
关于C/C++相关书籍包括:C程序设计语言、C++编程思想、C++ Primmer Plus、C++程序设计语言。另外推荐的是《程序员的自我修养》。相关书本可参考以前写的博客:那些年曾经看过的书。
七、成长指南
1、长期学习
坚持长期学习,不断提升自己,才能走得更远。学习可以有很多途径:看书、看博客、看公众号、看开源项目、看文档协议。也建议自己编写博客,维护开源项目,这样是行之有效的技术总结和技术输出。本人维护FFmpegAndroid开源项目4年,收获3k+star,800+fork,更难得的是收获一群志同道合的朋友,互相交流互相学习。
2、思考总结
遇到开发bug,学会思考,分析问题出在哪里,日志看不出原因,就查看源码。最终总结归纳,避免以后犯类似错误。
3、小事做好
细节决定成败,养成良好的代码习惯,注重代码规范,对自己代码负责。把小事做好,把功能点做到极致。
4、大事做小
在写代码之前,先想好思路方案,多角度思考,多问自己为什么。按照功能模块划分,把大事做小,一步一步去实现。
希望各位伙伴在音视频道路上不断成长,怀着一颗热爱技术的心,延迟满足感,长期学习,养成思考与总结的习惯,coding自己的梦想!