Mobile Unterhaltungssysteme mittels Audio-/Videostreaming - Modellbetrachtung und technische Aspekte
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| Name des Autors / der Autoren: | Danny Ihlenfeld |
| Titel der Arbeit: | Mobile Unterhaltungssysteme mittels Audio-/Videostreaming - Modellbetrachtung und technische Aspekte |
| Hochschule und Studienort: | Fachhochschule für Oekonomie & Management - Essen |
1 Abkürzungsverzeichnis
| Abkürzung | Bedeutung |
|---|---|
| ACELP | Algebraic Code-Excited Linear Prediction |
| Bit | Binary digIT |
| Codec | Coder und Decoder |
| DSS | Darwin Streaming Server |
| FTP | File Transfer Protocol |
| GEMA | Gesellschaft für musikalische Aufführungs- und mechanische Vervielfältigungsrechte |
| HTTP | Hypertext Transfer Protocol |
| IETF | Internet Engineering Task Force |
| ISDN | Integrated Services Digital Network |
| ISO | Internationale Organisation für Normung |
| Linux | LINus torvalds UniX |
| Mac | Macintosh |
| MMS | Microsoft Media Server Protocol |
| Modem | Modulator und Demodulator |
| MPEG | Motion Picture Expert Group |
| OS | Operating System |
| OSI | Open Systems Interconnection |
| IIS | Internet Information Server |
| IP | Internet Protocol |
| QoS | Quality of Service |
| QTSS | Quicktime Streaming Server |
| RTP | Real-Time Transport Protocol |
| RTCP | Real-Time Control Protocol |
| RTSP | Real-Time Streaming Protocol |
| SMIL | Synchronized Multimedia Integration Language |
| TCP | Transmission Control Protocol |
| UDP | User Datagram Protocol |
| UNIX | Uniplexed Information and Computing System |
| VR | Virtual Reality |
2 Abbildungsverzeichnis
| Abbildung | Beschriftung |
|---|---|
| 1 | Abbildung des ISO/OSI-Modells |
| 2 | Zuordnung der Streaming Protokolle zum ISI/OSI Modell |
| 3 | Streaming Kommunikation bei Benutzung der Real-Technologie |
| 4 | Abbildung einer SureStream Qualitätsanpassung |
| 5 | Abbildung einer Unicast Kommunikation |
| 6 | Abbildung einer Multicast Kommunikation |
3 Einleitung
Seit Anfang der neunziger Jahre hat sich ein regelrechter Hype auf multimediale Inhalte im Internet entwickelt. Die privaten Haushalte nutzen immer häufiger Breitbandinternetanbindungen[1] und sind im Laufe der Zeit zunehmend bestrebt neue Inhalte unterschiedlichster Art im Netz anzuschauen. Diese Hausarbeit bietet ein umfangreiches Bild der vorhandene Streamingplattformen, Codecs und Servertechniken. Ein Schwerpunkt der Ausarbeitung liegt auf der Erläuterung aktueller Streaming Technologien und auf der Darstellung verschiedener Software-Encoder. Darüberhinaus werden in der Hausarbeit die Technologien von mobilen Endgeräten dargestellt. Abschließend wird ein Ausblick auf kommende Mobilfunktechniken wie zum Beispiel DVB-H gegeben, der sich besonders zur breitbandigen Übertragung von Videos eignet.
4 Geschichte
Real Networks gilt als Pionier im Bereich Streaming Media. Anfang 1994[2] brachte RealNetworks, ein Startup Unternehmen, gegründet vom ehemaligen Vice President of Multimedia and Consumer Systems bei Microsoft, den Real Player auf den Markt. Erstmals war es, dank der RealAudio Technologie, möglich Streaming Media Inhalte zu verbreiten. Da die Bandbreite unter den Heimanwendern 1994 14.4Kbps betrug, war die Bandbreite zu langsam, um Videoinhalte zu streamen. Im Februar 1997 wurde die Version 4.0 von Real Systems vorgestellt, die erstmals eine Videoübertragung unterstützte. Eine überarbeitete Version erschien schon im Oktober 1997, die Fullscreen-Video, Streaming Flash, pay-per-view und ad inseration unterstützte. Microsoft erkannte nun erstmals das Potential des Streamings, da absehbar war, dass in den darauffolgenden Jahren die Anzahl der Heimanwender, sowie die Bandbreite sprunghaft ansteigen würde. Somit wurde die Netshow Technik überarbeitet und die Windows Media Technologie auf den Markt gebracht. Im darauf folgenden Jahr kaufte RealNetworks den Hauptkonkurrenten Vivo Software, kündigte den Support von SMIL an und stellte das RealSystem G2 vor, das erstmals SureStream, RealText & RealPix, RTSP,AVI-, ASF-, JPEG-, VIV- und WAV-Support bot. 1999 kooperierte RealNetworks mit Netscape um nicht an den, im Internet Explorer standardmäßig integrierten Windows Media Player Kunden zu verlieren und kaufte Xing Technologies, den führenden MP3-Entwickler. In den weiteren Jahren wurden die Streaming Technologien nicht weiter nennenswert ausgebaut und es wurden immer mehr Kunden von Real Networks an Microsofts Produktpalette verloren. Da Microsoft eine offensive Marketingstrategie hat und in vielen Marktsegmenten ein Monopol hält, sind die Produkte von RealNetworks in den letzten Jahren immer weiter in den Hintergrund gedrängt worden und der einstige Anteil von fast 90% ist im Laufe der Zeit immer weiter gesunken.
