流媒體服務逐漸成爲全球媒體和娛樂業務的核心，根據目前市場的數據，由於增長率是傳統電視的10倍，OTT視頻已經佔到了行業總收入的15％，預計到2022年將佔據市場收入的三分之一。
要想實現視頻流的最優化傳輸，就必須實現在傳輸的各個階段都協調工作，達到降低延遲最優的效果。首先，說明一下在傳輸過程中的第一個階段的優化：第一公里（the first mile）傳輸中的優化。
PART1
分發鏈前段的優化
從分發鏈的前端開始
在視頻傳輸的每一步都必須確保能夠將內容傳播到鏈中的下一個節點 - 並且達到生產者期望的質量水平，而且由於現在的OTT服務已經成爲內容提供商及其分銷商盈利的核心，因此對質量的要求比以往更高。
這種新的商業模式要求在任何顯示器上能夠以傳統電視的低延遲和高質量來訪問任何視頻流，同時按需觀看的OTT內容開始播放的速度能夠與傳統VOD內容一樣快。這需要在第一英里的傳輸階段滿足具有完全備份冗餘功能的衛星和傳統光纖傳輸的性能參數， 並且具有快速識別和解決問題的能力。
圖1. 視頻直播系統通過多種方式向消費者傳輸內容
瞭解視頻分發的端到端環境
對於希望最大化第一英里傳輸性能的提供商而言，確定最佳方案的第一步是瞭解延遲，質量，冗餘和其他因素的要求和關鍵性能指標（KPI）。分發階段涵蓋了從後期製作輸出到OTT傳輸內容的所有路徑，包括基於IP的管道到OTT附屬機構以及用於直接到消費者（DTC）操作的內容交付網絡（CDN），還有傳統的向多頻道視頻節目分發機構的網絡。
對於線性內容，延遲必須最小化到傳統電視頻道與互聯網的傳輸時延幾乎沒有差異，這意味着互聯網連接設備在廣播和接收之間的30秒延遲必須減少到大約10秒。雖然線性傳輸的延遲要求不適用於按需傳輸的內容，但無論情況如何，都必須考慮更高的要求，包括服務目標，啓動時間，圖像質量，重新緩衝和服務可用性等。
後期製作內容格式
保持分辨率，顏色深度，位深度和其他源材料參數的端到端保真度是爲後期製作播出準備高質量內容。但是，在準備OTT分發的內容時，需要注意一些細微差別。
以隔行掃描的內容爲例。雖然許多代碼轉換器能夠對隔行掃描的電視節目進行去隔行掃描，但最好在source處執行反交錯操作以保持質量。此外，反交錯有助於通過從改變原始狀態來修改內容（如幀縮放）進而減少失真。
前期編碼
將製作的信號轉換爲第一英里分發的格式有兩種主要方法：母版編碼（mezzanine encoding）和直接編碼（ direct to origin encoding）。
通過母版編碼，內容的一個單獨片段在第一英里內發送到獲取網絡（ingest network），在那裏準備傳輸。內容提供商必須關注最終用戶設備的特點 - 比特編碼深度，幀速率，寬高比和動態範圍設置 - 以滿足提供電影和電視節目的要求。夾層編碼輸出的比特率旨在實現最大化觀衆體驗，實現所需的最高質量。使用的特定比特率/編解碼器/設置組合將是內容準備鏈中的第一英里傳輸的帶寬、質量目標和預期的迭代損失的函數。精心設計的編碼轉換器的一般規律是對類似的編解碼器有預期25％-40％的迭代損失。此外，使用標準化編解碼器可確保與常見的轉碼服務兼容，並可以利用經過驗證的測試分析指標。
Origin處編碼的最佳方案是將內容以多比特率配置文件或自適應比特率（ABR）流使用的文件一起傳輸到origin處的服務器，以在每個設備能夠中獲得最佳質量呈現。這通常涉及使用至少七種不同的比特率配置文件，除了諸如3G和2G移動網絡之類的場景，因爲接入帶寬會限制可能需要四個或五個。
選擇正確的IP傳輸
在選擇IP傳輸模式時，延遲最小化和避免質量下降應該是主要目標。提供商應首先考慮實施最新的HTTP / 2。配置HTTP的內容使得提供商可以根據基於傳輸控制協議（TCP）的ABR流傳輸內容到origin服務器上的獲取點 - 消除了編碼轉換器的處理步驟。
TCP歷來確保IP數據包到達其目的地並在客戶端呈現時能夠正確排序，從而具有高可靠性，但如果數據包流中斷，隨着更高比特率的增加會導致高延遲。視頻信號通過互聯網傳輸的距離越長，中斷和重新緩衝事件就越多。
