HLS

HLS

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。

HLS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。

优缺点

HLS协议的优点如下：

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 自带多码率自适应机制。

HLS协议的缺点如下：

  • 相比RTMP这类长连接协议,延时较高,难以用到互动直播场景。
  • 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。

HLS协议构成

HLS由两部分构成，一个是.m3u8文件，一个是.ts视频文件。每一个.m3u8文件，分别对应若干个ts文件，这些ts文件才是真正存放视频的数据，m3u8文件只是存放了一些ts文件的配置信息和相关路径，当视频播放时，.m3u8是动态改变的，video标签会解析这个文件，并找到对应的ts文件来播放，所以一般为了加快速度，.m3u8放在web服务器上，ts文件放在CDN上。

HLS协议视频支持H.264格式的编码，支持的音频编码方式是AAC编码。HLS的架构分为三部分：Server，CDN，Client 。即服务器、分发组件和客户端。

HLS 架构

  • 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。

m3u8

.m3u8文件，其实就是以UTF-8编码的m3u文件，这个文件本身不能播放，只是存放了播放信息的文本文件：

#EXTM3U                 m3u文件头
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE   第一个TS分片的序列号
#EXT-X-TARGETDURATION   每个分片TS的最大的时长
#EXT-X-ALLOW-CACHE      是否允许cache
#EXT-X-ENDLIST          m3u8文件结束符
#EXTINF                 指定每个媒体段(ts)的持续时间（秒），仅对其后面的URI有效
mystream-12.ts

HLS协议的使用也非常便捷，将m3u8直接写入到src中然后交与浏览器解析，也可以使用fetch来手动解析并且获取相关文件：

<video controls autoplay>
  <source
    src="http://devimages.apple.com/iphone/samples/bipbop/masterplaylist.m3u8"
    type="application/vnd.apple.mpegurl"
  />
  <p class="warning">Your browser does not support HTML5 video.</p>
</video>

HLS详细版的内容比上面的简版多了一个playlist，也可以叫做master。在master中，会根据网络段实现设置好不同的m3u8文件，比如，3G/4G/wifi网速等。比如，一个master文件中为：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=2855600,CODECS="avc1.4d001f,mp4a.40.2",RESOLUTION=960x540
live/medium.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=5605600,CODECS="avc1.640028,mp4a.40.2",RESOLUTION=1280x720
live/high.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=1755600,CODECS="avc1.42001f,mp4a.40.2",RESOLUTION=640x360
live/low.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=545600,CODECS="avc1.42001e,mp4a.40.2",RESOLUTION=416x234
live/cellular.m3u8

以high.m3u8文件为例，其内容会包含：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:26
#EXTINF:9.901,
http://media.example.com/wifi/segment26.ts
#EXTINF:9.901,
http://media.example.com/wifi/segment27.ts
#EXTINF:9.501,
http://media.example.com/wifi/segment28.ts

该二级m3u8文件也可以称为media文件，其有三种类型：

  • live playlist:动态列表。顾名思义，该列表是动态变化的，里面的ts文件会实时更新，并且过期的ts索引会被删除。默认，情况下都是使用动态列表。
  • event playlist:静态列表。它和动态列表主要区别就是，原来的ts文件索引不会被删除，该列表是不断更新，而且文件大小会逐渐增大。它会在文件中，直接添加#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:EVENT作为标识。
  • VOD playlist:全量列表。它就是将所有的ts文件都列在list当中。如果，使用该列表，就和播放一整个视频没有啥区别了。它是使用#EXT-X-ENDLIST表示文件结尾。

显而易见，HLS的延时包含了TCP握手、m3u8文件下载与解析、ts文件下载与解析等多个步骤，可以缩短列表的长度和单个ts文件的大小来降低延迟，极致来说可以缩减列表长度为1，并且ts的时长为1s，但是这样会造成请求次数增加，增大服务器压力，当网速慢时回造成更多的缓冲，所以苹果官方推荐的ts时长时10s，所以这样就会大改有30s的延迟。

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