使用FFmpeg进行HLS打包——FFmpeg简单学

Posted 2022-05-12 LiveVideoStack_

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了使用FFmpeg进行HLS打包——FFmpeg简单学相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

翻译、编辑：Alex

技术审校：赵军

本文来自OTTVerse，作者为Krishna Rao Vijayanagar。

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Easy-Tech #023#

在本文中，我们将学习使用FFmpeg进行HLS打包。使用FFmpeg的好处在于：你可以在不离开命令行的情况下，执行提取视频、调整视频尺寸、转码、打包以及传输视频的所有操作。

我们首先看一下为VOD（点播）创建HLS打包的所有步骤，然后再来了解HLS实时流的打包。

如果你想了解HLS播放列表的更多信息，可以访问我们的m3u8文件合集：https://ottverse.com/free-hls-m3u8-test-urls/ ，查看使用不同用例的不同厂商的示例。如果你刚刚接触HLS，请阅读我们之前的文章：什么是HLS（HTTP Live Streaming）? 和理解ABR及其工作原理。

事不宜迟，让我们开始吧！

使用FFmpeg进行HLS打包的基础步骤

好，现在让我们看下使用HLS打包点播文件的基础步骤：

从磁盘读取输入视频
将视频缩放/调整（scale/resize）为所需的多种分辨率版本
将每个缩放后的视频转码到所需码率
将音频转码到所需码率
将视频与音频组合，然后打包每一个音、视频组合，再创建各TS视频切片和播放列表（playlist）
创建一个主播放列表（master playlist），用于指向每个变体（variant）

现在，让我们一步一步来解决。

FFmpeg将视频调整为多种分辨率版本

第一步和第二步包括从磁盘中读取视频，然后将其调整为多种分辨率。上述操作仅需一个命令，如下所示：

ffmpeg -i brooklynsfinest_clip_1080p.mp4 \\
-filter_complex \\
"[0:v]split=3[v1][v2][v3];\\
[v1]copy[v1out];\\
[v2]scale=w=1280:h=720[v2out];\\
[v3]scale=w=640:h=360[v3out]"

[0:v]指输入文件的第一个视频流。在我们的例子中，只有一个视频流，它被分成3个输出[v1]、[v2]、[v3]。它们每一个都作为FFmpeg缩放函数的输入，该缩放函数接受一个高度和宽度数值用于执行缩放。

这里，我们将输入视频调整为1080p、720p和360p。

这里的[v1out]、[v2out]、[v3out]是包含缩放过程的输出变量。注意，这里我们假设缩放过程会保留长宽比（aspect ratio）。当然，你可以在必要时使用letterboxing来处理。

审校者注：letterboxing是指将以宽银幕比例拍摄的电影转换到标准宽度的视频格式时，同时保留电影的原始宽高比，由此产生的视频图像上下都有黑条的这个过程；这些黑条是图像的一部分（即视频信号的每一帧）。LTBX是其缩写，标识如此格式化的电影和图像。这个术语来自于信箱的形状，信箱是墙壁或门上的一个槽，邮件通过它来传递，它是长方形的，宽于它的高度。下图是一个 2.35:1比例的 widescreen 图像经过letterboxing 处理之后，放在 1.33:1 屏幕上的一个例子。如下：

除此之外，还有pillarboxing和windowboxing等常见转换模式。

将视频转码为多种码率用于HLS打包

接着，我们进入第三步和第四步：我们必须将视频转码为多种码率，正如ABR技术常做的那样。

记住，我们已经将视频调整为所需的分辨率并存储进 [v1out]、[v2out]和[v3out]的输出。我们将直接使用它们作为转码步骤的输入。

-map [v1out] -c:v:0 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b:v:0 5M -maxrate:v:0 5M -minrate:v:0 5M -bufsize:v:0 10M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 \\
-map [v2out] -c:v:1 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b:v:1 3M -maxrate:v:1 3M -minrate:v:1 3M -bufsize:v:1 3M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 \\
-map [v3out] -c:v:2 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b:v:2 1M -maxrate:v:2 1M -minrate:v:2 1M -bufsize:v:2 1M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 \\
-map a:0 -c:a:0 aac -b:a:0 96k -ac 2 \\
-map a:0 -c:a:1 aac -b:a:1 96k -ac 2 \\
-map a:0 -c:a:2 aac -b:a:2 48k -ac 2 \\

