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Web視頻播放一桿到底

前言

毫無疑問，現(xiàn)在是短視頻、直播的時代。視頻內(nèi)容逐漸代替圖文形式成為網(wǎng)友們獲取新鮮事物以及展現(xiàn)自我的一大媒介。隨著5G的到來，2020年屬于直播短視頻爆發(fā)式增長的一年，電商平臺也都涌入直播營銷的大風(fēng)口，成為了各自平臺引流轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。不管是用戶還是開發(fā)者，我們處于這個風(fēng)口中。本文將帶你探索瀏覽器視頻播放的奧秘。

視頻的構(gòu)成

一個完整可播放的視頻文件是由視頻和音頻兩部分構(gòu)成。視頻和音頻又有各自的封裝格式(容器)和編碼格式。

編碼格式

常見的視頻編碼格式有：MPEG4、H.264、H.265等。

常見的音頻編碼格式有：MP3、AAC、WAV等。

封裝格式

常見的視頻封裝格式有：MP4、FLV、mov、AVI、RMVB等。

先理解幾個名詞

幀

就是影像動畫中的最小單位的影像畫面。一幀就是一張靜止的圖像。視頻中的動畫就是由多幅連續(xù)的幀畫面構(gòu)成。

幀率

幀率是以幀為單位的圖像在顯示器上出現(xiàn)的頻率，也叫幀速率，單位：赫茲(Hz)。簡單理解為每秒播放圖片的數(shù)量。

碼率

碼率是比特率的俗稱，是指每秒傳送的比特數(shù)。

FFmpeg

FFmpeg是可以用來記錄、轉(zhuǎn)換數(shù)字視頻和音頻的一套計算機(jī)程序。FFmpeg是在linux下開發(fā)，所以天生跨平臺。它對音視頻編碼格式的支持比較全面，能對視頻的各個組成部分進(jìn)行編碼。

H264

通常被稱之為H.264/AVC;是由國際標(biāo)準(zhǔn)化阻止和國際電信聯(lián)盟共同提出的繼MPEG4之后的新一代數(shù)字視頻壓縮格式。采用H.264壓縮后的數(shù)據(jù)具有低碼率、高質(zhì)量圖像、容錯能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

MP4

MP4是一中標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字多媒體容器格式;用于音頻、視頻的壓縮編碼，也可以存儲字幕和靜止圖像，同時能以流的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

fMP4(Fragmented MP4)

fMP4是基于MPEG-4 Part 12的流媒體格式，與MP4很相似。簡單來說fMP4區(qū)別與MP4區(qū)別就是它能很好地適應(yīng)流式播放。

瀏覽器播放視頻

video標(biāo)簽播放

在瀏覽器播放視頻，可以使用HTML5原生的video標(biāo)簽。但其播放的格式使用一定限制的，目前video只支持三種格式WebM、Ogg、MP4。

  • WebM：WebM 文件使用 VP8 視頻編解碼器和 Vorbis 音頻編解碼器
  • Ogg ：Ogg 文件使用 Theora 視頻編解碼器和 Vorbis音頻編解碼器
  • MP4：MPEG 4文件使用 H264 視頻編解碼器和AAC音頻編解碼器

上面三種可以直接使用video播放：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 
  
  
  
  
  2. src="http://cloud.video.taobao.com/play/u/755731755/p/1/e/6/t/1/283631891407.mp4" controls
    3. 
  
  
  
  
  3. width="400px" heigt="400px">
    4.

在頁面初始化完成后，video標(biāo)簽會將整個mp4文件下載到瀏覽器，完成后即可播放。但是當(dāng)mp4文件較大時，緩存時間就比較長，播放體驗(yàn)不好。當(dāng)然也可以使用video.js 來播放，這里就不贅述了。

播放HLS流

HLS(HTTP Live Streaming)是一個由Apple公司提出的基于HTTP的流媒體傳輸協(xié)議。視頻的封裝格式是TS，編碼格式是H.264/ACC，除了定義TS視頻文件本身，還定義了用來控制播放的m3u8文本文件。移動端大部分瀏覽器都支持，也就是說，你可以在移動端瀏覽器直接使用vedio標(biāo)簽直接加載一個m3u8文件播放視頻或者直播。但在PC端只支持蘋果的safari瀏覽器，其他瀏覽器想播放需要引入第三方庫，如：hls.js：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 
  
  
  
  
    3. 
  