另一種傳輸模式 - 用戶數據報協議（UDP） - 是一種無連接協議，不需要發送方和客戶端之間的通信。與TCP相比，UDP實現了更低的延遲和更好的帶寬利用率，但如果在數據流中阻塞或丟棄，則會丟失數據包。而最近的UDP協議的改進，包括IETF QUIC標準，可以在不犧牲TCP可靠性的情況下降低了延遲並提高了利用率。
滿足質量控制要求
對第一英里傳輸的質量控制始於多路徑冗餘，這確保了內容可以在不中斷所有攝取點的情況下傳輸。而對於全球直播活動，有數百萬觀衆，如奧運會或世界盃，提供商應該至少有兩條完全不同的路徑，實際上三條或更多路徑用於提供內容。常規的線性傳輸也需要持續的性能，這會增加連續時間段內數據傳輸中斷的風險。應將雙路冗餘模型視爲基線，根據頻道或內容，運營商可以選擇考慮用於直播的三路徑冗餘模型。
無論選擇何種冗餘，提供商都必須通過第一英里的分發點保持持續的性能監控和分析 - 必須確保與互聯網服務提供商（ISP）一起解決任何可能導致糟糕用戶體驗的問題。內容提供商可以通過監控，分析和緩解功能來應對這些運營挑戰，這些功能對於保持對端到端性能的控制至關重要。
PART2
內容準備
接下來介紹的是有關優化延遲中的另一個步驟，內容準備方面的優化。
OTT視頻的轉碼和比特率配置文件創建
從根本上說，轉碼過程要求媒體內容以最高質量準備並在傳輸前進行優化。這需要爲所有連接互聯網的觀看設備準備流的切片，比特率，比特深度和成幀策略。在轉碼過程中產生的視頻再現質量對於在傳送和播放期間的視頻質量至關重要。但是，在所有情況下創建最高質量的視頻再現是幾乎不可能的，根據具體情況，視頻質量可能過高，導致帶寬浪費;或者它可能太低，導致像素化播放。
優化比特率階梯以實現最佳視頻播放
爲了滿足播放的高質量，在轉碼過程中應特別小心，以便爲給定的內容選擇最佳比特率階梯。一些內容提供商選擇一種通用的方法，爲其整個VOD目錄創建類似的比特率階梯，但這會導致不必要的存儲和傳送成本，並導致不理想的播放質量。
視頻點播的最佳方案需要上下文感知編碼，該編碼爲目錄中的每個標題建立最佳比特率梯形圖。每個場景都以多個質量等級生成，比特率根據需要進行調整。使用這種方法，播放期間的感知質量是相同的，但需要相對較少的帶寬。內容提供商也越來越多地使用機器學習方法來選擇最佳比特率。
實時流式場景的最佳實踐仍然是爲每個人創建一個比特率梯形圖，可以針對某些查看場景進行修剪。修剪可用的再現數量可以通過清單操作或高級播放器邏輯進一步處理。
解決下一代編解碼器難題
雖然H.264 / AVC長期以來一直是視頻流中使用的主流編解碼器，但4K超高清（UHD）的出現使得內容提供商開始關注新興的編解碼器，其中包括H.265 / HEVC，與AVC相比，壓縮效率提高了至少50％。
由於4K UHD流的質量優勢以及最新Apple智能手機和電視內置的支持，HEVC在大規模UHD可用之前就獲得了關注。隨着內容提供商和分銷商開始擴展編解碼技術，HEVC也在編碼器方面獲益。
話雖如此，可HEVC還是沒有得到整個行業的全面認可，比如AVC仍然將是近些年的主流編解碼器，而版權費用也是HEVC的障礙，同時Google的免稅版VP9和開放媒體聯盟的AV1等高性能選項都得到了各種設備，網絡瀏覽器和行業領導者的支持，給HEVC帶來了激烈的競爭。
所有這些不確定性都表明在選擇編解碼器時需要關注當下行業發展的形勢，由於並非所有編解碼器都支持所有設備，因此建議在經濟足夠時考慮多個編解碼器。一般情況下是考慮在節省交付成本達到存儲和編碼的增量成本時可以用新的編解碼器。任何用例的經濟因素應始終是選擇正確的混合編解碼器，以支持將優化傳遞到所有目標設備。
OTT視頻的準備和包裝
對於給定的內容，每組編碼的再現必須與manifest文件打包在一起，允許目標客戶端使用與manifest中一致的編碼格式來獲取和呈現內容。
播放器還必須明白表徵自適應比特率（ABR）manifest文件的一些特殊內容，這包括創建清單文件的子集，比如這些清單文件利用元數據來指導音軌字幕和語言字幕，選擇數字版權管理模式，描述符將高級功能與特定內容段相關聯，以及動態廣告的展示位置選項等等。