你能发现这里发生了什么吗？我们已将三个变量[v1out]、 [v2out]和[v3out]作为输入，并使用libx264的slow预设置转码每个输入到所需码率。

注意：你也可以选择你自己的编码参数，并根据自己的喜好和要求进行修改。在这个示例中，我使用一些简单的参数模拟CBR编码。使用FFmpeg有无数方法可以转码你的视频，你可以在预设置、crf值和CBR设置等不同参数组合之间任意选择。

重要的是，我们已经将-keyint_min设置为48，它会强制设置关键帧出现的周期，这在ABR转码技术中非常重要。

现在，我们进行到下一个阶段：为每一个码率版本/变体（rendition/variant）创建HLS m3u8播放清单。

使用FFmpeg创建HLS播放清单（m3u8）

现在我们已经有了将视频转码为不同码率变体的命令，让我们来使用FFmpeg创建HLS点播播放列表。

下面是进行HLS打包所需的重要设置：

hls_playlist_type=vod: 通过设置该值，FFmpeg创建了一个点播播放列表，将#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD插入到m3u8头部中，并强制hls_list_size为0。
hls_time seconds：我们需要使用它设置目标切片长度（以秒为单位）。
默认值为2秒，当2秒过去，切片将在下一个关键帧处被切片。
之所以要求确保每个比特流变体在每N秒结束的时候都有一个关键帧（这点非常重要），因为ABR要求切片时候的关键帧要对齐，这样才能无缝切换。
hls_segment_type：这里有两个值：mpegts或fmp4，用于指定创建TS片段或fmp4（CMAF）片段，这对创建HLS和DASH的单一数据流很有用。
-hls_flags independent_segments：当确保播放列表中所有切片都以一个关键帧开始时，将#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS添加到播放列表中。
hls_segment_filename filename：用于在打包过程中为所创建的视频切片命名。

下面是为单一视频文件创建播放列表的示例：

-f hls \\
-hls_time 2 \\
-hls_playlist_type vod \\
-hls_flags independent_segments \\
-hls_segment_type mpegts \\
-hls_segment_filename stream_%v/data%02d.ts \\
-var_stream_map “v:0,a:0 v:1,a:1 v:2,a:2” stream_%v/stream.m3u8

如果你看到最后一行，你会注意到一个名为var_stream_map的功能选项。它是做什么的？

var_stream_map是一个FFmpeg功能选项，它帮助我们将各种视频和音频转码组合起来，以创建不同的HLS播放列表。如果你有两个使用相同视频但不同音频的码率版本，那么你可以选择不同的视频和音频版本并将它们连接起来，而不是为了创建不同的播放列表而创建多个编码。

比如，-var_stream_map "v:0,a:0 v:1,a:0 v:2,a:0"是指由a:0表示的音频流被用于三种视频码率版本（rendition）。

FFmpeg获取这些音频和视频的组合后，创建出名为stream_%v.m3u8的各变体的.m3u8 文件，其中%v 是一个迭代器，它从被打包的视频流编号获取对应的值。

使用FFmpeg创建主播放列表（m3u8）

如果你已经理解了如何使用FFmpeg创建HLS播放列表，那么使用FFmpeg创建主播放列表对你而言就很简单了。如果你不知道什么是主播放列表的话，我可以告诉你：主播放列表就是一个文件，它列出了已由HLS打包的各个变体的播放列表。

为了使用FFmpeg创建主播放列表，只需将关键词master_pl_name 添加到你的FFmpeg命令中，并提供你为主播放列表准备的名称。比如，如果你想称“主播放列表”为“master.m3u8”，只需写下如下命令：

