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v2_CN_DeliveryHLS

winlin edited this page Jan 6, 2022 · 62 revisions

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Delivery HLS

SRS支持HLS/RTMP两种成熟而且广泛应用的流媒体分发方式。

RTMP指Adobe的RTMP(Realtime Message Protocol),广泛应用于低延时直播,也是编码器和服务器对接的实际标准协议,在PC(Flash)上有最佳观看体验和最佳稳定性。

HLS指Apple的HLS(Http Live Streaming),本身就是Live(直播)的,不过Vod(点播)也能支持。HLS是Apple平台的标准流媒体协议,和RTMP在PC上一样支持得天衣无缝。

HLS和RTMP两种分发方式,就可以支持所有的终端。RTMP参考RTMP分发

RTMP和HLS的比较参考:RTMP PK HLS

部署分发HLS的实例,参考:Usage: HLS

Use Scenario

HLS主要的应用场景包括:

  • 跨平台:PC主要的直播方案是RTMP,也有一些库能播放HLS,譬如jwplayer,基于osmf的hls插件也一大堆。所以实际上如果选一种协议能跨PC/Android/IOS,那就是HLS。
  • IOS上苛刻的稳定性要求:IOS上最稳定的当然是HLS,稳定性不差于RTMP在PC-flash上的表现。
  • 友好的CDN分发方式:目前CDN对于RTMP也是基本协议,但是HLS分发的基础是HTTP,所以CDN的接入和分发会比RTMP更加完善。能在各种CDN之间切换,RTMP也能,只是可能需要对接测试。
  • 简单:HLS作为流媒体协议非常简单,apple支持得也很完善。Android对HLS的支持也会越来越完善。至于DASH/HDS,好像没有什么特别的理由,就像linux已经大行其道而且开放,其他的系统很难再广泛应用。

总之,SRS支持HLS主要是作为输出的分发协议,直播以RTMP+HLS分发,满足各种应用场景。点播以HLS为主。

Delivering Streams

详见下表:

分发 平台 协议 公司 说明
RTMP Windows Flash RTMP Adobe 主流的低延时分发方式,
Adobe对RTMP是Flash原生支持方式,
FMS(Adobe Media Server前身),
就是Flash Media Server的简写,可见Flash播放RTMP是多么“原生”,
就像浏览器打开http网页一样“原生”,
经测试,Flash播放RTMP流可以10天以上不间断播放。
HLS Apple/
Android
HTTP Apple/
Google
延时一个切片以上(一般10秒以上),
Apple平台上HLS的效果比PC的RTMP还要好,
而且Apple所有设备都支持,
Android最初不支持HLS,后来也支持了,
但测试发现支持得还不如Apple,
不过观看是没有问题,稳定性稍差,
所以有些公司专门做Android上的流媒体播放器。
HDS - HTTP Adobe Adobe自己的HLS,
协议方面做得是复杂而且没有什么好处,
国内没有什么应用,传说国外有,
SRS2已经支持。
DASH - HTTP - Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH),
一些公司提出的HLS,
国内还没有应用,国外据说有用了,
nginx-rtmp好像已经支持了,
明显这个还不成熟,SRS是不会支持的。

HLS Introduction

HLS是提供一个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:

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

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,详见下面配置HLS的说明。
  • 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。

HLS Workflow

HLS的主要流程是:

  1. FFMPEG或FMLE或编码器,推送RTMP流到SRS,编码为H264/AAC(其他编码需要SRS转码)
  2. SRS将RTMP切片成TS,并生成M3U8。若流非H264和AAC,则停止输出HLS(可使用SRS转码到SRS其他vhost或流,然后再切HLS)。
  3. 访问m3u8,srs内置的http服务器(或者通用http服务器)提供HTTP服务。

注意:SRS只需要在Vhost上配置HLS,会自动根据流的app创建目录,但是配置的hls_path必须自己创建

HLS Config

conf/full.conf中的with-hls.vhost.com是HLS配置的实例,可以拷贝到默认的Vhost,例如:

