- PDF Free Download

Transkriptio

1 5. Videon jakelu verkossa Streaming Formaatit Protokollat Erityisohjeet DVP-5 Teuhola Mitä on streaming? Suom. suoratoisto Webin/Internetin kautta siirrettävä audiovisuaalinen esitys Lähetyksen suorittaa erityinen streaming-palvelin. Vastaanotto erityisellä player - (soitin-) ohjelmalla; muistuttaa tv:n katselua. Voidaan katsoa sekä live- (webcast) että on-demand - (nauhoitettuja) ohjelmia. Välimuoto: scheduled webcast eli aikataulua noudattavat lähetykset (URL voimassa lähetyksen ajan) DVP-5 Teuhola

2 Streaming-ominaisuuksia Videon katselu voidaan aloittaa heti, kun tarpeeksi dataa on tullut. Tarvitaan puskuri tasaamaan nopeusvaihteluja. Asiakaskoneeseen ei talleteta kopiota; vähentää piratismia, mutta ei estä sitä. Interaktiivisuus katselun aikana (säädöt, kelaukset, linkit, indeksoitu sisältö). Katselun ei tarvitse olla lineaarista. DVP-5 Teuhola Streaming vs. download Download = lataus import: Esityksen nouto oman koneen kiintolevylle tms. Katselu vasta kun koko esitys on ladattu Progressiivinen download (ns. pseudostreaming): Katselu latauksen aikana, tallettaa kopion levylle Rajoitettu interaktiivisuus Yleensä lineaarinen katselu; ei live-esityksiä. DVP-5 Teuhola

3 Streaming-historiaa Melko uusi asia: 1994: kokeellisia järjestelmiä 1995: progressiivinen lataus PC:lle 1997: ensimmäiset varsinaiset playerit 1999: standardointi (SMIL-kieli) 2001: MPEG-4 (pakkaus alhaisille siirtonopeuksille) 2003: H.264 (eli MPEG-4/AVC) pakkaus 2005: 3G Mobiilipäätelaitteet DVP-5 Teuhola Sovellusalueita Video-on-demand (VOD) palvelut (viihde, arkistot, kirjastot) Videokonferenssit Markkinointi (mainokset) Etäopiskelu (luennot verkossa) Yrityksen multicast -lähetykset työntekijöille, asiakkaille, partnereille, ym. (esim. tuote- ja palveluesittelyt) Videovalvonta, pelastuspalvelu DVP-5 Teuhola

4 Streaming-palvelimista Käytetään eri protokollia ja siirtotekniikoita kuin tiedoston latauksessa. Jatkuva siirto palvelimesta asiakkaaseen Audion ja videon synkronointi Siirron kontrollointi soittimesta käsin Siirtonopeuden säätö: Multi-BitRate encoding, MBR: video koodattu useana versiona eri verkkonopeuksia varten Valinta manuaalisesti alussa tai automaattisesti (jopa dynaamisesti) esityksen aikana, joko playerin tai palvelimen ohjaamana (QoS = Quality-of-Service). DVP-5 Teuhola Streaming-palvelimen edut Siirtokapasiteetin parempi hyväksikäyttö Parempi audion & videon laatu Multistream- eli multimediasisältö Palvelee suurta käyttäjämäärää Useita jakeluoptioita Copyright-suoja, koska ei talleta kopiota (kiertämiseen löytyy tietysti välineitä...) Myös live-streaming DVP-5 Teuhola

5 Miten siirto saadaan riittävän nopeaksi? Suoratoiston keskeisin tekninen ongelma Datamäärän pienentäminen: Videoruudun pienentäminen Kuvien määrän/sek pienentäminen Kuvien (häviöllinen) pakkaus Protokollan lieventäminen: Sallitaan pakettien hukkaaminen; ei uudelleenlähetystä. Puutteet näkyvät kuvan/äänen laadussa; playerin tehtävänä on peittää virheet. DVP-5 Teuhola Laiteympäristö on-demand-videolle 4. Dekoodaus ja katselu 1. mediatiedostopyyntö Asiakas 3. mediastreaming Web-palvelin 2. Pyynnön välitys Mediapalvelin DVP-5 Teuhola

