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。

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
```
  解压:
```
tar -zxvf nms-linux-amd64-20200222.tar.gz
```
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：
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
```
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：

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：
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>
    );
}

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：

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！