OTT-TV工作原理及其与IPTV的区别7-30

广播与电视技术〔2014年·第41卷·第7期〕30新媒体︳NewMedia0引言随着互联网技术和音视频编解码技术的迅猛发展，OTT-TV（OverTheTopTelevision）成为当今炙手可热的技术和实践。基于互联网传输的网络视频、手机电视、多屏互动业务增长迅速，具有丰富内容的OTT机顶盒销量扶摇直上，大批厂家涌入OTT-TV市场。那么，OTT-TV的工作原理是什么，它与传统的IPTV有什么异同，多码率自适传输流应如何实现？本文将一一剖析，欢迎指正。1OTT-TV视频传输技术通过IP网传输视频的技术主要有两大发展方向：IPTV和OTT-TV。两者虽然都是利用IP网传输，但在技术体系上有较大的差别。1.1OTT-TV视频协议栈传统的IPTV视频是基于UDP/RTP协议的TS视频流，也就是TSoverUDP/RTP。而OTT视频采用HTTP/TCP协议来OTT-TV工作原理及其与IPTV的区别传送媒体数据，也就是StreamingMediaoverHTTP/TCP。TCP协议是非实时的，尽力而为的传输协议，对数据丢包采取重传机制，但无法保证所有重传的数据能在预定的播放时刻之前按时到达客户端。而对于视频内容，客户端又不能跳过这些丢失或迟到的数据直接播放时间上靠后的媒体数据，此时必须停下来等待。也就是当传输速率达到或大于网络最高带宽限制时，网络会发生拥塞，导致视频播放中断。这就是早期观看互联网视频，常出现因数据缓冲致使播放停顿的现象。经过多年的技术改进，目前的OTT视频已经实现了在线边接收边播放观看。其主要改进是通过调整视频流的码率使之与不断变化的网络带宽相匹配。这又称为自适应传输流（AdaptiveStreaming）技术分发视频，即AdaptiveStreamingoverHTTP。目前主流的OTT视频协议栈主要有：FLV（MP4、3GP、TS）/HTTP/TCP/IP。1.2自适应传输流技术自适应传输流（AdaptiveStreaming）简单地理解就是视频流根据用户带宽需求自动地调整自身流量，以适应传输【摘要】本文从OTT-TV的传输协议、自适应传输流技术等方面介绍了OTT-TV工作原理，分析了自适应传输流技术在客户端实现与在服务器端实现的不同，最后将OTT-TV技术与传统的IPTV技术进行了对比。【关键词】OTT-TV，IPTV，自适应传输流，区别【中图分类号】TN94【文献标识码】AOTT-TV’sOperationalPrincipleandItsDifferencefromIPTVAbstractThisarticleintroducesworkingprinciplesofOTT-TVincludingHTTP/TCPprotocolandadaptivestreamingtechnology.Italsocomparesrealigationofadaptivestreamingonclientendwiththatonserverend.Attheend,thearticlepointsoutthedifferenceofOTT-TVandIPTV.KeywordsIPTV,OTT-TV,Adaptivestreaming,Difference广播与电视技术〔2014年·第41卷·第7期〕32新媒体︳NewMedia网络带宽不固定的需求，如Microsoft的SmoothStreaming、Apple的HTTPAdaptiveBitrateStreaming、Adobe的HTTPDynamicStreaming、WideVine的LiveAdaptiveStreaming等。AdaptiveStreaming技术有两个重点：视频分片和码率自适应。码率自适应是指前端编码器把每个视频节目同时编/转码成内容相同的多种不同码率级别（码率高的文件分辨率大、视频质量级别高）的适合内容分发格式的音视频流。