whitepaper_optimizingmobilevideo

12
 Optimizing Mobile Video  How to Use Mobile Video Gateways to Conserve Network Bandwidth, Reduce Operating Costs, Increase Simultaneous Users, and Improve Quality of  Video Experience   Ortiva Wireless  July 2010 White Paper    

Upload: cbmamede

Post on 08-Apr-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 1/12

 

Optimizing Mobile Video How to Use Mobile Video Gateways to Conserve Network Bandwidth, Reduce Operating Costs, 

Increase Simultaneous Users, and Improve Quality of  Video Experience  

Ortiva Wireless 

 

July 2010 

White Paper 

 

 

 

Page 2: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 2/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   2 

 

 

 

Optimizing Mobile Video 

How to Use Mobile Video Gateways to Conserve Network Bandwidth, Reduce Operating Costs, 

Increase Simultaneous Users, and Improve Quality of  Video Experience 

 

Table of  Contents 

 

Executive Overview ...................................................................................................................................  3 

Mobile Video Trends .................................................................................................................................  3 

Mobile Video Challenges ..........................................................................................................................  4 

History of  Mobile Video Solutions ............................................................................................................  7 

Solution Overview ‐ Mobile Video Optimization ......................................................................................  7 

Video Optimization Gateway ....................................................................................................................  8 

Conclusion ...............................................................................................................................................  12 

Ortiva Wireless – Mobile Video Optimization Experts ...........................................................................  12 

 

Copyright©2010 Ortiva Wireless, Inc. All rights reserved. July 2010. 

 

 

 

 

 

 

Page 3: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 3/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   3 

 

Executive Overview Mobile video use is growing exponentially. Cisco forecasts mobile video data traffic will grow at a 

compound annual growth rate (CAGR) of  131% between 2009 and 2014.1 With the growth of  mobile 

video comes heavy demand on mobile network bandwidth because current video delivery methods, 

designed for fixed wireline networks, are not optimized for wireless networks. Adding radio bandwidth 

capacity with radio expansions or 4G does not solve the challenge of  improving mobile video quality of  

experience. Radio Frequency (RF) bandwidth variability and unpredictability persists, affecting 

throughput. In fact, 4G aggravates mobile video quality of  experience because of  the greater variability 

(the “peaks and valleys”) of  4G bandwidth, compared with 3G. 4G does nothing to reduce unnecessary 

bandwidth consumption and its costs. 

This inefficient delivery of  mobile video strains and congests radio access networks (RAN) and backhaul, 

raising network operational expenses (OPEX) and capital expenses (CAPEX) while degrading the 

subscriber quality of  experience.  

But 

there 

is 

good 

news 

for 

mobile 

network 

planners 

and 

operators. 

Using 

video 

optimization 

gateways, 

Mobile Network Operators (MNO) can improve the mobile video user experience while serving fewer 

bits over wireless networks. Video optimization gateways can conservatively save MNOs 30% to 50% in 

RAN and backhaul demand, allowing MNOs to save OPEX and defer CAPEX. At the same time, MNOs can 

simplify management of  the complex ecosystem of  video and device protocols and standards.  

Unlike text‐based mobile data, mobile video requires specialized optimization techniques. The purpose 

of  this white paper is to explain the challenges and importance of  mobile video optimization.  

Mobile Video Trends Mobile video is booming. By 2014, mobile video will represent two‐thirds of  all mobile data traffic.

Several catalysts are driving mobile video growth. 

•  Penetration of  Multimedia Devices. Subscribers are adopting netbooks, laptops, and 

smartphones with higher resolution screens, better CPUs, and longer battery life. These 

multimedia devices produce more traffic and consume more bandwidth than simple feature 

phones by several orders of  magnitude.  

 

• More Network Bandwidth. MNOs are increasing wireless bandwidth as they shift from 2.5G to 

3G to 4G networks. However, mixed networks increase bandwidth variability across networks. 

