PŘENOS MULTIMÉDIÍ PŘES SÍŤ

PŘENOS MULTIMÉDIÍ PŘES SÍŤ

Streaming 

Přenos audiovizuálního materiálu  



kontinuální přenos mezi zdrojem a koncovým uživatelem bez ukládání do PC

Využití 

především webcasting 



přenášení audiovizuálního materiálu po internetu

Formy 

v reálném čase, živě 





připojení k serveru a příjem streamu internetová televize nebo rádio

systémem Video on demand 

YouTube

Streaming 

Přehrávání souboru během stahování  

stahování po částech rozdělení souboru na malé pakety ne straně serveru 





není třeba ukládat celý stream do paměti před stahováním obdrží klienti popis média 



pakety příjemcem přijímány a přehrávány

obsahuje adresu serveru a charakteristiku média

Požadavky 

plynulý datový tok, značně proměnlivý  

 



velké datové toky, velký objem dat kvalita přizpůsobena rychlosti připojení

reálný čas, interaktivita synchronizace streamů (audio+video) bezchybovost přenosu, jednotná kvalita přenosu 

aby to dobře vypadalo

http://service.real.com/help/library/guides/realone/ProductionGuide

http://www.e-teaching.org/technik/aufbereitung/video/streaming

Streaming 

Webcast   



Multimediální kontejner 



mediální soubor distribuovaný po internetu streamingovou technologií distribuován živě nebo na požádání (opožděně) využití na tiskových konferencích, seminářích, rozhovorech

jednotný kontejner (AVI, ASF, WMV, MOV, MKV, MPG, …)

Splitter 



filtr v OS rozdělení kontejneru do proudů (video, zvuk, titulky, …) 



jednotlivé proudy mohou být stahovány z různých serverů

Další filtry 



zpracovávají jednotlivé proudy výstup filtrů v podobě, které rozumí OS

Streaming 

Kvalita videa 

Kodeky: 





flashové kodeky, MPEG-4, Windows Media, Real Time a Quick Time

přenos záznamu ne v televizním rozlišení (720×576), ale většinou 320×240 bodů při datovém toku 100–400 kb/s.

Kvalita audia 

Kodeky:  

 

Streamování audia: single bitrate 



Windows Media Audio (WMA), MP3, OGG, AAC+ datové toky obvykle od 16-256 kbps

jeden konstantní datový tok

multibitrate  

přehrávač může automaticky měnit kvalitu zvuku podle kvality připojení více konstatních datových toků přenášených dohromady v jednom datovém toku

Streaming 

Množství dat a přenosová rychlost 



Př. hodina videa 300 kb/s (typické pro 320×240) 



velikost [MB] = čas [s] * bitrate [kb/s] / (8 * 1024) 3600 * 300 / (8 * 1024) ~ 130 MB

Šířka pásma (protokoly Unicast) 



šířka = počet * bitrate

Př. pro 1000 lidí 

1000 * 300 ~ 300 Mb/s 



unicastové servery 



(125 GB za hodinu)

streamují pouze jednomu uživateli

multicastové servery 

mohou streamovat více stanicím najednou

Unicast, Multicast 

Unicast, spojení 1:1 

zasílání paketů pouze jedinému cíli (stanici) v síti 



Broadcast  

zasílání paketu na poslední adresu segmentu paket se rozešle všem uzlům v segmentu sítě 



samostatná kopie dat pro každého, na vyžádání

může způsobit zahlcení

Multicast, spojení 1:N 

zasílání paketů z jednoho zdroje skupině více koncových stanic 



místo odesílání jednotlivých paketů ke každému cíli je odeslán jediný paket

všichni uživatelé mají přístup k jedinému datovému proudu

Multicast (vícesměrové vysílání) 

Multicast  



omezení zátěže odstranění výhod Video on Demand

Řešení 

kešovací servery  





DSLAM Digital Subsciber Line Access Multiplexer

digitální set-top boxy přehrávače s pamětí

rozdělení do několika kanálů, během stahování jedné části se stahuje i další

Spojení M:N 

Konference 

moderní způsob multimediální komunikace 



umožňuje současný přenos zvuku, obrazu a dat mezi dvěma i více účastníky

řešení s centrálním přenosovým prvkem 

unicast in, multicast out 



velká zátěž sítě u centrálního prvku

řešení bez centrálního prvku 

každý uživatel multicast vzhledem ke všem ostatním 

velká zátěž sítě u klientů

Internet Group Management Protocol (IGMP) 

