Потоковое видео: что это такое?

От автора: поскольку все больше и больше клиентов используют сети с высокой пропускной способностью, потоковое видео стало нормой в Интернете. Социальные медиа, веб-сайты и потоковые сервисы, такие как YouTube и Netflix, передаются прямо на ваш телефон. Исследование показало, что видео повышает взаимодействие с клиентами, поэтому мы должны ожидать, что количество видео в Интернете и на мобильных устройствах будет продолжать расти быстрыми темпами. Но что нужно для хорошего воспроизведения видео? И (возможно, что более важно), как вы можете реализовать хорошее воспроизведение видео, которое также очень высокоэффективно? В этой статье я сосредоточусь на нескольких способах оптимизации потоковой передачи HTTP Live Streaming (HLS) для улучшения доставки. Эти передовые методы также применяются к форматам MPEG-DASH и другим потоковым форматам и ни в коем случае не являются исчерпывающим списком, а просто представляют собой способы повышения производительности потоковой передачи видео.

Исследование: что делает хороший поток?

Ответ: зависит от разных факторов. Клиенты демонстрируют различное поведение для разных типов потоков. Это интуитивно имеет смысл — если вы сидите и смотрите телешоу или фильм (более 15 минут), вы будете более терпеливыми, чем, если это будет видео с котом, едущем на Roomba.

Я рассмотрю 3 основных показателя качества видео, которые необходимо учитывать.

Эти показатели сильно зависят от того, насколько быстро видео можно транспортировать по сети. В исследовательской работе Akamai обнаружено, что после 2 секунд задержки запуска клиенты начинают отказываться со скоростью 5,8% за дополнительную секунду. Они также считают, что более длинные (и более многочисленные) торможения приводят к отказу. Наконец, видео высокого качества более приятно смотреть, поэтому важно избегать пиксельного и низкого качества видео.

Таким образом, мы хотим, чтобы каждый клиент брал быстрый старт, высокое качество видео и без торможений. Но мы также знаем, что у нас нет контроля над сетевыми условиями или устройством, используемым для просмотра нашего видеоконтента.

Скриншоты в этой статье взяты из AT & T Video Optimizer, бесплатного инструмента, который собирает сетевые захваты на вашем мобильном устройстве. Он оценивает сетевой трафик против ~ 40 лучших способов повышения производительности сети вашего приложения. Помимо видео, он также просматривает изображения, текстовые файлы, соединения и другие функции производительности сети.

Как мы можем обеспечить быструю и регулярную доставку видео?

Когда дело доходит до потоковой передачи видео, лучший способ обеспечить быструю доставку видео высокого качества — иметь несколько разных битрейтов одного и того же видео, доступного для загрузки. В HLS видео-запрос начинается с доставки файла манифеста. Этот файл (часто с расширением .m3u8) перечисляет доступные видеокодировки для видео, которое будет доставлено. Каждая строка этого текстового файла содержит информацию о доступных потоках. На следующей диаграмме я извлек критическую информацию из видеопотока:

Первое, что вы могли заметить, — это столбец идентификатора, который немного не соответствует порядку. Существуют значения 1-7, но список начинается с 3. Каждый идентификатор отображает полосу пропускания, разрешение и аудио и видео кодеки, используемые для создания потока.

Запуск видео

Первым битрейтом, указанным в манифесте, является качество видео, которое первоначально запросит пользователь. Если этот список был последовательным, видеопоток начался бы с очень низкого качества 1 (128 × 320 @ 193 KBPS). С положительной стороны, 193 KBPS будет загружаться очень быстро в большинстве сетей.

Если бы порядок был отменен, начальное качество видео было бы чрезвычайно высоким (676 × 1024 3.6 MBPS). И хотя большое качество видео важно, это может привести к очень большой задержке запуска в сети с пропускной способностью менее 3,6 МБ.

Лучшая практика № 1: Чтобы сбалансировать начальное качество видео и задержку запуска, поместите поток средней полосы пропускания / качества в качестве первого выбора, чтобы сбалансировать быструю загрузку / запуск видео и начальное качество видео.

Проигрывание видео

После того, как плеер начнет загружать видео сегменты (2-8 сек фрагментов видео для воспроизведения), проигрыватель будет измерять скорость загрузки. Если он подсчитает, что сеть может обеспечить видео более высокого качества достаточно быстро, он попытается загрузить более качественную версию видео. И наоборот, если сеть работает медленнее, она снизится до более низкого качества видео, чтобы обеспечить постоянный поток. Каждый раз при изменении качества видео загружается манифест для нового потока, и видео может начать загрузку новой версии.

Video Optimizer может отслеживать количество сегментов в буфере локального устройства и отчитывается количество буферизованного видео в секундах и МБ во время сбора данных:

Если любое из этих чисел достигает 0, на устройстве больше нет видеозаписи, и видео будет остановлено.

