一、HLS 概述

HLS 全称是 HTTP Live Streaming,是一个由 Apple 公司提出的基于 HTTP 的媒体流传输协议,用于实时音视频流的传输。目前HLS协议被广泛的应用于视频点播和直播领域。

1. 原理介绍:

通过将整条流切割成一个小的可以通过 HTTP 下载的媒体文件, 然后提供一个配套的媒体列表文件, 提供给客户端, 让客户端顺序地拉取这些媒体文件播放, 来实现看上去是在播放一条流的效果.由于传输层协议只需要标准的 HTTP 协议, HLS 可以方便的透过防火墙或者代理服务器, 而且可以很方便的利用 CDN 进行分发加速, 并且客户端实现起来也很方便.

2. 整体架构

HLS的架构分为三部分:Server,CDN,Client 。即服务器、分发组件和客户端。

下面是 HLS 整体架构图:

服务器用于接收媒体输入流,对它们进行编码,封装成适合于分发的格式,然后准备进行分发。

分发组件为标准的 Web 服务器。它们用于接收客户端请求,传递处理过的媒体,把资源和客户端联系起来。

客户端软件决定请求何种合适的媒体,下载这些资源,然后把它们重新组装成用户可以观看的连续流。

二、HLS 播放

1. 播放未加密HLS

HLS格式的视频,只有安卓4.0以上才支持,目前基本4.0一下的机子基本可以考虑不兼容了,所以为了减少工作量,这里继续使用MediaPlayer来进行播放。

HLS格式的视频,通过一个m3u8文件,然后里面包含若干个TS文件片段,这里有个苹果的官方的一个例子:

http://devimages.apple.com/iphone/samples/bipbop/gear1/prog_index.m3u8

里面的内容为:

#EXTM3U
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXTINF:10, no desc
fileSequence0.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence1.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence2.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence3.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence4.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence5.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence6.ts
#EXTINF:10, no desc
fileSequence7.ts

我们可以看到里面他又一个一个ts视频片段,这个一个一个视频片段就是我们需要的播放,那么他是如何被播放器识别播放的呢。

其实上面的这些关键的字段都是约定好的,MediaPlayer会去按照规定好的字段去解析这个m3u8文件,然后拼接成最终的播放地址进行播放。

实现这种未加密的缓存还是比较好实现的,大概可以分为这几步:

1.我们首先按照特定的格式去解析这m3u8文件。

2.按照解析出来的ts文件按照我们知道的规则组拼起来,其下载这些ts文件,存放在手机的sd卡

3.我们需要在本地搭建一个本地http服务器,我们之前本打算搭建一个https,但是由于生成的证书是自己生成导致播放器不去访问本地的服务器。

4.本地服务器我们通过过滤特定的接口名字,来实现根据不同ts名字返回不同的视频文件(这里最好生成和原始的ts文件的名字一样)

5.我们如何知道播放器播完一段视频呢,因为他是一段一段播放的,所以这里就需要我们在本地生成一份本地指向我们本地服务器的m3u8文件,直接播放

2. 播放加密HLS

看下加密的m3u8文件的格式:

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-KEY:METHOD=AES-128,URI="http://xxxxxx:5555//test/1102/test/segments.key"
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES
#EXT-X-TARGETDURATION:19
#EXTINF:13.966667,
http://xxxxxx:5555/test/1102/test/segments0.ts
#EXTINF:10.000000,
http://xxxxxx:5555/test/1102/test/segments1.ts
#EXTINF:10.000000,
http://xxxxxx:5555/test/1102/test/segments2.ts
#EXTINF:10.000000,
http://xxxxxx.cn:5555/test/1102/test/segments3.ts
#EXTINF:10.000000,
http://xxxxxxn.cn:5555/test/1102/test/segments4.ts
#EXTINF:7.033333,
http://xxxxxx:5555/test/1102/test/segments5.ts
#EXTINF:10.000000,

我们看到了多了个字段EXT-X-KEY,这个也是m3u8给规定好的加密字段,如果包含这个字段播放器就会先去请求这个key,然后拿这个这个key去访问加密的TS视频就可以播放了。 其实看到这我们就因该有思路怎么去做,加密的缓存播放了。

实现播放加密缓存的思路:

1.我们首先按照特定的格式去解析这m3u8文件。

2.按照解析出来的ts文件按照我们知道的规则组拼起来,其下载这些ts文件,存放在手机的sd卡,这些下载下来的TS视频文件是播放不了的,再把正确的key下载下来。

3.我们需要在本地搭建一个本地http服务器,我们之前本打算搭建一个https,但是由于生成的证书是自己生成导致播放器不去访问本地的服务器。

4.本地服务器我们通过过滤特定的接口名字,来实现根据不同ts名字返回不同的视频文件(这里最好生成和原始的ts文件的名字一样)

三、HLS 协议总结

1. 优点:

  1. 客户端支持简单, 只需要支持 HTTP 请求即可, HTTP 协议无状态, 只需要按顺序下载媒体片段即可.
  2. 使用 HTTP 协议网络兼容性好, HTTP 数据包也可以方便地通过防火墙或者代理服务器, CDN 支持良好.
  3. Apple 的全系列产品支持,不需要安装任何插件就可以原生支持播放 HLS, 目前Android 也加入了对 HLS 的支持.
  4. 自带多码率自适应机制。

2. 缺点:

  1. 相比 RTMP 这类长连接协议, 延时较高, 难以用到互动直播场景.
  2. 对于点播服务来说, 由于 TS 切片通常较小, 海量碎片在文件分发, 一致性缓存, 存储等方面都有较大挑战.

3. 改进

由于客户端每次请求 TS 或 M3U8 有可能一个新的连接请求, 无法有效的标识客户端, 一旦出现问题, 基本无法有效的定位问题。

一般工业级的服务器都会对传统的 HLS 做一些改进,常见优化是对每个M3U8文件增加Session来标识一条 HLS 连接。

不管通过哪种方式, 最终我们都能通过一个唯一的 id 来标识一条流, 这样在排查问题时就可以根据这个 id 来定位播放过程中的问题.

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