The 

inherent 

variability 

of  

RF 

as 

transmission 

medium 

persists, 

regardless 

of  

bandwidth 

capacity.  

 

• More Mobile Content. Content providers are producing more content for mobile subscribers.  

Over‐The‐Top (OTT) video use continues to grow on fixed Internet and wireless networks, driven 

 

1 ‘Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2009‐2014,’ February 9, 2010. 2 Ibid 

Page 4: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 4/12

Page 5: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 5/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   5 

 

switched from dial‐up modems to DSL or cable modems, they consumed more content.3 

More content consumed can lead to congestion, especially at critical choke points such as 

backhaul leased lines.  

2. Subscriber Quality of  Experience 

Subscriber expectations for wireless broadband are high. They want the same video experience 

on their mobile device as their home or office computer. Video quality of  experience consists of  

three major parts.  

•  Session Quality. Session quality includes video set‐up time, synchronization of  video with 

audio, and rebuffering. When streaming video data arrives faster than video playback, a 

buffer temporarily stores the video data for smooth video playback. If  the available video 

data is insufficient to play, rebuffering will pause the video playback and frustrates users. 

 

• Video Quality. Video quality consists of  the picture quality of  each frame, the number of  

frames per second (frame rate), and the frequency of  stalls. A clear frame contributes to a 

perception of  quality, as opposed to a fuzzy frame or a frame with blocks of  missing parts. 

The number of  frames per second required for a smooth perception of  motion depends on 

the actual video content. For example, an action sports video requires a higher frame rate 

than a video of  a newscaster talking. The frequency and duration of  stalls also degrades 

quality, and frequent stalling often leads to subscribers abandoning a video clip altogether.  

 

•  Audio Quality. RF network variability and unpredictability can result in poor audio quality. 

Audio quality and fidelity also affect the perceptions of  video quality because the ear 

influences the eye. 

When a subscriber receives a poor video experience, the subscriber’s overall opinion of  the 

network brand diminishes. MNOs planning to segment subscribers and tier pricing to maximize 

mobile data revenue must deliver acceptable quality of  experience to premium video 

subscribers.  

3. Wasted Network Bandwidth 

Even after compression, video files contain colossal amounts of  data – thousands of  times bigger 

than messaging text or text document files – which create strain on network resources. Video 

delivery methods designed for the fixed Internet are not effective and efficient for the variable 

wireless transmission medium. Inefficient mobile video delivery squanders enormous amounts 

of  bandwidth, driving up costs and restricting the total number of  concurrent subscribers. 

Inefficient bandwidth use:  

 

3 Horrigan, John, ‘Broadband: What’s All the Fuss About?’ Pew Internet and Life Project, October, 2007 

Page 6: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 6/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   6 

 

•  Increases Operating Expenses. Wasted bandwidth increases network operating expenses in 

the RAN, backhaul, leased lines, and the upstream path to the content provider. Every byte 

of  data delivered has a cost associated with it so delivering non‐essential data raises 

operating expenses.  

 

•  Increases Capital Expenses. Wasted bandwidth equals wasted network capacity and drives 

network expansion projects. Avoidable RAN and backhaul bandwidth expansion costs 

money, which raises capital expenses. 

 

•  Increases Congestion. When the data load is greater than the capacity of  a network, 

congestion occurs. Backhaul and RF spectrum are both potential chokepoints. 

 

•  Limits the Number of  Simultaneous Subscribers. When bandwidth is congested, it limits the 

total number of  simultaneous users in a radio sector, backhaul, and the overall network. 

 

4. Complex Mobile Video Ecosystem. Besides MNOs, the mobile video ecosystem includes content 

providers (e.g., YouTube, Hulu, and Netflix), national and regional Internet service providers 

(ISP), device manufacturers, device operating systems, and video protocol software developers.  

