如何实现在线视频播放?

2022-8-22 10:50| 发布者: uv72rutkz2kuy7| 查看: 1942| 评论: 2

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视频点播

1. 视频点播需求分析

1.1 需求描述

视频点播需求如下:
1、学生可以在windows浏览器上在线观看视频。
2、播放器具有快进、快退、暂停等基本功能。
1.2 视频点播解决方案

1.2.1 流媒体

    流媒体
详细参考:https://baike.baidu.com/item/%E6%B5%81%E5%AA%92%E4%BD%93/98740?fr=aladdin
概括理解:流媒体就是将视频文件分成许多小块儿,将这些小块儿作为数据包通过网络发送出去,实现一边传输视频 数据 包一边观看视频。
    流式传输
在网络上传输音、视频信息有两个方式:下载和流式传输。
下载:就是把音、视频文件完全下载到本机后开始播放,它的特点是必须等到视频文件下载完成方可播放,播放等待时间较长,无法去播放还未下载的部分视频。
流式传输:就是客户端通过链接视频服务器实时传输音、视频信息,实现“边下载边播放”。
流式传输包括如下两种方式:
1) 顺序流式传输
即顺序下载音、视频文件,可以实现边下载边播放,不过,用户只能观看已下载的视频内容,无法快进到未下载的视频部分,顺序流式传输可以使用Http服务器来实现,比如Nginx、Apache等。
2)实时流式传输
实时流式传输可以解决顺序流式传输无法快进的问题,它与Http流式传输不同,它必须使用流媒体服务器并且使用流媒体协议来传输视频,它比Http流式传输复杂。常见的实时流式传输协议有RTSP、RTMP、RSVP等。
    流媒体系统的概要结构
通过流媒体系统的概要结构学习流媒体系统的基本业务流程。
1、将原始的视频文件通过编码器转换为适合网络传输的流格式,编码后的视频直接输送给媒体服务器。
原始的视频文件通常是事先录制好的视频,比如通过摄像机、摄像头等录像、录音设备采集到的音视频文件,体积较大,要想在网络上传输需要经过压缩处理,即通过编码器进行编码 。
2、媒体服务获取到编码好的视频文件,对外提供流媒体数据传输接口,接口协议包括 :HTTP、RTSP、RTMP等
3、播放器通过流媒体协议与媒体服务器通信,获取视频数据,播放视频。
1.2.2 点播方案

本项目包括点播和直播两种方式,我们先调研点播的方案,如下:
1、 播放器通过 http协议从http服务器上下载视频文件进行播放
问题:必须等到视频下载完才可以播放,不支持快进到某个时间点进行播放
2、 播放器通过rtmp协议连接媒体服务器以实时流方式播放视频
使用rtmp协议需要架设媒体服务器,造价高,对于直播多采用此方案。
3、 播放器使用HLS协议连接http服务器(Nginx、Apache等)实现近实时流方式播放视频
HLS协议规定:基于Http协议,视频封装格式为ts,视频的编码格式为H264,音频编码格式为MP3、AAC或者AC-3
    HLS是什么 ?
HLS的工作方式是:将视频拆分成若干ts格式的小文件,通过m3u8格式的索引文件对这些ts小文件建立索引。一般10秒一个ts文件,播放器连接m3u8文件播放,当快进时通过m3u8即可找到对应的索引文件,并去下载对应的ts文件,从而实现快进、快退以近实时 的方式播放视频。
IOS、Android设备、及各大浏览器都支持HLS协议。
详细参考:https://baike.baidu.com/item/HLS/8328931?fr=aladdin
采用HLS方案即可实现边下载边播放,可以不用使用rtmp等流媒体协议,不用构建专用的媒体服务器,节省成本。
本项目点播方案确定为方案3。
2 FFmpeg 的基本使用

