Lo streaming con bitrate adattivo (ABS) è una tecnica per lo streaming multimediale in cui il bitrate del flusso video viene regolato dinamicamente per corrispondere alla larghezza di banda disponibile. Ciò può fornire all'utente un'esperienza visiva migliore eliminando il buffering. La qualità video sarà maggiore quando la larghezza di banda disponibile è maggiore e inferiore quando la larghezza di banda disponibile è inferiore.
Ma aspetta! Qui vengono lanciati molti termini pesanti. Se tutto questo è andato oltre le tue possibilità, non preoccuparti. Dopo aver letto questo blog, non solo avrai una chiara comprensione di cosa sia lo streaming a bitrate adattivo, ma saprai anche perché è nato, come funziona e i suoi vantaggi. Copriremo tutte le sfumature che si presentano nel mezzo.
Prima di immergerci nello streaming a bitrate adattivo, è importante capire perché è stato creato. Lo streaming con bitrate adattivo è nato come soluzione a un problema che affligge Internet sin dal suo inizio: il buffering video.
Se hai mai guardato un video su YouTube, è probabile che tu l'abbia sperimentato in prima persona. Il buffering avviene quando il video viene messo in pausa per un momento per caricare più dati prima di continuare la riproduzione. Questo di solito accade quando non c'è abbastanza "larghezza di banda" per lo streaming del video al "bitrate" corrente.
Ora, cos'è la larghezza di banda? E cos'è il bitrate? In poche parole, la larghezza di banda è la quantità di dati che può essere trasferita tra due nodi di rete (il tuo dispositivo e Internet) in un dato periodo di tempo (solitamente misurato in bit al secondo). Puoi pensare alla larghezza di banda come a un tubo che trasporta i dati video da Internet al tuo dispositivo. Più largo è il tubo, maggiore è la quantità di dati che può trasportare e più fluida sarà la riproduzione del video. Allo stesso modo, la velocità di questo flusso è il bitrate (o "bitrate").
Agli albori di Internet non esisteva lo streaming con bitrate adattivo. Non c’è stato nemmeno alcun buffering, almeno nel senso in cui lo sappiamo. Un video doveva essere scaricato completamente prima di poter essere riprodotto.
In prospettiva, la larghezza di banda media nel 1994 era di 28.8 kbps. Ci sarebbe voluto almeno 92 ore per scaricare un film a 720p (o 1.2 GB). Perché almeno? Perché se il download si interrompesse o si interrompesse a metà (o si verificasse una grave perdita di pacchetti, un evento comune su Internet), dovresti ricominciare tutto da capo. Non è quindi una sorpresa Netflix è iniziato come servizio di noleggio di DVD!
Nel 1995, Macromedia ha rilasciato il suo Shockwave Player per Netscape Navigator. Questo è stato il primo lettore multimediale in grado di riprodurre video in streaming su un browser web. Lo streaming basato su browser significava che gli utenti potevano iniziare a guardare i video senza scaricarli separatamente. Ma le latenze erano prevalenti per ragioni di vasta portata. Ciò ha spinto gli operatori del settore a cercare altre opzioni e il download progressivo era esattamente ciò di cui avevano bisogno. Sebbene non sia chiaro quando sia stato implementato per la prima volta il download progressivo, una delle sue prime implementazioni include il Fast Start di Apple nel lettore QuickTime nel 1999.
Il download progressivo ha consentito una riproduzione più fluida. È stato ampiamente adottato e attorno ad esso hanno iniziato ad emergere soluzioni proprietarie. Tuttavia, persistevano ancora un paio di problemi.
Il download progressivo ha reso possibile il rendering dei fotogrammi video man mano che arrivavano. Di conseguenza, la riproduzione poteva iniziare senza scaricare l'intero video, risolvendo così il problema dei lunghi tempi di attesa. Su reti lente, gli utenti possono avviare la riproduzione, metterla in pausa e lasciarla caricare completamente per godere di un'esperienza visiva di alta qualità. Finché c'erano dati sufficienti per riprodurre il video senza pause, un calo della larghezza di banda non avrebbe influenzato la qualità.
