基於 Nginx 和 FFmpeg 搭建流媒體服務器

什么是流媒體

流媒體就是將視頻文件分成許多小塊兒，將這些小塊兒作為數據包通過網絡發送出去，實現一邊傳輸視頻數據 包一邊觀看視頻。

什么是流式傳輸

客戶端通過鏈接視頻服務器實時傳輸音、視頻信息，實現“邊下載邊播放”。

• 順序流式傳輸
  即順序下載音、視頻文件，可以實現邊下載邊播放，不過，用戶只能觀看已下載的視頻內容，無法快進到未下載的視頻部分，順序流式傳輸可以使用Http服務器來實現，比如Nginx、Apache等。

• 實時流式傳輸
  實時流式傳輸可以解決順序流式傳輸無法快進的問題，它與Http流式傳輸不同，它必須使用流媒體服務器並 且使用流媒體協議來傳輸視頻，它比Http流式傳輸復雜。常見的實時流式傳輸協議有RTSP、RTMP、RSVP 等。

業務流程

1.將原始的視頻文件通過編碼器轉換為適合網絡傳輸的流格式，編碼后的視頻直接輸送給媒體服務器

2.媒體服務獲取到編碼好的視頻文件，對外提供流媒體數據傳輸接口，接口協議包括 ：HTTP、RTSP、 RTMP等

3.播放器通過流媒體協議與媒體服務器通信，獲取視頻數據，播放視頻

視頻點播方案

• 方案1
  播放器通過 http協議從http服務器上下載視頻文件進行播放
  問題: 「必須等到視頻下載完才可以播放」，不支持快進到某個時間點進行播放

• 方案2
  播放器通過rtmp協議連接媒體服務器以實時流方式播放視頻
  問題: 使用rtmp協議需要架設媒體服務器，「造價高」，對於直播多采用此方案

• 方案3
  播放器使用HLS協議連接http服務器（Nginx、Apache等）實現近實時流方式播放視頻
  「HLS協議」：基於Http協議，視頻封裝格式為ts，視頻的編碼格式為H264,音頻編碼格式為MP3、AAC或者AC- 3。
  采用HLS方案可以實現邊下載邊播放，並且不用使用rtmp流媒體協議，不用構建專門的媒體服務器，節省成本
  「所以我們這里選擇方案3」

什么是HLS

HLS (HTTP Live Streaming)是Apple的動態碼率自適應技術。主要用於PC和Apple終端的音視頻服務。包括一個m3u(8)的索引文件，TS媒體分片文件和key加密串文件。

iOS、Android設備、及各大瀏覽器都支持HLS協議。

• HLS的工作方式
  將視頻拆分成若干ts格式的小文件，通過m3u8格式的索引文件對這些ts小文件建立索引。一般 10秒一個ts文件，播放器連接m3u8文件播放，當快進時通過m3u8即可找到對應的索引文件，並去下載對應的ts文 件，從而實現快進、快退以近實時 的方式播放視頻。

• HLS視頻編碼
  將視頻編碼成HLS格式，最終會輸出兩類文件，m3u8文件和ts文件

• 視頻播放
  1.客戶端先下載m3u8文件
  2.根據m3u8文件列表下載ts文件
  3.客戶端播放ts文件

什么是視頻編碼

所謂視頻編碼方式就是指通過壓縮技術，將原始視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件的方式。

• 文件格式
  指.mp4、.avi、.rmvb等 這些不同擴展名的視頻文件的文件格式。

• 編碼格式
  通過音視頻的壓縮技術，將視頻格式轉換成另一種視頻格式，通過視頻編碼實現流媒體的傳輸。比如：一個.avi的視頻文件原來的編碼是a，通過編碼后編碼格式變為b，音頻原來為c，通過編碼后變為d。

• 常見音視頻編碼格式

MPEG系列 （由ISO[國際標准組織機構]下屬的MPEG[運動圖象專家組]開發 ）視頻編碼方面主要是Mpeg1（vcd用 的就是它）、Mpeg2（DVD使用）、Mpeg4（的DVDRIP使用的都是它的變種，如：sectionx，xvid等）、Mpeg4 AVC（正熱門）；

音頻編碼方面主要是MPEG Audio Layer 1/2、MPEG Audio Layer 3（大名鼎鼎的mp3）、 MPEG-2 AAC 、MPEG-4 AAC等等。注意：DVD音頻沒有采用Mpeg的。

H.26X系列 （由ITU[國際電傳視訊聯盟]主導，側重網絡傳輸，注意：只是視頻編碼） 包括H.261、H.262、 H.263、H.263+、H.263++、H.264（就是MPEG4 AVC-合作的結晶）

