|
|
|
Streaming. Prezentare de ansamblu.
Streaming-ul reprezinta transmiterea datelor sub forma de fluxuri, referindu-se la abilitatea unei aplicatii de a reda fluxuri de date media sincronizate intr-un mod continuu, in timp ce aceste fluxuri sunt transmise clientului printr-o retea de date.
Streaming-ul imparte datele multimedia in pachete a caror marime este potrivita pentru transmiterea de la un server la client. Astfel un utilizator poate vizualiza un pachet, decompresa pe al doilea si receptiona pe al treilea, fara ca sa mai astepte sfarsitul unei transmisii.
Clientul face o cerere distribuitorului de servicii. Serverul imparte datele ce vor fi transmise prin retea in pachete marcate temporal. La primire (la client) datele sunt refacute prin asamblarea pachetelor. Pachetele sunt redate in ordine temporala sincronizata, astfel incat datele sunt refacute pe masura ce vin pachetele. O serie de pachete inrudite poarta denumirea de "stream".
Marimea fisierelor folosite in aplicatiile multimedia depinde de anumite concepte specifice fisierelor audio si video: frame-uri, rezolutie si compresie.
Conceptul de frame rate (numar de frame-uri pe secunda) este important deoarece cu cat sunt mai multe frame-uri pe secunda, cu atat este mai buna reprezentarea. Pentru ca o transmisie (video) sa para continua, pe internet se foloseste un minim de 15 frame-uri pe secunda.
Compresia permite condensarea fisierul video, cu anumite pierderi de calitate in functie de parametrii folositi.
Rezolutia se refera la dimensiunea in pixeli a clipului video care se transmite. O rezolutie ridicata presupune si un fisier de dimensiuni mari.
Cel mai important element in utilizarea streamingului ramane totusi latimea de banda a retelei utilizate pentru transmisia fisierelor.
Latimea de banda are anumite caracteristici:
Se urmareste potrivirea ratei de bit video cu disponibilitatea latimii de banda pentru a preveni intarzierile si pierderea pachetelor si pentru a obtine o calitate maxima a serviciilor oferite.
Aplicatiile ce pot fi construite pe baza serviciilor de streaming se impart in:
aplicatii on-demand (la cerere) - stiri, muzica, filme la cerere;
informatii live - programe radio si tv in direct.
Fig. 1 Aplicatii streaming
Streaming-ul on-demand are la baza fisiere stocate pe un server pentru o perioada mai lunga de timp, fisiere ce sunt disponibile pentru a fi transmise clientilor la cererea acestora.
Streaming-ul live are la baza transmisia imaginilor video concomitent cu derularea evenimentelor.
Exista diverse modalitati si protocoale de transmisie a fluxurilor audio si video, rezultand diferite tehnologii streaming la care voi face referire in subcapitolele/capitolele urmatoare.
Prin definitie, streamingul in timp real are loc in timp real si indiferent de lungimea fisierului video incepe sa ruleze in mai putin de un minut. Acest lucru presupune o legatura stabila, cu banda suficienta. Utilizatorul poate "derula" inainte si inapoi, dar de fiecare data cand se va deplasa prin fisier, este nevoie de un nou proces de buffer. Streamingul in timp real are nevoie de servere specifice dedicate streamingului, iar in functie de formatul folosit se poate opta pentru un anumit server si/sau anumite protocoale.
O functie importanta (ex. la Windows Media si Real Media) este MBR-ul (Multiple BitRate). Conceptul de MBR presupune crearea mai multor versiuni a aceleiasi transmisii, intre ele facandu-se o trecere dinamica in functie de viteza/banda utilizatorului, astfel incat receptia sa fie in timp real cu unele scaderi in calitate la viteze mai mici.
MPEG-4 foloseste o varianta a MBR impartita pe profile: exista un strat de baza care ofera calitatea minima a continutului, peste care se pot suprapune alte straturi daca conexiunea permite, imbunatatindu-se rezolutia, numarul de frame-uri pe secunda si calitatea imaginii.
