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Fix some examples.
[nageru-docs] / streaming.rst
1 Streaming and recording
2 =======================
3
4 One of the primary purposes of Nageru is to prepare a stream
5 that is suitable for live broadcast. However, it is *not*
6 suitable for serving end-users directly; other software is
7 much more suitable.
8
9 Depending on the amount of CPU power and bandwidth in your
10 production machine (the one you run Nageru on) and other
11 machines you may have available, you can choose two different
12 approaches for streaming: **Transcoded** or **direct**.
13
14
15 .. _transcoded-streaming:
16
17 Transcoded streaming
18 --------------------
19
20 Transcoded streaming was the only option supported before 1.3.0,
21 and in many ways the conceptually simplest from Nageru's point of
22 view. In this mode, Nageru outputs its “digital intermediate”
23 H.264 stream (see :ref:`digital-intermediate`), and you are
24 responsible for transcoding it into a format that is suitable
25 for streaming to clients. Thus, you can run Nageru on a regular
26 laptop and then use e.g. a short-term virtual machine in the cloud
27 to do the heavy lifting for video compression.
28
29 Nageru has a built-in HTTP server that listens on port 9095.
30 You can get the intermediate by using any filename; by default,
31 the NUT mux is used, so e.g. “http://yourserver.example.org:9095/stream.nut”
32 would be appropriate. The NUT mux is chosen because it is among
33 the few that can carry uncompressed audio easily. It is private
34 to FFmpeg, and thus understood by almost everything in the free
35 software world, but perhaps not by all other services. You can
36 change it with the “--http-mux” parameter, although you might
37 then also want to change the audio codec to using “--http-audio-codec”
38 and “--http-audio-bitrate” to something your mux can transport
39 (see below for more information about audio transcoding).
40
41 The stream be transcoded by a number of programs, most notably
42 `VLC <http://www.videolan.org/>`_. Here's an example line
43 transcoding to 1.5 Mbit/sec H.264 suitable for streaming to
44 most browsers in the \<video\> tag::
45
46   while :; do
47     vlc -I dummy -v --network-caching 3000 \
48       http://yourserver.example.org:9095/stream.nut vlc://quit \
49       --sout '#transcode{vcodec=h264,vb=1500,acodec=mp4a,aenc=fdkaac,ab=128}:std{mux=ffmpeg{mux=mp4},access=http{mime=video/mp4},dst=:1994}' \
50       --sout-avformat-options '{movflags=empty_moov+frag_keyframe+default_base_moof}' \
51       --sout-x264-vbv-maxrate 1500 --sout-x264-vbv-bufsize 1500 \
52       --sout-x264-keyint 50 --sout-x264-tune film --sout-x264-preset slow \
53       --sout-mux-caching 3000
54     sleep 1
55   done
56
57 (The for loop is to restart VLC if Nageru should be restarted.
58 You can make similar loops around the other example scripts,
59 or you can e.g. make systemd units for transcoding if you wish.)
60
61 Of course, you may need to adjust the bitrate (and then also
62 the VBV settings) and preset for your content and CPU usage.
63 1.5 Mbit/sec is in the lower end of the spectrum for good
64 720p60 conference video (most TV channels use 12-15 Mbit/sec
65 for the same format).
66
67 Another variation popular today is to stream using segmented HTTP;
68 you can use e.g. the ffmpeg command-line tool to segment the HLS
69 created by VLC into a stream that will be accepted by most smartphones::
70
71   ffmpeg -i http://127.0.0.1:1994/ -codec copy -f hls \
72     -hls_time 2 -hls_wrap 100 -bsf:v h264_mp4toannexb \
73     -hls_segment_filename $NAME-hls-%03d.ts stream.m3u8
74
75 See also the section on :ref:`Kaeru <kaeru>`, below.
76
77
78 .. _direct-encoding:
79
80 Direct encoding
81 ---------------
82
83 If you do not wish to run an external transcoder, Nageru can
84 encode high-quality H.264 video directly using
85 `x264 <http://www.videolan.org/developers/x264.html>`_.
86 This requires much more CPU power (a fast quadcore is recommended
87 for a 720p60 stream), since it does not have any assistance from
88 the GPU, but produces significantly better quality per bit,
89 and also has much better bitrate control. Even if you use x264,
90 the stream stored to disk is still the full-quality QSV stream.
91
92 Using Nageru's built-in x264 support is strongly preferable to
93 running VLC on the same machine, since it saves one H.264 decoding
94 step, and also uses *speed control*. Speed control automatically
95 turns x264's quality setting up and down to use up all remaining
96 CPU power after Nageru itself has taken what it needs (but no more);
97 it can use a range of settings all the way from about x264's
98 “superfast” preset all the way to about the equivalent of “veryslow”.
99 Note that this comes at the cost of about one second of extra delay.
100
101 Built-in x264 is also useful if you don't have a lot of bandwidth
102 to your external encoding or distribution machine. You can, however,
103 still transcode externally to get e.g. a lower-resolution for low-bandwidth
104 users or segmented HLS; see the previous section for examples.
