Базовые принципы интернет телевидения



Pdf просмотр
Дата13.02.2017
Размер1.12 Mb.
Просмотров227
Скачиваний0

Базовые принципы интернет телевидения
Е.С. Сагатов ( sagatov@ya.ru ), А.М. Сухов (amskh@yandex.ru )
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П.Королева, г.Самара
Краткая аннотация
В настоящей статье описаны основы цифрового телевещания в IP сетях, анализируется полученный технологический опыт, а так же творческий аспект с тем, чтобы выделить наиболее значительные тенденции. Рассматриваются основные схемы и готовые решения по организации цифрового вещания в Интернет, такие как продукты VideoLAN. Авторы опираются на свою собственную четырехлетнюю практику организации канала научно- образовательного Интернет телевидения и исследований в области характеристик аудиовизуального трафика в глобальной сети.
Ключевые слова:
Интернет, телевидение, мультикастинг, кодек, формат, протокол, RTP, UDP, VideoLAN, VLC, трансляция видео, Flash Video, MPEG, Windows Media Video.
Введение
Рывок в развитии информационных технологий позволил стать массово доступными сетевым мультимедиа приложениям. Никого уже не удивляет ни видеоконференцсвязь, ни интернет видео. Вместе с тем, качественное интернет телевещание еще достаточно дорого и требует значительных вычислительных и телекоммуникационных ресурсов. В
Самарском государственном аэрокосмическом университете технологии интернет вещания были внедрены в 2007 году, в 2010 году была проведена серьезная реконструкция системы вещания [2, 5].
В настоящей статье хотелось бы проанализировать полученный опыт, как техническую и экономическую его сторону, так и творческий аспект, с тем, чтобы выделить наиболее значительные тенденции проектов сетевых мультимедиа ресурсов. При написании статьи авторы опирались на свой собственный опыт по созданию канала научно- образовательного интернет телевидения и исследований в области характеристик аудиовизуального трафика в глобальной сети, а также на многочисленные контакты с ведущими российскими и зарубежными специалистами в области интернет телевещания.
Начать хотелось бы с определения самого понятия интернет телевидения. Под интернет телевещанием понимаются такие системы, в которых сигнал, несущий аудиовизуальную информацию, распространяется по сетям протокола TCP/IP. В свою очередь, среди подобных систем можно также выделить два основных подвида: IPTV и Интернет ТВ. IPTV предполагает распространение телевизионного сигнала внутри сети одного оператора
связи. В связи с этим облегчается настройка сети и достигается более высокая скорость передачи телевизионного изображения и, следовательно, его качество, а также упрощаются задачи биллинга. Отличительной чертой IPTV является просмотр телевизионных программ на экране обычного телевизионного приемника, для чего на месте приема должно быть установлено специальное устройство – TV Box, декодирующее приемный сетевой сигнал. В настоящее время все существующие и строящиеся цифровые кабельные сети используют данный стандарт.
Интернет ТВ предполагает распространение сигнала без ограничений в глобальной сети.
При этом достаточно трудно внести какие-либо общие настройки и значительно улучшить передачу телевизионного изображения. Кроме того, видео трафик сильно загружает существующие магистральные сети и, с ростом качества передаваемого видео, такие нагрузки могут стать критическими. Как правило, просмотр Интернет ТВ осуществляется с помощью персонального компьютера.
Технология вещания
Подавляющее большинство существующих сегодня эфирных каналов и кабельных сетей телевидения вещают в аналоговом формате, исключение – спутниковое телевидение, давно перешедшее на цифровые стандарты. Цифровая передача аудиовизуальной информации предполагает проводить все телевизионные операции при помощи последовательности нулей и единиц.
Ниже приведена общая для всех систем интернет телевещания принципиальная схема:
Рисунок 1 Принципиальная схема интернет телевещания
Идущий из студии или предварительно записанный телевизионный сигнал сначала поступает на соответствующий интерфейс сервера кодирования видео и аудио.
Специальная программа – кодировщик (кодек) преобразует аналоговую информацию в цифровую, при этом сжимая ее в соответствии со стандартами.
Сервер потокового видео разбивает оцифрованную информацию на пакеты, маркируя их и снабжая заголовком для передачи по сети. Непрерывная последовательность пакетов с соблюдением порядка пересылки называется потоком (stream). На приемной стороне пакеты поступают неравномерно, поэтому они накапливаются в течение некоторого времени (деджиттерный буфер) и потом декодируются для воспроизведения.

