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用户的眼睛没毛病!10 分钟搞明白如何在直播中解决黑屏、花屏、闪屏问题

「黑屏、花屏、闪屏」经常出现在直播应用中,除了网络问题,在直播过程中的黑屏、花屏、闪屏却有很多技术原因,这篇文章将全方位为你解决直播中的「黑屏、花屏、闪屏」问题。

《直播技术详解》系列文章之后,我们推出了这个新的系列《直播疑难杂症排查》,把解决直播问题的经验逐步分享出来,同时也会穿插一些音视频开发的基础知识和优化经验,希望能够帮助到直播领域的开发者们。


本系列会涵盖的内容包括但不限于如下一些主题:
- 播放失败
- 直播卡顿
- 首开慢
- 延时高
- 音画不同步
- 马赛克严重
- 播放黑屏、花屏、绿屏
- 播放杂音、噪音、回声
- 点播拖动不准
- 直播发热问题
- 其他问题(待续)

首先我们要明白,黑屏、花屏、闪屏等问题,可能是推流端的问题,也可能是播放器的问题,遇到这些现象,我们要第一时间用别的播放器(如 VLC,ffplay)试试,如果都出现同样的问题,那么多半是流本身的问题了,反之,则很可能是播放器的问题。

播放黑屏

现象:画面是黑的,没有图像,但是有声音。

1.主播端摄像头权限问题

无论 Android 还是 iOS,App 使用摄像头都是需要申请授权的,特别是 Android 6.0 以后,如果 App 层面不做专门的处理的话,很可能出现摄像头权限被禁用的情况。

如果 App 没有获取到摄像头权限,视频就无法采集成功,从而导致推出来的流只有音频数据。

**解决方案:**App 层面肯定要小心处理权限问题,检测到未获取相应权限则禁止开播,或者反复提示主播授予权限。另外,可以询问出现问题的主播是否有摄像头预览画面,如果 App 没有获得权限的话,是没有预览画面的。

2.主播端编码失败

视频数据采集到后,下一步就是经过编码器,由于参数配置或者某些机型的硬编兼容性问题,很可能数据送入编码器后,编码失败,并无输出,从而导致没有视频数据送入到推流模块。

解决方案:一般推流 SDK 都会统计推流的实时视频帧率,CDN 服务端也会有一些帧率监控,因此,如果发现这些统计得到的推流帧率为 0,同时又确定不是没有采集到数据,那么多半是编码器的原因,可以想办法查看下该机型的日志看看具体的报错信息。

3.视频解码失败

前面的文章有提到过,当播放器遇到不支持的视频格式,或者数据内容/格式异常,则会解码失败,从而导致无解码视频输出。
针对不支持的格式:
- 要提前了解播放器本身支持哪些音视频格式,如 H.264,mp4v,aac 等等,避免播放不支持的格式

  • 播放器本身遇到的硬解或者软解失败,应该有日志报错,或者抛出异常给应用层提示用户
    针对视频数据内容错误:
  • 需要分析码流文件本身,常见的数据内容错误导致的解码失败有如下几种:
  • 送入解码器的帧数据不完整
  • H.264 的视频码流,缺失了 SPS,PPS 等必要的信息头
  • iOS 的 VideoToolbox 解码,只支持 avcc 方式打包的 H.264 数据
  • 部分 Android 机型硬编出来的数据有额外的 naul 头
  • 其他等等

4.码流的前半段只有音频没有视频

这种情况,多半出自 HLS 切片产生的码流,当主播用同一个地址推流,前半段只推了音频(可能是摄像头权限被禁用,也可能是选择了纯音频推流等等),然后接着又同时推了音视频流,那么,服务端 HLS 切片产生的文件,就会出现这样的情况。

基于 ffmpeg 的播放器,会在解析完视频头后初始化解码器,因此,对于这种码流,往往会出现仅有音频或者仅有视频播放的情况。

解决方案:从 App 端尽可能避免出现这种使用姿势,修改播放器的代码,对这种码流进行兼容处理。

播放花屏/绿屏

现象:播放画面出现图像紊乱,大面积的异常颜色的方块图,或者绿屏现象

1.丢失参考帧导致的

一般 H.264 码流有 I、B、P 三种帧类型,I 帧是关键帧,B 帧是双向预测内插编码帧,P 帧是前向预测编码帧。

I 帧由于是帧内压缩,因此可以独立解码播放,而 B 帧,一旦丢失了 I 帧或者后面的 P 帧,则会解码失败,而 P 帧一旦丢失了前面的 I/B/P 帧,也会导致解码失败。