Ma il download progressivo presentava una serie di sfide. Una sfida importante era che consumava molta larghezza di banda. Scaricherebbe l'intero video anche se la maggior parte del video rimane non guardata. Inoltre, il download progressivo non poteva fare molto in caso di cambiamenti improvvisi nella larghezza di banda, perdita di pacchetti o persino nelle specifiche del dispositivo. Questi fattori potrebbero causare problemi di riproduzione come buffering, balbuzie e pause. Infine, se il video viene trasmesso in streaming con un bitrate particolare, non puoi passare a un altro bitrate e aspettarti che il video inizi da dove eri rimasto.
Come allineare tutte queste anatre e colpirle con una fava? La risposta del settore è stata lo streaming con bitrate adattivo.
Lo streaming con bitrate adattivo è stato un punto di svolta! Ha aperto la strada al mondo dei video in streaming fluido in cui viviamo oggi. Per comprendere come funziona lo streaming con velocità in bit adattiva, è importante conoscere due concetti chiave: file manifest e codificatori.
Un file manifest è un file di testo che contiene informazioni su tutti i flussi video (o varianti) che fanno parte di un flusso con bitrate adattivo. Include anche altri metadati come risoluzione, codec, lingua, frequenza fotogrammi, ecc., insieme a timestamp che indicano quando ciascun segmento deve essere riprodotto. In breve, un file manifest funziona come una playlist per i tuoi flussi video. Ecco un esempio di come potrebbe apparire:
Come puoi vedere, ogni variante è rappresentata da un file multimediale con un determinato bitrate. Il tag EXT-X-STREAM-INF contiene informazioni su quel flusso, come la larghezza di banda e i codec utilizzati. Noterai anche il tag "#EXTM3U" all'inizio del file. Questa è nota come playlist M3U8 ed è un formato popolare per i file manifest. Vale la pena notare che i file M3U8 utilizzano la codifica dei caratteri UTF-8, che supporta i caratteri internazionali.
Se un file manifest è la playlist, i codificatori sono gli strumenti che creano la musica (o in questo caso i flussi video). I codificatori prendono un video sorgente e lo codificano in uno o più flussi di output a bitrate e risoluzioni diversi, in genere compresi tra 144p e 1080p. Questi file video codificati vengono quindi segmentati in piccoli blocchi da due a otto secondi ciascuno e archiviati su un server Web da dove possono essere recuperati secondo necessità dai client.
È importante notare che ciascuna variante avrà un bitrate diverso, ma utilizzeranno tutte lo stesso codec. Questo perché codec diversi non sono compatibili tra loro. Allo stesso modo in cui non puoi aprire una bottiglia di soda utilizzando un apribottiglie, non puoi utilizzare il codec H.264 per un segmento variante e VP9 (un altro codec popolare) per un altro sottosegmento.
Ora che sappiamo cosa sono i file manifest e i codificatori, vediamo come funziona lo streaming con bitrate adattivo. Utilizzeremo un esempio per rendere le cose più chiare. Supponiamo che tu stia guardando un video sul tuo telefono tramite LTE con una larghezza di banda media di 10 Mbps. Inizi a riprodurre un video 1080p codificato a 5 Mbps utilizzando il codec H.264. Il giocatore quindi recupera il file manifest corrispondente dal server, che potrebbe assomigliare a questo:
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Come puoi vedere, ci sono tre varianti del video, ciascuna codificata con un bitrate diverso ma utilizzando lo stesso codec (H.264). Il lettore quindi scarica e riproduce il primo segmento della variante che meglio si adatta alle attuali condizioni di larghezza di banda (in questo caso, 5 Mbps). Continuerà a farlo per tutti i segmenti successivi finché non rileverà un cambiamento nelle condizioni della rete o l'utente non passerà a una risoluzione diversa.
Ad esempio, se il tuo telefono si sposta in un'area con copertura LTE inferiore, ad esempio 3G con una larghezza di banda media di 2 Mbps, il lettore passerà automaticamente al recupero dei segmenti da una delle varianti con bitrate inferiore per evitare problemi di buffering. Allo stesso modo, se passi manualmente alla risoluzione 720p o 480p dall'interfaccia del lettore, inizierà invece a recuperare i segmenti da quelle varianti. Se torni in un'area con una migliore copertura LTE, tornerà automaticamente al recupero dei segmenti da una variante con bitrate più elevato.
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Esistono due protocolli popolari utilizzati per lo streaming con bitrate adattivo: HTTP Live Streaming (HLS) ed Streaming adattivo dinamico su HTTP (DASH). Mentre HLS è più ampiamente adottato, DASH sta guadagnando popolarità grazie al suo essere uno standard internazionale open source. Diamo un'occhiata a ciascuno di essi in dettaglio.
