HTTPライブストリーミング（HLSとも呼ばれる）は、Apple社が開発し、2009年にリリースされたHTTPベースのアダプティブビットレートストリーミング通信プロトコルです。このプロトコルは、メディアプレーヤー、ウェブブラウザ、モバイルデバイス、ストリーミングメディアサーバーなどで広くサポートされています。2022年現在、毎年実施されるビデオ業界調査では、HLSが最も人気のあるストリーミング形式であることが一貫して示されています。[2]

HLSは、ストリーム全体を複数の小さなHTTPベースのファイルダウンロードに分割し、各ファイルダウンロードが、潜在的に無制限のトランスポートストリーム全体から1つの短いチャンクをダウンロードするという点で、MPEG-DASHに似ています。異なるビットレートでエンコードされた利用可能なストリームのリストは、拡張M3Uプレイリストを使用してクライアントに送信されます。[3]

HTTPライブストリーミングは、標準HTTPトランザクションに基づいているため、 RTPなどのUDPベースのプロトコルとは異なり、標準HTTPトラフィックを通過させるあらゆるファイアウォールやプロキシサーバーを通過できます。これにより、従来のHTTPサーバーからコンテンツを提供したり、広く利用可能なHTTPベースのコンテンツ配信ネットワークを介して配信したりすることも可能になります。[4] [5] [6]この標準規格には、標準的な暗号化メカニズム[7]とHTTPSを使用した安全な鍵配布も含まれており、これらを組み合わせることでシンプルなDRMシステムが実現されます。プロトコルの最新バージョンでは、トリックモードの早送り・巻き戻しや字幕の統合も提供されています。

AppleはHTTPライブストリーミングをインターネットドラフト（個別提出）として文書化しました。これは、RFC（ Request for Comments ）として公開するプロセスの第一段階です。2015年12月現在、この文書の著者はRFC Independent Stream Editor（ISE）に対し、 IETFのコンセンサスプロセス外で情報提供目的（非標準）のRFCとして公開するよう要請しています。 [8] 2017年8月には、プロトコルのバージョン7を記述したRFC 8216が公開されました。[9]

建築

HTTPライブストリーミングは、HTTPライブストリーミング（HLS）をサポートする従来のウェブサーバーを使用してオーディオビジュアルコンテンツを配信します。コンテンツを適切なフォーマット（コーデック）に調整し、ネットワーク経由でリアルタイムに送信するには、 OBSなどの特定のソフトウェアが必要です。サービスのアーキテクチャは以下で構成されます。

サーバ
入力ビデオフローを配信に適した形式でコード化・カプセル化します。その後、複数のファイルに分割して配信準備を整えます。入力プロセスでは、ビデオはエンコードおよび分割され、ビデオフラグメントとインデックスファイルが生成されます。
  • エンコーダ：ビデオファイルをH.264形式で、オーディオをAAC、MP3、AC-3、またはEAC-3形式で符号化します。[10]これはMPEG-2トランスポートストリーム（MPEG-TS）またはMPEG-4パート14 （MP4）でカプセル化されて伝送されます。
  • セグメンター: ストリームを等長のフラグメントに分割します。また、フラグメント化されたファイルへの参照を含むインデックスファイルを作成し、.m3u8形式で保存します。
卸売業者
標準の Web サーバーによって形成され、クライアントからの要求を受け入れ、ストリーミングに必要なすべてのリソース (.m3u8 プレイリスト ファイルと .ts セグメント ファイル) を配信します。
クライアント
すべてのファイルとリソースをリクエストしてダウンロードし、それらを組み立てて、ユーザーに連続した動画として表示します。クライアントソフトウェアは、まずURL経由でインデックスファイルをダウンロードし、次に利用可能な複数のメディアファイルをダウンロードします。再生ソフトウェアは、シーケンスを組み立てて、ユーザーに連続して表示できるようにします。

特徴

HTTPライブストリーミングは、信頼性の低いネットワーク状況でも、ユーザーに見える再生の遅延を発生させることなく、プレーヤーが適応できるメカニズムを提供します。例えば、信頼性の低い無線ネットワークでは、HLSを利用することでプレーヤーは低品質のビデオを使用できるため、帯域幅の使用量を削減できます。HLSビデオは、同じビデオを複数のサーバーで再生することで高可用性を実現できます。これにより、サーバーの1つに障害が発生した場合でも、プレーヤーはシームレスに切り替えることができます。

適応性

プレーヤーがネットワーク帯域幅に適応できるように、元のビデオは複数の異なる品質レベルでエンコードされます。サーバーは、これらのエンコード（バリアントストリーム）のインデックス（マスタープレイリスト）を提供します。プレーヤーは再生中にこれらのバリアントストリームを選択でき、ネットワーク状況の変化に応じてシームレスに切り替えることができます。

断片化されたMP4の使用

Appleは2016年のWWDCで、フラグメントMP4 （fMP4）ファイル用のバイト範囲アドレス指定機能の搭載を発表しました[11] 。これにより、 MPEG-2トランスポートストリームに多重化することなく、HLS経由でコンテンツを再生できるようになります。業界では、これをHLSとMPEG-DASHの互換性に向けた一歩と捉えました[12] [13]。