对于丢失了参考帧而导致的解码失败,一般就会出现花屏的现象,花屏的严重程度依赖于丢失的参考帧对即将解码的帧的重要程度。

那么,什么情况下会丢失参考帧呢 ?

首先,推流/播放的代码层面,需要注意,不要丢弃编码后、解码前的视频帧数据,不过实际场景中,遇到下面的情况,难免还是会产生丢帧:
网络不好,编码后的数据发不出去

系统低内存,队列里面无法承受更多的帧数据

因此,在这些极端的情况下,不得不丢帧的话,最合理的策略就应该是一次丢一整个 GOP,即:一旦开始丢了一个 I 帧,那么在遇到下一个 I 帧之前的所有视频帧,均丢弃掉,这样即可有效避免播放器端产生解码花屏。

2.播放器没有从关键帧开始解码

原理依然如上面所述,如果不从关键帧开始解码,则必然会由于丢失了参考信息而导致解码花屏。

因此,播放器,无论是首播,还是断网重连后,都应该判断第一帧视频是否是关键帧,如果不是,则应该等到第一个关键帧到达之后再送入解码器。

基于 ffmpeg 的播放器,如何判断关键帧,可以参考文章:《FFMPEG Tips (3) 如何读取每一帧的信息》

3.码流中视频尺寸发生变化

很多直播 App,横屏直播和竖屏直播,使用的是不同的推流尺寸 ,当主播由竖屏推流改为横屏推流,同时又不改变推流地址的话,观众端拉到的流就会出现中间发生了视频尺寸的变化,比如:从 848 x 480 变成了 1280 x 720 等等。

播放器需要实时检测,如果发现视频尺寸发生了变化,则需要重置解码器以及相关逻辑,否则容易出现解码花屏或者出现内存越界等异常。

4.硬编硬解的兼容性问题

当然,如果使用的是 Android 硬编硬解,则难免会遇到一些比较坑爹的手机,硬编硬解没有失败报错,但是输出的图像确实异常的情况。

Android 硬编硬解的兼容性问题,代码上小心仔细,充分考虑机型的兼容性,不轻易写死任何参数,剩下能做的就是靠白名单/黑名单了。

5.推流端图像尺寸和格式处理不当

图像的格式和尺寸,都是非常重要的参数,一定要严格配置正确。

比如:如果采集到的视频是 NV21 ,编码器只支持 I420,那么编码出来的图像自然会出现颜色问题。

比如:在一些场景切换的过程中,前后摄像头切换,视频的尺寸可能发生了变化,但是剪裁、处理、编码模块没有相应的修改尺寸,那么,也会出现各种视频错乱的现象。

播放闪屏

闪屏问题,从根源来看,就是播放的过程中,出现了两种不同的画面来回切换,从而看起来像 「闪屏」,比如,黑白两张图片交替渲染。下面我们再来看看直播场景下,什么原因会引发该现象。

1.播放器缓冲机制原因

网络不好的时候,播放器会频繁缓冲,曾遇到过一种案例,就是某直播 App 应用,在缓冲的时候,使用了一张广告图片,在某种极端弱网情况下,由于频繁缓冲,导致真实的播放画面和广告图片来回快速切换,导致闪屏现象。

这个情况是完全可以从播放器的缓冲策略上避免的,每次缓冲后,不要收到一帧后就立即渲染,而是适当地多缓冲一些数据,再发送缓冲结束的消息,从而可以频繁 ms 级别的缓冲切换产生的闪屏。

2.推流端的原因

推流端产生闪屏的流,往往发生在有画面合成的代码模块,比如:叠加水印、摄像头/图片切换推流、连麦合流等等。

画面的合成,一定要铭记一点,任何情况下,都要避免出现,有合成/没有合成两种画面的交替。


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