多媒体文件格式（三）：M3U8 格式

一、M3U8 格式标准介绍

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。

下面是CCTV6直播播放地址：http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv6hd.m3u8的M3U8的文件列表：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:35232
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXTINF:10.000,
cctv6hd-1549272376000.ts
#EXTINF:10.000,
cctv6hd-1549272386000.ts
#EXTINF:10.000,
cctv6hd-1549272396000.ts
#EXTINF:10.000,
cctv6hd-1549272406000.ts
#EXTINF:10.000,
cctv6hd-1549272416000.ts
#EXTINF:10.000,
cctv6hd-1549272426000.ts

下面我们来分别说明一下相关的几个字段：

• 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10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。

关于客户端播放M3U8的标准还有更多的讲究，下面我们来介绍一些：

1. 分片必须是动态改变的，序列不能相同，并且序列必须是增序的。
2. 当M3U8没有出现EXT-X-ENDLIST标签时，无论这个M3U8列表中有多少分片，播放分片都是从倒数第三片开始播放，如果不满三片则不应该播放。当然如果有些播放器做了特别定制了，则可以不遵照这个原则。
3. 以播放当前分片的duration时间刷新M3U8列表，然后做对应的加载动作。
4. 前一片分片和后一片分片有不连续的时候，播放可能会出错，那么需要X-DISCONTINUTY标签来解决这个错误。
5. 如果播放列表在刷新之后与之前的列表相同，那么在播放当前分片duration一半的时间内在刷新一次。

在上面，我们提到了，一些上面例子没有出现的一些标签字段，下面我们针对一些额外的标签做一些补充说明：

• 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：

1. 1. 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）。
   2. 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）。
   3. 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）。
   4. RESOLUTION：M3U8中视频的宽高信息描述（可选参数）。
   5. FRAME-RATE：子M3U8中的视频帧率（可选参数）。

二、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，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。

三、FFmpeg转HLS文件(M3U8)实战

1. FFmpeg转MP4为HLS(M3U8)文件

将MP4文件转换成HLS(M3U8)命令行：

ffmpeg -re -i 好汉歌.mp4 -c copy -f hls -bsf:v h264_mp4toannexb output.m3u8

可以看到生成的M3U8及相应的ts文件：

查看一下生成的M3U8文件：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:19
#EXTINF:10.000000,
output19.ts
#EXTINF:10.000000,
output20.ts
#EXTINF:9.280000,
output21.ts
#EXTINF:4.120000,
output22.ts
#EXTINF:2.440000,
output23.ts
#EXT-X-ENDLIST

细心的人可能发现一个问题，就是生成的m3u8文件里只有最后的五个片段的信息。这是因为ffmpeg 默认的list size 为5，所以只获得最后的5个片段。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。

下面是优化后的命令行：

ffmpeg -re -i 好汉歌.mp4 -c copy -f hls -hls_list_size 0 -bsf:v h264_mp4toannexb output.m3u8

这时，我们可以看到从output0.ts到output23.ts的文件列表了。

可能有人会发现，无论是优化之前的命令行，还是优化后的命令行都有一个参数-bsf:v h264_mp4toannexb，这个参数的作用是将MP4中的H.264数据转换成为H.264 AnnexB标准的编码，AnnexB标准的编码常见于实时传输流中。如果源文件为FLV、TS等可以作为直播传输流的视频，则不需要这个参数。

下面我们逐一介绍下使用FFmpeg生成HLS时还可以配置的其他参数。

四、FFmpeg 转 HLS (M3U8) 文件命令参数

1. start_number 参数

start_number 参数用于设置M3U8列表中的第一片的序列数。

下面的例子中，我们使用start_number参数设置M3U8中的第一片序列书为100，命令行如下：

ffmpeg -re -i huijia.mp4 -c copy -f hls -start_number 100 -hls_list_size 0 -bsf:v h264_mp4toannexb output.m3u8

输出的M3U8内容如下：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:100
#EXTINF:3.000000,
output100.ts
#EXTINF:3.000000,
output101.ts
#EXTINF:3.000000,
output102.ts
#EXTINF:3.000000,
output103.ts
#EXTINF:3.000000,
output104.ts
#EXTINF:3.000000,
output105.ts
#EXTINF:3.000000,
output106.ts
#EXTINF:1.000000,
output107.ts
#EXT-X-ENDLIST

从输出可以看出，切片的第一片编号是100，上面的命令行参数的-start_number参数已生效。

2. hls_time 参数

hls_time参数用于设置M3U8列表中切片的duration。

下面的例子中，我们使用hls_time参数设置M3U8的TS文件的每一片时长为9秒左右。命令行如下：

ffmpeg -re -i huijia.mp4 -c copy -f hls -hls_time 9 -hls_list_size 0 -bsf:v h264_mp4toannexb output.m3u8 

然后查看输出的M3U8内容如下：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:9
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXTINF:9.000000,
output0.ts
#EXTINF:9.000000,
output1.ts
#EXTINF:4.000000,
output2.ts
#EXT-X-ENDLIST

可以看到TS的文件每一片的时常都是9秒左右，hls_time参数生效。

( 注意：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。

( 注意：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。)

3. hls_list_size 参数

hls_list_size参数用于为M3U8列表中的TS切片的个数。其中设置为0的时候，将包含所有。

这个命令，我们在第3节优化MP4转HLS文件的命令行时使用到了。

下面的例子中，我们使用hls_list_size参数设置只保留2片TS切片。命令行如下：

ffmpeg -re -i huijia.mp4 -c copy -f hls -hls_list_size 2 -bsf:v h264_mp4toannexb output.m3u8 

查看输出的M3U8内容如下：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:6
#EXTINF:3.000000,
output6.ts
#EXTINF:1.000000,
output7.ts
#EXT-X-ENDLIST

从输出的M3U8内容可以看出，在M3U8文件中只保留了2片TS的文件信息，可以看出hls_list_size设置生效了。

4. hls_base_url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，命令行如下：

ffmpeg -re -i huijia.mp4 -c copy -f hls -hls_base_url /Users/renhui/Desktop/test/ -bsf:v h264_mp4toannexb output.m3u8

查看输出的M3U8内容如下：

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:3
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:3
#EXTINF:3.000000,
/Users/renhui/Desktop/test/output3.ts
#EXTINF:3.000000,
/Users/renhui/Desktop/test/output4.ts
#EXTINF:3.000000,
/Users/renhui/Desktop/test/output5.ts
#EXTINF:3.000000,
/Users/renhui/Desktop/test/output6.ts
#EXTINF:1.000000,
/Users/renhui/Desktop/test/output7.ts
#EXT-X-ENDLIST

可以看到，TS的路径变为绝对路径了，使用ffplay output.m3u8播放，看到播放是能够正常播放的。这样就可以说明hls_base_url生效了。