视频直播回播系统以及视频直播回播方法

摘要

本发明公开了一种视频直播回播系统，使用HLS(HTTP Live Streaming)协议作为底层视频播放协议，提出了一种创新的视频发布方式，把一些传统上由服务器端完成的计算密集型任务（视频编码、封装、转换等）转移到发布端，从根本上减少了对服务器计算资源的使用，从而避免系统性能瓶颈，服务器功能简化为文件存储和分发，通过CDN（内容分发网络）加速文件分发，系统具备高扩展性。同时提出了一种新的方案，通过共用同一HLS视频索引文件，解决了直播／回播统一访问URL的问题。

说明书

技术领域：

本发明涉及网络视频播放，特别涉及一种视频直播回播系统以及视频直播回播方法。

背景技术：

传统视频播放系统架构如图2所示，发布端只完成视频帧采集上传的工作，其他的转码、录制、分发的工作都由后端集群来完成，这样的设计导致了后端的工作压力相当大。从发布端角度来看，它的网络上行带宽有限制，但充足的计算资源没有得到有效利用。传统HLS视频直播回播系统把编码切片等CPU密集型任务放在服务器端做，这样随着视频发布端和／或播放端的增多，服务器成为系统的瓶颈，受限于服务器的计算资源（CPU／GPU），整个系统难以扩展，无法高效的支持高并发视频直播服务。

另一方面，已有的视频系统把直播和回播作为两个不同的媒体内容区别对待，导致直播时的播放URL和直播结束后回看的播放URL不相同，这样给发布端和播放端带来了很大不便。

发明内容：

本发明的目的是克服现有视频直播回播技术的以上缺点，提出一种视频直播回播系统，以及使用所述视频直播回播系统的视频直播回播方法。

本发明的视频直播回播系统包括发布端、播放端、云存储CDN和视频访问网页服务器；发布端包括录制模块、转换模块、上传模块、发布模块；录制模块用于视频采集、编码、切片，并生成多个连续视频文件；转换模块用于接收录制模块的连续视频文件，并封装，生成符合HLS规范要求的格式切片文件，即ts文件；上传模块用于接收转换模块的ts文件并上传到云存储CDN上，根据ts文件在云存储CDN上的URL，修改m3u8文件，把最新的ts文件URL包含其中，最后把修改后的m3u8文件上传到云存储CDN上，m3u8文件和ts文件一起构成完整的直播视频；云存储CDN除用于接收上传模块上传的各个ts文件和m3u8文件，并接受播放端对直播视频的请求；上传模块还用于把m3u8文件在云存储CDN上的URL转发给发布模块；发布端用于对每个用户或者设备分配一个唯一全局标识符，对每个用户或者设备的每个直播视频安排一个视频标识符，所述视频标识符为直播视频的开始时间戳或者是序列号；m3u8文件在云存储CDN上的URL一一对应于全局标识符和视频标识符；发布端的发布模块还用于把视频访问网页服务器的容器网页、全局标识符、视频标识符、和m3u8文件组装成视频访问URL，通过第三方消息服务向播放端发布所述视频访问URL；播放端通过视频访问URL，下载直播视频对应的各个视频文件进行播放。。

进一步，使用本发明的视频直播回播系统，本发明提供了一种视频直播方法，其包括以下步骤：

步骤一、录制模块执行视频采集、编码、切片，生成多个连续视频文件；

步骤二、转换模块接收录制模块的连续视频文件，并封装，生成符合HLS规范要求的视频切片文件，即ts文件；上传模块接收转换模块的ts文件并上传到云存储CDN上；上传模块根据云存储CDN上ts文件的URL，修改m3u8文件，把最新的ts文件URL包含其中，最后把修改后的m3u8文件上传到云存储CDN上；

步骤三、发布端对每个用户分配一个唯一全局标识符，对每个用户或者设备的每个直播视频安排一个视频标识符，所述视频标识符为视频的开始时间戳或者是序列号；

步骤四、发布端的发布模块把视频访问网页服务器的容器网页、全局标识符、视频标识符、和m3u8文件组装成视频访问URL，通过第三方消息服务向播放端发布所述视频访问URL；

