3장. HLS 구조와 Playlist(m3u8) 완전 해부

3.1 HLS의 3대 구성요소

2장에서 HLS는 영상을 조각으로 나눈다고 했다.

하지만 단순히 파일을 나누는 것만으로는 스트리밍이 동작하지 않는다.

플레이어는 다음을 알아야 한다.

• 어떤 화질이 존재하는가
• 어떤 순서로 재생해야 하는가
• 다음에 무엇을 가져와야 하는가

이를 해결하는 구조가 HLS의 3대 구성요소다.

Playlist  +  Segment  +  Player
   ↓           ↓           ↓
 지도        실 영상      엔진

이 중 가장 중요한 것은 Playlist (m3u8)이다.

왜냐하면

플레이어는 실제 영상이 아니라 “playlist를 기준으로” 동작하기 때문이다

3.2 실제 HLS 디렉토리 구조

이론보다 실제 구조를 보는 것이 이해가 빠르다.

hls/
├── master.m3u8
├── 1080p/
│   ├── index.m3u8
│   ├── init.mp4         (fMP4 사용 시)
│   ├── seg100.ts
│   ├── seg101.ts
│   └── ...
├── 720p/
│   ├── index.m3u8
│   ├── seg100.ts
│   └── ...
├── 480p/
│   ├── index.m3u8
│   └── ...
├── audio/               (오디오 트랙 분리 시)
│   ├── ko/index.m3u8
│   └── en/index.m3u8
└── subtitle/
    ├── ko.m3u8
    └── en.m3u8

구조 특징

• 화질별로 디렉토리가 분리됨
• 동일한 시간 구간이 여러 화질로 존재
• 오디오/자막은 별도 트랙으로 분리 가능

같은 번호의 segment는 같은 시간 구간을 의미한다.

1080p/seg100.ts
720p/seg100.ts
480p/seg100.ts

이 구조 덕분에:

플레이어는 같은 시점에서 화질을 자유롭게 변경할 수 있다 (ABR)

3.3 Master Playlist 완전 분석

Master Playlist는 “이 영상에 어떤 화질/트랙이 있는가“를 알려주는 카탈로그 역할을 한다.

(공식 명칭은 Multivariant Playlist다. 실무에서는 master playlist라고 더 많이 부른다.)

기본 예시

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:7

#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=5000000,RESOLUTION=1920x1080,CODECS="avc1.640028,mp4a.40.2"
1080p/index.m3u8

#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=3000000,RESOLUTION=1280x720,CODECS="avc1.4d401f,mp4a.40.2"
720p/index.m3u8

#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=1000000,RESOLUTION=640x360,CODECS="avc1.42c01e,mp4a.40.2"
480p/index.m3u8

플레이어는 이 파일을 보고 사용 가능한 화질 목록을 알게 된다.

3.3.1 EXT-X-STREAM-INF의 속성들

#EXT-X-STREAM-INF는 각 화질(variant)의 메타데이터를 담는다.

BANDWIDTH는 ABR이 화질을 고르는 핵심 기준이다.

플레이어는 현재 네트워크 속도와 BANDWIDTH를 비교해서 다음 화질을 선택한다.

3.3.2 EXT-X-MEDIA로 정의하는 대체 렌디션

영상에는 비디오 외에도 여러 오디오, 자막이 있을 수 있다.

이를 표현하는 태그가 #EXT-X-MEDIA다.

#EXT-X-MEDIA:TYPE=AUDIO,GROUP-ID="aud1",NAME="Korean",
  LANGUAGE="ko",DEFAULT=YES,AUTOSELECT=YES,
  URI="audio/ko/index.m3u8"

#EXT-X-MEDIA:TYPE=AUDIO,GROUP-ID="aud1",NAME="English",
  LANGUAGE="en",DEFAULT=NO,AUTOSELECT=YES,
  URI="audio/en/index.m3u8"

#EXT-X-MEDIA:TYPE=SUBTITLES,GROUP-ID="sub1",NAME="Korean",
  LANGUAGE="ko",DEFAULT=YES,
  URI="subtitle/ko.m3u8"

주요 속성:

3.3.3 GROUP-ID로 묶이는 트랙 구조

GROUP-ID는 매우 중요한 개념이다.