Internetový protokol se skupinovým adresováním  

Služební protokol IP pro multicast Data odesílána na jedinou adresu, ale zpracovává je více hostitelů  



podobné předplatnému – obdrží pouze předplatitelé data odeslaná na IP adresu rezervovanou pro skupinu přijmou pouze členové skupiny (Multicast Group)

Další vlastnosti 

dynamické členství ve skupinách 

 

hostitelé se mohou kdykoli připojit a vystoupit

připojování ke skupinám se provádí prostřednictvím zpráv IGMP velikost skupin není omezena 

členové mohou být rozptýleni ve více sítích 



pokud routery podporují multicast

odesilatel dat nemusí do této skupiny patřit

Protokoly RTSP/RTP 

Real Time Streaming Protocol (RTSP) 



Real-time Transport Protocol (RTP) 



datové připojení (UDP), vlastní protokol pro přenos dat

Session Initiation protocol (SIP) 



řídicí připojení (TCP)

navázání spojení, přesměrování, ukončení spoj

Secure RTP (SRTP) a Secure RTCP (SRTCP) 

poskytují šifrování, autentikaci a integritu

www.kiv.zcu.cz/~ledvina

Real Time Streaming Protocol (RTSP) 

Streamovací protokol pro Video on Demand  



umožňuje přistupovat k souborům na streaming serveru a ovládat jej může být přenášen nad TCP nebo UDP

Příkazy 

  



Rozšiřitelnost   



Setup (popis, jak je stream přenášen) Play, Pause Record (zaslání na server) Teardown (ukončení) track src = "rtsp://video.abc.cz/film"

možnost rozšířit o podporu nových metod vlastní implementace spolehlivosti aplikace bezpečnostních mechanismů z http

Transportní protokol 

jako transportní protokol RTP, používá se i RDT od RealNetworks

Real-time Transport Protocol (RTP) 

Paketový formát pro doručování dat v reálném čase, 1996 



Funkce    



přenášen pomocí UDP protokolu fragmentace a defragmentace znovuuspořádání detekce ztrát a obnova synchronizace

Použití 

ve streaming media systémech (ve spojení s RTSP) 

 



i jako videotelefonní konference nebo videokonference

v push to talk (zmáčkni a mluv) systémech technický základ Voice over IP technologie (vlastní přenos)

RTP Control Protocol (RTCP)  

slouží k řízení RTP relace a ke sledování kvality toku pro přenos se také používá zapouzdření do RTSP

Session Initiation Protocol (SIP) 

Protokol pro inicializaci relací 

internetový protokol pro přenos signalizace  

protokol pro zajištění VoIP spojení vlastní přenos pomocí RTP 



detaily o vlastnostech zahajovaného přenosu popisuje SDP, který je přenášen v těle SIP paketů

Textově orientovaný protokol vycházející z http 



využívá položek podobných smtp; novější a jednodušší než H.323 Základní metody protokolu  

  

REGISTER - registrace účastníka na SIP Proxy serveru INVITE - zahájení komunikace o plánované nové relaci ACK - potvrzení zahájení relace CANCEL - přerušení zahajovaní relace ještě před jejím navázáním BYE - ukončení relace

Session Initiation Protocol (SIP) 

Činnosti SIP pro vytvoření a řízení multimediální relace 

Lokalizace účastníka 



Zjištění stavu účastníka 



protokol SDP popisuje navázané spojení a odkazuje na RTP datový tok

Řízení probíhajícího spojení 



typ kodeku, max. přenosová rychlost, audio/video atd.

Vlastní navázání spojení 



může mít obsazeno, přesměrováno atd.

Zjištění možností účastníka 



nalezení spojení s koncovou stanicí

případné změny vlastností v průběhu relace a činnosti spojené s jejím ukončováním

Chybové hlášky podobné http (rozdělení po stovkách) 

200 - OK, 100 - Trying, 180 - Ringing

Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) 

Protokol transportní vrstvy postavený nad IP protokolem  

„datagramový protokol s řízením zahlcení“ záleží na včasném doručení paketů 



aplikace pracující se streamovanými médii 



např. on-line videa, internetová rádia, online hry, internetová telefonie

řízení zahlcení  



ne na spolehlivosti doručení paketů ani správném pořadí přijatých paketů

mechanismus, který zabraňuje ucpání přenosových cest bez nutnosti implementovat je v aplikační vrstvě