 

•  Fragmented and Evolving Video Protocols and Standards. Compression is required to send 

video over the Internet and wireless networks. A large variety of  audio and video 

compression encoders and decoders (codecs) and file formats exist in the market. A few 

years ago, video streaming RTSP (Real Time Streaming Protocol) was dominant on the web 

but with the rise of  streaming OTT video on the fixed Internet, HTTP progressive download 

emerged as a significant protocol. Soon, HTTP adaptive streaming could make inroads and 

Flash (.flv format) prevails on the web today. MP4 format and HTML5 are emerging.  

 

•  Current, Future, and Legacy Devices. An enormous variety of  devices and video 

configurations exist: feature phones, smartphones, netbooks, laptops, and tablets. Typically, 

an MNO has hundreds of  different device types in its network with a large variety of  video 

profiles.  

 

5. Mobile Video Management 

As mobile video grows in a network, it increases management complexity. MNO operational and 

planning managers need analytical tools to diagnose mobile video behavior and set business rules to 

manage traffic, save bandwidth, reduce OPEX, defer CAPEX, plan growth, and optimize revenue.  

•  Cost Reduction. Managing network operating and capital expenses demands behavioral 

information and intelligence. 

 

Page 7: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 7/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   7 

 

•  Revenue Maximization. Serving segmented and premium subscribers’ demands requires 

the delivery of  a higher quality of  experience.  

 

•  Logistics. Serving a wide range of  devices and protocols requires logistical centralization and 

simplification. Rapid mobile video growth requires intelligent architecting and scaling.  

History of  Mobile Video Solutions 

Mobile video delivery relies on fixed Internet techniques, but these techniques are inadequate for the 

wireless environment. Conventional techniques fall short of  delivering quality and optimizing mobile 

network efficiency. Fixed Internet techniques include:  

•  Bit‐Rate Capping or Lowest Common Denominator Content Reduction. Reducing video and 

audio to a lowest common denominator to reduce the size of  the video data file results in poor 

quality of  experience for all subscribers. It is a one‐size‐fits‐all approach that does not allow 

segmentation of  subscribers and the ability to serve premium subscribers with tiered pricing. 

 

•  Content‐Device Customization. Content customization for different devices is complicated. 

Many mobile device types, operating systems, screen resolutions, video protocols and 

standards, and proliferating content providers combine to produce a logistical nightmare. 

 

•  Tiered Bit‐Rate Switching. Tiered bit‐rate switching predetermines different bit rates but does 

not consider real‐time RF conditions that can change in microseconds. It is slow to adapt and 

does not cater to specific reasons for changes in RF conditions, resulting in poor quality of  

experience or wasted bandwidth.  

 

•  Transcoding Only. Transcoding is the digital conversion of  one encoding to another to reduce 

file size. Transcoding causes a progressive loss of  quality and, by itself, offers a substandard user 

experience.  

 

•  Changing Subscriber Data Pricing Models. MNO tiered data pricing, for example AT&T’s tiered 

pricing, is emerging as MNOs try to control network use and segment subscribers. However, 

tiered pricing alone is not sufficient to maximize mobile video efficiency.  

Solution Overview Mobile Video Optimization Mobile video optimization is a method to improve mobile video quality of  experience and reduce 

wasted bandwidth. 

How does it work? The video optimization gateway located in the MNO’s data center assesses network, 

device, and video content conditions in real‐time and dynamically optimizes mobile video for each user, 

while simultaneously minimizing bandwidth consumption. Optimization can reduce unnecessary mobile 

video data transmission by 30% to 50%.  

Page 8: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 8/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   8 

 

Data optimization is not the same as video optimization. Mobile video optimization not only analyzes 

real‐time RF network conditions and device technologies, it analyzes video content as well. Optimization 

of  content assesses video quality of  experience components and makes real‐time optimization trade‐

offs depending on content, network, and device conditions.  

Video Optimization Gateway Mobile video optimization is handled by video optimization gateways. The video optimization gateway 

consists of  several components and is located in an MNO data center, positioned between the Internet 

and the RAN. See figure 1.  