Сжатие видео
Реальный мир представляется трехмерным динамическим изображением, которое должно быть передано средствами телевидения. Поскольку динамическое изображение может быть представлено в виде последовательности отдельных картинок, то на данный момент в телевидении передается информация о яркости и цветности двухмерного изображения.
Главная задача телевидения – нахождение способов преобразования изображения объекта для передачи по каналам электросвязи. Электрический канал связи в аналоговом телевидении может передавать в каждый момент времени только одно значение сигнала.
Для решения проблемы преобразования изображения используются два фундаментальных принципа: пространственная и временная дискретизация.
Пространственная дискретизация заключается в разбивке всего передаваемого изображения на конечное число дискретных элементов. Элементом изображения
(пиксель) называется минимальная деталь изображения, внутри которой яркость и цвет считаются постоянными.
Одновременная передача информации обо всех элементах изображения требует значительной пропускной способности каналов связи. Проблему переполнения каналов связи решает принцип последовательной во времени передачи информации об отдельных элементах изображения. Кадр это массив всех пикселей, видимых камерой в данный момент времени. Плоский кадр имеет два измерения, которые отвечают за вертикальное и горизонтальное разрешение.
Сжатие видео означает уменьшение количества данных, используемых для представления видеоизображений. Оно может быть без потерь, так чтобы результат декомпрессии полностью соответствовал оригиналу. Однако коэффициент сжатия при этом будет незначительным. Поэтому все существующие на сегодня кодеки реализуют сжатие с потерями.
Перечислим основные типы протоколов сжатия для аудиовизуального ряда, это H.261
[12], H.263 [13] от ITU-T (International Telecommunication Union) и MPEG-1 [14], MPEG-2
[15], MPEG-4 [16] (Moving Pictures Experts Group) от ISO/IEC (International Organization for
Standardization / International Engineering Consortium). Имеются также объединенные стандарты H.262/MPEG-2 [15, 10] и H.264/MPEG-4 [17, 9].
Наиболее часто применяемая технология, позволяющая повысить степень сжатия, это компенсация движения [3]. Ее использование означает, что последующие кадры в потоке используют похожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия. То есть только небольшая часть кадров, называемая ключевыми (I кадр), кодируется полностью и может быть отображена без привлечения дополнительных данных. Для восстановления оставшихся кадров кодируется разница между соседними кадрами.

Особенности кодирования данной разницы и есть основная суть стандартов на компрессию видео.
На сегодня практически все алгоритмы сжатия видео (например, стандарты, принятые
ITU-T или ISO) используют дискретное косинусное преобразование [1] (DCT) или его модификации для устранения пространственной избыточности. Использование большинства методов сжатия (таких как дискретное косинусное преобразование и дискретное вейвлет преобразование) влечет также использование процесса квантования.
Квантование может быть как скалярным, так и векторным, тем не менее, большинство практических схем сжатия используют скалярное квантование, вследствие его простоты.
H.261 [12] — стандарт сжатия видео, принятый в 1990 году международной организацией
ITU. Первоначально он был разработан для передачи по каналам ISDN, на которых ширина потоков данных кратна 64 Kbps. Алгоритм стандарта был предназначен для работы с потоками от 40 Kbps и до 2 Mbps при очень высоких характеристиках качества связи: потери пакетов не превышают 0,005%, вариация задержки (джиттер) вообще отсутствует. Стандарт поддерживал CIF и QCIF размеры кадров с разрешениями 352x288 и
176x144 соответственно. H.261 предполагает восстановление кадра из предыдущего (Р кадр) методом движущихся векторов и квантования разницы для блоков 8 на 8 пикселей.
H.263 [13] представляет собой развитие стандарта H.261, предыдущей разработки ITU-T — стандарта видеосжатия, и алгоритмов MPEG-1 и MPEG-2. Стандарт H.263 был первоначально разработан ITU-T для передачи видео с постоянной, фиксированной скоростью в разнообразных транспортных телекоммуникационных системах. Стандарт первоначально базировался на H.324 (PSTN и другие системы видеоконференций и голосовой связи), но впоследствии нашёл применение в H.323 (видеоконференции, основанные на RTP/IP), H.320 (видеоконференции, основанные на ISDN). В нем впервые были применены потоковые аудио, видео и специальный тип передачи управляющей информации SIP.
MPEG-2 [15] — название группы стандартов цифрового кодирования видео и аудио сигналов, одобренных ISO — Международной Организацией по стандартизации/IEC
Moving Picture Experts Group (MPEG). MPEG-2 используется для общего сжатия движущихся изображений и звука и определяет формат видео-потока, который может быть представлен как три типа кадра — независимо сжатые кадры (I-кадры), кадры, сжатые с использованием предсказания движения в одном направлении (P-кадры) и кадры, сжатые с использованием предсказания движения в двух направлениях (B-кадры).
Соответствующие группы кадров от одного I-кадра до другого образуют GOP — Group Of
Pictures — группу кадров. Обычно используются потоки в 25 или 29,97 кадров в секунду.
MPEG-2 поддерживает видео и в прогрессивной, и в чересстрочной развертке.
H.264 [9], MPEG-4 Part 10 [17] (включая AVC, Advanced Video Coding) — стандарт сжатия видео, предназначенный для достижения высокой степени сжатия видеопотока при сохранении высокого качества. Он был создан ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) совместно с ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) в рамках совместной программы

