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前端如何实现整套视频直播技术流程

简介

首先说明,本篇文章是概念+实践,对于希望了解和实践一个简单的摄像头直播网页功能的人会有帮助,由于篇幅和实践深入度有限,目前demo效果只支持直播播放电脑端以及常用摄像头的实时视频流,其他复杂的功能(例如视频信息实时处理,高并发,网络分发等)尚未实现,还需要进一步探索。

正文

下面按照目录大纲来一个一个讲解。

1. 直播技术的介绍

直播技术涵盖很广,现如今大家广泛了解的就有视频网站的个人直播、手机直播、安防方面的摄像头监控等会使用到直播的技术。

下面先出一张概念图,介绍直播流程中的各个技术环节。可以理解分为采集端、流媒体服务器以及播放端;还需要了解什么是推流,什么是拉流。

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  • 采集端:顾名思义是视频的源头,视频的采集一般都是从真实的摄像头中得到的。例如移动端设别、PC端设备的摄像头以及一些摄像头设备;
  • 流媒体服务器:流媒体服务器是整个直播技术框架的非常重要的一环,它需要接收从采集端推上来的视频流,然后将该视频流再推送到播放端;
  • 播放端:播放端就是各种app,网页中的播放器,拉取流媒体服务器上的视频流,然后进行转码,最终播放出来;
  • 推流:把采集阶段收集的数据封装好传输到服务器的过程;
  • 拉流:服务器已有直播内容,用指定地址进行拉取的过程。

既然需要推流和拉流,就必然涉及到视频流的传输,所以接下来介绍常用的流媒体传输协议 常用的流媒体传输协议有RTMP, RTSP,HLS和HTTP-FLV。

  • RTMP (可用于推流端和拉流端)
    Real Time Messaging Protocol,实时消息传输协议。RTMP协议中,视频必须是H264编码,音频必须是AAC或MP3编码,且多以flv格式封包。因为RTMP协议传输的基本是FLV格式的流文件,必须使用flash播放器才能播放。

  • RTSP (用于推流端)
    Real-Time Stream Protocol,RTSP实时效果非常好,适合视频聊天、视频监控等方向。

  • HLS (用于拉流端)
    Http Live Streaming,由Apple公司定义的基于HTTP的流媒体实时传输协议。传输内容包括两部分:1.M3U8描述文件;2.TS媒体文件。TS媒体文件中的视频必须是H264编码,音频必须是AAC或MP3编码。数据通过HTTP协议传输。目前video.js库支持该格式文件的播放。

  • HTTP-FLV (用于拉流端)
    本协议就是http+flv,将音视频数据封装成FLV格式,然后通过http协议传输到客户端,这个协议大大方便了浏览器客户端播放直播视频流。目前flv.js库支持该格式的文件播放。

有了以上基本概念之后,我们就大致知道要搭建一个拥有直播功能的页面需要哪些东西了,下面就基于这个架构进行各个部分的实现。

2. 前端搭建使用的技术

  • 搭建流媒体服务

    提到流媒体服务器,其实作为开发前端的人来说,本人一开始也是无所适从的,不知道这个东西该怎么实现或者要用什么语言去写。首先想到的肯定是搜索现有的实现技术,看看是否能够通过纯前端去实现。纯JS技术的话,肯定首先想到了node.js,于是就使用“node.js + 视频流媒体技术实现方案”的关键词去搜索,获得了一个看着比较靠谱的结果:NodeMediaServer,然后去看介绍发现是基于node去实现的一个开源的流媒体服务器,虽然最新版本已经使用go去重构了,但是毕竟历史上它是由node来开发的,所以决定看文档试一试搭建一个这样的服务器。请参考NodeMediaServer官网

    NodeMediaServer支持:以rtmp、rtsp、hls协议拉进行推流,支持http-flv,ws-flv来进行拉流,也就是支持浏览器端使用http或websocket传输flv格式的视频流进行播放。

    开始搭建流媒体服务器:

    • 下载对应的安装包,使用的Linux环境
      下载:
      wget https://cdn.nodemedia.cn/nms/3.2.12/nms-linux-amd64-20200222.tar.gz
      复制代码
      解压:
      tar -zxvf nms-linux-amd64-20200222.tar.gz
      复制代码

    到解压后的目录下,执行命令,启动服务:

    • 在控制台输入./nms运行

    • 在当前程序目录下执行sudo ./service.sh install安装服务并自动运行

    • 在当前程序目录下执行sudo ./service.sh uninstall停止并卸载服务å

    • 服务成功启动之后,可以在8000端口(默认端口)访问流媒体服务的后台系统,这里面大概长下面这个样子:

      12

    首页dashboard展示了服务器cpu的使用情况以及网络带宽状况。

  • 服务启动之后,接下来要做的是推流

    怎么推流?这里涉及到一个很强大的东西ffmpeg,它是可以用来记录、转换数字音视频,并将其转化为流的开源软件,通过它可以进行视频的采集封装成流,并推送到流媒体服务器,例如在mac上面安装了这个软件之后,可以通过它调用摄像头,并将摄像头数据封装成流后推送到流媒体服务器,这个过程就是推流。ffmpeg还可以推送本地的视频文件到流媒体服务器。

    使用ffmpeg进行mac本地摄像头实时推流到nodeMediaServer:

    ffmpeg -f avfoundation -video_size 1280x720 -framerate 30 -i 0:0 -vcodec libx264 -preset veryfast -f flv http://ip:8000/live/stream.flv
    复制代码

