【音視頻】HLS-m3u8協議介紹

參考文檔：https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8216

一、m3u8協議概述

m3u8 協議是基于 M3U 格式擴展而來的一種多媒體播放列表協議，主要用于流媒體的索引和分發，尤其在 HLS（HTTP Live Streaming）技術中扮演核心角色。它通過文本文件（.m3u8 擴展名）描述媒體片段的地址、時長、編碼信息等，讓客戶端能夠按順序請求并播放流媒體內容。

起源：m3u8 源于傳統的 M3U 文件（一種音頻播放列表格式，后綴為.m3u），為適應流媒體和 UTF-8 編碼需求，擴展出.m3u8 格式（強制使用 UTF-8 編碼）。
核心作用：作為流媒體的 “導航地圖”，告訴客戶端：
- 流媒體包含哪些片段（如.ts 視頻切片）；
- 每個片段的網絡地址、時長、碼率；
- 可選的多碼率版本（方便客戶端根據網絡狀況切換清晰度）。

二、m3u8文件結構與語法

HLS（HTTP Live Streaming）把整個流分成?個個?的基于 HTTP 的?件來下載，每次只下載?些。HLS 協議由三部分組成：HTTP、M3U8、TS。這三部分中，HTTP 是傳輸協議，M3U8 是索引?件，TS是?視頻的媒體信息。

HLS 是提供?個 m3u8 地址，Apple 的 Safari 瀏覽器直接就能打開 m3u8 地址，譬如：

http://demo.srs.com/live/livestream.m3u8

Android 不能直接打開，需要使? html5 的 video 標簽，然后在瀏覽器中打開這個??即可，譬如：

<!-- livestream.html -->
<video width="640" height="360"
autoplay controls autobuffer
src="http://demo.srs.com/live/livestream.m3u8"
</video>

HLS 的 m3u8，是?個 ts 的列表，也就是告訴瀏覽器可以播放這些 ts ?件，譬如：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:64
#EXT-X-TARGETDURATION:12
#EXTINF:11.550
livestream-64.ts
#EXTINF:5.250
livestream-65.ts
#EXTINF:7.700
livestream-66.ts
#EXTINF:6.850
livestream-67.ts

有?個關鍵的參數，這些參數在 SRS 的配置?件中都有配置項：

#EXTM3U：每個M3U?件第??必須是這個tag，請標示作?
#EXT-X-VERSION：該屬性可以沒有，?前主要是version 3，最新的是7
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE：每?個media URI在PlayList中只有唯?的序號，相鄰之間序號+1,?個media URI并不是必須要包含的，如果沒有，默認為0
#EXT-X-TARGETDURATION：所有切?的最?時?。有些 Apple 設備這個參數不正確會?法播放。SRS 會?動計算出 ts ?件的最?時?，然后更新 m3u8 時會?動更新這個值。?戶不必??配置。
#EXTINF：ts 切?的實際時?，SRS 提供配置項 hls_fragment，但實際上的 ts 時?還受 gop 影響。
ts ?件的數?：SRS 可配置 hls_window（單位是秒，不是數量），指定 m3u8 中保存多少個切?，譬如，每個 ts 切?為 10 秒，窗?為 60 秒，那么 m3u8 中最多保存 6 個 ts 切?，SRS 會?動清理舊的切?。
livestream-67.ts：SRS 會?動維護 ts 切?的?件名，在編碼器重推之后，這個編號會繼續增?，保證流的連續性。直到 SRS 重啟，這個編號才重置為 0。

每?個 .m3u8 ?件，分別對應若?個 ts ?件，這些 ts ?件才是真正存放視頻的數據。m3u8 ?件只是存放了?些 ts ?件的配置信息和相關路徑，當視頻播放時，.m3u8 是動態改變的，video標簽會解析這個?件，并找到對應的 ts ?件來播放，所以?般為了加快速度，.m3u8 放在 web 服務器上，ts ?件放在 cdn 上。.m3u8 ?件，其實就是以 utf-8 編碼的 m3u ?件，這個?件本身不能播放，只是存放了播放信息的?本?件。

