CDN存量MP4視頻播放優(yōu)化方法

[黃潤懷 陳戈]

1 現(xiàn)有MP4文件播放方法概述

MP4文件格式是目前各大影音網(wǎng)站使用的主流格式，客戶端從服務(wù)器逐步獲取MP4文件并進(jìn)行播放。MP4文件有一個(gè)最重要的組成部分稱為MP4BOX，MP4BOX中不包含具體媒體數(shù)據(jù)，但包含MP4文件中所有媒體數(shù)據(jù)的宏觀描述信息，記錄了創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間、時(shí)間度量標(biāo)尺、可播放時(shí)長等，以及文件中每個(gè)媒體軌道的具體信息。MP4文件需要通過配合MP4BOX中的信息才能夠進(jìn)行播放。

在現(xiàn)有技術(shù)中，播放器要播放一個(gè)MP4格式的內(nèi)容，就首先需要下載MP4BOX，只有下載完MP4BOX后，才能獲得播放的必要信息，播放器播放啟動(dòng)等待時(shí)間長。為優(yōu)化MP4播放等待時(shí)長問題，業(yè)界在編碼時(shí)，即對MP4BOX進(jìn)行優(yōu)化，如把MP4切成小分片，每個(gè)小分片有一個(gè)MP4BOX，或直接使用DASH等MP4分片新格式。

對于CDN已經(jīng)存儲(chǔ)的海量MP4文件而言，對其進(jìn)行重編碼和重新注入是一件極為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。本文提出了一種CDN存量MP4視頻播放優(yōu)化方法，并在實(shí)際應(yīng)用取得了較好的效果。

2 CDN虛擬分片方案

為優(yōu)化CDN MP4存量內(nèi)容的播放速度，可在現(xiàn)有MP4文件的基本上為其增加相應(yīng)索引，如圖1所示。

圖1 CDN對MP4文件虛擬分片的交互架構(gòu)

CDN掃描存量的MP4文件，并成生一個(gè)外部索引文件頭，其中，MP4文件被虛擬切分為多個(gè)分片，索引文件頭包括各個(gè)分片的分片文件頭索引。播放器可根據(jù)分片文件頭索引獲取分片文件頭，并根據(jù)分片文件頭獲取并播放分片。

分片文件頭索引為分片文件頭的地址索引或存儲(chǔ)分片文件頭地址的路徑索引。為支持拖動(dòng)、快進(jìn)等損傷，索引文件頭還包括各分片的時(shí)間范圍，播放器在響應(yīng)用戶的拖動(dòng)操作時(shí)，根據(jù)分片文件頭索引確定拖動(dòng)位置所在的分片，并向CDN服務(wù)器發(fā)送獲取分片請求，獲取分片請求包含對應(yīng)分片和用戶拖動(dòng)位置信息的請求。

MP4索引文件頭可以是Json格式的文件，索引文件頭中可以包含表1所示的關(guān)鍵字。

表1 MP4索引文件頭信息

根據(jù)索引文件頭中的URL信息可以得到分片文件頭的地址。分片文件頭可以與MP4文件分片分離存儲(chǔ)，同一個(gè)MP4文件的分片文件頭可以存儲(chǔ)在一起。同一個(gè)MP4文件的分片文件頭以一個(gè)結(jié)構(gòu)體與所有的分片文件頭連續(xù)存儲(chǔ)而成，其中存儲(chǔ)在分片文件頭之前的結(jié)構(gòu)體的定義如下：

在結(jié)構(gòu)體MP4ClipHeader中定義了分片的數(shù)目mdwClipCount，和與分片數(shù)目相等的MP4ClipInfo結(jié)構(gòu)體。每個(gè)MP4ClipInfo結(jié)構(gòu)體對應(yīng)一個(gè)分片的分片文件頭和分片內(nèi)容信息，其中，mdwHeaderStartPos為分片頭在頭文件中的起始位置，mdwHeaderLength為分片頭的長度，mllContentStartPos為分片內(nèi)容在原始文件中的起始位置，mdwContentLength為分片內(nèi)容的長度。

