HLS协议原理

HLS协议提出的原因

• HLS（HTTP Live Streaming）协议是由苹果提出的基于流媒体的网络传输协议。

• RTMP（实时消息传输协议，1935端口）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（该不会有防火墙连80接口都不放过吧）。

• 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。

• 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。

HLS的整体架构

 

1. 视频与音频被设备采集到的之后传输给服务器处理

2. 服务器先对，音频、视频，进行编码，视频使用h.264（现在也开始支持其他的格式），音频为mp3、acc、ac-3。

3. 然后对编码后的文件打包为mpeg-2格式。

4. 然后对编码后的文件进行分割，分割完会产生两种文件，一个是.m3u8、一个是.ts，文件。在文件分割这一步，还有一个重要功能，就是对文件进行加密，常用AES加密算法。

5. 分发服务器，只要是web服务器就可以。分发服务器，负责存储被分割的文件形成的.ts文件以及索引文件.m3u8文件。

6. 然后通过http协议与客户端通信。

客户端获取流程图

1. 客户端先获取一级索引文件（.m3u8）,这一级文件的作用是，存储不同码率（分辨率）的相同内容的文件，如果文件只有一种码率，那么没有一级索引。

2. 二级文件里面存储着一个文件被分为多个.ts文件的信息，有时长（秒为单位）、起始ts文件的索引值、每个ts文件的索引值（相邻之间+1），如果有加密的话，会与密匙获取地址。

3. 未加密的文件，按照约定的规则顺序播放每一个文件片段即可。加密文件在获取密匙后，对ts文件进行解密，然后播放即可。

   • .ts文件有一个特性，每一小节可以独立播放。不用像mp4文件有一个moov目录记录里，整个视频文件的播放信息，必须先获取到这条信息才可以播放文件。

HLS协议自适应播放原理

• 只有一种码率文件的不足在于，在网络上不稳定时会卡顿。有自适应技术的使用，能够通过降低码率，来是视屏更加流畅。

• 自适应播放的的意思是，对于不同的网络环境，设备通过与服务器之间的交互，为保证其流畅的播放前提下，自动切换视频的清晰度，以达到流畅播放的目的。

• 在码率自动切换的方面，都讲的不清楚。我个人认为是客户端，请求的时候，更具自己的网络环境，调整所要下载的文件的码率。

  #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=700000
  http://example.com/low.m3u8
  #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=1300000
  http://example.com/mid.m3u8
  #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=2300000
  http://example.com/hi.m3u8

• 上方是一个一级索引中的一部分，，一共有三种码率。

  在播放hls视频的时候， 当设置了码率自适应之后， 在每次下载完一个切片的时候，会依据上个切片的下载速度(80%)来决定是否要切换码率， 如果当前下载速度分别为： 1M ：其80%速度为 800K， 低于1300K， 那么会下载700K的码率 2M ：其80%速度为 1600K， 高于1300k低于2300k， 会下载1300K的码率 3M ：其80%速度为 2400K， 高于2300k， 会下载2300K的码率

  • 这样在网络不稳定时应该体验不好，但是网络不好体验怎么会好呢

• 除了上述视频的多码率之外，hls协议还支持多音轨。这样的好处使得存储空间得到节省，常见的MP4文件不支持多音轨。

HLS协议使用

点播（vod）

• 点播，相当于文件的大小时间，已经可以确定。所以在使用hls协议，进行点播服务时，我们可以得到所有文件.ts文件的地址。在播放时，只用考虑自身网络环境，对码率进行选择就可以了。

• 一次下载好索引文件就好，不用反复请求

直播（Live）

• 直播时文件在实时产生，所以我们需要频繁的获取索引文件，以得到最新的.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。

• 在苹果的文档中，有说明延迟在30s左右。因为苹果规定一个ts片段，有10s。一个m3u8文件中有3个片段，所以你看到这个视频时，已经是30s之后。可以通过减少切片时间与每个二级索引中ts文件的数目，使得实时性更好。但是这样会增加客户端请求资源的数目，增大服务器的压力。当网速慢时，会造成更多的缓冲。

对比

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。

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• 自己找吧有很多

观点

• 由于与HLS协议有竞争关系的协议为RTMP协议，但是苹果、谷歌不支持。而且由于h5对hls的支持，我觉得hls发展会更好，但是高延迟是硬伤。但是用的人多了，延迟问题肯定会被解决，或者大公司耍流氓，让用户升级设备，加网速，换光纤。