三網(wǎng)融合背景下數(shù)字媒體技術的轉型

三網(wǎng)融合背景下數(shù)字媒體技術的轉型

1總結2視頻直播發(fā)作多屏互動是將視頻內容通過不同的傳輸方式傳輸給不同的用戶，包括電視、屏設備、手機和其他視頻設備，以實現(xiàn)設備之間的完美連接和視頻傳輸。用戶通過智能終端進行內容播放視頻，多類型終端屏幕上顯示的內容可以實現(xiàn)同步，內容運營商可以在用戶的互動操作下將內容提供到不同的終端屏幕上，并根據(jù)終端類型匹配視頻內容不同的質量（視頻分辨率和碼率）。對內容運營商而言，其核心在于如何將高質、高效率、低成本的視頻內容交付到各類終端屏幕。本文針對視頻傳輸?shù)膮f(xié)議和方式進行分析?，F(xiàn)階段數(shù)字視頻直播在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸協(xié)議主要分為下面幾種：RTMP（實時消息傳輸協(xié)議）、HLS（基于HTTP的實時流協(xié)議）、DASH（在HTTP上的動態(tài)自適應流協(xié)議）和CMAF（通用媒體應用格式）。上述數(shù)字視頻傳輸協(xié)議為目前主流的、較為常用媒體分發(fā)協(xié)議。RTMP協(xié)議屬于即將過時的協(xié)議，但由于目前仍有大量被使用的場景及業(yè)務，將對其進行簡要分析。在互聯(lián)網(wǎng)流媒體行業(yè)發(fā)展初期，RTMP在Adobe公司的積極推廣下成為了互聯(lián)網(wǎng)視頻傳輸?shù)墓J標準，相比傳統(tǒng)的MPEG-TSoverIP技術，RTMP協(xié)議工作在TCP協(xié)議之上，確保了視頻傳輸?shù)目煽啃?，通過協(xié)議擴展的方式RTMP可以保持流暢的視頻體驗。由于RTMP視屏播放能力原生集成在Flash播放器中，使其流行成為可能，但隨著Flash逐步退出歷史舞臺，各大瀏覽器廠商對Flash停止支持，各大視頻平臺逐步在向新一代的傳輸分發(fā)協(xié)議演進，例如HLS、DASH、CMAF等，在P2P的視頻傳輸上，RTMP也逐漸被SRT、ZIXI或RIST等針對互聯(lián)網(wǎng)的視頻傳輸協(xié)議所替代，RTMP的使用場景也在逐年下降。造成上述結果的最主要原因是該協(xié)議有以下不足：協(xié)議從2009年至今沒有更新，視頻編碼方式支持到H.264，無法支持H.265、AC3等音視頻協(xié)議傳輸；播放器終端的兼容性存在較大問題；無iOS或Android原生支持；無針對視頻的QoS的優(yōu)化,傳輸嚴重依賴底層TCP協(xié)議；傳輸延時高達5～10s；大規(guī)模視頻內容分發(fā)應對不足。鑒于上述缺陷，RTMP繼續(xù)成為視頻直播分發(fā)技術的可能性已經喪失殆盡。HLS是HLS協(xié)議原生使用HTTP協(xié)議作為基礎，而互聯(lián)網(wǎng)應用基本都在使用HTTP協(xié)議，使得基于HLS協(xié)議的視頻始終通過標準的80、443端口進行傳輸，確保不被防火墻阻攔。如圖1所示，HLS協(xié)議將不同分辨率、碼率的直播視頻內容進行切片，每個視頻切片文件從2s到10s不等，使用.ts文件名后綴，切片文件的URL訪問地址及其碼率、分辨率等特征信息將統(tǒng)一記錄在m3u8播放列表中，編碼切片設備將這些切片文件和播放列表文件推送到標準HTTP服務器上進行存儲，然后分發(fā)到各CDN節(jié)點，各終端通過HTTP協(xié)議訪問源站或CDN節(jié)點，終端播放器將根據(jù)當前網(wǎng)絡實際情況自動選擇播放最適合當前帶寬的播放列表，確保播放流暢。得益于蘋果設備終端的普及，HLS成為了互聯(lián)網(wǎng)媒體分發(fā)的主要協(xié)議，超過70%的互聯(lián)網(wǎng)流媒體分發(fā)應用采用了該協(xié)議。但HLS協(xié)議高延遲（30s到1min左右延遲），使得直播互動性、直播精細化控制變得相對困難，基于上述問題MPEG組織推出了基于ABR的流媒體分發(fā)技術MPEG-DASH。該協(xié)議與HLS類似，也是通過將視頻分解為較小的塊，并以不同的質量級別對這些塊進行編碼，實現(xiàn)流式傳輸不同質量等級的視頻，并動態(tài)的根據(jù)網(wǎng)絡狀況在不同的質量等級間切換。