6 Laiteympäristö live-videolle 4. Dekoodaus ja katselu 1. mediatiedostopyyntö Asiakas 3. mediastreaming Webpalvelin 2. Pyynnön välitys Mediapalvelin Livedata Kuvaus ja pakkaus DVP-5 Teuhola Streaming-järjestelmät Järjestelmän osat: Tiedostoformaatti ( kääre ) ja koodausmenetelmä (codec, suom. koodekki ) Siirtomenetelmä (protokolla) Palvelinohjelmisto (media server) Soitinohjelmisto (player) Suosituimmat järjestelmät: Windows Media (Microsoft) QuickTime (Apple) RealMedia (RealNetworks) Flash (Adobe / Macromedia) DVP-5 Teuhola

7 Streaming-formaatit Neljä kilpailevaa kaupallista: Advanced Systems/Streaming Format (.ASF,.WMV) Quicktime-formaatti (.MOV) RealMedia-formaatti (.RM,.RV) Flash Video (.FLV,.F4V) Eri järjestelmät ovat pyrkineet yksinoikeuksiin tiettyjen sisältöjen suhteen (uutiset, urheilu,...) Standardointi: MP4 (eli MPEG-4 Part 14): multimedian säiliöformaatti, pohjana QuickTime; DVP-5 Teuhola Advanced Systems Format (ASF) Aikais. nimi Advanced Streaming Format Microsoftin medianjakeluformaatti (kuten AVI); toimii eri mediatyyppien kääreenä (container). ASF-virta voi sisältää useita lomitettuja mediavirtoja (MPEG-video, audio, jne.). Tyypillinen ASF-virta koostuu video- (WMV) ja audiovirrasta (WMA). Jakeluformaatin otsake sisältää tarvittavan tiedon virtojen dekoodaukseen ja synkronointiin. DVP-5 Teuhola

8 RealMedia-formaatti RealAudio, RealVideo, RealPix, RealText SureStream-teknologia: tiedostoissa useita virtoja eri bittinopeuksille. SMIL-multimediakieli (XML-pohjainen) Jos siirtonopeus laskee, voidaan siirtyä automaattisesti alemman nopeuden virtaan (ja myös päinvastoin). Codec valittavissa, tuettuja codeceja: Video: RealVideo, MPEG-1, MPEG-2,... Audio: MP3, LiquidAudio,... DVP-5 Teuhola QuickTime-formaatti Applen mediaformaatti; uudistettu streameille. Uusin versio (QuickTime X) vain Macille. Useita bittinopeusvaihtoehtoja, valinta suoratoistoa aloitettaessa. Valintaa ei voi muuttaa, vaikka siirtonopeus muuttuisikin. QuickTime-codec oli aikoinaan perusta MPEG-4:lle Muita tuettuja codeceja: Video: H.261, H.263, Sorenson,... Audio: MP3, Qdesign,... DVP-5 Teuhola

9 Flash-videoformaatit Kaksi erilaista: FLV-formaatissa audio ja video esitetty kuten SWFtiedostoissa ( Small Web Format = ShockWave Flash format / Macromedia). Tuettuja videokoodekkeja: Sorenson Spark, VP6, Screen video, H.264.F4V noudattaa standardia MP4-multimediaformaattia, koodekkina H.264 Progressiivinen (HTTP) lataus tai suoratoisto Formaatin käyttäjiä: Google Video, YouTube, Yahoo! Video, YLE,... DVP-5 Teuhola Avoimia formaatteja Ogg Kehittäjä Xiph.Org Foundation (non-profit) Videoformaatti: Theora, audioformaatti: Vorbis Player: selain-plug-in; myös applettitoteutus Matroska Lähinnä säiliöformaatti, rajoittamaton määrä video-, audio- ym. raitoja Käytetään mm. HD-videon formaattina Player-tuki: DivX player, MPlayer, VLC Player, Media Player Classic, ym. DVP-5 Teuhola

