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翻譯 | Alex

技術審校 | 趙軍

本文來自OTTVerse，作者為Krishna Rao Vijayanagar。

HLS

Easy Tech

#013#

2009年，Apple推出了HLS（HTTP Live Streaming）——基于HTTP的自適應碼率流媒體傳輸協議。HLS描述了一組通過互聯網提供音視頻服務的工具和程序。一個視頻可以被分割成多個視頻切片，這些切片的傳送位置和順序在一組被稱為播放列表的XML文件中，該文件以文件擴展名m3u8結尾。人們可以使用兼容了HLS的播放器播放視頻。

審校者注：原文說HLS使用了XML文件，是一個錯誤的說法，為了保留和原文一致，翻譯并未去糾正這個錯誤，實際上，HLS 使用的是M3U8 文件，它是基于M3U擴展的UTF-8文本文件。

在本篇文章中，我們將深入了解實現HLS視頻流的程序和工具。如果你對這一領域不太了解，可以先閱讀什么是視頻點播（VOD）?和理解ABR及其工作原理這兩篇文章。

?HLS的歷史

2009年，Apple在推出iPhone 3時，同時推出了HLS。目的是提升iPhone用戶的媒體傳輸體驗，并且使用戶不再遇到帶寬波動和傳輸受到干擾等問題。從那時起，Apple便一直定期改進HLS，使它成為可靠、被廣泛支持的視頻傳輸協議。

Apple的網站上有大量相關文檔，包括創作指南、HLS簡介、HTTP實時流媒體等。你也可以參考相關規范，查看HLS的更多細節并對它有更多了解（其中有對各種標簽的清晰解釋，以及ABR視頻流的詳盡介紹）。

?HLS的架構

HLS并不需要高級的硬件來傳輸視頻，它是一個簡單高效的協議。通過HLS，你可以使用常規的Web服務器存儲和分發內容。但是它需要將數據存儲在適當的格式中，且客戶端軟件能夠獲取并處理HLS視頻內容。讓我們一起來看看HLS視頻傳輸服務的架構是什么樣子。?

HLS架構 （圖片來自Apple）

編碼器：該編碼器可以生成H.264/AVC或者HEVC內容，并遵守Apple創作規范中指定的標準。這些指南非常全面且具體。比如，它們為每個所支持的編解碼器指定容器格式。對于H.264來說，你必須使用fMP4或者TS（Transport Stream）。當你在創建自己的HLS流媒體服務器時，請務必閱讀指南內容。

打包器（Packager）：打包器獲取視頻后，將其切割成短的視頻切片（如10秒長）。比如，一個小時的電影會被切割成360個10秒長的視頻切片，然后創建一個被稱為播放列表的文件，其中包含視頻名字、位置以及切片播放序列（和描述編解碼器、分辨率和碼率等的元數據一起）。創建這些視頻切片的過程被稱為視頻分片，或者更為人所熟知的打包。

Web服務器：是指被請求時任何能夠提供文件的Web服務器。當客戶端發起請求時，HLS服務器需要提供的文件是播放列表（m3u8文件），以及實際的A/V內容（TS切片或者 fMP4）。

播放器/客戶端：任何理解HLS協議和能夠播放HLS流媒體（音頻和視頻）的播放器。播放從下載播放列表開始，然后使用播放列表連續下載視頻切片，再渲染到屏幕。

?HLS播放列表示例

HLS播放列表有兩種類型：主清單（master manifest）和子清單（child / media manifest）。讓我們通過一個例子來理解它們是如何聯系起來的。假設你已將一部電影以3個不同的分辨率進行編碼：1080p、720p和480（也指表征，rendition）。在使用HLS協議封裝后，你會得到1個主清單和3個子清單。

審校者注：最新的HLS RFC https://datatracker.ietf.org/doc/html/draft-pantos-hls-rfc8216bis-10 已經使用Multivariant Playlist 和 Media Playlist，原因是master/slave 被認為有負面的文化影響。2020年夏天，計算機行業對master/slave 這兩個詞的使用引起了人們的注意，在大量抗議活動和日益加劇的社會動蕩中，這兩個詞被認為是不合時宜且過時的，這最終導致了這兩個詞出現各種中性的替代詞。

主清單將描述視頻不同部分的表征及其規范（包括音頻和視頻編解碼器、語言和碼率）。子清單將列出各個表征的所有視頻切片（位置、名字和序列）。所以在這種情況下，你將得到3個子清單——分別是1080p、720p和480p。

下面是一個主清單示例，給出了構成編碼和視頻流階梯（streaming ladder）的三種不同的表征信息。

#EXTM3U #EXT-X-MEDIA:URI="subtitle/lang_en/subtitle_index.m3u8",TYPE=SUBTITLES,GROUP-ID="subtitles",LANGUAGE="en",NAME="English",DEFAULT=YES,AUTOSELECT=YES #EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=893752,AVERAGE-BANDWIDTH=560289,RESOLUTION=854x480,CODECS="avc1.4D401F,mp4a.40.2",SUBTITLES="subtitles" media-4/index.m3u8 #EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=1494976,AVERAGE-BANDWIDTH=891779,RESOLUTION=1280x720,CODECS="avc1.640028,mp4a.40.2",SUBTITLES="subtitles" media-5/index.m3u8 #EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=3262928,AVERAGE-BANDWIDTH=1894009,RESOLUTION=1920x1080,CODECS="avc1.640028,mp4a.40.2",SUBTITLES="subtitles" media-6/index.m3u8 #EXT-X-I-FRAME-STREAM-INF:BANDWIDTH=161304,RESOLUTION=854x480,CODECS="avc1.4D401F",URI="media-4/iframes.m3u8" #EXT-X-I-FRAME-STREAM-INF:BANDWIDTH=241392,RESOLUTION=1280x720,CODECS="avc1.640028",URI="media-5/iframes.m3u8" #EXT-X-I-FRAME-STREAM-INF:BANDWIDTH=532416,RESOLUTION=1920x1080,CODECS="avc1.640028",URI="media-6/iframes.m3u8"