Alternativy 

TCP nebo UDP s vlastní implementací mechanizmu kontroly zahlcení 

nebo bez něj

Stream Control Transmission Protocol (SCTP) 

Transportní vrstva po IP 

několik navzájem nezávislých kanálů (streamů) 



v rámci streamu garance doručení všech dat ve správném pořadí 





pro opakování nebo při problémech vybírá jinou SCTP monitoruje všechny cesty a udržuje si přehled o jejich stavu

doručení dat v balících (chunks) pomocí streamů 



jedna brána primární, na ni odesílána data

výběr a sledování cesty 



případný výpadek v některém ze streamů se netýká ostatních, jejich komunikace pokračuje bez přerušení

multihoming (komunikující uzel má několik IP adres) 



přepravovány paralelně

eliminuje nechtěné chybějící bloky dat (jako je tomu u TCP)

ověřovací a potvrzovací mechanismy 

zajišťuje ověření opakujících se a chybějících balíků (proti útokům)

Internetová televize (iTV) 

Internetová televize 



Televize distribuovaná přes internet 





webcasting, streaming obvykle ze sítě nesouvisející s poskytovatelem internetu uživatel si může vybrat pořad (Video on Demand)

Obvykle soubory určené výhradně pro přehrávání 

např. pomocí mms protokolu z Microsoft Media Serveru 





spíše v nižší kvalitě

data proudí ze serveru a hned se přehrávají

Použití stávající infrastruktury

Internetová televize 

Přehrávání – výhody a nevýhody: 

lze posouvat dopředu nebo dozadu 

  

nemusí fungovat za firewallem soubor obvykle nelze uložit do počítače přenos nemusí být plynulý 



pokud připojení k internetu není dostatečné

mnohonásobně náročnější 



pomocí RTSP protokolu

vzhledem k potřebě speciálního serveru

kvalita přenosu (datový tok) obvykle nižší  

např. 16 kb/s u audia a 26 kb u videa jen ke zběžnému prohlédnutí titulu

Internetová televize 

Přehrávání + ukládání  

Výhody: 1. streaming 

 

2. stažení pro další zpracování či šíření 3. soubory jsou uloženy na běžném serveru, přenos dat je levnější a možnost vyšší kvality přenosu 

  

není-li rychlost připojení dostatečná, nahraje se celý soubor do počítače a pak dojde k jeho přehrání

vyšší datový tok (u audia až 128 kb/s, u videa až 1500 kb/s)

Nevýhody: 1. obvykle není možnost posouvat se dopředu nebo dozadu v titulu 2. výjimečně se soubor začne přehrávat až po úplném stažení

Internet Protocol Television (IPTV) 

Televize přes internetový protokol  

služby digitální televize šířeny prostřednictvím IP přes počítačové sítě obvykle uzavřená síť nebo firemní LAN  



podobná kabelové televizi, lepší dostupnost může být součástí dodávky širokopásmového připojení

Vlastnosti   

obousměrné vysílání – zpětná vazba mezi příjemcem a vysilatelem možnost poskytování Video on Demand (VoD) většinou přenos jen jediného programu 

na více televizorech mohu sledovat jen jeden program 



pomalé přepínání mezi programy

závisí na šířce pásma

IPTV 

Live TV  



živé televizní vysílání doručováno přes IP Multicast

Video on Demand 

možnost zpětně přehrát televizní pořady 

    



vysílané na jakémkoliv programu

objednat a přehrát film z videopůjčovny sestavit vlastní televizní program nastaví se IP Unicast mezi STB (PC) a streamovacím serverem přehrávání začne téměř okamžitě na PC nebo TV ovládání pomocí RTSP (Real Time Streaming Protocol).

Komprimace 

MPEG-2, MPEG-4 (H.264), VC1

IPTV

http://www.lupa.cz/clanky/jak-funguje-iptv/

Technologie IPTV a DSL 

Technologie 

využívá obousměrný digitální vysílací signál 



set-top box 



může zpracovat požadavky na přístup k mnoha dostupným médiím

Hardware na straně koncového uživatele  



posílaný přes síť prostřednictvím širokopásmového připojení

DSL modem (namodulování datového toku do analogového signálu) splitter (sloučení a oddělení datového signálu a hlasových služeb)

Nutnost optimalizace sítě 

větší šířka pásma a rychlejší spojení 

 

