HTTP Live Streaming直播(iOS直播)技術分析與實現

?　　不經意間發現，大半年沒寫博客了，自覺汗顏。實則2012后半年，家中的事一樣接著一樣發生，實在是沒有時間。快過年了，總算忙里偷閑，把最近的一些技術成果，總結成了文章，與大家分享。

　　前些日子，也是項目需要，花了一些時間研究了HTTP Live Streaming（HLS）技術，并實現了一個HLS編碼器HLSLiveEncoder，當然，C++寫的。其功能是采集攝像頭與麥克風，實時進行H.264視頻編碼和AAC音頻編碼，并按照HLS的協議規范，生成分段的標準TS文件以及m3u8索引文件。通過我的HLSLiveEncoder和第三方Http服務器（例如：Nginx），成功實現了HTTP Live Streaming直播，并在iphone上測試通過。我就把這當中的一些收獲寫在這里。

HLS技術要點分析

　　HTTP Live Streaming（HLS）是蘋果公司(Apple Inc.)實現的基于HTTP的流媒體傳輸協議，可實現流媒體的直播和點播，主要應用在iOS系統，為iOS設備（如iPhone、iPad）提供音視頻直播和點播方案。HLS點播，基本上就是常見的分段HTTP點播，不同在于，它的分段非常小。要實現HLS點播，重點在于對媒體文件分段，目前有不少開源工具可以使用，這里我就不再討論，只談HLS直播技術。

　　相對于常見的流媒體直播協議，例如RTMP協議、RTSP協議、MMS協議等，HLS直播最大的不同在于，直播客戶端獲取到的，并不是一個完整的數據流。HLS協議在服務器端將直播數據流存儲為連續的、很短時長的媒體文件（MPEG-TS格式），而客戶端則不斷的下載并播放這些小文件，因為服務器端總是會將最新的直播數據生成新的小文件，這樣客戶端只要不停的按順序播放從服務器獲取到的文件，就實現了直播。由此可見，基本上可以認為，HLS是以點播的技術方式來實現直播。由于數據通過HTTP協議傳輸，所以完全不用考慮防火墻或者代理的問題，而且分段文件的時長很短，客戶端可以很快的選擇和切換碼率，以適應不同帶寬條件下的播放。不過HLS的這種技術特點，決定了它的延遲一般總是會高于普通的流媒體直播協議。

　　根據以上的了解要實現HTTP Live Streaming直播，需要研究并實現以下技術關鍵點

1. 采集視頻源和音頻源的數據
2. 對原始數據進行H264編碼和AAC編碼
3. 視頻和音頻數據封裝為MPEG-TS包
4. HLS分段生成策略及m3u8索引文件
5. HTTP傳輸協議

　　其中第1點和第2點，我之前的文章中已經提到過了，而最后一點，我們可以借助現有的HTTP服務器，所以，實現第3點和第4點是關鍵所在。

程序框架與實現 ? ? ? ? ?

　　通過以上分析，實現HLS LiveEncoder直播編碼器，其邏輯和流程基本上很清楚了：分別開啟音頻與視頻編碼線程，通過DirectShow（或其他）技術來實現音視頻采集，隨后分別調用libx264和libfaac進行視頻和音頻編碼。兩個編碼線程實時編碼音視頻數據后，根據自定義的分片策略，存儲在某個MPEG-TS格式分段文件中，當完成一個分段文件的存儲后，更新m3u8索引文件。如下圖所示：

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　　上圖中HLSLiveEncoder當收到視頻和音頻數據后，需要首先判斷，當前分片是否應該結束，并創建新分片，以延續TS分片的不斷生成。需要注意的是，新的分片，應當從關鍵幀開始，防止播放器解碼失敗。核心代碼如下所示：

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　　TsMuxer的接口也是比較簡單的。

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HLS分段生成策略和m3u8 ??

1. 分段策略

• HLS的分段策略，基本上推薦是10秒一個分片，當然，具體時間還要根據分好后的分片的實際時長做標注
• 通常來說，為了緩存等方面的原因，在索引文件中會保留最新的三個分片地址，以類似“滑動窗口”的形式，進行更新。

2. m3u8文件簡介

　　m3u8，是HTTP Live Streaming直播的索引文件。m3u8基本上可以認為就是.m3u格式文件，區別在于，m3u8文件使用UTF-8字符編碼。

#EXTM3U                     m3u文件頭，必須放在第一行
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE       第一個TS分片的序列號
#EXT-X-TARGETDURATION       每個分片TS的最大的時長
#EXT-X-ALLOW-CACHE          是否允許cache
#EXT-X-ENDLIST              m3u8文件結束符
#EXTINF                     extra info，分片TS的信息，如時長，帶寬等

　　一個簡單的m3u8索引文件

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運行效果 ? ? ? ? ?

　　在Nginx工作目錄下啟動HLSLiveEncoder，并用VLC播放器連接播放

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　　通過iPhone播放的效果

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