但MPEG-DASH帶來以下新的技術改變：支持廣泛的編碼格式，允許使用任何音視頻編碼標準；采用MP4(ISO-BMFF）先進的媒體存儲格式，存儲的效率更高；更小的切片尺寸通常為2～4s，播放過程中可以更快地在不同質量級別之間進行切換，從而更快適應網(wǎng)絡變化；播放控制更加精細，可以通過NTP的同步，實現(xiàn)所有終端的播放時延的控制。圖2是DASH的數(shù)據(jù)存儲模型，可以看出，在MPEG-DASH上可以有更靈活的分段模型，可以定義靈活的廣告插播動作等。雖然MPEG-DASH具有很多優(yōu)點，但依舊有很多問題沒有得到好的解決，例如：HTML5瀏覽器無法原生支持；小分片的引入雖然降低了延遲，但依舊有10s到30s之間的延時；與傳統(tǒng)的廣播電視傳輸技術相比存在不少差距；HLS的大規(guī)模使用造成了運營商需要同時支持HLS和CMAF兩種協(xié)議，帶來處理、存儲和傳輸上巨大的成本壓力。2016年，由微軟和蘋果牽頭與MPEG組織共同制定了一個通用的媒體應用格式CMAF。這是一項跨企業(yè)和行業(yè)的協(xié)作，通過共同努力降低在線傳輸視頻時的復雜性，簡單來說是希望通過CMAF融合HLS和DASH的媒體分片存儲格式，降低媒體儲存和傳輸?shù)膲毫Α?017年7月合作開發(fā)者已經完成了CMAF的規(guī)范，并于2018年1月發(fā)布了該標準。CMAF協(xié)議定義了一個通用的媒體分片存儲格式，確保HLS和DASH的終端均可以讀取。在其之上，播放列表還保有HLS和DASH的特點，這樣就確保了各自協(xié)議的特點，更好地使用各自的終端，省卻了重復的媒體內容的存儲，降低CDN分發(fā)和存儲的成本，也降低了網(wǎng)絡擁塞可能性。CMAF對視頻傳輸帶來的好處不言而喻，它不僅降低視頻傳輸?shù)膹碗s性和成本，還解決互動視頻傳輸中的很多難題。而現(xiàn)實中，直播視頻傳輸遇到關鍵問題就是延時，即使在使用CMAF后，視頻直播也需要30秒左右才能交付給終端，這樣的用戶體驗在大型活動、體育賽事上是很難被接受的。為了解決這個延時問題，引入了LL-CMAF(LowLatencyCMAF），即低延時的CMAF，通過低延時CMAF技術將直播視頻的延時降低，提供比傳統(tǒng)廣播電視更低的延時。如圖3所示，傳統(tǒng)廣播電視傳輸技術（如DTT、DTH、IPTV）等的延時大概在3s到10s之間，而現(xiàn)階段多屏傳輸技術的延時基本都在30s以上，引入LL-CMAF就是將端到端的延時降低到200ms到6s之間。LL-CMAF通過HTTP1.1的協(xié)助以及更小的輸出分片，實現(xiàn)了推送式流分發(fā)以及更低的編碼輸出延時，從原來的幾秒變?yōu)閹装俸撩?，大大降低了各傳輸環(huán)節(jié)帶來的延時。通過測試，LL-CMAF可以在1080p的直播中實現(xiàn)大概1.6s到2s的端到端延時，對比傳統(tǒng)IPTV視頻傳輸?shù)?～10s延時有了極大的提升。因此，在新一代的直播視頻分發(fā)協(xié)議選擇上，CMAF（包括LL-CMAF）將會是一個重要的選項。而WebRTC或SRT等協(xié)議，由于其對大規(guī)模分發(fā)的優(yōu)化以及針對電視行業(yè)的畫質要求等，我們認為現(xiàn)階段并不適用于廣播電視直播的分發(fā)（SRT在制作回傳領域有其優(yōu)勢）。3視頻行業(yè)的發(fā)展全文淺析了數(shù)字視頻直播的多種分發(fā)技術，相信在5G技術的大規(guī)模商用以及廣電5G牌照的背景下，數(shù)字視頻的直播技術會有更多的應用，而更多傳統(tǒng)內容運營商也會更快利用如CMAF等新的視頻分發(fā)技術。與此同時，如何提高編碼效率，提升視頻質量或引入更多的特性，如HDR、8K、VR等也會是視頻從業(yè)者熱門的話題。2020年不僅是5G技術商用元年，更是視頻行業(yè)迅猛發(fā)展的一年。在疫情的大背景下，視頻行業(yè)在2020年有了極大的發(fā)展，不僅僅是遠程教育、遠程辦公、遠程醫(yī)療這些新型應用場景，還包括傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)視頻行