[時間：2018-04] [狀態：Open]
[關鍵詞：流媒體，stream，HLS, ffmpeg,live,直播，點播, nginx, ssegment]
0 引言
本文作為HLS綜述的后續文章。
主要目的是使用ffmpeg搭建一個簡單的HLS點播及直播系統。使用nginx作為HTTP服務器。
HLS不管點播還是直播，都是基於HTTP的文件分發系統，所以本文的基本思路是：
- 使用nginx搭建HTTP服務器
- 使用ffmpeg實現ts文件的分片，並生成m3u8
- ffmpeg使用本地文件模擬HLS直播
- 支持多碼率HLS生成
1 基於nginx的網絡服務器搭建
伴隨着大數據、雲計算與雲服務的興起，nginx作為一款輕量級、高性能的web服務器，得到廣泛的應用，其特點是占用內存小、並發能力強。目前國內的BAT基本上都在使用nginx。（如果你對nginx一無所知，不妨找找資料簡單了解下）
言歸正傳，這里我們要是會用nginx搭建web服務器。先說明下我的系統環境：Ubuntu 15.04 （帶有各種開發環境）
1.1 安裝nginx
之前諸多網絡資料中介紹的nginx安裝都是從源碼編譯而來，但從目前的nginx開源環境來看，如果不修改相關代碼，可以直接下載[nginx官網]((http://nginx.org)所提供的編譯后的可執行文件。（如果你想從源碼編譯nginx，官網也有提供對應的文檔）
我這里安裝nginx比較簡單，直接通過apt-get安裝，命令如下：
sudo apt-get install nginx
就跟ubuntu上正常安裝一個軟件一樣。
安裝之后的nginx版本如下：
獲取：2 http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ precise-updates/universe nginx-common all 1.1.19-1ubuntu0.8 [17.1 kB]
獲取：3 http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ precise-updates/universe nginx-full amd64 1.1.19-1ubuntu0.8 [379 kB]
獲取：4 http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ precise-updates/universe nginx all 1.1.19-1ubuntu0.8 [5,812 B]
1.2 nginx啟動及關閉
啟動nginx很簡單，直接使用以下命令即可：（nginx安裝之后運行，需要權限較高，簡單期間這里直接使用管理員啟動，實際使用不建議這么做）
sudo nginx
啟動之后你就可以通過ps aux | grep nginx檢索到，我的主機上輸出結果如下：
$ ps aux | grep nginx
root 14443 0.0 0.0 100240 3012 ? Ss 14:49 0:00 nginx: master process nginx
www-data 14444 0.0 0.0 100544 3780 ? S 14:49 0:00 nginx: worker process
www-data 14445 0.0 0.0 100544 3780 ? S 14:49 0:00 nginx: worker process
www-data 14446 0.0 0.0 100544 3780 ? S 14:49 0:00 nginx: worker process
www-data 14447 0.0 0.0 100544 3780 ? S 14:49 0:00 nginx: worker process
nginx啟動成功之后，可以在瀏覽器中輸入本機IP，就可以看到"Welcome to nginx!"的頁面顯示。
nginx退出可以使用nginx -s stop(強制退出，相當於直接殺進程)或nginx -s quit（優雅關閉，推薦使用）。
在修改nginx配置文件之后，可以通過nginx -s reload重新加載配置，無需重啟。
1.3 配置nginx以支持html文件發布
nginx配置文件位於/etc/nginx目錄下，日志文件位於/var/log/nginx下。下面是nginx配置文件的目錄構成：
$ ls
conf.d koi-utf mime.types naxsi.rules proxy_params sites-available uwsgi_params
fastcgi_params koi-win naxsi_core.rules nginx.conf scgi_params sites-enabled win-utf
其中最主要的nginx.conf和sites-enabled/default兩個文件。我們需要修改后者以保證網絡可以訪問指定目錄下資源。
比如我們創建一個hls目錄，放到/data/目錄下，並在hls目錄中創建一個名為index.html的文件，你可以在其中添加任何想添加的資源。要通過網絡訪問hls目錄需要在sites-enabled/default中添加如下修改：
location /hls/ {
#alias /data/hls/;
root /data;
}
如果你對nginx配置文件語法感興趣，建議參考官網中的用戶手冊。
修改完成之后重啟nginx或者重新加載下nginx配置文件，就可以通過瀏覽器訪問了，網址為: http://localhost/hls/index.html