步骤五、播放端支持HLS视频流，通过视频访问URL，下载直播视频对应的各个视频切片文件进行直播。

再进一步，使用本发明的视频直播回播系统，本发明提供了一种视频直播回播方法，其包括以下步骤：

步骤一、录制模块执行视频采集、编码、切片，生成多个连续视频文件；

步骤二、转换模块接收录制模块的连续视频文件，并封装，生成符合HLS规范要求的格式视频切片文件，即ts文件；上传模块接收转换模块的ts文件并上传到云存储CDN上；上传模块根据云存储CDN上各个ts文件的URL，修改m3u8文件，把最新的ts文件URL包含其中，最后把修改后的m3u8文件上传到云存储CDN上；

步骤三、发布端对每个用户或者设备分配一个唯一全局标识符，对每个用户或者设备的每个直播视频安排一个视频标识符，所述视频标识符为直播视频的开始时间戳或者是序列号；

步骤四、发布端的发布模块把视频访问网页服务器的容器网页、全局标识符、视频标识符、和m3u8文件组装成视频访问URL，通过第三方消息服务向播放端发布视频访问URL；

步骤五、播放端支持HLS视频流，通过视频访问URL，下载直播视频对应的各个视频切片文件进行直播；

步骤六、直播结束后，发布端的上传模块最后一次更新云存储CDN上的m3u8文件，以包含整个视频流的所有ts文件的URL

步骤七、播放端访问步骤六的URL，收看完整直播视频的回播。

本发明具有以下效果和优点：

首先，本发明提出的视频直播回播系统，在源头(即发布端)完成HLS视频流内容的加工(包括视屏采集，编码，视频切片ts文件和生成m3u8索引文件)，然后把视频切片和索引文件上传到后端服务器，通过 CDN(Content Delivery Network)内容分发网络把视频流分发出去，这样的好处是发布端和后端各司其职，发布端的高性能CPU/GPU得到了充分利用，不仅仅做了视频采集还完成了编码和切片，把CPU／GPU计算密集型的工作处理掉。于是后端服务器的工作得以简化，去除了视频编码切片功能，只保留单纯的文件分发功能，后端收取发布端上传的ts切片文件和m3u8切片索引文件，然后通过CDN把视频切片文件(静态文件)分发出去，这正是CDN所擅长的。整个系统在终端视频采集设备和服务器之间合理分配工作(CPU密集型工作和IO密集型工作)，避免了系统性能瓶颈，具有高度的可扩展性。

其次，传统系统对直播和回播采用不同的技术方案，导致直播和回播的访问URL无法统一。如果发布者分享了一个直播，观众只能在直播时访问，否则会被告知直播已结束。本发明提出的视频直播回播方法，统一了直播和回播的访问URL，即使直播结束，观众一样可以通过同一个访问URL看到整个视频的回播。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1是本发明视频直播回播方法的系统架构图；

图2是传统视频播放系统的架构图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明的实施方式。

如图1所示，本发明的视频直播回播系统的实施例包括发布端、播放端、云存储CDN和视频访问网页服务器。发布端包括录制模块、转换模块、上传模块；发布端的上传模块与云存储CDN之间通过HTTP／HTTPS通信，云存储CDN与播放端之间通过HTTP／HTTPS通信；录制模块用于视频采集、编码、切片，并生成连续视频文件；转换模块用于接收录制模块的连续视频文件，并封装，生成符合HLS规范要求的格式视频切片文件，即ts文件；上传模块用于接收转换模块的ts文件并上传到云存储CDN上；上传模块根据云存储CDN上各个ts文件的URL，修改m3u8文件，把最新的ts文件URL包含其中，最后把修改后的m3u8文件上传到云存储CDN上，m3u8文件和多个ts文件一起构成一个完整的直播视频；云存储CDN把直播视频的HLS视频流分发到播放端；播放端通过HTTP下载m3u8文件，然后根据m3u8文件下载视频对应的各个视频文件进行播放。