Figure 1: Network Overview  

 

 

Functional Features 

Application Aware Bandwidth Allocation 

Application Aware Bandwidth Allocation apportions just the right amount of  bandwidth to each 

subscriber. For example, if  one subscriber needs 750 Kbps of  bandwidth for video, while another 

needs only 250 Kbps, Application Aware Bandwidth Allocation delivers bit rates catered to each 

subscriber’s specific need.  

In contrast, brute force, non video aware methods simply deliver 500 Kbps to each mobile video 

subscriber regardless of  a subscriber’s bandwidth requirements. Brute force results in wasted 

bandwidth or poor quality. 500 Kbps delivered to a subscriber needing only 250 Kbps wastes 

Page 9: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 9/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   9 

 

bandwidth; while 500 Kbps delivered to a subscriber needing 750 Kbps results in stalls and a poor 

user experience.  

Application Aware Bandwidth Allocation allows more simultaneous subscribers across available 

bandwidth, deferring the need for more RAN and backhaul capacity and associated capital expenses. 

It also reduces RAN and backhaul operating expenses by reducing wasted bandwidth.  

Client Buffer Management 

Client Buffer Management estimates the video content in the subscriber device buffer and sends 

just enough video data to enable continuous playback of  the video instead of  sending the entire 

video file. Typically, subscribers seldom watch an entire video start to finish. Instead, they will watch 

part of  a video and then abandon it. Sending a four‐minute video clip when the subscriber only 

watches one minute wastes bandwidth (in this example ¾ of  the bandwidth utilized to send the 

video is wasted).  

Client Buffer Management coupled with Application Aware Bandwidth Allocation can save up to 

60% in unnecessary bandwidth consumption. Regardless of  network capacity, the two methods are 

efficient ways to use network assets, especially in reducing operating expenses associated with data 

transfer.  

Content Aware Bandwidth Reduction  

Content Aware Bandwidth Reduction checks video frames and their properties and reduces only the 

parts of  the content that a subscriber would not notice. The static part of  a video image from frame 

to frame is redundant data that can be reduced. The goal is to reduce bandwidth while providing the 

same perceived quality of  experience. Content Aware Bandwidth Reduction makes trade‐offs 

between frame quality, smoothness, and bandwidth by taking advantage of  the human perceptional 

system.  

By analyzing video content properties, Content Aware Bandwidth Reduction, saves 20% to 30% in 

bandwidth. When mobile video congests networks, Content Aware Bandwidth Reduction relieves 

congestion.  

Network Aware Adaption 

Network Aware Adaption shapes a video to match real‐time RF network conditions using 

transrating, which adjusts bit rates to variable bandwidth conditions. When network conditions 

worsen because of  RF fades and noise, the bit rate must be adapted to match network conditions or 

the video will stall, Network Aware Adaption reduces bandwidth only during drops in bandwidth, 

dynamically changing to match bandwidth conditions and thus delivering the best possible quality 

under the current network conditions.  

Page 10: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 10/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   10 

 

Network Aware Adaption can achieve 20% to 30% bandwidth reductions, depending on the nature 

of  the content and network conditions. Again, this method reduces bandwidth, reducing OPEX and 

deferring CAPEX, while still delivering an acceptable quality of  experience to subscribers. 

Device Aware Adaptation  

Device Aware Adaptation centralizes and simplifies mobile video management of  devices. Using 

Device Aware Adapation, the mobile video gateway detects each device and its video profile using a 

database of  device profiles. Different devices have different profiles ‐ screen sizes, resolutions, 

CPUs, players, and codecs and levels.  

Legacy feature‐phones need different types of  optimizations than current smartphones, netbooks, 

and laptops. Despite the rapid penetration of  smartphones and netbooks in mobile networks, legacy 

devices make up most devices in the typical MNO’s network.  

Caching and Distribution 

Caching reduces upstream operating expenses by storing data in temporary memory for local 

distribution. Caching saves multiple retrievals of  the same video from content distributors, which 

saves bandwidth in the upstream link and minimizes operating expenses.  

