DVD-kvalita videave firemní síti

S nástupem MPEG-4 se v nedávné době na scéně objevil výkonný videostandard, který lze použít např. pro aplikace ty...


S nástupem MPEG-4 se v nedávné době na scéně objevil výkonný videostandard,
který lze použít např. pro aplikace typu video-on-demand, PC conferencing,
digitální TV nebo také v monitorovacích systémech. Technologie podporovaná
novou generací serverů zaručuje vysoký výkon a využitelnost.
Využití multimédií v prostředí internetu brzdily v předchozích letech dva
faktory: nízká dostupnost odpovídajících šířek pásma v síti a poměrně málo
účinné technologie pro kompresi a streaming. Díky postupnému rozšíření
kabelového, ADSL či PLC (Powerline Communication) připojení nebo spolu s
připravovaným zprovozněním sítí UMTS se rozvíjí infrastruktura s dostatečnou
šířkou pásma, určená pro využití nových technologií z oblasti multimédií a
digitálního videa. Ale teprve prosazení efektivní a standardizované přenosové
technologie otevírá brány do nejrůznějších oblastí použití. MPEG-4 v
současnosti představuje dobře promyšlený a akceptovaný standard. Nástupce
MPEG-2 přitom nepředstavuje žádný vlastní formát nebo kompletní architekturu.
Spíše jde o kodek (kodér-dekodér), který komprimuje digitální videozáznamy s
vícekanálovým zvukem.
MPEG-4, nástupce standardu MPEG-2, který má být využíván mj. i pro poskytování
multimediálního obsahu na internetu či v oblasti DVD, slibuje oproti současným
technologiím nižší bitrate. Očekává se, že bude využíván v množství různých
typů přístrojů včetně TV set-top boxů či mobilních telefonů. Firmy Apple a
RealNetworks přitom patří mezi největší zastánce nového standardu.

Účinná komprese
MPEG-4 byl původně vymyšlen pro úsporné ukládání multimediálních dat, postupně
se ale tento standard vyvinul v platformu pro mnohostranné použití. Tato
technologie je přitom zajímavá zejména pro streaming aplikace. Účinnou kompresí
značně klesá objem velkých multimediálních souborů a stream může být během
downloadu reprodukován bez časového zpoždění. Výhodou je rovněž dobrá kvalita
audioi videozáznamu při nízkých nárocích na šířku pásma. Videofilm lze nyní bez
problémů přenášet jako stream v TV kvalitě přes existující širokopásmová
připojení. Vedle video-on-demand (VoD) se nabízejí další četné možnosti použití
od živého vysílání přes PC conferencing až po e-learning, monitorovací systémy
a digitální televizi. MPEG je otevřený standard vyvinutý týmem Motion Joint
Picture Expert Group (MJPEG), pro který existuje dekódovací software
pokrývající jednotlivé platformy (Windows, Linux, Mac OS, Unix), který obecně
klade jen malé požadavky na hardware. Kodek může být integrován také ve
streaming řešeních, jako jsou Windows Media Player firmy Microsoft, Real Player
nebo známý DivX, jejichž specifické rutiny ovšem ukládají data do paměti ve
vlastních formátech, a proto nejsou kompatibilní. Každý MPEG způsob komprese je
v zásadě poznamenán ztrátami (podobně jako například JPEG). Používá tzv.
Interframe Coding, založený na přechodných redundancích. To znamená, že obrázky
ve videosekvencích, tedy rámce, které následují jeden po druhém, se liší jen
málo. Algoritmy komprese berou za základ referenční obrázky (Masternebo
I-rámce), které se přenášejí celé. Vždy v následujícím P-rámci jsou obsaženy
pouze rozdíly oproti předchozímu obrázku, z čehož se sestaví nový obrázek. Pro
další snížení potřeby paměti se mezi oba obrázky vsune ještě B-rámec, který je
interpolován z předchozího a následujícího obrázku.