我们将视频录制完成后,使用视频编码软件对视频进行编码,本项目 使用FFmpeg对视频进行编码 。
下载 :ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static.zip,并解压,本教程将ffmpeg解压到了C:\Java_Soft\xczx\ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static下。
FFmpeg被许多开源项目采用,QQ影音、暴风影音、VLC等。
下载:FFmpeg https://www.ffmpeg.org/download.html#build-windows
将C:\Java_Soft\xczx\ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static\bin目录配置在path环境变量中。
简单的测试:
将一个.avi文件转成mp4、mp3、gif等。
比如我们将lucene.avi文件转成mp4,运行如下命令:
ffmpeg -i lucene.avi lucene.mp4
转成mp3:ffmpeg -i lucene.avi lucene.mp3
转成gif:ffmpeg -i lucene.avi lucene.gif
官方文档(英文):http://ffmpeg.org/ffmpeg.html
2.1 生成m3u8/ts文件

使用ffmpeg生成 m3u8的步骤如下:
第一步:先将avi视频转成mp4
ffmpeg.exe -i  lucene.avi -c:v libx264 -s 1280x720 -pix_fmt yuv420p -b:a 63k -b:v 753k -r 18 .\lucene.mp4下面把各参数意思大概讲讲,大概了解意思即可,不再此展开流媒体专业知识的讲解。
-c:v 视频编码为x264 ,x264编码是H264的一种开源编码格式。
-s 设置分辨率
-pix_fmt yuv420p:设置像素采样方式,主流的采样方式有三种,YUV4:4:4,YUV4:2:2,YUV4:2:0,它的作用是根据采样方式来从码流中还原每个像素点的YUV(亮度信息与色彩信息)值。
-b 设置码率,-b:a和-b:v分别表示音频的码率和视频的码率,-b表示音频加视频的总码率。码率对一个视频质量有很大的作用。
-r:帧率,表示每秒更新图像画面的次数,通常大于24肉眼就没有连贯与停顿的感觉了。
第二步:将mp4生成m3u8
ffmpeg -i  lucene.mp4   -hls_time 10 -hls_list_size 0  -hls_segment_filename ./hls/lucene_%05d.ts ./hls/lucene.m3u8-hls_time 设置每片的长度,单位为秒
-hls_list_size n: 保存的分片的数量,设置为0表示保存所有分片
-hls_segment_filename :段文件的名称,%05d表示5位数字
生成的效果是:将lucene.mp4视频文件每10秒生成一个ts文件,最后生成一个m3u8文件,m3u8文件是ts的索引文件。
使用VLC打开m3u8文件,测试播放效果,VLC 是一款自由、开源的跨平台多媒体播放器及框架,可播放大多数多媒体文件,以及 DVD、音频 CD、VCD 及各类流媒体协议。(http://www.videolan.org/)
3. 视频(媒资)处理

开发环境

1. 创建媒资数据库

导入shcool.sql
2. 创建媒资服务工程

基于springboot创建工程
3. 上传文件

3.1 断点续传解决方案

通常视频文件都比较大,所以对于媒资系统上传文件的需求要满足大文件的上传要求。http协议本身对上传文件大小没有限制,但是客户的网络环境质量、电脑硬件环境等参差不齐,如果一个大文件快上传完了网断了,电断了没有上传完成,需要客户重新上传,这是致命的,所以对于大文件上传的要求最基本的是断点续传。
什么是断点续传:
引用百度百科:断点续传指的是在下载或上传时,将下载或上传任务(一个文件或一个压缩包)人为的划分为几个部分,每一个部分采用一个线程进行上传或下载,如果碰到网络故障,可以从已经上传或下载的部分开始继续上传下载未完成的部分,而没有必要从头开始上传下载,断点续传可以提高节省操作时间,提高用户体验性。
上传流程如下:
1、上传前先把文件分成块
2、一块一块的上传,上传中断后重新上传,已上传的分块则不用再上传
3、各分块上传完成最后合并文件


