Adaptive Bitrate Streaming (ABS) ist eine Technik zum Streamen von Medien, bei der die Bitrate des Videostreams dynamisch an die verfügbare Bandbreite angepasst wird. Dadurch kann dem Benutzer ein besseres Seherlebnis geboten werden, da die Pufferung entfällt. Die Videoqualität ist höher, wenn die verfügbare Bandbreite höher ist, und niedriger, wenn die verfügbare Bandbreite niedriger ist.
Aber warte! Hier werden viele schwergewichtige Begriffe verwendet. Wenn Ihnen das alles über den Kopf geht, machen Sie sich keine Sorgen. Nachdem Sie diesen Blog gelesen haben, werden Sie nicht nur ein klares Verständnis davon haben, was adaptives Bitraten-Streaming ist, sondern Sie werden auch wissen, warum es entstanden ist, wie es funktioniert und welche Vorteile es bietet. Wir werden alle Nuancen abdecken, die dazwischen auftreten.
Bevor wir uns mit adaptivem Bitraten-Streaming befassen, ist es wichtig zu verstehen, warum es überhaupt entwickelt wurde. Adaptives Bitraten-Streaming entstand als Lösung für ein Problem, das das Internet seit seiner Einführung plagt: die Videopufferung.
Wenn Sie sich jemals ein Video auf YouTube angesehen haben, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie es aus erster Hand erlebt haben. Beim Puffern wird das Video für einen Moment angehalten, um weitere Daten zu laden, bevor die Wiedergabe fortgesetzt wird. Dies geschieht normalerweise, wenn nicht genügend „Bandbreite“ vorhanden ist, um das Video mit der aktuellen „Bitrate“ zu streamen.
Was ist nun Bandbreite? Und was ist Bitrate? Einfach ausgedrückt ist Bandbreite die Datenmenge, die in einem bestimmten Zeitraum zwischen zwei Netzwerkknoten (Ihrem Gerät und dem Internet) übertragen werden kann (normalerweise gemessen in Bits pro Sekunde). Sie können sich Bandbreite als eine Leitung vorstellen, die die Videodaten vom Internet zu Ihrem Gerät überträgt. Je breiter die Leitung, desto mehr Daten können übertragen werden und desto flüssiger ist die Videowiedergabe. Ebenso ist die Rate dieses Flusses die Bitrate (oder „Bitrate“).
In den Anfängen des Internets gab es kein adaptives Bitraten-Streaming. Es gab nicht einmal eine Pufferung – zumindest in dem Sinne, wie wir es kennen. Ein Video musste vollständig heruntergeladen werden, bevor es abgespielt werden konnte.
Zur Veranschaulichung: die durchschnittliche Bandbreite im Jahr 1994 lag sie bei 28.8 kbit/s. Es hätte gedauert mindestens 92 Stunden zum Herunterladen eines 720p-Films (oder 1.2 GB). Warum zumindest? Denn wenn der Download pausiert oder mittendrin abbricht (oder ein großer Paketverlust auftritt, was im Internet häufig vorkommt), müssten Sie noch einmal von vorne beginnen. Da ist es kaum überraschend Netflix begann als DVD-Verleihdienst!
In 1995, Macromedia hat seinen Shockwave Player für Netscape Navigator veröffentlicht. Dies war der erste Mediaplayer, der Videos über einen Webbrowser streamen konnte. Browserbasiertes Streaming bedeutete, dass Benutzer Videos ansehen konnten, ohne sie separat herunterladen zu müssen. Aus vielfältigen Gründen kam es jedoch häufig zu Latenzen. Dies veranlasste die Akteure der Branche, nach anderen Optionen zu suchen, und der progressive Download war genau das, was sie brauchten. Obwohl nicht klar ist, wann der progressive Download zum ersten Mal implementiert wurde, gehört zu seinen frühen Implementierungen Apples Fast Start in QuickTime Player im Jahr 1999.
Progressiver Download ermöglicht eine flüssigere Wiedergabe. Es wurde weithin angenommen und es entstanden proprietäre Lösungen rund um es. Es blieben jedoch weiterhin einige Probleme bestehen.
Durch den progressiven Download war es möglich, Videobilder sofort zu rendern, sobald sie ankamen. Dadurch konnte die Wiedergabe beginnen, ohne das gesamte Video herunterladen zu müssen, wodurch das Problem der langen Wartezeiten gelöst wurde. In langsamen Netzwerken konnten Benutzer die Wiedergabe starten, anhalten und vollständig laden lassen, um ein qualitativ hochwertiges Seherlebnis zu genießen. Solange genügend Daten vorhanden sind, um das Video ohne Pausen abzuspielen, hätte ein Rückgang der Bandbreite keinen Einfluss auf die Qualität.
