iOS 边学边记 HLS协议 m3u8 ts详解

转自: https://blog.csdn.net/u014219492/article/details/110184490

1.HLS综述
谈HLS 就不得不谈苹果，谈苹果就不得不提乔帮主。HLS就是“HTTP Live Streaming”的缩写，它诞生自2009年，QuickTime和iPhone3GS黄金搭档下的一个标准，一个意在颠覆流媒体产业的新协议。

它的工作原理简单来说就是把一段视频流，分成一个个小的基于HTTP的文件来下载。当媒体流正在播放时，客户端可以根据当前网络环境，方便地在不同的码率流中做切换，以实现更好的观影体验。

HLS的出现是为了解决苹果原生环境中的流媒体播放，这个协议可以方便地让Mac和iPhone播放视频流，不依赖Adobe，更不用去管什么标准委员会。依赖自己，永远是最大力量的保障。

HLS（HTTP Live Streaming） 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。HLS 协议由三部分组成：HTTP、M3U8、TS。这三部分中，HTTP 是传输协议，M3U8 是索引文件，TS 是音视频的媒体信息。

HLS 提供一个 m3u8 地址，Apple 的 Safari 浏览器直接就能打开 m3u8 地址，譬如：http://demo.srs.com/live/livestream.m3u8

Android 不能直接打开，需要使用 html5 的 video 标签，然后在浏览器中打开这个页面即可，譬如：

HLS 的 m3u8，是一个 TS 的列表，也就是告诉浏览器可以播放这些 TS 文件，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

有几个关键的参数，这些参数在 SRS 的配置文件中都有配置项：

EXT-X-TARGETDURATION：所有切片的最大时长。有些 Apple 设备这个参数不正确会无法播放。SRS 会自动计算出 TS 文件的最大时长，然后更新 m3u8 时会自动更新这个值。用户不必自己配置。
EXTINF：TS 切片的实际时长，SRS 提供配置项 hls_fragment，但实际上的 TS 时长还受 gop 影响。
TS 文件的数目：SRS 可配置 hls_window，指定 m3u8 中保存多少个切片，SRS 会自动清理旧的切片
livestream-67.TS：SRS 会自动维护 TS 切片的文件名，在编码器重推之后，这个编号会继续增长，保证流的连续性。直到 SRS 重启，这个编号才重置为 0。
譬如，每个 TS 切片为 10 秒，窗口为 60 秒，那么 m3u8 中会保存 6 个 TS 切片。

每一个 .m3u8 文件，分别对应若干个 TS 文件，这些 TS 文件才是真正存放视频的数据，m3u8 文件只是存放了一些 TS 文件的配置信息和相关路径，当视频播放时，.m3u8 是动态改变的，video 标签会解析这个文件，并找到对应的 TS 文件来播放，所以一般为了加快速度，.m3u8 放在 web 服务器上，TS 文件放在 CDN 上。

.m3u8 文件，其实就是以 utf-8 编码的 m3u 文件，这个文件本身不能播放，只是存放了播放信息的文本文件。

HLS 整体框架图：Server、CDN 和 Client

HLS 协议编码格式要求

视频的编码格式：H264
音频的编码格式：AAC、MP3、AC-3
视频的封装格式：TS
保存 TS 索引的 m3u8 文件
HLS 协议优势

HLS 相对于 RTMP 来讲使用了标准的 HTTP 协议来传输数据，可以避免在一些特殊的网络环境下被屏蔽。
HLS 相比 RTMP 在服务器端做负载均衡要简单得多。因为 HLS 是基于无状态协议 HTTP 实现的，客户端只需要按照顺序使用下载存储在服务器的普通 TS 文件进行播放就可以。而 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。
HLS 协议本身实现了码率自适应，在不同带宽情况下，设备可以自动切换到最适合自己码率的视频播放。
HLS 协议缺点

HLS 协议在直播的视频延迟时间很难做到 10 s 以下延时，而 RTMP 协议的延时可以降到 3s-4s 左右。
2. HLS 之 M3U8
m3u8 文件是用文件方式对媒体文件进行描述，由一些列标签组成。

m3u8 文件示例 1：单码率适配流

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:2
#EXT-X-TARGETDURATION:16
#EXTINF:14.357, no desc
livestream-2.TS
#EXTINF:15.617, no desc
livestream-3.TS
#EXTINF:14.358, no desc
livestream-4.TS
#EXTINF:15.618, no desc
livestream-5.TS
#EXTINF:11.130, no desc
livestream-6.TS

该 m3u8 文件只是一个简单的 Media Playlist。

m3u8 文件示例 2：多码率适配流

#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

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以上是包含多种比特率的 Master Playlist。该文件是一个实际使用中的顶级 m3u8 文件，该文件中又定义了

http://example.com/low.m3u8

http://example.com/mid.m3u8

http://example.com/hi.m3u8

等几个二级文件。顶级 m3u8 文件主要是做码率适配的，二级 m3u8 才是真正的切片文件，客户端会默认选择码率最高的请求，如果发现码率达不到，会请求降低码率的流。客户端拿到二级 m3u8 文件后，会继续请求里面的文件，这时就可以进行播放了。

2.1 基础概念
2.1.1 Playlist file
一个 m3u 的 Playlist 就是一个由多个独立行组成的文本文件，每行由回车/换行区分。每一行可以是一个 URL、空白行或是一个 以 # 号开头的字符串，并且空格只能存在于一行中不同元素间的分隔。
一个 URL表示一个媒体段或是 variant Playlist file（最多支持一层嵌套，即一个 m3u8 文件中嵌套另一个 m3u8），以 "EXT" 开头的表示一个 "tag"，否则表示注释，直接忽略。

2.1.2 Tags

#EXTM3U：
每个 m3u8 文件第一行必须是这个 tag，如上面的两个示例。

#EXTINF：
指定每个媒体段（TS）的持续时间，这个仅对其后面的 URL有效，每两个媒体段 URL间被这个 tag 分隔开
其格式为：#EXTINF:,