flv.js的追帧、断流重连及实时更新的直播优化方案

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1. 前言

最近在处理前端直播的业务，根据业务需要，使用 flv.js 的方案播放实时的flv视频流。不得不承认，flv.js 是一个伟大的库。

在使用flv.js开发的过程中，遇到了一些问题，也无外乎是视频延迟，视频卡顿等问题，经过在github issues里摸爬滚打，加上长时间的试错，将这些问题归纳出了对应的解决方案，也自己封装了一个扩展插件 flvExtend。

于是写这篇文章来对我遇到的一些问题进行总结，我提出的解决方案不一定适合所有场景，如果有更好的解决方案，欢迎讨论，这也是我写这篇文章的目的，也是我写文章的初心。

2. 前端直播

在讲解 flv.js 的优化方案之前，我想先简单的介绍一下前端直播的方案，为什么要使用 flv.js，方便大家理解以及作为一项技术来储备。

2.1 常见直播协议

• RTMP: 底层基于 TCP，在浏览器端依赖 Flash。
• HTTP-FLV: 基于 HTTP 流式 IO 传输 FLV，依赖浏览器支持播放 FLV。
• WebSocket-FLV: 基于 WebSocket 传输 FLV，依赖浏览器支持播放 FLV。WebSocket 建立在 HTTP 之上，建立 WebSocket 连接前还要先建立 HTTP 连接。
• HLS: Http Live Streaming，苹果提出基于 HTTP 的流媒体传输协议。HTML5 可以直接打开播放。
• RTP: 基于 UDP，延迟 1 秒，浏览器不支持。

可以看到，在浏览器端，可以考虑的方案有：HTTP-FLV、WebSocket-FLV 以及 HLS， 我们可以对比一下这几个直播协议之间的性能：
（以下数据来源于网络，只做对比参考）

可以看出在浏览器里做直播，使用 HTTP-FLV 协议是不错的，性能优于 RTMP+Flash，延迟可以做到和 RTMP+Flash 一样甚至更好。

2.2 flv.js 的原理

flv.js 的主要工作就是，在获取到 FLV 格式的音视频数据后通过原生的 JS 去解码 FLV 数据，再通过 Media Source Extensions API 喂给原生 HTML5 Video 标签。(HTML5 原生仅支持播放 mp4/webm 格式，不支持 FLV)

flv.js 为什么要绕一圈，从服务器获取 FLV 再解码转换后再喂给 Video 标签呢？原因如下：

1. 兼容目前的直播方案：目前大多数直播方案的音视频服务都是采用 FLV 容器格式传输音视频数据。
2. FLV 容器格式相比于 MP4 格式更加简单，解析起来更快更方便。

2.3 flv.js 的简单使用

<script src="flv.min.js"></script>
<video id="videoElement"></video>
<script>
  if (flvjs.isSupported()) {
    var videoElement = document.getElementById("videoElement");
    var flvPlayer = flvjs.createPlayer({
      type: "flv",
      isLive: true,
      url: "http://example.com/flv/video.flv",
    });
    flvPlayer.attachMediaElement(videoElement);
    flvPlayer.load();
    flvPlayer.play();
  }
</script>

主要流程就是：

1. 创建flvjs.Player对象，可以传递两个参数：MediaDataSource，以及 Config，具体的可以看下官方文档
2. 挂载元素
3. 加载视频流
4. 播放视频流

附：官方 API 文档

3. flv.js 的优化方案

我们根据官方的例子，可以很容易地把 flv 直播流播起来，但是在实际项目中使用时，还会遇到一些问题，我们需要手动对这些问题进行优化处理

3.1 追帧-解决延迟累积问题

flv.js 有一个最大的问题，就是延迟问题，一方面是直播端的延迟，一方面是浏览器的延迟，而且浏览器的延迟如果不做特殊处理，会造成延时累积的问题，对直播的实时性影响很大。

解决方案需要从以下两部分入手：

3.1.1 修改 config 配置

{
  enableWorker: true, // 启用分离的线程进行转换
  enableStashBuffer: false, // 关闭IO隐藏缓冲区
  stashInitialSize: 128, // 减少首帧显示等待时长
}

• 开启 flv.js 的 Worker，多线程运行 flv.js 提升解析速度可以优化延迟
• 关闭 buffer 缓存，这个选项可以明显地降低延迟，缺点就是由于关闭了 buffer 缓存，网络不好的时候可能会出现 loading 加载
• 调低 IO 缓冲区的初始尺寸，减少首帧显示的等待时长

3.1.2 追帧设置

解决延时累加最有效的方式就是进行追帧设置

追帧，就是去判断缓冲区末尾的 buffer 值与当前播放时间的差值，如果大于某个值，就进行追帧设置，具体的思路如下：

1. 首先，在 progress 事件，或者定时器中进行追帧逻辑
2. 判断 buffer 的差值 delta

let end = this.player.buffered.end(0); //获取当前buffered值(缓冲区末尾)
let delta = end - this.player.currentTime; //获取buffered与当前播放位置的差值

