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[视频播放] HLS协议之M3U8、TS流详解
本文转载自：《hls之m3u8、ts流格式详解》
HLS，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。
1、M3U8文件
用文本方式对媒体文件进行描述，由一系列标签组成。
#EXTM3U
#EXT-X-TARGETDURATION:5
#EXTINF:5,
./0.ts
#EXTINF:5,
./1.ts
#EXTM3U：每个M3U8文件第一行必须是这个tag。
#EXT-X-TARGETDURATION：指定最大的媒体段时间长度（秒），#EXTINF中指定的时间长度必须小于或等于这个最大值。该值只能出现一次。
#EXTINF：描述单个媒体文件的长度。后面为媒体文件，如./0.ts
2、ts文件
ts文件为传输流文件，视频编码主要格式h264/mpeg4，音频为acc/MP3。
ts文件分为三层：ts层Transport Stream、pes层 Packet Elemental Stream、es层 Elementary Stream. es层就是音视频数据，pes层是在音视频数据上加了时间戳等对数据帧的说明信息，ts层就是在pes层加入数据流的识别和传输必须的信息。
注： 详解如下
（1）ts层 ts包大小固定为188字节，ts层分为三个部分：ts header、adaptation field、payload。ts header固定4个字节；adaptation field可能存在也可能不存在，主要作用是给不足188字节的数据做填充；payload是pes数据。
ts header
| sync_byte | 8b | 同步字节，固定为0x47 |
| transport_error_indicator | 1b | 传输错误指示符，表明在ts头的adapt域后由一个无用字节，通常都为0，这个字节算在adapt域长度内 |
| payload_unit_start_indicator | 1b | 负载单元起始标示符，一个完整的数据包开始时标记为1 |
| transport_priority | 1b | 传输优先级，0为低优先级，1为高优先级，通常取0 |
| pid | 13b | pid值 |
| transport_scrambling_control | 2b | 传输加扰控制，00表示未加密 |
| adaptation_field_control | 2b | 是否包含自适应区，‘00’保留；‘01’为无自适应域，仅含有效负载；‘10’为仅含自适应域，无有效负载；‘11’为同时带有自适应域和有效负载。 |
| continuity_counter | 4b | 递增计数器，从0-f，起始值不一定取0，但必须是连续的 |
ts层的内容是通过PID值来标识的，主要内容包括：PAT表、PMT表、音频流、视频流。解析ts流要先找到PAT表，只要找到PAT就可以找到PMT，然后就可以找到音视频流了。PAT表的PID值固定为0。PAT表和PMT表需要定期插入ts流，因为用户随时可能加入ts流，这个间隔比较小，通常每隔几个视频帧就要加入PAT和PMT。PAT和PMT表是必须的，还可以加入其它表如SDT（业务描述表）等，不过hls流只要有PAT和PMT就可以播放了。
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PAT表：他主要的作用就是指明了PMT表的PID值。
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PMT表：他主要的作用就是指明了音视频流的PID值。
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音频流/视频流：承载音视频内容。
adaption
| adaptation_field_length | 1B | 自适应域长度，后面的字节数 |
| flag | 1B | 取0x50表示包含PCR或0x40表示不包含PCR |
| PCR | 5B | Program Clock Reference，节目时钟参考，用于恢复出与编码端一致的系统时序时钟STC（System Time Clock）。 |
| stuffing_bytes | xB | 填充字节，取值0xff |
自适应区的长度要包含传输错误指示符标识的一个字节。pcr是节目时钟参考，pcr、dts、pts都是对同一个系统时钟的采样值，pcr是递增的，因此可以将其设置为dts值，音频数据不需要pcr。如果没有字段，ipad是可以播放的，但vlc无法播放。打包ts流时PAT和PMT表是没有adaptation field的，不够的长度直接补0xff即可。视频流和音频流都需要加adaptation field，通常加在一个帧的第一个ts包和最后一个ts包里，中间的ts包不加。
PAT格式
| table_id | 8b | PAT表固定为0x00 |
| section_syntax_indicator | 1b | 固定为1 |
| zero | 1b | 固定为0 |
| reserved | 2b | 固定为11 |
| section_length | 12b | 后面数据的长度 |
| transport_stream_id | 16b | 传输流ID，固定为0x0001 |
| reserved | 2b | 固定为11 |
| version_number | 5b | 版本号，固定为00000，如果PAT有变化则版本号加1 |
| current_next_indicator | 1b | 固定为1，表示这个PAT表可以用，如果为0则要等待下一个PAT表 |
| section_number | 8b | 固定为0x00 |
| last_section_number | 8b | 固定为0x00 |
| 开始循环 | ||
| program_number | 16b | 节目号为0x0000时表示这是NIT，节目号为0x0001时,表示这是PMT |
| reserved | 3b | 固定为111 |
| PID | 13b | 节目号对应内容的PID值 |
| 结束循环 | ||
| CRC32 | 32b | 前面数据的CRC32校验码 |
PMT格式
| table_id | 8b | PMT表取值随意，0x02 |
| section_syntax_indicator | 1b | 固定为1 |
| zero | 1b | 固定为0 |