Objektová orientace
Novinkou u MPEG-4 je důsledné objektově orientované zpracování. Objekty v
obrázku jsou izolovány a přenáší se pouze jejich změna, resp. pohyb. Stejně tak
není třeba stále znovu nákladně přenášet neměnné pozadí, ale pouze odchylky od
původního obrázku. Aby bylo možné optimálně reagovat na různé požadavky
objektů, jsou ve specifikaci MPEG-4 definovány různé typy a profily, které se
dají flexibilně použít podle typu konkrétní úlohy. Objektová orientace zahrnuje
rovněž audioreprodukci. Zvuky se přitom dají reprodukovat jak nekomprimované,
tak i pomocí virtuálních nástrojů, které přehrávají audiodata jako podle not.
Kombinace uvedených typů zpracování zaručuje kvalitu zvuku, která téměř
dosahuje kvalitativní úrovně stereofonních audio CD.

Přístupnost dalšímu rozvoji
Rozhodující předností architektury MPEG-4 je její otevřenost pro další vývoj.
Protože standard definuje pouze funkce dekodérů, jsou tyto komponenty v zásadě
schopny reprodukovat také streamy zdokonalených kompresních kodeků, pokud jsou
standardu přizpůsobeny. Nová výkonnostní měřítka stanovuje MPEG-4 Advanced
Simple Profile (ASP) kodek, který jako standard pro kompresi uznává i Internet
Streaming Media Alliance (ISMA, standardizační výbor pro streaming služby).
Tento standard se vyznačuje velmi efektivním výkonem kódování. V praxi redukuje
při konstantní kvalitě obrazu potřebu šířky pásma jednoho MPEG-2 streamu, která
se pohybuje mezi 4 a 6 Mb/s, na pouhých 1,2 až 1,5 Mb/s. To odpovídá růstu
kompresního výkonu přibližně o faktor čtyři. Motion Detection a kontrola
kódování zaručují vysokou kvalitu a výkon s maximálním zpožděním 200 ms. Tím
odpovídají i požadavkům komplexních systémů pro PC conferencing.
K tomu, aby bylo možno efektivně implementovat streaming řešení založených na
standardu MPEG-4 v podnikovém prostředí, je třeba zohlednit existující IT
strukturu a specifika streaming softwaru. Aplikace založené na MPEG-4 mohou
podle konkrétního případu použití vytvořit i přes vysoký stupeň komprese
extrémní datovou zátěž uvnitř sítí. Proto by se měly začlenit především do
existujících storage struktur. Např. řešení typu Storage Attached Network (SAN)
lze dobře kombinovat se streaming infrastrukturou a lze je také snadno
rozšířit, protože poskytují značnou šířku pásma, vysokou dostupnost a efektivní
management dat a kapacit. Potřebné investice, které se z velké části omezují
čistě na prostředí streamingového serveru, tak zůstávají dále k dispozici.

Měnitelný a spolehlivý
Schopnost integrace je jedna věc, možnost rozšíření věc druhá. Streaming
servery by měly být snadno rozšiřitelné, protože s rostoucí akceptací a
poptávkou musí růst i výkonnost systémů. Doporučit tak lze streaming systém
sestavený z více paralelních serverů, protože doplněním dalších jednotek se dá
nejen pružně měnit a rozšiřovat, ale je také zabezpečen proti výpadku. Vadné
komponenty se pak dají vyměnit, aniž by to negativně ovlivnilo celý systém,
resp. dostupnost. Systém pro load balancing prostřednictvím servisních gatewayí
rovnoměrně rozděluje zatížení storage a CPU na jednotlivé subsystémy. Tak je
zaručena rovnoměrná distribuce požadovaných videostreamů. Paralelní souborový
systém pro videodata umožňuje sdílení obsahu, aby k jednomu a témuž souboru
mohly současně přistupovat různé servery. Z takového souborového systému
profitují zejména VoD služby, protože na určitá videodata se lze několikrát
dotazovat v malých časových intervalech.
K zaručení spolehlivé distribuce obsahu, která současně klade relativně nízké
nároky na náklady vynaložené na síťovou infrastrukturu, je třeba udržovat co
nejnižší zatížení sítě. Koncem 90. let byly proto velkým providerům zřízeny
uzavřené širokopásmové sítě, nazývané Content Delivery Networks (CDN). Ve
srovnání s aktuálními řešeními na bázi internetu jsou však tyto sítě poměrně
drahé.