비디오 variant는 자신과 연결될 오디오/자막 그룹을 명시한다.

#EXT-X-STREAM-INF:BANDWIDTH=5000000,
  RESOLUTION=1920x1080,
  AUDIO="aud1",       ← 오디오 그룹 연결
  SUBTITLES="sub1"    ← 자막 그룹 연결
1080p/index.m3u8

이 구조의 의미는 이렇다.

비디오는 한 줄, 오디오/자막은 별도 트랙으로 묶고, GROUP-ID로 연결한다.

이를 통해 같은 영상에 한국어/영어 오디오를 동시에 제공하거나 자막을 따로 토글할 수 있다.

3.3.4 EXT-X-I-FRAME-STREAM-INF

이 태그는 탐색/썸네일용 I-Frame 전용 playlist를 정의한다.

#EXT-X-I-FRAME-STREAM-INF:BANDWIDTH=200000,
  RESOLUTION=640x360,
  CODECS="avc1.42c01e",
  URI="iframe/index.m3u8"

왜 필요한가

영상에서 임의 위치로 점프할 때 플레이어는 keyframe(I-Frame)부터 디코딩해야 한다.

I-Frame만 모아둔 별도 playlist가 있으면:

• 탐색이 빠르다
• 썸네일 미리보기를 만들 수 있다
• trick play (배속, 역재생)에 활용된다

3.3.5 EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS

#EXT-X-INDEPENDENT-SEGMENTS

이 태그가 있으면 다음을 의미한다.

모든 segment는 자기 자신만으로 디코딩이 가능하다 (즉, 각 segment가 keyframe으로 시작한다)

이 보장이 있어야 ABR 전환이 어디서든 깨끗하게 일어난다.

3.4 Media Playlist의 주요 태그

Media Playlist는 실제 segment의 재생 순서를 정의하는 파일이다.

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:7
#EXT-X-TARGETDURATION:2
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:100
#EXT-X-MAP:URI="init.mp4"

#EXTINF:2.000,
seg100.m4s

#EXTINF:2.000,
seg101.m4s

#EXTINF:2.000,
seg102.m4s

3.4.1 EXT-X-VERSION

#EXT-X-VERSION:7

플레이어가 이 playlist를 해석하기 위해 필요한 최소 HLS 프로토콜 버전을 선언한다.

3.4.2 EXT-X-TARGETDURATION

#EXT-X-TARGETDURATION:2

segment 최대 길이 (초).

• 짧을수록 지연 감소
• 길수록 요청 횟수 감소

Latency vs 효율의 트레이드오프

플레이어는 이 값을 기준으로 playlist를 얼마나 자주 다시 가져올지를 결정한다.

3.4.3 EXT-X-MEDIA-SEQUENCE

#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:100

현재 playlist의 첫 segment 번호.

라이브 스트리밍에서는 시간이 지나면서 이 값이 증가한다.

T+0초    : MEDIA-SEQUENCE=100, segments [100,101,102]
T+2초    : MEDIA-SEQUENCE=101, segments [101,102,103]
T+4초    : MEDIA-SEQUENCE=102, segments [102,103,104]

플레이어는 이 번호로 현재 재생 위치를 추적한다.

3.4.4 EXTINF

#EXTINF:2.000,
seg100.m4s

• 다음 segment의 재생 길이 (초)
• 그 다음 줄에 segment URI

길이는 TARGETDURATION 이하여야 한다.

3.4.5 EXT-X-MAP (Initialization Segment)

#EXT-X-MAP:URI="init.mp4"

fMP4를 사용할 때 등장하는 태그.

init.mp4는 실제 영상 데이터를 담고 있지 않다.

대신:

• 코덱 정보
• 트랙 메타데이터
• 디코더 초기화 데이터

가 들어있다.

플레이어는 init.mp4를 먼저 다운로드한 뒤 각 segment를 재생한다.

(TS 포맷은 init segment가 필요 없다. 각 TS segment에 PAT/PMT가 포함되어 있기 때문이다. 자세한 건 4.2절에서 다룬다.)