vhost __defaultVhost__ {
    hls {
        # whether the hls is enabled.
        # if off, donot write hls(ts and m3u8) when publish.
        # default: off
        enabled         on;
        # the hls fragment in seconds, the duration of a piece of ts.
        # default: 10
        hls_fragment    10;
        # the hls m3u8 target duration ratio,
        #   EXT-X-TARGETDURATION = hls_td_ratio * hls_fragment // init
        #   EXT-X-TARGETDURATION = max(ts_duration, EXT-X-TARGETDURATION) // for each ts
        # @see https://github.com/ossrs/srs/issues/304#issuecomment-74000081
        # default: 1.5
        hls_td_ratio    1.5;
        # the audio overflow ratio.
        # for pure audio, the duration to reap the segment.
        # for example, the hls_fragment is 10s, hsl_aof_ratio is 2.0,
        # the segemnt will reap to 20s for pure audio.
        # default: 2.0
        hls_aof_ratio   2.0;
        # the hls window in seconds, the number of ts in m3u8.
        # default: 60
        hls_window      60;
        # the error strategy. canbe:
        #       ignore, disable the hls.
        #       disconnect, require encoder republish.
        #       continue, ignore failed try to continue output hls.
        # @see https://github.com/ossrs/srs/issues/264
        # default: continue
        hls_on_error    continue;
        # the hls output path.
        # the m3u8 file is configed by hls_path/hls_m3u8_file, the default is:
        #       ./objs/nginx/html/[app]/[stream].m3u8
        # the ts file is configed by hls_path/hls_ts_file, the default is:
        #       ./objs/nginx/html/[app]/[stream]-[seq].ts
        # @remark the hls_path is compatible with srs v1 config.
        # default: ./objs/nginx/html
        hls_path        ./objs/nginx/html;
        # the hls m3u8 file name.
        # we supports some variables to generate the filename.
        #       [vhost], the vhost of stream.
        #       [app], the app of stream.
        #       [stream], the stream name of stream.
        # default: [app]/[stream].m3u8
        hls_m3u8_file   [app]/[stream].m3u8;
        # the hls ts file name.
        # we supports some variables to generate the filename.
        #       [vhost], the vhost of stream.
        #       [app], the app of stream.
        #       [stream], the stream name of stream.
        #       [2006], replace this const to current year.
        #       [01], replace this const to current month.
        #       [02], replace this const to current date.
        #       [15], replace this const to current hour.
        #       [04], repleace this const to current minute.
        #       [05], repleace this const to current second.
        #       [999], repleace this const to current millisecond.
        #       [timestamp],replace this const to current UNIX timestamp in ms.
        #       [seq], the sequence number of ts.
        # @see https://github.com/ossrs/srs/wiki/v2_CN_DVR#custom-path
        # @see https://github.com/ossrs/srs/wiki/v2_CN_DeliveryHLS#hls-config
        # default: [app]/[stream]-[seq].ts
        hls_ts_file     [app]/[stream]-[seq].ts;
        # whether use floor for the hls_ts_file path generation.
        # if on, use floor(timestamp/hls_fragment) as the variable [timestamp],
        #       and use enahanced algorithm to calc deviation for segment.
        # @remark when floor on, recommend the hls_segment>=2*gop.
        # default: off
        hls_ts_floor    off;
        # the hls entry prefix, which is base url of ts url.
        # if specified, the ts path in m3u8 will be like:
        #         http://your-server/live/livestream-0.ts
        #         http://your-server/live/livestream-1.ts
        #         ...
        # optional, default to empty string.
        hls_entry_prefix http://your-server;
        # the default audio codec of hls.
        # when codec changed, write the PAT/PMT table, but maybe ok util next ts.
        # so user can set the default codec for mp3.
        # the available audio codec: 
        #       aac, mp3, an
        # default: aac
        hls_acodec      aac;
        # the default video codec of hls.
        # when codec changed, write the PAT/PMT table, but maybe ok util next ts.
        # so user can set the default codec for pure audio(without video) to vn.
        # the available video codec:
        #       h264, vn
        # default: h264
        hls_vcodec      h264;
        # whether cleanup the old expired ts files.
        # default: on
        hls_cleanup     on;
        # the timeout in seconds to dispose the hls,
        # dispose is to remove all hls files, m3u8 and ts files.
        # when publisher timeout dispose hls.
        # @remark 0 to disable dispose for publisher.
        # @remark apply for publisher timeout only, while "etc/init.d/srs stop" always dispose hls.
        # default: 0
        hls_dispose     0;
        # the max size to notify hls,
        # to read max bytes from ts of specified cdn network,
        # @remark only used when on_hls_notify is config.
        # default: 64
        hls_nb_notify   64;
        # whether wait keyframe to reap segment,
        # if off, reap segment when duration exceed the fragment,
        # if on, reap segment when duration exceed and got keyframe.
        # default: on
        hls_wait_keyframe       on;

        # on_hls, never config in here, should config in http_hooks.
        # for the hls http callback, @see http_hooks.on_hls of vhost hooks.callback.srs.com
        # @read https://github.com/ossrs/srs/wiki/v2_CN_DeliveryHLS#http-callback
        # @read https://github.com/ossrs/srs/wiki/v2_CN_DeliveryHLS#http-callback
        
