Media strumieniowe. przed nieuprawnionym wykorzystywaniem materiałów multimedialnych.

Transkrypt

1

2 Media strumieniowe Technologia przesyłania danych w sposób umożliwiający ciągłą transmisję przekazu (multimedialnego). Jakość przesyłanego materiału zależy od wielkości strumienia informacji. Dzięki zastosowaniu strumieniowego przesyłania danych (np. wideo, audio) odbiorca może widzieć/słyszeć je na bieżąco, w trakcie przesyłania. Dane odbierane od nadawcy są szybciej gromadzone w komputerze niż wyświetlane, dzięki temu użytkownik może oglądać na bieżąco otrzymywany przekaz filmu lub dźwięku. Teoretycznie, w większości rozwiązań, rejestracja tak odbieranego materiału na komputerze odbiorcy jest niemożliwa. Media strumieniowe stanowią swoistą ochronę przed nieuprawnionym wykorzystywaniem materiałów multimedialnych.

3

4 Początki: -W 1995r. firma Microsoftopracowała odtwarzacz ActiveMovie, który pozwalał na strumieniowanie mediów oraz zawierał zastrzeżony format transmisji strumieniowej, będący prekursorem opcji strumieniowanie w wydanym w 1999r. Windows Media Player Kwiecień 1995r. RealPlayer jeden z pierwszych odtwarzaczy zdolnych do strumieniowania przez internet. -W czerwcu 1999r. Applewprowadziło swój własny format strumieniowania wraz z aplikacją QuickTime 4. Te trzy rywalizujące ze sobą formaty były szeroko rozpowszechnione na stronach internetowych. W praktyce zmuszało to użytkownika do posiadania wszystkich trzech programów, aby móc w pełni korzystać z oferowanych na stronach zasobów.

5 Adobe Flash Player: Około 2002r.zainteresowanie ujednoliconym formatem strumieniowania oraz szerokie rozpowszechnienie Adobe Flash przyczyniło się do powstania Adobe Flash Player, używanego do dziś na wielu stronach oferujących hosting wideo, w tym na największej tego typu stronie na świecie, czyli Youtube.com

6 Ewolucja: Rozwój sieci komputerowej, rozwój oprogramowania i formatów, wydajne i nowoczesne komputery domowe oraz globalny dostęp do internetu sprawiły, że strumieniowanie wideo jest tanim, praktycznym i przede wszystkim wygodnym sposobem dostępu do oferowanych treści. Wzrost popytu na streaming treści wysokiej rozdzielczości (HD) doprowadził do opracowania wielu technologii, takich jak WirelessHD lub ITU-T G.hn, które są zoptymalizowane do strumieniowego przesyłania treści HD, nie zmuszając użytkownika do instalacji nowych kabli sieciowych. Dzisiejszy dostęp do strumienowania możemy podzielić na dwa rodzaje:

7 źródło: videology.com

8 LIVE STREAM: Dostarczany za pomocą tzw. true streaming / live-time streaming. Zasada działania jest analogiczna do audycji radiowych i telewizyjnych. Strumieniowany obraz jest odbierany przez użytkownika w czasie rzeczywistym - dane nie są zapisywane na dysku. (istnieją urządzenia zewnętrzne zdolne przechwycić i zapisać strumieniowany obraz). True stream korzysta z protokołu UDP, który pozwala na ignorowanie utraconych pakietów oraz akceptowaniu tych wadliwych. Zawsze posiada więcej klatek video w pamięci buforowania przez co strumień danych zasadniczo przepływa przez komputer. Schemat działania live-stream (źródło:

9 Twitch (2011r.) strona internetowabędąca platformą medialną udostępniającąwideo strumieniowe(na żywo), przeznaczona w głównej mierze do transmisji rozgryweksportu elektronicznegoorazgier komputerowych. Według danych serwisu, stronę miesięcznie odwiedza 45 milionów użytkowników Serwis jest dostępny na platformy mobilneiosiandroid; PC oraz konsole Xbox i PlayStation (W sierpniu 2014 roku platforma została kupiona przez Amazon.com za kwotę 970 milionów $) YouTube (2005r.) YouTube największy tego typu serwis internetowy na świecie, stworzony w lutym 2005 roku. Znany głównie dzięki umożliwianiu bezpłatnego umieszczania iodtwarzanie strumieniowegofilmów(on demand), oferuje również możliwość strumieniowania na żywo. Z tej możliwości, oprócz zwykłych użytkowników korzystają również między innymi organizatorzy festiwali muzycznych (np. Tommorowland, UKF), wszelkiego rodzaju wydarzeń (ślub księcia Williama; beatyfikacja Jana Pawła II), konferencji czy nawet administracja prezydenta USA, która za pośrednictwem swojego oficjalnego kanału The White House transmituje na żywo konferencje prasowe odbywające się na terenie Białego Domu. (Skok Felixa Baumgartnera oglądało za pośrednictwem YouTube 8mln ludzi)

