优化延迟的最佳视频传输方案(二)

上一篇文章《优化延迟的最佳视频传输方案(一)》介绍了在整个视频传输系统中的分发链前端和媒体内容准备方面的延迟优化方案,本文将继续介绍传输系统的接下来的优化方案,包括媒体内容传输和播放器端的优化。

PART3

内容传输的最佳方案

消费者希望在观看网络视频流时拥有和观看传统电视节目一样甚至更好的体验效果,本部分介绍的是在视频传输过程中,媒体内容传输过程中可能进行的优化。

设置CDN的性能要求

在评估CDN时,在线内容提供商应首先确定是否能够始终持续地为所有目标设备提供所需的观看效果,必须能够在有线网络和移动网络上最优化传输效果。Akamai和Sensum公司进行的一项研究测试了观众对不同质量水平的流媒体视频内容的感受,该研究显示,缓冲和低图像质量会导致观众代入感下降20%,观众好感度下降14%,观众的注意力也随之下降。

通过CDN提供商提供的网络状况等,内容分发者可以通过建立一组KPI指标来避免给观众带来不好的体验。其中任何一组指标都应包括比特率和重新缓冲的最低阈值,对于下载视频而不是流式传输的情况,应考虑下载速度。此外,还应测量客户端和服务器之间成功的请求或成功的百分比。

冗余问题

最终的用户体验通常受到工作流中最薄弱环节的限制,比如说对于冗余和盈利方面的考虑, CDN用户应评估冗余功能和可用选项,以达到合理的折衷。

建议使用两个origin来提供冗余的内容源,并且应该有适当的机制来选择性能最佳的源并在源之间自动进行故障转移,还应该具备在前向路径上设置激进超时(aggressive timeouts)的能力,并快速重试处理瞬时错误的请求,最后,CDN应该能够在origin之间加载共享内容。

当与动态广告插入等第三方系统集成时,CDN应当作为断路器(circuit breaker)。例如,如果广告插入时间过长或产生错误,CDN应通过插入静态广告或将未修饰的清单返回给观众来确保流的连续性。所以CDN提供商应该要具有越来越强大的能力来处理一系列的问题。

CDN的覆盖面,弹性和规模

实现上述阈值的能力取决于许多因素,包括CDN架构,范围,功能和稳健性。首先,CDN边缘位置必须位于最终目标用户附近。

高度分布式架构有助于确保通过ISP网络一致可靠地提供内容,从而绕过集中对等位置的瓶颈。部署分布式平台,与大量网络提供商建立关系,开发能够根据位置、性能和实时网络状况准确一致地将最终用户映射到服务器的软件,这对于提供用户的高质量体验至关重要。

同时,大容量也是必要的,以适应各种功能的扩展和不断增长的流量和全球不断增长的用户数量。

高速缓存

虽然缓存是一项基本的CDN功能,但缓存高价值流媒体视频需要较高的灵活性。对于实时直播内容,CDN必须能够缓存特定的短时间持续时间,使所有用户能够在切片起点访问流。对于VOD内容,CDN必须能够管理庞大的内容库,其中包括各种类型的内容,不论是受欢迎的还是冷门的内容。灵活的内容处理规则是实现快速清除和快速配置部署的基本要求。但针对高价值流媒体进行优化的CDN必须能够支持与内容交付方面相关的功能,例如特殊促销或产品更改等等。

对manifest进行操作

内容提供商可以使用manifest操作来去除复杂的功能,从而有助于增加收入并满足观众的期望。可以为每个观众创建自定义manifest文件,这有助于根据设备类型,网络条件和地理限制等因素实现个性化流媒体体验。 CDN还可以与广告决策系统协同工作,以实现基于每个用户或每个区域的广告的动态实现。

安全性

CDN对于需要保护其优质内容以防止未经授权查看的OTT分销商起着重要作用。作为最佳方案,CDN应支持所有内容的端到端传输层安全性(TLS),以实现内容的安全传输,以及个性化令牌认证机制,以限制对授权用户的访问并防止链接共享。可以使用内容定向解决方案来强制执行地理权利,这些解决方案应该包括检测和阻止通常用于规避权限保护的VPN和代理的机制。

利用高级协议

在最近一次有超过1000万并发观众的直播活动中,Akamai公司测量超过50%的流量使用的是IPv6。该公司的跟踪数据显示,7个国家的IPv6流量现已超过互联网流量的15%。虽然IPv4仍占主导地位,但IPv6流量的百分比已达到至关重要的程度,而且必须配备CDN才能通过提供IPv4和IPv6流量来支持双栈。这需要在CDN技术上实现IPv6路由功能,并且能够在与不支持IPv6的任何本地网络基础设施连接的边缘设施处执行地址转换。

优化接入网络的流媒体性能

流媒体性能在过去几年中有所改善,部分归功于HTTP的进步。随着越来越多的直播活动和线性24/7订阅服务,内容分发者必须要超过传输控制协议(TCP)的性能,同时保留HTTP / 2的优势,这可以通过使用用户数据报协议(UDP)传输来完成。

业界已经认可了一种使用UDP进行自适应流传输的新方法,称为快速UDP因特网连接(Quick UDP Internet Connections,QUIC),现在处于标准化的最后阶段。 QUIC是一种替代传输,它在流中封装HTTP格式的流,采用了许多技术来最小化阻塞,例如调整数据包生成和重要数据包的主动重传,以进行错误纠正或启动加密等操作。 QUIC还通过减少建立连接所需的往返次数来减少延迟,并且在主连接完成后,无需在网页上设置与辅助源的连接。预计对QUIC的支持将迅速渗透到设备市场,使其成为CDN运营的基本要求。