105
106 The built-in x264 encoder is activated using the “--http-x264-video”
107 flag; e.g.::
108
109   ./nageru --http-x264-video --x264-preset veryfast --x264-tune film \
110     --http-mux mp4 --http-audio-codec libfdk_aac --http-audio-bitrate 128
111
112 Note the use here of the MP4 mux and AAC audio. “libfdk_aac” signals
113 the use of Franhofer's `FDK-AAC <https://github.com/mstorsjo/fdk-aac>`_ encoder
114 from Android; it yields significantly better sound quality than e.g. FAAC,
115 and it is open source, but under a somewhat cumbersome license. For this
116 reason, most distributions do not compile FFmpeg with the FDK-AAC codec,
117 so you will need to compile FFmpeg yourself, or use a worse codec.
118 FFmpeg `recommends <https://trac.ffmpeg.org/wiki/Encode/HighQualityAudio>`_
119 their own native AAC encoder (simply called “aac”) in the absence of any
120 external libraries.
121
122 For speed control, you can use::
123
124   ./nageru --x264-speedcontrol --x264-tune film \
125     --http-mux mp4 --http-audio-codec libfdk_aac --http-audio-bitrate 128
126
127 There are many more parameters, in particular “--x264-bitrate” to control
128 the nominal bitrate (4500 kbit/sec per default, plus audio). Most of them
129 are usually fine at the default, though. Note that you can change the
130 x264 bitrate on-the-fly from the video menu; this is primarily useful
131 if your network conditions change abruptly.
132
133 A particular note about the MP4 mux: If you plan to stream for long periods
134 continuously (more than about 12–24 hours), the 32-bit timestamps may wrap
135 around with the default timebase Nageru is using. If so, please add the
136 “--http-coarse-timebase” flag.
137
138
139 .. _kaeru:
140
141 Transcoding with Kaeru
142 ----------------------
143
144 There is a third option that combines elements from the two previous
145 approaches: Since version 1.6.1, Nageru includes **Kaeru**, named after the
146 Japanese verb *kaeru* (換える), meaning roughly to replace or exchange.
147 Kaeru is a command-line tool that is designed to transcode Nageru's streams.
148 In that aspect, it is similar to using VLC as described in the section on
149 :ref:`transcoded streaming <transcoded-streaming>`. However, since it reuses
150 Nageru's decoding and encoding code, it can do almost everything you can do
151 with :ref:`direct encoding <direct-encoding>`, including x264 speed control
152 and Metacube output (see the section on :ref:`Cubemap integration <cubemap>` below).
153
154 Using Kaeru is similar to launching Nageru, e.g. to rescale a stream to 848x480::
155
156   ./kaeru -w 848 -h 480 --http-mux mp4 --http-audio-codec libfdk_aac --http-audio-bitrate 128 \
157     http://yourserver.example.org:9095/stream.nut
158
159 Unlike the VLC option, Kaeru will automatically reconnect if the source goes
160 away, so you do not need a while loop. Note that if you want to keep the audio
161 unchanged (usually audio is more important than video, so it's not uncommon to
162 want to transcode video but not audio), you can do so with the flag
163 *--no-transcode-audio* flag.
164
165 There are some things you should keep in mind about Kaeru:
166
167   - Kaeru is currently quite experimental, and much less tested than Nageru itself.
168   - Kaeru does not use the GPU; it uses FFmpeg's code for scaling and colorspace
169     conversion. This yields somewhat lower scaling quality and uses more CPU power,
170     but means you can run it on a headless server.
171   - There is no support for encoding using Quick Sync Video, since this depends on the GPU.
172   - 10-bit output is currently not supported.
173
174
175 .. _cubemap:
176
177 Cubemap integration
178 -------------------
179
180 Even with built-in x264 support, Nageru is not particularly efficient
181 for delivering streams to end users. For this, a natural choice is
182 `Cubemap <http://cubemap.sesse.net/>`__; Cubemap scales without problems
183 to multiple 10 Gbit/sec NICs on a quite normal machine, and you can easily
184 add multiple Cubemap servers if so needed. Nageru has native support for
185 Cubemap's *Metacube2* transport encoding; simply add “.metacube” to
186 to the end of the URL, e.g. with a cubemap.config fragment like this::
187
188   stream /stream.mp4 src=http://yourserver.example.org:9094/stream.mp4.metacube pacing_rate_kbit=3000 force_prebuffer=1500000
189
190 Note that you will want a pacing rate of about 2:1 to your real average
191 bitrate, in order to provide some for temporary spikes (the default allows
192 spikes of 2x the nominal bitrate, but only on a one-second basis) and
193 TCP retransmits. See the Cubemap documentation for more information about
194 how to set up pacing.
195
196 For transcoded Cubemap output from VLC you can take exactly the same line as
197 earlier, just adding “metacube” to the HTTP options::
198
199   while :; do
200     vlc -I dummy -v --network-caching 3000 \
201       http://http://yourserver.example.org:9095/stream.nut vlc://quit \
202       --sout '#transcode{vcodec=h264,vb=1500,acodec=mp4a,aenc=fdkaac,ab=128}:std{mux=ffmpeg{mux=mp4},access=http{mime=video/mp4,metacube},dst=:1994}' \
203       --sout-avformat-options '{movflags=empty_moov+frag_keyframe+default_base_moof}' \
204       --sout-x264-vbv-maxrate 1500 --sout-x264-vbv-bufsize 1500 \
205       --sout-x264-keyint 50 --sout-x264-tune film --sout-x264-preset slow \
206       --sout-mux-caching 3000
207     sleep 1
208   done
209