提升OTT QoE的3项创新技术

引言

Parks Associates最近的一份报告预测，未来5年，全球视频流服务将加速发展，到2024年，超过3.1亿个互联家庭将至少拥有一项OTT服务——相当于约5.86亿的总订阅量。

然而，OTT服务提供商面临的一个主要挑战是消费者期待OTT服务体验能与广播电视一样。由于消费者对实时视频流有很高的热情，人们通常会认为OTT服务QoE应至少与广播电视一样出色，但情况并非如此，伸缩性问题有时会引起用户在观看实时OTT服务时遇到体验质量差的问题。

本文将探讨帮助运营商为订阅者提供最佳QoE的挑战和三项面向未来的技术。

OTT QoE落地及相关挑战

图1.视频交付过程

图1提供了视频交付链的通用视图，在信息交付方面，当大量订阅者想要同时查看某个事件时，源服务器、CDN、接入网络以及交付到家庭的最后阶段都可能发生伸缩性问题。在源服务器层面，由于服务器旨在支持增值功能(如start-over TV， catch-up TV和目标广告插入)，并且当有大量并发用户观看视频时，源服务器负载严重，最终导致HTTP 404错误。

当视频服务提供商没有正确预测事件大小且达到最大网络负载时，或者在交付的最后阶段(即接入网络)，可能会出现影响QoE的各种情况。通常，这些情况因网络类型(即固定线路、DSL、光纤或移动)及其相关技术而异，在交付到家庭(即家中网关)的最后阶段，当太多的设备连接到同一个接入点或与客户端的连接中断时，可能会发生争用，从而降低码率并影响QoE。

OTT服务的另一个挑战是延迟。实时制作和最终用户显示之间存在的延迟是一个常见的OTT问题，在实时体育赛事中尤为明显。Apple在2009年发布的原始HTTP实时流(HLS)协议建议使用10秒片段，并规定播放器的缓冲区不应少于三个片段，这解释了为什么许多OTT服务的典型延迟超过了40秒。Apple后来将其修改为6秒片段，相当于客户端18秒的延迟。对于SVOD服务来说，延迟20秒或更长时间不成问题，但对于实时体育赛事来说，超过5秒的延迟可能会影响用户的QoE。

视频压缩技术可以通过减少从源服务器发送到最终用户的数据量来提升QoE。但如果码率太低，视频质量会受到影响，QoE将下降。OTT服务提供商可以使用先进的编解码器(如HEVC)解决此问题，但当前的许可条款已减缓了HEVC部署，因此，行业需要找到更智能的内容分发方法。

三项面向未来的技术

以下三项面向未来的技术，将帮助OTT服务运营商向订阅者提供最佳QoE:内容感知编码、低延迟CMAF和边缘扩展。

内容感知编码

内容感知编码(CAE)是一种创新技术，目前由Netflix和全球其他领先的OTT服务提供商使用，该技术采用AVC编解码器以解决HEVC许可问题并提供最佳图像质量。通过内容感知编码，操作员可以让编码器根据视频复杂性实时调整编码参数。

为了最大限度地提高视频质量测量的准确性，CAE使用AI进行离线训练。对于VOD，可以在一次交付中使用CAE，这样可确保最高的可扩展性(即编码速度)，但压缩比不是最低。或者，CAE可以在几次交付中完成，其中每个编码参数集是并行编码的，并且在每个编码批处理的末尾做出决策。

表1显示了对于HD内容而言，CAE相比于CBR可节省更多码率。

表1.CAE和CBR的码率节省

除了提供大量的带宽节省外，CAE还增强了QoE。由于视频以更高级的方式压缩，因此可以接收额外的HD配置文件。当比特率低时，缓冲效应会减少。

CMAF

MPEG通用媒体应用程序格式(MPEG-CMAF)主要是为了解决流媒体行业的互操作性问题，因为它减少了所需不同媒体文件格式的数量。MPEG-CMAF是一个基于fMP4 (ISOBMFF)的媒体容器标准。由于具有通用加密方案CENC的MPEG-DASH和HLS交付格式都可以使用MPEG-CMAF，因此MPEG-CMAF从规模上大大简化了OTT的分布。

CMAF工具箱还提供一些有趣的功能，包括低延迟(LLC)选项。此工具包含在初始MPEG-CMAF规范中，支持低延迟(例如200ms)的片段交付。这意味着解码过程可以在对完整片段进行编码、打包和接收之前开始。CMAF LLC可实现高性能以及三秒或更短的端到端延迟，推动OTT服务提供商提供实时节目。

为了充分利用CMAF LLC的优势，OTT服务提供商需要在交付工作流的所有步骤(包括打包器、CDN和播放器)中支持该技术。CMAF LLC拥有整个行业的支持，包括CDN和播放器供应商。然而值得注意的是，支持CMAF但不支持LLC的播放器仍然能够在接收全部媒体片段之后解码视频，在这种情况下，延迟将增加几秒。

边缘扩展

随着OTT服务提供商寻找其他方法来提升QoE，网络边缘的扩展已经作为另一种提升QoE的方式出现。边缘扩展的概念很简单——服务提供商在ISP接入网络中部署边缘节点。对于实时事件，接近用户的扩展将提供最佳的QoE。

另外，向这些节点添加缓存将使非线性(如VOD、catch-TV)服务更接近最终用户。例如，Netflix通过其OpenConnect计划提供了位于ISP网络中的大型非线性内容库，为用户提供了出色的QoE。虽然这样会减少网络影响并提升QoE，但这些服务通常不像实时事件那样对时间敏感。

总结

CAE与传统的编码相比，OTT实时服务的带宽减少了50%。由于CAE符合 H.264标准，因此OTT服务提供商无需对当今的生态系统进行任何更改就可使用该技术。无论是设备、虚拟机、云架构还是SaaS，该技术都有效。随着OTT视频消费的持续增长，CAE技术的势头有望增强。

CMAF LLC是标准化的并且足够成熟，可以进行部署，因此下一步就是微调整个工作流。尽管每个组件都可以自行优化，但优化端到端系统以提供最佳QoE将为生态系统带来额外的动力。

在CDN方面，最广为人知的方法是"混合CDN"，用于实时扩展或非线性内容缓存的边缘节点与公共CDN结合使用，以实现网外覆盖。这种方法的好处是边缘节点不必标注以满足服务的全部需求，但可以更好地利用已部署的边缘节点来实现平均流量模式。对于特定的实时事件，可以优先安排流量以使用已部署的边缘节点，公共 CDN将处理其他服务。在此混合模型中添加第二个甚至第三个CDN将实现真正的多CDN系统，从而根据已部署的边缘节点和CDN提供的覆盖范围实现最优化利用。