Используя функцию «Затухание сети» в «Оптимизаторе видео», я изменил пропускную способность сети с 5 Мбайт до 1 Мбит / с в среднем потоке, и мы видим, что видеопроигрыватель начинает запрашивать более качественные видео сегменты, снижая с 1,5 МБПС и в конечном итоге устанавливая 500 КБ.

(Кроме того, можно подумать: если пропускная способность сети составляет 1 Мбайт, то почему 800 KBPS-видео плохо транслируется? Оказывается, есть два потока: один для видео и аудио — поток размером 128 Кбайт. Плеер определил, что 928 килобайт (+ накладные, + аналитика) были слишком приближены к 1024 KBPS и понизил видео. В этом случае можно было бы сделать аргумент за то, что более низкое качество звуковой дорожки, чтобы гарантировать, что более высокое разрешение видео воспроизводится. Кроме того, Лучшая практика: Качество звука (отдельный поток или встроенный в видеопоток) влияет на общую скорость передачи видео).

Очевидно, что несколько битрейтов помогут обеспечить хорошее видео. Примеры, показанные выше, имеют кодировки с изменениями битрейта, которые увеличиваются в довольно регулярные интервалы. Это означает, что небольшие изменения пропускной способности сети будут лишь незначительно влиять на качество видео на экране. Сравните это с рекомендуемым списком битрейтов, который я обнаружил в Интернете:

Представьте, что вы просматриваете видео, закодированное на мобильном устройстве с пропускной способностью 1,4 Мбайт. Единственный возможный вариант — ID 1, а это означает, что любой из пользователей 3G будет видеть только видео с самым низким качеством видео. Кроме того, разница в качестве видео между потоками 1 и 2, вероятно, значительна. Если видео перемещается между битрейтами 1 и 2 несколько раз, изменение качества видео, скорее всего, будет очевидным для конечного пользователя. Этот набор кодировок не очень подходит для потоковой передачи данных на мобильных устройствах.

Лучшая практика № 2: Доступны несколько битрейтов с регулярными интервалами между качествами. Это помогает обеспечить плавное прогрессирование качества видео и предотвратить значительные изменения качества видео.

Видеоплееры отличаются своей агрессивностью, чтобы улучшить качество видео. Некоторые видеопроигрыватели, почувствовав более высокую пропускную способность, начнут процесс замены сегмента — где видео сегменты, уже загруженные с более низким качеством, загружаются снова с более высоким качеством. Это приводит к тому, что один и тот же сегмент загружается более одного раза, но поскольку он улучшает отображаемое видео, я считаю его компромиссным, который обычно оценивается. Например, в таблице ниже сегменты 111-112 изначально загружаются с качеством 0. Плеер регистрирует всплеск пропускной способности и оценивает, что эти 2 сегмента можно заменить и повторно загружать по качеству 2. Однако плеер также довольно агрессивный, загружая 112 третий время в качестве 4. В целом для 4-секундного сегмента 112. потребляется ~ 2 МБ данных. Это может считаться слишком агрессивным — поскольку он тратит большой объем данных.

Мы также видели примеры «замены обратного сегмента», когда плеер загружает более качественную версию после того, как уже имеет более качественную версию на устройстве. В этом случае сегменты 134-134 загружаются с качеством 4 (1,6 MBPS), а затем загружаются с качеством 1 (447 KBPS):

По крайней мере, если качество 4 воспроизводится конечному пользователю, ~ 370 КБ будет потрачено впустую (сумма качественных 1 сегментов). Если воспроизводится качество 1, ~ 1,3 МБ данных теряется, и пользователю предоставляется ухудшенное воспроизведение видео.

Лучшая практика № 3: если ваш видеопроигрыватель агрессивно продвигается к высокоскоростному видео, убедитесь, что замена сегмента только улучшает качество видео. Мониторинг использования данных замены сегмента для ваших пользователей (в Video Optimizer это сообщается как избыточность).

Для видео с несколькими высокими потоками битрейта агрессивный алгоритм битрейта может привести к увеличению количества остановок. Если локальный буфер составляет 30 МБ, но поток работает с 8 Мбайт / с, то локальная локация может быть только 2-3 секунды. Внезапное изменение пропускной способности, вероятно, приведет к остановке, прежде чем сеть и сервер смогут отреагировать.

Лучшая практика # 4: при потоковой передаче видео с высоким битрейтом убедитесь, что буфер устройства может поддерживать много секунд видео для учета внезапных изменений пропускной способности. Альтернатива: ограничить максимальные битрейты для устройств с ограниченной памятью.

Вывод:

Потоковое видео становится все более распространенным в Интернете и в мобильных приложениях. Однако потоковая передача видео сложна десятками потенциальных переменных, которые могут повлиять на качество воспроизведения для ваших клиентов. В этом посте мы выделили лишь некоторые из функций потоковой передачи HLS, которые могут повлиять на время запуска видео, предотвратить блокировки и обеспечить передачу потокового видео высочайшего качества заказчику, одновременно сводя к минимуму потраченные впустую данные.

Автор: Doug Sillars

Источник: https://calendar.perfplanet.com/

Редакция: Команда webformyself.