10 Klasyczne stacje telewizyjne Każda znacząca stacja telewizyjna oferuje już, w różnym stopniu, swoje treści w internecie. Oprócz bazy wszystkich audycji, dostępnych za pośrednictwem strumieniowania on demand, część audycji nadawana jest na żywo. Dostawcy różnią się w podejściu do tematu. Jedni oferują transmisje dopiero po uiszczeniu wyznaczonej opłaty tzw. pay per view (np. TVN24, transmisje sportowe np. w Onecie czy Ipla) lub za darmo tak jak TVP Stream (kanały regionalne, TVP Info, TVP Sejm i Senat). Bezpośrednio na stronie bądź za pośrednictwem dedykowanych aplikacji. Popularne są również tzw. ograniczenia regionalne - nadawca określa region (np. Kraj) w ramach którego możliwe jest odtwarzanie audycji. Ograniczenia te dotyczą zarówno strumieniowania na żywo (np. BBC dostępne za jedynie na terenie Wielkiej Brytanii) jak i VoD.

11 Strumieniowanie on demand (na żądanie) odbywa się za pomocą tzw. strumieniowania progresywnego (progressive streaming). Strumieniowanie progresywne zapisuje dany plik na dysku a następnie odtwarza go z tej lokalizacji. W przypadku oferowanych przez nadawców usług VOD, pliki znajdują się na serwerach nadawcy (bogate biblioteki filmów/seriali/programów), użytkownik odtwarza je zdalnie z serwera za pośrednictwem strony internetowej, dedykowanej aplikacji lub urządzenia zewnętrznego (np. Apple TV, Roku). Niezbędne jest połączenie internetowe. Rozróżniamy kilka rodzajów usługi VOD, m.in. nvod svod Push VOD Catch Up TV IVOD (Usługa VOD oferowana przez HBO)

12 TV z dostępem do internetu i obsługą aplikacji Roku 3 Apple TV tablet / smartfon / laptop Aplikacje / strony internetowe oferujące usługę VoD

13 największa wypożyczalnia filmów DVD na świecie, oferująca za stałą opłatą wypożyczanie filmów poprzez media strumieniowe (svod) w krajach Ameryki Północnej i Południowej, Wielkiej Brytanii, Irlandii, Szwecji, Danii, Norwegii, Finlandii i Holandii, Niemczech oraz USA. Za sprawą autorskich produkcji takich jak House of Cards zyskała niezwykłą popularność oraz znacząco przyczyniła się do rozwoju i skoku popularności tego typu dostępu do treści. Obecnie liczbę użytkowników szacuje się na ok. 50 milionów a firma planuje wejście na nowe rynki - w tym również do Polski. subskrypcja wideo na żądanie. W odróżnieniu do PPV, gdzie operatorzy dają możliwość zamówienia pojedynczej pozycji za pojedynczą opłatą, svod polega na udostępnieniu nieograniczonego dostępu do określonej zawartości wideo całej kolekcji w ramach zamówionej subskrypcji za regularnie pobieraną opłatą (np. miesięczną). (np. Netflix, HBO GO, Hulu) Subscription Video on Demand (skrót svod) skrót PPV) dosłowne tłumaczenie niemal na życzenie. W usłudze nvod płaci się za obejrzenie konkretnej treści. Użytkownik otrzymuje uprawnienia do obejrzenia filmu dopiero po dokonaniu opłaty za pojedyncze wyświetlenie (np. sms, przelew itp.) lub doliczenie zamówionej pozycji do faktury. (np. ipla, onet VOD) Near VOD (skrót nvod, inna nazwa Pay-Per-View,

14 (np. TVN Player, Ipla, TVP VOD) pozwala ona na oglądanie wybranych programów wyemitowanych już przez stacje telewizyjne. Programy te są dostępne przez okres kilkunastu dni po ich pierwotnej emisji. Usługa ta może być udostępniana odbiorcy zarówno poprzez STB lub na stronie internetowej danego operatora Catch UP TV (inaczej Replay TV) jest formą wideo na żądanie, która może obejrzeć o dowolnej porze. Wykorzystuje on funkcję Personal Video Recorder umożliwiającą selekcjonowanie oraz nagrywanie wybranych programów na twardy dysk zainstalowany w dekoderze. Materiał oferowany w ramach Push VOD zapisany jest na specjalnie wydzielonej powierzchni dysku, a nie np. na centralnym serwerze. Po określonym czasie dane zostają wymienione (usunięte również z dysku po określonym czasie od wypożyczenia), a widz otrzymuje na dekoder nowy pakiet programowy (np. NC+VOD) Push VOD to domowa wypożyczalnia filmów i programów, które widz