Aber der progressive Download brachte eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Eine große Herausforderung bestand darin, dass viel Bandbreite verbraucht wurde. Das gesamte Video wird heruntergeladen, auch wenn der Großteil des Videos nicht angesehen wird. Darüber hinaus konnte der progressive Download nicht viel gegen plötzliche Änderungen der Bandbreite, des Paketverlusts oder sogar der Gerätespezifikationen unternehmen. Diese Faktoren würden zu Wiedergabeproblemen wie Pufferung, Stottern und Pausen führen. Wenn das Video schließlich mit einer bestimmten Bitrate gestreamt wird, können Sie nicht zu einer anderen Bitrate wechseln und erwarten, dass das Video dort beginnt, wo Sie aufgehört haben.
Wie schafft man es, all diese Enten in einer Reihe aufzustellen und sie mit einer Klappe zu schlagen? Die Antwort der Branche war Adaptive Bitrate Streaming.
Adaptive Bitrate Streaming hat das Spiel verändert! Es ebnete den Weg für die reibungslose Video-Streaming-Welt, in der wir heute leben. Um zu verstehen, wie adaptives Bitraten-Streaming funktioniert, ist es wichtig, zwei Schlüsselkonzepte zu kennen: Manifestdateien und Encoder.
Eine Manifestdatei ist eine Textdatei, die Informationen zu allen Videostreams (oder Varianten) enthält, die Teil eines adaptiven Bitraten-Streams sind. Es enthält auch andere Metadaten wie Auflösung, Codec, Sprache, Bildrate usw. sowie Zeitstempel, die angeben, wann jedes Segment wiedergegeben werden soll. Kurz gesagt, eine Manifestdatei fungiert wie eine Wiedergabeliste für Ihre Videostreams. Hier ist ein Beispiel dafür, wie eine solche aussehen könnte:
Wie Sie sehen, wird jede Variante durch eine Mediendatei mit einer bestimmten Bitrate repräsentiert. Das EXT-X-STREAM-INF-Tag enthält Informationen über diesen Stream, beispielsweise die Bandbreite und die verwendeten Codecs. Sie werden außerdem das Tag „#EXTM3U“ am Anfang der Datei bemerken. Dies wird als M3U8-Wiedergabeliste bezeichnet und ist ein beliebtes Format für Manifestdateien. Es ist erwähnenswert, dass M3U8-Dateien die UTF-8-Zeichenkodierung verwenden, die internationale Zeichen unterstützt.
Wenn eine Manifestdatei die Wiedergabeliste ist, sind Encoder die Instrumente, die die Musik (oder in diesem Fall Videostreams) erstellen. Encoder nehmen ein Quellvideo und codieren es in einen oder mehrere Ausgabestreams mit unterschiedlichen Bitraten und Auflösungen – normalerweise im Bereich von 144p bis 1080p. Diese codierten Videodateien werden dann in kleine Blöcke von jeweils zwei bis acht Sekunden segmentiert und auf einem Webserver gespeichert, von wo aus sie bei Bedarf von den Clients abgerufen werden können.
Es ist wichtig zu beachten, dass jede Variante eine andere Bitrate hat, aber alle den gleichen Codec verwenden. Dies liegt daran, dass verschiedene Codecs nicht kreuzkompatibel sind. So wie Sie eine Limonadenflasche nicht mit einem Weinöffner öffnen können, können Sie den H.264-Codec nicht für ein Variantensegment und VP9 (einen anderen beliebten Codec) für ein anderes Untersegment verwenden.
Nachdem wir nun wissen, was Manifestdateien und Encoder sind, sehen wir uns an, wie adaptives Bitraten-Streaming funktioniert. Zur Verdeutlichung verwenden wir ein Beispiel. Nehmen wir an, Sie sehen sich auf Ihrem Telefon ein Video über LTE mit einer durchschnittlichen Bandbreite von 10 Mbit/s an. Sie beginnen mit der Wiedergabe eines 1080p-Videos, das mit dem H.5-Codec mit 264 Mbit/s kodiert ist. Der Player ruft dann die entsprechende Manifestdatei vom Server ab, die etwa so aussehen könnte:
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Wie Sie sehen, gibt es drei Varianten des Videos – jede mit einer anderen Bitrate codiert, aber mit demselben Codec (H.264). Anschließend lädt der Player das erste Segment der Variante herunter und spielt es ab, die seinen aktuellen Bandbreitenbedingungen am besten entspricht (in diesem Fall 5 Mbit/s). Dies wird für alle nachfolgenden Segmente so lange fortgesetzt, bis eine Änderung der Netzwerkbedingungen festgestellt wird oder der Benutzer zu einer anderen Auflösung wechselt.