10 Soitinvaihtoehdot 1. Itsenäiset (standalone) player-sovellukset Media Player, QuickTime Player, RealPlayer, Plug-in-sovellukset selaimessa Ilmaisia; käyttöjärjestelmän mukana tai ladattavissa verkosta (myös päivitykset) Jokin oletussoitin, räätälöity ulkoasu ( skin) 3. Appletti, joka ladataan ensin, ja joka sitten näyttää streamin. Harvemmin käytetty; esim. Ogg-formaatille löytyy DVP-5 Teuhola Streaming-soittimen upotus www-sivulle Mahdollista, mutta haittoja: rajoitutaan tiettyyn soittimeen, hankala saada toimimaan kaikilla selaimilla ja alustoilla. Tarpeen, jos halutaan räätälöity ulkoasu ja erikoistoimintoja. Videon aikajanalle asetetut web-linkit voidaan ladata ja sijoittaa lennossa. Hiiren liikkeet ja vaikutukset voidaan määritellä erikseen. Ohjaus esim. JavaScriptillä DVP-5 Teuhola

11 Soittimien yhteensopivuudesta RealPlayer osaa dekoodata ja esittää rmformaatin lisäksi myös Windows Media ja Quicktime-formaatteja Windows Media Player ja QuickTime Player eivät osaa tulkita toistensa eikä RealMedian formaatteja QuickTime Player osaa dekoodata standardin mukaisia MPEG-4-virtoja Markkinoilla ilmaisia yleisplayereita, esim. MPlayer ja VLC Media Player. DVP-5 Teuhola Streaming-formaattien koodausohjelmat Videotiedoston tai live-videon konvertointi streamingformaattiin Mahdollista valita tuettu linjanopeus, kuvan koko, äänen laatu, yms. Eräissä mahdollista valita koodekki Neljä suosittua: Windows Media Encoder (ilmainen) RealProducer (ilmainen) QuickTime Pro (halpa) Flash Media Development Server (ilmainen kokeilu; ei takarajaa) DVP-5 Teuhola

12 Streaming-palvelinohjelmistot Microsoft: Windows Media Services 2008 (WMS), sisältyy Windows 2008 Serveriin RealSystem: Helix Server: Ilmainen basic-versio: max 5 samanaikaista streamia; tuki useille formaateille Apple: QuickTime Streaming Server sis. Mac OS X serveriin. Darwin streaming Server: Linux, Windows, ym.; open-source, tukee live- ja multicast-lähetyksiä Adobe: Flash Media Development Server; ilmaisversiossa max 10 käyttäjää, Dynamic Streaming QoS; myös HTTP-palvelin. DVP-5 Teuhola Yhteensopivuusongelmat Yhden järjestelmän palvelin ei useinkaan osaa lähettää toisen järjestelmän formaattia. Sisällöntuottajat joutuvat tuottamaan useita versiota, vastaten eri järjestelmiä. (Lisäksi kustakin useita eri bitrate-versioita; MBR = multi-bitrate). Käyttäjillä oltava useita playereita. Tarvitaan avoin, laajennettava standardi; vrt. MP4. DVP-5 Teuhola

13 Yhteensopivuusvaatimukset Kooderi Yhteensopivat koodekit Soitin Yhteensopivat formaatit Palvelin Yhteensopivat protokollat DVP-5 Teuhola Videon latausvaihtoehdot webpalvelimelta Suora linkki Epäsuora viite metatiedoston kautta mediaserveriin: Redirector-tiedosto (Microsoft MediaPlayer) Reference movie (Quicktime) RAM-tiedosto (RealPlayer) Upotus sivulle: Sijoitus embed-elementtiin (epästandardi) Sijoitus object-elementtiin (standardin mukainen) Toteutus usein JavaScriptillä DVP-5 Teuhola

14 Internet Heterogeeninen, maailmanlaajuinen verkkojen verkko. Liitetyillä koneilla (host) yksikäsitteinen osoite ([0-255].[0-255].[0-255].[0-255]) ( ip v4), osa varattu erityistarkoituksiin. Omistajina monet julkiset & yksityiset tahot Yhteydet ja nopeudet vaihtelevat; aina löydettävissä jokin reitti kahden solmun välillä. Eri siirtokerroilla reitti voi olla eri. DVP-5 Teuhola Protokollista IP (Internet Protocol): Internetin käyttämä siirtoprotokolla Paloittelee lähetettävän datan paketteihin (datagram). Varustaa paketit header-tiedoilla (lähettäjä, vastaanottaja, ym.). Reitittää paketit verkon läpi. Vastaanottaja kokoaa paketeista alkuperäisen datan Ei sellaisenaan takaa luotettavaa tiedonsiirtoa DVP-5 Teuhola