進入SRS服務器對應的視頻流路徑，可以查看到.m3u8文件

srs/trunk/objs/nginx/html/live

比如這里有個livestream和livestream2的視頻流，目錄下就存在對應的livestream.ts、livestream2.ts文件

查看對應的livestream.m3u8

cat livestream.m3u8

在這里插入圖片描述

m3u8 與 HLS 的關系

HLS 是蘋果公司推出的流媒體傳輸協議，而 m3u8 是 HLS 協議中用于描述媒體片段的索引文件格式。
HLS 的工作流程依賴 m3u8：
1. 服務器將視頻切分為短片段（通常 5-10 秒，格式為.ts）；
2. 生成 m3u8 文件，列出所有.ts 片段的地址和信息；
3. 客戶端請求 m3u8 文件，根據其內容依次下載并播放.ts 片段；
4. 直播場景中，服務器會定期更新 m3u8 文件（刪除舊片段，添加新片段），客戶端周期性拉取最新列表。

在這里插入圖片描述

三、m3u8示例

3.1 簡單的點播 m3u8 文件

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXTINF:10.0,
video_0.ts  # 第一個10秒的視頻片段
#EXTINF:10.0,
video_1.ts  # 第二個10秒的視頻片段
#EXTINF:5.0,
video_2.ts  # 最后一個5秒的視頻片段
#EXT-X-ENDLIST  # 標識播放結束

3.2 多碼率直播 m3u8 文件（主列表）

主 m3u8 文件（用于選擇碼率）：

#EXTM3U
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=1280000
http://example.com/low.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=2560000
http://example.com/mid.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=7680000
http://example.com/hi.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=65000,CODECS="mp4a.40.5"
http://example.com/audio-only.m3u8

包含多種?特率的 Master Playlist。該?件是?個實際使?中的頂級 m3u8 ?件，該?件中?定義了http://example.com/low.m3u8 、 http://example.com/mid.m3u8 等 ? 個 ? 級 ? 件。頂級m3u8 ?件主要是做碼率適配的，?級 m3u8 才是真正的切??件，客戶端會默認選擇碼率最?的請求
如果發現碼率達不到，會請求降低碼率的流。客戶端拿到?級 m3u8 ?件后，會繼續請求??的?件，這時就可以進?播放了。

四、基礎概念

4.1 Playlist file

?個 m3u 的 Playlist 就是?個由多個獨??組成的?本?件，每?由回?/換?區分。每??可以是?個URI、空??或是?個以 “#” 號開頭的字符串，并且空格只能存在于??中不同元素間的分隔。
?個 URI 表示?個媒體段或是 “variant Playlist file”（最多?持?層嵌套，即?個 m3u8 ?件中嵌套另?個 m3u8），以 “EXT” 開頭的表示?個 “tag”，否則表示注釋，直接忽略。

4.2 Tags

1. `#EXTM3U`

每個m3u8文件第一行必須是這個tag，如上述兩個示例。

2. `#EXT-X-VERSION`

作用：指定m3u8文件的版本號。
格式：#EXT-X-VERSION:<版本號>
示例：#EXT-X-VERSION:3

3. `#EXTINF`

作用：指定每個媒體段（ts文件）的持續時間，僅對其后的URI有效，每兩個媒體段URI間需用此tag分隔。
格式：#EXTINF:<duration>,<title>
示例：#EXTINF:14.357, no desc
參數說明：
- duration：表示持續時間（單位：秒）。若協議版本小于3，duration必須為整數；版本≥3時可使用浮點數。

4. `#EXT-X-BYTERANGE`

作用：表示媒體段是某一媒體URI資源中的一段，僅對其后的media URI有效。
格式：#EXT-X-BYTERANGE:<n>[@o]
參數說明：
- n：表示該區間的大小（字節）。
- o：表示在URI中的偏移量（可選）。
備注：該標簽在協議版本4及以上出現。

5. `#EXT-X-TARGETDURATION`

作用：指定當前視頻流中單個切片（ts文件）的最大時長（單位：秒）。#EXTINF中指定的時間長度必須小于或等于該最大值。
格式：#EXT-X-TARGETDURATION:<s>
參數說明：s表示最大秒數。
備注：在整個Playlist文件中只能出現一次（嵌套場景中，通常包含真實ts url的m3u8文件才會出現此tag）。

6. `#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE`

作用：每個media URI在Playlist中擁有唯一序號，相鄰序號遞增1。
格式：#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:<number>
備注：若未包含此tag，默認序號從0開始。