索引文件頭中的分片文件頭索引中包含MP4ClipHeader結(jié)構(gòu)體的地址信息，由于每個(gè)MP4ClipInfo所占用空間相同，因此可以用MP4ClipInfo占用的空間×（分片序號(hào)-1）+4的計(jì)算式獲得對應(yīng)分片的MP4ClipInfo地址，從而獲得對應(yīng)分片文件頭的地址，確定分片文件的地址。

3 業(yè)務(wù)流程與播放器升級(jí)

為支持虛擬MP4分片,播放器也需要進(jìn)行升級(jí)，升級(jí)后的播放器需支持MP4虛擬分片的外部索引，并根據(jù)索引信息進(jìn)行相應(yīng)的播放操作。播放器支持的分片文件頭索引內(nèi)容簡單，只需MP4ClipHeader結(jié)構(gòu)體的地址信息、每個(gè)MP4ClipInfo所占用空間和分片序號(hào)即能計(jì)算得到分片文件頭地址的存儲(chǔ)路徑。這種方式能夠有效縮小索引文件頭，簡短客戶端從服務(wù)器獲取索引文件頭的時(shí)間。

播放器訪問虛擬分片的業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 升級(jí)后的播放器訪問虛擬分片的業(yè)務(wù)流程

如圖2所示的業(yè)務(wù)流程，CDN可通過判斷客戶端的版本，為播放器提供不同的流服務(wù)。對于未升級(jí)不支持虛擬分片的播放器，CDN為其提供原有的流服務(wù)，對于已升級(jí)的播放器，CDN為其提供如圖2所示的流服務(wù)。

CDN服務(wù)器接收到播放器獲取分片請求消息之后的處理流程可以如圖3所示。

如圖3所示的CDN處理流程中可以看出，虛擬分片的處理工作，大部分交由了CDN來進(jìn)行處理，播放器升級(jí)的地方很少。

服務(wù)器接收到客戶端的獲取分片請求后，服務(wù)器判斷請求中是否含有查詢字符串，如果不含查詢字符串，判斷該請求不是MP4分片請求；否則服務(wù)器解析請求，獲取請求的分片序號(hào)。服務(wù)器計(jì)算請求的分片文件頭的地址信息的存放位置。服務(wù)器讀取分片文件頭存儲(chǔ)的地址信息。服務(wù)器根據(jù)分片文件頭的地址讀取分片文件頭的內(nèi)容。經(jīng)過以上的步驟，服務(wù)器根據(jù)收到的獲取分片請求讀取到了分片文件頭信息。

圖3 CDN響應(yīng)客戶端的處理流程示意

服務(wù)器判斷獲取分片請求中是否含有定位信息。定位信息是用戶拖動(dòng)分片，并且拖動(dòng)點(diǎn)不在分片的起始位置的標(biāo)識(shí)，如果含有定位信息，則服務(wù)器讀取原分片文件頭和分片的信息，根據(jù)定位信息構(gòu)造新的分片文件頭。如果不含有定位信息，則服務(wù)器讀取分片文件頭對應(yīng)的分片。對于請求中有定位信息的情況，服務(wù)器讀取的是根據(jù)定位信息構(gòu)造的新的分片。

服務(wù)器根據(jù)定位信息，計(jì)算新的分片的起始地址，構(gòu)造新的分片。在MP4文件的分片為邏輯分片，分片文件頭單獨(dú)存儲(chǔ)的情況下，新的分片的起始地址=原分片的起始地址+拖動(dòng)位置的媒體內(nèi)容在所處分片的相對地址；在MP4文件的分片與對應(yīng)的分片文件頭連續(xù)存儲(chǔ)，且分片文件頭存儲(chǔ)在對應(yīng)分片之前的情況下，新的分片的起始地址=原分片的起始地址+拖動(dòng)位置的媒體內(nèi)容在所處分片的相對地址-原分片的分片文件頭長。

4 應(yīng)用效果

本文方案由于無需對CDN存量內(nèi)容進(jìn)行重編碼、重注入，同時(shí)，播放器升級(jí)改造簡單，也兼容客戶端不升級(jí)方案，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，大大提升了用戶MP4視頻的播放速度，取得了較好的應(yīng)用效果。