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HTTP Live Streaming直播(iOS直播)技术分析与实现

2013-05-03 12:56:55     发表评论

不经意间发现,大半年没写博客了,自觉汗颜。实则2012后半年,家中的事一样接着一样发生,实在是没有时间。快过年了,总算忙里偷闲,把最近的一些技术成果,总结成了文章,与大家分享。

  前些日子,也是项目需要,花了一些时间研究了HTTP Live Streaming(HLS)技术,并实现了一个HLS编码器HLSLiveEncoder,当然,C++写的。其功能是采集摄像头与麦克风,实时进行H.264视频编码和AAC音频编码,并按照HLS的协议规范,生成分段的标准TS文件以及m3u8索引文件。通过我的HLSLiveEncoder和第三方Http服务器(例如:Nginx),成功实现了HTTP Live Streaming直播,并在iphone上测试通过。我就把这当中的一些收获写在这里。

HLS技术要点分析

  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。

  根据以上的了解要实现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

  其中第1点和第2点,我之前的文章中已经提到过了,而最后一点,我们可以借助现有的HTTP服务器,所以,实现第3点和第4点是关键所在。

程序框架与实现          

  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。核心代码如下所示:

  TsMuxer的接口也是比较简单的。

HLS分段生成策略和m3u8  

1. 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。

2. 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。

#EXTM3U                     m3u文件头,必须放在第一行
#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                     extra info,分片TS的信息,如时长,带宽等

  一个简单的m3u8索引文件

运行效果          

  在Nginx工作目录下启动HLSLiveEncoder,并用VLC播放器连接播放

  通过iPhone播放的效果

来源: cnblogs   作者:haibindev   

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