视频在线点播功能如何实现？【Java培训】

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

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
        //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
@Test
public 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。

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 ：

# 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

1.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。


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