5 Grundlagen
5.1 Web Radio / Audio Stream
Die Audioübertragungen im Internet haben sich in den letzten Jahren rapide gesteigert und haben den Weg für die Internetstreamingtechnologien geebnet. Mit den immer schnelleren Übertragungsraten der Anschlüsse von Heimanwendern und den verbesserten Kompressionsalgorithmen ist es selbst für Anwender mit schlechteren Internetanschlüssen, wie etwa einem Modem- oder ISDN-Anschluss, möglich in den Genuss von Radioübertragungen im Internet zu kommen. [3]
5.2 Web TV / Video Stream
Diese Art des Streamings ist sowohl von der rechtlichen Grundlage als auch vom technischen Aspekt wesentlich komplexer als das Audio-Streaming. Die immer schnelleren Übertragungsraten von Internetanschlüssen der Heimanwender haben in den letzten Jahren riesige Videoportale entstehen lassen, die mehrere Millionen Videos in diversen Qualitäten bereitstellen. [4]
6 Was ist Streaming?
Beim Streaming werden Übertragungen von zeitbasierten, speicherintensiven Medien wie Audio und Video in kleine Datenpakete zerlegt, die einen kontinuierlichen Datenstrom gewährleisten können, in dem der Streaming-Server immer mehr Daten verschickt, als die Player-Software gerade benötigt.[5]
Diese Art von Zwischenspeichern nennt man „Buffering“. Dieses Buffering stellt sicher, dass der Wiedergabevorgang bei kurzzeitigen Bandbreitenveränderungen eine gewisse Toleranz bereitstellt, um den Wiedergabevorgang nicht zu unterbrechen. [6]
Aus diesem Grund müssen Streaming Media Technologien in der Lage sein, flexibel mit dem Verlust kleinerer Teile der wiederzugebenden Informationen umzugehen und gleichzeitig mit den beschränkten Bandbreiten der Internetanschlüsse umgehen zu können. [7]
6.1 Vorteile
- Schneller Videostart
- einfaches Spulen ohne Vorladezeit
- Videos können auch parallel abgespielt werden
- Deutlich weniger Übertragungsvolumen
- Live-Übertragung
- Auch von Usern mit langsamen Internetanbindungen nutzbar
6.2 Arten
Eine wichtige Unterscheidung zwischen den Streamingverfahren ist die Differenzierung von On-Demand Streaming und der Technologie des Live Streaming.
6.2.1 On-Demand Streaming
Beim On-Demand Streaming werden die Daten vom Client beim Server angefragt und anschließend übertragen. Die Wiedergabe beginnt bereits während der Übertragung und kann jederzeit vor- oder zurückgespult bzw. auch angehalten werden. Die Clientsoftware verfügt über einen Buffer, der Daten, die im voraus geschickt wurden, bereithält, falls sich die Bandbreite der Internetverbindung ändert oder sich ein größerer Paketverlust einstellt.[8]
Bekannte Protokolle die im On-Demand Streaming, beispielsweise auf den bekannten Videoportalen genutzt werden sind HTTP und FTP.
Dank der Verbreitung von Breitbandinternetanschlüssen haben sich in den letzten Jahren einige pay per view Anbieter gegründet, die wie virtuelle Videotheken funktionieren. Man kann sich den Film, den man anschauen möchte aussuchen und zahlt dann auch nur für diesen und nicht, wie im Rundfunk üblich, für jede Sendung. On-Demand Streaming kann weiterhin als Vertriebsweg von Software genutzt werden. So kann der Benutzer die gewünschte Software aussuchen und die Installationsdatei wird vom Server per Stream übertragen und ausgeführt. Der Vorteil für die Hersteller besteht darin, dass durch die Pufferung der Daten, während des Installationsprozesses, am Schluss keine Installationsdatei vorhanden ist, die weiterverbreitet werden kann. Natürlich muss in Verbindung mit dem On-Demand Streaming eine zuverlässige Plattform mit einer hohen Bandbreite bereitgestellt werden, die über ein ausgereiftes Bezahlsystem verfügt.
Weiter Einsatzgebiete sind:
- E-Commerce
- Image Videos
- Produkt- und Firmendarstellungen durch Audio, Video und Text
- Schulungen
6.2.2 Live Streaming
Live Streaming übermittelt den Datenstrom direkt von einem Encoder, der in Echtzeit Audio- oder Videosignale digitalisiert und diese dem Server encodiert sendet. Dieser hat nur die Aufgabe die Daten live an die Clients zu senden. Auf diese Art erhält jeder Client die gleichen Daten zum gleichen Zeitpunkt, da die Informationen nicht auf dem Server gespeichert sind und wie beim On-Demand Streaming beliebig abrufbar. [9]
Aus Sicht des Clients unterscheiden sich On-Demand und LiveStreaming nicht. In beiden Fällen erhält die Player-Software einen Datenstrom, den sie bis zum Abbruch auf Client- oder Serverseite wiedergibt. Beim On-Demand Streaming werden die Informationen nach Bedarf bereitgestellt. Das Live Streaming dagegen leitet die vom Encoder dem Server bereitgestellten Daten an die anfordernden Clients weiter.
Bekannte Protokolle die im Live Streaming genutzt werden sind RTP, RTCP und RTSP.
