流媒体协议（一）：HLS 协议

时间：2022-12-18 23:47:40

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：

流媒体协议（一）：HLS 协议

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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