下面給出了用于主清單的標簽解釋：

• EXT-X-STREAM-INF: 表示可用于電影播放的替代表征（alternative rendition）。

• EXT-X-I-FRAME-STREAM-INF: 表示僅I幀表征，用于快速搜索/快進快退模式，并在搜索時顯示縮略圖（至少包括流行用例中的兩個）。

下面是子清單的一小段，屬于主清單所指向的表征之一。

#EXTM3U #EXT-X-VERSION:4 #EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD #EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS #EXT-X-TARGETDURATION:4 #EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0 #EXTINF:4.000000, segment-0.ts #EXTINF:4.000000, segment-1.ts #EXTINF:4.000000, segment-2.ts #EXTINF:4.000000, segment-3.ts #EXTINF:4.000000, segment-4.ts

HLS標簽解釋

下面是一些在m3u8文件中常見標簽的解釋：

• EXTM3U: 表示該文件是一個擴展的m3u文件。每個HLS播放列表必須以此標簽開始。

• EXT-X-PLAYLIST-TYPE: 該標簽取兩個值（VOD或EVENT）中的任意一個。如果是VOD播放列表，那么服務器自始至終不能改變這個列表。如果是EVENT，服務器也不能改變或者刪除該列表中已有內容，但是可以在后面追加內容。

• EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS：該標簽表示每個視頻切片中的每一個媒體示例無需其他切片的信息就可以被解碼。并適用于播放列表中的所有切片。

• EXT-X-TARGETDURATION: 指定媒體文件的最長持續時間（以秒為單位）。

• EXTINF：該標簽指定媒體切片的持續時長。后面應該接續相關媒體切片的URI（必須如此）。你應該確保EXTINF的值小于或者等于它所指的媒體文件的實際時長。

? HLS的最小切片時長是多少？

早些時候，Apple會推薦使用10秒切片時長（EXTINF）值來打包視頻，但現在已經越來越少見。內容提供商越來越多地將切片時長減少到4秒和6秒，主要原因如下所示：

• 減少首屏延遲、加入時間、延遲：Apple在播放器端要求，播放開始前，必須緩沖3個視頻切片。這么做又意味著什么呢？如果你以5 mbps的速度編碼，那么每秒視頻的“花費”5 Mbit。如果你已經打包的切片時長是10秒的視頻，然后需要緩沖3個切片，這樣即使在視頻還沒開始播放的情況下，你就需要去下載150 Mbit（5 mbps * 10 seconds * 3個視頻切片）或者18.75MB的視頻。

• 減少重新緩沖的影響：如果下載一個片段需要10秒，那么在這10秒內，網絡條件可能發生很多變化。網絡速度可能下降，這將導致播放器的緩沖區在下載視頻時被耗盡，造成緩沖問題。使用較短的HLS片段在這種情況下更有意義，因為可以在更短的時間內獲得得分片，讓播放器有機會對網絡條件做出更好的反應。

? 如何將TS視頻打包進HLS格式？

商業打包器：在開源和商業領域中，HLS受到了廣泛的打包支持。USP（Unified Streaming）和Wowza是我馬上想到的支持HLS的兩家公司，他們支持開箱即用的HLS的打包。

在開源方面，你可以使用Shaka packager和FFmpeg來將視頻打包成HLS格式。

? HLS的播放支持

播放器支持：作為廣為流行的格式，HLS被大部分頭部播放器公司和瀏覽器默認支持。我能想到的支持HLS的播放器公司包括CastLabs、Bitmovin、THEOPlayer、NexPlayer、Kaltura和JWPlayer等。支持HLS的開源播放器包括HLS.js和帶有HLS.js插件的VideoJS。

以上提到的公司也為iOS/tvOS、Android等提供支持HLS播放的App。谷歌的Exoplayer也可以原生支持HLS播放。

瀏覽器支持：HLS播放在Safari中也獲得了原生支持（這意味著你可以將HLS播放列表放到瀏覽器中，按下Enter鍵后，就可以直接播放視頻，而不需要外部播放器）。但通常情況下，公司使用開源或者商業播放器（上文列出的那些）來播放HLS視頻。

? 測試你的HLS播放列表？

要測試你的視頻流，你可以使用參考 HLS.js播放器（https://hls-js.netlify.com/demo/）。你可以粘貼自己的URL上去，并檢查是否符合參考的 HLS 播放器。確保你的視頻流來自Https 鏈接，否則播放器會崩掉。或者，你可以關閉安全檢測或使用 CORS 插件強制播放。下面是所呈現的頁面：

你還可以使用Demo頁底部的工具來分析視頻流性能。

? 小? ?結

Hi，伙計們，今天就告一段落了。希望你們能夠理解HLS協議的工作原理以及使用HLS傳輸視頻時都需要什么。在后續的文章中，我會告訴你如何使用FFmpeg創建HLS視頻流，并將其傳輸到全世界！

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致謝

本文已獲得作者Krishna Rao Vijayanagar授權翻譯和發布，特此感謝。

原文鏈接：

https://ottverse.com/hls-http-live-streaming-how-does-it-work/

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的什么是HLS（HTTP Live Streaming）?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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