So eignet sich Live Streaming unter anderem perfekt für Konferenzen oder der gleichzeitigen Übertragung von Fernsehprogrammen als Internet-TV. Weitere Einsatzgebiete sind:
- Konzertübertragungen
- Showübertragungen
- Auktionen/Ausstellungen
- Lehrveranstaltungen
- Internet-Radio
- Sponsoring/Werbung
7 Techniken, Protokolle und Technologien
7.1 Datenkompression
Da die Übertragungsbandbreite einer der begrenzenden Faktoren bei der Übertragung von Daten ist, muss über Kompression von Daten mit speziellen Algorithmen der Datenstrom möglichst klein gehalten zu werden, um die Audio- und die Videodateien fortlaufend übertragen zu können. [10] Zur Komprimierung werden die Daten Serverseitig mit verschiedenen Encodern verkleinert und durch die passenden Decoder auf der Clientseite wieder in ein entsprechendes Format gebracht.
7.2 Encoder
7.2.1 Einführung
Der Encoder ist dafür zuständig die vorhandenen Daten in einem Format zu codieren, dass über das Netzwerk übertragbar ist. Da Live-Streaming im Idealfall in Echtzeit geschieht, um eine möglichst genaue, verzögerungsfreie Präsentation zu ermöglichen, sind die Anforderungen an den Encoder entsprechend hoch. Je nach Streaming-Art muss der Encoder eine hohe Rechenleistung aufbringen können um große Datenmengen zu verarbeiten.
7.2.2 On-Demand Encoder
Das On-Demand Streaming stellt hohe Anforderungen an die Festplattenkapazität des Servers dar. Je nach Audio- und Videodatei und benutzten Codec kann ein 10 minütiges Video in der Bildgröße von 320 x 240 Pixel zwischen 20 MB und 3,5 GB annehmen. Wenn man bedenkt, wie viele Millionen Videos auf bekannten Videoportalen bereitgestellt werden, kann man erahnen welche Dimensionen diese Hardwareanforderungen annehmen. Selbst sehr stark encodierte Daten sind je nach Format und Länge platzraubend.
7.2.3 Live Encoder
Der Live Encoder nimmt die Daten, die er über die Audio- bzw. Videokanäle eingespeist bekommt, auf und encodiert sie in mehreren Bitraten, um diese verschiedenen Formate als Stream dem Netzwerk bereitzustellen. So können unterschiedlich schnelle Bandbreitengeschwindigkeiten passende Streamingqualitäten nutzen. Falls der Live Encoder den Hardwareanforderungen nicht mehr gerecht wird und die Dekodierung nicht mehr in Echtzeit bewältigen kann, gerät die Übertragung ins Stocken bzw. bricht unter Umständen komplett zusammen.
7.3 Codec
Der Codec ist eine, der Komprimierung entnommene Technologie, um die Größe der zu übertragenden Daten möglichst verlustfrei zu reduzieren. Das Wort Codec setzt sich aus den zwei Worten „Compression“ und „Decompression“ zusammen und diese Wortzusammensetzung erklärt die benutzte Technik. [11]Da im Internet die Übertragungsbandbreite eine der Haupteinschränkungen ist, wird mit Hilfe von Algorithmen das Audio- und Videomaterial möglichst stark zu komprimieren. Im Internet ist verlustlose Kompression bei den momentan genutzten Bandbreiten nicht nutzbar und so muss mit Hilfe von Codecs eine verlustbehaftete Kompression durchgeführt werden. Da das menschliche Nervensystem darauf ausgelegt ist bestimmte vorliegende Informationen zu filtern und nur ein kleiner Bruchteil der eingehenden Signale neu verarbeitet werden muss, um die darin enthaltenen Informationen bzw. Veränderungen zu registrieren, ist es möglich dies beim Komprimieren der Audiovisuellen Daten auszunutzen. So werden beispielsweise Bild und Ton nur zu bestimmten Teilen übertragen und die restlichen Informationen baut sich unser Gehirn selbst zusammen. Bei der Audiowiedergabe können beispielsweise nicht für das menschliche Gehirn aufnehmbare Geräusche herausgeschnitten werden und die Bildübertragung kann auf weniger Bilder pro Sekunde beschränkt werden. Sind die Daten erst einmal codiert und übertragen, kann der Client diese wieder mit Hilfe des selben Codecs dekomprimieren und weiter verarbeiten bzw. darstellen.
7.4 ISO / OSI Modell
Das OSI-Schichtenmodell (Open Systems Interconnection Reference Model) wird als Schichtenmodell der Internationalen Standardisierungsorganisation (ISO) bezeichnet. Dieses Schichtenmodell ist die Grundlage auf der Kommunikationsprotokolle entwickelt werden. Die verschiedenen Aufgaben der Kommunikation wurden dazu in sieben modular aufeinander aufbauende Schichten organisiert. Es ist für jede Schicht festgelegt, was diese können und zu leisten hat. [12]
Die einzelnen Schichten sind folgendermaßen definiert:
- 1.Bitübertragungsschicht
Diese Schicht definiert die physikalischen Eigenschaften der Übertragungswege, z.B. Telefonkabel, Koaxialkabel, Lichtwellenleiter usw..
- 2. Sicherungsschicht
Sie ermöglicht eine fehlerfreie Übertragung der empfangenen / gesendeten Daten. Ihre Aufgabe ist die Erkennung und Vermeidung von fehlerhaften Datenpaketen.
- 3. Vermittlungsschicht
Diese dient zur Verwaltung zwischen höheren Schichten und den Rechnern im Netzwerk. Die Kommunikation kamm verbindungslos oder verbindungsorientiert sein. Zusätzlich kümmert sich diese Schicht um die Wegewahl im Netz.
- 4. Transportschicht
In der Transportschicht wird eine Fehlererkennung und ggf. eine Korrektur durchgeführt, falls einige Daten nicht zufriedenstellend sind übermittelt werden.
- 5. Kommunikationssteuerungsschicht
Die Kommunikationssteuerungsschicht verwaltet den Dialog zwischen den zwei Anwendungen. Dazu gehört der Auf- und Abbau der Verbindung und die Art des Dialoges (Voll- bzw. Halbduplex).