15

16 Aby umożliwić strumieniowanie wideo, sygnał musi być odpowiednio kodowany z użyciem przeznaczonych do tego standardów. Do najpopularniejszych zaliczamy: H.264/MPEG-4 AVC orazvp8. Wielu producentów sprzętu/oprogramowania stosuje różne formaty, dlatego oprócz specjalnych programów, potrafiących przerabiać wideo na inny format (np. aby dostosować go do wymogów strony internetowej) istnieją również konwertery, które po podłączeniu są w stanie na bieżąco zmieniąć format zapisu np. z kamery. Konwerter Blackmagic Design H.264 Pro Recorder(źródło: strona producenta) Obecnie znakomita większość (bo 80%) aplikacji transmitujących obrazy wideo wykorzystuje do ich kodowania specyfikację H.264(MPEG-4). Są to aplikacje WWW, aplikacje satelitarne, telewizory IP oraz aplikacje obsługujące kablowe sieci TV. Standard H.264 jest też stosowany w telefonii komórkowej, systemach do prowadzenia wideokonferencji oraz w dyskach Blu-ray.

17 Przyszłość Międzynarodowa Organizacja Telekomunikacyjna ITU (International Telecommunication Union) zaakceptowała nowy standard kodowania obrazów wideo (H.265), który zastąpi starszy standard H.264. Specjaliści informują, że dzięki nowemu standardowi aplikacje będą transmitować obrazy wideo, wykorzystując do tego celu połączenia oferujące dwa razy mniejsze pasmo przenoszenia danych, niż ma to miejsce w przypadku stosowania starszego standardu H.264. Standard H.265 (znany też jako HEVC; High Efficiency Video Coding; wysoce wydajny system kodowania obrazów wideo) będzie używany do transmitowania obrazów wideo między różnymi urządzeniami elektronicznymi (smartfonami, tabletami, inteligentnymi odbiornikami TV i innymi urządzeniami). Biorąc pod uwagę fakt, że wszystkie te urządzenia będą z czasem wyświetlać obrazy o coraz większej rozdzielczości, standard H.264 mógłby nie podołać temu wyzwaniu. Należy też pamiętać o tym, że cały czas trwają prace na telewizją kolejnej generacji (kryjącą się za skrótem UHDTV; Ultra High Definition Television), która będzie potrzebować dużo lepszych systemów kodowania obrazów wideo. Ocenia się, że do transmitowania w czasie rzeczywistym obrazów wideo o rozdzielczości 4K (cztery razy większej niż Full HD), kodowanych przy pomocy standardu H.265, wystarczy połączenie o przepustowości 20 do 30 Mb/s. ITU zapowiada, że standard H.265 zostanie w przyszłości uzupełniony o mechanizmy, które będą w stanie efektywnie kompresować również trójwymiarowe obrazy wideo (aplikacje 3-D)

18 Serwerownia (źródło: google.com)

19 Strumieniowanieopiera swoje działanie na sieci internetowej. Do prawidłowego = płynnego działania podstawą działanie jest odpowiednia przepustowość łącza internetowego. W przypadku odbiorcy zalecane jest łącze minimum 2,5 Mbit/s. W praktyce, do płynnego strumieniowania filmu w jakości HD będziemy potrzebowali łącza o przepustowości nawet 10 Mbit/s. Jeżeli chodzi o nadawców, muszą oni posiadać odpowiednie serwery zdolne przechować dane do strumieniowania oraz w zależności od używanego protokołu przesyłania odpowiednią przepustowość łączy. Rozmiar pliku w przypadku VOD dla obliczamy z następującego wzoru: 1 MB Rozmiar filmu (w MB) =jego długość (w sekundach) x bitrate* (w kbit/s) /(8 x 1024 x 1024) Do zrozumienia tego warto przybliżyć pojęcie bitrate oraz to jaki standard jakości wideo odzwierciedla: 1 bajt składa się z 8 bitów. Szybkość transmisji danych wideo podawana jest w bitach na sekunde. Szybkość transmisji danych wideo nazywamy bitrate. Tak więc szybkość transmisji danych dla materiałów wideo, która działa na poziomie 1 megabajta na sekundę zostanie podana jako bitrate 8 megabitów na sekundę ( 8 Mb/s). I tak bitrate standardowy dla H.264 kształtuje się następująco : LD 240p 3G H.264 baseline profile 350 kb/s LD 360p 4G H.264 main profile 700 kb/s SD 480p H.264 main profile 1200 kb/s HD H.264 high profile 2500 kb/s HD H.264 high profile 5000 kb/s LD low definition SD standard definition HD high definition *Bit rate/bitrate -> przepływność w telekomunikacji i informatyce: prędkość z jaką sygnał cyfrowy przepływa przez kanał łączności. Przepływność mierzy się wbitach na sekundę (b/s) lub bajtach na sekundę (B/s = 8 b/s) i ich krotnościach (kb/s, Mb/s, Gb/s, kb/s, MB/s itd.). Przepływność potocznie bywa mylnie utożsamiana zprzepustowością przepływność jest miarą natężeniastrumienia danych, podczas gdy przepustowość jest stałym parametrem charakteryzującym kanał łączności. [wikipedia.org]