15 Protokollista (jatk.) TCP (Transmission Control Protocol): Toinen Internetin kuljetusprotokollista. Varmistaa, että kaikki paketit menevät virheettöminä perille oikeassa järjestyksessä (paketit numeroitu). Vastaanottaja kuittaa saamansa paketit (ei kaikkia erikseen); tarvittaessa uudelleenlähetys, jos kuittausta ei tule. Yhteydellinen, luotettava. DVP-5 Teuhola Protokollista (jatk.) UDP (User Datagram Protocol): Toinen Internetin kuljetus-protokollista. Ei yhteydellinen; siirto yhteen suuntaan Paketit eivät numeroituja järjestystä ei voida tarkistaa, paketteja voi puuttua Tehokas, mutta epäluotettava Palomuurit suhtautuvat usein nihkeästi; lähettäjän id voidaan väärentää. DVP-5 Teuhola

16 Protokollista (jatk.) HTTP (HyperText Transfer Protocol): Hypertekstitiedostojen siirtoprotokolla; kaksisuuntainen kommunikaatio: www-sivun nouto käyttäjän antaman URL:n perusteella. FTP (File Transfer Protocol): Tiedostojen siirtoprotokolla; ei nojaudu webin käyttöön. DVP-5 Teuhola Soveltuvuus suoratoistoon HTTP ja FTP sopivat huonosti streamingsiirron perustaksi: Ongelmana näiden protokollien virheettömyysvaatimus! Kuittaukset ja uudelleenlähetykset hidastavat Ei pystytä kontrolloimaan playbackin reaaliaikaisuutta; esitys pysähtelee, kun puskurointi jää jälkeen. Ei ongelmia, jos nopea yhteys. DVP-5 Teuhola

17 Real-time Transfer Protocol (RTP) Siirtää audio-/videodataa reaaliajassa (vakiosiirtonopeudella); verkon kuormitus paremmin ennustettavissa. Paketeissa järjestysnumerot ja aikaleimat (helppo järjestää ja synkronoida) Puuttuvat ja virheelliset paketit hukataan. Näytetään se, mitä on vastaanotettu (virheineen) Video on anteeksiantava media. Pienet häiriöt eivät yleensä haittaa. Pohjana yleensä UDP/IP; ongelmana palomuurit. Palvelin voi yrittää TCP:tä, jos UDP ei onnistu. DVP-5 Teuhola Real-Time Control Protocol (RTCP) Käyttö RTP:n yhteydessä Tavoite: Quality-of-Service eli palvelutaso Antaa lähettäjälle lisäinfoa siirrosta (esim. kadonneiden pakettien määrä, kokonaisaika, ym.) Lähettäjä voi tämän perusteella modifioida lähetysmenetelmää tai parametreja Sovellusalueina mm. VoIP ja videoneuvottelut DVP-5 Teuhola

18 Real-Time Streaming Protocol (RTSP) Mahdollistaa 2-suuntaisen siirron Vastaa HTTP-protokollaa, mutta tilainfo muistissa Siirron kontrollointiprotokolla itse siirto yleensä RTP:llä erillistä yhteyttä pitkin. Eräänlainen verkon kaukosäädin : Formaatin valinta Start, stop, pause, skip (random access). Tuki: RealSystem, QuickTime, Windows Media (2008) Huom! Flash-videon HTTP-pohjainen progressiivinen lataus tukee myös kaukosäädinominaisuuksia; perustuu ylim. metadataan, jossa avainkuvien aikakoodit DVP-5 Teuhola Protokollapinot Normaali web Selain HTTP TCP IP Data link Fyys. yhteys Streaming Soitin RTSP+RTP UDP/TCP IP Data link Fyys. yhteys DVP-5 Teuhola