- 6. Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht ist für die Syntax der Daten, wie Format (Komprimierung) und Kodierungsart (Zeichensatz, Verschlüsselung) zuständig.
- 7. Anwendungsschicht
Diese Schicht definiert die Kommunikationsschnittstellen für die Anwendungen, die darauf zugreifen.
Die folgende Abbildung zeigt die relative Lage der Streaming-Protokolle innerhalb des OSI Referenzmodells. [13]
7.5 Netzwerkprotokolle
Um möglichst verzögerungsfreies Streaming von beispielsweise Radio- und Videoprogrammen zur Verfügung zu stellen, werden spezielle Netzwerkprotokolle verwendet. Diese Netzwerkprotokolle werden in diesem Unterpunkt erläutert und vorgestellt.
7.5.1 RTP
RTP steht für das Real-Time Transport Protocol. RTP arbeitet mit dem, im Vergleich zu TCP, schnelleren Protokoll zusammen und ermöglicht eine kontinuierliche Übertragung von Streams (über IP-basierte) Netzwerke. Da UDP ohne Fehlerabfrage arbeitet, kommt es gelegentlich vor, dass „kaputte“ Datenpakete ankommen bzw. Datenpakete verloren gehen. Dies wird mit Hilfe eines Buffers aufgefangen, der sich dank der schnelleren Übertragung unter UDP schnell genug füllt. Zur Sicherstellung der Synchronisierung und der korrekten Reihenfolge der Datenpakete wird im Header eines jeden RTP-Pakets ein sogenannter timestamp benutzt, der eine genaue chronologische Zuordnung gewährleistet. RTP wird meist in Verbindung mit den Protokolle RTSP und RTCP genutzt. [14]
Das RTP-Protokoll beinhaltet folgende Bestandteile:
- Versionsnummer
- Sequenznummer (dient der Erkennung von Datagrammverlusten)
- Datenformat
- Sender-ID
- Zeitstempel/timestamp
- Nutzdaten
7.5.2 RTSP
RTSP steht für Real-Time Streaming Protocol. Es dient der “Steuerung von kontinuierlicher Übertragung von audiovisuellen Daten (Streams)“. Die Firmen Apple und RealNetworks nutzen das Real-Time Streaming Protocol in ihren Programmpaketen RealSystem und QuickTime. Das Protokoll arbeitet bidirektional und so können sowohl der Client, als auch der Server Anfragen über bestimmte Daten abschicken. [15] RTSP dient der Steuerung von Datenströmen, der Wahl zwischen UDP, TCP, IP, Multicast und RTP-basierter Auslieferungsmechanismen oder um den Aufbau und die Authentifizierung von Sessions zu überwachen. Mit dem RTSP werden beispielsweise der Datentransport, die Steuerung der Wiedergabe, die Wahl zwischen den verschiedenen SureStreams und die Übermittlung der Clipinformationen, sowie Authentifizierung realisiert.
7.5.3 RTCP
Das Realtime Control Protocol ist ein von der IETF (Internet Engineering Task Force) geschaffenes Kontrollprotokoll, das Parallel zum Realtime Transport Protocol (RTP), das dem Transport von Audio- und Videodaten dient, entwickelt und spezifiziert wurde. Das RTCP bietet primär Dienste für die Überwachung der Datenübertragung bezüglich des Dienstgüteverhaltens an. Diese Einhaltung von „Quality of Service“ bedeutet, dass der Server eine Rückmeldung vom Client mit Angaben über bisherige Qualität des Streams erhält. Daraus folgend kann eine Anpassung der Übertragungsrate erfolgen. Der Austausch von Steuernachrichten dient desweiteren der Identifikation aller Sitzungsteilnehmer. So können RTCP-Dienste unter anderem die Verlustraten und die Laufzeiten von Datenpaketen bestimmen. Darüberhinaus bietet das RTCP Dienste für die Übermittlung von Identifikationsinformationen innerhalb einer Videokonferenz an. RTCP basiert auf der periodischen Übertragung von Kontrollpaketen an alle Besucher einer RTP-Session und erweitert RTP um den Transport von Kontrollinformationen. [16]
7.5.4 MMS
MMS steht für Microsoft Media Services Protocol. Dieses Protokoll wird standardmäßig vom Microsoft Streaming-Server verwendet, um Datenpakete und Steuerungsbefehle zu übertragen. Nach der Verbindungsaufnahme werden zuerst Steuerungsbefehle per TCP an das Ziel versendet, während die Übertragung der Datenpakete mit Hilfe einer Technik namens Protocol Rollover vonstatten geht. Mit dem Protocol Rollover versucht der Server dem Client den Datenstrom über verschiedene Protokolle zu senden. Dies hat den Hintergrund, dass häufig Firmen und Institutionen, die üblicherweise viele Dienste und Ports blockieren, HTTP zumindest zulassen. Das Rollover Protocol versucht die Verbindungsaufnahme zuerst über MMSU (das Microsoft Media Server Protocol/UDP), das über UDP Daten überträgt. Ist dies nicht möglich, wird über das MMST (das Microsoft Media Server Protocol/TCP) versucht eine Verbindung über das langsamere, aber sicherere TCP-Protokoll herzustellen. Wenn die ersten beiden Versuche fehlschlagen, wird versucht über das üblicherweise freigeschaltete HTTP-Protokoll (Hypertext Transfer Protocol) zu streamen.