Wenn sich Ihr Telefon beispielsweise in einen Bereich mit geringerer LTE-Abdeckung bewegt, beispielsweise 3G mit einer durchschnittlichen Bandbreite von 2 Mbit/s, wechselt der Player automatisch zum Abrufen von Segmenten aus einer der Varianten mit niedrigerer Bitrate, um Pufferprobleme zu vermeiden. Wenn Sie in der Player-Benutzeroberfläche manuell auf die Auflösung 720p oder 480p umschalten, werden stattdessen Segmente aus diesen Varianten abgerufen. Wenn Sie in ein Gebiet mit besserer LTE-Abdeckung zurückkehren, wird automatisch wieder auf den Abruf von Segmenten aus einer Variante mit höherer Bitrate umgeschaltet.
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Es gibt zwei beliebte Protokolle für adaptives Bitraten-Streaming: HTTP Live Streaming (HLS) machen Dynamisches adaptives Streaming über HTTP (DASH). Während HLS weiter verbreitet ist, erfreut sich DASH zunehmender Beliebtheit, da es sich um einen internationalen Open-Source-Standard handelt. Schauen wir uns jeden von ihnen im Detail an.
HLS wurde 2009 von Apple als Teil seiner QuickTime X-Anwendung für Mac OS X Snow Leopard entwickelt. Seitdem wurde es von vielen anderen Unternehmen wie Google, HP und Microsoft übernommen, um nur einige zu nennen. Das Protokoll verwendet normale Webserver anstelle von Streaming-Servern Wowza, Teyuto, oder Adobe Media-Server, die für andere Streaming-Protokolle unerlässlich sind, z RTMP oder RTSP. Beachten Sie, dass das Hinzufügen solcher Server die Leistung erheblich steigern kann. Wenn Sie sie jedoch überspringen möchten, ist das Einrichten eines HLS-Streams ein Muss – jeder Standard-Webserver und CDN erledigt den Job für Sie!
Der größte Vorteil der Verwendung von HLS besteht darin, dass es auf allen wichtigen Plattformen funktioniert, einschließlich iOS, Android, Windows Phone, tvOS, macOS, Microsoft Silverlight usw. Apple behält die Hegemonie von HLS auch dadurch bei, dass es andere wichtige Streaming-Protokolle auf Apple-Geräten nicht unterstützt. HLS verwendet jedoch das beliebte Containerformat MPEG-2 Transport Stream (M2TS), das von den meisten Mediaplayern gut unterstützt wird.
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DASH ist ein adaptives Bitraten-Streaming-Protokoll, das von der Motion Picture Experts Group (MPEG) entwickelt und unter ISO/IEC 23009 standardisiert wurde. Es verwendet dasselbe Containerformat wie HLS – M2TS – jedoch mit einer anderen Dateistruktur. Dies macht es für einige Mediaplayer schwierig, beide Protokolle zu unterstützen. Dafür gibt es aber Workarounds, etwa die Verwendung von DASH-kompatiblen Playern oder die Installation entsprechender Plugins.
DASH wurde so konzipiert, dass es auf mehreren Geräten und Netzwerken funktioniert, indem es ein gemeinsames Manifestdateiformat namens MPD (Media Presentation Description) verwendet. Dadurch können Clients die Bitrate des Videos basierend auf Netzwerkbedingungen und Gerätefunktionen dynamisch anpassen. Es unterstützt auch den Schutz von Online-Inhalten mithilfe von Verschlüsselungsschemata wie MPEG Common Encryption (CENC).
Du kannst dich Kontaktieren Sie die Experten von Teyuto um die Funktionalität, die Sie basierend auf Ihrem individuellen Anwendungsfall benötigen, besser zu verstehen. Es hilft Ihnen, eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, ob Sie DASH-Kompatibilität für Ihren digitalen Videomix benötigen oder nicht.