低遅延HLS

Low Latency の名前と対応する頭字語を持つ、無関係な HLS 拡張機能が 2 つ存在します。

  • AppleがWWDC2019で発表したApple Low Latency HLS（ALHLS）[14]
  • コミュニティLHLS（LHLS）はAppleの発表より前に存在し、よりシンプルであるとされている[15]

このセクションの残りの部分では、AppleのALHLSについて説明します。ALHLSは、ライブストリームの再生を開始する時間を短縮し、ライブストリーミングイベント中にその時間を維持することで、HLS経由でストリーミングする際のグラスツーグラスの遅延を削減します。MPEG-CMAFのfMP4と同様に、部分的なメディアセグメントファイルをミックスに追加することで機能します。CMAFとは異なり、ALHLSは部分的なMPEG-2 TSトランスポートファイルもサポートしています。部分的なメディアセグメントは、標準セグメント（例：6秒）を1秒未満（例：200ミリ秒）の等しいセグメントに分割したものです。標準の最初のセグメントは、一連の部分的なセグメントに置き換えられます。後続のセグメントは標準サイズです。[16] セグメントをプレイリストと一緒にプッシュするにはHTTP/2が必要であり、繰り返しHTTP/TCP接続を確立するためのオーバーヘッドを削減します。

その他の機能は次のとおりです:

  • プレイリスト デルタ更新: プレイリスト間で変更された内容のみを送信します。これは通常、単一の MTU に収まるため、大規模な DVR ウィンドウの場合、かなり大きくなる可能性があるプレイリストをより効率的に読み込むことができます。
  • プレイリストの再読み込みのブロック: ライブ メディア プレイリストを要求するときに、最初のセグメントも準備できるまで待機し、両方を同時に返します (追加の HTTP/TCP 要求を節約)
  • レンディションレポート: 他のメディアレンディションにメタデータを追加して、ABR間の切り替えを高速化します。
  • 新しいタグが追加されました: EXT-X-SERVER-CONTROL / EXT-X-PART / EXT-X-SKIP / EXT-X-RENDITION-REPORT
  • URL QUERY_STRING ?_HLSコールバックが追加されました

Appleは新しいツールも追加しました。tsrecompressorは、オーディオとビデオの連続した低遅延ストリームを生成・エンコードします。mediastreamsegmenterツールの低遅延バージョンが利用可能になりました。これはHLSセグメンターで、tsrecompressorからUDP/MPEG-TSストリームを受け取り、上記の新しいタグを含むメディアプレイリストを生成します。

低遅延HLSのサポートは、tvOS 13ベータ版とiOS & iPadOS 14で利用できます。[17] 2020年4月30日、AppleはメインHLS仕様の第2版に低遅延仕様を追加しました。[18]

ダイナミック広告挿入

HLSでは、SCTE-35仕様に基づくスプライス情報を使用することで、動的な広告挿入がサポートされています。SCTE-35スプライスメッセージは、EXT-X-DATERANGEタグを使用してメディアプレイリストファイルに挿入されます。各SCTE-35 splice_info_section()は、SCTE35-CMD属性を持つEXT-X-DATERANGEタグで表されます。splice_insert()コマンドによって通知されるSCTE-35スプライスアウト/インペアは、同じID属性を持つ1つ以上のEXT-X-DATERANGEタグで表されます。SCTE-35スプライスアウトコマンドにはSCTE35-OUT属性が、スプライスインコマンドにはSCTE35-IN属性が必要です。

SCTE35-OUT属性とSCTE35-IN属性を含む2つのEXT-X-DATERANGEタグの間には、メディアセグメントURIのシーケンスが存在する場合があります。これらのメディアセグメントは通常、ローカル広告またはカスタマイズされた広告に置き換えることができる広告プログラムを表します。広告の置き換えでは、メディアファイルの置き換えは不要で、プレイリスト内のURIを別の広告プログラムを指すように変更するだけで済みます。広告の置き換えは、オリジンサーバーまたはクライアントのメディア再生デバイスで実行できます。

