Webstreaming Grundlagen Thomas Baumann Thomas.Baumann@rrze.uni-erlangen.de 10:30

Inhalt Einleitung Streaming Überblick Die Streaming Umgebung Die einzelnen Komponenten Systemarchitektur – Realsystem Systemarchitektur – Quicktime Encoding verfahren Räumliche Codierung Zeitliche Codierung Quellen/Kontakt 14.03.2003 Streaming Grundlagen 1

Einleitung Übertragung von Medien zum eigenen Rechner Ohne zwischenspeichern Streaming Live Streaming „On demand Streaming“ Übermittlung von Medien auf den eigenen Rechner, ohne zwischenspeichern, über das Internet „Ohne Zwischenspeichern“ = keine wartezeiten, bis File auf den Rechner geladen ist. Live Streaming: Alle Clients sehen zu einer bestimmten Zeit ein und dasselbe Bild High End Hardware und Bandbreite benötigt, da Kodierung und Übermittlung in nahezu Echtzeit erfolgen muss Da die Übertragung Live erfolgt, wird auch jeder Fehler (zu schnelle kameraschwenks, verwackeln, …) zu den Clients übertragen, eine schlechte Aufnahme führt zu einer großen Stream-Datei, die mehr Bandbreite zum versenden/empfangen benötigt On demand Streaming: Der User bestimmt, wann er die Übertragung verfolgen will, alle Clients sehen die Übertragung von Anfang an „Live“ Events Konzerte (Live) Web Radio Lesungen Jederzeit abrufbare Medien Vorlesungsarchiv Filme, Serien 14.03.2003 Streaming Grundlagen 2

Wie funktioniert ein (Live) Stream Codierrechner C Client Kamera/Mikrofon Client Ereignis Das Ereignis wird mithilfe einer Kamera gefilmt Die Kamera leitet über (vorzugsweise) Firewire Anschluss die Bild/Tondaten zum Codierrechner weiter Der Codierrechner empfängt die Daten über Firewire oder einer TV Karte Die Bild –und Tondaten müssen/werden vom Codierrechner innerhalb kürzester Zeit komprimiert und in ein Streamingfähiges Format gewandelt und zum Streamingserver geleitet Der Streamingserver sendet die Daten an die anfordernden Clients über Multicast oder Unicast Unicast: Jeder Client bekommt einen einzelnen Stream, Lizenzabhängig, hohe Bandbreite erforderlich Multicast: (Alle Clients verbinden sich auf einen Stream, Lizenzunabhängig, Anwendungsbereich im Intranet) S Streaming Server Client 14.03.2003 Streaming Grundlagen 3

Kamera/Mikrofon Erstes Glied in der Streamingkette Digitales Format und Schnittstelle (Firewire) von Vorteil Nie von Hand filmen Externes Mikrofon benutzen (Bsp: Stand/Clipmikrofon) Einsatz der Komponenten Situationsabhängig, Empfehlungen: Erstes Glied in der Streamingkette: Qualität des Streams hängt in erster Linie von der Verwendeten Kamera und Schnittstelle ab Digitales Format/Schnittstelle: Da beim Komprimieren Qualität verloren geht ist bei einer besseren Qualität des Rohmaterials ist die Qualität des Komprimierten Materials auch besser, siehe Tabelle Je Früher die Daten in Digitaler Form vorliegen, desto schneller sind sie beim Kodierrechner –wichtig bei Livestreams Nie von Hand Filmen: Wenn von Hand gefilmt wird, so verändert sich das Kamerabild (durch verwackeln) ständig, so muss jeder Frame einzeln komprimiert werden, was die Datei im Endeffekt vergrößert (dazu später mehr) Externes Mikrofon benutzen: Interne Mikros der CAMS sind für einen Stream schlecht geeignet, da meistens die Entfernung zum Sprecher zu groß ist, besser eignen sich Clip Mikros (Vorträge) oder Standmikros (bei Reden/Lesungen) Großer Vorteil ist, wenn man die übertragenen Tondaten selbst hört, um Rauschen usw. zu vermeiden -> Kopfhörer Tabelle: 1. Betacam SP: von Sony entwickeltes, professionelles Videoformat M-II: gegenstück zu Betacam, von Panasonic entwickelt 2. DV, miniDV,… Standard Digicam Formate 3. S-VHS, HI-8mm Heute Standardvideoformate der Analog-Camcorder 4. VHS, 8mm Analog, veraltete Formate siehe 3. Leistung/Qualität Format 1. Betacam SP, M-II 2. DV, miniDV, DVCam, DVCPro 3. S-VHS, HI-8mm 4. VHS, 8mm 14.03.2003 Streaming Grundlagen 4

