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第二期分享 | WebSocket+MSE——HTML5直播技术解析

發布時間：2024/2/28 HTML 48 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了第二期分享 | WebSocket+MSE——HTML5直播技术解析小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

分享 | 劉博（又拍云多媒體開發工程師）

又小拍：
如何實現HTML5直播技術是直播創業團隊一直想要攻克的難題。12月1日20:00，深度參與“又拍直播云”開發的工程師劉博就如何利用WebSocket+MSE實現HTML5直播在微信群里進行了分享。小拍馬不停蹄將劉博的分享內容整理成了文字，并插入一些PPT便于大家了解。全文整理如下：

下面就是分享內容啦~

當前為了滿足比較火熱的移動Web端直播需求，一系列的HTML5直播技術迅速的發展起來。
常見的可用于HTML5的直播技術有HLS、WebSocket與WebRTC。今天我向大家介紹WebSocket與MSE相關的技術要點，并在最后通過一個實例來展示具體用法。

分享大綱

WebSocket協議介紹
WebSocket Client/Server API介紹
MSE介紹
fMP4介紹
Demo展示

WebSocket

通常的Web應用都是圍繞著HTTP的請求/響應模型構建的。所有的HTTP通信都通過客戶端來控制，由客戶端向服務器發出一個請求，服務器接收和處理完畢后再返回結果給客戶端，客戶端將數據展現出來。由于這種模式不能滿足實時應用需求，于是出現了SSE、Comet等 "服務器推" 的長連接技術。

WebSocket是基于TCP連接之上的通信協議，可以在單個TCP連接上進行全雙工的通信。WebSocket在2011年被IETF定為標準RFC 6455，并被RFC 7936補充規范，WebSocket API被W3C定為標準。

WebSocket是獨立地創建在TCP上的協議，HTTP協議中的那些概念都和WebSocket沒有關聯，唯一關聯的是使用HTTP協議的101狀態碼進行協議切換時，使用的TCP端口是80，可以繞過大多數防火墻的限制。

WebSocket握手

為了更方便地部署新協議，HTTP/1.1引入了Upgrade機制，使得客戶端和服務端之間可以借助已有的HTTP語法升級到其它協議。這個機制在RFC7230的6.7 Upgrade一節中有詳細描述。
要發起HTTP/1.1協議升級，客戶端必須在請求頭部中指定這兩個字段 ▽

Connection: Upgrade
Upgrade: protocol-name[/protocol-version]

如果服務端同意升級，那么需要這樣響應 ▽

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection: upgrade
Upgrade: protocol-name[/protocol-version]
[... data defined by new protocol ...]

可以看到，HTTP Upgrade響應的狀態碼是101，并且響應正文可以使用新協議定義的數據格式。

WebSocket握手就利用了這種HTTP Upgrade機制。一旦握手完成，后續數據傳輸直接在TCP上完成。

WebSocket JavaScript API

目前主流的瀏覽器提供了WebSocket的API接口，可以發送消息（文本或者二進制）給服務器，并且接收事件驅動的響應數據。
Step1. 檢查瀏覽器是否支持WebSocket

if(window.WebSocket) {
// WebSocket代碼
}

Step2. 建立連接

var ws = new WebSocket('ws://localhost:8327');

Step3. 注冊回調函數以及收發數據
分別注冊WebSocket對象的onopen、onclose、onerror以及onmessage回調函數。

通過ws.send()來進行發送數據，這里不僅可以發送字符串，也可以發送Blob或ArrayBuffer類型的數據。

如果接收的是二進制數據，需要將連接對象的格式設為blob或arraybuffer。
ws.binaryType = 'arraybuffer';

WebSocket Golang API

服務器端WebSocket庫我推薦使用Google自己的golang.org/x/net/websocket，可以非常方便的與net/http一起使用。也可以將WebSocket的handler function通過websocket.Handler轉換成http.Handler，這樣就可以跟net/http庫一起使用了。
然后通過websocket.Message.Receive來接收數據，通過websocket.Message.Send來發送數據。