サーバーの実装

HTTP ライブ ストリーミングをサポートする注目すべきサーバー実装には次のようなものがあります。

  • Adobe Media Server は、iOS デバイス向け HLS (HLS) と Protected HTTP Live Streaming (PHLS) をサポートしています。
  • Akamai はライブ ストリームとオンデマンド ストリームで HLS をサポートしています。
  • AT&T は、ライブまたはオンデマンドのすべての形式で HLS をサポートしています。
  • Ant Media Serverはライブストリームとオンデマンドストリーム用のHLSと低遅延HLS [19]をサポートしています。
  • Axis Communication IPカメラはCamStreamerアプリACAP経由でHLSをサポートします
  • Instart はオンデマンド ストリーム用の HLS をサポートしています。
  • Amazon CloudFront はオンデマンドストリーム用の HLS をサポートしています。
  • Bitmovin はオンデマンドおよびライブ ストリーミング用の HLS をサポートしています。
  • CDNetworks は、ライブ ストリームとオンデマンド ストリームで HLS をサポートしています。
  • Cisco Systems : Live/TSTV/VOD/HLS および Cloud DVR サービスの完全なエンドツーエンドの配信をサポートします。
  • Cloudflare は、ライブ ストリームとオンデマンド ストリームで HLS をサポートしています。
  • EdgeCast Networks は、 HLS を使用したクロスデバイス ストリーミングをサポートします。
  • FastlyはライブストリームとオンデマンドストリームでHLSをサポートしています。[20]
  • RealNetworks のHelix Universal Server は、 iPhone、iPad、iPod への H.264 および AAC コンテンツのライブおよびオンデマンド HTTP ライブまたはオンデマンド ストリーミングのために iPhone OS 3.0 以降をサポートしています。
  • MicrosoftのIIS Media Services は、ライブおよびオンデマンドのSmooth Streamingと HTTP Live Streaming をサポートしています。
  • レベル 3 は、 HLS ライブ ストリームとオンデマンド ストリームをサポートします。
  • Limelight Networksは一部のアカウントでHLSをサポートしています。[21]
  • nginx-rtmp-moduleを搭載したNginxは、ライブモードでHLSをサポートします。ngx_http_hls_moduleモジュールを含む商用版Nginx PlusもHLS/HDS VODをサポートします。[22]
  • Nimble Streamer はライブおよび VOD モードで HLS をサポートし、Apple Low Latency HLS 仕様もサポートされています。
  • hls-serverパッケージを搭載したNode.jsは、ライブモードへのhlsエンコーディングとローカルファイル変換をサポートします。 [23]
  • OvenMediaEngineは、ライブ ストリーミング用の Low Latency HLS (LL-HLS) と HLS をサポートするオープン ソースプロジェクトです。
  • PeerTubeはHLSをサポート
  • Stormストリーミングサーバーは、メディアソース拡張プレーヤーのバックアップモードとしてHLSをサポートしています[24]
  • Tata Communications CDN は、ライブ ストリームとオンデマンド ストリームで HLS をサポートしています。
  • TVersity は、iOS デバイス上のあらゆるビデオ コンテンツを再生するために、オンザフライ トランスコーディングと組み合わせて HLS をサポートします。
  • UstreamはライブブロードキャストのHLS配信をサポートしています。取り込まれたストリームは、元のオーディオおよびビデオコーデックがHLSの要件を満たしていない場合、再トランスコードされます。
  • VLC メディア プレーヤーは、バージョン 2.0 以降、ライブ ストリームとオンデマンド ストリームの提供に HLS をサポートしています。
  • Wowza Media SystemsのWowza Streaming Engine は、ライブ (DVR 付き)、オンデマンド ストリーミング、および Apple Low Latency HLS 仕様の HLS および暗号化された HLS をサポートします。

使用法

  • GoogleはAndroid 3.0（Honeycomb）でHTTPライブストリーミングのサポートを追加しました。 [25]
  • HPはwebOS 3.0.5でHTTPライブストリーミングのサポートを追加しました。[26]
  • マイクロソフトは2015年にWindows 10のEdgeHTMLレンダリングエンジンにHTTPライブストリーミングのサポートを追加しました。[27]
  • マイクロソフトはIIS Media Services 4.0にHTTPライブストリーミングのサポートを追加しました。[28]
  • Yospace は、Yospace HLS Player および Flash SDK バージョン 1.0 に HTTP ライブ ストリーミングのサポートを追加しました。[引用が必要]
  • Sling MediaはSlingboxとSlingPlayerアプリにHTTPライブストリーミングのサポートを追加しました。 [29]
  • 2014/15年にBBCはライブインターネットラジオとオンデマンドオーディオサービス向けにHLS-AACストリームを導入し、iPlayerラジオクライアントでこれらのストリームをサポートしています。[30]
  • TwitchはHTTPライブストリーミング（HLS）を使用してライブストリーミングを送信し、多くの同時視聴者にスケーリングします。また、複数のバリエーション（例：1080p、720pなど）もサポートしています。[31]

サポートされているプレーヤーとサーバー

HTTP ライブ ストリーミングは、次のオペレーティング システムでネイティブにサポートされています。

Windows 10 は、Chromium ベースのBlinkブラウザエンジンに移行する前は、Microsoft Edge（現在は Edge Legacy と呼ばれています）で使用されていた独自のブラウザエンジンである EdgeHTMLでHTTP ライブストリーミングをネイティブサポートしていました。Edge Legacy は、Windows 10 バージョン 2004 まで含まれていました。バージョン 20H2 で Edge Chromium に置き換えられました。Windows 11と同時に、Microsoft は HLS をネイティブにサポートする更新されたメディアプレーヤーをリリースしました。

クライアント

サーバー

ライブエンコーダー

VODエンコーダー

参照

参考文献

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