  
  
  
  3.

播放HLS流的邏輯很簡單，首先根據(jù)提供的m3u8地址源通過HTTP請求獲取到一級index文件內(nèi)容如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #EXTM3U
    2. 
  
  
  
  
  2. #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=64000
    3. 
  
  
  
  
  3. 500kbps.m3u8
    4. 
  
  
  
  
  4. #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=774000
    5. 
  
  
  
  
  5. 1000kbps.m3u8
    6. 
  
  
  
  
  6. #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=887000
    7. 
  
  
  
  
  7. 500kbps.m3u8
    8. 
  
  
  
  
  8. #EXT-X-STREAM-INF:PROGRAM-ID=1,BANDWIDTH=7692000
    9. 
  
  
  
  
  9. 1000kbps.m3u8
    10.

bandwidth 指定視頻流的碼率，每一個 #EXT-X-STEAM-INF 的下一行是二級index文件的路徑，可以是相對路徑或者是絕對路徑。請求到的二級文件內(nèi)容如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #EXTM3U
    2. 
  
  
  
  
  2. #EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD
    3. 
  
  
  
  
  3. #EXT-X-TARGETDURATION:10
    4. 
  
  
  
  
  4. #EXTINF:10,
    5. 
  
  
  
  
  5. 1000kbps-00001.ts
    6. 
  
  
  
  
  6. #EXTINF:10,
    7. 
  
  
  
  
  7. 1000kbps-00002.ts
    8. 
  
  
  
  
  8. #EXTINF:10,
    9. 
  
  
  
  
  9. 1000kbps-00003.ts
    10. 
  
  
  
  
  10. #EXTINF:10,
    11. 
  
  
  
  
  11. 1000kbps-00004.ts
    12. 
  
  
  
  
  12. #EXTINF:10,
    13. 
  
  
  
  
  13. 
  
  
  
  
  14. ... ...
    15. 
  
  
  
  
  15. #EXT-X-ENDLIST
    16.

可以從二級文件中讀取到ts文件的路徑，同樣可以是相對路徑或者絕對路徑。 #EXTINF 表示每個ts切片的時長。 #EXT-X-ENDLIST 是視頻結(jié)束標(biāo)志，如果有這個標(biāo)志也表明該流不是一個直播流。

HLS播放的優(yōu)勢：

  • 可以使用http協(xié)議請求數(shù)據(jù)流
  • 可以切換不同的碼率，實(shí)現(xiàn)無縫播放

劣勢：

  • 延遲較高，實(shí)時性差，一般延遲在10s以上，不適合做直播
  • ts文件切片小且多，對存儲和緩存都有一定的要求

播放FLV流

FLV(Flash Video)是一種網(wǎng)絡(luò)視頻格式，F(xiàn)LV只能基于flash播放，但是由于flash存在很多安全問題已經(jīng)被眾多廠商拋棄，現(xiàn)在我們?nèi)绻贖5中播放flv格式的視頻流可以使用Blibli的開源庫：Flv.js，flv.js原理是解析視頻的flv流并實(shí)時轉(zhuǎn)換為fmp4格式，再通過 Media Source Extension 喂給瀏覽器的 video 標(biāo)簽。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 
  
  
  
  
    3. 
  
  
  
  
  3.

基于Media Source Extensions播放視頻流

我們經(jīng)常在很多直播網(wǎng)站去看視頻，你有沒有注意到他們是用的什么流?我們?nèi)站隨便找一個直播或者視頻打開控制臺查看播放器，你會發(fā)現(xiàn) video 標(biāo)簽的 src 居然是 blob 開頭的一個 url 。在前面講FLV播放時，我們提到了Media Source Extension ，本節(jié)將介紹這種基于MSE的直播方案。

Media Source Extensions 是什么

媒體源擴(kuò)展(Media Source Extensions，縮寫MSE)是一項(xiàng)W3C規(guī)范，MSE允許Javascript為audio標(biāo)簽和video標(biāo)簽動態(tài)地構(gòu)造媒體源。

借助MSE的能力，我們可以將接收到的實(shí)時流通過 blob url 往video標(biāo)簽中灌入二進(jìn)制數(shù)據(jù)(如fmp4格式流)，或者使用 canvas 來實(shí)現(xiàn)直播。

簡單實(shí)現(xiàn)

首先，判斷瀏覽器是否支持MediaSource：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. const supportMediaSource = window.MediaSource &&
    2. 
  