Joint Video Team (JVT). Стандарты ITU-T H.264 и ISO/IEC MPEG-4 Part 10 (формально, ISO/IEC
14496-10) технически полностью идентичны. MPEG-4 включает в себя многие функции
MPEG-1, MPEG-2 и других подобных стандартов, добавляя такие функции, как поддержка языка виртуальной разметки VRML для показа 3D объектов, объектно-ориентированные файлы, поддержка управления правами и разные типы интерактивного содержимого.
Стандарт H.264/AVC/MPEG-4 Part 10 включает ряд новых возможностей, основные из них: многокадровое предсказание, позволяется использование до 32 ссылок на другие кадры, тогда как раннее число ссылок ограничено одним или, в случае B-кадров, двумя кадрами.
Компенсация движения с переменным размером блока (от 16x16 до 4x4 пикселя) позволяет крайне точно выделять области движения. Сжатие макроблоков без потерь, гибкие функции чересстрочного сжатия, адаптивный выбор кодеком между размерами блока 4x4 и 8x8, логарифмическое управление длиной шага для упрощения распределения битрейта кодером и вычисления обратной длины квантования, новые функции устойчивости к ошибкам и т.д.
Передача видео в сетях протокола TCP/IP
Существует два основных типа доставки аудиовизуальной информации:

Потоковое видео

Прогрессивный формат доставки
Потоковое видео используется в первую очередь для доставки видео в рамках прямых трансляций или эфирно-кабельного телевидения. Оно предполагает постоянный поток видео данных от сервера видео трансляции. Если скорость такого потока (иначе битрейт) никогда не превышает доступную ширину канала в используемой сети, то полученное изображение не будет отличаться от того, что передает сервер трансляции. Если же пропускной способности сети не достаточно, то картинка будет временами исчезать или вообще не отражаться.
В условиях ограниченности скорости подключения используется прогрессивный способ доставки видео. Он предполагает выделение внутри исходного видео файла небольших по объему независимых фрагментов, которые могут воспроизводиться на приемной стороне по мере их передачи, не дожидаясь пока будет скачан весь файл. При небольшой скорости подключения к сети показ будет происходить отрывками, со значительными перерывами между ними. Если же канал широкий, то показ будет идти не только непрерывно, но и файл будет скачен в опережающем режиме, до завершения трансляции, так что сеть будет незагруженной значительное количество времени. Этот способ интернет видео трансляций используется преимущественно для организации видеоархивов, работающих в режиме видео по требованию.
Следует отметить, что закодированная информация не приспособлена для передачи по пакетным сетям, ярким представителем которых является сеть протокола TCP/IP. Поэтому полученные в результате кодирования данные должны быть разбиты на отдельные пакеты и к этим пакетам необходимо добавить заголовки, определяющие их поведение в
сети. В Интернет для передачи мультимедийной информации используются потоки
(stream) в основе которых лежат RTP (Real Time Protocol) [8] пакеты. Это модернизированные
UDP
(User
Datagram
Protocol) пакеты с уникальным идентификатором потока и номером пакета в нем.
Например, раньше исходные транспортные потоки, создаваемые системами MPEG-1 и
MPEG-2 (Video and Audio Packetized Elementary Streams, PES), были оптимизированы для передачи через ATM сети, а их размер точно соответствовал четырем ATM ячейкам.
Разрабатываемые в настоящее время решения предусматривают передачу информации при помощи RTP потоков, а на роль ведущего стандарта, оцифровывающего аудиовизуальную информацию, претендует MPEG-4 (H.264), в который органично включаются элементы компьютерной графики и другой мультимедийной информации.
Следует отметить, что для того, чтобы организовать телевещание в глобальной сети
Интернет, недостаточно вставить ссылку на поток, несущий аудиовизуальную информацию, на страничку веб-сайта. Это приведет к тому, что каждый пользователь будет получать свою картинку отдельно, и будет полностью оплачивать трафик, который далеко не мал, это десятки килобайт в секунду даже для изображения низкого качества.
Кроме того, такой режим работы быстро переполняет магистральные каналы, подобно тому, как коммутируемый выход в Интернет перегружал телефонные сети. Выход из этого положения давно найден и даже реализован в научно-образовательных сетях, где уже давно действует Mbone (Multicast backbone).
Рисунок 2 Схема мультикастинговой рассылки
Мультикастинговая рассылка предполагает передачу единого RTP потока на тех участках маршрута, которые совпадают для нескольких пользователей. В тех точках, где происходит разветвление маршрута, RTP пакеты дублируются (см. Рисунок 2). Внедрение принципа мультикастинговой рассылки позволяет перейти от платы по трафику к абонентской или повременной оплате, что является неотъемлемой частью Интернет телевидения.

