Http Live Streaming

一. Http live streaming简介

HTTP Live Streaming(缩写是HLS)是一个由苹果公司提出的基于HTTP流媒体网络传输协议。Http live streaming 直译过来就是网络直播流,其实就是一种流媒体解决方案,可以实现音视频的直播和点播,以下简称hls。

hls协议基本规则(最重要的三点)
  • 视频的封装格式是TS。
  • 视频的编码格式为H264,音频编码格式为MP3、AAC或者AC-3。
  • 除了TS视频文件本身,还定义了用来控制播放的m3u8文件(文本文件)。

二.Http live streaming流程

图片.png

服务端Server

服务器组件负责获取的媒体输入流 , 然后Media编码后 MPEG-4(H.264 video 和 AAC audio)格式然后用硬件打包到 MPEG-2 (MPEG-2 transport stream)的传输流中。图中显示,传输流会经过stream segmenter, 这里的工作是MPEG-2传输流会被分散为小片段然后保存为一个或多个系列的 .ts 格式的媒体文件。这个过程需要借助编码工具来完成,比如 Apple stream segmenter。(视频类是.ts文件,纯音频会被编码为一些音频小片段,通常为 ADTS头的AAC、MP3、或者 AC-3格式。)服务端可以采用硬件编码和软件编码两种形式,其功能都是按照上文描述的规则对现有的媒体文件进行切片并使用索引文件进行管理。而软件切片通常会使用 Apple 公司提供的工具或者第三方的集成工具。

Distribution

上图中的stream segmenter也会创建一个索引文件,通常会包含这些ts媒体文件的一个列表,也能包含元数据。列表元素会关联一个 URL 用于客户端访问,一个ts媒体文件对应一个URL。然后按序去请求并下载这个URL流。

流切片器Stream segmenter

流切片器(通常是一个软件,一个SDK)会通过本地网络从上面的媒体编码器中读取数据,然后将着这些数据一组相等时间间隔的小媒体文件。虽然每一个片段都是一个单独的文件,但是他们的来源是一个连续的流,切完照样可以无缝重构回去。
切片器在切片同时会创建一个索引文件(Index file),索引文件会包含这些切片文件的引用。每当一个切片文件生成后,索引文件都会进行更新。索引用于追踪切片文件的有效性和定位切片文件的位置。切片器同时也可以对你的媒体片段进行加密并且创建一个密钥文件作为整个过程的一部分。

文件切片器(相对于上面的流切片器, 就是切文件的)

如果已经有编码后的文件(而不是编码流),你可以使用文件切片器,通过它对编码后的媒体文件进行 MPEG-2 流的封装并且将它们分割为等长度的小片段。切片器允许你使用已经存在的音视频库用于 HLS 服务。它和流切片器的功能相似,但是处理的源从流替换为了文件。

客户端client

  • 索引文件PlayLists(.m3u8文件)
    [图片上传失败...(image-105307-1520489375893)]

如上图所示,客户端播放HLS视频流的逻辑其实非常简单,先下载一级Index file,它里面记录了二级索引文件(Alternate-A、Alternate-B、Alternate-C)的地址,然后客户端再去下载二级索引文件,二级索引文件中又记录了TS文件的下载地址,这样客户端就可以按顺序下载TS视频文件并连续播放。
通常由切片器附带生成,保存为 .m3u8格式,.m3u一般用于 MP3 音频的索引文件。

主索引(Master PlayList)和 子索引(Media PlayList)

  • 主索引文件也叫一级索引文件,英文叫Master PlayList。
  • 子索引文件也叫二级索引文件,英文叫Media PlayList。
  • 主索引只下载一次,而子索引则会不停定期的下载。
  • 主索引记录了子索引(也是一个.m3u8文件)的下载地址及视频信息,子索引记录了ts文件的下载地址和ts文件信息。
  • 主索引有可能不存在,只有子索引,例如下面给出的第二张图。


    标准索引结构图
只有子索引的索引结构图

下面这些m3u8流地址可用以测试,类似的播放流地址很多,自行百度。

香港卫视直播源:http://live.hkstv.hk.lxdns.com/live/hks/playlist.m3u8
CCTV1高清:http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv1hd.m3u8
CCTV3高清:http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv3hd.m3u8
CCTV5高清:http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv5hd.m3u8
CCTV5+高清:http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv5phd.m3u8
CCTV6高清:http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv6hd.m3u8
苹果提供的测试源(点播):http://devimages.apple.com.edgekey.net/streaming/examples/bipbop_4x3/gear2/prog_index.m3u8

