如何在广播中平衡比特率、延迟和质量

数字化转型促使广播行业重新思考其工作流程并进行创新，随着该行业继续向 IP 基础设施过渡，许多公司正在采用新技术。流媒体已经在广播行业掀起了一场风暴，据说现在已经超过了传统的电视和有线电视收视。但是，为了获得无缝的观看体验，内容的传输需要低延迟，这样观众才能在屏幕上看到正在发生的事件。要做到这一点很不容易。

延迟问题

延迟是指从内容捕获到显示给观众之间的时间延迟，会导致缓冲、中断和视频回放延迟。低延迟对于体育、在线游戏、颁奖典礼、新闻和音乐会等直播活动尤为重要。以体育比赛为例：球迷们希望在比赛进行时就能体验到比赛的高潮和低谷，而不是在比赛结束后出现延迟。

低延迟流媒体是为观众提供无缝和引人入胜的体验的重要组成部分，但在向大量观众提供内容时，要实现这一点却很有挑战性。编码和解码之间有许多过程。虽然可以采用实时或近乎实时的编码和解码，但这些过程有时需要大量的计算，从而增加了可能出现的延迟。

用 CMAF（通用媒体应用格式）解决问题

CMAF 解决了近 20 年来一直存在的两个问题，一是实现打包格式与清单信号的解耦，二是减少需要交付给客户端的对象矩阵。它是苹果公司（HLS，.ts）和 DASH 社区（MPEG-DASH，.mp4）就通用格式合作制定的标准。CMAF 不是一种新的 ABR 格式（它不是 HLS 或 DASH 的替代格式）。HLS/DASH 是描述性的演示格式，而 CMAF 是一种通用的容器格式，可在它们之间相互参照。它的主要目的是缩小 HLS 和 MPEG-DASH 之间的差距，确保您可以使用一种片段类型向任何平台和设备提供节目。

CMAF 本身并不能减少延迟。不过，CMAF 规范的一个很好的副作用是它允许 “分块”。低延迟/分块 CMAF（LL-CMAF）是 CMAF 标准的一个子集，专门应对在互联网上传输低延迟视频和音频内容的挑战。分块 CMAF 与视频传输生态系统中的某些技术相结合，可降低直播流的延迟。如果您有需要大规模低延迟传输的用例，CMAF 很可能是更好的方法之一。

艰难的平衡术

比特率是指在单位时间内处理的数据量，通过压缩数据，可以减少传输的信息量。虽然这能达到减少延迟的预期效果，但也会影响质量，因为比特率决定了内容的细节和清晰度。较高的比特率通常可以传输较高质量的图像，而较低的比特率通常会导致质量下降，造成像素化。

不过，要取得适当的平衡并非易事，因为比特率过高会给网络带来压力，并在回放时造成缓冲问题。虽然压缩可以降低比特率，但过度压缩可能会导致不可接受的质量损失，因为更精细的细节被牺牲掉了。此外，在压缩数据时保持质量还取决于视频编码和解码过程的效率。

承受压力而不降低质量

AVC/H.264 等视频流编解码器有助于广播公司和内容提供商在保证质量的同时优化比特率。与 H.264 等老式编解码器相比，HEVC/H.265 及其后续产品 VVC/H.266 等更先进的编解码器采用了越来越复杂的压缩算法。这些算法能更有效地识别冗余和不相关的信息，从而提高压缩效率，使广播公司能以更低的比特率传输高质量的内容，减少对网络基础设施的压力，但需要更多的计算能力。

用户在不同的设备、屏幕尺寸和分辨率下消费内容，更不用说在不同的网络条件下消费内容，因此在向用户传输视频流时，必须对内容进行多质量层编码。自适应比特率编码（ABR）用于根据观众的网络条件实时调整视频流的质量。ABR 编码的目标是通过动态调整视频比特率以满足用户需求，从而提供最佳的观看体验。这有助于最大限度地减少缓冲，提供更流畅的播放，并确保用户在各种网络条件下都能获得一致的体验。

然而，许多编码步骤都是重复的，效率很低。在典型的工作流程中，每个编码器都要使用相同的输入图像，经过运动估计、图像分析和编码等相同的基本步骤。这些步骤是多余的，而且往往是不必要的，因此，如果能将其中一些任务合并起来，就能提高处理效率，并简化和精简直播和 VOD 工作流程的编码过程。