3. 如果 delta 值大于某个设定的值，则进行追帧操作
4. 追帧有两种方式
   1）一种是直接更新当前的时间：this.player.currentTime = this.player.buffered.end(0) - 1，缺点是如果频繁触发会导致跳帧，观感差；
   2）一种是调快播放速度的方式来慢慢追帧： this.videoElement.playbackRate = 1.1，优点是稳定，缺点是如果 delta 值过大，通过这种方式追得太慢
   在实际使用中两种方式可以结合起来。

代码实现：

videoElement.addEventListener("progress", () => {
  let end = player.buffered.end(0); //获取当前buffered值(缓冲区末尾)
  let delta = end - player.currentTime; //获取buffered与当前播放位置的差值

  // 延迟过大，通过跳帧的方式更新视频
  if (delta > 10 || delta < 0) {
    this.player.currentTime = this.player.buffered.end(0) - 1;
    return;
  }

  // 追帧
  if (delta > 1) {
    videoElement.playbackRate = 1.1;
  } else {
    videoElement.playbackRate = 1;
  }
});

3.2 断流重连

断流重连即在flvjs播放失败的回调中，进行重建视频的操作

代码实现：

this.player.on(flvjs.Events.ERROR, (e) => {
  // destroy
  this.player.pause();
  this.player.unload();
  this.player.detachMediaElement();
  this.player.destroy();
  this.player = null;

  // 进行重建的逻辑，这里不再展开
  this.init();
});

3.3 实时更新

直播需要保证视频的实时性，以下两种操作都会导致视频的实时性得不到保证：

• 用户点击了暂停，过一段时间后再点播放，这时候的直播视频不是最新的
• 网页切到后台，再重新切换回前台，视频不是最新的

所以需要根据这两种情况来实时更新视频

代码实现：

// 点击播放按钮后，更新视频
videoElement.addEventListener("play", () => {
  let end = player.buffered.end(0) - 1;
  this.player.currentTime = end;
});

// 网页重新激活后，更新视频
window.onfocus = () => {
  let end = player.buffered.end(0) - 1;
  this.player.currentTime = end;
};

3.4 解决 stuck 问题

有的时候，视频在播放的过程中会突然卡住，或者控制台有时会报错 “Playback seems stuck at 0, seek to 1.1”。

我们需要判断视频是否卡住了，然后重建视频实例

思路就是判断 decodedFrames 是否产生变化，如果视频是播放状态并且该值没有产生变化，则可以判断视频卡住了。

代码实现：

function handleStuck() {
  let lastDecodedFrames = 0;
  let stuckTime = 0;

  this.interval && clearInterval(this.interval);
  this.interval = setInterval(() => {
    const decodedFrames = this.player.statisticsInfo.decodedFrames;
    if (!decodedFrames) return;

    if (lastDecodedFrames === decodedFrames && !this.videoElement.paused) {
      // 可能卡住了，重载
      stuckTime++;
      if (stuckTime > 1) {
        console.log(`%c 卡住，重建视频`, "background:red;color:#fff");
        // 先destroy，再重建视频实例
        this.rebuild();
      }
    } else {
      lastDecodedFrames = decodedFrames;
      stuckTime = 0;
    }
  }, 800);
}

4. 封装插件 flvExtend.js

我将这些优化方案封装成了一个插件 flvExtend.js，它相当于是 flv.js 的一个功能扩展

插件地址：https://github.com/shady-xia/flvExtend

使用起来是这个样子：

import FlvExtend from "flv-extend";

// 配置需要的功能
const flv = new FlvExtend({
  element: videoElement, // *必传
  frameTracking: true, // 开启追帧设置
  updateOnStart: true, // 点击播放后更新视频
  updateOnFocus: true, // 获得焦点后更新视频
  reconnect: true, // 开启断流重连
  reconnectInterval: 2000, // 断流重连间隔
});

// 调用 init 方法初始化视频
// init 方法的参数与 flvjs.createPlayer 相同，并返回 flvjs.player 实例
const player = flv.init(
  {
    type: "flv",
    url: "http://192.168.0.11/stream",
    isLive: true,
  },
  {
    enableStashBuffer: false, // 如果您需要实时（最小延迟）来进行实时流播放，则设置为false
    stashInitialSize: 128, // 减少首帧显示等待时长
  }
);

// 直接调用play即可播放
player.play();

5. 其他问题

这里打算长期记录一下遇到的问题以及解决思路，欢迎大家讨论，我会更新补充

1）多路视频同时直播

由于浏览器对 http 1.0 的限制，以Chrome为例，同一个浏览器下，最多只能播6路同源地址下的视频（包括多个标签页也会被合算在内）

目前的解决方案有：

1. 使用http 2.0，由于http 2.0的多路复用，可以同屏播放多个视频流
2. 使用 websocket
3. 通过为流分配不同的服务端地址

参考

• github issues
• 使用 flv.js 做直播