В настоящее время разработаны различные реализации мультикастинговой рассылки. В
IPTV роль разветвителей потоков играют сетевые устройства – маршрутизаторы и коммутаторы, в программное обеспечение которых включена поддержка мулькастинговой рассылки. Для организации интернет телевещания требуется инсталляция дополнительных прокси серверов, которые будут принимать видео потоки и перенаправлять их по запросам пользователей. Такая система рассылки не зависима от провайдеров и называется наложенным мультикастингом. В идеальном случае запрос от пользователя должен перенаправляться к ближайшему прокси серверу, как это сделано в
Content Distribution Network (сетях по доставке трафика). Любое программное обеспечение, позволяющее осуществлять интернет трансляции должно включать в себя реализацию прокси сервера, равно как сервер сжатия, сервер потокового видео, проигрыватель на приемной стороне и средства включения полученной картинки в веб среду.
Параметры видео потоков
Следующий вопрос, возникающий при организации Интернет-телевидения, состоит в выборе параметров потокового телевещания. Таких параметров несколько. К ним относятся:

скорость аудиовизуального потока в Kbps,

размер изображения в пикселях по горизонтали и вертикали,

тип протокола сжатия,

частота смены кадров в секунду.
Разрешение видеоизображения, характеризует возможность различать близко расположенные линии в получаемом изображении, измеряется в количестве точек (pixels) по вертикали и диагонали. Например, протокол H.263 предусматривает передачу видео изображений в следующих форматах: SQCIF (128x96), QCIF (176x144), CIF (352x288), 4CIF
(704x576), and 16CIF (1408x1152), CIF это Common Intermediate Format. Основные типы протоколов сжатия для аудиовизуального ряда были перечислены выше.
Естественно, что различные типы вещания предполагают разные скорости аудиовизульных потоков и для IPTV (кабельного ТВ) они гораздо выше. Скорость потока зависит во многом от типа применяемого оборудования, для передачи стандартной телевизионной картинки (720x576) она варьируется от 3 до 6 Mbps (Мегабит в секунду), хотя может достигать и 1,5 Mbps. Для телевидения высокой четности (1920x1080) необходима доступная полоса в районе 10 Mbps, хотя лидирующие производители достигли 4 Mbps.
При вещании на глобальную сеть параметры видео потоков гораздо скромнее. Так, применяемая нашим партнером, русскоязычной компанией МаксТВ, Флорида, США схема вещания предполагает скорость пока не превышающую 700 Kbps (Килобит в секунду). Эта схема предполагает подключение пользователей из стран с развитой сетевой инфраструктурой (США, Канада, страны ЕС, Австралия). Для вещания в странах СНГ
необходимо использовать более скромные параметры потоков (идеально CIF, 225 Kbps), не превышающие 300 Kbps. Следует отметить, что применение новых кодеков позволяет добиться приемлемого качества вещания даже на этих скоростях.
Качество получаемого изображения [6] оценивается в соответствии с рекомендациями
ITU-R BT 500 [11] по пятибалльной шкале. Часто эту шкалу называют MOS (Mean Opinion
Score). Оценка - удовлетворительно означает прерывистость в движении объектов, а также их нечеткие очертания. Обычно для передачи высококачественного изображения или, по-другому, картинки телевизионного качества с
4

