HLS介绍

Posted 2022-07-15 Kevin张俊杰

概念

HTTP Live Streaming（缩写是HLS）是一个由苹果公司提出的基于HTTP的流媒体网络传输协议。是苹果公司QuickTime X和iPhone软件系统的一部分。

它的工作原理是把整个流分成一个个小的基于HTTP的文件来下载，每次只下载一些。当媒体流正在播放时，客户端可以选择从许多不同的备用源中以不同的速率下载同样的资源，允许流媒体会话适应不同的数据速率。在开始一个流媒体会话时，客户端会下载一个包含元数据的extended M3U (m3u8)playlist文件，用于寻找可用的媒体流。

HLS只请求基本的HTTP报文，与实时传输协议（RTP)不同，HLS可以穿过任何允许HTTP数据通过的防火墙或者代理服务器。它也很容易使用内容分发网络来传输媒体流。

为什么苹果要提出HLS这个协议，其实是为了解决RTMP协议存在的一些问题。比如RTMP协议不使用标准的HTTP接口传输数据，所以在一些特殊的网络环境下可能被防火墙屏蔽掉，但是HLS由于使用的HTTP协议传输数据，不会遇到被防火墙屏蔽的情况。

另外对于负载，RTMP是一种有状态协议，很难对视频服务器进行平滑扩展，因为需要为每一个播放视频流的客户端维护状态，而HLS基于无状态协议（HTTP），客户端只是按照顺序使用下载存储在服务器的普通TS文件，做负载均衡如同普通的HTTP文件服务器的负载均衡一样简单。

另外HLS协议本身实现了码率自适应，不同带宽的设备可以自动切换到最适合自己码率的视频播放。

但HLS也有一些无法跨越的坑，比如采用HLS协议直播的视频延迟时间无法下到10秒以下，而RTMP协议的延迟最低可以到3、4秒左右，所以说对直播延迟比较敏感的服务请慎用HLS。

M3U使用Latin-1字符集编码，M3U的全称是Moving Picture Experts Group Audio Layer 3 Uniform Resource Locator，即mp3 URL，M3U是纯文本文件。

M3U8，用 UTF-8 编码，即 Unicode 版本的 M3U。

M3U 和 M3U8 文件都是苹果公司使用的 HTTP Live Streaming（HLS） 协议格式的基础。

协议内容

HLS协议规定：

• 视频的封装格式是TS

• 视频的编码格式为H264，音频编码格式为MP3、AAC或者AC-3

• 除了TS视频文件本身，还定义了用来控制播放的m3u8（文本文件）
  

从左到右讲，左下方的inputs的视频源是什么格式都无所谓，他与server之间的通信协议也可以任意（比如RTMP），总之只要把视频数据传输到服务器上即可。

这个视频在server服务器上被转换成HLS格式的视频（既TS和m3u8文件）文件。

细拆分来看server里面的Media encoder的是一个转码模块负责将视频源中的视频数据转码到目标编码格式（H264）的视频数据，视频源的编码格式可以是任何的视频编码格式。

转码成H264视频数据之后，在stream segmenter模块将视频切片，切片的结果就是index file（m3u8）和ts文件了。

图中的Distribution其实只是一个普通的HTTP文件服务器，然后客户端只需要访问一级index文件的路径就会自动播放HLS视频流了。

客户端播放HLS视频流的逻辑其实非常简单，先下载一级Index file，它里面记录了二级索引文件（Alternate-A、Alternate-B、Alternate-C）的地址，然后客户端再去下载二级索引文件，二级索引文件中又记录了TS文件的下载地址，这样客户端就可以按顺序下载TS视频文件并连续播放。

播放模式

• 点播VOD的特点就是当前时间点可以获取到所有index文件和ts文件，二级index文件中记录了所有ts文件的地址。这种模式允许客户端访问全部内容。上面的例子中就是一个点播模式下的m3u8的结构。

• Live 模式就是实时生成M3u8和ts文件。它的索引文件一直处于动态变化的，播放的时候需要不断下载二级index文件，以获得最新生成的ts文件播放视频。如果一个二级index文件的末尾没有#EXT-X-ENDLIST标志，说明它是一个Live视频流。

客户端在播放VOD模式的视频时其实只需要下载一次一级index文件和二级index文件就可以得到所有ts文件的下载地址，除非客户端进行比特率切换，否则无需再下载任何index文件，只需顺序下载ts文件并播放就可以了。

但是Live模式下略有不同，因为播放的同时，新ts文件也在被生成中，所以客户端实际上是下载一次二级index文件，然后下载ts文件，再下载二级index文件（这个时候这个二级index文件已经被重写，记录了新生成的ts文件的下载地址）,再下载新ts文件，如此反复进行播放。