ADSL2+, VDSL či optické kabely

ne všechny telefonní linky umožňují limit dán vzdáleností mezi uživatelskou telefonní přípojkou a DSLAM

Technologie IPTV a DSL 



sdílení datových toků a následné rozvětvování

DSLAM (Digital Subsciber Line Access Multiplexer)  





přístupový koncentrátor připojen u ústředny telefonního operátora do 5 km od uživatele připojuje se až několik tisíc uživatelů k dispozici celá programová nabídka 

do televizoru pošle právě jednu stanici (na rozdíl od kabelové TV)

http://www.lupa.cz/clanky/jak-funguje-iptv/

Video on Demand (VoD) 

Nelineární služby nastaví se IP Unicast mezi STB (PC) a streamovacím serverem  individuální datový stream 



od zdroje až po koncového příjemce

http://www.lupa.cz/clanky/jak-funguje-iptv/

Video on Demand 

Near Video on Demand (NVoD)  





konkrétní film je na jednom kanále vysílán pořád dokola souběžné vysílání stejného pořadu na jiném kanále, avšak časově posunuté nutnost více kanálů, extrémně náročné na šířku pásma

Push Video on Demand   

set-top box vybaven pevným diskem na ty se nahraje určitá sestava pořadů divák si z ní může vybrat  



nahrávání např. v noci pro všechny diváky stejné pořady

Real Video on Demand 

poslání skutečně individuálního obsahu

Network Personal Video Recorder (nPVR) 

Síťový videopřehrávač   

obsah je místo na lokálním disku uložen na síti podobná funkce jako Video on Demand uživatel má možnost označovat pořady v EPG pro nahrání 



mohou být organizovány pomocí kategorií 



pořady se mohou překrývat ochranu rodičovským zámkem apod.

možnost generování trick-play streamy 

umožní uživateli používat vícerychlostní posun vpřed a vzad

http://www.digisoft.tv/ipg.html

Voice over IP (VoIP) 

Technologie, umožňující přenos digitalizovaného hlasu  





v těle paketů UDP/TCP/IP prostřednictvím počítačové sítě nebo jiného média, prostupného pro protokol IP využívá se pro telefonování prostřednictvím internetu, intranetu nebo jiného datového spojení.

Zajištění kvality služby (QoS)  

nutná podmínka pro srozumitelné a spolehlivé VoIP telefonní spojení QoS – protokol pro řízení datových toků 



zajišťuje spravedlivé dělení rychlostí a nedochází tak k zahlcování sítě

Technologie 

v těle jednotlivých UDP paketů se přenáší malý úsek telefonního hovoru, zakódovaný podle určitého kodeku 



20 – 30 ms, v RTP (Real Time Protocol, v 5. vrstvě)

Inicializace pomocí protokolu SIP

Voice over IP (VoIP)

H.323 

Protokol pro přenos multimediální informace paketovými sítěmi 

doporučení ITU-T, zastřešuje řadu standardů, starší a složitější 





dnes obvykle SIP

určuje multimediální komunikaci v paketové síti s nezaručenou kvalitou služeb

Zahrnuje      

H.225.0 – hovorová signalizace Q.931 – signalizační protokol H.245 – vyjednávání parametrů multimediálních kanálů H.235 – bezpečnostní a ověřovací mechanizmy RTP – přenos dat v reálném čase H.450.x – doplňkové služby

Komponenty H.323 terminál terminálu pro audiovizuální služby; obsahuje kodeky obvykle implementován na PC gateway zabezpečuje přenos mezi různými systémy gatekeepers zabezpečuje převod adres a přístup k terminálům řízení přídělování šířky pásma, kontrola terminálů, bezpečnost MCU (Multipoint Control Unit) spojení a přenosy mezi více než třemi terminály http://www.linktionary.com/h/h323.html

H.323 

H.225 

základní protokol, který zabezpečuje přenos audio/video 

 



vychází z protokolů RTP/RTCP součást je RAS – Registration, Admission, Status; signalizační zprávy

H.245 

zřízení spojení mezi terminály 





vytváření paketů s audio/video daty, synchronizaci přenosu a realtime přenos

registrace terminálů v gatekeeper uzlech, zřizování a rušení konferenčních spojení, funkce RAS kontroly, přidělování šířky pásma terminálům

zabezpečuje vytváření a rušení logických kanálů pro přenos audio/video provozu protokolu H.225

Kodeky  

audio G.711 (- nebo A-law), G.729, G.723, G.726 video H.261, H.263, H.264