快手科技音視頻技術(shù)公開多媒體傳輸協(xié)議KTP

快手的核心理念就是記錄，力圖打造一個簡單、平等、普惠的平臺。在快手，每個人都可以通過記錄和分享來獲得獨特的幸福感，也因此，快手的視頻內(nèi)容匯聚了中國社會生活的方方面面，被稱為“流動的清明上河圖”。

如今快手的日活達(dá)1.3億，月活超過3億，擁有累計超過70億條原創(chuàng)內(nèi)容，并且以每天1500萬條的速度在遞增。在用戶使用過程中，上傳視頻、直播推流的體驗直接關(guān)系到用戶留存。因此，開發(fā)使內(nèi)容傳輸更穩(wěn)定、更快速、更實時的傳輸協(xié)議，顯得格外重要。

快手的業(yè)務(wù)形態(tài)包括短視頻和直播，由于業(yè)務(wù)的多樣化，對傳輸協(xié)議的要求也各不一樣。在短視頻業(yè)務(wù)中，短視頻上傳的成功率與速度對用戶體驗至關(guān)重要。在快手，每天都有海量的視頻上傳和播放，并且視頻的分辨率達(dá)到720p。高分辨率提高了視頻的清晰度，卻也給視頻的上傳和播放帶來挑戰(zhàn)。

快手用戶多，分布廣，短視頻上傳的網(wǎng)絡(luò)和地理環(huán)境更是非常復(fù)雜。在一些網(wǎng)絡(luò)條件苛刻的地方，例如山區(qū)、地鐵、鬧市等，要么基站覆蓋不夠好，要么人多網(wǎng)絡(luò)競爭激烈，保證視頻上傳的成功率，對于提升用戶留存和作品數(shù)量均有很大的影響。此外，視頻的上傳速度直接決定了上傳耗時，進(jìn)而會影響用戶上傳的取消率。一般而言，耗時越久，取消率越高，所以視頻的上傳速度也是需要考慮的關(guān)鍵指標(biāo)。

除了短視頻，直播也是快手的主要業(yè)務(wù)之一?？焓值闹辈ビ脩粢?guī)模大，且場景豐富，包括戶外直播、游戲直播、才藝直播、自拍直播等等。與傳統(tǒng)的一些直播平臺相比，快手主播直播時的物理和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更加多樣化且不可控。此外，快手的直播玩法多樣，雖然都屬于直播的范疇，對傳輸?shù)木唧w要求卻有很大的差異。

例如，從延遲的角度，游戲直播能容忍的延遲一般大于普通互動直播，但二者都在秒級范圍內(nèi)。而直播連麥則對延遲的要求極高，一般不能超過400ms。在清晰度方面，游戲直播對清晰度的要求則非常高，目前，快手已經(jīng)支持藍(lán)光質(zhì)量的游戲直播，而普通互動直播和連麥，對清晰度和分辨率的要求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于游戲直播。

無論短視頻上傳，還是直播推流，均是快手內(nèi)容的源頭。短視頻上傳的成功率和速度，影響了用戶的留存和內(nèi)容供給量；主播的推流質(zhì)量，則直接影響成千上萬粉絲的觀看體驗。因此，在各種異構(gòu)且不可控的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，保證快手內(nèi)容生產(chǎn)源頭的服務(wù)質(zhì)量，對于提升快手的總體用戶體驗至關(guān)重要。

為了滿足多樣的業(yè)務(wù)需求，同時能進(jìn)行深度的優(yōu)化，快手建立了自己的音視頻云端服務(wù)，開發(fā)了快手多媒體傳輸協(xié)議KTP（Kwai Transport Protocol，快手傳輸協(xié)議），從內(nèi)容產(chǎn)生的源頭優(yōu)化用戶體驗。據(jù)介紹，快手KTP的設(shè)計，涵蓋網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計、網(wǎng)絡(luò)傳輸控制、信源信道聯(lián)合優(yōu)化等多個維度，支持動態(tài)碼率自適應(yīng)、幀率自適應(yīng)、混合FEC/ARQ、非對稱差錯保護(hù)等。

目前，KTP已全面服務(wù)于快手的業(yè)務(wù)，在性能方面，短視頻上傳可以達(dá)到抗90%丟包，上傳失敗率相比傳統(tǒng)TCP降低27%，取消率降低23%；在直播連麥時，延遲低于400ms，并且對20%丟包做到無感知；在直播推流場景下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)丟包率為零時，KTP直播推流的帶寬利用率比TCP推流提升約25%，隨著丟包率增大，KTP相對TCP的增益越明顯，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)丟包率增大到20%時，KTP直播推流的帶寬利用率達(dá)到TCP推流的六倍。此外，KTP還支持多路復(fù)用，可以做到無感知網(wǎng)絡(luò)切換，比如用戶在WIFI和4G間互相切換時，網(wǎng)絡(luò)也不會中斷。

KTP是一個面向多媒體業(yè)務(wù)的傳輸協(xié)議，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，能夠靈活支持各種業(yè)務(wù)場景，還可以在各個場景之間無縫切換，動態(tài)支持各類延時模式。此外，KTP內(nèi)部各個功能模塊相互解耦，能非常容易地集成各種新算法。依托快手的流媒體大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能快速通過AB測試，驗證算法性能。從技術(shù)角度來看，KTP是基于UDP而實現(xiàn)的，所有的算法與策略均在UDP之上，與TCP相比，KTP更加靈活可控。

KTP的設(shè)計目標(biāo)是突破地域、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的限制，達(dá)到高流暢、高清晰、高可靠、低延遲的內(nèi)容傳輸，同時在各種極端的弱網(wǎng)環(huán)境下能做深度的優(yōu)化。

為進(jìn)一步提升用戶體驗，快手計劃在KTP中采用質(zhì)量自適應(yīng)技術(shù)，通過深度學(xué)習(xí)的方式，聯(lián)合優(yōu)化應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自適應(yīng)視頻質(zhì)量。此外，在消費（播放）端，KTP計劃支持超低延遲的多碼率自適應(yīng)方案，進(jìn)一步降低播放端的卡頓率與延遲，提升觀看體驗。