3.4.6 EXT-X-BYTERANGE

#EXTINF:2.000,
#EXT-X-BYTERANGE:1048576@0
big.mp4

#EXTINF:2.000,
#EXT-X-BYTERANGE:1048576@1048576
big.mp4

하나의 큰 파일을 바이트 범위로 잘라서 사용할 수 있다.

이렇게 하면:

• 파일 수가 줄어든다
• 서버 관리가 편해진다
• HTTP Range 요청으로 부분만 가져온다

3.5 VOD와 Live의 구분

같은 m3u8 형식이지만 VOD와 Live는 동작이 다르다.

이를 구분하는 태그들이 있다.

3.5.1 EXT-X-PLAYLIST-TYPE

#EXT-X-PLAYLIST-TYPE:VOD

값은 두 가지.

이 태그가 없으면 일반 라이브로 간주된다. (playlist가 sliding window로 갱신됨)

3.5.2 EXT-X-ENDLIST

#EXT-X-ENDLIST

더 이상 segment가 추가되지 않음을 의미한다.

• VOD의 마지막
• 종료된 라이브 (생방송 끝)

이 태그를 보면 플레이어는 playlist를 더 이상 다시 요청하지 않는다.

3.5.3 EXT-X-DISCONTINUITY

#EXTINF:2.000,
seg100.ts

#EXT-X-DISCONTINUITY
#EXTINF:2.000,
ad_001.ts

다음 segment가 이전 segment와 연속성이 끊긴다는 표시.

주로 다음 상황에서 사용된다.

• 광고 삽입 (SSAI)
• 코덱/해상도 변경
• 타임스탬프 불연속

플레이어는 이 태그를 보면 디코더를 리셋한다.

3.6 플레이어 동작 흐름

플레이어는 다음 과정을 반복한다.

1. master.m3u8 요청
2. 화질/오디오/자막 선택
3. 각 트랙의 index.m3u8 요청
4. (필요시) init.mp4 요청
5. segment 다운로드
6. 디코딩 + 재생
7. playlist 재요청 (라이브의 경우)
8. 다음 segment 결정 → 5번으로 돌아감

핵심 특징:

플레이어는 playlist를 계속 다시 읽는다

이 polling 구조가 5장에서 다룰 지연의 근본 원인 중 하나다.

3.7 Live Streaming과 Sliding Window

라이브에서는 playlist가 계속 변경된다.

시점 T+0

#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:100
#EXTINF:2.0,
seg100.ts
#EXTINF:2.0,
seg101.ts
#EXTINF:2.0,
seg102.ts

시점 T+2초

#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:101
#EXTINF:2.0,
seg101.ts
#EXTINF:2.0,
seg102.ts
#EXTINF:2.0,
seg103.ts

특징

• 오래된 segment는 목록에서 제거된다
• 새로운 segment가 끝에 추가된다
• 총 segment 개수는 일정하게 유지된다

이 구조를 Sliding Window라고 한다.

항상 최신 영상만 유지한다

뒤로 무한정 되감기는 불가능하다. (라이브 DVR 기능은 별도 설계가 필요하다)

3.8 HLS 구조의 본질

이제 전체를 정리하면 이렇다.

서버의 역할

• playlist 제공
• segment 제공
• (필요시) init segment 제공

플레이어의 역할

• playlist 분석
• 다음 segment 계산
• 직접 요청
• 디코딩 및 재생

핵심:

HLS는 서버가 보내는 구조가 아니라 클라이언트가 가져오는 구조다 (pull-based)

3.9 이 구조가 만드는 장점과 단점

장점

• ABR이 자연스럽게 가능
• CDN 캐싱 활용 가능
• 네트워크 안정성
• 인프라 비용 절감

단점

• polling 구조 → 지연 발생
• segment 단위 → 즉시성 부족
• playlist 갱신 주기에 의존

3장 한 줄 정리

HLS는 playlist라는 지도와 segment라는 조각으로 이루어지며, 플레이어는 그 지도를 보고 스스로 길을 찾아가는 구조다.