文件下载则同理。
3.2 文件分块与合并

为了更好的理解文件分块上传的原理,下边用java代码测试文件的分块与合并。
3.3 文件分块

文件分块的流程如下:
1、获取源文件长度
2、根据设定的分块文件的大小计算出块数
3、从源文件读数据依次向每一个块文件写数据
//测试文件分块方法    @Test    public void testChunk() throws IOException {        File sourceFile = new File("F:/develop/ffmpeg/lucene.mp4");//        File sourceFile = new File("d:/logo.png");        String chunkPath = "F:/develop/ffmpeg/chunk/";        File chunkFolder = new File(chunkPath);        if(!chunkFolder.exists()){            chunkFolder.mkdirs();        }        //分块大小        long chunkSize = 1024*1024*1;        //分块数量        long chunkNum = (long) Math.ceil(sourceFile.length() * 1.0 / chunkSize );        if(chunkNum<=0){            chunkNum = 1;        }        //缓冲区大小        byte[] b = new byte[1024];        //使用RandomAccessFile访问文件        RandomAccessFile raf_read = new RandomAccessFile(sourceFile, "r");        //分块        for(int i=0;i<chunkNum;i++){            //创建分块文件            File file = new File(chunkPath+i);            boolean newFile = file.createNewFile();            if(newFile){                //向分块文件中写数据                RandomAccessFile raf_write = new RandomAccessFile(file, "rw");                int len = -1;                while((len = raf_read.read(b))!=-1){                    raf_write.write(b,0,len);                    if(file.length()>chunkSize){                        break;                    }                }                raf_write.close();            }        }        raf_read.close();​    }3.4 文件合并

文件合并流程:
1、找到要合并的文件并按文件合并的先后进行排序
2、创建合并文件
3、依次从合并的文件中读取数据向合并文件写入数据
//测试文件合并方法@Testpublic void testMerge() throws IOException {    //块文件目录    File chunkFolder = new File("F:/develop/ffmpeg/chunk/");    //合并文件    File mergeFile = new File("F:/develop/ffmpeg/lucene1.mp4");    if(mergeFile.exists()){        mergeFile.delete();    }    //创建新的合并文件    mergeFile.createNewFile();    //用于写文件    RandomAccessFile raf_write = new RandomAccessFile(mergeFile, "rw");    //指针指向文件顶端    raf_write.seek(0);    //缓冲区    byte[] b = new byte[1024];    //分块列表    File[] fileArray = chunkFolder.listFiles();    // 转成集合,便于排序    List<File> fileList = new ArrayList<File>(Arrays.asList(fileArray));    // 从小到大排序    Collections.sort(fileList, new Comparator<File>() {        @Override        public int compare(File o1, File o2) {            if (Integer.parseInt(o1.getName()) < Integer.parseInt(o2.getName())) {                return -1;            }            return 1;        }    });    //合并文件    for(File chunkFile:fileList){        RandomAccessFile raf_read = new RandomAccessFile(chunkFile,"rw");        int len = -1;        while((len=raf_read.read(b))!=-1){            raf_write.write(b,0,len);​        }        raf_read.close();    }    raf_write.close();​}4. 前端页面

WebUploader介绍

如何在web页面实现断点续传?
常见的方案有:
1、通过Flash上传,比如SWFupload、Uploadify。
2、安装浏览器插件,变相的pc客户端,用的比较少。
3、Html5
随着html5的流行,本项目采用Html5完成文件分块上传。
本项目使用WebUploader完成大文件上传功能的开发,WebUploader官网地址:http://fexteam.gz01.bdysite.com/webuploader/
使用WebUploader上传流程如下:
钩子方法

在webuploader中提供很多钩子方法,下边列出一些重要的:
本项目使用如下钩子方法:
1)before-send-file
在开始对文件分块儿之前调用,可以做一些上传文件前的准备工作,比如检查文件目录是否创建完成等。
2)before-send
在上传文件分块之前调用此方法,可以请求服务端检查分块是否存在,如果已存在则此分块儿不再上传。
3)after-send-file
在所有分块上传完成后触发,可以请求服务端合并分块文件。
注册钩子方法源代码:
WebUploader.Uploader.register({    "before-send-file":"beforeSendFile",    "before-send":"beforeSend",    "after-send-file":"afterSendFile"  }构建WebUploader