        # on_hls_notify, never config in here, should config in http_hooks.
        # we support the variables to generate the notify url:
        #       [app], replace with the app.
        #       [stream], replace with the stream.
        #       [ts_url], replace with the ts url.
        # for the hls http callback, @see http_hooks.on_hls_notify of vhost hooks.callback.srs.com
        # @read https://github.com/ossrs/srs/wiki/v2_CN_DeliveryHLS#on-hls-notify
        # @read https://github.com/ossrs/srs/wiki/v2_CN_DeliveryHLS#on-hls-notify
    }
}

其中hls配置就是HLS的配置,主要配置项如下:

  • enabled:是否开启HLS,on/off,默认off。
  • hls_fragment:秒,指定ts切片的最小长度。实际上ts文件的长度由以下公式决定:
ts文件时长 = max(hls_fragment, gop_size)
hls_fragment:配置文件中的长度。譬如:5秒。
gop_size:编码器配置的gop的长度,譬如ffmpeg指定fps为20帧/秒,gop为200帧,则gop_size=gop/fps=10秒。
那么,最终ts的时长为max(5, 10) = 10秒。这也是为什么有些流配置了hls_fragment,但是ts时长仍然比这个大的原因。
  • hls_td_ratio:倍数。控制m3u8的EXT-X-TARGETDURATION,参考:https://github.com/ossrs/srs/issues/304#issuecomment-74000081
  • hls_aof_ratio: 倍数。纯音频时,当ts时长超过配置的ls_fragment乘以这个系数时就切割文件。例如,当ls_fragment是10秒,hls_aof_ratio是2.0时,对于纯音频,10s*2.0=20秒时就切割ts文件。
  • hls_window:秒,指定HLS窗口大小,即m3u8中ts文件的时长之和,超过总时长后,丢弃第一个m3u8中的第一个切片,直到ts的总时长在这个配置项范围之内。即SRS保证下面的公式:
hls_window >= sum(m3u8中每个ts的时长)
  • hls_path:HLS的m3u8和ts文件保存的路径。m3u8和ts文件都保存在这个目录中。
  • hls_m3u8_file: HLS的m3u8文件名,包含可替换的[vhost],[app]和[stream]变量。
  • hls_ts_file: HLS的ts文件名,包含可替换的一系列变量,参考dvr variables,另外,[seq]是ts的seqence number。
对于RTMP流:rtmp://localhost/live/livestream
HLS配置路径:
        hls_path        /data/nginx/html;
        hls_m3u8_file   [app]/[stream].m3u8;
        hls_ts_file     [app]/[stream]-[seq].ts;
那么会生成以下文件:
/data/nginx/html/live/livestream.m3u8
/data/nginx/html/live/livestream-0.ts
/data/nginx/html/live/livestream-1.ts
/data/nginx/html/live/livestream-2.ts
最后的HLS地址为:http://localhost/live/livestream.m3u8
  • hls_entry_prefix: TS的base url。可选默认为空字符串;非空时加在ts前面作为base url。
对于ts切片:live/livestream-0.ts
若配置为:hls_entry_prefix http://your-server;
则最后的TS的URL是:http://your-server/live/livestream-0.ts
  • hls_acodec: 默认的音频编码。当流的编码改变时,会更新PMT/PAT信息;默认是aac,因此默认的PMT/PAT信息是aac;如果流是mp3,那么可以配置这个参数为mp3,避免PMT/PAT改变。
  • hls_vcodec: 默认的视频编码。当流的编码改变时,会更新PMT/PAT信息;默认是h264。如果是纯音频HLS,可以配置为vn,可以减少SRS检测纯音频的时间,直接进入纯音频模式。
  • hls_cleanup: 是否删除过期的ts切片,不在hls_window中就是过期。可以关闭清除ts切片,实现时移和存储,使用自己的切片管理系统。
  • hls_dispose: HLS清理的过期时间(秒),系统重启或者超过这个时间时,清理HLS的所有文件,包括m3u8和ts。默认为0,即不清理。
  • hls_wait_keyframe: 是否按top切片,即等待到关键帧后开始切片。测试发现OS X和android上可以不用按go切片。
  • hls_nb_notify: 从notify服务器读取数据的长度。
  • on_hls: 当切片生成时,回调这个url,使用POST回调。用来和自己的系统集成,譬如实现切片移动等。
  • on_hls_notify: 当切片生成时,回调这个url,使用GET回调。用来和系统集成,可以使用[ts_url]变量,实现预分发(即下载一次ts片)。

部署分发HLS的实例,参考:Usage: HLS

HTTP Callback

可以配置on_hls实现回调,应该在http_hooks中配置,而不是在hls中配置。

备注:HLS热备可以基于这个回调实现,参考#351.

