[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文件并進行播放。MP4文件有一個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)建時間、修改時間、時間度量標尺、可播放時長等，以及文件中每個媒體軌道的具體信息。MP4文件需要通過配合MP4BOX中的信息才能夠進行播放。

在現(xiàn)有技術(shù)中，播放器要播放一個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，播放器播放啟動等待時間長。為優(yōu)化MP4播放等待時長問題，業(yè)界在編碼時，即對MP4BOX進行優(yōu)化，如把MP4切成小分片，每個小分片有一個MP4BOX，或直接使用DASH等MP4分片新格式。

對于CDN已經(jīng)存儲的海量MP4文件而言，對其進行重編碼和重新注入是一件極為費時費力的工作。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，并成生一個外部索引文件頭，其中，MP4文件被虛擬切分為多個分片，索引文件頭包括各個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分片文件頭地址的路徑索引。為支持拖動、快進等損傷，索引文件頭還包括各分片的時間范圍，播放器在響應(yīng)用戶的拖動操作時，根據(jù)分片文件頭索引確定拖動位置所在的分片，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，同一個MP4文件的分片文件頭可以存儲在一起。同一個MP4文件的分片文件頭以一個結(jié)構(gòu)體與所有的分片文件頭連續(xù)存儲而成，其中存儲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MP4ClipInfo結(jié)構(gòu)體對應(yīng)一個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MP4ClipInfo所占用空間相同，因此可以用MP4ClipInfo占用的空間×（分片序號-1）+4的計算式獲得對應(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

為支持虛擬MP4分片,播放器也需要進行升級，升級后的播放器需支持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MP4ClipInfo所占用空間和分片序號即能計算得到分片文件頭地址的存儲路徑。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來進行處理，播放器升級的地方很少。

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。服務(wù)器計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分片，并且拖動點不在分片的起始位置的標識，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，分片文件頭單獨存儲的情況下，新的分片的起始地址=原分片的起始地址+拖動位置的媒體內(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，且分片文件頭存儲在對應(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)容進行重編碼、重注入，同時，播放器升級改造簡單，也兼容客戶端不升級方案，因此，在實際應(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。