Streamingul in timp real poate fi unul la unul (unicast) sau unul la mai multi (multicast).
Unicast Multicast
Fig. 2
Unicast si multicast sunt doua metode de transport streaming diferite prin modul in care continutul media ajunge la utilizatori, ambele metode fiind folosite la ora actuala in functie de cerinte.
Streaming-ul unicast se refera la transmiterea de pachete de date catre o singura destinatie, la un anumit moment de timp. Aceasta metoda presupune existenta unui flux de date unic intre server si fiecare client in parte, nici un alt client neavand posibilitatea de a accesa fluxul de date respectiv.
Principalul avantaj al unicastului consta in stabilirea unei legaturi in dublu sens intre server si client, permitandu-se transmiterea de comenzi de control si informatii de feedback din partea utilizatorului catre server, informatii utile pentru corectia erorilor si adaptarea la schimbarile survenite in retea. Dezavantajul apare in cazul deservirii unui numar ridicat de clienti de catre acelasi server. De exemplu daca latimea de banda necesara transmisiei unui fisier este de 300Kbps si exista 1000 de utilizatori concomitenti, latimea de banda totala necesara serverului este de 300 Mbps.
Multicasting-ul este streamingul in timp real unde mai multi utilizatori pot vedea acelasi continut, in acelasi timp.
Multicast-ul se refera in general la IP multicasting (http://en.wikipedia.org/wiki/Multicast), mentionez insa ca exista si alte strategii de implementare. O copie a oricarui pachet este trimisa unui router, iar router-ul trimite la randul sau o singura copie routere-lor aditionale care ofera mai departe acest serviciu. Avantajul consta in reducerea benzii necesare, in special cand numarul utilizatorilor este ridicat.
Live Broadcasting-ul este o forma speciala de multicasting in care partea video e capturata, compresata si trimisa in timp real. Live broadcasting-ul pe internet era destul de dificil de realizat si de calitate slaba.
Dezvoltarea accentuata a produselor hardware si software (procesoare puternice, placi de captura corespunzatoare, algoritmi de compresie eficienti) au permis dezvoltarea la standarde acceptabile a streamingului web.
Avantajele transmisiei live sunt:
Dezavantajele prezentarii live:
RTP este un protocol bazat pe IP si asigura transportul datelor audio si video in timp real. Serviciile oferite de RTP includ: reconstructia in timp, detectia pierderilor, securitatea si identificarea continutului. RTP este in primul rand conceput pentru multicast-ul datelor in timp real, dar poate fi folosit si pentru unicast. Asigura transportul intr-un singur sens asa cum este cazul unei aplicatii video on demand, dar poate fi utilizat si in aplicatii interactive (telefonia in internet).
RTP este proiectat sa lucreze in conjunctura RTCP (Real Time Control Protocol) pentru a primi un feedback asupra calitatii datelor transmise si informatii asupra participantilor la o sesiune in curs.
Internetul este in marea lui majoritate o retea tip datagrama distribuita. Pachetele care circula in aceasta retea au intarzieri si jitter nepredictibile. O aplicatie multimedia necesita un timp exact pentru transmiterea sau vizualizarea unor fluxuri de date. RTP asigura in acest sens stampile de timp (timestamping), numerotarea secventelor si alte mecanisme care au grija de problemele referitoare la timp si sincronizare. Cu ajutorul acestor mecanisme se poate vorbi de transport in timp real in cadrul unei retele datagrama.
Timestamping este cea mai importanta informatie pentru aplicatiile in timp real. Sursa seteaza un timestamp in momentul esantionarii primului octet dintr-un pachet. Acest timp este apoi incrementat cu durata necesara transmiterii unui pachet. Dupa ce sunt receptionate toate pachetele de date, receptorul foloseste acest timestamp pentru a reconstrui fiecare pachet in ordinea corecta, astfel incat o eventuala vizualizare sa se faca la o rata corecta. Acest procedeu este deasemenea folosit pentru sincronizarea diferitelor fluxuri ce au proprietati dependente de timp, cum ar fi audio si video intr-un fisier MPEG.