MOS
Q
, требуется поток шириной в несколько Мбит/с. Однако далеко не все интернет операторы, эксплуатирующие широкополосные сети, способны предоставить подобную сетевую емкость. Поэтому последние стандарты, такие как H.323 или MPEG-4, позволяют передавать видео ряд на скорости от 20 Кбит/с, что и используется для трансляции на специализированные мобильные терминалы - смартфоны.
Потоковые протоколы
Потоковое мультимедиа непрерывно получается пользователем от провайдера потокового вещания. Это понятие применимо как к информации, распространяемой через телекоммуникации, так и к информации, которая изначально распространялась посредством потокового вещания (например, радио, телевидение).
Основные протоколы потокового медиа: RealTime Streaming Protocol (rtsp://), Progressive
Networks Streaming Protocols (pna://, pnm://), Microsoft Windows Media Streaming Protocol
(mms://), а также UDP, HTTP, HTTPS, RTP. Протоколы RTSP, RTP и RTCP специально разрабатывались для передачи мультимедийной информации по сети. Последние два построены на основе UDP.
Датаграмные протоколы, такие как User Datagram Protocol (UDP), отправляют поток медиаинформации как поток отдельных маленьких пакетов. Он прост и эффективен; в то же время, в спецификации протокола нет гарантии доставки данных получателю. Это очень сильно затрудняет поиск и исправление получаемых данных принимающим информацию приложением. При потере данных поток может быть отключен.
Надежные протоколы, такие как TCP, гарантируют корректность получаемых данных клиентов потокового вещания. Однако при большом количестве ошибок при соединении/подтверждении получаемой информации передаваемая информация может стать неактуальной. Это также может вызвать значительные задержки при передаче информации на время, затраченное на пересылку поврежденной информации. Одним из решений данной проблемы является буферизация информации на стороне клиента.
Протокол RTP [8] (Real-time Transport Protocol) работает на транспортном уровне и используется при передаче трафика реального времени. Протокол был разработан Audio-
Video Transport Working Group в IETF и впервые опубликован в 1996 году как RFC 1889, и заменён в RFC 3550 в 2003 году. Протокол RTP переносит в своём заголовке данные,
необходимые для восстановления голоса или видеоизображения в приёмном узле, а также данные о типе кодирования информации (JPEG, MPEG и т. п.). В заголовке данного протокола, в частности, передаются временная метка и номер пакета. Эти параметры позволяют при минимальных задержках определить порядок и момент декодирования каждого пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. В качестве нижележащего протокола транспортного уровня, как правило, используется протокол UDP.
Установление и разрыв соединения не входит в список возможностей RTP, такие действия выполняются сигнальным протоколом (например, RTSP или SIP протоколом).
Потоковый протокол реального времени (Real Time Streaming Protocol, RTSP) [7], разработанный IETF в 1998 году и описанный в RFC 2326, является прикладным протоколом, предназначенным для использования в системах, работающих с мультимедиа данными. Он позволяет клиенту удалённо управлять потоком данных с сервера, предоставляя возможность выполнения команд, таких как «Старт», «Стоп», а также доступа по времени к файлам, расположенным на сервере.
RTSP не выполняет сжатие, а также не определяет метод инкапсуляции мультимедийных данных и транспортные протоколы. Передача потоковых данных сама по себе не является частью протокола RTSP. Большинство серверов RTSP используют для этого стандартный транспортный протокол реального времени (RTP), осуществляющий передачу аудио- и видеоданных.
Microsoft Media Server (MMS) — протокол мультимедиавещания корпорации Microsoft, используемый в Microsoft Media Service (ранее назывался NetShow Services). MMS может доставляться через протоколы UDP или TCP. По умолчанию используется порт UDP/TCP
1755. Изменённая версия HTTP через TCP называется MMSH.
Типы файлов для хранения видео
Закодированная информация с телевизионными передачами может быть сохранена и в дальнейшем быть использована для организации трансляции. Для хранения цифровых аудиовизуальных данных разработаны специальные типы файлов с тем, чтобы максимально сократить размер файла и его битрейт. В настоящее время существует целый ряд конкретных реализаций для серверов хранения видео из общей схемы интернет телевещания. Здесь бы хотелось перечислить наиболее распространенные форматы хранения видео:

