HLS（HTTP Live Streaming）とは？仕組み・遅延・LL-HLSとの違いを解説

HLS (HTTP Live Streaming) とは？動画配信における役割とメリット

HLS は HTTP Live Streaming の略であり、Apple 社が独自に開発した規格です。iOS だけでなく、Android (HLS、DASH や SmoothStreaming などの HTTP ストリーミングをサポートするために動画プレイヤーの「ExoPlayer」を提供) や多くの Web ブラウザで再生可能であり、AbemaTV のような大規模なライブ配信サービスにも採用されています。

HLS (HTTP Live Streaming) の主な特長

HLS の特徴として以下のようなポイントが挙げられます。

また、HLS はインデックスファイルとセグメントファイルに分かれて構成されている点も特徴のひとつです。インデックスファイルは m3u8 プレイリストと呼ばれ、セグメントファイルの場所や再生時間、再生順序などを定義したメタデータです。

一方のセグメントファイルは ts ファイルと呼ばれており、MPEG2 Transport Stream 形式で細かく分割された複数の動画データファイル形式で配信されます。

動画ファイル形式 mp4 と HLS (ストリーミング) の違い

動画ファイルで使われている mp4 との違いですが、mp4 をストリーミング用に変換したものが HLS であるという認識で問題ありません。HLS にて配信されたストリーミング動画を、FFmpeg というソフトを用いて mp4 ファイルに変換することも可能です。

HLS はストリーミング技術としてライブ配信やオンデマンド配信で使用されます。ユーザーの通信状況に応じて動的にビットレートを調整することができますので、ネットワークが安定しない場合でも途切れることなく再生が可能となり、ライブ配信時にはスムーズな動画再生を求める場合に最適です。また、メディアセグメントを暗号化することでビデオ漏洩や不正利用防止に役立ちます。

一方で、mp4 はメディアファイルの形式で、動画や音声を一つのファイルとしてユーザーに提供します。ファイルをダウンロードする、またはプログレッシブダウンロード方式でコンテンツを視聴しますので、通信環境に応じた画質の調整や、不正な再生や複製を防ぐことができません。

したがって、商用サービスとして安定かつセキュアな動画配信プラットフォームを構築するのであれば、単純な mp4 ファイルの配置ではなく、HLS などのストリーミングプロトコルの採用が強く推奨されます。

HLS (HTTP Live Streaming) の課題

次に HLS の課題について考えてみましょう。現在、HLS の課題はほぼ遅延問題に集約されます。特にリアルタイム性が求められる動画配信においては、遅延の発生はカスタマーの満足度を大きく下げる要因にもなります。

遅延が発生

後述する CDN などのテクノロジーにより、HLS の遅延は大きく改善されることは確実です。とはいえ、その遅延が「どの程度」であり「どのようなコンテンツ」であるかによってユーザーの満足度も左右されます。

例えばスポーツの動画配信やテレビ視聴など、ユーザーが SNS で共感したり情報発信したりするようなコンテンツの場合、遅延するということは他者よりも遅く情報を入手することになります。SNS 上では結果が流れているのに手元の動画ではまだ試合中といったこともありえるため、遅延はユーザーの満足度を低下させる要因になります。

スポーツ配信以上に遅延が問題となるのは、ビデオチャットや Web 会議です。お互いの会話に遅延が発生すると、80年代の衛星中継のようにぎこちない会議となることでしょう。双方向コミュニケーションに利用するのであれば、少なくとも 150 〜 200 ミリ秒 (約 1 / 5 秒) 以内に遅延をとどめておく必要があります。

ライブ配信における低遅延化のための技術

このように遅延は動画配信事業者にとって致命傷となることもあります。では、遅延を防止するためにはどのような技術が必要となるのでしょうか。

以下、ライブ配信における遅延対策 (低遅延化) のための技術を、「HLS などのプロトコルを進化させるアプローチ」と「HLS の代替となる超低遅延アプローチ」に分けてご紹介します。

