在本文中，我們將學習使用FFmpeg進行HLS打包。使用FFmpeg的好處在于：你可以在不離開命令行的情況下，執(zhí)行提取視頻、調(diào)整視頻尺寸、轉(zhuǎn)碼、打包以及傳輸視頻的所有操作。

我們首先看一下為VOD（點播）創(chuàng)建HLS打包的所有步驟，然后再來了解HLS實時流的打包。

如果你想了解HLS播放列表的更多信息，可以訪問我們的m3u8文件合集：https://ottverse.com/free-hls-m3u8-test-urls/，查看使用不同用例的不同廠商的示例。如果你剛剛接觸HLS，請閱讀我們之前的文章：什么是HLS（HTTP Live Streaming）?和 理解ABR及其工作原理。

事不宜遲，讓我們開始吧！

使用FFmpeg進行HLS打包的基礎步驟

好，現(xiàn)在讓我們看下使用HLS打包點播文件的基礎步驟：

1. 從磁盤讀取輸入視頻

2. 將視頻縮放/調(diào)整（scale/resize）為所需的多種分辨率版本

3. 將每個縮放后的視頻轉(zhuǎn)碼到所需碼率

4. 將音頻轉(zhuǎn)碼到所需碼率

5. 將視頻與音頻組合，然后打包每一個音、視頻組合，再創(chuàng)建各TS視頻切片和播放列表（playlist）

6. 創(chuàng)建一個主播放列表（master playlist），用于指向每個變體（variant）

現(xiàn)在，讓我們一步一步來解決。

FFmpeg將視頻調(diào)整為多種分辨率版本

第一步和第二步包括從磁盤中讀取視頻，然后將其調(diào)整為多種分辨率。上述操作僅需一個命令，如下所示：

ffmpeg -i brooklynsfinest_clip_1080p.mp4 -filter_complex "[0:v]split=3[v1][v2][v3];[v1]copy[v1out];[v2]scale=w=1280:h=720[v2out];[v3]scale=w=640:h=360[v3out]"

[0:v]指輸入文件的第一個視頻流。在我們的例子中，只有一個視頻流，它被分成3個輸出[v1]、[v2]、[v3]。它們每一個都作為FFmpeg縮放函數(shù)的輸入，該縮放函數(shù)接受一個高度和寬度數(shù)值用于執(zhí)行縮放。

這里，我們將輸入視頻調(diào)整為1080p、720p和360p。

這里的[v1out]、[v2out]、[v3out]是包含縮放過程的輸出變量。注意，這里我們假設縮放過程會保留長寬比（aspect ratio）。當然，你可以在必要時使用letterboxing來處理。

審校者注：letterboxing是指將以寬銀幕比例拍攝的電影轉(zhuǎn)換到標準寬度的視頻格式時，同時保留電影的原始寬高比，由此產(chǎn)生的視頻圖像上下都有黑條的這個過程；這些黑條是圖像的一部分（即視頻信號的每一幀）。LTBX是其縮寫，標識如此格式化的電影和圖像。這個術語來自于信箱的形狀，信箱是墻壁或門上的一個槽，郵件通過它來傳遞，它是長方形的，寬于它的高度。下圖是一個 2.35:1比例的 widescreen 圖像經(jīng)過letterboxing 處理之后，放在 1.33:1 屏幕上的一個例子。如下：

除此之外，還有pillarboxing和windowboxing等常見轉(zhuǎn)換模式。

將視頻轉(zhuǎn)碼為多種碼率用于HLS打包

接著，我們進入第三步和第四步：我們必須將視頻轉(zhuǎn)碼為多種碼率，正如ABR技術常做的那樣。

記住，我們已經(jīng)將視頻調(diào)整為所需的分辨率并存儲進 [v1out]、[v2out]和[v3out]的輸出。我們將直接使用它們作為轉(zhuǎn)碼步驟的輸入。

-map [v1out] -c0 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b0 5M -maxrate0 5M -minrate0 5M -bufsize0 10M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 -map [v2out] -c1 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b1 3M -maxrate1 3M -minrate1 3M -bufsize1 3M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 -map [v3out] -c2 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b2 1M -maxrate2 1M -minrate2 1M -bufsize2 1M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 -map a:0 -c0 aac -b0 96k -ac 2 -map a:0 -c1 aac -b1 96k -ac 2 -map a:0 -c2 aac -b2 48k -ac 2 

你能發(fā)現(xiàn)這里發(fā)生了什么嗎？我們已將三個變量[v1out]、 [v2out]和[v3out]作為輸入，并使用libx264的slow預設置轉(zhuǎn)碼每個輸入到所需碼率。