使用webUploader前需要创建webUploader对象。
指定上传分块的地址:/api/media/upload/uploadchunk
// 创建uploader对象,配置参数this.uploader = WebUploader.create(  {    swf:"/static/plugins/webuploader/dist/Uploader.swf",//上传文件的flash文件,浏览器不支持h5时启动flash    server:"/api/media/upload/uploadchunk",//上传分块的服务端地址,注意跨域问题    fileVal:"file",//文件上传域的name    pick:"#picker",//指定选择文件的按钮容器    auto:false,//手动触发上传    disableGlobalDnd:true,//禁掉整个页面的拖拽功能    chunked:true,// 是否分块上传    chunkSize:1*1024*1024, // 分块大小(默认5M)    threads:3, // 开启多个线程(默认3个)    prepareNextFile:true// 允许在文件传输时提前把下一个文件准备好  })before-send-file

文件开始上传前前端请求服务端准备上传工作。
type:"POST",url:"/api/media/upload/register",data:{  // 文件唯一表示  fileMd5:this.fileMd5,  fileName: file.name,  fileSize:file.size,  mimetype:file.type,  fileExt:file.ext}before-send

上传分块前前端请求服务端校验分块是否存在。
type:"POST",url:"/api/media/upload/checkchunk",data:{  // 文件唯一表示  fileMd5:this.fileMd5,  // 当前分块下标  chunk:block.chunk,  // 当前分块大小  chunkSize:block.end-block.start}after-send-file

在所有分块上传完成后触发,可以请求服务端合并分块文件。
type:"POST",url:"/api/media/upload/mergechunks",data:{  fileMd5:this.fileMd5,  fileName: file.name,  fileSize:file.size,  mimetype:file.type,  fileExt:file.ext}页面效果

学员使用:
    直接解压资料xc-ui-pc-teach到webstorm工作目录通过nginx访问,在nginx中配置 (解决跨域)
server {        listen       82;             server_name localhost;                     #视频中心             location / {                    proxy_pass http://127.0.0.1:12000;             proxy_set_header Host $http_host;                 add_header Access-Control-Allow-Origin *;                     add_header Access-Control-Allow-Credentials true;                       add_header Access-Control-Allow-Methods GET;                    } ​        #媒资管理后台跨域             location ^~ /api/media/ {                   proxy_pass http://127.0.0.1:9000/media/; ​            proxy_set_header Host $http_host;              add_header Access-Control-Allow-Origin *;                     add_header Access-Control-Allow-Credentials true;                       add_header Access-Control-Allow-Methods "GET,POST,OPTIONS";                 }                    }可以访问 http://127.0.0.1:12000/#/media/upload 或者 http://localhost:82/#/media/upload/ 查看页面效果。
5. 媒资服务端编写

服务端需要实现如下功能:
1、上传前检查上传环境
检查文件是否上传,已上传则直接返回。
检查文件上传路径是否存在,不存在则创建。
2、分块检查
检查分块文件是否上传,已上传则返回true。
未上传则检查上传路径是否存在,不存在则创建。
3、分块上传
将分块文件上传到指定的路径。
4、合并分块
将所有分块文件合并为一个文件。
在数据库记录文件信息。
<hr>

    由于上传过程复杂,开发时按业务流程分别实现。
    配置
application.yml配置上传文件的路径:
xc-service-manage-media:  upload-location: C:/school/video/  # 媒资保存路径  ffmpeg-path: C:/Java_Soft/xczx/ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static/bin/ffmpeg.exe # ffmpeg路径
    定义Dao
使用mybatis-plus
@Mapper@Componentpublic interface FileMsgMapper extends BaseMapper<FileMsg> {}
    定义controller
@RestController@RequestMapping("/media/upload")public class MediaUploadController {​​    @Autowired    MediaUploadService mediaUploadService;​    /**     * 文件上传前的注册     */​    @PostMapping("/register")    public ResponseResult register(String fileMd5, String fileName, Long fileSize, String mimetype, String fileExt) {​        return mediaUploadService.register(fileMd5, fileName, fileSize, mimetype, fileExt);​    }​    /**     * 检测分块     *     * @param fileMd5     * @param chunk     * @param chunkSize     * @return     */​    @PostMapping("/checkchunk")    public ResponseResult checkchunk(String fileMd5, Integer chunk, Integer chunkSize) {        return mediaUploadService.checkchunk(fileMd5, chunk, chunkSize);    }​    /**     * 上传分块     *     * @param file     * @param fileMd5     * @param chunk     * @return     */    @PostMapping("/uploadchunk")    public ResponseResult uploadchunk(MultipartFile file, String fileMd5, Integer chunk) {        return mediaUploadService.uploadchunk(file, fileMd5, chunk);    }​    /**     * 合并分块     *     * @param fileMd5     * @param fileName     * @param fileSize     * @param mimetype     * @param fileExt     * @return     */    @PostMapping("/mergechunks")    public ResponseResult mergechunks(String fileMd5, String fileName, Long fileSize, String mimetype, String fileExt) {        return mediaUploadService.mergechunks(fileMd5, fileName, fileSize, mimetype, fileExt);    }}​
    定义service (略)由于代码过多,请参见源码。
现在视频已经通过断点续传的方式,上传到了我们的媒资服务器, 接下来就要使用FFmpeg将视频转换成 流媒体。
6.视频处理技术方案