使用本发明的视频直播回播系统，本发明提供了一种视频直播方法，其包括以下步骤：

步骤一、录制模块执行视频采集、编码、切片，生成多个连续视频文件；

步骤二、转换模块接收录制模块的连续视频文件，并封装，生成符合HLS规范要求的视频切片文件，即ts文件；上传模块接收转换模块的ts文件并上传到云存储CDN上；上传模块根据云存储CDN上ts文件的URL，修改m3u8文件，把最新的ts文件URL包含其中，最后把修改后的m3u8文件上传到云存储CDN上；

步骤三、发布端对每个用户分配一个唯一全局标识符，对每个用户或者设备的每个视频安排一个视频标识符，所述视频标识符为直播视频的开始时间戳或者是序列号；

步骤四、发布端的发布模块把视频访问网页服务器的容器网页、全局标识符、视频标识符、和m3u8文件组装成视频访问URL，通过第三方消息服务向播放端发布所述视频访问URL；

步骤五、播放端支持HLS视频流，通过视频访问URL，下载直播视频对应的各个视频切片文件进行直播。

使用本发明视频直播回播系统实施例，本发明提供了一种视频直播回播方法，其包括以下步骤：

步骤一、录制模块执行视频采集、编码、切片，生成多个连续视频文件；

步骤二、转换模块接收录制模块的连续视频文件，并封装，生成符合HLS规范要求的格式视频切片文件，即ts文件；上传模块接收转换模块的ts文件并上传到云存储CDN上；上传模块根据云存储CDN上各个ts文件的URL，修改m3u8文件，把最新的ts文件URL包含其中，最后把修改后的m3u8文件上传到云存储CDN上；

步骤三、发布端对每个用户或者设备分配一个唯一全局标识符，对每个用户或者设备的每个视频安排一个视频标识符，所述视频标识符为直播视频的开始时间戳或者是序列号；

步骤四、发布端的发布模块把视频访问网页服务器的容器网页、全局标识符、视频标识符、和m3u8文件组装成视频访问URL，通过第三方消息服务向播放端发布视频访问URL；

步骤五、播放端支持HLS视频流，通过视频访问URL，下载视频对应的各个视频切片文件进行直播；

步骤六、直播结束后，发布端的上传模块最后一次更新云存储CDN上的m3u8文件，以包含整个视频流的所有ts文件的URL

步骤七、播放端访问步骤六的URL，收看完整直播视频的回播。

这样直播和回播使用同一个视频访问URL。

本发明提及的m3u8文件既支持直播也回播。现举两个例子，例1为直播时m3u8文件的内容，例2为回播时m3u8文件的内容。直播时，m3u8文件只记录最近的几个视频切片文件。当直播结束，用作回播的m3u8文件包括了所有的视频切片文件元信息，并以#EXT-X-ENDLIST结尾。这里的关键问题是如何把对两者的支持统一起来。

本发明提出的方案使得直播和回播统一了m3u8 URL。首先在发布端记录一个全局唯一标识符UDID，这个UDID可以是用户标识符，也可以是设备标识符，只需要系统内全局唯一即可。然后记录直播视频的视频标识符VID，该标识符可以是视频开始时间戳，也可以是序列号，只需要保证在UDID的上下文限定下唯一即可。这两个标识符共同保证了视频标识在系统内的唯一性。可以使用简单的字符串拼接或安全散列函数(SHA-1，MD5等)，由输入UDID和VID生成m3u8 在CDN上的URL，例如：http://CDN/UDID/VID.m3u8。

到这一步，直播和回播使用同一个URL访问m3u8文件。直播时，发布端定期更新云存储CDN上的m3u8文件，包含了直播中不断生成的视频切片文件在云存储CDN上的URL。直播结束后，发布端最后一次更新CDN上的m3u8文件，以包含整个视频流的所有切片文件URL。

