OTT传输技术选择分析

陈晓峰

（广州珠江数码集团有限公司，广东广州510010）

OTT传输技术选择分析

陈晓峰

（广州珠江数码集团有限公司，广东广州510010）

对互联网媒体内容传输技术的发展进行了分析，其中重点分析了近期出现的以HTTP为基础的自适应流媒体，包括Microsoft的SmoothStreaming、Adobe的HTTPDynamicStreaming、APPLE的HTTPLiveStreaming以及MPEG-DASH。在部分测试数据的基础上，推论出适合有线网络公司的OTT业务传输技术。

RTSP；MSS；HDS；HLS；MPEG-DASH；封装；架构

【本文献信息】陈晓峰.OTT传输技术选择分析［J］.电视技术，2015，39（10）.

10年前，全国广电运营商逐步完成数字电视整体转换；5年前，进入高清互动机顶盒的蓬勃发展期；近几年，多个互联网公司推出互联网智能机顶盒抢占家庭娱乐终端，以其海量的视频内容以及丰富的应用和开放的安卓操作系统对有线电视造成了不小的冲击，因此对于传统的广电运营商而言，如何发挥自身的优势，如何面对互联网机顶盒的挑战是摆在所有广电人面前的巨大课题，广电人近两年也开始发展自身的OTT系统以面对众多互联网公司的挑战。本文将对互联网视频传输技术做比较分析，以帮助有线网络公司找到适合自身发展的方式。

1　互联网视频传输技术的类型

1.1传统流媒体

使用RTSP［1］等流媒体传输协议，该协议本身既可基于TCP传输也可基于UDP传输。一般来说，其信令通过TCP传输，基于UDP传输时通常使用RTP协议来传输数据流。服务器只会发送部分数据包去填充客户端缓冲区，这个缓存通常在1～20 s之间。其为一个有状态的协议，意味着服务器端可以始终监测客户端的状态，客户端的状态会实时反映到服务器端，这对实时视频传输非常有优势。类似的协议还有RTMP等。

1.2渐进式下载流媒体

不像传统流媒体服务器只能发送20 s左右数据给客户端，这种方式依据HTTP方式连接，是一个无状态的协议，可以根据请求来发起连接并下发数据，因此其视频数据可以依据预先设置的状态持续下载，并且可以在任意位置开始播放。

1.3自适应流媒体

自适应流媒体是一种混合的传输技术，它的传输依据传统流媒体，但是实际上是基于渐进式下载，并且可根据终端状态进行自适应码率调整。使用标准的HTTP协议来传输数据和信息，并不像RTSP使用信带外协议传输，同时将HTTP协议转化成类似RTSP的传输协议。在这种传输方式中，视频内容编转码后被切成无数小的数据切块，每个切块包括完整的GOP组，因此每个切块之间既在时间上互相连续同时又相互独立（客户端可以从任意切块开始播放），通常每个切块是2～10 s长。其自适应体现在：节目源会产生多个不同码率的视频流，客户端依据和服务器端的网络带宽和本身设备的参数来选择下载播放合适码率的视频流。

2　自适应流媒体传输主要技术分析

1）Microsoft的Smooth Streaming（MSS）［2］于2009年发布，该技术方案中采用H.264与AAC编码方案，也支持自己提出的VC-1等编码方案。Smooth Streaming采用虚拟切片技术，即每个码率的视频以一个长文件存储在服务器端，在传输给客户端的时候将其再切成小的数据块。该文件在硬盘存储时使用较小的数据包头，以便于更快地启动客户端播放器。当客户端向服务器发起请求时，服务器会在文件中寻找合适的码率文件，并将其取出进行切片封装后传输给客户端。其设计原理就是将一个长的视频文件切成许多小的文件切片，客户端播放器只需要按照连续的逻辑序列下载文件并顺序播放即可。

优点：相对于其他方案而言，方便的DRM集成是其优势，同时可以选择微软自己的PlayReady方案。

缺点：该方案相对繁复因此部署起来很费时间，并且客户端必须嵌入Silverlight，所有客户端应用如解析码率更换都依赖Silverlight。其服务端是专有的IIS服务器并非通用的HTTP服务器。

2）Adobe的HTTP Dynamic Streaming（HDS）［3］2010年发布，与微软的Smooth Streaming相似，由MPEG-4编码形成切片文件.f4f，包含切片文件说明的索引文件.f4x以及包含DRM信息的.drmmeta。通过.f4x文件索引，指示客户端播放器从哪一个切片开始播放。播放器能够依据网络状况选择最合适的码率。对于内容保护而言，HDS唯一支持的DRM是其自身Adobe DRM系统。

优势：由于RTMP方式的流行，因此支持播放Adobe HDS码流的设备非常之多。

缺点：由于在Apple产品中不支持Flash，因此也不支持HDS方式。不同的Android平台对Flash的支持也不尽相同。HDS只支持自己的Adobe DRM方案，第三方开发难度较大。