具體代碼可以看下面的Demo部分。

MSE

在介紹MSE之前，我們先看看HTML5<audio>和<video>有哪些限制。
**HTML5<audio>和<video>標簽的限制******

不支持流
不支持DRM和加密
很難自定義控制, 以及保持跨瀏覽器的一致性
編解碼和封裝在不同瀏覽器支持不同

MSE是解決HTML5的流問題。

Media Source Extensions（MSE）是Chrome、Safari、Edge等主流瀏覽器支持的一個新的Web API。MSE是一個W3C標準，允許JavaScript動態構建<video>和<audio>的媒體流。它定義了對象，允許JavaScript傳輸媒體流片段到一個 HTMLMediaElement。
通過使用MSE，你可以動態地修改媒體流而不需要任何插件。這讓前端JavaScript可以做更多的事情—— 在JavaScript進行轉封裝、處理，甚至轉碼。
雖然MSE不能讓流直接傳輸到media tags上，但是MSE提供了構建跨瀏覽器播放器的核心技術，讓瀏覽器通過JavaScript API來推音視頻到media tags上。

Browser Support

通過caniuse來檢查是否瀏覽器支持情況。

通過MediaSource.isTypeSupported()可以進一步地檢查codec MIME類型是否支持。

fMP4

比較常用的視頻封裝格式有WebM和fMP4。

WebM和WebP是兩個姊妹項目，都是由Google贊助的。由于WebM是基于Matroska的容器格式，天生是流式的，很適合用在流媒體領域里。

下面著重介紹一下fMP4格式。

我們都知道MP4是由一系列的Boxes組成的。普通的MP4的是嵌套結構的，客戶端必須要從頭加載一個MP4文件，才能夠完整播放，不能從中間一段開始播放。
而fMP4由一系列的片段組成，如果服務器支持byte-range請求，那么，這些片段可以獨立的進行請求到客戶端進行播放，而不需要加載整個文件。
為了更加形象的說明這一點，下面我介紹幾個常用的分析MP4文件的工具。
gpac，原名mp4box，是一個媒體開發框架，在其源碼下有大量的媒體分析工具，可以使用testapps；

mp4box.js，是mp4box的Javascript版本；
bento4，一個專門用于MP4的分析工具；
mp4parser，在線MP4文件分析工具。

fragment mp4 VS non-fragment mp4

下面是一個fragment mp4文件通過 mp4parser（http://mp4parser.com ）分析后的截圖 ▽

下面是一個non-fragment mp4文件通過mp4parser分析后的截圖 ▽

我們可以看到non-fragment mp4的最頂層box類型非常少，而fragment mp4是由一段一段的moof+mdat組成的，它們已經包含了足夠的metadata信息與數據, 可以直接seek到這個位置開始播放。也就是說fMP4是一個流式的封裝格式，這樣更適合在網絡中進行流式傳輸，而不需要依賴文件頭的metadata。
Apple在WWDC 2016大會上宣布會在iOS 10、tvOS、macOS的HLS中支持fMP4，可見fMP4的前景非常的好。
值得一提的是，fMP4、CMAF、ISOBMFF其實都是類似的東西。
MSE JavaScript API
從高層次上看，MSE提供了

一套 JavaScript API 來構建 media streams
一個拼接和緩存模型
識別一些 byte 流類型：
WebM
ISO Base Media File Format
MPEG-2 Transport Streams

MSE內部結構

MSE本身的設計是不依賴任務特定的編解碼和容器格式的，但是不同的瀏覽器支持程度是不一樣的。
可以通過傳遞一個MIME類型的字符串到靜態方法：

MediaSource.isTypeSupported來檢查。比如 ▽
MediaSource.isTypeSupported('audio/mp3'); // false
MediaSource.isTypeSupported('video/mp4'); // true
MediaSource.isTypeSupported('video/mp4; codecs="avc1.4D4028, mp4a.40.2"'); // true

獲取Codec MIME string的方法可以通過在線的 mp4info，或者使用命令行mp4info test.mp4 | grep Codecs，可以得到類似如下結果 ▽

mp4info fmp4.mp4| grep Codec
Codecs String: mp4a.40.2
Codecs String: avc1.42E01E

當前，H.264 + AAC的MP4容器在所有的瀏覽器都支持。
普通的MP4文件是不能和MSE一起使用的, 需要將MP4進行fragment化。
檢查一個MP4是否已經fragment的方法 ▽

mp4dump test.mp4 | grep "[m"

如果是non-fragment會顯示如下信息 ▽

mp4dump nfmp4.mp4 | grep "[m"
[mdat] size=8+50873
[moov] size=8+7804
[mvhd] size=12+96
[mdia] size=8+3335
[mdhd] size=12+20
[minf] size=8+3250
[mdia] size=8+3975
[mdhd] size=12+20
[minf] size=8+3890
[mp4a] size=8+82
[meta] size=12+78