注意：你也可以選擇你自己的編碼參數(shù)，并根據(jù)自己的喜好和要求進行修改。在這個示例中，我使用一些簡單的參數(shù)模擬CBR編碼。使用FFmpeg有無數(shù)方法可以轉(zhuǎn)碼你的視頻，你可以在預設置、crf值和CBR設置等不同參數(shù)組合之間任意選擇。

重要的是，我們已經(jīng)將-keyint_min設置為48，它會強制設置關鍵幀出現(xiàn)的周期，這在ABR轉(zhuǎn)碼技術中非常重要。

現(xiàn)在，我們進行到下一個階段：為每一個碼率版本/變體（rendition/variant）創(chuàng)建HLS m3u8播放清單。

使用FFmpeg創(chuàng)建HLS播放清單（m3u8）

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了將視頻轉(zhuǎn)碼為不同碼率變體的命令，讓我們來使用FFmpeg創(chuàng)建HLS點播播放列表。

下面是進行HLS打包所需的重要設置：

• hls_playlist_type=vod: 通過設置該值，F(xiàn)Fmpeg創(chuàng)建了一個點播播放列表，將#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD插入到m3u8頭部中，并強制hls_list_size為0。

• hls_time seconds：我們需要使用它設置目標切片長度（以秒為單位）。

• 默認值為2秒，當2秒過去，切片將在下一個關鍵幀處被切片。

• 之所以要求確保每個比特流變體在每N秒結(jié)束的時候都有一個關鍵幀（這點非常重要），因為ABR要求切片時候的關鍵幀要對齊，這樣才能無縫切換。

• hls_segment_type：這里有兩個值：mpegts或fmp4，用于指定創(chuàng)建TS片段或fmp4（CMAF）片段，這對創(chuàng)建HLS和DASH的單一數(shù)據(jù)流很有用。

• -hls_flags independent_segments：當確保播放列表中所有切片都以一個關鍵幀開始時，將#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS添加到播放列表中。

• hls_segment_filename filename： 用于在打包過程中為所創(chuàng)建的視頻切片命名。

下面是為單一視頻文件創(chuàng)建播放列表的示例：

-f hls -hls_time 2 -hls_playlist_type vod -hls_flags independent_segments -hls_segment_type mpegts -hls_segment_filename stream_%v/data%02d.ts -var_stream_map “v:0,a:0 v:1,a:1 v:2,a:2” stream_%v/stream.m3u8

如果你看到最后一行，你會注意到一個名為var_stream_map的功能選項。它是做什么的？

var_stream_map是一個FFmpeg功能選項，它幫助我們將各種視頻和音頻轉(zhuǎn)碼組合起來，以創(chuàng)建不同的HLS播放列表。如果你有兩個使用相同視頻但不同音頻的碼率版本，那么你可以選擇不同的視頻和音頻版本并將它們連接起來，而不是為了創(chuàng)建不同的播放列表而創(chuàng)建多個編碼。

比如，-var_stream_map "v:0,a:0 v:1,a:0 v:2,a:0"是指由a:0表示的音頻流被用于三種視頻碼率版本（rendition）。

FFmpeg獲取這些音頻和視頻的組合后，創(chuàng)建出名為stream_%v.m3u8的各變體的.m3u8 文件，其中%v 是一個迭代器，它從被打包的視頻流編號獲取對應的值。

使用FFmpeg創(chuàng)建主播放列表（m3u8）

如果你已經(jīng)理解了如何使用FFmpeg創(chuàng)建HLS播放列表，那么使用FFmpeg創(chuàng)建主播放列表對你而言就很簡單了。如果你不知道什么是主播放列表的話，我可以告訴你：主播放列表就是一個文件，它列出了已由HLS打包的各個變體的播放列表。

為了使用FFmpeg創(chuàng)建主播放列表，只需將關鍵詞master_pl_name 添加到你的FFmpeg命令中，并提供你為主播放列表準備的名稱。比如，如果你想稱“主播放列表”為“master.m3u8”，只需寫下如下命令：

-master_pl_name master.m3u8

這就可以了。在FFmpeg執(zhí)行該命令行之后，你將擁有一個HLS主播放列表，其中列出了其他播放列表的名稱。

使用FFmpeg-VOD進行HLS打包的最終腳本

ffmpeg -i brooklynsfinest_clip_1080p.mp4 -filter_complex "[0:v]split=3[v1][v2][v3]; [v1]copy[v1out]; [v2]scale=w=1280:h=720[v2out]; [v3]scale=w=640:h=360[v3out]" -map [v1out] -c0 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b0 5M -maxrate0 5M -minrate0 5M -bufsize0 10M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 -map [v2out] -c1 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b1 3M -maxrate1 3M -minrate1 3M -bufsize1 3M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 -map [v3out] -c2 libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr:force-cfr=1" -b2 1M -maxrate2 1M -minrate2 1M -bufsize2 1M -preset slow -g 48 -sc_threshold 0 -keyint_min 48 -map a:0 -c0 aac -b0 96k -ac 2 -map a:0 -c1 aac -b1 96k -ac 2 -map a:0 -c2 aac -b2 48k -ac 2 -f hls -hls_time 2 -hls_playlist_type vod -hls_flags independent_segments -hls_segment_type mpegts -hls_segment_filename stream_%v/data%02d.ts -master_pl_name master.m3u8 -var_stream_map "v:0,a:0 v:1,a:1 v:2,a:2" stream_%v.m3u8