HLS などのプロトコルを進化させる低遅延化技術

既存の HLS や MPEG-DASH (後述) の安定性、高画質というメリットを活かしつつ、遅延を短縮するために組み合わせて使われる技術です。

低遅延 HTTP ストリーミング（LL-HLS）

通常の HLS は数十秒の遅延になりがちで、セグメント長を 2 秒や 1 秒に短縮しても、多くのプレイヤーが複数本を貯めてから再生するため、実効遅延は 6 〜 10 秒前後に留まりやすいのが実情です。低遅延の HLS (LL-HLS) では、動画の塊をさらに細かい断片に分け、でき上がった断片から順に配信・再生します。これにより待ち時間をおおむね 2 〜 5 秒程度まで圧縮できます。

CMAF

CMAF (Common Media Application Format) は本来、HLS と MPEG-DASH (後述) で異なっていた動画データ形式を共通の規格 (コンテナ) に統一し、配信効率を高めるために誕生した技術です。しかし現在では、その拡張機能である「Chunked CMAF」が低遅延化の文脈で重宝されています。数秒単位のセグメントをさらに細かな「チャンク」に分割して順次伝送する仕組みを持っており、これが LL-HLS などの低遅延配信を裏から支えるコア技術となっています。

HLS の代替となる超低遅延アプローチ

数秒の遅延すら許されないケースや、リアルタイムな双方向コミュニケーションが求められる用途において、HLS の代わりとして選択されるプロトコルです。

WebRTC

WebRTC (Web Real-Time Communication) とは、Web ブラウザ上で双方向のリアルタイムコミュニケーションを可能にするオープンフレームワークです。ユーザーは Web プラグインやソフトウェアをインストールすることなく、P2P でデータ共有や遠隔会議を実現することができます。HLS では実現が難しい 1 秒未満の超低遅延が可能です。

UDP ベース

TCP ではなく UDP ベースで通信を行う技術もあります。中でもブイキューブが提供する、ライブ配信・ビデオ通話・音声通話 SDK の Agora.io は、WebRTC と同等かそれ以下の低遅延を実現するサービスとして存在します。世界中のデータセンターにノードを構築し、自動で最適な経路を選択するアルゴリズムを備えた仮想広域ネットワークを用い、UDP でも安定して低遅延の通信を実現しています。

配信全体の遅延を抑える低遅延インジェスト技術

動画配信の遅延は、視聴者へ届ける区間だけでなく、配信元からサーバーへ映像を送る「インジェスト (入力)」の区間でも発生します。

RTMP (Real-Time Messaging Protocol)

Adobe 社が開発した、現在最も広く普及しているインジェスト向けの標準プロトコルです。多くのエンコーダ (配信ソフト) が対応しており、この入力区間において RTMP を用いることで、システム全体としての遅延を抑えつつ、サーバー側で HLS などに変換して視聴者へ届ける連携が一般的です。

SRT (Secure Reliable Transport)

次世代のインジェスト規格として近年普及が進んでいる UDP ベースのオープンソースプロトコルです。ネットワークが不安定な環境でもパケットロスを補完する仕組みを持ち、RTMP よりもさらにセキュアで低遅延な映像の打ち上げが可能です。

HTTP ストリーミングの主な種類と今後の主流

HTTP によるストリーミング配信には、HLS 以外にも MPEG-DASH や Smooth Streaming といった種類が存在します。それぞれの違いを簡単にご説明します。

HLS

HLS は Apple 社が開発した技術ですが、Mac や iPhone だけでなく Windows や Android 環境でも再生可能です。現在、HTTP ストリーミングの動画配信においては最も多く利用されているプロトコルになります。

MPEG-DASH

MPEG-DASH は HTML5 + JavaScript で再生可能な国際標準の HTTP ストリーミング技術です。もともとハリウッドの映像関連企業がネットでの動画配信に関する要望を取りまとめたことをきっかけに策定された規格であり、セキュリティが脆弱な Flash から HTML5 への移行の流れを受けて広く普及した技術です。