由於市場中MPEG-DASH和HLS的大規模使用 – 同時隨着對Microsoft的Smooth或Adobe的HTTP動態流媒體（HDS）的支持逐漸消失 - 最佳方案是分發商使用HLS或用於絕大多數用例的DASH流格式。但是，仍然存在一些需要使用Smooth的特殊情況。標識爲HLS中的主播放列表和DASH中的媒體呈現描述（MPD）的主清單文件能夠向播放器提供關於音頻和視頻編解碼器的信息，其中還包括比特率配置，segment大小和順序，以及與字幕有關的細節和廣告等內容。
必須呈現和同步所有這些元素，以確保在客戶端設備上進行精確，流暢的播放。通常使用具有HLS和DASH的fMP4容器以及最大化CDN效率的最佳方案是利用新興的通用媒體文件格式（CMAF）。
CMAF的出現
通用媒體應用框架（CMAF）可以使用fMP4容器對多個比特率配置文件中的視頻進行均勻分片編碼，以便通過HLS或DASH進行流式傳輸。CMAF提供了一個輕量級框架，它不會引入新各方案，而是以新的方式組合現有格式和標準。隨着2017年實現正式標準化，行業中的以後實踐就都需要考慮CMAF這種新格式。
對於按需播放的場景，最佳方案需要使用DASH或HLS，fMP4容器和CMAF。內容提供商可以利用CMAF中打包的一組音頻和視頻文件以及引用該文件的兩個清單（一個用於HLS，另一個用於DASH）。這有助於降低內容準備和存儲成本，同時通過提高緩存命中率提供更好的CDN效率。
在播放實時流的情況下，最佳方案是使用DASH或HLS，fMP4容器和CMAF。在按需播放的場景中，CMAF使內容提供商能夠利用一組帶有兩個清單的實時音頻/視頻文件來引用該文件。但是，在實時流媒體的情況下，CMAF可以幫助內容提供商實現更低的內容準備和攝取成本。最佳方案包括將原始攝取源與原始服務器合併到ISO，而不是TS和ISO，這可以將帶寬減少一半。
CMAF還具有用於實時流的可選分塊編碼模式，當與通過origin和CDN的分塊傳輸支持相結合時，可以將端到端延遲減少到幾秒，並且還允許延遲與切片持續時間分離。此選項爲內容提供商提供了一種途徑，可以在不降低切片持續時間的情況下實現更低的延遲，同時提高質量。
託管與內部原始基礎設施
在轉碼和打包之後，將打包內容攝取到可由CDN訪問的源服務器上是下一個關鍵的優化步驟。爲了支持大量受衆的實時線性視頻服務，最佳做法包括使用編碼器將內容推送到原始設備，以處理CDN基礎設施上的內容的大量呼叫量。最佳方案要求原始服務能夠根據網絡條件，受衆位置和其他因素動態找到最佳入口點;並且還支持最佳傳輸模式，以最大限度地減少延遲而不會降低質量。對於按需播放的場景，建議使用提供高度可擴展基礎架構的原始服務，與分銷商工作流程協同工作，以優化高性能視頻的存儲。
使用自己的原始基礎設施的提供商必須具有足夠的容量以pull模式運行，以處理來自所有CDN的所有呼叫，以及在主要源設施可能發生故障時的單獨備份設施，切換到備份還需要自動響應功能，全天候監控和高性能傳輸連接。
最大化OTT視頻的質量保證
OTT分發的編碼和打包需要保證這些過程始終按要求執行。必須採用性能監控和分析工具來提供所需的全面可見性：在問題導致中斷之前識別問題;比較輸入和輸出質量;確認每個視頻節目都能達到延遲和期望質量;並驗證工作負載是否正確分配以避免編碼轉換器上的過載
參考資料
[1]http://www.streamingmedia.com/Articles/Editorial/Featured-Articles/Best-Practices-for-Premium-Video-Streaming-Part-1-124826.aspx
[2]http://www.streamingmedia.com/Articles/Editorial/Featured-Articles/Best-Practices-for-Premium-Video-Streaming-Part-2-Content-Preparation-125693.aspx