Формат FLV, разработанный фирмой Macromedia, поглощенной впоследствии
Adobe

Формат WMV, созданный Microsoft

Форматы RV, RMVB, созданные одним из пионеров интернет видео корпорацией
Real

Кроме перечисленных форматов есть еще и другие, мало используемые для хранения видеоданных на интернет серверах, такие как avi, matroska, mov, vob и т.д. Эти форматы основаны на контейнерном принципе, при создании файлов можно использовать практически любой кодек, что зачастую приводит к трудностям при просмотре полученного видео.
FLV (Flash Video) - формат файлов, используемый для передачи видео через Интернет.
Используется такими сервисами, как YouTube, Google Video, RuTube, Tube.BY, Муви, Obivu и др.
Файлы в формате FLV можно просматривать в большинстве операционных систем, потому что он использует Adobe Flash и плагины к большинству браузеров, и поддерживается многими программами для воспроизведения видео, работающими с помощью
DirectShow.
FLV-файл — это битовый поток, который является вариантом видеостандарта H.263. Flash
Player 8 и более новые редакции поддерживают потоковое видео On2 TrueMotion VP6.
On2 VP6 обеспечивает более качественное изображение, особенно при использовании низкого битрейта. Начиная с Flash Player 9 Update 3 поддерживается новый формат мультимедиафайла ISO Base MPEG-4 Part 12, с новым видеокодеком — H.264. Этот стандарт видеосжатия при том же низком битрейте показывает значительно более детализированное и «ясное» изображение, особенно в динамических сценах. Недостаток это повышение требований к вычислительным ресурсам и платные патенты.
Windows Media Video — системы кодирования видео, разработанная компанией Microsoft для хранения и трансляции видеоинформации в проприетарных форматах Microsoft.
RealMedia — проприетарный стандарт на потоковое вещание и на формат медиафайлов, принадлежащий фирме «RealNetworks Products and Services». С версии 6 начиная, из всех существующих стандартов вещания долго оставался единственным, позволявшим осуществлять произвольную «перемотку» по оси времени лежащих на http сервере файлов, в том числе и при работе через прокси. Это обусловило активное выкладывание пользователями RealMedia файлов на дешёвых и бесплатных хостингах. Из-за приемлемого качества изображения и разборчивости речи при сверхнизких битрейтах видеопотока данный формат встраивается в наиболее распространенные смартфоны.
Сетевая инфраструктура
В этой части работы хотелось бы рассмотреть вопрос о размещении основных серверов, оказывающих услуги интернет телевещания. Для этого сначала выделим основные компоненты подобных проектов. К ним можно отнести:

Система «видео по требованию», которая предполагает инсталляцию, как минимум, двух серверов. Один из серверов предназначен для хранения видео, второй сервер отвечает за управление: доступ пользователей, биллинг, организацию откликов от зрителей и т.д.


Система прямых интернет трансляций состоит из сервера потокового видео с места трансляции и системы наложенного мультикастинга, представляющего из себя иерархическую систему прокси ретрансляторов, разветвляющих видео поток. Сами ретрансляторы должны устанавливаться на узле с широким обратным каналом.

Система IPTV вещания предназначена для трансляции программ в сетях кабельного телевидения. Для этого организуется видео поток непосредственно из аппаратного комплекса вещания, он доставляется при помощи глобальной сети оператору кабельного вещания, который просто ретранслирует его.

Вещание на сотовые компании и для мобильного ТВ (DVB-H) предполагает организацию видео потоков специального формата, которые совместимы с мобильными стандартами, но принципиальных отличий от предыдущего пункта нет.
Сразу же встает вопрос, а где размещать сервера услуг? Ясно, что часть из них требуется инсталлировать непосредственно в программно-аппаратном комплексе вещания. Для этого необходимо подведение широкополосного, желательного оптоволоконного канала связи. Минимальные требования к каналу это его пропускная способность в 2 Mbps
(Megabit per second). Но это только минимальная цифра для проведения прямых трансляций. Система видео по требованию и прокси ретрансляторы требуют стартовой десяти мегабитной полосы.
В связи с этим, часть серверов системы интернет телевидения может размещаться в специализированных дата центрах, где предоставляются все необходимые телекоммуникационные услуги: высокая скорость подключения, место в стойке для размещения оборудования, бесперебойное питание.
Особенности контента
Как оказалось, программная политика в области интернет телевещания должна сильно отличаться от обычного эфирного телевидения. Если IPTV ориентировано на просмотр с программ на экране обычного телевизора, то интернет телевидение смотрят, как правило, на компьютерных мониторах, что изменяет поведение зрителя.
Уютное расположение на диване способствует длительному просмотру телевизионных программ, в то время как сидение перед компьютерным монитором требует динамического развития событий. Общепринято, что сюжеты интернет телевещания не должны превышать пяти минут. Отсюда вывод, новостные выпуски любой тематики есть наиболее приемлемый формат передачи, также подходят отдельные номера развлекательных программ, любые динамические сюжеты.
Важнейшее условие успешного проекта интернет телевещания – это оперативность подачи информации, используя мобильные технологии возможно добиться практически мгновенного получения мультимедийной информации с места события. При этом следует помнить о том, что интернет телевидение не может пока позволить себе дорогих сюжетов, связанных с работой больших съемочных групп, желательно, чтобы всю
техническую работу на месте выполнял журналист при помощи мобильно телефона и простой видеокамеры.
Изменения в политику интернет телевидения придут с новым поколением ТВ боксов, позволяющих навигацию в интернет и, следовательно, просмотр на обычных телевизорах.
Готовые решения интернет телевидения
Существует целый ряд готовых решений для организации интернет телевещания. Эти решения могут быть проприетарными, с продажей лицензий на программный продукт, так и распространяемыми по общедоступной лицензии GNU. Среди коммерческих программных продуктов лидируют решения от фирм Microsoft, RealNetworks, Adobe, стоит упомянуть и российскую разработку Видикор [4]. Однако стоит выделить свободно распространяемый продукт VideoLAN [18], ставший во многом стандартом для трансляций.
В принципе, для реализации схем вещания, как это показано на Рисунках 1 и 2 необходимо наличие четырех программных продуктов:
1.
Сервера кодирования для оцифровки видео
2.
Сервера потокового видео для разбиения видео на пакеты и их пересылки по сети
3.
Прокси сервера для организации наложенного мультикастинга
4.
Плейера на приемной стороне
Все эти четыре компонента реализованы у пионера потокового видео компании
RealNetworks: RealProducer осуществляет оцифровку, HelixServer организует видео поток,
HelixProxy перенаправляет запросы, а RealPlayer воспроизводит видео.
Остальные компании пошли путем объединения функциональности, так Microsoft объединил серверы и представил Expression Encoder, также три сервера объединены в одном продукте и у компании Видикор.
Но дальше всех пошли разработчики VideoLAN VLC, которые объединили все четыре продукта в один, который используется, в том числе и в качестве программы для просмотра (плейера). В следующих разделах будет подробно рассмотрен этот программный продукт.
VLC (VideoLAN Client) свободно распространяемый продукт для организации
интернет вещания
VLC - многофункциональный комплекс, портированный практически под все операционные системы, поддерживающий множество протоколов, форматов и контейнеров, который можно использовать и как локальный аудио/видеоплеер, и как сервер трансляции (см. Рисунок 3).