    这里涉及到ffmpe工具,上面的参数不逐一解释,只是最重要的几个:

    • ·-vide_size表示要输出的视频画面的分辨率尺寸
    • -f后面的参数 flv表述输出的格式,再后面的地址 http://ip:8000/live/stream.flv 表示想要输出的地址,这个地址的stream.flv可以按照自己需求随意修改,保持后缀是你需要的flv格式即可。

    另外一种常用的场景是直接拉去摄像头设备中的视频流数据,这种方式,nodeMediaServer也支持,只需要在管理后台配置对应的摄像头的配置信息,就可以进行推流操作了。这些配置信息包括ip,登录用户名和密码等。配置界面如下所示:

    预设配置:

    28D80B46-42C7-4d5b-A9B6-E2F4939AA3A0

    还可以自定义设定配置,如果使用的是自定义的摄像头,具备rtsp传输功能的,就可以使用西面的配置方式进行摄像头信息的配置,指定输出流地址,这样直接从浏览器端就可以通过这个输出流地址进行视频的播放:

    2E71CD4B-9803-4db4-8B3A-4D7FB1CA04A2

  • 前端页面支持播放视频流

    前端页面部分,首要目标是找到支持http-flv和ws-flv协议格式的前端播放器,首先去观察了B站的直播,发现他们的直播页面是使用的video标签,后来进一步发掘,才知道他们用的是自己开源的flv.js库,这是一个支持在浏览器端进行http-flv及ws-flv格式的视频流进行播放的播放器,正好是播放直播视频流需要的。

    视频流有了,那么就可以使用flv.js来搭建页面demo,查看实际效果了。

3. 实践效果

  • 首先搞定推流:

    分别实验了直接从mac上推摄像头的视频流数据以及绑定摄像头设备地址信息,通过nodeMediaServer进行推流和拉流服务。

  • 然后是前端页面进行视频流的播放,下面是播放器部分的核心代码:

    live-demo.js

    import * as React from 'react';
    
    import { Button, Input, Row, Col } from 'react-x-component';
    import flv from 'flv.js';
    
    const { useState, useEffect } = React;
    
    interface LiveDemoProps {
        defaultUrl?: string,
        onUrlChange?: Function
    }
    
    export default function LiveDemo({ defaultUrl = 'http://ip:8000/live/stream.flv', onUrlChange }: LiveDemoProps) {
    
        let player = null;
        let playerDom = null;
        
        const [liveUrl, setLiveUrl] = useState(defaultUrl);
        
        useEffect(() => {
            if (flv.isSupported) {
                player = flv.createPlayer({
                    type: 'flv',
                    isLive: true,
                    hasAudio: false,
                    hasVideo: true,
                    url: liveUrl,
                    cors: true
                }, {
                    enableWorker: false,
                    lazyLoadMaxDuration: 3 * 60,
                    seekType: 'range'
                });
                player.attachMediaElement(playerDom);
                player.load();
        
            } else {
                console.log('Your browser is not support flv.js');
            }
        }, []);
        
        function updatePlayer() {
            if (player) {
                player.unload();
                player.detachMediaElement();
                player.destroy();
                player = null;
            }
        
            player = flv.createPlayer({
                type: 'flv',
                isLive: true,
                hasAudio: false,
                hasVideo: true,
                url: liveUrl,
                cors: true
            }, {
                enableWorker: false,
                lazyLoadMaxDuration: 3 * 60,
                seekType: 'range'
            });
            player.attachMediaElement(playerDom);
            player.load();
        }
        
        return (
            <div className='live-demo'>
                <div className="modify-url">
                    <Row>
                        <Col md={6}>
                            <Input
                                value={liveUrl}
                                onChange={(value) => {
                                    setLiveUrl(value);
                                }}
                            />
                        </Col>
                        <Col md={6}>
                            <Button
                                type={'primary'}
                                onClick={() => {
                                    updatePlayer();
                                    onUrlChange && onUrlChange(liveUrl);
                                }}
                            >修改</Button>
                        </Col>
                    </Row>
                </div>
                <video
                    style={{ width: '100%', height: '100%' }}
                    controls
                    className='video-demo'
                    ref={(e) => playerDom = e}
                ></video>
            </div>
        );
    }
    复制代码
  • 播放摄像头的视频流效果,左边是直接获取的摄像头数据流,右边是通过mac电脑推的实时的摄像头画面:

    0002

OK,这样就搞定了一整套直播网页需要的前后端技术服务的搭建了!

4. 后续需要继续继续实践和探索的内容

上面的示例相对而言还过于简单,只是借助了第三方的技术和框架搭建了一个流媒体服务器,和前端支持播放视频流的播放页面,并通过摄像头采集数据,推流,打通了整个流程,形成了一个闭环,但是还有很多内容需要进一步深入:

  • 视频信息实时处理,如何添加更多的信息
  • 高并发场景是如何去实现的,流媒体服务器这块的实现还是过于简单,肯定还有需要分发处理的机制
  • 浏览器播放性能需要进行压力测试

总结

本文通过概念学习和介绍,理解了常见视频直播技术的整体架构流程,基于前端的角度去快速搭建了一套完整的直播网页的功能,当然其中还有很多不足和需要深入的地方,需要进一步探索,后续如果有更深入的技术沉淀,会继续形成文章进行分享!