H5直播技术起航

2023-01-11 459

作者：京东科技吴磊

音视频基本概念

视频格式就是通常所说的.mp4,.flv,.ogv,.webm等。简单来说，它其实就是一个盒子，用来将实际的视频流以一定的顺序放入，确保播放的有序和完整性。

视频压缩格式和视频格式具体的区别就是，它是将原始的视频码流变为可用的数字编码。因为，原始的视频流非常大，打个比方就是，你直接使用手机录音，你会发现你几分钟的音频会比市面上出现的 MP3 音频大小大很多，这就是压缩格式起的主要作用。

首先，由原始数码设备提供相关的数字信号流，然后经由视频压缩算法，大幅度的减少流的大小，然后交给视频盒子，打上相应的dts，pts字段，最终生成可用的视频文件。

DTS（Decoding Time Stamp）：即解码时间戳，这个时间戳的意义在于告诉播放器该在什么时候解码这一帧的数据。

PTS（Presentation Time Stamp）：即显示时间戳，这个时间戳用来告诉播放器该在什么时候显示这一帧的数据。

视频编码

视频实际上就是一帧一帧的图片，拼接起来进行播放而已。而图片本身也可以进行相关的压缩，比如去除重复像素，合并像素块等等。不过，还有另外一种压缩方法就是，运动估计和运动补偿压缩，因为相邻图片一定会有一大块是相似的，所以，为了解决这个问题，可以在不同图片之间进行去重。

所以，总的来说，常用的编码方式分为三种：

变换编码：消除图像的帧内冗余

运动估计和运动补偿：消除帧间冗余

熵编码：提高压缩效率

熵编码即编码过程中按熵原理不丢失任何信息的编码。信息熵为信源的平均信息量（不确定性的度量）。常见的熵编码有：香农(Shannon)编码、哈夫曼(Huffman)编码和算术编码(arithmetic coding)。

直播

现在，常用的直播协议有 RTMP，HLS，HTTP-FLV。最常用的还是 HLS 协议，因为支持度高，技术简单，但是延迟非常严重。这对一些对实时性比较高的场景，比如运动赛事直播来说非常的不友好。这里来细分的看一下每个协议。

协议对比

协议	优势	劣势	延时
HLS	支持性广	延时巨高	10s 以上
RTMP	延时性好，灵活	量大的话，负载较高	1s 以上
HTTP-FLV	延时性好，游戏直播常用	只能在手机 APP 播放	2s 以上

HLS

HLS 全称是 HTTP Live Streaming。这是Apple提出的直播流协议。

HLS 由两部分构成，一个是.m3u8文件，一个是.ts视频文件（TS 是视频文件格式的一种）。整个过程是，浏览器会首先去请求.m3u8的索引文件，然后解析m3u8，找出对应的.ts文件链接，并开始下载。

他的使用方式为：

<video>  
    <source src="http://..../xxxx.m3u8" type="application/x-mpegURL" /> 
</video>

直接可以将m3u8写进src中，然后交由浏览器自己去解析。当然也可以采取fetch来手动解析并获取相关文件。HLS 详细版的内容比上面的简版多了一个playlist，也可以叫做master。在master中，会根据网络段实现设置好不同的 m3u8 文件，比如，3G/4G/wifi 网速等。比如，一个 master 文件中为：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=2855600,CODECS="avc1.4d001f,mp4a.40.2",RESOLUTION=960x540
live/medium.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=5605600,CODECS="avc1.640028,mp4a.40.2",RESOLUTION=1280x720
live/high.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=1755600,CODECS="avc1.42001f,mp4a.40.2",RESOLUTION=640x360
live/low.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=545600,CODECS="avc1.42001e,mp4a.40.2",RESOLUTION=416x234
live/cellular.m3u8