Рисунок 3 Потоковое вещание в локальных/глобальных сетях
Обзор основных возможностей
VideoLAN Client - это некоммерческий проект программного пакета интернет телевещания, бесплатную версию которого (вместе с исходными текстами и готовыми бинарными сборками) всегда можно скачать с официального сервера [18].
Клиентская и серверные части исправно работают практически под любыми операционными системами: Linux, Windows, Mac OS X, BeOS, xBSD, Solaris, Familiar Linux,
Yopy/Linupy, QNX, однако их функциональность различна и в зависимости от выбранной платформы варьируется в очень широких пределах [19].
VLC может считывать аудиовизуальный поток из файла, карты видеозахвата, спутника, видеокамеры или веб-камеры. Входящий поток кодируется любым из огромного множества поддерживаемых кодеков (MPEG-2, MPEG-4, H.264, VP8, WMV2, MP3, WMA2 и другие), преобразуется в транспортный поток (MPEG-TS, ASF, Webm и другие) и транслируется в сеть протокола TCP/IP посредством одной из потоковых технологий: RTP,
UDP, HTTP, MMS (см. Рис. 1). VLC может работать не только как сервер вещания, но и как
ретранслятор чужого контента с возможностью сохранения видео потока на жесткий диск.
В настоящий момент реализованы два основных протокола трансляции: Unicast
("узконаправленное" вещание с доставкой аудиовизуальной информации только одному целевому узлу) и Multicast (групповая трансляция с доставкой одного и того же контента множеству узлов). Имеется возможность широковещательной рассылки контента всем узлам локальной сети, но с высокой степенью вероятности она будет ограничена коммутаторами и маршрузитаторами, так что без радикальной перестройки сети, часто с закупкой дорогостоящего оборудования, сеанс мультикастингового вещания не состоится даже в рамках локальной сети.

Имеется ограниченная поддержка видео-по-требованию (Video-on-Demand или, сокращенно, VoD) с возможностью выбора контента по HTTP или TELNET интерфейсам, однако эта возможность обычно используется исключительно администраторами для удаленного управления сервером трансляции.
VideoLAN поддерживает широкий ассортимент интерфейсов, способный удовлетворить даже самых изысканных администраторов: GUI (Рисунок 4), NCUSERS (Рисунок 5), командная строка, HTTP и даже плагины для некоторых популярных браузеров.
Рисунок 4 Графический интерфейс программы VideoLAN

Рисунок 5 Текстовый NCURSES интерфейс
Контейнеры, в которые помещается транслируемый поток, зависят от типа трансляции.
Трансляция возможна как с IPv4, так и с IPv6.
Авторы для организации вещания телеканала научно образовательного телевидения
“Интернет ТВ” (www.ip4tv.ru, www.itv24.ru) используют схему вещания, изображенную на
Рисунке 6.
Рисунок 6 Схема вещания "Интернет ТВ"
Основными элементами схемы вещания (Рисунок 6) являются кодировщик видео и прокси сервер.