19 Protokollahierarkia Joukko eritasoisia kääreitä. Ylemmän tason protokollan data sijoitetaan (mahdollisesti paloiteltuna) alemman tason kääreeseen. Alemman tason kannalta ylemmän tason otsikot käsitellään datana. Vastaanottaja avaa kääreet käänteisessä järjestyksessä ja kokoaa alkuperäisen datan. DVP-5 Teuhola Valmistajakohtaisia streamingprotokollia Microsoft: MMS Microsoft Media Server Protocol UDP- tai TCP-pohjainen Vanhentunut; Microsoft siirtynyt tukemaan RTSP/RTP:tä Edelleen käytössä, joskin tuki päättyi Adobe: RTMP Real Time Messaging Protocol TCP-pohjainen Mahd. HTTP-tunnelointi (RTMPT); pääsee palomuureista läpi RealNetworks: RDP Real Data Transport, vaihtoehto RTP:lle, jota RealServer ja Player myös tukevat. DVP-5 Teuhola

20 Erilaiset cast -tavat Broadcast: Perinteinen radio- ja tv-tekniikka (DVB-T, -C, -S, -H) Yksi tietovirta kaikille vastaanottajille Vastaanottajan pitää virittäytyä kanavalle Unicast: Jokaiselle vastaanottajalle oma datavirta, vaikka useat seuraavat samaa ohjelmaa; haaskaa kaistaa Mahdollistaa esityksen kontrolloinnin On-demand-sovelluksiin (ei live-lähetyksiin) DVP-5 Teuhola Erilaiset cast -tavat (jatk.) Multicast: Useita vastaanottajia voi kirjautua seuraamaan lähetystä (esim. videokonferenssia). Palvelin lähettää vain yhden mediavirran; säästää lähetystehoa ja kaistaa; sopii erityisesti live-lähetyksiin Mediavirta monistetaan reitittimissä: Nämä osaavat rajoittaa monistusta (= välttää turhien kopioiden siirtoa) TTL (Time-To-Live) rajoittaa etappien määrää Osa IP-osoitteista varattu ryhmäosoitteille. DVP-5 Teuhola

21 Streaming-median laatutekijät Videon sisällön tyyppi Alkuperäisen videon laatu Pakkausmenetelmä Palvelintyyppi ja yhteys Samanaikaisten katsojien määrä (VOD) Internetin ruuhkaisuus Käyttäjän Internet-yhteyden tyyppi Käyttäjän laitealusta Äänen laatu tärkeämpi kuin kuvan; ei saa pätkiä DVP-5 Teuhola Pakkautuvuuden edistäminen Tärkeä pyrkimys streaming-tuotannossa. Tausta mieluimmin stabiili ja kohinaton, vaatetus tasavärinen. Mitä enemmän peräkkäiset kuvat muistuttavat toisiaan, sitä paremmin ne pakkautuvat ja sitä parempi kuvanlaatu. Mitä enemmän kuvissa on yksityiskohtia ja muutoksia, sitä vaikeampi niitä on pakata tehokkaasti. DVP-5 Teuhola

22 Pakkautuvuuden edistäminen (jatk.) Esim. kohde lähellä ja tausta etäällä: tausta ei fokusoidu, vaan pehmenee ja pakkautuu hyvin. Terävät reunat ovat hankalia pakattavia. Bluescreen tekniikka: korvataan tasavärinen tausta still-kuvalla. Täysin muuttumaton tausta pakkautuu tehokkaasti. Tasainen valaistus; ei trikkejä. DVP-5 Teuhola Kuvausohjeita pakkautuvuuden edistämiseen Minimoi liike; pyri staattiseen taustaan. Käytä jalustaa (vähentää heilahduksia). Valitse yksinkertainen tausta; kohde erottuu pienessä ruudussa paremmin. Vältä monimutkaisia tekstuureja ja raitoja. Esim. lehtimetsä tuulessa on hankala. Vältä kirkasvärisiä vaatteita loistavat kirkkaassa valaistuksessa. DVP-5 Teuhola