大家只要关注BANDWIDTH（带宽）字段，其他的看一下字段内容大致就清楚了。假如这里选择high.m3u8文件，那么，里面内容为：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:6
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:26
#EXTINF:9.901,
http://media.example.com/wifi/segment26.ts
#EXTINF:9.901,
http://media.example.com/wifi/segment27.ts
#EXTINF:9.501,
http://media.example.com/wifi/segment28.ts

注意，其中以ts结尾的链接就是在直播中真正需要播放的视频文件。该第二级的m3u8文件也可以叫做media文件。该文件，其实有三种类型：

live playlist: 动态列表。顾名思义，该列表是动态变化的，里面的 ts 文件会实时更新，并且过期的 ts 索引会被删除。默认，情况下都是使用动态列表。

event playlist: 静态列表。它和动态列表主要区别就是，原来的 ts 文件索引不会被删除，该列表是不断更新，而且文件大小会逐渐增大。它会在文件中，直接添加 #EXT-X-PLAYLIST-TYPE:EVENT 作为标识。

VOD playlist: 全量列表。它就是将所有的 ts 文件都列在 list 当中。如果，使用该列表，就和播放一整个视频没有啥区别了。它是使用 #EXT-X-ENDLIST 表示文件结尾。

https://developer.apple.com/library/archive/referencelibrary/GettingStarted/AboutHTTPLiveStreaming/about/about.html

HLS 缺陷

HLS 缺陷就是延迟性太大了。HLS 中的延时包括：

TCP 握手

m3u8 文件下载

m3u8 文件下所有 ts 文件下载

这里先假设每个 ts 文件播放时长为 5s，每个 m3u8 最多可携带的 ts 文件数为 3~8。那么最大的延迟则为 40s。注意，只有当一个m3u8文件下所有的 ts 文件下载完后，才能开始播放。这里还不包括 TCP 握手，DNS 解析，m3u8 文件下载。所以，HLS 总的延时是非常令人绝望的。

那解决办法有吗？有，很简单，要么减少每个 ts 文件播放时长，要么减少m3u8的中包含 ts 的数量。如果超过平衡点，那么每次请求新的 m3u8 文件时，都会加上一定的延时，所以，这里需要根据业务指定合适的策略。

RTMP

RTMP 全称为：Real-Time Messaging Protocol。它是基于FLV格式进行开发的，所以，第一反应就是，又不能用了！！！

是的，在现在设备中，由于 FLV 的不支持，基本上 RTMP 协议在 Web 中，根本用不到。不过，由于MSE（MediaSource Extensions）的出现，在 Web 上直接接入 RTMP 也不是不可能的。基本思路是根据 WebSocket 直接建立长连接进行数据的交流和监听。RTMP 协议根据不同的套层，也可以分为：

纯 RTMP: 直接通过 TCP 连接，端口为 1935

RTMPS: RTMP + TLS/SSL，用于安全性的交流。

RTMPE: RTMP + encryption。在 RTMP 原始协议上使用，Adobe 自身的加密方法

RTMPT: RTMP + HTTP。使用 HTTP 的方式来包裹 RTMP 流，延迟性比较大。

RTMFP: RMPT + UDP。该协议常常用于 P2P 的场景中，针对延时有变态的要求。

RTMP 内部是借由 TCP 长连接协议传输相关数据，所以，它的延时性非常低。并且，该协议灵活性非常好（所以，也很复杂），它可以根据 message stream ID 传输数据，也可以根据 chunk stream ID 传递数据。两者都可以起到流的划分作用。流的内容也主要分为：视频，音频，相关协议包等。

HTTP-FLV

该协议和 RTMP 比起来其实差别不大，只是落地部分有些不同：

RTMP 是直接将流的传输架在 RTMP 协议之上，而 HTTP-FLV 是在 RTMP 和客户端之间套了一层转码的过程，由于，每个 FLV 文件是通过 HTTP 的方式获取的，所以，它通过抓包得出的协议头需要使用chunked编码。

Content-Type:video/x-flv
Expires:Fri, 10 Feb 2017 05:24:03 GMT
Pragma:no-cache
Transfer-Encoding:chunked