Codierrechner C Audio/Video Capture Karte Mindestens. 96 MB RAM, besser 256 MB RAM 400 MHz, besser ab PIII 800 Prozessor 100 MBit Verbindung C Hardwarevoraussetzungen abhänig ob Livestream oder „On demand“ Daten sind basieren auf Angaben der Hersteller Video Capture Karte: Notwendig zum empfangen der Bild –und Tondaten, heute meist Audio+Video all-in-one Karten RAM: Bei On-demand Stream mindesten 32, bei Live Stream 96 MB Prozessor: ab PIII 800 bei Live Streams Netzwerkverbindung: Rechnung ? Bei 1000 Clients mit einer Verbindung von 12.5 KB/s ist die 100 MBit Standleitung komplett ausgelastet (Eigentlich weniger, da theoretische Rechnung) Mindestens 100MBit Anbindung -> Hängt vom zu Übertragendenden File (Qualität/Größe) ab 14.03.2003 Streaming Grundlagen 5

Streamingserver S Mindestens 128 MB RAM Ein seperater Server als Streamingserver Ausreichend Speicherplatz für Streaming - Medien Schnelle Netzwerkanbindung S RAM: Bei Apple Quicktime 128, empfohlen 512 Bei Real Helix mind. 256, abhängig von Anzahl der Clients Schnelle Netzwerkanbindung: 1000 Clients mit Breitbandverbindung gleichzeitig können einfach eine 100 MBit Leitung komplett auslasten 1 Streamingserver für Streaming: Performanceverlust, wenn daneben andere Serverdienste laufen Ausreichend Speicherplatz: Real Videodateien nehmen, wegen Ihrer Surestream technologie mehr Speicherplatz ein 14.03.2003 Streaming Grundlagen 6

Client Pentium 2/233 MHz 64 MB RAM 56K Modem 7 14.03.2003 56K Modem: Eigentlich 28.8K Modem Voraussetzung, da Heute keine 28.8K Modems mehr Angeboten werden nenn‘ ich 56K Modem Ausserdem ist mit 28.8K Modems nur wiedergabe von Audiostreams möglich 14.03.2003 Streaming Grundlagen 7

Systemansätze - RealSystem Serverbasierte Streaminglösung von Real Live Streaming „On demand Streaming“ Unterstützt der meisten Streamingformate Windows Media, Quicktime, MPEG1 -2 -4, MP3 Client: RealOne Player Support von Microsoft Windows, Unix, Linux SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language) fähig SureStream® Technologie, SVT (Scalable Video Technology) Streaming über RDP (RealNetworks Data Transport) und RTSP Streamingformate: Es kann nahezu jedes Medienformat über RealSystem gesendet werden Client: Der Realplayer ist für viele Betriebssysteme u.a. Windows, Linux, Unix verfügbar Frei verfügbar (Registration), verbesserte, umfangreichere Version nicht kostenlos SMIL: vom W3C standardisierte Sprache zur kombinierten Präsentation multimedialer Daten wie Audio, Video, Text und Grafik. SureStream® technology: Es können mehrere versionen, passend für die Bandbreite der Clients in einer Mediendatei gespeichert werden, d.h jeder Client bekommt die für seine Bandbreite angemessene Mediendatei, die Dateigröße dieser Mediendatei hängt von der Anzahl der darin Codierten Versionen ab. SVT: Mithilfe der Scalable Video Technology passt sich die Framerate während des Streams dynamisch an die Bandbreite der Clients an 14.03.2003 Streaming Grundlagen 8

