В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Как развивался Интернет? С передачи текстовых сообщений, потом фотографий, аудио и, наконец, видео. Причем на каждом этапе технологии увеличивали скорость доступа в сеть – от килобит и десятков килобит в секунду до десятков и сотен мегабит. С ростом скорости доступа развивались и технологии – 10 лет назад было технически невозможно записать и выложить в сеть видео в разрешении 4К, а оконечное оборудование пользователя было не способно этот материал воспроизвести. Сейчас же сделать это проще простого.
В чем же разница между просмотром/прослушиванием материалов в сети Интернет и эфирным приемом? Вне зависимости от типа эфирного вещания (цифровое или аналоговое) передающий комплекс работает только в одну сторону – к абоненту. Радиус зоны охвата передающего комплекса может составлять единицы и десятки километров, и в этой зоне программу может принимать неограниченное количество пользователей. При этом режим работы и параметры передатчика не зависят от количества “подключенных” абонентов. Одно из следствий такой схемы вещания – технически невозможно определить точное количество абонентов. Есть математические и статистические модели, которые могут предоставить лишь приблизительные цифры, но точных данных о количестве приемников, настроенных на данную программу, получить невозможно – физику тут не обманешь.
В сети Интернет все ровно наоборот. Каждый абонент, каждое устройство – это конкретный IP-адрес, и обмен данными осуществляется в обе стороны по принципу “запрос-ответ”. Не существует просто “эфира”, в который можно транслировать ту или иную информацию. Хотите передать видео – пожалуйста, но закачать его нужно на конкретный сервер. Один пользователь захотел посмотреть ваш файл – нет проблем. Пришло сто тысяч пользователей – сервер перегружен, и видео не смотрит никто.
При использовании стандартных протоколов (без шифрования и/или анонимизации) каждый клиент уникален и легко фиксируется. Отметим, что под клиентом мы подразумеваем именно устройство, а не реального человека. Если я посмотрел видео сначала со смартфона, потом с ноутбука, а потом с домашнего ПК – в большинстве случаев это будет учтено как три разных просмотра.
Для передачи аудио- и видеоданных в режиме реального времени используется следующая схема. У источника сигнала – эфирного пульта радиостанции или видеопульта на концерте – устанавливается кодирующий комплекс. Это может быть персональный компьютер с комплектом ПО или же “железное” решение. Отметим, что в большинстве случаев стоимость первого варианта заметно дешевле стоимости второго. Полученный сигнал отправляется по сети Интернет на высокопроизводительные серверы, которые, в свою очередь, раздают сигнал клиентам. Технически проще и дешевле отдать с точки трансляции один экземпляр потока на серверы, чем пытаться обработать все запросы на месте. Тем более что стандартные студии или концертные площадки не имеют в наличии серьезных серверных мощностей и хороших интернет-каналов.
Если скорость потока трансляции составляет 3 Мбит/с, то нагрузка на интернет-канал клиента и на сервер одинакова и составляет, соответственно, 3 Мбит/с входящего трафика у клиента и 3 Мбит/с исходящего трафика на сервере. Вроде все просто? А теперь представим, что таких клиентов десятки и сотни тысяч? И 3 Мбит/с превращаются в десятки и сотни гигабит в секунду. Обработать такие объемы данных не под силу даже десятку серверов, и здесь на помощь приходят так называемые CDN – Content Delivery Network, или сеть доставки контента.
CDN – это географически распределенный аппаратно-программный комплекс, цель которого – максимально быстро и без потерь доставить контент до пользователя. Современный CDN не просто отвечает за передачу данных, а решает десятки других задач, которые зачастую даже не видны конечным клиентам. Это может быть автоматическая генерация потока данных в зависимости от типа абонентского устройства, биллинг, конвертация данных в различные форматы, запись трансляции для последующего просмотра, отдача статических данных (например, уже записанных файлов) и многое другое.
