M3U8 格式详解

2019-11-18 本文已影响0人 starmier

1. M3U 协议解析

M3U8文件是指UTF-8编码格式的M3U文件。M3U文件是记录了一个索引纯文本文件，打开它时播放软件并不是播放它，而是根据它的索引找到对应的音视频文件的网络地址进行在线播放。

M3U8是一种常见的流媒体格式，主要以文件列表的形式存在，既支持直播又支持点播，尤其在Android、iOS等平台最为常用。


#EXTM3U

#EXT-X-VERSION:3

#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0

#EXT-X-ALLOW-CACHE:YES

#EXT-X-TARGETDURATION:3

#EXTINF:1.969

https://test.com/test0.ts

#EXTINF:1.972

https://test.com/test1.ts

#EXTINF:1.109

https://test.com/test2.ts

#EXT-X-DISCONTINUITY

#EXTINF:2.969

https://test.com/test3.ts

#EXT-X-ENDLIST

tag说明

下面我们说明一下比较常用和关键的几个字段:
　　• EXTM3U：这个是M3U8文件必须包含的标签，并且必须在文件的第一行，所有的M3U8文件中必须包含这个标签。
　　• EXT-X-VERSION：M3U8文件的版本，常见的是3（目前最高版本应该是7）。
　　•EXT-X-TARGETDURATION：该标签指定了单个媒体文件持续时间的最大值，播放文件列表中的媒体文件在EXTINF标签中定义的持续时间必须小于或者等于该标签指定的持续时间。该标签在播放列表文件中必须出现一次。
　　•EXT-X-MEDIA-SEQUENCE：M3U8直播是的直播切换序列，当播放打开M3U8时，以这个标签的值作为参考，播放对应的序列号的切片。
　　•EXTINF：EXTINF为M3U8列表中每一个分片的duration，如上面例子输出信息中的第一片的duration为2.969秒。在EXTINF标签中，除了duration值，还可以包含可选的描述信息，主要为标注切片信息，使用逗号分隔开。
　　•EXT-X-DISCONTINUITY：需要特别说明的就是这个tag了，表示前一片分片和后一片分片有不连续。
　　•EXT-X-ENDLIST：若出现EXT-X-ENDLIST标签，则表明M3U8文件不会再产生更多的切片，可以理解为该M3U8已停止更新，并且播放分片到这个标签后结束。M3U8不仅仅是可以作为直播，也可以作为点播存在，在M3U8文件中保存所有切片信息最后使用EXT-X-ENDLIST结尾，这个M3U8即为点播M3U8。EXT-X-ENDLIST标签可能会出现在播放列表文件的任何地方，但是不能出现两次或以上。
　　•EXT-X-STREAM-INF：EXT-X-STREAM-INF标签出现在M3U8时，主要是出现在多级M3U8文件中时，例如M3U8中包含子M3U8列表，或者主M3U8中包含多码率M3U8时；该标签后需要跟一些属性，下面就来逐一说明一下这些属性：
BANDWIDTH：BANDWIDTH的值为最高码率值，当播放EXT-X-STREAM-INF下对应的M3U8时占用的最大码率（必要参数）。
AVERAGE-BANDWIDTH：AVERAGE-BANDWIDTH的值为平均码率值，当播放EXT-X-STREAM-INF下对应的M3U8时占用的平均码率。（可选参数）。
CODECS：CODECS的值用于声明EXT-X-STREAM-INF下面对应M3U8里面的音视频编码、视频编码的信息（可选参数）。
RESOLUTION：M3U8中视频的宽高信息描述（可选参数）。
FRAME-RATE：子M3U8中的视频帧率（可选参数）。
　　•#EXT-X-KEY:表示怎么对media segments进行解码。其作用范围是下次该tag出现前的所有media URI，格式如下：
#EXT-X-KEY:<attribute-list>：NONE 或者 AES-128。如果是NONE，则URI以及IV属性必须不存在，如果是AES-128(Advanced EncryptionStandard)，则URI必须存在，IV可以不存在。
对于AES-128的情况，keytag和URI属性共同表示了一个key文件，通过URI可以获得这个key，如果没有 IV（Initialization Vector）,则使用序列号作为IV进行编解码，将序列号的高位赋到16个字节的buffer中，左边补0；如果有IV，则将改值当成16个字节的16进制数。
　　•#EXT-X-PROGRAM-DATE-TIME：将一个绝对时间或是日期和一个媒体段中的第一个sample相关联，只对下一个meida URI有效，格式如下：
#EXT-X-PROGRAM-DATE-TIME:<YYYY-MM-DDThh:mm:ssZ>
For example:
#EXT-X-PROGRAM-DATE-TIME:2010-02-19T14:54:23.031+08:00
　　•#EXT-X-ALLOW-CACHE：是否允许做cache，这个可以在PlayList文件中任意地方出现，并且最多出现一次，作用效果是所有的媒体段。格式如下：
#EXT-X-ALLOW-CACHE:<YES|NO>
　　•#EXT-X-PLAYLIST-TYPE：提供关于PlayList的可变性的信息，这个对整个PlayList文件有效，是可选的，格式如下：
#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:<EVENT|VOD> ：如果是VOD，则服务器不能改变PlayList 文件；如果是EVENT，则
服务器不能改变或是删除PlayList文件中的任何部分，但是可以向该文件中增加新的一行内容。