RTSP este un protocol multimedia server-client care controleaza transmiterea datelor multimedia (streaming) intr-o retea IP. El ofera un control asupra datelor audio si video similar cu telecomanda unui VCR (Video Cassete Recorder): stop-cadru, pauza, derulare inainte, derulare inapoi.
RTSP este "telecomanda retelei" intre server si client si asigura:
cautarea datelor multimedia in server - clientul poate cere o descriere/prezentare a bazelor de date si ulterior stabilirea unei sesiuni pentru a trimite datele solicitate;
invitarea unui server media intr-o conferinta;
adaugarea de date media noi.
In RTSP, fiecare prezentare si flux media sunt identificate de un URL RTSP. Prezentarea si proprietatile fisierelor multimedia sunt definite de un asa numit fisier de descriere a prezentarii care
poate include: codarea, limba, URL RTSP-ul, adresa de destinatie, portul etc.
Caracteristicile protocolului RTSP:
RTSP este un protocol de nivel aplicatie, cu sintaxa si operatii similare cu HTTP, dar conceput pentru audio/video - foloseste URL-uri similare cu cele din HTTP;
spre deosebire de HTTP in RTSP atat clientul cat si serverul pot emite cereri;
RTSP este implementat pe platforme multiple cu sisteme de operare diferite si permite interoperabilitatea intre clienti si servere realizate de producatori diferiti.
Este protocolul folosit de serverele streaming Microsoft pentru a transporta date in mod unicast. In mod uzual portul folosit este UDP/TCP 1755.
Protocolul MMS contine mecanisme de control ce asigura posibilitatea de initiere sau oprire a vizionarii de catre utilizatori si un mecanism de transport al pachetelor de date ce asigura sosirea pachetelor la destinatie intr-un format ce poate fi recunoscut de catre client.
Acest protocol este proprietate a Microsoft, iar specificatiile sale nu au fost facute publice.
Daca materialele ce sunt transmise prin video streaming sunt filmate de catre noi trebuie sa avem acces la o serie de produse:
Camera video
Microfon
Lumini
Computer
Soft pentru codare
Server pentru streaming
Camerele digitale (digital video-DV) sunt de obicei mai scumpe decat cele analogice dar au o calitate a imaginii mult mai buna. Daca imaginile sunt salvate direct in format digital pierderile sunt mici in timpul capturii de pe camera DV pe calculator. Daca camera este prevazuta si cu un conector de tip FireWire captura poate sa se realizeze in conditii optime.
FireWire este o interfata standard pentru calculatoare (PC-uri) si Macintosh-uri care permite transmisia directa a formatului audio/video digital intre camera DV si calculator.
Formate digitale utilizate sunt :
MiniDV - una dintre camerele performante pe care consumatorul o poate avea;
Digital 8 - aproape la fel de performanta ca si camera MiniDV, de dimensiuni mai mari si pret mai scazut. Filmeaza in acelasi format ca si camerele analog HI-8, ofera conexiune FireWire ;
MicroMV - format digital introdus de Sony cu rezultate comparabile cu MiniDV, dar in casete cu 70%mai mici ;
Camera Web - conectata direct la un calculator prin USB poata fi folosita pentru a transmite evenimente in direct. Soft-ul de care dispune permite inregistrarea evenimentelor. Performantele uneori lasa de dorit, dar alegerea acestei camere se datoreaza pretului scazut.
Microfon
Marea majoritate a camerelor sunt prevazute cu microfon, iar cele mai performante sunt capabile sa elimine zgomotul de fond. Daca avem nevoie de mai multe microfoane, ar fi indicata folosirea unui mixer pentru a combina doua sau mai multe canale de intrare intr-unul singur.
Lumini
Luminile folosite depind de ceea ce dorim sa filmam. Cand le utilizam trebuie sa fim atenti deoarece pot apare diferente intre ceea ce vedem, LCD-ul camerei si monitorul calculatorului.