Lokální zrcadlové servery
Levnou alternativu, kterou lze centrálně spravovat, představují distribuované
VoD systémy, které se dají snadno zaintegrovat do každé datové sítě. Skládají
se z jednoho centrálního VoD serveru a lokálních serverů, jejichž obsahy se
automaticky a centralizovaně dolaďují. To redukuje objem síťového přenosu,
protože lokální zrcadlové servery připravují na místě streamy, aniž by
zatěžovaly celou síť obsluhují tedy dotazy cíleně "z okraje" internetu. Metoda
je ovšem transparentní díky jednotné URL. Optimální server, tedy ten
nejrychlejší a nejlépe dosažitelný, se dynamicky zjišťuje podle síťového
spojení a zatížení.
Broadcasting a kontrolní služby naproti tomu vyžadují tok dat, který se "živě"
a ve stejném okamžiku paralelně přenáší do mnoha různých bodů, následkem je tak
značné zatížení sítě. Streaming server a infrastruktura sítě by proto měly být
schopny multicastingu to znamená, že server již neobsluhuje všechny dotazy
jednotlivě, ale naopak vyšle jedenkrát multicast-stream, který se v případě
potřeby přesměruje ze speciálních routerů do subsítí a na dotazující klienty.
Přes multicast lze úsporně realizovat živé přenosy v internetu.
Integrované funkce managementu obsahu serverového systému doplňují výkonnou
distribuci videostreamu. Zaručují jednoduchou správu formátů, informací o
autorských právech, přístupových práv a četnosti přístupů i vyúčtování poplatků
a to pro každého content providera. Servery, které mohou v ideálním případě
převzít všechny vzniklé úlohy videostreamingu, značně redukují náklady na
administraci. Odpadají zde problémy s nekompatibilitou rozhraní, protože různé
služby jsou implementovány v serverovém řešení výrobce křížovými vazbami.
Jednotlivé komponenty se mohou navzájem přizpůsobit a jednotné uživatelské
rozhraní zjednodušuje denní rutinní práce.

Odstartováno
Debata o optimální technologii streamingu je již delší dobu v plném proudu.
Diskutuje se o licenčních poplatcích i o výkonnosti produktů různých výrobců a
platforem. Velká přednost řešení založených na MPEG-4 na tom nezávisí:
Technologie je promyšlená, díky své otevřenosti pro další vylepšení kodeku
zaručeně perspektivní a již dnes je k dispozici. Díky výkonným serverům a
širokopásmovým přístupům k internetu se objevují nové možnosti použití, jako je
například digitální televize (DVB).

Vysvětlivky k použitým výrazům
ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) širokopásmový přístup k internetu přes
běžný měděný telefonní kabel pro přijímací rychlosti až 9 Mb/s
ASP (Advanced Simple Profile) konformní MPEG-4 kodek pro videovysílání přes
internet
Kodek (Codec, Compression-Decompression) algoritmus pro kompresi a dekompresi
multimediálních dat
DVB (Digital Video Broadcasting) standard pro digitální televizi
JPEG (Joint Photographic Experts Group) metoda a formát komprimace pro obrázky
zatížená ztrátami
MPEG (Motion Joint Picture Expert Group) komprimační metoda pro multimediální
soubory zatížená ztrátami
Multicast současné vysílání dat do několika cílových bodů
Stream rovnoměrný tok dat velkých multimediálních souborů, které mohou být
reprodukovány již během přenosu (downloadu)
UMTS (Universal Mobil Telecommunications System) výkonný standard mobilních
sítí umožňující poskytování multimediálních služeb









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.