Видеокамера подключена к кодировщику (обычно это мощный ноутбук с GNU/Linux и
VideoLAN Client) по порту FireWire, который обеспечивает низкую задержку поступления видеоданных. Кодировщик преобразует данные с видеокамеры в поток, для трансляции в
Интернет (уменьшает размер видео кадра, устраняет аудио шумы, сжимает кодеками
(h.264/AAC, DIV3/MP3 и другие)), заключает в транспортный протокол (MPEG-TS, ASF и т.п.) и производит передачу через узкий (от 384 кбит/с) Интернет канал (ADSL, 3G, WiMAX,
WiFi, Ethernet и др.) на видео прокси-сервер. Благодаря тому, что от кодировщика исходит всего один низкоскоростной поток производить съемку можно даже в полевых условиях, без громоздкого спутникового оборудования, а с использованием портативной камеры и нетбука со встроенным 3G или WiMAX адаптером.
Прокси-сервером обычно выступает сервер (или множество серверов), подключенный к широкому (100 Мбит/с исходящий канал и более) Интернет каналу. На нем также установлены GNU/Linux и VideoLAN Client. Основной задачей данного сервера является получение потока от кодировщика и ретрансляция его пользователям сети Интернет.
Также данный сервер выполняет функции межсетевого экрана (файервола) и сбора статистики.
Необязательным, но важным элементом системы трансляции, является веб-сервер. Он содержит страницы, на которых размещен код плеера. Это дает возможность посетителям сайта смотреть прямые трансляции прямо на веб страницах, оставлять свои комментарии в реальном времени без использования каких-либо дополнительных программных компонентов, помимо браузера.
Для того чтобы просматривать видеотрансляции, необходимо иметь входящий Интернет канал от 384 кбит/с и устройство, способное проигрывать передаваемый видеопоток программно или аппаратно. На сегодняшний день к таким устройствам относятся персональные компьютеры, ноутбуки, нетбуки, КПК и даже современные сотовые телефоны.
Список использованной литературы
[1] Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М, Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. - М.: Диалог-МИФИ, 2003. - 384 с.
[2] Глонина Л.Н., Флегентов И.Ю., “Технологии интернет телевещания в научно- образовательных сетях”, Пятнадцатая конференция представителей региональных научно-образовательных сетей “RELARN-2008”, 2008.
[3] Денис Кубасов, Дмитрий Ватолин, “Обзор методов компенсации движения”,
Компьютерная графика и мультимедиа, Выпуск №3(2)/2005. (http://cgm.computer graphics.ru/content/view/76)
[4] Прохоров В.В., Косарев В.А. Технологии аудио-видеовещания в Интернет// в сб.
"Научный сервис в сети Интернет", Труды всероссийской научной конференции. -
Новороссийск, Издательство Московского университета, 2002. С. 15–17.

[5] Сагатов Е.С., “Технология прямых Интернет видео трансляций”, XVII конференция представителей региональных научно-образовательных сетей “RELARN-2010”, с. 65-66,
2010.
[6] E.S. Sagatov, A.M. Sukhov, P. Calyam, "Influence of Distortions of Key Frames on Video
Transfer in Wireless Networks", IEEE International Symposium on Image/Video
Communications over fixed and mobile networks (ISIVC), 2010.
[7] H. Schulzrinne, A. Rao, R. Lanphier, “RFC 2326 - Real Time Streaming Protocol (RTSP)”, IETF,
April 1998.
[8] H. Schulzrinne, S. Casner, R. Frederick, V. Jacobson, “RFC 3550 - RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications”, IETF, July 2003.
[9] International Telecommunication Union, “Advanced video coding for generic audiovisual services - Recommendation H.264”, 2010.
[10] International Telecommunication Union, “Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video - Recommendation H.262”, 2000.
[11] International Telecommunication Union, “Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures (ITU-R BT.500-11)”, 2002.
[12] International Telecommunication Union, “Video codec for audiovisual services at p x 64 kbit/s - Recommendation H.261”, 1993.
[13] International Telecommunication Union, “Video coding for low bit rate communication -
Recommendation H.263”, 2005.
[14] ISO/IEC, “MPEG-1 (Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s)”, ISO/IEC 11172, 1993.
[15] ISO/IEC, “MPEG-2 (Generic coding of moving pictures and associated audio information)”,
ISO/IEC 13818, 2007.
[16] ISO/IEC, “MPEG-4 (Coding of audio-visual objects)”, ISO/IEC 14496, 2010.
[17] ISO/IEC, “MPEG-4 Part 10: Advanced Video Coding”, ISO/IEC 14496-10, 2010.
[18] VideoLAN team, “VideoLAN, Free streaming and multimedia solutions for all OS!”.
(http://www.videolan.org/)
[19] VideoLAN team, “VideoLAN – VLC – Features”. (http://www.videolan.org/vlc/features.php)


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал