基于HLS(HTTP Live Streaming)的视频直播分析与实现

转自：http://www.cnblogs.com/haibindev/archive/2013/01/30/2880764.html

HLS(HTTP Live Streaming)的分析：

HTTP Live Streaming（HLS）是苹果公司(Apple Inc.)实现的基于HTTP的流媒体传输协议，可实现流媒体的直播和点播，主要应用在iOS系统，为iOS设备（如iPhone、iPad）提供音视频直播和点播方案。HLS点播，基本上就是常见的分段HTTP点播，不同在于，它的分段非常小。要实现HLS点播，重点在于对媒体文件分段，目前有不少开源工具可以使用，这里我就不再讨论，只谈HLS直播技术。

　　相对于常见的流媒体直播协议，例如RTMP协议、RTSP协议、MMS协议等，HLS直播最大的不同在于，直播客户端获取到的，并不是一个完整的数据流。HLS协议在服务器端将直播数据流存储为连续的、很短时长的媒体文件（MPEG-TS格式），而客户端则不断的下载并播放这些小文件，因为服务器端总是会将最新的直播数据生成新的小文件，这样客户端只要不停的按顺序播放从服务器获取到的文件，就实现了直播。由此可见，基本上可以认为，HLS是以点播的技术方式来实现直播。由于数据通过HTTP协议传输，所以完全不用考虑防火墙或者代理的问题，而且分段文件的时长很短，客户端可以很快的选择和切换码率，以适应不同带宽条件下的播放。不过HLS的这种技术特点，决定了它的延迟一般总是会高于普通的流媒体直播协议。

要实现HTTP Live Streaming直播，需要研究并实现以下技术关键点：

1. 采集视频源和音频源的数据
2. 对原始数据进行H264编码和AAC编码
3. 视频和音频数据封装为MPEG-TS包
4. HLS分段生成策略及m3u8索引文件
5. HTTP传输协议

通过以上分析，实现HLS LiveEncoder直播编码器，其逻辑和流程基本上很清楚了：分别开启音频与视频编码线程，通过DirectShow（或其他）技术来实现音视频采集，随后分别调用libx264和libfaac进行视频和音频编码。两个编码线程实时编码音视频数据后，根据自定义的分片策略，存储在某个MPEG-TS格式分段文件中，当完成一个分段文件的存储后，更新m3u8索引文件。如下图所示：

 

 

上图中HLSLiveEncoder当收到视频和音频数据后，需要首先判断，当前分片是否应该结束，并创建新分片，以延续TS分片的不断生成。需要注意的是，新的分片，应当从关键帧开始，防止播放器解码失败。

 

 

系统总体框架图：

HLS分段生成策略和m3u8：

分段策略

• HLS的分段策略，基本上推荐是10秒一个分片，当然，具体时间还要根据分好后的分片的实际时长做标注
• 通常来说，为了缓存等方面的原因，在索引文件中会保留最新的三个分片地址，以类似“滑动窗口”的形式，进行更新。

m3u8文件简介

　　m3u8，是HTTP Live Streaming直播的索引文件。m3u8基本上可以认为就是.m3u格式文件，区别在于，m3u8文件使用UTF-8字符编码。

1. #EXTM3U                     m3u文件头，必须放在第一行
2. #EXT-X-MEDIA-SEQUENCE       第一个TS分片的序列号
3. #EXT-X-TARGETDURATION       每个分片TS的最大的时长
4. #EXT-X-ALLOW-CACHE          是否允许cache
5. #EXT-X-ENDLIST              m3u8文件结束符
6. #EXTINF                     extra info，分片TS的信息，如时长，带宽等

m3u8索引文件示例如下：

1. #EXTM3U
2. #EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
3. #EXT-X-TARGETDURATION:10
4. #EXTINF:10,
5. live_00000_.ts
6. #EXTINF: 10,
7. live_00001_.ts
8. #EXTINF: 10,
9. live_00002_.ts
10. #EXTINF: 10,
11. live_00003_.ts
12. #EXTINF: 10,
13. live_00004_.ts
14. #EXTINF: 10,
15. live_00005_.ts
16. #EXTINF: 10,
17. live_00006_.ts
18. #EXTINF: 10,
19. live_00007_.ts
20. #EXTINF: 10,
21. live_00008_.ts
22. #EXTINF: 10,
23. live_00009_.ts
24. #EXT-X-ENDLIST