讓我們看下該腳本的輸出。

它首先生成一個主播放列表，三個文件夾包含獨立的切片，以及三個變體的播放列表。

下面是master.m3u8文件：

#EXTM3U#EXT-X-VERSION:6#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=5605600,RESOLUTION=1920x1080,CODECS="avc1.640032,mp4a.40.2"stream_0.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=3405600,RESOLUTION=1280x720,CODECS="avc1.64001f,mp4a.40.2"stream_1.m3u8
#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=1205600,RESOLUTION=640x360,CODECS="avc1.64001e,mp4a.40.2"stream_2.m3u8

你可以看到，主播放列表引用了分別用于1080p、720p和360p的HLS變體播放列表。

現(xiàn)在，我們來看看1080p HLS變體。它很明確地表明它是一個VOD播放列表，視頻切片都是獨立的，每個切片長度是2秒（按照我們的設置）。

#EXTM3U#EXT-X-VERSION:6#EXT-X-TARGETDURATION:2#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS#EXTINF:2.002000,data00.ts#EXTINF:2.002000,data01.ts#EXTINF:2.002011,data02.ts#EXTINF:2.002000,data03.ts#EXTINF:2.002000,data04.ts#EXTINF:2.002000,data05.ts#EXTINF:2.002000,data06.ts#EXTINF:2.002000,data07.ts#EXTINF:2.002011,data08.ts#EXTINF:2.002000,data09.ts#EXTINF:0.041711,data10.ts#EXT-X-ENDLIST

使用FFmpeg進行HLS直播打包

如果你想通過FFmpeg創(chuàng)建一個直播HLS播放列表，這個過程和我們剛剛講過的VOD步驟區(qū)別不是很大。下面是你需要做出的更改：

1. 刪除-hls_playlist_type vod

2. 添加-hls_list_size ，并將其設置為一個數(shù)字，該數(shù)字表示各個變體播放列表中的切片數(shù)（你希望設置的數(shù)字）。

比如，如果我們將-hls_list_size 設置為2，那么整個播放列表將只包含兩個切片，F(xiàn)Fmpeg將通過添加新的切片及刪除舊切片來重寫這個播放列表。

下面是一個示例：

#EXTM3U#EXT-X-VERSION:6#EXT-X-TARGETDURATION:2#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:1#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS#EXTINF:2.002000,data01.ts#EXTINF:2.002011,data02.ts

幾秒之后，切片data01.ts被刪除，并被切片data03.ts所取代。

#EXTM3U#EXT-X-VERSION:6#EXT-X-TARGETDURATION:2#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:2#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS#EXTINF:2.002011,data02.ts#EXTINF:2.002000,data03.ts

FFmepg中其他有用的HLS打包選項

最后，讓我們來快速瀏覽一些FFmpeg為點播和直播HLS打包所提供的一些其他有趣選項：

1. hls_base_url baseurl:可用于將baseurl表示的值追加到播放列表的每個條目。

2. hls_fmp4_init_filename filename : 設置文件名為分片文件頭文件，默認文件名為init.mp4。當你把片段類型設置為fmp4而非mpegts時，就會用到這個文件。

3. hls_fmp4_init_resend：在m3u8文件每次刷新時，重新發(fā)送init文件，默認為0。

   
   審校者注：當var_stream_map設置為兩個或多個變體流時，文件名模式必須包含字符串"%v"，這個字符串指定變體流索引在生成的init文件名中的位置。這時候可以結(jié)合上面的 hls_fmp4_init_resend 重新發(fā)送init文件。

4. iframes_only : 將#EXT-X-I-FRAMES-ONLY添加到包含視頻切片并只能在 #EXT-X-BYTERANGE 模式下播放I幀的播放列表中。

結(jié)語

現(xiàn)在，我希望你已經(jīng)很好地理解了如何通過FFmpeg來執(zhí)行HLS流媒體協(xié)議轉(zhuǎn)碼和打包。有關使用 FFmpeg 進行 HLS 打包的完整選項列表，請查看 FFmpeg文檔：

https://ffmpeg.org/ffmpeg-formats.html#hls-2。

審核編輯 ：李倩