流媒体 HLS 协议介绍

什么是 HLS?

HLS(HTTP Live Streaming) 是由 Apple 推出的一种基于 HTTP 的流媒体传输协议。它将音视频文件切片为多个小的 .ts 媒体文件,并通过 .m3u8 播放列表文件进行索引和调度。由于其兼容性好、支持 CDN 加速、可自适应码率,因此广泛用于点播和直播场景中。类似的还有 DASH 协议,相关参数对比如下:

特性维度 HLS(HTTP Live Streaming) DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)
标准归属 Apple 私有协议 国际标准(MPEG)
封装格式 传统使用 MPEG-TS 现代支持 fMP4 主流使用 fMP4
播放列表格式 .m3u8(M3U8 格式) .mpd(XML 格式)
延迟表现 相对较高(常见 6~30 秒) 相对较低(2~15 秒)
码率自适应 支持(多码率播放列表) 支持(更灵活)
加密方式 支持 AES-128,FairPlay 支持 Widevine、PlayReady、FairPlay 等
浏览器兼容性 原生支持 Safari,其他需配合 hls.js 原生支持 Chrome、Edge(支持 MSE)
跨平台表现 Apple 系统兼容性好 更具通用性、跨平台标准广泛
播放器支持 Safari、QuickTime、hls.jsvideo.js Dash.js、Shaka Player、Bitmovin 等
协议灵活性 略低(Apple 控制标准) 高(开放标准,扩展性强)

HLS 协议交互流程

1. 主播放列表(main.m3u8)

客户端基于 hls.js 库向服务端请求主播放列表,服务端返回内容如下:

m3u8 复制代码
#EXTM3U
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=800000,RESOLUTION=640x360
low/index.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=1400000,RESOLUTION=1280x720
mid/index.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=2800000,RESOLUTION=1920x1080
high/index.m3u8

字段说明:

  • #EXTM3U:标志该文件为 M3U8 文件。
  • #EXT-X-STREAM-INF:表示接下来的 URI 指向一个媒体播放列表。
    • BANDWIDTH:码率(单位 bit/s),用于自适应码率选择。
    • RESOLUTION:视频分辨率(宽 x 高)。

客户端解析 playlist 内容后,根据当前的网络情况、设备类型等因素,再请求具体的媒体播放列表。

2. 媒体播放列表(media.m3u8)

示例内容:

m3u8 复制代码
#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0

#EXTINF:9.984,
fileSequence0.ts
#EXTINF:10.000,
fileSequence1.ts
#EXTINF:10.000,
fileSequence2.ts

#EXT-X-ENDLIST

上述媒体播放列表内容中,最重要的就是 EXTINF 和紧接着下面一行的视频片段 url。比如第一次出现的 #EXTINF:9.984,表示第一个片段时长 9.984 秒,且这个视频片段的 url 是 fileSequence0.ts。在播放过程中,可以根据当前播放进度自动匹配出要播放哪个视频片段,且通常会预请求当前播放时间点后面的 n 个片段,以保证播放更流畅。

字段说明:

标签 描述
#EXTM3U M3U8 文件开头标识
#EXT-X-VERSION HLS 协议版本(可选)
#EXT-X-TARGETDURATION 每个片段的最大时长(单位:秒)
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE 播放列表中第一个媒体段的序号
#EXTINF:<duration>, 下一个媒体文件的持续时间(单位:秒)
fileSequenceN.ts 媒体片段的文件路径或 URL
#EXT-X-ENDLIST 表明播放列表已经结束(仅点播使用)

HLS 点播与直播的区别

HLS 协议有 2 种模式,一种是点播模式(VOD),一种是直播模式(Live)。点播模式就像国内爱优腾这种流媒体视频(有兴趣可以打开控制台 network 看看是不是用了 hls 协议)。这 2 种模式的区别如下:

特性 点播(VOD) 直播(Live)
是否包含 #EXT-X-ENDLIST
.m3u8 是否更新 固定不变 实时更新
播放列表是否包含所有片段 只包含最近一段时间的片段
是否有完整媒体时长

如何分割 hls 视频片段

使用 ffmpeg 工具,可以一行命令将视频分割成 hls 视频片段,并自动生成 m3u8 播放列表清单,示例命令如下:

bash 复制代码
ffmpeg -i input.mp4 \
  -codec: copy \
  -start_number 0 \
  -hls_time 10 \
  -f hls output.m3u8

总结

HLS 是一种非常主流的流媒体传输协议,大部分的流媒体视频都使用该协议来播放。凭借良好的兼容性和成熟的生态,广泛应用于点播、直播等场景。但是 HLS 目前还是存在直播延迟大的问题,也许 DASH 协议才是未来主流?

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