7.6 Technologie
Es gibt viele verschiedene Streaming-Lösungen, die von diversen Firmen für unterschiedliche Verwendungszwecke entwickelt werden, doch den größten Marktanteil teilen sich die Firmen Apple und RealNetworks mit der offenen Real-Video-Technologie und Microsoft mit der nicht offengelegten MMS-Technologie.
7.6.1 Real-Video-Technologie
Möchte ein Benutzer einen Video-Stream von einem Real-Server abrufen, so muss zuerst eine Verbindung zum Server aufgebaut werden. Diese Verbindung wird in mehreren Schritten erzeugt. Im folgenden soll der Ablauf der Herstellung einer Verbindung genauer erläutert werden.
1. Der Anwender ruft innerhalb des Browsers eine Seite mit Verweis auf einen Real-Stream auf. Der Browser sendet eine Anfrage an den Real-Server, welcher die Daten bereithält.
2. Der Web Server sendet die Anfrage an den Medienserver. Dieser erstellt dann eine Datei mit allen benötigten Informationen (*.ram), welche an den Browser übergeben wird. Die Informationsdatei wird vom Browser an den Real-Player weitergeleitet. Aus dieser Datei kann der Player Informationen über Adressen des gewünschten Streams auslesen.
3. Es folgt eine kurze Phase der lokalen Verarbeitung durch die Player-Software. Ist dies geschehen, so wird eine Anfrage von der Software an den Server gesendet und eine direkte Verbindung wird aufgebaut.
4. Der Server überträgt die Daten an die auf dem lokalen PC installierte Software, welche bereits nach kurzer Zeit mit der Wiedergabe des Signals beginnt.
7.6.2 SureStream-Technologie
Bei der SureStream-Technologie werden verschiedene Informationen in Form von Audio und Videodaten, sowie Animationen und Multimedia-Präsentationen als Datenströme im Internet zur Verfügung gestellt. Dabei liegt das Hauptaugenmerk darin, dass unterschiedliche Bandbreiten bedient werden können, sowie übliche im Internet aufkommende Schwankungen ausgeglichen werden. Die SureStream-Technologie passt sich automatisch der Internetverbindung des Anwenders an. In einer Vorauswahl wird die grobe Verbindungsgeschwindigkeit gewählt und das SureStreaming passt die Einstellungen des zu übertragenden Medium, wie etwa Kompressionsfaktor oder Anzahl der Frames, variabel an. [17] Bemerkt der Server eine Änderung der Bandbreite, wechselt er automatisch auf eine niedrigere Bit-Rate um weiterhin störungsfrei streamen zu können.
7.6.3 Bereitstellung mehrerer alternativer Quellen
Bei dieser Art der Bereitstellung von Streams werden beispielsweise Videos in diversen Auflösungen und Kodierungen bereitgestellt, um möglichst jede Datenübertragungsrate des Benutzers unterstützen zu können. Dabei gibt der Benutzer seine Internetgeschwindigkeit an, über die er verfügt und der Server sucht dank dieser Information den passenden Stream aus. Hierzu wird auf dem Real-Server zum Beispiel eine SMIL-Datei (Synchronized Multimedia Integration Language) abgelegt, welche Informationen zu den verschiedenen auf dem Server abgelegten Videos beinhaltet. Hier kann der Hoster selbstständig unterscheiden, wie viele Versionen er von seinen zu streamenden Mediendateien bereitstellt. Findet nun eine Anfrage mit einer stark begrenzten Bandbreite statt, wählt der Server aus der SMIL-Datei die passende Streamingdatei.
7.6.4 Unicast
Das Unicasting entspricht der konventionellen Art von Datenübertragung im Internet. Für jeden neuen Player wird eine neue Verbindung geöffnet, über die der Stream die notwendigen Steuerbefehle überträgt und somit das Pausieren, Stoppen, Spulen und Springen in Videos ermöglicht. Bei Liveübertragungen werden alle Clients gleichzeitig mit identischem Inhalt beliefert. Wie bei einer Rundfunksendung können Daten zentral gesendet werden und von mehreren Clients empfangen werden. Diese Technik hat zur Folge, dass der Streaming Server übermäßig belatest wird, da jeder Client einen eigenen, exklusiven Datenstrom erhält. Auf diese Art werden Netzressourcen unnötig verbraucht, da mehrere Streams gleichzeitig denselben Teil der Übertragungsstrecke nutzen, um unterschiedliche Clients zu erreichen. [18]
7.6.5 Multicast
Beim Multicasting versucht man diesem Problem vorzubeugen, in dem Router entscheiden, ob der ankommende Datenstrom in unterschiedliche Subnetze aufgeteilt werden muss oder nicht. Erst wenn dies der Fall ist, werden weitere Netzwerkressourcen belegt. So können die vorhandenen Ressourcen effizienter genutzt werden. Da diese Technik im Internet schwer praktizierbar ist, wird sie momentan meist nur in internen Firmen- und Hochschulnetzen betrieben. [19]
7.7 Mobile Technologien
7.7.1 DAB
Digital Audio Broadcast (DAB) ist Digital-Rundfunk für stillstehende und bewegliche Empfangseinrichtungen. Es wurde in den 80er Jahren im Rahmen von EUREKA entwickelt und von der ETSI und der ITU standardisiert.[20] Die digitale Rundfunkübertragung zeichnet sich gegenüber der analogen Übertragung durch eine konstant hohe Audioqualität aus, die der CD-Qualität gleichkommt. Digital Audio Broadcast verwendet das Musicam-Verfahren zur Audiokompression, das auf MPEG-1-Audio Layer-2 (MP2) basiert. Die Nutzdatenraten für die Audiosignale liegen zwischen 1,2 Mbit/s und 1,5 Mbit/s. Die Datenraten für einen Stereo- oder Surroundkanal können bis zu 384 kbit/s betragen.