如何通过程序进行视频处理?
ffmpeg是一个可行的视频处理程序,可以通过Java调用ffmpeg.exe完成视频处理。
在java中可以使用Runtime类和Process Builder类两种方式来执行外部程序,工作中至少掌握一种。
本项目使用Process Builder的方式来调用ffmpeg完成视频处理。
关于Process Builder的测试如下 :
@Test    public void testProcessBuilder(){        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();//       processBuilder.command("ping","127.0.0.1");       processBuilder.command("ipconfig");        //将标准输入流和错误输入流合并,通过标准输入流读取信息        processBuilder.redirectErrorStream(true);        try {            //启动进程            Process start = processBuilder.start();            //获取输入流            InputStream inputStream = start.getInputStream();            //转成字符输入流            InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream,"gbk");            int len = -1;            char[] c = new char[1024];            StringBuffer outputString = new StringBuffer();            //读取进程输入流中的内容            while ((len= inputStreamReader.read(c))!=-1) {                String s = new String(c,0,len);                outputString.append(s);                System.out.print(s);            }            inputStream.close();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }    @Test    public void testFFmpeg(){        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();        //定义命令内容        List<String> command = new ArrayList<>();        command.add("D:\\Program Files\\ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static\\bin\\ffmpeg.exe");        command.add("-i");        command.add("E:\\ffmpeg_test\\1.avi");        command.add("-y");//覆盖输出文件        command.add("-c:v");        command.add("libx264");        command.add("-s");        command.add("1280x720");        command.add("-pix_fmt");        command.add("yuv420p");        command.add("-b:a");        command.add("63k");        command.add("-b:v");        command.add("753k");        command.add("-r");        command.add("18");        command.add("E:\\ffmpeg_test\\1.mp4");        processBuilder.command(command);        //将标准输入流和错误输入流合并,通过标准输入流读取信息        processBuilder.redirectErrorStream(true);        try {            //启动进程            Process start = processBuilder.start();            //获取输入流            InputStream inputStream = start.getInputStream();            //转成字符输入流            InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream,"gbk");            int len = -1;            char[] c = new char[1024];            StringBuffer outputString = new StringBuffer();            //读取进程输入流中的内容            while ((len= inputStreamReader.read(c))!=-1) {                String s = new String(c,0,len);                outputString.append(s);                System.out.print(s);            }            inputStream.close();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }我们已经准备好了工具类:
Mp4VideoUtil.java完成avi转mp4
HlsVideoUtil.java完成mp4转hls
可以直接使用。
6.1 处理流程