Avantajul serverelor de streaming fata de serverele uzuale il reprezinta abilitatea de a proteja proprietatea intelectuala (fisierul nu este download-at) si faptul ca utilizatorii pot "interactiona" cu fisierul (pot derula inainte, inapoi in timp real). De asemenea in cazul streamingului se asigura un control bun asupra accesului utilizatorilor la fisiere.
Pentru o configuratie de server streaming se recomanda un minim necesar:
procesor > 1 GHz. Un sistem multi procesor imbunatateste performantele si creste abilitatile de multi-tasking ale sistemului;
1GB RAM memorie minim . De regula aceste servere ofera si servicii de FTP si Web. Dimensiunea mica a memoriei va determina scaderea dramatica a eficientei server-ului;
capacitati de stocare mari. Mai multe optiuni sunt disponibile in materie de capacitate de stocare; se recomanda folosirea sistemelor RAID, deoarece permit ca HDD-urile sa fie legate impreuna ca un singur disc, back-up-ul realizandu-se de asemenea mai usor . Sistemele RAID au timpi de acces foarte mici si sunt foarte rapide, oferind un avantaj serverelor care realizeaza mai multe operatii;
raport viteza/rata de transmisie optim. Nu are sens un server puternic, rapid, daca conexiunea nu suporta ratele respective;
pentru transmisii live este necesara prezenta placii de captura in cazul utilizarii unei surse analogice si/sau a porturilor fireware pentru sursele digitale. Este indicata utilizarea unor placi de captura dedicate/specializate cu capacitati de compresie pe placa pentru a nu folosi resursele de procesare ale serverului.
In unele sisteme, captura si partea de server se fac in acelasi loc. Se recomanda doua "dispozitive" diferite, astfel incat daca o parte "cade", se defecteaza, se inlocuieste partea respectiva si nu intreg sistemul. In orice situatie se poate utiliza un sistem de backup.
Toate formatele majore de streaming ofera soft pe partea de server care controleaza accesul si distributia. Acest soft trebuie sa ruleze pe un calculator cu sistem de operare corespunzator: Linux, MS Server, OS.
Alegerea serverului cu care se va face streaming-ul este importanta deoarece:
sunt influentati direct parametrii transmisiei, formatele de fisiere care vor fi oferite, precum si numarul de utilizatori care pot accesa simultan transmisia;
costurile sunt diferite, putandu-se ajunge la peste 10 000 $;
difera posibilitatea de configurare a parametrilor de functionare, de realizare a securitatii datelor etc.
Este destul de stabil, rapid, utilizeaza o interfata agreabila, este securizat si are capabilitati de control de la distanta (remote). Este suportat de Microsoft Windows, Linux, FreeBSD si Solaris, cu abilitati de transmitere pe toate dispozitivele media. Usor de configurat, permite lucrul cu alte servicii si cu alte programe de streaming. Dezavantajul serviciului este costul ridicat.
Helix Universal Server, care tinde sa inlocuiasca RealSystem Server, afirma ca reduce costul suportand formatele de streaming: Windows Media, QuickTime, RealVideo precum si MPEG (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 si MPEG-4). O versiune gratuita a acestui program exista, cu mentiunea ca numarul persoanelor care pot accesa continutul simultan este limitat la 10, iar licenta este valabila un an.
Server-ul permite selectarea automata a codarii potrivita fiecarui utilizator atunci cand acesta se conecteaza. Daca banda disponibila utilizatorului scade, serverul va trece la o codare inferioara, astfel incat transmisia nu se intrerupe, iar cand banda revine la valori mai mari, se va trece din nou la rate de codare mai mari.
Spre deosebire de RealNetwork, Media Server ruleaza doar pe un server Windows. Un avantaj al acestei solutii il reprezinta abilitatea de a transmite la peste 3000 de utilizatori fara sa implice cheltuieli de licenta suplimentare. Nu este la fel de sigur ca RealNetwork; aceasta nu inseamna ca serverul si fisierele pot fi atacate/modificate, dar au fost create programe care permit utilizatorilor sa inregistreze secventele video transmise prin streaming.
Clientii pot fi dispozitive ce utilizeaza un player precum Windows Media Player sau alte calculatoare pe care ruleaza Windows Media Services, depozitand sau redistribuind informatiile.