7.7.2 DMB
Der von der ETSI im Jahre 2005 standardisierte Broadcastdienst Digital Multimedia Broadcast (DMB) zielt auf interaktive multimediale Dienste für Mobilgeräte. Einen verwandten Anspruch haben Digital Video Broadcasting DVB und speziell das DVB-H Verfahren. Als Übertragungsinfrastruktur benutzt Digital Multimedia Broadcast das Netz von Digital Audio Broadcast (DAB), das um eine vom Empfänger ausgeführte Fehlerkorrektur ergänzt wird. Durch diese spezielle Fehlerkorrektur-Technik können die DMB-Signale auch an geografisch ungünstigen Empfangsorten fehlerfrei dargestellt werden. [21] Dies ist für den mobilen Empfang besonders wichtig, da sich die Empfangsbedingungen stets ändern können. DMB betreibt mit dem breitbandigen DAB-Netz für das Broadcast und setzt beim Rückkanal auf vorhandene Mobilfunknetze. Die DMB-Videosignale werden in MPEG-4 codiert und mit einer Übertragungsrate von über 1 Mbit/s übertragen.
7.7.3 DVB-H
DVB for Handhelds (DVB-H) ist aus dem Standardvorschlag DVB-X für Mobilfernsehen entsprungen. Ausgangspunkt für DVB-X bildet DVB-T mit einer Datenrate von etwa 9 Mbit/s, die in einem 8-MHz-Kanal im UFH-Bereich erreicht wird. Digital Video Broadcasting for Handhelds (DVB-H) ist eine Weiterentwicklung des DVB-T und kann bis zu 25 Datendienste über einen DVB-T übertragen. Diese Dienste werden komprimiert und regelmäßig verschickt und so wird beim Endgerät durch intelligente Pufferung und Zusammensetzung der übertragenden Dienste die Dauer des Batteriebetriebs verlängert. [22] Für die Datenübertragung verwendet DVB-H das IP-Protokoll. Die zugrunde gelegte Datenrate beträgt 384 kbit/s und ist vollkommen genügend für eine gute Ton- und Videoqualität auf einem Monitor mit einer Bildauflösung mit 320 x 240 Bildpunkten. DVB-H sind die unteren Schichten mit der Bitübertragungsschicht und der Sicherungsschicht für den Zugriff definiert. Die darüber liegende Transportschicht unterstützt das IP-Protokoll, das UDP-Protokoll und das RTP-Protokoll. Die darüber liegende Schicht wird für die IP-Datacast-Protokolle genutzt. Darüberhinaus enthalten diese die Programm-Navigation zwischen den Diensten, unterstützen interaktive Dienste und die Verschlüsselung von Programmen. Da in IP-Datacast auch die Ansteuerung des Mobilfunkkanals vorgesehen ist, bietet DVB-H mit diesem Rückkanal einen Upstream-Kanal für interaktive Anwendungen.
8 Streamingplattformen
8.1 Real Networks
8.1.1 Server
Real Networks ist der Vorreiter im Streaming Bereich und hat sein wichtigstes und bekanntestes Produkt, den RealPlayer schon im Jahre 1994 eingeführt. Dieser wurde nach und nach weiterentwickelt und um den RealPlayer hat sich eine komplette Produktpalette gebildet, die auch Streamingserver-Lösungen umfasst. Dabei bietet Real Networks den Streamingserver in der Basic-Version kostenlos an. Dieser kann allerdings nur bis zu 25 Clients maximal gleichzeitig mit Daten beliefern. In der Produktpalette befindet sich der Realsystem Server Plus 8.0, der kostenpflichtig ist und bis zu 65 Clients mit Daten beliefern kann. Darüberhinaus gibt es noch die Realsystem Server Professional 8.0 Lösung, die zwischen 100 und 2000 Clients bedienen kann. RealNetworks nutzt die gleiche Technik wie Apple und unterstützt unter anderem RTP, RTCP, RTSP, UDP, HTTP und der RealPlayer ist für alle gängige Betriebssysteme portiert. [23]
8.1.2 Encoder und Codec
Real Networks bietet den Real Producer als Encoder in zwei Versionen an. Die Basic Version ist, angelehnt an die Streamingserver von RealNetworks, kostenlos und während die Plus Version kostenpflichtig ist. Diese Encoder können Daten in die von Real patentierten Codecs RealAudio und RealVideo, konvertieren. Der Vorteil der Producer Plus Version besteht darin, dass es möglich ist verschiedene Streamraten in einer Datei zu platzieren (Sure Streaming) und er unterstützt OnDemand-Streaming und Live-Streaming in allen Versionen. Diese Technik ist mit dem Producer Basic nur eingeschränkt nutzbar weshalb jeder professionelle Streamer, dank der Möglichkeit, der intelligenten Anpassung von Bitraten, zu dem Producer Plus greifen sollte. Der Real Producer kann Streams in Echtzeit codieren, um so erst Live Streaming zu ermöglichen. Da mit dem Real Producer Plus eine Möglichkeit zur Bandbreiten Simulation mitgeliefert wird, ist es dem Hoster von Audio- und Videodaten möglich, das beim Kunden ankommende Endergebnis zu betrachten. Real Networks verwendet das *.rm Format bzw. auch *.ra für Audio und *.rv für Video, für die RealVideo- und Real-Audio Codecs. Weiterhin werden RealText für Text und RealFlash für Shockwave Flash, als Container für gängige Formate genutzt, sowie RealPix für Bilder im JPEG-Format und GIF-Format.