目前最常用的編碼標准是視頻H.264，音頻AAC。

FFmpeg

FFmpeg是一套可以用來記錄、轉換數字音頻、視頻，並能將其轉化為流的開源計算機程序。采用LGPL或GPL許可證。

它提供了錄制、轉換以及流化音視頻的完整解決方案。它包含了非常先進的音頻/視頻編解碼庫libavcodec，為了保證高可移植性和編解碼質量，libavcodec里很多code都是從頭開發的。

FFmpeg在Linux平台下開發，但它同樣也可以在其它操作系統環境中編譯運行，包括Windows、Mac OS X等。這個項目最早由Fabrice Bellard發起，2004年至2015年間由Michael Niedermayer主要負責維護。

許多FFmpeg的開發人員都來自MPlayer項目，而且當前FFmpeg也是放在MPlayer項目組的服務器上。項目的名稱來自MPEG視頻編碼標准，前面的"FF"代表"Fast Forward"

FFmpeg被許多開源項目采用，QQ影音、暴風影音等。

• Linux下安裝ffmpeg

# 1.安裝ffmpeg時需要提前安裝yasm插件
wget http://www.tortall.net/projects/yasm/releases/yasm-1.3.0.tar.gz
tar -xvf yasm-1.3.0.tar.gz
cd yasm-1.3.0/
./configure && make && make install
# 2.安裝ffmpeg
wget http://www.ffmpeg.org/releases/ffmpeg-3.4.tar.gz
tar -xvf ffmpeg-3.4.tar.gz
cd ffmpeg-3.4/
./configure && make && make install
# 3.查看版本號
[root@centos7-app ffmpeg-3.4]# ffmpeg -version
ffmpeg version 3.4 Copyright (c) 2000-2017 the FFmpeg developers
built with gcc 4.8.5 (GCC) 20150623 (Red Hat 4.8.5-28)
configuration: 
libavutil      55. 78.100 / 55. 78.100
libavcodec     57.107.100 / 57.107.100
libavformat    57. 83.100 / 57. 83.100
libavdevice    57. 10.100 / 57. 10.100
libavfilter     6.107.100 /  6.107.100
libswscale      4.  8.100 /  4.  8.100
libswresample   2.  9.100 /  2.  9.100

• windows下環境搭建

1.下載FFmpeg
FFmpeg下載地址

FFmpeg下載

2. 配置環境變量
   把解壓后的軟件路徑E:\soft\ffmpeg-20191029-d3dee67-win64-static\bin加到環境變量

3. 是否安裝成功

C:\Users\Administrator>ffmpeg -version
ffmpeg version git-2019-10-29-d3dee67 Copyright (c) 2000-2019 the FFmpeg developers
built with gcc 9.2.1 (GCC) 20191010
configuration: --enable-gpl --enable-version3 --enable-sdl2 --enable-fontconfig --enable-gnutls --enable-iconv --enable-libass --enable-libdav1d --enable-libbluray --enable-libfreetype --enable-libmp3lame --enable-libopencore-amrnb --enable-libopencore-amrwb --enable-libopenjpeg --enable-libopus --e
nable-libshine --enable-libsnappy --enable-libsoxr --enable-libtheora --enable-libtwolame --enable-libvpx --enable-libwavpack --enable-libwebp --enable-libx264 --enable-libx265 --enable-libxml2 --enable-libzimg --enable-lzma --enable-zlib --enable-gmp --enable-libvidstab --enable-libvorbis --enable-
libvo-amrwbenc --enable-libmysofa --enable-libspeex --enable-libxvid --enable-libaom --enable-libmfx --enable-ffnvcodec --enable-cuvid --enable-d3d11va --enable-nvenc --enable-nvdec --enable-dxva2 --enable-avisynth --enable-libopenmpt --enable-amf
libavutil      56. 35.101 / 56. 35.101
libavcodec     58. 60.100 / 58. 60.100
libavformat    58. 33.100 / 58. 33.100
libavdevice    58.  9.100 / 58.  9.100
libavfilter     7. 66.100 /  7. 66.100
libswscale      5.  6.100 /  5.  6.100
libswresample   3.  6.100 /  3.  6.100
libpostproc    55.  6.100 / 55.  6.100

• 把avi格式轉為mp4

ffmpeg -i test.avi -c:v libx264 -s 1280x720 -pix_fmt yuv420p -b:a 63k -b:v 753k -r 18 .\test.mp4