它用起来比较方便，不过后端实现的难度和直接使用 RTMP 来说还是比较大的。

前端音视频流

由于各大浏览器的对 FLV 的围追堵截，导致 FLV 在浏览器的生存状况堪忧，但是，FLV 凭借其格式简单，处理效率高的特点，使各大视频后台的开发者都舍不得弃用，如果一旦更改的话，就需要对现有视频进行转码，比如变为 MP4，这样不仅在播放，而且在流处理来说都有点重的让人无法接受。而 MSE 的出现，彻底解决了这个尴尬点，能够让前端能够自定义来实现一个 Web 播放器，确实完美。（不过，苹果觉得没这必要，所以，在 IOS 上无法实现。）

MSE

MSE 全称就是Media Source Extensions。它是一套处理视频流技术的简称，里面包括了一系列 API：Media Source，Source Buffer等。在没有 MSE 出现之前，前端对 video 的操作，仅仅局限在对视频文件的操作，而并不能对视频流做任何相关的操作。现在 MSE 提供了一系列的接口，使开发者可以直接提供 media stream。

来看一下 MSE 是如何完成基本流的处理的。

var vidElement = document.querySelector('video');

if (window.MediaSource) {
  var mediaSource = new MediaSource();
  vidElement.src = URL.createObjectURL(mediaSource);
  mediaSource.addEventListener('sourceopen', sourceOpen);
} else {
  console.log("The Media Source Extensions API is not supported.")
}

function sourceOpen(e) {
  URL.revokeObjectURL(vidElement.src);
  var mime = 'video/webm; codecs="opus, vp9"';
  var mediaSource = e.target;
  var sourceBuffer = mediaSource.addSourceBuffer(mime);
  var videoUrl = 'droid.webm';
  fetch(videoUrl)
    .then(function(response) {
      return response.arrayBuffer();
    })
    .then(function(arrayBuffer) {
      sourceBuffer.addEventListener('updateend', function(e) {
        if (!sourceBuffer.updating && mediaSource.readyState === 'open') {
          mediaSource.endOfStream();
        }
      });
      sourceBuffer.appendBuffer(arrayBuffer);
    });
}

上面这个例子可以简单理解为：

第一步，通过异步拉取数据。

第二步，通过 MediaSource 处理数据。

第三步，将数据流交给 audio/video 标签进行播放。

而中间传递的数据都是通过Buffer的形式来进行传递的。

中间有个需要注意的点，MS 的实例通过URL.createObjectURL()创建的 url 并不会同步连接到 video.src。换句话说，URL.createObjectURL()只是将底层的流（MS）和 video.src 连接中间者，一旦两者连接到一起之后，该对象就没用了。

MediaSource

MediaSource 是 Media Source Extensions API 表示媒体资源 HTMLMediaElement 对象的接口。MediaSource 对象可以附着在 HTMLMediaElement 在客户端进行播放。

MS(MediaSource) 只是一系列视频流的管理工具，它可以将音视频流完整的暴露给 Web 开发者来进行相关的操作和处理。所以，它本身不会造成过度的复杂性。

MS 整个只挂载了 4 个属性，3 个方法和 1 个静态测试方法。

4 个属性：

sourceBuffers: 获得当前创建出来的 SourceBuffer

activeSourceBuffers: 获得当前正处于激活状态的 SourceBuffer

readyState: 返回当前 MS 的状态，比如:closed,open,ended.

duration: 设置当前 MS 的播放时长。

3 个方法：

addSourceBuffer(): 根据给定的 MIME 创建指定类型的 SourceBuffer

removeSourceBuffer(): 将 MS 上指定的 SourceBuffer 移除。

endOfStream(): 直接终止该流

1 个静态测试方法：

isTypeSupported(): 主要用来判断指定的音频的 MIME 是否支持。

最基本的就是使用addSourceBuffer该方法来获得指定的 SourceBuffer。

var sourceBuffer = mediaSource.addSourceBuffer('video/mp4; codecs="avc1.42E01E, mp4a.40.2"');