8.1.3 Player
Der Real Player ist, wie sein Pendant von Apple, in der Basis Version kostenlos und muss in der Real Player Plus Version kostenpflichtig von Real Networks bezogen werden. Der Real Player ist als einziger der drei großen Player auf allen gängigen Betriebssystemen verfügbar und kann problemlos eingesetzt werden. Die Betriebsystem-Kompatibilität des Real Player ist, neben der Möglichkeit Präsentationen via SMIL zu steuern, einer der großen Vorteile gegenüber anderen Player-Lösungen.
8.2 Apple
8.2.1 Server
Der QTSS (Quicktime Streaming Server) wird mit dem Apple Mac OS X Server Betriebssystem mitgeliefert und nutzt die gleiche Streaming-Technologie, wie Real Networks. Zur Datenübertragung werden RTP, RTSP oder HTTP verwendet. Da Apple eine intelligente Relayschaltung mehrere Serer ermöglicht, ist es möglich nahezu unbegrenzt viele Zuschauer, sowohl im Unicast, als auch im Multicast, zu bedienen. Der mitgelieferte QTSS Publisher verwaltet die Wiedergabelisten und der beim gewöhnlichen Mac OS X mitgelieferte Quicktime Broadcaster kann für die Live Übertragungen verwendet werden. Basierend auf der offenen Technologie, ist der Quicktime Streaming Server in Form des DSS (Darwin Streaming Server) für diverse andere Betriebssysteme verfügbar. Dieser ist als Open Source Software erhältlich und beinhaltet die gleichen Funktionen, bei einer schlechteren Benutzerführung. Grundsätzlich wird der DSS nur in Verbindung mit OnDemand-Streaming genutzt, kann aber in Verbindung mit dem Live-Encoder mp4live aus dem mpeg4-ip-Projekt auch für Live-Streaming Anwendungen verwendet werden. [24]
8.2.2 Encoder und Codec
Apple bietet zum Encodieren von Multimedia Dateien im Gegensatz zu Real Networks und Microsoft kein spezielles Programm, da diese Aufgabe der Quicktime Pro Player erledigen kann. Zum Encodieren werdem der QDesign Music Codec v1 / v2 und der Sorenson Video 3 Codec genutzt. Diese sind in der Quicktime Architektur fest eingebettet, können allerdings keine flexiblen Bitraten verarbeiten. Um diese Funktion nutzen zu können muss eine gesonderte Software von Sorenson käuflich erworben werden. Apple verwendet für das Streaming kein eigenes Datei-Format, sondern benutzt eine zusätzliche Spur für die Streaming Informationen im eigenen *.mov Datei-Format. Um mit der Apple Software-Lösung überhaupt Live-Streaming anbieten zu können, ist es notwendig den kostenpflichtigen Media Broadcaster von Sorenson zu kaufen.
8.2.3 Player
Der bekannte Quicktime Player wird von Apple in der Basisversion kostenlos angeboten und unterstützt das hören und schauen von Audio Streams und Video Streams. Diese Version unterstützt sowohl das On-Demand, als auch das Live Streaming mit dem RTP und RTSP Format. Daneben werden alle üblichen Audio- und Videoformate unterstützt, sowie das Quicktime VR (Virtual Reality Tool), die Apple Skript Programmiersprache, sowie Flash 4 und SMIL.
8.3 Microsoft
8.3.1 Server
Der MSS (Microsoft Streaming Service) baut auf dem IIS-Server (Internet Information Server) auf und funktioniert somit nur auf den Windows NT Servern, auf dem Windows 2000 Server und auf dem Windows 2003 Server. Alle für den Heimanwender üblichen Microsoft Betriebsyssteme, wie Windows 9x/Me/XP/Vista werden nicht unterstützt. Weiterhin gibt es von Microsoft keine Bemühungen den MSS für andere Betriebssysteme zur Verfügung zu stellen. [25]
8.3.2 Encoder und Codec
Microsoft bietet den Windows Media Encoder, als kostenloses Encoding-Tool zum Download bereit. Dieser Encoder konvertiert alle gängigen Audio- und Videodateien in das WMA-Format(Windows Media Audio) oder das WMV-Format(Windows Media Video). Weiterhin gibt es kostenlose Programme, mit denen sich die Metadaten der vorhandenen Videos editieren lassen und die Encodierungsprofile verändert werden können. WMA und WMV sind proprietäre Weiterentwicklungen des MPEG-4 Videoformats und basieren teilweise auf den eigens entwickelten Windows Media Video v7 / v8 / v9 Codecs für Videos, sowie dem Windows Media Audio und dem Sipro ACELP.NET für Audio. Microsoft hat es dem Windows Media Encoder erstmals möglich gemacht ein Videosignal zu encodieren und an einen Windows Media Streaming Server weiterzuleiten(Encoder Pull), um es von dort aus als Live-Stream an die Clients weiter zu senden.