20 Znając pojęcie bitrate możemy posługując się podanym wcześniej wzorem obliczyć w przybliżeniu rozmiar pliku wideo: Rozmiar filmu (w MB) =jego długość (w sekundach) x bitrate* (w bit/s) /1MB Dla przykładu, dla godziny filmu w jakości HD (1080p) będzie to wyglądało tak: 3600 sek x bit/s /1 MB = około2200mb-> 2,2 GB Jak widać są to wielkości, którym jest w stanie sprostać nawet zwykły użytkownik w dobie dysków o pojemnościach liczonych w TB (1 TB = 1024 GB). Problem zaczyna się jeżeli chcemy takie pliki strumieniować. Aby było to możliwe konieczne jest zastosowanie odpowiedniego sposobu dystrybucji/rodzaju transmisji. W przypadku strumieniowania warto wyróżnić dwa rodzaje: multitcast oraz unicast multicast unicast

21 Multicastto sposób dystrybucji informacji, dla którego liczba odbiorców może być dowolna. Odbiorcy są widziani dla nadawcy jako pojedynczy grupowy odbiorca (host group) dostępny pod jednym adresem dla danej grupy multikastowej. Unicast-to rodzaj transmisji, w której dokładnie jeden punkt wysyła pakiety do dokładnie jednego punktu - istnieje tylko jeden nadawca i tylko jeden odbiorca. Multicast różni się od unicastu zasadą działania i wynikającą stąd efektywnością. W transmisji multicastowej po każdym łączu sieciowym dystrybuowana informacja jest przekazywana jednokrotnie, podczas gdy w unicastowej dystrybucji informacji do n odbiorców po niektórych łączach biorących udział w transmisji komunikat może być w najgorszym razie przesyłany nawet n razy.

22 W przypadku VOD, używa się protokołu unicast. Indywidualny sygnał umożliwia nam zatrzymywanie, cofanie, przewijanie filmów/seriali itp. Specyfika tej formy nadawania wiąże się z koniecznością posiadania łącza internetowego o wysokiej przepustowości. W przypadku gdy popularne serwisy VOD liczą dziesiątki/setki tysięcy użytkowników transmisja wspomnianego wcześniej godzinnego filmu w HD 1080p dla użytkowników wymagałaby łącza o przepustowości 5000kb/s x czyli około Mb/s!!! Dlatego dla realizacji tej usługi sygnały są odpowiednio rozbijane i rozprowadzane między licznymi serwerami i całymi węzłami internetowymi. Korzysta się też z geolokalizacji (sygnał nadawany jest z możliwe najbliżej zlokalizowanego serwera itp.) Protokół multicast wykorzystywany jest przy strumieniowaniu LIVE. Pozwala on na sprawne prowadzenie transmisji (nadawanie jednego sygnału odbieranego przez wielu użytkowników) bez konieczności posiadania łącza internetowego o wysokiej przepustowości.