その他 (レガシーな技術)

Smooth Streaming という Microsoft が開発した技術もあります。しかし、IE + Silverlight 環境でしか動作せず、Edge や Chrome などは対象外であるため普及には至りませんでした。また、Adobe Systems が開発した HDS (HTTP Dynamic Streaming) も同様に Flash Player での再生を条件としているため、現在ではほとんど新規利用されていない状況です。

このように、今後の HTTP ストリーミングにおいては HLS や MPEG-DASH が主流であり続けることがお分かりいただけると思います。

HTTP ストリーミングを利用する 3 つのメリット・特長

HTTP ストリーミングの特長として最も優れているのは、汎用性の高い HTTP プロトコルを利用している点です。この点を中心に具体的なメリットを見ていきましょう。

1. 専用ポート不要で汎用性が高い

HTTP プロトコルの利用により、動画配信のために専用の通信ポートを利用する必要が無くなります。専用の通信ポートを利用する形式だと、企業のファイアウォールなどセキュリティ上ブロックされることや、対応できないソフトウェアがあることによる弊害があります。HTTP プロトコルを使用することで、より多くのネットワーク環境に対して確実な動画配信を行うことが可能となり、配信側・利用者側の双方に大きなメリットが生まれます。

2. マルチビットレート配信への対応

アダプティブビットレートストリーミングにより、ひとつの URL で複数のビットレートの映像データを送ることができます。従来では高画質と低画質に分けて動画を用意し、ユーザー環境に合わせて選択する必要がありましたが、HLS などでは端末の通信品質や通信環境を基に、リアルタイムで最適なビットレートの映像データを自動選択して配信することが可能となっています。

3. マルチデバイス対応

HTTP に対応している端末であれば、その種別を問わず映像を観ることができます。OS や画面のサイズなども気にする必要がなく、スマートフォン、PC、タブレットなど多様なデバイスへシームレスに配信できます。

HLS の仕組み: m3u8 と ts ファイルの役割

では、具体的な HLS の仕組みについてご説明します。HLS は「インデックスファイル (.m3u8)」と「セグメントファイル (.ts)」に分かれて配信されます。それぞれのファイルの持つ役割を以下に記します。

インデックスファイル (.m3u8)

インデックスファイル (.m3u8) はプレイリストと呼ばれることもあるファイルです。EXT-X-TARGETDURATION により各 ts ファイルの秒数を指定したり、EXT-X-PLAYLIST-TYPE により配信形式を指定したりする役割を持ちます。また、ts ファイルの順番や秒数、ファイル名を定義して、動画をスムーズに再生させるように記述されています。

セグメントファイル (.ts)

動画コンテンツそのものを格納したファイルです。数秒ごとに細かく分割されており、AES による暗号化（デジタル著作権管理：DRM）も可能です。インデックスファイルに定義された規則に従って、順番にダウンロード・再生されます。

CDN を使った動画配信ネットワークの構築と遅延対策

HLS による大規模な動画ストリーミングを行う際、CDN (コンテンツ・デリバリ・ネットワーク) を構築し、高速で安定した配信環境を実現することが一般的です。CDN プラットフォームを利用することにより、突発的なアクセス増加への対応や、サーバー保守にかかる人的リソースの削減といったメリットが見込まれます。

CDN とは

CDN とは、専用の配信ネットワークを用いた効率的かつ高速な Web 配信システムです。オリジナルのサーバー (オリジン) とは別に、グローバルに CDN サーバー (エッジサーバー) を複数用意しておき、オリジナルのコンテンツをキャッシュ (複製) して保存します。ユーザーのリクエストに応じて、最も近い PoP (配信拠点) からコンテンツを送り出すという仕組みになります。

