DASH против HLS: битва протоколов стриминга

Введение в MPEG-DASH и HLS

Большую часть адаптивного стриминга в вебе несут два протокола: MPEG-DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) и HLS (HTTP Live Streaming). Оба доставляют сегментированное видео поверх HTTP, но различаются форматом сегментов, поддержкой кодеков и охватом платформ. Этот гид разбирает, как работает каждый, как они сравниваются по задержке и эффективности и как выбрать между ними — а также как CMAF объединяет оба в один набор сегментов.

Краткая история и назначение

MPEG-DASH был разработан группой Moving Picture Experts Group (MPEG), чтобы создать универсальный формат стриминга видео в вебе. Он спроектирован независимым от устройств, обеспечивая совместимость с широким спектром устройств и платформ. Протокол использует HTTP для доставки видеосегментов и очень гибок, поддерживая различные кодеки и контейнерные форматы.

HLS был разработан Apple и изначально запущен вместе с выходом устройств iOS. Он быстро стал стандартом для стриминга live- и on-demand-видео. HLS использует HTTP для доставки видеосегментов и получил широкое распространение на разных платформах и устройствах, особенно для iOS и macOS.

Форматы сегментов

Ключевой аспект и DASH, и HLS — как они работают с видеосегментами. Это меньшие части видеопотока, которые доставляются клиенту независимо, обеспечивая адаптивный битрейт.

Форматы сегментов DASH

Сегменты DASH обычно кодируются в формате ISO Base Media File Format (ISOBMFF), который также используется для файлов MP4. Этот формат обеспечивает эффективный произвольный доступ и стриминг поверх HTTP. Сегменты обычно имеют расширение .mp4 и организованы в структуру каталогов, включающую MPD-файл.

Форматы сегментов HLS

Сегменты HLS обычно кодируются в формате .ts (MPEG-2 Transport Stream), хотя новые версии HLS также поддерживают сегменты .m4s (Fragmented MP4). Эти сегменты группируются в файл плейлиста (.m3u8), который сообщает клиенту информацию о доступных сегментах и их расположении.

Структура манифеста

Файл манифеста критичен и для DASH, и для HLS, так как содержит метаданные о видеоконтенте и доступных сегментах.

MPD (Media Presentation Description) для DASH

MPD-файл для DASH — это XML-документ с метаданными о видеопрезентации: информацией о видео- и аудиопотоках, URL сегментов и данными о таймингах. Вот простой пример MPD-файла:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<MPD xmlns="urn:mpeg:dash:schema:mpd:2011"
     mediaPresentationDuration="PT0H1M24S"
     minBufferTime="PT1.5S"
     profiles="urn:mpeg:dash:profile:isoff-on-demand:2011"
     type="static">
  <Period start="PT0S">
    <AdaptationSet>
      <SegmentTemplate timescale="1000" media="segment-$Number$.mp4" initialization="segment-0.mp4" />
      <Representation id="rep1" bandwidth="1000000" codecs="avc1.42c015" width="640" height="360">
        <SegmentList>
          <SegmentURL media="segment-1.mp4"/>
          <SegmentURL media="segment-2.mp4"/>
          <SegmentURL media="segment-3.mp4"/>
        </SegmentList>
      </Representation>
    </AdaptationSet>
  </Period>
</MPD>

m3u8 для HLS

Файл m3u8 для HLS — это текстовый файл, перечисляющий сегменты и их URL. Он также может включать метаданные о потоке, например кодек и битрейт. Вот простой пример файла m3u8:

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXTINF:10.000,
segment_00000.ts
#EXTINF:10.000,
segment_00001.ts
#EXTINF:10.000,
segment_00002.ts
#EXT-X-ENDLIST

Поддержка кодеков

И DASH, и HLS поддерживают широкий спектр кодеков, но есть различия в совместимости и поддержке.

Распространённые кодеки

• H.264: широко поддерживается и DASH, и HLS.
• AAC: часто используется для аудио в обоих протоколах.
• VP9: поддерживается DASH, но реже встречается в HLS.
• HEVC (H.265): поддерживается DASH, но реже в HLS, особенно на старых устройствах и платформах.

Совместимость кодеков

DASH гибче в поддержке кодеков, так как справляется с более широким спектром кодеков и контейнеров. HLS исторически был строже, особенно с новыми кодеками и контейнерами, хотя это улучшилось с появлением HLSv4 и сегментов Fragmented MP4.