当视频合并成功后
    把视频处理成m3u8流媒体把视频信息写到数据库
具体代码: 在合并完成方法中调用
    @Value("${xc-service-manage-media.ffmpeg-path}")    String ffmpeg_path;​​    private void ChangeHLS(File mergeFile, String fileMd5) {​        // mp4 文件保存目录        String fileFolderPath = getFileFolderPath(fileMd5);        //生成的mp4的文件名称        String mp4_name = fileMd5 + ".mp4";        //生成的mp4所在的路径        String mp4folder_path = fileFolderPath;​​        //创建工具类对象        Mp4VideoUtil mp4VideoUtil = new Mp4VideoUtil(ffmpeg_path, mergeFile.getAbsolutePath(), mp4_name, mp4folder_path);​        //进行处理        String result = mp4VideoUtil.generateMp4();​​        //4、将mp4生成m3u8和ts文件        //String ffmpeg_path, String video_path, String m3u8_name,String m3u8folder_path        //mp4视频文件路径        String mp4_video_path = mp4folder_path + mp4_name;​        //m3u8_name文件名称        String m3u8_name = fileMd5 + ".m3u8";        //m3u8文件所在目录        String m3u8folder_path = fileFolderPath + "hls/";​        HlsVideoUtil hlsVideoUtil = new HlsVideoUtil(ffmpeg_path, mp4_video_path, m3u8_name, m3u8folder_path);​        //生成m3u8和ts文件        String tsResult = hlsVideoUtil.generateM3u8();​        //保存fileUrl(此url就是视频播放的相对路径)        String filePath = fileFolderPath + "hls/" + m3u8_name;​​        // 将fileUrl 保存到数据库        FileMsg fileMsg = new FileMsg();        fileMsg.setFileId(fileMd5);        fileMsg.setFileName(mergeFile.getName());        fileMsg.setFilePath(filePath);        fileMsg.setFileUrl(filePath.split("C:/school/video")[1]);​        fileMsgMapper.insert(fileMsg);​​        //优化:  文件处理成功后, 可以删除mp4文件​​    }说明:
mp4转成m3u8如何判断转换成功?
第一、根据视频时长来判断,同mp4转换成功的判断方法。
第二、最后还要判断m3u8文件内容是否完整。
4 播放器

4.1 技术选型

视频编码后要使用播放器对其进行解码、播放视频内容。在web应用中常用的播放器有flash播放器、H5播放器或浏览器插件播放器,其中以flash和H5播放器最常见。
flash播放器:缺点是需要在客户机安装Adobe Flash Player播放器,优点是flash播放器已经很成熟了,并且浏览器对flash支持也很好。
H5播放器:基于h5自带video标签进行构建,优点是大部分浏览器支持H5,不用再安装第三方的flash播放器,并且随着前端技术的发展,h5技术会越来越成熟。
本项目采用H5播放器,使用Video.js开源播放器。
Video.js是一款基于HTML5世界的网络视频播放器。它支持HTML5和Flash视频,它支持在台式机和移动设备上播放视频。这个项目于2010年中开始,目前已在40万网站使用。
官方地址:http://videojs.com/
4.2 下载video.js

Video.js: https://github.com/videojs/video.js
videojs-contrib-hls: https://github.com/videojs/videojs-contrib-hls#installation
(videojs-contrib-hls是播放hls的一个插件)
使用文档:http://docs.videojs.com/tutorial-videojs_.html
本教程使用 video.js 6.7.3 版本,videojs-contrib-hls 5.14.1版本
将资料中提供的plugins赋值到xc-ui-pc-video项目目录下
4.3 搭建媒体服务器

正常使用video.js播放视频是通过一个网页,用户通过浏览器打开网页去播放视频,网页和视频都从web服务器请求。
4.3.1 Nginx媒体服务器

根据上边的流程,我们在媒体服务器上安装Nginx,并配置如下 :
server {            listen       81;        server_name  localhost;                #  流媒体 静态资源        location ^~ /school/video/ {                   alias   C:/school/video/;        }               # 视频静态资源        location / {                    alias   C:/CODE/JAVA/school/xc-ui-pc-video/;            index  index.html index.htm;        }           }4.4 测试video.js

    把资料中的video.html 复制到 C:/CODE/JAVA/school/xc-ui-pc-video/ 如图:
上面已经使用nginx 代理 C:/CODE/JAVA/school/xc-ui-pc-video/ 目录。 所以可以通过http请求直接访问video.html页面
    把src路径修改为自己的媒资访问路径

    测试:
用户打开浏览器输入 http://localhost:81/video.html 。即可打开视频播放页面,并播放。
这里是默认签名
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