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資安效能,兩全其美系列 第 17

如何向全球進行低延遲高品質OTT視訊直播【鐵人挑戰17天】

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前情提要:

在LiveVideoStackCon 2017大會上,嘉賓Will Law探討全球OTT內容傳輸的技術和趨勢,以及OTT直播流的延遲因素和CMAF技術等。針對無法現場聆聽Will精彩演講的人,我們根據演講內容整理出以下精彩摘要。


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作為每日傳輸全球網路互動量近3萬億次的雲端平台,Akamai傳輸的峰值頻寬已從2007年的715Gbps暴增到2017年的61Tbps。2010至2011年間,因為OTT視訊的興起,網路流量爆炸性成長。例如2014年單流最大值為7.2Tbps,2017年提高到17Tbps

據統計,全球網際網路流量在未來4年還將以23%的速度增長,視訊流量將從目前的73%提升至82%,也就是說,未來視訊流量將會佔據網際網路絕大部分的頻寬。

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現今,視訊業務已經成為網路流量的主流,包括中國與全球各地,視訊直播市場空前繁榮,視訊的傳送速率與播放品質和使用者體驗高度相關。從視訊業務角度來說,如何降低網路延遲、提升視訊服務品質、提高網路效率,成為OTT視訊服務商急需攻克的難題。

OTT視訊分發延遲瓶頸

視訊切割片段分發產生的延遲

一個完整的視訊流分發包括編碼器、第一哩路上傳、CDN處理、最後一哩路傳輸、接收端幾個主要流程。延遲在每一個流程中都有可能發生。聚沙成塔,視訊服務提供者必須在OTT直播的每一個流程中降低延遲,才能在激烈的競爭中生存和發展。

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現在的視訊傳輸都是將影像切割來傳輸的,而目前的播放器則需要取得一段視訊切割後進行播放,播放器裡啟動時間中的切割數量、切割邏輯都會對延遲速度有影響。

以蘋果推薦的10秒一個切割為例,終端使用者將會看到約50秒延遲的視訊。而如果把每個切割的長度降到2秒,最終的延遲將會降到11秒。

但是,並不是說切割越短越好,因為極低的延遲會在某種程度上犧牲視訊播放的流暢度,所以低延遲與視訊播放的穩定性兩者之間是必須互相權衡折衷。實踐證明,2秒切割的穩定性和品質都很好。1秒切割可用於小品質的中低級運動場景,低於1秒的切割長度並不常見。

另外,更短的切割將使中間的CDN或伺服器需要負荷更多的請求處理壓力。

多樣化分發格式並存,給CDN快取帶來挑戰。

在目前的OTT視訊傳輸中,視訊服務提供者通常使用多種協定(例如:HLS、DASH、Smooth、HDS)來把內容傳送給不同使用者,視訊流在這些流程之間以不同的格式分發,目前常見的分發格式和對應延遲如下:

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上述視訊分發格式各有優缺點,在各種實際的使用場景中可參考以下優劣對比來做多方面的考慮。

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多種分發格式並存的狀況帶來了問題——效率低下!CDN需要快取相同內容的多種格式。倘若同一個視訊檔用不同的格式儲存,這些不同格式的檔案會競爭同一個伺服器資源,也就是說發生相同內容、不同格式之間競爭的情況,產生不必要的資源浪費。

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CMAF媒體傳輸

為了提升視訊服務品質、提高傳輸效率,降低OTT視訊傳輸的延遲,Akamai與微軟、思科、蘋果、Comcast等聯合發起新的視訊標準CMAF(Common Media Application Format),其在2016年2月向動態圖像專家組(MPEG)提出,並在今年7月已核准成為國際標準。

標準化容器提升視訊效率

CMAF是一個標準化的容器,可以將視訊檔和音訊檔容納其中,而且對現有編碼格式不會有任何改變。

因為是一個容器,CMAF可以同時儲存多種協定的清單文件(manifest),由於清單文件很小,所以CMAF能大大降低編碼和儲存成本、提高CDN的快取效率,因此降低延遲。

CMAF不但統一了視訊內容格式,同時也允許m3u8、mpd等不同播放清單的存在。HLS、DASH等格式的檔案,可以用m3u8、mpd等播放清單到CMAF容器中擷取所需要的視訊內容,再將它組合成整塊視訊檔。而CMAF中的視訊內容只用一種格式儲存了一份。

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低延遲「chunk」模式

CMAF還改變了視訊切割的大小。它可以把每個切割切成更小的「chunk」單位,因此編碼器可以在完成一個chunk單位後就傳輸給CDN和播放器去處理。這樣的做法讓視訊播放的等待時間變短,縮短視訊播放延遲的時間。這種方式既可以讓傳輸時的延遲極低,同時還不影響CDN快取的效率,讓它的擴充性增加。


Will Law
Akamai媒體工程部首席架構師
作為OTT視訊傳輸中的重要一環,Akamai一直致力於CMAF的發展並將其納入公司的OTT解決方案中。

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