8.3.3 Player
Der Windows Media Player von Microsoft ist aktuell in der Version 11 für Windows verfügbar und ist zum Abspielen aller gängigen Audio- und Videoformate fähig. Zusätzlich zum Abspielen von Dateien kann man den Windows Media Player auch als Mediendatenverwalter, beispielsweise von tragbaren MP3-Playern oder der Verwaltung von Wiedergabelisten, nutzen. Da der Windows Media Player im Gegensatz zu der Konkurrenz von Real Networks und Quicktime nicht mit SMIL-Dateien umgehen kann, wird dieses Feature von Microsoft in Verbindung mit dem Internet Explorer ab Version 5.5 (Service Pack 2) mitgeliefert. Microsoft hat 2006 die Arbeiten am Windows Media Player for Mac mit der Versionsnummer 9 eingestellt. Aus diesem Grund ist es notwendig mit dem kostenlos für Mac Betriebssysteme erhältlichem filp4Max Decoder Plugin für Quicktime diese abzuspielen. Unix/Linux Benutzer können über ein kostenpflichtiges Crossover Plugin oder der kostenlosen Emulationssoftware WINE den Windows Media Player starten. Da gerade im Linuxbereich viele findige Open Source Hobby Entwickler vorhanden sind, gibt es mittlerweile weitere eigens für Linux produzierte Mediaplayer die Unterstützung für Windows Media bieten.
9 Fazit
Zusammenfassend kann man sagen, dass sich die Streaming Technologien einer immer größeren Beliebtheit erfreuen. Auf lange Sicht bietet sich ein hohes Maß an Potenzial. Die Streaming Technologien machen das Internet als Kommunikations- und Unterhaltungsplattform unumgänglich. [26] Die unterschiedlichsten Technologien sind mittlerweile den Kinderschuhen entwachsen, greifen jedoch noch nicht als Massenmedium. Die Qualität der Streams hängt maßgeblich von der Bandbreite der Internetzugänge ab, die für die Übertragung zur Verfügung steht. Es ist zu erwarten, dass diese in naher Zukunft von den Telekommunikationsunternehmen noch weiter erhöht wird. Darüber hinaus optimieren die Anbieter von Streamingplattformen fortlaufend ihre angebotenen Codecs, sodass sich eine immer besser werdende Qualität der Streams abzeichnet. Der Endanwender darf gespannt auf die Zukunft und auf DVB-H sein, welches als Standard für Handy TV festgelegt wurde. Seitdem steigt die Anzahl der Nutzer kontinuierlich. Die Entwicklung muss weiter voranschreiten um diese Technologien massentauglich zu machen. Neue Anreize müssen für die Endverbraucher geschaffen werden, da sich kaum ein Anwender einen vollständigen Kinofilm o.ä. auf seinem Handy anschauen möchte. Zudem muss der Ausbau von Sendemasten und der Verkauf von DVB-H Endgeräten weiter vorangetrieben werden, um ganz Deutschland in den Genuss von Handy TV kommen zu lassen.
10 Fußnoten
- ↑ Vgl. Netzagentur Statistik Breitbandverbindungen
- ↑ Vgl. Real Networks, Inc.
- ↑ Vgl. Galileo Press (2001) S.28ff
- ↑ Vgl. Galileo Press (2001) S.30ff
- ↑ Vgl. Prof. Dr. Dr. Friedrich W. Hesse
- ↑ Vgl. Universität Hannover, 2.Absatz
- ↑ Vgl. Hanser Fachbuchverlag; Auflage: 1 (2003) S.261ff
- ↑ Vgl. FHTW-Berlin Abschnitt 2
- ↑ Vgl. Universität Hannover, 4.Thema
- ↑ Vgl. Universität Gießen
- ↑ Universität Heidelberg Abs.1
- ↑ Vgl. TU Darmstadt S.13ff
- ↑ Vgl. Universität Jena (2004) S.11
- ↑ Vgl. Universität Kaiserslautern (2002), S.12ff.
- ↑ Vgl. Universität Kaiserslautern (2002), S.18ff.
- ↑ Vgl. Hanser Fachbuchverlag; Auflage: 1 (2003) S.272ff
- ↑ Vgl. Galileo Press (2001) S.274ff
- ↑ Universität Jena (2004) S.10ff
- ↑ Universität Heidelberg Abs.1
- ↑ Universität Kaiserslautern S.1ff
- ↑ Universität Stuttgart S.5ff
- ↑ Vdm Verlag Dr. Müller (Mai 2008) S.10ff
- ↑ Vgl. Smartbooks; Auflage: 1 (2003) S.488ff
- ↑ Vgl. Galileo Press (2001) S.420ff
- ↑ Vgl. Galileo Press (2001) S.367ff
- ↑ Vgl. elektroniknet
11 Literaturverzeichnis
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| Vdm Verlag Dr. Müller (Mai 2008) | Mobile TV: DVB-H: Grundlagen, Technik und Anpassung der Inhalte an das neue Medium, Helge Kaiser, ISBN 3639011260 |
| Prof. Dr. Dr. Friedrich W. Hesse | Prof. Dr. Dr. Friedrich W. Hesse http://www.e-teaching.org/technik/aufbereitung/video/streaming/ (14.07.2009 22:22) |
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| elektroniknet | Mobiles Internet: Mit neuen Geräten kommt der Boom http://www.elektroniknet.de/home/kommunikation/fachwissen/uebersicht/drahtlose-kommunikation/baugruppen-systeme/mobiles-internet-mit-neuen-geraeten-kommt-der-boom/druckversion/ |
| FHTW-Berlin | H. Mittendorfer, Streaming Media http://newmedia.idv.edu/thema/streaming_2/start.htm#2 |
| Galileo Press (2001) | Detlef Randerrath, Streaming Media, ISBN 3898421368 |
| Smartbooks; Auflage: 1 (2003) | Uwe Mutz, Web Multimedia. Das SmartBooks-Kompendium, ISBN 3908492610 |
| Hanser Fachbuchverlag; Auflage: 1 (2003) | Anatol Badach, Sebastian Rieger, Matthias Schmauch, Web-Technologien ISBN 3446221492 |
| Universität Heidelberg | Klaus Kirchner, M.A., http://multimedia.uni-hd.de/index.html?video.html |