如果已經fragment，會顯示如下的類似信息 ▽

mp4dump fmp4.mp4 | grep "[m" | head -n 30
[moov] size=8+1871
[mvhd] size=12+96
[mdia] size=8+312
[mdhd] size=12+20
[minf] size=8+219
[mp4a] size=8+67
[mdia] size=8+371
[mdhd] size=12+20
[minf] size=8+278
[mdia] size=8+248
[mdhd] size=12+20
[minf] size=8+156
[mdia] size=8+248
[mdhd] size=12+20
[minf] size=8+156
[mvex] size=8+144
[mehd] size=12+4
[moof] size=8+600
[mfhd] size=12+4
[mdat] size=8+138679
[moof] size=8+536
[mfhd] size=12+4
[mdat] size=8+24490
[moof] size=8+592
[mfhd] size=12+4
[mdat] size=8+14444
[moof] size=8+312
[mfhd] size=12+4
[mdat] size=8+1840
[moof] size=8+600

把一個non-fragment MP4轉換成fragment MP4。
可以使用FFmpeg的 -movflags來轉換。
對于原始文件為非MP4文件 ▽

ffmpeg -i trailer_1080p.mov -c:v copy -c:a copy -movflags frag_keyframe+empty_moov bunny_fragmented.mp4

對于原始文件已經是MP4文件 ▽

ffmpeg -i non_fragmented.mp4 -movflags frag_keyframe+empty_moov fragmented.mp4

或者使用mp4fragment ▽

mp4fragment input.mp4 output.mp4

DEMO TIME

劉博在分享的最后階段，展示了兩個demo，分別是MSE Vod Demo、MSE Live Demo

MSE Vod Demo

展示利用MSE和WebSocket實現一個點播服務

后端讀取一個fMP4文件，通過WebSocket發送給MSE，進行播放

展示利用MSE和WebSocket實現一個直播服務

后端代理一條HTTP-FLV直播流，通過WebSocket發送給MSE，進行播放

前端MSE部分做了很多工作, 包括將flv實時轉封裝成了fMP4，這里引用了videojs-flow的實現

Q & A

Q1：對于沒有公網iIP的客戶如何通過RTMP協議推流？
A1：用戶客戶端進行RTMP推流，不需要公網IP，推到直播系統分配給你的地址就可以了。

Q2：MSE客戶端做很多東西，可以轉碼、解碼，這個會有性能問題嗎？還有這個技術，目前有公司在大批量用嗎？
A2：目前該技術在實驗階段，轉封裝的話，對性能要求不高，我們在各自型號的手機上測試都沒有問題。目前除了微信內置瀏覽器對MSE支持不好，大部分瀏覽器對MSE支持都比較好。

Q3：沒做過相關內容，能簡單介紹一下HTTP-FLV么？
A3：HTTP-FLV就是將FLV流以HTTP長連接的形式分發出去，目前在各大直播平臺都用的比較多。大家可以關注下又拍云微信公眾賬號，之前專門有一篇文章介紹HTTP-FLV。

Q4：不大了解HTTP-FLV，既然是長時間的狀態性連接，為什么不用tcp／socket呢？
A5: FLV不能在<video>標簽直接播放，所以需要通過MSE轉封裝成MP4，再吐到<video>標簽進行播放。

Q5：嗶哩嗶哩H5播放器是基于WebSocket與MSE技術實現的嘛？
A5：B站開源的flv.js是一個非常好的項目，是基于 MSE 實現的，實時性做的也比較好，B 站自己已經在網站播放器上使用了。

Q6：VLC器播放和網頁播放，哪個快啊？
A6：播放器端延時，一個重要指標是播放器的緩存區大小。VLC的默認緩存區比較大，所以，VLC通常延時會大一些。

Q7：可以介紹下秒開技術么，以及秒開的原理？
A7：秒開可以在服務器端多緩存一個GoP來實現，這樣播放器請求的第一幀能保證是I幀，可以立即播放，以此達到秒開的效果.

Refs

WebSocket

rfc6455
HTTP Upgrade
WebSocket API
MDN WebSocket
videojs-flow

MSE

W3C
MDN MSE
HTML5 Codec MIME

作者：又拍云
鏈接：https://www.jianshu.com/p/5b4cff42bdc0
來源：簡書
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的第二期分享 | WebSocket+MSE——HTML5直播技术解析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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