3）APPLE的HTTP Live Streaming（HLS）［4］2009年发布，到目前为止，HLS可以说是全球应用最广泛的互联网电视传输协议，不但自己公司使用，同时许多机顶盒也使用了该技术。HLS主要基于TS流文件进行封装，可以说其对现有的广播电视系统有更好的兼容性。HLS方案节目源采用H.264编码格式，输出MPEG TS流，切片通常是每片2～10 s，索引文件格式为m3u或m3u8，利用其生成播放文件列表来控制播放器。同样的，HLS也能够根据用户带宽的可用性在终端实现不同码率的切换，为用户在不稳定的网络上提供好的用户体验，其终端可根据接收切片文件的时间长度来选择最适合的码率。

优点：Apple已经出售了大量的iPhone，iPod和iPad，因此HLS技术有着巨大的市场，特别是针对便携设备。HLS在封装格式上使用MPEG TS技术，可以和已有的数字电视系统集成。开发基于HLS DRM客户端并不困难，许多公司基于PC平台的DRM解决方案也可以用于HLS方案。其规范已提交IETF组织讨论，有望成为通用的标准。

缺点：在浏览器端没有集成的HLS，插件需要单独开发。由于封装使用MPEG TS技术，会有一定的专利费。HLS中对DRM没有考虑完整支持，采用的是端到端整体加密。

4）MPEG-DASH［5］。2010年，MPEG和ISO组织创立了MPEG-DASH（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP）。DASH的技术目的是标准化HTTP Streaming技术，以取代目前已经存在的技术方案。DASH方案同样也包含切片文件和切片索引文件，切片文件采用3GP或MP4的编码方式。在该方案中切片文件被称为媒体展示，而切片索引文件被称为媒体展示描述，媒体展示描述（MPD）包括文件块索引文件以及其他相关信息。在播放节目内容时，其客户端首先要获取MPD文件，通过解析MPD文件，客户端获知节目相关信息和DRM信息以及其他信息，利用这些信息，客户端选择合适的码率进行播放。

优点：MPEG-DASH在设计之初就是要标准化HTTP Streaming技术，为了更好地将MPEG技术利用HTTP传输，其定义了各种框架场景，并且对直播的支持也描述得非常具体。同时也是MPEG和ISO推动的标准。

缺点：从现实来说，采用MPEG-DASH方案的客户端还比较少，而且MPEG-DASH方案仍然还有许多需要完善的地方。

3　选择分析

1）以HTTP为基础的流媒体自适应传输技术很好地解决了网络带宽不稳定下的节目稳定传输，并且从终端上不易察觉。但是，从以上分析中可以看出，此类技术的共同点都是将一个连续的媒体文件切割成小的文件，以便终端可以从众多的小文件中选择适合带宽的文件进行播放。从中可以知道当终端从不同的码率跳转的过程中，视频流的GOP对齐相当重要，否则将会产生一个比较明显的抖动，如果这是在互联网传输状态下，用户比较容易接受，但如果发生在一个网络质量很高并且以传输质量取胜的有线电视网，将会是一个致命之伤。从实际已经运营的IPTV/OTT网络中，这个问题相当明显，有的系统在前端推流和终端优化较好的情况下这种抖动不易察觉，但大部分系统依然存在这个问题。因此建议在有线电视网中应首先选择基于RTSP协议的流媒体传输协议，虽然其不支持流媒体自适应传输技术，但是其良好的传输性能在一个相对稳定的有线电视网中更能发挥其优势，并且不会产生令人讨厌的带宽切换时的抖动，将来当技术成熟后再考虑放弃RTSP技术才是一个明智的选择，系统预留将来平滑升级的能力即可。RTSP协议不切小片，因此其占用系统的带宽较小，推流服务器的能力相对会高很多，同时对网络的压力也较小，更适合系统初期建设。当然系统初期建设也可以使用流媒体自适应传输技术来作为主要的推流方式，但必须做好终端的优化，否则其传输优势没有发挥出来反倒让劣势影响到收看效果，那就得不偿失了。

2）4种基于HTTP的流媒体自适应传输技术的比较列于表1。

表14　种传输技术的对比

MSS只能用于机顶盒和PC，没有IOS和Android方案，后续开发难度大，并且其技术繁复部署复杂，头端为IIS服务器非通用HTTP服务器，而且客户端必须嵌入Silverlight，如果不是全方位使用该技术，建议选择放弃。

HDS技术由于有良好的PC支持，并且开发第三方应用简单，如果推出有关PC的多屏应用，建议选择HDS方式。当然目前也有基于HLS的PC应用，由于缺乏插件，从已使用的平台系统来看其开发时间长，后期调试困难。

HLS技术涵盖机顶盒、PC、IOS和Android，并且该技术是基于应用最广泛的MPEG TS流技术，并且开发相应的DRM方案简单，毋庸置疑其应是OTT平台首选的传输技术，有线电视内网可变码率，基于其他运营商的不确定网络，以及多屏的IOS和Android手机/平板，从目前来看其都有最好的适应性。