23 Kuvausohjeita pakk. edist. (jatk.) Vältä voimakkaita kontrasteja. Hyvä valaistus pitää kohteen silti terävänä. Käytä lähiotoksia, jotta kohteet ovat tunnistettavissa pienellä ruudulla. Pidä kohteet kuvan sisällä. Jätä runsaasti tilaa teksteille (osuus kuvaalasta suurempi kuin normaalivideossa) Vältä panorointia ja zoomausta. DVP-5 Teuhola Kuvausohjeita pakk. edist. (jatk.) Käytä teräviä leikkauksia. Vähennä sulkijanopeutta: Sumentaa liikettä, mutta säilyttää paikallaanolevien kohteiden terävyyden. Käytä erillistä mikrofonia. Käytä mono-audiota. Testaa laatua aina kun mahdollista. DVP-5 Teuhola

24 Esikäsittely ennen pakkausta Video: Rajaa turhat reunat pois; säilytä aspect ratio ja 16:lla jaollisuus rivi- ja sarakemäärissä. Skaalaa kuva haluttuun kokoon. Poista mahdollinen lomitus (tarkoitettu TV:hen) Kokeile suodattimia (esim. kohinan poisto) Säädä kirkkaus, kontrasti, värisävy ja värikylläisyys; kokeile gamma-korjausta. DVP-5 Teuhola Esikäsittely ennen pakkausta (jatk.) Audio Poista kohina Säädä äänen taso Kokeile efektejä Esikäsittelyn suoritusajankohta Live-esityksissä automaattisesti kuvakaappauksen jälkeen, ennen koodausta. VOD-sovelluksissa ennen editointia, sen aikana, tai jälkeen. DVP-5 Teuhola

25 Tavallisen web-palvelimen käyttö videon jakelussa Plussat Ei erillistä ohjelmistoa Paketit varmasti perille Toimii nopealla yhteydellä kuten streaming Käyttäjälle kopio Ei palomuuriongelmaa Miinukset Ei live-esityksiä Ei broadcast tai multicast Joustamaton käyttö Tekijänoikeusongelmat DVP-5 Teuhola Streaming-palvelimen käyttö videon jakelussa Plussat: Live onnistuu Broad- ja multicast Video-On-Demandkäyttö joustavaa Ei kopiota levylle Kaistankäyttö mukautuu tilanteeseen Miinukset: Vaatii erillisen palvelinohjelman (open sourcesoftia olemassa). Jos datamäärä ylittää verkon kapasiteetin, osa hukataan. Palomuurit voivat estää katselun. DVP-5 Teuhola

26 SMIL Synchronized Multimedia Integration Language XML-pohjainen merkkauskieli Mahdollistaa videon ja muiden mediaelementtien yhdistämisen. Kontrolloi virtojen asettelua, ajoitusta ja interaktiivisia elementtejä. Yhdistää elementit yhtenäiseksi virraksi. Soittimessa pitää olla SMIL-tuki (esim. RealPlayer). DVP-5 Teuhola SMILin edut Kaistanleveyden valinta Räätälöity sisältö; esimerkiksi useita äänikanavia eri kielillä. Interaktiivisuus; esim. jukebox Joustava kontrolli: Mediaelementit voivat sijaita eri URLeissa, ja ne voidaan koota yhdeksi esitykseksi. Avoin standardi; SMIL 3.0: W3C:n suositus (2008). DVP-5 Teuhola

27 Reaaliaikaisia ( live ) sovellusalueita Videoneuvottelut ITU:n standardeja: H.320, H.323 Videon pakkausmenetelmä H.261 tai H.263 Kuvakoko tyypillisesti CIF eli 352 x 288 pikseliä Instant messenger palvelut Laajennus chat-toimintoihin: webcam + streaming Kuvakoko esim. 160x120 tai 320x240 Yleensä max 20 kuvaa sekunnissa Softia esim. AOL Instant Messenger, MSN Messenger ja Yahoo Messenger DVP-5 Teuhola Videon jakelu mobiililaitteisiin Päävaihtoehdot: 1. DVB-H (Digital Video Broadcasting/Handheld) Terrestriaalilähetys; ei käytä puhelinverkkoa Broadcast: ei tilausvideoita 2. 3G-verkon kautta ladattava video Vastaava kuin muukin nettijakelu (rajoituksin) Säiliöformaatit: 3GPP (UMTS) ja 3GPP2 (CDMA2000); muistuttavat MP4-formaattia Videoformaatit esim. H.263 tai H.264 Mobiili-PC: katselu normaaleilla player-ohjelmilla DVP-5 Teuhola