Este destinat exclusiv calculatoarelor Macintosh si suporta formate ca: MOV, MP3, MPEG-4, Shockwave Flash si peste 4000 de utilizatori.
Avantajul il constituie calitatea secventelor video, codate dupa algoritmi specifici. Este un factor decisiv pentru multe companii cinematografice in actiunea lor de lansare a filmelor de prezentare (trailere-lor) pe web (http://www.apple.com/trailers/). Dezavantajul apare la viteze de transmisie mici; calitatea este inferioara celorlalte solutii oferite datorita arhitecturii codecurilor folosite precum si grupului tinta ales.
Flash Media Server
Serviciile de streaming pentru "flash" au fost introduse o data cu aparitia pe piata a produselor Flash MX, Flash Player 6 si Flash Communication Server MX.
Dintre caracteristici amintesc:
determinarea largimii de banda a clientului si furnizarea unui streaming cu o rata de bit adecvata;
masurarea si urmarirea calitatii streamingului, comutarea la o rata de bit mai mica daca reteaua este congestionata;
generarea automata de thumbnail-uri sau rularea de mici preview- uri ale clipului fara crearea unei imagini separate sau a unui alt clip video;
webcastingul live.
Pretul acestui pachet software este insa unul ridicat: ~ 4500$.
Solutiile Open Source ofera posibilitatea utilizarii gratuite a aplicatiilor si continua dezvoltare in functie de nevoile utilizatorilor. Existenta unei comunitati largi de utilizatori si dezvoltatori duce in mod automat la o evolutie rapida a solutiilor oferite, cel putin teoretic.
VLC Streaming Server
VLC este una dintre aplicatiile cu cea mai spectaculoasa evolutie intr-un timp relativ scurt de la lansarea proiectului. [pentru alte detalii vezi capitolul urmator].
Darwin Streaming Server
Darwin Streaming Server este versiunea Open Source a Apple QuickTime Streaming versiune bazata pe PERL si pusa la dispozitia dezvoltatorilor odata cu aparitia QuickTime 5.
Sistemele de operare compatibile sunt : Mac OS X , Windows XP si Windows NT Server/Windows Server, RedHat 7.1, Solaris, FreeBSD. Fiind realizat din scripturi PERL, aceasta versiune este dificil de configurat pentru necunoscatorii limbajului, dar ofera o mare diversitate de formate suportate pentru streaming, standarde media MPEG-4 si 3GPP, configurari remote prin intermediul unei interfete web, precum si peste 2000 de utilizatori suportati de server simultan. Protocoalele utilizate sunt RTP/RTSP in modul unicast sau multicast.
Motivul pentru care am ales o descriere "un pic" J detaliata a acestui tip de server streaming se datoreaza faptului ca este o solutie ieftina (amintesc preturile ridicate ale serverelor comerciale prezentate in capitolul anterior). De asemenea asigura o arie de aplicabilitate mare si domenii de utilizare multiple.
VLC media player/media server face parte din proiectul VideoLAN cararecterizandu-se prin:
posibilitatea utilizarii pe diferite platforme: Windows, Mac OS X, BeOS, Debian GNU/Linux, Ubuntu Linux, Mandriva Linux, Fedora Core, Familiar Linux, SUSE Linux, Red Hat Linux, Slackware Linux, ALT Linux, YOPY/Linupy, Zaurus, WinCE / PocketPC, Arch Linux, NetBSD, OpenBSD, FreeBSD, Solaris, QNX, Gentoo Linux, Crux Linux;
compatibilitatea cu un numar mare de codecuri;
posibilitati diverse de utilizare a diferitelor surse de intrare (un fisier, un flux video din retea, un disc optic, un echipament de captura video si/sau audio);
existenta mai multor tipuri de interfete de configurare;
posibilitatea selectarii diferitelor protocoale si porturi;
posibilitatea utilizarii diferitelor tehnologii streaming.