Systemansätze - Apple Quicktime Serverbasierte Streaminglösung von Apple Live Streaming „On demand“ Streaming Unterstützung der meisten Streamingformate Windows Media, MPEG 1 -2 -4 Client: Quicktime Player/Quicktime Pro Windows, ab MAC OS 8.6 SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language) fähig Instant-On® Sofortige wiedergabe eines angeforderten Streams Live/OndemandStreaming: Bei Quicktime Live Streaming nur mit einen MAC-Broadcaster/Codierrechner möglich, da Quicktime Broadcaster nur für MAC verfügbar ist Client: Mit den kostenlosen Quicktime Player kann man Streaming content abspielen Mit den nicht freien Quicktime Pro kann man zusätzlich eigenen Content erstellen Instant-On® Streaming: Clients der Version 6 oder neuer mit Breitband Verbindung, können das InstantOn Streaming feature nutzen. Der Stream startet ohne langes zwischenspeichern und man kann im Stream vor –und zurückspulen, als ob das Media File auf der Festplatte liegt. Funktioniert nur bei On-demand Streams. 14.03.2003 Streaming Grundlagen 9

Encoding Verfahren Verfahren, um Daten für einen Stream vorzubereiten Encoding Software: Discreet Cleaner, Real Producer, Quicktime Pro Bild- und Toninformationen seperat Codiert Räumliche Codierung Zeitliche Codierung Codec = Compressor/Decompressor Um Streaming zu ermöglichen, müssen die unkomprimierten Daten durch Codierungsverfahren deutlich verkleinert werden Das Ziel eines Codecs ist es, die Filmgrösse zu verringern, indem redundante (mehrfach vorhandene) Daten weggelassen werden Encoding Software: Verschiedene Hersteller, ähnliche Funktionen Der Webstream wird in Audio –und Videoinformationen geteilt, und diese dann separat Codiert (MP3 Codec für Audio…; Cinepak für Video…) Codecs werden nach: Verlustfreie, Verlustreiche, Symetrische und Asymetrische Codecs eingeteilt Verlustfrei: Es werden keine Informationen eingebüßt, eingeschränkte Kompressionsrate Verlustreich: Bei der Kompression werden bestimmte Informationen verworfen, leistungsfähig Symetrisch: Die Codierungsdauer = Encodingdauer Livestreams Asymetrisch: Codierungsdauer größer als Encodingdauer On demand Streams Bei der Videocodierung benutzen Codecs, die Räumliche und Zeitliche Codierung. 14.03.2003 Streaming Grundlagen 10

Räumliche Codierung Zusammenfassung von Pixel zu Flächen Vorteil bei einfarbigen Hintergründen Pixel von gleicher Farbe, die aneinander grenzen werden zu Flächen zusammengefasst und deren Koordinaten gespeichert nicht jedes der Tausendenden Pixels einzeln Im Bild sind diese ähnlichfarbenen/einfarbigen Flächen Weiß gezeichnet, die Zusammengefasst werden (Gehäusefarbe/Tapefarbe, Hemdfarbe) Je weniger Details und Farben, desto bessere Kompression Bei hoher Räumlicher Codierung, wirkt das Bild unscharf und verschwommen 14.03.2003 Streaming Grundlagen 11

Zeitliche Codierung Änderungen zwischen den einzelnen Bildern gespeichert Vorteil bei Präsentationen, Lesungen, Konferenzen Stativ bei Kameraufnahmen verwenden ! Keyframe Delta Delta Delta Keyframe Delta Es werden Schlüsselbilder (Beinhalten alle Bildinformationen) eingefügt, bei den darauffolgenden Bildern (sog. Deltaframes) werden nur die Veränderungen zum Schlüsselbild gespeichert Im Beispielbild erkennt man, das sich nach den ersten Schlüsselbild nur das Gesicht des Sprechers verändert, diese Information wir in den Deltaframes gespeichert Ändern sich zu viele Informationen, so wird ein neuer Keyframe eingefügt Vorteil bei Videoinhalten mit wenig Bewegung Bei „Freihand“ Filmen ändern sich zuviele Informationen in den Deltaframes, somit müssen mehr Schlüsselbilder eingefügt werden (…was dann die Leistung des Codecs reduziert) 14.03.2003 Streaming Grundlagen 12

Quellen/Kontakt Introduction to Cleaner 5 Quicktime Streamingserver Admin Guide Helix Universal Server Admin Guide Real Producer 8.5 Guide A Digital Video Primer (Adobe Dynamic Media Group) Fragen ?! Thomas.Baumann@rrze.uni-erlangen.de 14.03.2003 Streaming Grundlagen 13