7. `#EXT-X-KEY`

作用：定義對media segments的解碼方式，作用范圍為下次該tag出現前的所有media URI。
格式：#EXT-X-KEY:<attribute-list>
參數說明：
- METHOD：加密方法，可選值為NONE（不加密）或AES-128（AES-128加密）。
  - 若METHOD=NONE，則URI和IV屬性必須不存在。
  - 若METHOD=AES-128（Advanced Encryption Standard），則URI必須存在，IV可選。
- URI：密鑰文件的獲取地址（當METHOD=AES-128時必選）。
- IV：初始化向量（Initialization Vector）。若未指定，默認使用媒體序列號（#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE）作為IV（將序列號高位填入16字節buffer，左側補0）；若指定，需為16字節的十六進制字符串。

8. `#EXT-X-PROGRAM-DATE-TIME`

作用：將絕對時間或日期與媒體段中的第一個樣本關聯，僅對下一個media URI有效。
格式：#EXT-X-PROGRAM-DATE-TIME:<YYYY-MM-DDThh:mm:ssZ>
示例：#EXT-X-PROGRAM-DATE-TIME:2010-02-19T14:54:23.031+08:00

9. `#EXT-X-ALLOW-CACHE`

作用：指定是否允許緩存媒體段，對所有媒體段有效。
格式：#EXT-X-ALLOW-CACHE:<YES|NO>
備注：可在Playlist文件中任意位置出現，最多出現一次。

10. `#EXT-X-PLAYLIST-TYPE`

作用：提供關于Playlist可變性的信息，對整個Playlist文件有效（可選標簽）。
格式：#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:<EVENT|VOD>
參數說明：
- VOD：點播視頻。服務器不能修改Playlist文件，所有ts文件已生成完畢。
- EVENT：實時生成m3u8和ts文件。服務器不能修改或刪除Playlist文件中的內容，但可追加新行，播放時需不斷下載二級index文件。

11. `#EXT-X-ENDLIST`

作用：表示m3u8文件的結束，直播（live）m3u8文件通常不含此tag。
格式：#EXT-X-ENDLIST
備注：可在Playlist中任意位置出現，但僅能出現一次。

12. `#EXT-X-MEDIA`

作用：在Playlist中表示相同內容的不同語種/譯文版本（如多語言音頻、多視角視頻），標簽獨立存在。
格式：#EXT-X-MEDIA:<attribute-list>
屬性列表說明：
- URI：若未指定，表明該tag描述的可選版本存在于主Playlist的EXT-X-STREAM-INF中。
- TYPE：類型，可選AUDIO（音頻）或VIDEO（視頻）。
- GROUP-ID：具有相同ID的EXT-X-MEDIA標簽組成一組樣式。
- LANGUAGE：標識該版本使用的主要語言。
- NAME：人類可讀的描述字符串，若LANGUAGE存在，描述應使用該語言。
- DEFAULT：是否默認選擇，可選YES或NO（默認NO）。若為YES，客戶端默認播放此版本（用戶手動選擇除外）。
- AUTOSELECT：是否自動選擇，可選YES或NO（默認NO）。若為YES，客戶端在用戶未指定偏好時，根據播放環境自動選擇。
備注：該標簽在協議版本4及以上出現。

13. `#EXT-X-STREAM-INF`

作用：指定包含多媒體信息的media URI作為Playlist，通常用于m3u8嵌套，僅對緊跟其后的URI有效。
格式：#EXT-X-STREAM-INF:<attribute-list>
常用屬性說明：
- BANDWIDTH：帶寬（必選）。
- PROGRAM-ID：十進制整數，唯一標識Playlist文件范圍內的特定描述，可重復。
- CODECS：指定流的編碼類型（可選）。
- RESOLUTION：分辨率（可選）。
- AUDIO：值需與AUDIO類別EXT-X-MEDIA標簽的GROUP-ID屬性匹配（可選）。
- VIDEO：同上，與VIDEO類別EXT-X-MEDIA標簽的GROUP-ID匹配（可選）。

14. `#EXT-X-DISCONTINUITY`

作用：標識后續媒體段的以下屬性發生變化：
- 文件格式（file format）
- 軌道數量和類型（number and type of tracks）
- 編碼參數（encoding parameters）
- 編碼序號（encoding sequence）
- 時間戳序號（timestamp sequence）