视频分片是指将已编码的多码率视频流按照一定的时间间隔分割成包括各种质量水平的、连续的多个视频子文件（流），并分别独立存储在Web服务器中。经分片后的每个视频子片都是由一个完整的GOP序列组成。每个GOP中都含有一个或多个关键帧（I帧），且GOP序列的第一个帧是I帧。因此每个子片都可以独立进行解码。子片的信息还包含地址URL、定时、同步、媒体特性（如视频分辨率和比特率）等内容。总之，所有各种码率的子片都是相同时段完整图像的视音频数据，它们不同的仅仅是码率和分辨率，即所需网络传输带宽的不同。因此，视频子片允许单独访问，独立解码。在切片的同时，还创建了包含该段视频所有码率子片相关信息的索引文件，其中记录了各个码率文件的关系及特性，如持续时间、开始时间、先后顺序、不同质量子片的数量、跟踪定位识别信息等。索引文件的URL也存储在Web服务器中。当客户端需要播放某段视频时，客户端软件会自动进行网络状况检测，并根据当前网络状况和自身缓存能力（包括视频缓冲区状态和CPU使用率、丢帧统计等）向Web服务器发送一个获取该视频索引文件的请求。客户端通过读取索引文件，从中选择一个适合当前网络状况的某个码率的子片进行定位下载播放。同时为下一个视频子片评估网络状况和传输速率。就这样，在播放过程中，客户端软件不断地检测离自己最近的服务器的带宽，并根据自身终端带宽的情况向服务端请求最匹配的码率。Web服务器也不断地响应客户端的请求。也就是说，如果传输过程中带宽变大或变小，客户端可随之根据情况切换高码率或低码率的子片播放。通过这种方式可使带宽和码率之间达到一个最好的匹配，或者说最好的用户体验。当该段视频子片顺序下载至客户端时，客户端按顺序将这一系列子片拼接成一个连贯的视频流播放，实现视频重建。由此可见，客户端的下载过程是尽可能利用网络带宽进行的，没有流量控制。客户端根据实际可用网络带宽来决定下载更大或更小码率的子片，实现码率的自适应。以上论述的是一种在视频播放期间由客户端做决策，并最终形成一个最优传送方案的技术。客户端监控当前本地网络带宽状况和设备缓存功能大小，不断地向服务器反映影响传输时间和视频质量变化的情况。依据这些状况，客户端自动在不同码率的子片文件之间进行切换调度，以获得适合自己的子片。传输时间随视频子片的质量和本地网络状况而改变，客户端也随之选择一个合适的子片来使延迟最小化。通过这种方式（不同的分辨率和码率），OTT-TV尽最大可能的保持视频播放流畅，我们称之为AdaptiveStreaming的客户端实现。2客户端与前端实现自适应传输流的不同Adaptivestreaming的另一种实现方式是在前端（服务器端）完成，即前端流媒体服务器根据网络预订动态调整自身的发送速率来适应可用网络带宽。它是从传统的实时流媒体技术发展而来的，一般使用UDP/RTP（RTSP）协议，将传统的CBR编码改为VBR编码，来解决客户端解码速率和服务器发送速率因网络延时或丢包而产生的不匹配问题。其具体实现流程是，在媒体播放过程中，前端服务器定时监控播放该段视频的用户终端的视频缓冲区状态、网络带宽、时延等信息，根据这些信息计算出当前系统的平均带宽，由这个带宽来调整自身发送速率（即视频流的码率）。也就是说，在网络环境差的时候，服务器自动选择发送低码率的媒体流。当网络环境改善后，服务器会根据监控情况主动发送高码率的媒体流，以此来抵御网络带宽的变化对媒体播放质量的影响。而在客户端实现的自适应传输流技术与其区别在于：内容准备时，不同速率的文件都被切割成了一系列的子文件存储在Web服务器中；内容播放时，客户端对网络状况及自身能力进行判断，并主动获取适合自身状况的码率文件。这是一个需要客户端不断更新描述文件来获取新内容的相关信息的过程。而在服务器端实现的自适应流媒体技术是流媒体服务器不断获取网络状况的最新信息，并根据这些信息连续不断地向终端发送不同码率的数据。通过以上比较我们可以看出，这种基于客户端的技术体系不需要业务提供者去考虑带宽问题，也不需要业务提供者根据接入网的带宽大小动态地调整码率，带宽利用率比较高。