Heutzutage werden mehrere ABS-Algorithmen verwendet, da jeder Player seine eigenen Kriterien hat, um zu bestimmen, welche Bitrate als nächstes gestreamt werden soll. Sie alle weisen jedoch meist zwei Hauptmerkmale auf, nämlich Bitrate und Pufferbelegung. Einige Beispiele für ABS-Algorithmen sind:
Die Hauptidee von BOLA besteht darin, die aktuelle Pufferbelegung zu verwenden, um die zukünftige reibungslose Wiedergabe vorherzusagen. Die Bitrate wird dann so ausgewählt, dass eine Kostenfunktion minimiert wird, die die gewichtete Summe eines Glätteterms und eines Strafterms ist. Wir müssen hier beachten, dass BOLA im Gegensatz zu anderen Algorithmen normalerweise nicht die Netzwerkbandbreite vorhersagt. Vielmehr wird die aktuelle Pufferbelegung als Proxy verwendet, um zu entscheiden, welche Bitrate als nächstes gestreamt werden soll.
GDSF ist ein Ratenanpassungsalgorithmus, der sowohl die aktuelle Pufferbelegung als auch den aktuellen Verlauf der Netzwerkbandbreite verwendet, um zu entscheiden, welche Bitrate als nächstes gestreamt werden soll. Die Hauptidee besteht darin, die Pufferbelegung auf einem bestimmten Zielniveau zu halten und gleichzeitig die aktuelle durchschnittliche Netzwerkbandbreite zu maximieren.
In der Literatur werden für ABS mehrere auf maschinellem Lernen basierende Algorithmen vorgeschlagen. Diese Algorithmen lernen ein Modell aus den Daten (Netzwerkbandbreite, Pufferbelegung usw.) und verwenden dieses Modell, um die zukünftige reibungslose Wiedergabe vorherzusagen. Basierend auf dieser Vorhersage wird die Bitrate automatisch ausgewählt, um eine reibungslose Wiedergabe mit hoher Quality of Experience (QoE) zu gewährleisten.
Das adaptive Bitraten-Streaming bietet sowohl für Benutzer als auch für Inhaltsanbieter mehrere Vorteile:
Einer der größten Vorteile des adaptiven Bitraten-Streamings besteht darin, dass es die Pufferung weitgehend eliminiert. Dies führt zu einem viel flüssigeren Seherlebnis für den Benutzer, insbesondere auf Mobilgeräten, da deren Internetgeschwindigkeiten drastisch variieren können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Benutzer immer Videos in der besten Qualität ansehen können, die ihre Internetverbindung verarbeiten kann. Selbst wenn sie über eine langsame Verbindung verfügen, müssen sie sich also nicht durchgehend mit einem Video mit geringerer Qualität zufrieden geben. ABS passt die Bitrate automatisch an, wann immer Platz dafür vorhanden ist.
Da adaptives Bitraten-Streaming nur die erforderliche Datenmenge basierend auf der verfügbaren Bandbreite streamt, kann es zu erheblichen Einsparungen bei der Datennutzung führen.
Da ABS insgesamt ein besseres Seherlebnis bietet, kann es zu einer stärkeren Bindung und Bindung der Zuschauer führen. Dies gilt insbesondere für Live-Streaming, wo ABS ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal sein kann, das Verzögerungen bei der Wiedergabe verhindert.
Da adaptives Bitraten-Streaming nur die erforderliche Datenmenge streamt, kann dies zu geringeren Infrastrukturkosten für Inhaltsanbieter führen. Sie können ihre Ausgaben für Edge-Server senken und Spitzenverkehrszeiten leichter bewältigen.
Mit adaptivem Bitraten-Streaming haben Inhaltsanbieter mehr Kontrolle über die Qualität ihrer Videostreams. Dadurch können sie ein Gleichgewicht zwischen Qualität und Dateigröße finden, was auch zu erheblichen Einsparungen bei den Speicher- und Bandbreitenkosten führen kann.
Mit ABS können Inhaltsanbieter ein breiteres Publikum erreichen, indem sie ihre Videos auch über Verbindungen mit geringer Bandbreite zugänglich machen. Ein Videoplayer kann basierend auf den vorherrschenden Netzwerkbedingungen einen geeigneten Stream auswählen.
Da haben Sie es also! Adaptives Bitraten-Streaming ist eine großartige Möglichkeit, die Qualität Ihres Video-Streamings zu verbessern, ohne sich um Pufferung oder Unterbrechungen kümmern zu müssen. Damit stellen Sie sicher, dass Sie immer auf dem Laufenden sind.
Um mehr über adaptives Bitraten-Streaming und seine optimale Implementierung basierend auf Ihrem Anwendungsfall zu erfahren, Nehmen Sie noch heute Kontakt mit den Experten von Teyuto auf.
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