Например, при трансляции ВГТРК Олимпийских игр в Сочи максимальное количество одновременно подключенных пользователей превысило 200 тыс. человек. А пик исходящего трафика составил более 220 Гбит/с. Отметим, что все зрители находились в разных точках планеты, использовали различные устройства для просмотра видео (смартфоны, планшеты, ПК, Smart-ТВ и т.п.) и при этом подключались через интернет-каналы различной скорости и качества. Каждому пользователю необходимо обеспечить минимальную задержку при старте трансляции, а также стабильную передачу данных на всем ее протяжении. Без распределенной сети серверов обеспечить все эти требования просто невозможно.
Итак, пользователь просто нажимает на кнопку Play, запуская тем самым большой и сложный процесс. Как же работает CDN? Ядро системы – это специализированное ПО и оборудование, которое распределяет нагрузку между всеми своими компонентами. “Ядром” называть это можно только условно, так как современные CDN практически полностью децентрализированы, и физически не существует центрального или главного сервера.
Одно из простейших решений для снижения нагрузки – создание географически распределенной сети дата-центров, когда каждый пользователь подключается к ближайшей точке присутствия CDN. Весь комплекс работает по принципу “балансировки нагрузки”, когда все запросы равномерно распределяются между узлами системы.
Не забудем про один немаловажный факт: создание и расширение CDN – это не просто установка новых серверов в новых городах и странах. Основа всего – программный код или логика, которая определяет – что, в каком формате и куда передавать или что делать в случае выхода из строя одного из узлов сети. Именно эта логика решает, с какого сервера отдать данные пользователю и по сути составляет основную ценность CDN как цельного механизма доставки контента.
В самом начале статьи мы упомянули о специфике передачи данных в сети Интернет. Если не рассматривать случаи хакерских атак или каких-то махинаций, то все клиенты нашей онлайн-трансляции легко учитываются. Можно определить страну и город, модель клиентского устройства, разрешение экрана, используемого для подключения интернет-провайдера, версию операционной системы и многое другое. Например, при трансляции фестиваля “Легенды Ретро ФМ” в 2015 году более 60% пользователей смотрели концерт с персональных компьютеров под управлением Windows и только около 15% подключались с устройств под управлением iOS или Android.
Возможность определения страны и города подключившегося зрителя позволяет продавать этот “контакт” рекламодателю. Это как раз и является одним из самых популярных методов монетизации аудио- или видеопотока. Современные технологии позволяют анализировать не только технические параметры подключения, но и другую дополнительную информацию – историю поиска в Интернете с данного устройства или данные из социальных сетей, что позволяет показывать таргетированную персональную рекламу.
Хороший пример – видеосервис YouTube, размещающий рекламные прероллы, или, иными словами, рекламный ролик, который демонстрируется перед показом запрошенного пользователем медиаконтента. Если в обычном эфирном телевидении вся реклама одинакова для всех зрителей, то в Интернете ровно наоборот – каждый клиент уникален, и для него можно показать персональную рекламу. Например, если мы определили, что клиент подключился с планшета – ему можно показать рекламу нового тарифа доступа в Интернет для планшетов.
Возможность геотаргетинга, или определения координат мобильного устройства, позволяет показывать рекламу, привязанную к месту нахождения клиента, – а это дает возможность рекламировать даже пиццерию на соседней улице. И такие возможности уже реальность, а не плод воображения фантастов.
Развитие технологий и вычислительных мощностей современной электроники позволяет использовать самые эффективные алгоритмы компрессии. MPEG-1 Layer 2/3 существует уже десятки лет и может быть декодирован чуть ли не чайником в вашей гостиной. В спутниковом вещании MPEG-1 Layer 2 до сих пор остается неким стандартом “де факто”, и большинство профессиональной аппаратуры для приема спутниковых программ рассчитано именно на него. На рынке существует огромное количество чипов и микросхем, которые умеют кодировать или декодировать данный формат, и по этой причине он будет еще долго востребован.