  
  
  
  2.             typeof window.MediaSource.isTypeSupported === 'function' &&
    3. 
  
  
  
  
  3.             window.MediaSource.isTypeSupported('video/mp4; codecs="avc1.42c01f,mp4a.40.2"');
    4.

MediaSource支持情況：

接下來新建 MediaSource 實(shí)例，并使用生成blob url 加到video標(biāo)簽。并且監(jiān)聽 sourceOpen 事件來判斷初始化完成。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. const mediaSource = new MediaSource();
    2. 
  
  
  
  
  2. const video = document.querySelector('#video-box');
    3. 
  
  
  
  
  3. video.src = URL.createObjectURL(mediaSource);
    4. 
  
  
  
  
  4. 
  
  
  
  
  5. mediaSource.addEventListener('sourceopen',function(){
    6. 
  
  
  
  
  6.     // TODO
    7. 
  
  
  
  
  7. })
    8.

接下來我們通過websocket獲取原始視頻流，處理后通過 SourceBuffer 喂給 mediaSource

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. const sourceBuffer = mediaSource.addSourceBuffer('video/mp4; codecs="avc1.42E01E, mp4a.40.2"');
    2. 
  
  
  
  
  2. const ws = new WebSocket("wss://xxx.websocket.com");
    3. 
  
  
  
  
  3. 
  
  
  
  
  4. ws.onopen = function(evt) { 
    5. 
  
  
  
  
  5.   console.log("Connection open ..."); 
    6. 
  
  
  
  
  6.   ws.send("fetch Data");
    7. 
  
  
  
  
  7. };
    8. 
  
  
  
  
  8. 
  
  
  
  
  9. ws.onmessage = function(evt) {
    10. 
  
  
  
  
  10.   // 可以在灌入數(shù)據(jù)前進(jìn)行轉(zhuǎn)碼等操作
    11. 
  
  
  
  
  11.   sourceBuffer.appendBuffer(evt.data);
    12. 
  
  
  
  
  12. };
    13. 
  
  
  
  
  13. 
  
  
  
  
  14. ws.onclose = function(evt) {
    15. 
  
  
  
  
  15.   console.log("Connection closed.");
    16. 
  
  
  
  
  16. };
    17.

通過MSE的方式我們可以將接收到的視頻或者音頻流進(jìn)行端處理，配合WebWorker技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)碼、支持多播，給我們想象空間。

H.265視頻播放

H.265是ITU-T VCEG繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到設(shè)置。

但是由于瀏覽器不支持H265格式的流，所以我們無法直接播放。這時候可以使用MSE的方式在 sourceBuffer.appendBuffer(evt.data) 前將 evt.data 使用 libde265.js 等轉(zhuǎn)碼庫轉(zhuǎn)碼后給到sourceBuffer?；蛘呤褂脴I(yè)界成熟的播放器進(jìn)行播放，如淘系的@ali/videox播放器。

總結(jié)

越來越多的廠商更加偏向于H.265的編碼格式，但是瀏覽器對該格式的支持度不友好的前提下我們不得不進(jìn)行轉(zhuǎn)碼。使用MSE方式在瀏覽器端轉(zhuǎn)碼，則能借助GPU提高效率和降低延遲。但還是無法兼容所有的PC或者移動端瀏覽器，這條路還需要我們?nèi)ダ^續(xù)探索。5G給互聯(lián)網(wǎng)帶來的福利不僅僅是在視頻、直播的爆發(fā)，我相信web端圖像視頻技術(shù)也將突破現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸，WebAssembly、硬件編碼等圖像渲染技術(shù)也將越來越豐富。

參考

https://baike.baidu.com/item/ffmpeg

https://github.com/Bilibili/flv.js/

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


網(wǎng)站題目：Web視頻播放一桿到底
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