-c:v 視頻編碼為x264 ，x264編碼是H264的一種開源編碼格式。
-s 設置分辨率 
-pix_fmt yuv420p：設置像素采樣方式，主流的采樣方式有三種，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0，它的作用是 根據采樣方式來從碼流中還原每個像素點的YUV（亮度信息與色彩信息）值。
-b 設置碼率，-b:a和-b:v分別表示音頻的碼率和視頻的碼率，-b表示音頻加視頻的總碼率。碼率對一個視頻質量有 很大的作用，后邊會介紹。
 -r：幀率，表示每秒更新圖像畫面的次數，通常大於24肉眼就沒有連貫與停頓的感覺了。

# 碼率
碼率又叫比特率即每秒傳輸的bit數，單位為bps(Bit Per Second)，碼率越大傳送數據的速度越快。
碼率的計算公式是：文件大小（轉成bit）/ 時長（秒）/1024 = kbps 即每秒傳輸千位數
例如一個1M的視頻，它的時長是10s，它的碼率等於
1*1024*1024*8/10/1024 = 819Kbps

• mp4生成m3u8

# 將test.mp4視頻文件按每10秒生成一個ts文件，最后生成一個m3u8文件，m3u8文件就是ts的索引文件
ffmpeg ‐i test.mp4 ‐hls_time 10 ‐hls_list_size 0 ‐hls_segment_filename ./hls/test_%05d.ts ./hls/test.m3u8

-hls_time 設置每片的長度，單位為秒 
-hls_list_size n: 保存的分片的數量，設置為0表示保存所有分片 
-hls_segment_filename ：段文件的名稱，%05d表示5位數字

播放器選擇

視頻編碼后要使用播放器對其進行解碼、播放視頻內容。在web應用中常用的播放器有flash播放器、H5播放器或 瀏覽器插件播放器，其中以flash和H5播放器最常見。

flash播放器：缺點是需要在客戶機安裝Adobe Flash Player播放器，優點是flash播放器已經很成熟了，並且瀏覽 器對flash支持也很好。

H5播放器：基於h5自帶video標簽進行構建，優點是大部分瀏覽器支持H5，不用再安裝第三方的flash播放器，並且隨着前端技術的發展，h5技術會越來越成熟。

這里我們采用H5播放器，使用Video.js開源播放器。

Video.js：https://github.com/videojs/video.js
videojs-contrib-hls：https://github.com/videojs/videojs-contrib-hls#installation （videojs-contrib-hls是播放hls的一個插件） 使用文檔：http://docs.videojs.com/tutorial-videojs_.html

我們這里使用 video.js 6.7.3 版本，videojs-contrib-hls 5.14.1版本。

搭建媒體服務器

HLS協議是基於Http協議的，我們這里使用Nginx作為視頻服務器。

• nginx.conf

# nginx.conf
server { 
    listen 80; 
    server_name localhost; 
    #視頻目錄 
    location /{ 
        root   /usr/share/nginx/html;  # 項目路徑
        index  index.html index.htm;
    } 
}

• 測試代碼

./html/
├── index.html
├── video
│   ├── test_00000.ts
│   ├── test_00001.ts
│   ├── test_00002.ts
│   ├── test_00003.ts
│   ├── test_00004.ts
│   ├── test_00005.ts
│   ├── test_00006.ts
│   ├── test_00007.ts
│   ├── test_00008.ts
│   ├── test_00009.ts
│   ├── test_00010.ts
│   └── test.m3u8
└── videojs
    ├── video.js
    ├── videojs-contrib-hls.js
    └── video-js.css

# index.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=utf-8" />
    <title>視頻播放</title>
    <link href="./videojs/video-js.css" rel="stylesheet">
</head>
<body>

<video 
    id=example-video 
    width=800 height=600 
    class="video-js vjs-default-skin vjs-big-play-centered" 
    controls 
    poster="http://192.168.5.134/video/add.jpg">
    <source src="http://192.168.5.134/video/test.m3u8" type="application/x-mpegURL">
</video>

<input type="button" onClick="resetVideo()" value="switch"/>

<script src="./videojs/video.js"></script>
<script src="./videojs/videojs-contrib-hls.js"></script>
<script>
    var player = videojs('example-video');
    //player.play();

    function resetVideo(){
        player.src({
            src: 'http://192.168.5.134/video/test.m3u8',
            type: 'application/x-mpegURL',
            withCredentials: true
        });
        player.play();
    }
</script>
</body>
</html>

• 測試

http://192.168.5.134

作者：iDevOps

來源：https://www.jianshu.com/p/b1680d3ecd4f