Web コンテンツの表示や再生には、通信環境や通信速度が大きく影響します。また、遠方にあればあるほどサーバーからのパケット転送に時間がかかります。特にストリーミング配信の場合はコンマ数秒の遅れがユーザーの不満につながることもあるため、CDN によるキャッシュ配信と遅延防止が、ユーザーエクスペリエンス向上のカギとなっているのです。

マルチ CDN による可用性の向上

近年では、単一の CDN に依存するのではなく、複数の CDN を組み合わせて利用する「マルチ CDN」の構成もトレンドとなっています。万が一、ひとつの CDN プロバイダで障害が発生した場合でも、自動的に別の CDN へトラフィックを迂回させることで、配信停止という最悪の事態を防ぎ、動画配信の可用性 (安定性) を極限まで高めることが可能です。

CDN を用いた HTTP ストリーミングサービス

CDN を用いた HTTP ストリーミング配信をより容易にするマネージドサービスも多数存在しています。これらのサービスは、RTMP や SRT による入力 (インジェスト) に対応し、視聴者向けには HLS をはじめ、MPEG-DASH や低遅延な CMAF など複数の主要な配信技術に標準で対応しています。ユーザー側で複雑なインフラを構築せずとも、動画ファイルをアップロードするだけで大規模かつ安定した配信が可能となります。

配信プロトコルの選択で遅延を改善できる配信基盤

HLS の課題である遅延を解決するには、目的に合わせた技術の選定が必要であると前述しました。そのほかの実践的な解決策として、ライブ配信用マネージドサービスである「Tencent Cloud CSS」を活用する案もあります。

Tencent Cloud CSS は、ライブ配信のアプリケーション開発を簡単にできる PaaS 製品で、映像音声の送受信 SDK と強力なインフラを提供しています。

Tencent Cloud CSS の特性とメリット

• ミリ秒レベルの超低遅延再生: UDP プロトコルを使用して、従来のライブブロードキャスト (HLS) での 5 秒程度の遅延を 1 秒以内に短縮させます。また、ラグ率などのコア指標も考慮し、ユーザーに超低遅延のライブ体験を提供します。
• パーフェクトな機能とスムーズな互換性: プッシュ、トランスコード、レコーディング、スクリーンキャプチャなどの機能を網羅。標準的なライブ配信技術と互換性があり、既存サービスからのスムーズな移行をサポートします。
• シンプルで使いやすく安全: 標準プロトコルが採用されており組み込みは簡単で、Chrome や Safari などの主要ブラウザではプラグインなしで再生できます。再生プロトコルはデフォルトで暗号化され、安全性と信頼性が担保されています。

※付随オプションとして、「Tencent Effect SDK (美顔エフェクト)」や、動画処理・トランスコードを行う「Tencent Media Processing Service (MPS)」、次世代 CDNプラットフォーム「EdgeOne」などとも連携が可能です。

まとめ: HLS の仕組みを理解し、用途に合わせた低遅延配信を

動画配信やストリーミングにおいて、汎用性が高くマルチデバイスに対応する HLS は、今後も大規模配信の業界標準として確固たる地位を築いていくでしょう。高品質で安定した映像を広く届ける目的であれば、HLS (および低遅延版の LL-HLS) は最も確実で強力な選択肢です。

一方で、配信者と視聴者がリアルタイムに会話したり、瞬時のリアクションを求められたりするような「双方向コミュニケーション」がメインとなるコンテンツにおいては、HLS の仕組み上、どうしても数秒の遅延が課題となるケースが出てきます。

そのような特定のユースケースにおいてはじめて、WebRTC や UDP ベースといった超低遅延に特化した別の技術の導入を検討する必要があります。

自社の配信コンテンツが「画質と安定性を重視する一方通行の配信 (HLS 向き)」なのか、「リアルタイムなやり取りを重視する双方向配信 (Agora や Tencent Cloud 向き)」なのかを見極め、目的に合った最適な技術を選定することが、これからの事業者に強く求められています。