Но большинство бытовых устройств – планшеты, ноутбуки и смартфоны – универсальны. По сути, это мощный процессор, который может выполнять широкий спектр задач. Функциональность зависит только от фантазии и способностей программистов, разрабатывающих операционные системы и прикладное ПО для этих процессоров. Именно по этой причине за последние несколько лет форматы кодирования стремительно развиваются и раз за разом повышают свою эффективность. Стереозвук можно ужать до 20–30 кбит/с в формате AAC+, и на слух это будет звучать не хуже сигнала FM-радио.
При помощи кодека MPEG-4 H.264 видеоданные в разрешении Full HD можно сжать с битрейтом 4–5 Мбит/с, и картинка будет неплохо смотреться с расстояния в пару метров даже на большом телевизоре. Кстати, именно MPEG-4 H.264 используется для кодирования видео на дисках Blu-ray.
Активно развивается кодек H.265, который является логическим продолжением H.264 и характеризуется более эффективными алгоритмами сжатия. В стандарте заложена полная поддержка разрешений 4 и 8К. Своеобразная расплата за эффективность – более длительный процесс конвертации и повышенные требования к системным ресурсам при воспроизведении.
В 2015 году видеохостинг YouTube перешел на открытый кодек VP9, который стал обрабатывать загружаемые видео гораздо быстрее и качественней, чем это делал H.264. Как уверяют разработчики – те пользователи с медленным Интернетом, которые могли смотреть видео без буферизации в разрешении 480p, теперь смогут просматривать видео в разрешении 720p также без ожидания загрузки. Иными словами – объем передаваемых данных в некоторых случаях уменьшился практически вдвое, при этом качество осталось на прежнем уровне.
Читатель справедливо задаст вопрос – а почему не уходят с рынка старые и менее эффективные кодеки? Все просто – парк оборудования меняется гораздо медленнее, чем программное обеспечение. Например, большинство современных медиаплееров не способны воспроизвести H.265-поток. Производители уже сейчас делают чипы с аппаратной поддержкой H.265, но количество таких устройств у пользователей все еще слишком мало. Отметим, что для программного декодирования H.265 потока требуется мощный процессор. И далеко не каждый смартфон или ноутбук способен воспроизвести его без задержек.
Для примера рассмотрим организацию трансляции концерта “Легенды Ретро ФМ 2015” в сети Интернет. В Олимпийском было установлено несколько камер, сигнал с которых поступал на центральный видеопульт. С выхода пульта по HD-SDI сигнал подавался на видеокодер, который, в свою очередь, создавал два потока: SD (1 Мбит/с) и HD (3 Мбит/с). В качестве кодека видео использовался – H.264, кодек аудио – AAC+, 128 кбит/с. Указанные алгоритмы сжатия позволяют передать вполне качественную картинку и звук даже при таких низких битрейтах. Через проводное подключение к сети Интернет два потока подавались на ядро сети доставки контента, а уже с CDN видеопотоки запрашивались пользователями. Каждый пользователь мог выбирать качество трансляции и подключался, соответственно, к первому или второму видеопотоку.
В этой статье мы поговорили об основных характеристиках и технологиях онлайн-трансляций. Но прогресс идет семимильными шагами, сегодня уже доступна технология видеосъемки с обзором в 360 градусов, когда каждый зритель может в режиме реального времени вращать камеру вокруг своей оси. На штативе устанавливается несколько камер, сигнал с которых программным образом “склеивается”, и создается ощущение непрерывности изображения по горизонтали. Исходная конструкция не вращается и статично закреплена, но при этом зритель может свободно изменять поле зрения своей “виртуальной” камеры. При наличии очков виртуальной реальности вы фактически оказываетесь на сцене, рядом с солистом, или в самом центре танцевального партера. А что еще ждет нас в будущем?
Особую благодарность хочу
выразить компании CDNvideo
за предоставленную статистику
по онлайн-вещанию в сети Интернет
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #1, 2016
Посещений: 11334
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