到此我們基於nginx的網絡服務器搭建完成，可以對外提供網絡服務了。
1.4 參考資料
2. 使用ffmpeg實現文件的分片，並生成m3u8
2.1 准備工作
你需要下載或者編譯一個可以在你系統運行的ffmpeg，自己編譯的話請確保所有關於HLS的部分是使能的。
我是通過 https://johnvansickle.com/ffmpeg 網站下載的ubuntu下可運行的ffmpeg。
2.2 ffmpeg對文件分片①
這里使用直播中比較常用的hls_muxer對本地文件進行分片，其命令格式如下：
./ffmpeg -i s1080p.mp4 -c:v copy -c:a copy -f hls -hls_time 10 -hls_playlist_type vod high.m3u8
這里hls_time表示分片長度為10s，high.m3u8是最后輸出的m3u8文件，同時這里設置了HLS類型為VOD。
成功運行之后，就可以通過 http://localhost/hls/high.m3u8 訪問了。
關於ffmpeg的HLS demuxer更多參數介紹，請參考hls-doc。
2.3 ffmpeg對文件分片②
ffmpeg還提供了segment_demuxer，提供了更通用的分片機制及參數。
實現跟2.2同樣的本地文件分片，可以使用下面命令：
./ffmpeg -i s1080p.mp4 -c:v copy -c:a copy -f ssegment -segment_format mpegts -segment_list shigh.m3u8 -segment_time 10 shigh%d.ts
segment_format表示輸出格式，這里設置為mpegts；segment_list表示輸出切片之后的文件列表；segment_time表示切片長度，最后一個字符串給定輸出文件名的格式。
關於ffmpeg的segment demuxer更多參數介紹，請參考segment-doc
2.4 參考資料
3. ffmpeg使用本地文件模擬HLS直播
既然點播實現了，直播就相對簡單了，你可以直接換個直播源就實現了轉播，輸出還是直播。當然你也可以從攝像頭讀取數據編碼輸出，也可以使用本地文件模擬直播（類似循環播放）。本文件使用最簡單的本地文件模擬直播。（對於其他情況，ffmpeg直接支持各種設備和協議，換個-i參數即可。）
對於直播的情況，一般使用hls muxer。其命令格式如下：
./ffmpeg -re -i s1080p.mp4 -c:v libx264 -s 720x576 -c:a copy -f hls -hls_time 10 live.m3u8
hls muxer默認的是輸出類型是直播的，所有這里去掉了設置hls_playlist_type的選項；由於我的主機性能一般，這里就不直接轉碼1080p的，將輸出分辨率設置為720x576。
模擬直播最主要的參數是ffmpeg提供的re，這個參數的意思是按照實際幀率讀取輸入文件，多數用於模擬直播設備的輸入的情況下。
更多信息建議參考ffmpeg-StreamingGuide
4. 支持多碼率HLS生成
對於點播而言，當然可以通過獨立的m3u8，然后自己編寫一個master playlist來實現類似HLS多碼率的效果。但是ffmpeg是否有提供類似一次性生成master playlist的機制呢？（畢竟能少一步是一步，提供效率是主要的。）
沒找到網上相關的資料，那就直接看ffmpeg官網的HLS文檔吧。各種命令嘗試了下，最終驗證可實現的命令行如下：
./ffmpeg -i s1080p.mp4 -c:v:0 copy -c:v:1 libx264 -s 640x320 -c:a:0 copy -b:a:1 32k \
-map 0:v -map 0:a -map 0:v -map 0:a -f hls -var_stream_map "v:0,a:0 v:1,a:1" 、
-hls_time 10 -hls_playlist_type vod -master_pl_name master.m3u8 out%v/out.m3u8`
這里多了幾個特殊hls參數。master_pl_name用於指定輸出的master playlist文件名；var_stream_map用於指定variant list中包含的節目信息，其中以空格分隔，比如上面的參數表示：variant#0中包含原始的1080p視頻和音頻，variant#1包含640x320的視頻和32k的音頻。
這個命令輸出的master.m3u8格式如下：
#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=1029895,RESOLUTION=1920x1080
out0/out.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=35200,RESOLUTION=640x320,CODECS="avc1.64001e,mp4a.40.2"
out1/out.m3u8
所生成的ts文件分別位於out0和out1目錄下。
要是需要多碼率直播，請參考2.2節和3小節的介紹
5. 小結
本文首先介紹了如何安裝配置nginx，這樣就可以實現http服務器，並在此基礎上使用ffmpeg實現HLS點播/直播的處理，最后給出了ffmpeg命令以實現一條語句生成HLS所需的master playlist。
總體來說，做完這些讓我對HLS系統環境搭建有了大體上的認識，僅作記錄，以供后續參考。