资料：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/MediaSource

SourceBuffer

SourceBuffer 接口表示通过 MediaSource 对象传递到 HTMLMediaElement 并播放的媒体分块。它可以由一个或者多个媒体片段组成。

一旦利用 MS 创建好 SourceBuffer 之后，后续的工作就是将额外获得的流放进 Buffer 里面进行播放即可。所以，SourceBuffer 提供两个最基本的操作appendBuffer，remove。之后，就可以通过appendBuffer直接将 ArrayBuffer 放进去即可。

其中，SourceBuffer 还提供了一个应急的方法abort()如果该流发生问题的话可以直接将指定的流给废弃掉。

音视频的 ArrayBuffer 通过 MediaSource 和 SourceBuffer 的处理直接将<audio>&&<video>接入。然后，就可以实现正常播放的效果。

资料：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/SourceBuffer

基于flv.js实现H5直播

flv.js 简介

flv.js是来自Bilibli的开源项目。它解析FLV文件传给原生HTML5 Video标签播放音视频数据，使浏览器在不借助Flash的情况下播放FLV成为可能。

flv.js 优势

由于浏览器对原生Video标签采用了硬件加速，性能很好，支持高清。

同时支持录播和直播

去掉对Flash的依赖

flv.js 限制

FLV里所包含的视频编码必须是H.264，音频编码必须是AAC或MP3， IE11和Edge浏览器不支持MP3音频编码，所以FLV里采用的编码最好是H.264+AAC，这个让音视频服务兼容不是问题。

对于录播，依赖原生HTML5 Video标签和 Media Source Extensions API

对于直播，依赖录播所需要的播放技术，同时依赖 HTTP FLV 或者 WebSocket 中的一种协议来传输FLV。其中HTTP FLV需通过流式IO去拉取数据，支持流式IO的有fetch或者stream

由于依赖Media Source Extensions，目前所有iOS和Android4.4.4以下里的浏览器都不支持，也就是说目前对于移动端flv.js是有局限性的。

flv.js 原理

flv.js只做了一件事，在获取到FLV格式的音视频数据后通过原生的JS去解码FLV数据，再通过Media Source Extensions API 传递给原生HTML5 Video标签。(HTML5 原生仅支持播放 mp4/webm 格式，不支持 FLV)

vue + flv.js

//下载flv.js包
npm i flv.js -S
//引入flv.js包
import flv from 'flv.js'
//HTML部分
<video ref="myVideo" autoplay muted controls/>
//script部分
//创建一个Player实例，它接收一个MediaDataSource(必选), 一个Config(可选) flvjs.createPlayer(mediaDataSource: MediaDataSource, config?: Config)
export default {
    data() {
        return {
            player: null,
        }
    },
    created() {
        if (flv.isSupported()) {
            this.player = flv.createPlayer({
                    type: 'flv',
                    isLive: true,
                    url: 'https://api.tjdataspace.com/flv.flv'
                }, {
                    enableWorker: true,
                    enableStashBuffer: false,
                    stashInitialSize: 128,
                }
            );
        }
    },
    mounted() {
        this.player.attachMediaElement(this.$refs.myVideo);
        this.player.load();
        this.player.play();
		
        setInterval(() => {
            if (!this.player.buffered.length) {return;}
            let end = this.player.buffered.end(0);
            let diff = end - this.player.currentTime;
            if (diff >= 1.5) { //延时如果大于1.5秒，就让直播跳到当前时间位置播放
                this.player.currentTime = end - 0.5;
            }
        }, 3 * 60 * 1000);
    },
}

flv.js资料：https://www.npmjs.com/package/flv.js

参考资料：

https://segmentfault.com/a/1190000008916399

https://segmentfault.com/a/1190000010440054

https://blog.csdn.net/An1090239782/article/details/108972491

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47773064

https://juejin.cn/post/6900540290432499725

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原文链接：https://my.oschina.net/u/4090830/blog/5978949

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