2. HLS 与 M3U8

HLS（全称：Http Live Streaming）是由Apple公司定义的用于实时流传输的协议，HLS基于HTTP协议实现，传输内容包括两部分，一是M3U8描述文件，二是TS媒体文件。

HLS的优势为：自适应码率流播（adaptive streaming）。效果就是客户端会根据网络状况自动选择不同码率的视频流，条件允许的情况下使用高码率，网络繁忙的时候使用低码率，并且能够自动在二者之间随意切换。这对移动设备网络状况不稳定的情况下保障流畅播放非常有帮助。实现方法是服务器端提供多码率视频流，并且在列表文件中注明，播放器根据播放进度和下载速度进行自动调整。

为什么要用 TS 而不是 MP4？这是因为两个 TS 片段可以无缝拼接独立解码，播放器能连续播放，而 MP4 文件由于编码方式的原因，两段 MP4 不能无缝拼接，播放器连续播放两个 MP4 文件会出现破音和画面间断，影响用户体验。而且如果要在一段长达一小时的视频中跳转，如果使用单个 MP4 格式的视频文件，并且也是用 HTTP 协议，那么需要代理服务器支持 HTTP range request 获取大文件中的一部分。这样的话，对于代理服务器的性能来说要求较高。而 HTTP Live Streaming 则只需要根据列表文件中的时间轴找出对应的 TS 片段下载即可，不需要 range request，对代理服务器的要求小很多。所有代理服务器都支持小文件的高效缓存。

mp4格式转换为ts格式

如果是mp4格式，则可以通过ffmpeg转换为ts格式，命令如下所示：


ffmpeg -i output20.mp4 -codec copy  -hls_list_size 0  -hls_wrap 0 -strict -2  -vbsf h264_mp4toannexb -absf aac_adtstoasc -f hls -hls_base_url https://test.com/ test.m3u8

命令参数说明:
　　• -hls_time n: 设置每片的长度，默认值为2。单位为秒。即EXTINF tag对应的值。hls_time设置后效果不一定准确，会受到关键帧大小及其他因素影响。如果需要相对非常准确的切片，可以添加hls_flags的子参数split_by_time来保证生成的切片能够与hls_time设置的切片时长差不多。split_by_time参数必须与hls_time配合使用，并且使用split_by_time参数有可能会影响首画面体验，例如花屏或者首画面显示慢的问题，因为视频的第一帧不一定是关键帧。
　　• -hls_list_size n:设置播放列表保存的最多条目，设置为0会保存有所片信息，默认值为5。为了解决这个问题，需要指定参数-hls_list_size 0，这样就能包含所有的片段。
　　• -hls_wrap n:设置多少片之后开始覆盖，如果设置为0则不会覆盖，默认值为0.这个选项能够避免在磁盘上存储过多的片，而且能够限制写入磁盘的最多的片的数量。
　　• -hls_start_number n:设置播放列表中sequence number的值为number，默认值为0。注意：播放列表的sequence number 对每个segment来说都必须是唯一的，而且它不能和片的文件名（当使用wrap选项时，文件名有可能会重复使用）混淆。
　　•h264_mp4toannexb： h264有两种封装，一种是annexb模式，传统模式，有startcode，SPS和PPS是在ES中，vlc里打开编码器信息中显示h264；一种是mp4模式，一般mp4 ，mkv会有，没有startcode，SPS和PPS以及其它信息被封装在container中，每一个frame前面是这个frame的长度,vlc里打开编码器信息中显示avc1。很多解码器只支持annexb这种模式，因此需要将mp4做转换。
　　•aac_adtstoasc：将AAC编码器编码后的原始码流（ADTS头 + ES流）封装为MP4或者FLV或者MOV等格式时，需要先将ADTS头转换为MPEG-4 AudioSpecficConfig （将音频相关编解码参数提取出来），并将原始码流中的ADTS头去掉（只剩下ES流）；相反，从MP4或者FLV或者MOV等格式文件中解封装出AAC码流（只有ES流）时，需要在解析出的AAC码流前添加ADTS头（含音频相关编解码参数）。
　　•hls_base_url 参数用于为M3U8列表的文件路径设置前置基本路径参数，因为在FFmpeg中生成M3U8时写入的TS切片路径默认为M3U8生成的路径相同，但是实际上TS所存储的路径既可以为本地绝对路径，也可以为相对路径，还可以为网络路径，因此使用hls_base_url参数可以达到该效果。

ts格式拼接命令


ffmpeg -i 1.mp4 -vcodec copy -acodec copy -vbsf h264_mp4toannexb 1.ts
ffmpeg -i 2.mp4 -vcodec copy -acodec copy -vbsf h264_mp4toannexb 2.ts
ffmpeg -i "concat:1.ts|2.ts" -acodec copy -vcodec copy -absf aac_adtstoasc output.mp4