Fig.3 Solutii oferite de VLC
Fig. 4 Interfata web VLC
MMSH (notatie specifica doar VLC, identica cu MMS) este varianta optima in cazul utilizarii Windows Media Player ca si modalitate de redare a streamingului la client, impreuna cu ASF ca si container.
Alte facilitati:
salvarea informatiei de intrare sub forma unui fisier ce va fi stocat pe harddisk sau afisarea locala pentru monitorizarea transmisiei si pentru urmarirea eventualelor efecte aplicate imaginii video;
metode de incapsulare: MPEG TS, MPEG PS, MPEG 1, OGG, RAW, ASF, AVI, MP4 si MOV;
compresie audio si/sau video folosind o serie de codecuri dintr-o lista pedefinita;
stabilirea ratei de bit utilizata la iesire;
Cu toate acestea, pentru o lista mai bogata de optiuni, se utilizeaza un limbaj de comanda specific prin intermediul interfetei VLM accesibila prin TELNET sau HTTP.
VLM (VideoLAN Manager) se "prezinta" sub forma unei interfete web vlm.html. Cea mai importanta facilitate o reprezinta utilizarea mai multor surse de intrare pentru streaming, fara a fi nevoie de rularea in paralel a altor instante VLC.
Fig. 5 Interfata web VLM
Fiecarei intrari audio/video ce se doreste a fi transmisa prin streaming i se poate specifica, in linie de comanda de data aceasta: protocolul de transport, modalitatea de compresie si incapsulare, adresa destinatiei in cazul unicast, porturile utilizate, rata de bit etc.
Exemplu - de comenzi ce poate fi trimis serverului de streaming prin interfata web VLM:
new cam1 broadcast
setup cam1 input dshow://
setup cam1 option dshow-vdev='Logitech QuickCam Express/Go'
setup cam1 option dshow-size='640*480'
setup cam1 output #transcode:std
setup cam1 enabled
new cam2 broadcast
setup cam2 input dshow://
setup cam2 option dshow-vdev='Labtec notebook webcam'
setup cam2 option dshow-size='640*480'
setup cam2 output #transcode:std
setup cam2 enabled
control cam1 play
control cam2 play
Acest cod a fost utilizat in cazul unui streaming live avand ca surse de intrare doua camere web (Logitech QuickCam Express/Go si Labtec notebook webcam ), selectate din lista oferita de Windows prin intermediul DirectShow, ambele cu o rezolutie de intrare de 640x480, utilizata integral.
Pentru compresie s-a utilizat codecul mp2v (MPEG) pentru o rata de bit video la iesire de 32Kbps, la o rezolutie la scara 1:1 fata de intrare. Protocolul folosit pentru transport este MMS iar ca si container ASF, porturile 1234 respectiv 1236 pentru accesarea celor doua fluxuri video.
Pentru alte informatiiaccesatihttp://www.videolan.org/doc/
Streaming-ul a cauzat o profunda schimbare in educatie, afaceri, mass-media si divertisment, combinand promptitudinea televiziunii cu interactivitatea Internetului, continuand sa revolutioneze peisajul media actual, adaugand noi elemente.
Doresc insa, sa subliniez ca cele descrise in capitolele anterioare nu constitutie o prezentare exhaustiva a ceea ce inseamna "tehnologii streaming" in domeniul ICT (Information and Communications Technology). Directiile de cercetare sunt multiple, iar urmatorii ani isi vor pune amprenta decisiv in evolutia acestor tehnologii.
1. Ce reprezinta un buffer?
2. Ce este un jitter?
3. Ce se intelege prin rezolutie, respectiv compresie?
4. Care este diferenta intre un codec si un container?
5. Dati exemple de codec, respectiv container.
6. Ce se intelege prin IP, TCP, UDP ?
7. Ce reprezinta un soft freeware, respectiv open source? Exista diferenta intre ele?
8. Protocoalele folosite intr-o transmisie streaming unicast.
9. Ce intelegi prin "codare hardware"?
10. Ce este Telnet? Dar HTTP?
11. Se doreste transmiterea unui conferinte live pe internet. Propuneti o solutie viabila utilizand tehnologii streaming.