主索引(Master PlayList)

把流地址http://live.hkstv.hk.lxdns.com/live/hks/playlist.m3u8(实际上就是一个.m3u8文件的下载地址)放在浏览器地址栏,回车,会有一个.m3u8文件请求下载,下载完成后,用任意一个文档编辑器打开,看到类似以下的乱七八槽的东西

#EXTM3U
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1, BANDWIDTH=415000
http://live.hkstv.hk.lxdns.com/live/hks/playlist.m3u8?wsSession=b76bc6a6ab0ddf454d935fd0-150329692423936&wsIPSercert=aa64bc2472e0b1bb9055e2aa4a1d744f&wsMonitor=-1

BANDWIDTH=415000指定视频流的比特率(码率)。
#EXT-X-STREAM-INF的下一行是子索引文件的路径。

或者这种主索引不存在的.m3u8文件

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:671843
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXTINF:10.000,
cctv5hd-671843.ts
#EXTINF:10.000,
cctv5hd-671844.ts
#EXTINF:10.000,
cctv5hd-671845.ts
#EXTINF:10.000,
cctv5hd-671846.ts
#EXTINF:10.000,
cctv5hd-671847.ts
#EXTINF:10.000,
cctv5hd-671848.ts
子索引(Media PlayList):

同下载主索引m3u8文件一样,用浏览器打开主索引m3u8文件中的子索引地址

http://live.hkstv.hk.lxdns.com/live/hks/playlist.m3u8?wsSession=b76bc6a6ab0ddf454d935fd0-150329692423936&wsIPSercert=aa64bc2472e0b1bb9055e2aa4a1d744f&wsMonitor=-1

下载下来子索引m3u8文件,打开后如下

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-ALLOW-CACHE:NO
#EXT-X-TARGETDURATION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:88

#EXTINF:2.976
19744.ts?wsSession=b76bc6a6ab0ddf454d935fd0-150329777870798&wsIPSercert=aa64bc2472e0b1bb9055e2aa4a1d744f&wsMonitor=-1&wsApp=HLS
#EXTINF:2.963
19745.ts?wsSession=b76bc6a6ab0ddf454d935fd0-150329777870798&wsIPSercert=aa64bc2472e0b1bb9055e2aa4a1d744f&wsMonitor=-1&wsApp=HLS
#EXTINF:2.971
19746.ts?wsSession=b76bc6a6ab0ddf454d935fd0-150329777870798&wsIPSercert=aa64bc2472e0b1bb9055e2aa4a1d744f&wsMonitor=-1&wsApp=HLS

#EXTINF:2.976这个标签后面的一串乱七八槽就是ts媒体文件地址,可以是相对地址也可以是绝对地址,在这里显然是相对地址。我们来拼接一下,看看这是什么东西,前边是直播流域名,后边接相对地址
live.hkstv.hk.lxdns.com/live/hks/19744.ts?wsSession=b76bc6a6ab0ddf454d935fd0-150329777870798&wsIPSercert=aa64bc2472e0b1bb9055e2aa4a1d744f&wsMonitor=-1&wsApp=HLS
用浏览器打开这个乱七八槽的网址,是不是惊奇的发现一个ts媒体文件就被下载下来了。
我们用VLC打开,其实就是一段几秒的视频,正是这一小段一小段几秒种的视频连续播放,就会变成我们看到的连续的直播或者点播。这个过程会一直持续知道出现 结束标记 #EXT-X-ENDLIST。如果结束标记不出现,该索引就是用于持续广播的。客户端会定期的加载一些新的索引文件。客户端会从新更新的索引文件中去查找加密密钥并且将关联的URL加入到请求队列中去。

VLC播放.ts文件.png

各种标签及其作用

#EXTM3U每个m3u8文件的开头。
#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD指明流类型为点播VOD,直播为Live。
#EXTINF表示每个ts切片视频文件的时长。
#EXT-X-TARGETDURATION指定当前视频流中的切片文件的最大时长,,也就是说这些ts切片的时长不能大于#EXT-X-TARGETDURATION的值。
#EXT-X-STREAM-INF每一个#EXT-X-STREAM-INF的下一行是二级index文件的路径,相对路径或绝对路径。
#EXT-X-ENDLIST这个表示视频结束

HLS的缺点

采用HLS协议直播的视频延迟时间无法下到10秒以下,而RTMP协议的延迟最低可以到3、4秒左右。所以说对直播延迟比较敏感的服务请慎用HLS

相关资料

苹果官方文档
HLS标准协议
HLS-iOS视频播放服务架构深入探究

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