其缺点是业务提供方无法对网络进行质量监管与控制。3OTT-TV与IPTV两种技术体系的不同IPTV和OTT-TV代表着传统流媒体技术发展的两大方向：面向连接的UDP组播方式和无连接的HTTP渐进式下载方式。这两种体系不同的起因是初始业务提供者的背景不同。IPTV最初是由电信或广电运营商主导的业务，有自己可管可广播与电视技术〔2014年·第41卷·第7期〕33NewMedia︳新媒体控的专网，他们从视频技术的理念出发不断地改善传输视频的质量。OTT-TV一开始是由视频网站主导的在开放的互联网中开展的视频业务，他们是从互联网技术的理念不断完善传输视频的质量。互联网的用户带宽是不可控的，随时变化的，因此，OTT-TV更多体现了与网络无关、客户为主的特征。两种技术的对比总结如表1所示。4结论从IPTV的兴起到OTT-TV的繁荣可以看出，每种技术各有千秋，相互渗透，适应用户需求，提高用户体验才是根本。OTT-TV解决了传输通道的问题，IPTV可提供更高的服务质量（QoS），存在就是合理，适应才能生存。随着三网融合的推进和视频传输的技术发展，受众个性化、差异化的需求一定会极大满足。参考文献[1]ISO/IEC23009-1:2012Informationtechnology-Dynamic项目OTT-TVIPTV业务提供者视频网站电信、广电运营公司网络环境开放的互联网，无监管和控制机制。任何连接互联网协议（IP）的带宽接入均可使用，如xDSL、光纤、WiFi、3G移动通信等。经规划、可管可控的专网，用户带宽可以保证。特点通过开放的互联网向一系列具有IP地址的设备传输视频内容。通过一个受管制的封闭专网向既定消费者设备提供视频内容。带宽随时间波动固定带宽技术发展互联网的技术体系视频相关的技术角度内容来源媒资库媒资库存储的媒体和（或）链接直播的地面、卫星和有线电视。内容发送基于互联网内容分发的理念，将媒资库的内容编码切片后，由WEB服务器发送到IP的自适应客户设备。采用终端驱动方式自适应选择合适的视频播放。基于传统的视频分发理念，采用服务端驱动，通过使用各种协议组播或单播给用户机顶盒。视频编码VBR（编码效率比CBR高）CBR码率可变、多码率恒定、单一码率协议应用HTTP协议使用多协议，如UDP，RTP，RTSPIGMP，RTMP网络管理没有管理或开放的网，利用IP网尽力而为的方式。可管理的专网。QoS无QoS保障。通过自适应流媒体协议，动态监测终端用户带宽和设备性能以及利用IP网络尽力而为的性质来发送视频，用户端通过在较低或较高质量视频流之间切换来优化视频质量。有QoS保障。通过带宽预留、接入控制、分组优先和过载保护等手段来保障播送视频的服务质量。终端智能终端（包括电视、电脑、手机、平板电脑和网络机顶盒）用户机顶盒操作系统IOS或Android操作系统Linux操作系统用户不受限制需加入专网直播实现采用点播技术，HTTP的点到点通信方式。一般OTT-TV直播时延大于IPTV的时延。基于UDP组播，点对多点通信方式。网络需求无要求网络抖动、丢包、延时、安全必须达到一定的要求。覆盖无特殊规定，随时随地将内容分发到全球的观众。不需特定的网络基础设施或技术专长。覆盖有限，需要专业技术实现。网络建设无需自己的物理网络，利用现有IP网络，无需任何特殊设备，内容随时随地被分发给任意设备。需建设自己的IPTV专网。网络供应商不参与内容的控制，不对发送内容承担责任，也不能控制消费者的观看能力、内容的版权、以及内容的再分发。互联网供应商只负责传输IP包。可控制发送的内容。表1OTT-TV与IPTV的区别adaptivestreamingoverHTTP(DASH)-Part1:Mediapresentationdescriptionandsegmentformats[OL].[2]T.Stockhammer.DynamicAdaptiveStreamingoverHTTP–DesignPrinci