MPEG-DASH目前处于早期不成熟阶段，但其是MPEG和ISO推动的标准，因此有必要保持足够的关注，保留系统的升级能力。

3）从以上分析可以发现，对于不同的终端有不同的最佳封装协议，因此前端在编转码、内容采集和注入最好选择TS over UDP/RTP方式，在封装设备中将其打包成合适的封装以适应不同的推流服务器或CDN。对于内网机顶盒采用RTSP/ RTP或HLS，外网、不确定网络、IOS和Android手机/平板采用HLS方式，对于PC端采用HDS或HLS方式，是目前的最佳选择。基于统一的HLS推流方案优势是前端推流方式统一、管理简单，但终端开发难度较大、部署周期长；基于RTSP/HLS/ HDS混合推流方案优势是终端开发难度小，但前端复杂、管理压力较大，需要大量的封装设备同时占据更大的机房空间。不同的网络公司可依据自身的技术特点和业务发展需求选择不同的推流架构。

4）为适应不同的终端采用编转码和封装设备分开，这不仅是OTT技术架构的需要，同时也会有很多其他的优点。首先采用编转码和封装设备分开的架构后，编转码设备将只用于视音频处理功能，可采用ASIC来处理，这样不仅可以提高设备密度节省机房资源，同时可以提高设备的稳定性，降低功耗；对于封装设备不需要处理编转码而只需处理和封装相关的功能，同样也会增加系统的处理能力和稳定性。OTT技术是一个不断发展完善的技术，编转码和封装功能分开可以使得封装设备能够适应将来技术的发展而更新变化，比如不同CDN或者不同的DRM技术，而无需更换编转码设备。当设备需要维护时，同样编转码和封装设备互不干扰，当更换封装方式以适应不同的推流服务器或CDN时无需更换编转码器，反之更换编转码器时也无须更换封装设备，这样整体架构清晰，系统维护简单，大大地提高了系统的稳定性。当编转码和封装设备分开后，编转码可采用硬件编码方式，有利于提高设备稳定性和处理能力，而封装设备的软件升级等等也不会影响到编转码设备。由于编转码设备没有封装输出，因此编转码设备可以和原有的互动平台设备共用，有利于节省系统投资，提高维护效率。

5）基于HTTP的流媒体自适应传输技术在传输中都是切片进行传输的，切片一方面是为了传输方便，不是一次性下载大的文件就可以顺利播放；另一方面终端接收更容易在不同的码率之间进行切换，终端仅需保存较小的切片缓存就可以在当前网速下选择另外更适合的播放带宽。因此切片大小的选择也是一个关键参数，一般来说切片越小越有利于在不同码率间转换，但过小的切片也会造成终端缓存过少而无法完成这个切换（缓存过少播放器的可播放时间不足以下载较大码率的切片），实际测试会发现5 s左右的切片更有利于动态码率切换的完成。

6）再完美的传输方案遇到不稳定的网络都会出现传输误码，由于网络传输丢包会导致黑屏马赛克等问题，因而要参考文献：

采用ARQ（Automatic Repeat-reQuest）来解决网络丢包问题。ARQ虽然通过重传能够解决一定的问题，但同时也会浪费传输带宽，首先传输不能使用全部带宽，其次当出现错误时终端请求以及重传都会对网络造成不小的浪费，因此更建议选择FEC的方式解决传输问题。FEC只占用很少带宽却能够解决绝大部分传输问题。对于网络传输不稳定流量控制也是必不可少的技术，一方面可以减轻网络不稳定的压力，同时也可以解决编码源的不稳定造成的终端缓存溢出。

［1］NetworkWorkingGroup.RFC2326［EB/OL］.［2015-01-07］.http：// www.ietf.org/rfc/rfc2326.txt.

［2］Microsoft.［MS-SSTR］：SmoothStreamingProtocol［EB/OL］.［2015-01-02］.https：//msdn.microsoft.com/en-us/library/ff469518. aspx.

［3］Adobe.Hds-dynamic-streaming［EB/OL］.［2015-01-07］.http：// www.adobe.com/products/hds-dynamic-streaming.html.

［4］PANTOS R.Http live streaming［EB/OL］.［2015-01-07］.http：//tools. ietf.org/html/draft-pantos-http-live-streaming-14.

［5］DASH.Guidelines for implementation：DASH-IF interoperability points［EB/OL］.［2015-01-07］.http：//dashif.org/wp-content/uploads/ 2015/04/DASH-IF-IOP-v3.0.pdf.

OTT Transmission Technology Selection Analysis

CHEN Xiaofeng
（Guangzhou Digital Media Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510010，China）

Through analyzing the development of the Internet media transmission technology，which focuses on the recent emergence of HTTP based adaptive Streaming media，including Microsoft Smooth Streaming，Adobe HTTP Dynamic Streaming，APPLE HTTP Live Streaming and MPEG-DASH，in part，on the basis of test data，infer OTT business transmission technology for cable companies.

RTSP；MSS；HDS；HLS；MPEG-DASH；encapsulation；architecture

TN913

A

10.16280/j.videoe.2015.10.018

闫雯雯

2015-01-07

陈晓峰（1973—），工程师，主要从事数字电视播出、传输和接收技术、接入网技术以及OTT系统技术研究。