Адаптивный битрейт (ABR)

Адаптивный битрейт — ключевая функция и DASH, и HLS, позволяющая клиентам переключаться между уровнями качества в зависимости от условий сети.

ABR в DASH

В DASH клиент использует MPD-файл, чтобы определить доступные битрейты и URL сегментов. Затем клиент переключается между разными представлениями (битрейтами) в зависимости от условий сети. MPD-файл описывает разные представления, а клиент динамически выбирает лучшее исходя из доступной полосы.

ABR в HLS

В HLS клиент использует файл m3u8, чтобы определить доступные битрейты и URL сегментов. Клиент переключается между разными потоками (битрейтами) в зависимости от условий сети. Файл m3u8 включает список доступных потоков и их битрейтов, и клиент динамически выбирает лучший исходя из доступной полосы.

Производительность и эффективность

И DASH, и HLS спроектированы для эффективного стриминга с низкой задержкой, но есть различия в производительности.

Задержка

Сквозная задержка зависит в основном от длительности сегмента, настроек энкодера/паковщика и расширений низкой задержки (например, LL-HLS или chunked CMAF), а не от трёхбуквенной аббревиатуры. Традиционные развёртывания HLS часто использовали сегменты по 6–10 с, что добавляет задержку glass-to-glass; DASH нередко паковали с более короткими сегментами, но настроить можно и так, и так. Современный fMP4 HLS с правильной настройкой плеера может достичь задержки, сопоставимой с DASH, при совпадающих настройках.

Использование полосы

Оба протокола используют лестницы адаптивного битрейта; эффективность идёт от выбора кодека, размера сегмента и кэширования на CDN, а не от ярлыка DASH или HLS. MPEG-TS HLS несёт чуть больше mux-накладных расходов, чем fMP4; сравнивайте реальные манифесты, а не предполагайте, что один протокол всегда «эффективнее».

Распространённость и присутствие на рынке

Распространённость DASH и HLS различается на разных платформах и устройствах, а рыночные тренды постоянно меняются.

Текущие рыночные тренды

DASH набирает популярность благодаря гибкости и широкой поддержке кодеков, а HLS остаётся популярным выбором, особенно на iOS и macOS. Многие платформы и устройства поддерживают оба протокола, и выбор часто зависит от конкретных сценариев и требований.

Уровни распространения

• DASH: всё чаще принимается стриминговыми сервисами и платформами, которым нужны широкая поддержка кодеков и гибкость.
• HLS: широко распространён у Apple и других платформ, особенно для live-стриминга и on-demand-контента.

Внедрение DASH и HLS

Внедрение DASH или HLS требует внимательного учёта технических требований и конкретного сценария.

Практические шаги внедрения

Внедрение DASH

1. Подготовьте видеоконтент: закодируйте видео в несколько битрейтов.
2. Сгенерируйте сегменты: используйте инструменты вроде FFmpeg для генерации сегментов DASH.
3. Создайте MPD-файл: используйте инструмент вроде MP4Box для генерации MPD-файла.
4. Разместите контент: загрузите сегменты и MPD-файл на веб-сервер.
5. Отдавайте контент: настройте сервер на отдачу DASH-контента поверх HTTP.

Внедрение HLS

1. Подготовьте видеоконтент: закодируйте видео в несколько битрейтов.
2. Сгенерируйте сегменты: используйте инструменты вроде FFmpeg для генерации сегментов HLS.
3. Создайте файл m3u8: используйте инструмент вроде FFmpeg для генерации m3u8.
4. Разместите контент: загрузите сегменты и файл m3u8 на веб-сервер.
5. Отдавайте контент: настройте сервер на отдачу HLS-контента поверх HTTP.

Сравнительная таблица

Заключение

DASH и HLS — зрелые протоколы стриминга на базе HTTP. DASH даёт более широкую гибкость кодеков, а HLS — самую широкую поддержку устройств и экосистемы Apple; задержка и эффективность полосы зависят от ваших настроек сегментов и паковки, а не от названия протокола. Выбирайте HLS для максимального охвата, DASH — для гибкости кодеков, и обращайтесь к CMAF плюс расширениям низкой задержки, когда важна задержка glass-to-glass.