-master_pl_name master.m3u8

这就可以了。在FFmpeg执行该命令行之后，你将拥有一个HLS主播放列表，其中列出了其他播放列表的名称。

使用FFmpeg-VOD进行HLS打包的最终脚本

ffmpeg -i brooklynsfinest_clip_1080p.mp4 \\
-filter_complex \\
"[0:v]split=3[v1][v2][v3]; \\
[v1]copy[v1out]; [v2]scale=w=1280:h=720[v2out]; [v3]scale=w=640:h=360[v3out]" \\
-map [v1out] -c:v:0 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b:v:0 5M -maxrate:v:0 5M -minrate:v:0 5M -bufsize:v:0 10M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 \\
-map [v2out] -c:v:1 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b:v:1 3M -maxrate:v:1 3M -minrate:v:1 3M -bufsize:v:1 3M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 \\
-map [v3out] -c:v:2 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b:v:2 1M -maxrate:v:2 1M -minrate:v:2 1M -bufsize:v:2 1M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 \\
-map a:0 -c:a:0 aac -b:a:0 96k -ac 2 \\
-map a:0 -c:a:1 aac -b:a:1 96k -ac 2 \\
-map a:0 -c:a:2 aac -b:a:2 48k -ac 2 \\
-f hls \\
-hls_time 2 \\
-hls_playlist_type vod \\
-hls_flags independent_segments \\
-hls_segment_type mpegts \\
-hls_segment_filename stream_%v/data%02d.ts \\
-master_pl_name master.m3u8 \\
-var_stream_map "v:0,a:0 v:1,a:1 v:2,a:2" stream_%v.m3u8

让我们看下该脚本的输出。

它首先生成一个主播放列表，三个文件夹包含独立的切片，以及三个变体的播放列表。

下面是master.m3u8文件：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=5605600,RESOLUTION=1920x1080,CODECS="avc1.640032,mp4a.40.2"
stream_0.m3u8

#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=3405600,RESOLUTION=1280x720,CODECS="avc1.64001f,mp4a.40.2"
stream_1.m3u8

#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=1205600,RESOLUTION=640x360,CODECS="avc1.64001e,mp4a.40.2"
stream_2.m3u8

你可以看到，主播放列表引用了分别用于1080p、720p和360p的HLS变体播放列表。

现在，我们来看看1080p HLS变体。它很明确地表明它是一个VOD播放列表，视频切片都是独立的，每个切片长度是2秒（按照我们的设置）。

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-TARGETDURATION:2
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD
#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS
#EXTINF:2.002000,
data00.ts
#EXTINF:2.002000,
data01.ts
#EXTINF:2.002011,
data02.ts
#EXTINF:2.002000,
data03.ts
#EXTINF:2.002000,
data04.ts
#EXTINF:2.002000,
data05.ts
#EXTINF:2.002000,
data06.ts
#EXTINF:2.002000,
data07.ts
#EXTINF:2.002011,
data08.ts
#EXTINF:2.002000,
data09.ts
#EXTINF:0.041711,
data10.ts
#EXT-X-ENDLIST

使用FFmpeg进行HLS直播打包

如果你想通过FFmpeg创建一个直播HLS播放列表，这个过程和我们刚刚讲过的VOD步骤区别不是很大。下面是你需要做出的更改：

删除-hls_playlist_type vod
添加-hls_list_size ，并将其设置为一个数字，该数字表示各个变体播放列表中的切片数（你希望设置的数字）。

比如，如果我们将-hls_list_size 设置为2，那么整个播放列表将只包含两个切片，FFmpeg将通过添加新的切片及删除旧切片来重写这个播放列表。

下面是一个示例：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-TARGETDURATION:2
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:1
#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS
#EXTINF:2.002000,
data01.ts
#EXTINF:2.002011,
data02.ts

几秒之后，切片data01.ts被删除，并被切片data03.ts所取代。

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-TARGETDURATION:2
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:2
#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS
#EXTINF:2.002011,
data02.ts
#EXTINF:2.002000,
data03.ts

FFmepg中其他有用的HLS打包选项

最后，让我们来快速浏览一些FFmpeg为点播和直播HLS打包所提供的一些其他有趣选项：

hls_base_url baseurl : 可用于将baseurl表示的值追加到播放列表的每个条目。
hls_fmp4_init_filename filename : 设置文件名为分片文件头文件，默认文件名为init.mp4。当你把片段类型设置为fmp4而非mpegts时，就会用到这个文件。
hls_fmp4_init_resend：在m3u8文件每次刷新时，重新发送init文件，默认为0。

审校者注：当__var_stream_map__设置为两个或多个变体流时，文件名模式必须包含字符串"%v"，这个字符串指定变体流索引在生成的init文件名中的位置。这时候可以结合上面的 hls_fmp4_init_resend 重新发送init文件。
iframes_only : 将#EXT-X-I-FRAMES-ONLY添加到包含视频切片并只能在 #EXT-X-BYTERANGE 模式下播放I帧的播放列表中。