备注:HLS热备必须保证两个服务器的切片完全一样,因为负载均衡器或者边缘可能从两个服务器取切片,必须完全一样。因此在切片上保证两个服务器切片完全一致,是一个非常非常复杂的流媒体问题;但是通过业务系统和回调,通过选择两个服务器的切片的方式,可以做到非常简单可靠的HLS热备系统。

ON HLS Notify

可以配置on_hls_notify实现CDN预分发,应该在http_hooks中配置,而不是在hls中配置。

HLSAudioOnly

SRS支持分发HLS纯音频流,当RTMP流没有视频,且音频为aac(可以使用转码转为aac,参考Usage: Transcode2HLS),SRS只切片音频。

若RTMP流中已经有视频和音频,需要支持纯音频HLS流,可以用转码将视频去掉,参考:转码: 禁用流。然后分发音频流。

分发纯音频流不需要特殊配置,和HLS分发一样,参考:Usage: HLS

HLS and Forward

Forward的流和普通流不做区分,若forward的流所在的VHOST配置了HLS,一样会应用HLS配置进行切片。

因此,可以对原始流进行Transcode之后,保证流符合h.264/aac的规范,然后forward到多个配置了HLS的VHOST进行切片。支持多个源站的热备。

HLS and Transcode

HLS要求RTMP流的编码为h.264+aac/mp3,否则会自动禁用HLS,会出现RTMP流能看HLS流不能看(或者看到的HLS是之前的流)。

Transcode将RTMP流转码后,可以让SRS接入任何编码的RTMP流,然后转换成HLS要求的h.264/aac/mp3编码方式。

配置Transcode时,若需要控制ts长度,需要配置ffmpeg编码的gop,譬如:

vhost hls.transcode.vhost.com {
    transcode {
        enabled     on;
        ffmpeg      ./objs/ffmpeg/bin/ffmpeg;
        engine hls {
            enabled         on;
            vfilter {
            }
            vcodec          libx264;
            vbitrate        500;
            vfps            20;
            vwidth          768;
            vheight         320;
            vthreads        2;
            vprofile        baseline;
            vpreset         superfast;
            vparams {
                g           100;
            }
            acodec          libaacplus;
            abitrate        45;
            asample_rate    44100;
            achannels       2;
            aparams {
            }
            output          rtmp://127.0.0.1:[port]/[app]?vhost=[vhost]/[stream]_[engine];
        }
    }
}

该FFMPEG转码参数,指定gop时长为100/20=5秒,fps帧率(vfps=20),gop帧数(g=100)。

HLS Multiple Bitrate

SRS目前不支持HLS自适应码流,需要调研这个功能。

HLS M3u8 Examples

live.m3u8

http://ossrs.net/hls/live.m3u8

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES
#EXT-X-TARGETDURATION:13
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:430
#EXTINF:11.800
news-430.ts
#EXTINF:10.120
news-431.ts
#EXTINF:11.160
news-432.ts

event.m3u8

http://ossrs.net/hls/event.m3u8

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES
#EXT-X-TARGETDURATION:13
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:430
#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:EVENT
#EXTINF:11.800
news-430.ts
#EXTINF:10.120
news-431.ts
#EXTINF:11.160
news-432.ts

vod.m3u8

http://ossrs.net/hls/vod.m3u8

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES
#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD
#EXT-X-TARGETDURATION:12
#EXTINF:10.120,
livestream-184.ts
#EXTINF:10.029,
livestream-185.ts
#EXTINF:10.206,
livestream-186.ts
#EXTINF:10.160,
livestream-187.ts
#EXTINF:11.360,
livestream-188.ts
#EXTINF:9.782,
livestream-189.ts
#EXT-X-ENDLIST

loop.m3u8

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES
#EXT-X-TARGETDURATION:13
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:430
#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD
#EXTINF:11.800
news-430.ts
#EXTINF:10.120
news-431.ts
#EXT-X-DISCONTINUITY
#EXTINF:11.952
news-430.ts
#EXTINF:12.640
news-431.ts
#EXTINF:11.160
news-432.ts
#EXT-X-DISCONTINUITY
#EXTINF:11.751
news-430.ts
#EXTINF:2.040
news-431.ts
#EXT-X-ENDLIST

Apple

https://developer.apple.com/library/ios/technotes/tn2288/_index.html

HLS in RAM

SRS支持内存直接分发HLS,不写入磁盘。参考:513

注意:由于该功能很鸡肋,所以会从SRS2中移除,在SRS3再考虑。

SRS How to Support HLS

SRS1的HLS主要参考了nginx-rtmp的HLS实现方式,SRS2已经按照HLS标准规范重新实现。

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