PART4

播放器端的优化

一个优良的OTT视频服务必须能够使得CDN网络和播放器软件协调工作,能够输出令观众满意的视频,还要有完备的后台支持以应对不同的用户需求。在解决了整个视频传输链播放器前端的优化之后,最后介绍的是有关播放器端的优化。

更好观看体验的必要

对于支持高端视频内容的视频提供商,支持观看体验的传输机制需要与消费者对视频的期望质量相匹配。

最近与Eurofins合作进行的Akamai公司深入研究了在不同情景下实现最佳观看体验的要求。研究结果显示,在大屏幕电视上提供体育或高复杂动作内容需要至少6Mbps才能达到“出色”的评级,智能手机需要2-3Mbps。对于不太复杂的内容,最佳比特率相对较低,2-4Mbps就可以在大屏幕电视上提供出色的视觉评级。

现实情况是,与任何类型的视频相比,消费者对于低于标准的视频质量具有更低的容忍度。 这种容忍度变化的一些关键原因包括:

  • 观众对重新缓冲的敏感性:消费者对缓冲延迟很敏感,即使缓冲时间增加1%,观看者参与度也会降低14分钟。
  • 稳定的视频播放要求:播放期间比特率的变化会导致放弃播放的概率提高4倍,这种情况适用于转换为越来越高比特率的流。

实现最后一英里传输的关键

确保向CDN边缘提供高质量视频后,问题就变成了“内容提供商如何确保最后一英里传输不会出错?”答案在于使用CDN和媒体播放器协同工作以扩展传输机制和维护媒体质量一直到最终的目标用户。

已经出现了三种主要的传输机制来支持视频流。通用媒体应用格式(CMAF)需要CDN的特殊支持来链接chunk和存储片段,并且播放器需要增加对这种新格式的支持。快速UDP Internet连接(QUIC)协议是对UDP传输的增强,可以提高吞吐量和最终用户带宽的利用率。某些播放环境自动包含QUIC支持,例如Chrome和Opera等Web浏览器,但除此之外,QUIC可能需要特殊的库才能应用于本机应用程序。随着对WebRTC的支持越来越多,Web实时通信可以通过与CDN协调工作在浏览器中一起在本地工作。这使得可以实时地自动建立用于流式传输视频和其他数据的对等连接。

在线视频市场中的复杂性

影响用户体验的因素很多,从分辨率和延迟等基础知识到隐藏式字幕和动态广告等增强功能都会造成影响。同时,不同的用户需求和种类多样的接收设备给传输也造成了很大的麻烦,在识别和编排与每个设备和操作系统(OS)相关联的功能以产生期望的用户体验(UX)方面,播放器端面临着重大挑战。

根据Statcounter的数据,Android是移动市场的主导操作系统,全球市场份额为74%,而使用Apple iOS的市场份额为20%。然而,根据Business Insider的说法,碎片化是Android设备的主要问题,其中超过一半的版本是运行超过两年的版本。例如,Android不同版本的操作系统决定了浏览器的兼容性,是否支持高级HTML5视频,而一般默认情况下是支持常见的流式格式的。有些情况下,即使本机支持HLS流格式,播放也可能会有停顿,崩溃或渲染不良的情况。

媒体播放器的新基准

这些复杂性可以通过使用先进但轻巧的媒体播放器来解决,无论何种情况都可以支持高质量的播放。这些播放器必须能够处理设备兼容性、操作系统和协议不兼容、以及缓解启动失败、播放故障和其他意外行为。

换句话说,播放器必须能够执行以下操作:

  • 根据设备及其软件支持的编解码器,容器和流协议确定正确的播放技术
  • 根据屏幕分辨率,网络速度和设备功能等因素选择合适的流
  • 根据可用性,支持使用基于UDP和TCP传输的流
  • 执行清单文件中编译的多个媒体轨道的所有功能,并要能够在应用,媒体扩展或浏览器的任何给定流中支持这些功能

此外,完整的播放器解决方案应将关键业务需求纳入其运营、盈利和测试等业务中。对于盈利方面,集成广告支持可以跨越客户端和服务器端,通过广告费盈利。

对于测试,内容提供商通常利用分析来进行数据捕获和报告:基本分析可以显示正在查看哪些内容以及由谁在查看;还有受众测量和衡量服务质量的性能分析。

盈利和测试的紧密集成简化了OTT应用程序的部署,并有助于确保跨平台实施的一致性。

处理隐藏式字幕时,播放器应具有 in-band和out-of-band的解决方案。播放器还应支持数字版权管理(DRM)集成,包括内置于操作系统中的“本机DRM”,这是一种新的替代方案,可用于更专有的方法。

播放器支持服务的必要性

一个好的播放器应该拥有在大量观众观看视频流方面表现良好的可靠记录,并且足够灵活,几乎可以在任何视频提供商的工作流程中工作。不同的用户可能有其特别的需求,所以这就需要有一个完备的后台支持团队,随着市场的逐渐扩大,用户数量的增加,播放器对各种服务的支持是必不可少的。

原文发布于微信公众号 - 媒矿工厂(media_tech)

原文发表时间:2018-10-24

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