23 UDP (ang.user Datagram Protocol protokół pakietów użytkownika) jeden zprotokołów internetowych. Jest to protokół bezpołączeniowy, więc nie ma narzutu na nawiązywanie połączenia i śledzenie sesji (w przeciwieństwie dotcp). Nie ma też mechanizmów kontroli przepływu i retransmisji.korzyścią płynącą z takiego uproszczenia budowy jest większa szybkość transmisjidanych i brak dodatkowych zadań, którymi musi zajmować się host posługujący się tym protokołem. Z tych względów UDP jest często używany w takich zastosowaniach jakwideokonferencje, strumieniedźwiękuwinterneciei gry sieciowe, gdziedanemuszą być przesyłane możliwie szybko, a poprawianiem błędów zajmują się inne warstwymodelu OSI. Przykładem może być VoIPlub protokółdns. UDP zajmuje się dostarczaniem pojedynczych pakietów, udostępnionych przezip, na którym się opiera. Kolejną cechą odróżniającą UDP od TCP jest możliwość transmisji do kilku adresów docelowych na raz (tzw. multicast). Pakiety UDP, zawierają oprócz nagłówków niższego poziomu nagłówek UDP. Składa się on z pól zawierającychsumę kontrolną, długość pakietu oraz porty: źródłowy i docelowy Microsoft Media Server (MMS)-nazwa unicastowego protokołumicrosoftuwykorzystywanego do strumieniowej transmisji multimediów. MMS może korzystać z protokołu UDP jak i z TCP. RTSP(ang.Real Time Streaming Protocol) jestprotokołempoziomuaplikacji, mającym za zadaniesterowanie dostarczaniem danych czasu rzeczywistego. Jest on powszechnie stosowany w aplikacjach przesyłu danych multimedialnych. Umożliwia za pomocą komendy odgrywać główną rolę w definiowaniu przemieszczeń i użycia zasobów strumienia na serwerze. Te komendy to: SETUP powoduje umieszczenie zasobów serwera w strumieniu i utworzenie sesji RTSP, PLAY uruchamia transmisję danych zawartych w strumieniu po wcześniejszej komendzie SETUP, PAUSE okresowo zatrzymuje strumień (transmisję) bez zwalniania zasobów serwera, REDIRECT wykrywa, że sesja powinna zostać przeniesiona na nowy serwer (do innego miejsca), PING chroni sesje przed przeterminowaniem (ang. timeout), TEARDOWN zwalnia zasoby serwera połączone ze strumieniem. Sesja RTSP zostaje przerwana.

24

25 Strumieniowanie audio: Zazwyczaj aby słuchać muzyki albo innego rodzaju dźwięku trzeba pobrać/posiadać plik w formacie MP3, WMA, AAC, OGG lub FLAC. Dzięki zastosowaniu strumieniowania audio nie ma potrzeby posiadania pliku na dysku. Proces polega na dostarczaniu małych pakietów danych za pomocą sieci buforowane na bieżąco, przy stałym połączeniu potrafią być dostarczane szybciej niż trwa ich odtworzenie co pozwala na odtwarzanie dźwięku bez żadnych przerw. Jest to niezbędne w sytuacjach wymagających natychmiastowego dostarczenia dźwięku jak np.: audycje live, radio internetowe/tradycyjne nadawane również w internecie czy 30 sek. fragmenty piosenek dostępne w internetowych sklepach z muzyką. Odbiór tego typu sygnału jest możliwy przy pomocy klientów zewnętrznych (np. Windows Media Player, QuickTime), wbudowanych aplikacji lub wtyczek w przeglądarkach internetowych np. wtyczka Shockwave.

26

27 Strumieniowanie audio on demand Deezer, Spotify i WiMP zapewniają nam za darmo lub za miesięczną opłatą możliwość słuchania swoich utworów z bogatych i stale aktualizowanych bibliotek) kiedy tylko chcemy na kilku naszych urządzeniach podłączonych do internetu (PC, telefon, tablet, laptop).

28

29 Bluetooth popularny standard łączności bezprzewodowej o tzw. krótkim zasięgu. Może być użyty do strumieniowania audio do urządzeń typu: głośniki, słuchawki, zestawy głośnomówiące. Zasięg urządzenia determinowany jest przez klasę mocy: klasa 1 (100 mw) ma największy zasięg, teoretycznie do 100 m klasa 2 (2,5 mw) jest najpowszechniejsza w użyciu, teoretyczny zasięg do 10 m klasa 3 (1mW) rzadko używana, z teoretycznym zasięgiem do 1 m Przepustowość Bluetooth kb/s Bluetooth kb/s Bluetooth kb/s Bluetooth 2.0 2,1 Mb/s Bluetooth HS (High Speed) 24Mb/s(3 MB/s) Bluetooth HS (High Speed) 40Mb/s(5 MB/s) Bluetooth LE (Low Energy) 1 Mb/s

30

31 Bibliografia: _nowy_standard_kodowania_wideo_zaakceptowany_przez_itu.html Obrazy: - Google grafika - Zrzuty ekranu z oficjalnych stron producentów/usługodawców