PŘENOS MULTIMÉDIÍ PŘES SÍŤ

Transkript

1 PŘENOS MULTIMÉDIÍ PŘES SÍŤ

2 Streaming Přenos audiovizuálního materiálu kontinuální přenos mezi zdrojem a koncovým uživatelem bez ukládání do PC Využití především webcasting Formy přenášení audiovizuálního materiálu po internetu v reálném čase, živě připojení k serveru a příjem streamu internetová televize nebo rádio systémem Video on demand YouTube

3 Streaming Přehrávání souboru během stahování stahování po částech rozdělení souboru na malé pakety ne straně serveru pakety příjemcem přijímány a přehrávány není třeba ukládat celý stream do paměti před stahováním obdrží klienti popis média 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

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

5 Streaming Kvalita videa Kodeky: flashové kodeky, MPEG-4, Windows Media, Real Time a Quick Time přenos záznamu ne v televizním rozlišení ( ), ale většinou bodů při datovém toku kb/s. Kvalita audia Kodeky: Windows Media Audio (WMA), MP3, OGG, AAC+ datové toky obvykle od kbps Streamování audia: single bitrate jeden konstantní datový tok multibitrate přehrávač může automaticky měnit kvalitu zvuku podle kvality připojení více konstatních datových toků přenášených dohromady v jednom datovém toku

6 Streaming Množství dat a přenosová rychlost velikost [MB] = čas [s] * bitrate [kb/s] / (8 * 1024) Př. hodina videa 300 kb/s (typické pro ) 3600 * 300 / (8 * 1024) ~ 130 MB Šířka pásma (protokoly Unicast) šířka = počet * bitrate Př. pro 1000 lidí 1000 * 300 ~ 300 Mb/s (125 GB za hodinu) unicastové servery streamují pouze jednomu uživateli multicastové servery mohou streamovat více stanicím najednou

7 Unicast, Multicast Unicast, spojení 1:1 zasílání paketů pouze jedinému cíli (stanici) v síti samostatná kopie dat pro každého, na vyžádání Broadcast zasílání paketu na poslední adresu segmentu paket se rozešle všem uzlům v segmentu sítě 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

8 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

9 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

10 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

11 Protokoly RTSP/RTP Real Time Streaming Protocol (RTSP) řídicí připojení (TCP) Real-time Transport Protocol (RTP) datové připojení (UDP), vlastní protokol pro přenos dat Session Initiation protocol (SIP) navázání spojení, přesměrování, ukončení spoj Secure RTP (SRTP) a Secure RTCP (SRTCP) poskytují šifrování, autentikaci a integritu

12 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 Setup (popis, jak je stream přenášen) Play, Pause Record (zaslání na server) Teardown (ukončení) Rozšiřitelnost možnost rozšířit o podporu nových metod vlastní implementace spolehlivosti aplikace bezpečnostních mechanismů z http Transportní protokol track src = "rtsp://video.abc.cz/film" jako transportní protokol RTP, používá se i RDT od RealNetworks

13 Real-time Transport Protocol (RTP) Paketový formát pro doručování dat v reálném čase, 1996 přenášen pomocí UDP protokolu Funkce 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

14 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

15 Session Initiation Protocol (SIP) Činnosti SIP pro vytvoření a řízení multimediální relace Lokalizace účastníka nalezení spojení s koncovou stanicí Zjištění stavu účastníka může mít obsazeno, přesměrováno atd. Zjištění možností účastníka typ kodeku, max. přenosová rychlost, audio/video atd. Vlastní navázání spojení protokol SDP popisuje navázané spojení a odkazuje na RTP datový tok Řízení probíhajícího spojení případné změny vlastností v průběhu relace a činnosti spojené s jejím ukončováním Chybové hlášky podobné http (rozdělení po stovkách) OK, Trying, Ringing

16 Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) Protokol transportní vrstvy postavený nad IP protokolem datagramový protokol s řízením zahlcení záleží na včasném doručení paketů ne na spolehlivosti doručení paketů ani správném pořadí přijatých paketů aplikace pracující se streamovanými médii např. on-line videa, internetová rádia, online hry, internetová telefonie řízení zahlcení 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

17 Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Transportní vrstva po IP několik navzájem nezávislých kanálů (streamů) přepravovány paralelně v rámci streamu garance doručení všech dat ve správném pořadí případný výpadek v některém ze streamů se netýká ostatních, jejich komunikace pokračuje bez přerušení multihoming (komunikující uzel má několik IP adres) jedna brána primární, na ni odesílána data výběr a sledování cesty 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 eliminuje nechtěné chybějící bloky dat (jako je tomu u TCP) ověřovací a potvrzovací mechanismy zajišťuje ověření opakujících se a chybějících balíků (proti útokům)

18 Internetová televize (itv) Internetová televize webcasting, streaming Televize distribuovaná přes internet 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

19 Internetová televize Přehrávání výhody a nevýhody: lze posouvat dopředu nebo dozadu pomocí RTSP protokolu nemusí fungovat za firewallem soubor obvykle nelze uložit do počítače přenos nemusí být plynulý pokud připojení k internetu není dostatečné mnohonásobně náročnější 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

20 Internetová televize Přehrávání + ukládání Výhody: 1. streaming není-li rychlost připojení dostatečná, nahraje se celý soubor do počítače a pak dojde k jeho přehrání 2. stažení pro další zpracování či šíření 3. soubory jsou uloženy na běžném serveru, přenos dat je levnější a možnost vyšší kvality přenosu 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

21 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

22 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

23 IPTV

24 Technologie IPTV a DSL Technologie využívá obousměrný digitální vysílací signál posílaný přes síť prostřednictvím širokopásmového připojení set-top box může zpracovat požadavky na přístup k mnoha dostupným médiím Hardware na straně koncového uživatele 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

25 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)

26 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

27 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

28 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 pořady se mohou překrývat mohou být organizovány pomocí kategorií ochranu rodičovským zámkem apod. možnost generování trick-play streamy umožní uživateli používat vícerychlostní posun vpřed a vzad

29 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 ms, v RTP (Real Time Protocol, v 5. vrstvě) Inicializace pomocí protokolu SIP

30 Voice over IP (VoIP)

31 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 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

32 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

33 H.323 H.225 H.245 základní protokol, který zabezpečuje přenos audio/video vytváření paketů s audio/video daty, synchronizaci přenosu a realtime přenos vychází z protokolů RTP/RTCP součást je RAS Registration, Admission, Status; signalizační zprávy zřízení spojení mezi terminály 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