Popular videos should be cached. For video portals, caching is an effective way to reduce data 

transfer costs from the original content providers. For overseas operators, the transoceanic costs of  

retrieving video content from North American content distributors can be disproportionately high.  

Figure 2: Features and Benefits 

 

 

Page 11: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 11/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   11 

 

Operational Features 

In addition to the functional features, a video optimization gateway must support fundamental 

operational requirements.  

Linear Scalability 

Rapid growth of  mobile video requires rapid scalability. Architecting a solution using a modular, 

distributed design supports rapid growth.  

Gateway Intelligence and Management 

Managing mobile video in a network requires the ability to collect intelligence about subscriber and 

network behavior and set policies to heighten network efficiency and user experience. A gateway 

management system should be flexible enough to set parameters to carry out business policies for 

each of  a gateway’s functional features. Subscriber and network intelligence data should be 

exportable 

to 

off ‐

the‐

shelf  

data 

mining 

tools 

to 

allow 

thorough 

analysis 

and 

support 

business 

decisions.  

The goal is to reduce costs and increase revenues and profits in the delivery of  mobile video. 

Behavioral intelligence helps planners design networks efficiently. Segmenting subscribers and 

serving premium subscribers are opportunities to maximize revenue from subscriptions and 

advertising.  

Clientless 

Ideally, video optimization gateways should be clientless. This means it is not necessary to download 

dedicated 

client 

software 

onto 

subscriber 

device 

to 

optimize 

or 

playback 

video. 

Instead, 

the 

video 

optimization gateway should be device aware and automatically detect the device’s video 

capabilities.  

Carrier Grade 

The gateway should be carrier grade, easy to integrate, and deliver five‐nines reliability with self ‐

testing, error correction, redundancy, and maintenance service support.  

Evolutionary Features 

The mobile video optimization gateway must be future proof  in its functionality. This requires 

modular product road maps that support evolving protocols, standards, devices, resolutions, and 

video content categories and business models (open, DRM protected, subscription, advertising).  

   

Page 12: WhitePaper_OptimizingMobileVideo

8/7/2019 WhitePaper_OptimizingMobileVideo

http://slidepdf.com/reader/full/whitepaperoptimizingmobilevideo 12/12

White Paper  –  Optimizing Mobile Video 

Copyright ©2010 Ortiva Wireless   12 

 

Conclusion Mobile video use is growing exponentially and strains network capacity. Inefficient mobile video delivery 

wastes bandwidth and degrades quality of  experience. RF variability and unpredictability, even with 4G, 

causes unnecessary bandwidth consumption and variable quality of  experience while raising operating 

and capital expenses.  

A video optimization gateway customizes mobile video quality to each subscriber while minimizing data 

delivered through the wireless network. It can save 30% to 50% in mobile video bandwidth, reducing 

OPEX and delaying network CAPEX by allowing more simultaneous users. Video optimization gateways 

also simplify a complex ecosystem of  devices, video protocols and standards, and content models.  

Ortiva Wireless – Mobile Video Optimization Experts Ortiva Wireless focuses on mobile video optimization for mobile network operators and video portals, 

providing video optimization software, gateways, and services.  

Ortiva’s iVOG video optimization gateway helps MNOs and video portals save bandwidth, reduce OPEX, 

increase simultaneous users, and defer CAPEX, while delivering optimized mobile video quality of  

experience to subscribers and centralizing and simplifying mobile video management. iVOG is designed 

for 2.5G, 3G, and 4G networks, video portals, and a wide range of  devices. It is carrier grade, scalable, 

and provides intelligence and flexible rules for managing mobile video delivery efficiently.  

For a presentation, demonstration, or trial of  the iVOG video optimization gateway, contact: 

Ortiva Wireless  

4225 Executive Square, Suite 700 

La Jolla, CA 92037, USA 

 

Tel: +1 858 704 1550 

Fax: +1 858 704 1721 

 

E‐mail: [email protected] 

 

 Website: www.ortivawireless.com