例1：

#EXTM3U #EXT-X-VERSION:3 #EXT-X-TARGETDURATION:8 #EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:2680 #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2680.ts #EXTINF:8,https://priv.example.com/fileSequence2681.ts #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2682.ts

例2：

#EXTM3U #EXT-X-VERSION:3 #EXT-X-TARGETDURATION:8 #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2679.ts #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2680.ts #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2681.ts #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2682.ts #EXTINF:8, https://priv.example.com/fileSequence2683.ts #EXT-X-ENDLIST

Web浏览器通过HTML的<video>标签支持播放HLS视频流，标签有一个src属性指向m3u8URL，这里需要一个Web 网页作为内嵌HLS视频的容器。

<html> <head> </head> <body> <video id="player" controls="controls"src="placeholder"></video> </body> </html>

HLS视频容器网页代码示例

这个容器网页（playback.html）可以作为静态网页放在任何网络服务器上，例如http://mybackend.com/playback.html，通过URL的查询字符串，带上m3u8 的URL信息，最后播放URL形如（完全版URL），容器网页中的脚本从URL查询字符串中提取m3u8文件的URL，然后用m3u8 URL替换掉video 的src属性中占位符（placeholder）。

这条URL包含三个主要信息：1.这是播放页面。2.发布者的用户标识符是UDID。3.该发布者发布的视频标识符为VID。基于此，播放URL可以简化为 http://mybackend.com/playback/UDID/VID（简版URL）。通过服务器端URL重写(URL Rewrite)机制，把简版URL转换成完全版URL

此外还有一种方案，把容器网页作为动态页面，由服务器在收到HTTP GET请求时动态生成。例如上述的简版URL，服务器收到对应这个URL的HTTP GET请求时，不是采用URL重写机制，而是直接在HTML播放页模版基础上，把video标签的src属性替换为m3u8文件URL，然后返回给客户端。

用户通过发布模块可以在直播时或直播结束后把以上的视频访问URL 通过消息服务发送给播放端，消息服务可以是传统的手机短信，也可以是微信消息或者微博等互联网服务。播放端接收到这个URL后，点开链接，调起浏览器打开容器网页，用户就可以即刻播放该视频流。

发布端以手机移动设备为例，手机在开始录制视频时，记录下时间戳作为视频标识符VID。手机端采集视频帧，每隔一个时间片(例如5秒钟)编码生成一个临时视频文件，不同的手机操作系统支持支持不同的编码方式，可能是mpeg4编码，也可能是h.264编码等其他编码。这个临时视频文件在iPhone上一般以mov格式封装，在安卓手机上一般以mp4格式封装。然后做进一步处理，把临时视频文件重新转码封装成HLS协议要求的mpeg2-ts的视频切片文件(文件扩展名.ts)。再后，把ts文件上传到CDN。最后为了包含最新的视频切片（.ts文件）在CDN上的URL等元信息，更新索引文件（.m3u8文件），并上传到CDN。CDN上的切片索引文件URL就是这个HLS视频流的访问入口。直播过程中，新的切片文件不停的产生并被不停的上传至云存储CDN，相应的索引文件也不断的更新，直到直播结束，这时手机会对索引文件发起一个完整更新，包含了之前所有的视频切片URL，视频流从直播状态变成回播状态。

以图1举例来说，某一次直播产生了一组.ts文件，对应的URL是 http://CDN/UDID01/VID001/s001.ts http://CDN/UDID01/VID001/s002.ts ... 同时产生了一个.m3u8文件，对应的URL是http://CDN/UDID01/VID001.m3u8。

完全版播放URL形如

，简版播放URL形如>

发布端手机把以上的播放URL 通过手机短信或互联网服务分享给播放端手机。iPhone和安卓手机网页浏览器均支持HLS视频流播放，播放端手机接收到这个URL后，点开链接，调起手机网页浏览器打开容器网页，用户就可以即刻播放该HLS视频流。