| reserved | 2b | 固定为11 |
| section_length | 12b | 后面数据的长度 |
| program_number | 16b | 频道号码，表示当前的PMT关联到的频道，取值0x0001 |
| reserved | 2b | 固定为11 |
| version_number | 5b | 版本号，固定为00000，如果PAT有变化则版本号加1 |
| current_next_indicator | 1b | 固定为1 |
| section_number | 8b | 固定为0x00 |
| last_section_number | 8b | 固定为0x00 |
| reserved | 3b | 固定为111 |
| PCR_PID | 13b | PCR(节目参考时钟)所在TS分组的PID，指定为视频PID |
| reserved | 4b | 固定为1111 |
| program_info_length | 12b | 节目描述信息，指定为0x000表示没有 |
| 开始循环 | ||
| stream_type | 8b | 流类型，标志是Video还是Audio还是其他数据，h.264编码对应0x1b，aac编码对应0x0f，mp3编码对应0x03 |
| reserved | 3b | 固定为111 |
| elementary_PID | 13b | 与stream_type对应的PID |
| reserved | 4b | 固定为1111 |
| ES_info_length | 12b | 描述信息，指定为0x000表示没有 |
| 结束循环 | ||
| CRC32 | 32b | 前面数据的CRC32校验码 |
（2）pes层
pes层是在每一个视频/音频帧上加入了时间戳等信息，pes包内容很多，我们只留下最常用的。
| pes start code | 3B | 开始码，固定为0x000001 |
| stream id | 1B | 音频取值（0xc0-0xdf），通常为0xc0 视频取值（0xe0-0xef），通常为0xe0 |
| pes packet length | 2B | 后面pes数据的长度，0表示长度不限制， 只有视频数据长度会超过0xffff |
| flag | 1B | 通常取值0x80，表示数据不加密、无优先级、备份的数据 |
| flag | 1B | 取值0x80表示只含有pts，取值0xc0表示含有pts和dts |
| pes data length | 1B | 后面数据的长度，取值5或10 |
| pts | 5B | 33bit值 |
| dts | 5B | 33bit值 |
pts是显示时间戳、dts是解码时间戳，视频数据两种时间戳都需要，音频数据的pts和dts相同，所以只需要pts。有pts和dts两种时间戳是B帧引起的，I帧和P帧的pts等于dts。如果一个视频没有B帧，则pts永远和dts相同。从文件中顺序读取视频帧，取出的帧顺序和dts顺序相同。dts算法比较简单，初始值 + 增量即可，pts计算比较复杂，需要在dts的基础上加偏移量。
音频的pes中只有pts（同dts），视频的I、P帧两种时间戳都要有，视频B帧只要pts（同dts）。打包pts和dts就需要知道视频帧类型，但是通过容器格式我们是无法判断帧类型的，必须解析h.264内容才可以获取帧类型。
举例说明：
I P B B B P
读取顺序： 1 2 3 4 5 6
dts顺序： 1 2 3 4 5 6
pts顺序： 1 5 3 2 4 6
点播视频dts算法：
dts = 初始值 + 90000 / video_frame_rate，初始值可以随便指定，但是最好不要取0，video_frame_rate就是帧率，比如23、30。
pts和dts是以timescale为单位的，1s = 90000 time scale , 一帧就应该是90000/video_frame_rate 个timescale。
用一帧的timescale除以采样频率就可以转换为一帧的播放时长
点播音频dts算法：
dts = 初始值 + (90000 * audio_samples_per_frame) / audio_sample_rate，audio_samples_per_frame这个值与编解码相关，aac取值1024，mp3取值1158，audio_sample_rate是采样率，比如24000、41000。AAC一帧解码出来是每声道1024个sample，也就是说一帧的时长为1024/sample_rate秒。所以每一帧时间戳依次0，1024/sample_rate，...，1024*n/sample_rate秒。
直播视频的dts和pts应该直接用直播数据流中的时间，不应该按公式计算。
（3）es层
es层指的就是音视频数据，我们只介绍h.264视频和aac音频。
h.264视频：
打包h.264数据我们必须给视频数据加上一个nalu（Network Abstraction Layer unit），nalu包括nalu header和nalu type，nalu header固定为0x00000001（帧开始）或0x000001（帧中）。h.264的数据是由slice组成的，slice的内容包括：视频、sps、pps等。nalu type决定了后面的h.264数据内容。
| F | 1b | forbidden_zero_bit，h.264规定必须取0 |
| NRI | 2b | nal_ref_idc，取值0~3，指示这个nalu的重要性，I帧、sps、pps通常取3，P帧通常取2，B帧通常取0 |
| Type | 5b | 参考下表 |
| nal_unit_type | 说明 |
| 0 | 未使用 |
| 1 | 非IDR图像片，IDR指关键帧 |
| 2 | 片分区A |
| 3 | 片分区B |
| 4 | 片分区C |
| 5 | IDR图像片，即关键帧 |
| 6 | 补充增强信息单元(SEI) |
| 7 | SPS序列参数集 |
| 8 | PPS图像参数集 |
| 9 | 分解符 |
| 10 | 序列结束 |
| 11 | 码流结束 |
| 12 | 填充 |
| 13~23 | 保留 |
| 24~31 | 未使用 |
红色字体显示的内容是最常用的，打包es层数据时pes头和es数据之间要加入一个type=9的nalu，关键帧slice前必须要加入type=7和type=8的nalu，而且是紧邻。
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