HLS è stato sviluppato da Apple come parte della sua applicazione QuickTime X per Mac OS X Snow Leopard nel 2009. Da allora è stato adottato da molte altre aziende come Google, HP e Microsoft, solo per citarne alcune. Il protocollo utilizza normali server Web invece di server di streaming come Wowza, Teyuto, o Server multimediale Adobe, che sono essenziali per altri protocolli di streaming come RTMP o RTSP. Tieni presente che l'aggiunta di tali server può aumentare significativamente le prestazioni. Tuttavia, se vuoi saltarli, diventa necessario impostare uno streaming HLS: qualsiasi server Web standard e CDN farà al caso tuo!
Il più grande vantaggio dell'utilizzo di HLS è che funziona su tutte le principali piattaforme tra cui iOS, Android, Windows Phone, tvOS, macOS, Microsoft Silverlight e così via. Apple mantiene l'egemonia di HLS anche non supportando altri importanti protocolli di streaming sui dispositivi Apple. Tuttavia, HLS utilizza il popolare formato contenitore MPEG-2 Transport Stream (M2TS), che è ben supportato dalla maggior parte dei lettori multimediali.
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DASH è un protocollo di streaming a bitrate adattivo sviluppato dal Motion Picture Experts Group (MPEG) e standardizzato secondo ISO/IEC 23009. Utilizza lo stesso formato contenitore di HLS – M2TS – ma con una struttura di file diversa. Ciò rende difficile per alcuni lettori multimediali supportare entrambi i protocolli. Ma ci sono soluzioni alternative a questo, come l'utilizzo di lettori compatibili con DASH o l'installazione di plug-in pertinenti.
DASH è stato progettato per funzionare su più dispositivi e reti utilizzando un formato di file manifest comune noto come MPD (Media Presentation Description). Ciò consente ai client di adattare dinamicamente il bitrate del video in base alle condizioni della rete e alle capacità del dispositivo. Supporta inoltre la protezione dei contenuti online utilizzando schemi di crittografia come MPEG Common Encryption (CENC).
Puoi contatta gli esperti di Teyuto per comprendere meglio le funzionalità di cui hai bisogno in base al tuo caso d'uso unico. Ti aiuterà a prendere una decisione informata sulla necessità o meno della compatibilità DASH per il tuo mix video digitale.
Esistono diversi algoritmi ABS utilizzati oggi poiché ogni giocatore ha i propri criteri per determinare quale bitrate trasmettere in streaming successivamente. Tuttavia, tutti hanno principalmente due caratteristiche principali, ovvero bitrate e occupazione del buffer. Alcuni esempi di algoritmo ABS includono:
L'idea principale di BOLA è quella di utilizzare l'attuale occupazione del buffer per prevedere la futura fluidità della riproduzione. Il bitrate viene quindi selezionato per minimizzare una funzione di costo che è la somma ponderata di un termine di uniformità e di un termine di penalità. Dobbiamo notare qui che, a differenza di altri algoritmi, BOLA in genere non prevede la larghezza di banda della rete. Piuttosto, utilizza l'occupazione corrente del buffer come proxy per decidere quale bitrate trasmettere in streaming successivamente.
GDSF è un algoritmo di adattamento della velocità che utilizza sia l'attuale occupazione del buffer sia la storia recente della larghezza di banda della rete per decidere quale bitrate trasmettere in streaming successivamente. L'idea principale è mantenere l'occupazione del buffer a un certo livello target massimizzando al tempo stesso la larghezza di banda media della rete recente.
Esistono diversi algoritmi basati sull’apprendimento automatico proposti in letteratura per l’ABS. Questi algoritmi apprendono un modello dai dati (larghezza di banda della rete, occupazione del buffer, ecc.) e utilizzano questo modello per prevedere la futura fluidità della riproduzione. Sulla base di questa previsione, il bitrate viene selezionato automaticamente per garantire una riproduzione fluida con un'elevata qualità dell'esperienza (QoE).
Lo streaming con bitrate adattivo presenta numerosi vantaggi, sia per gli utenti che per i fornitori di contenuti:
Uno dei maggiori vantaggi dello streaming con bitrate adattivo è che elimina in generale il buffering. Ciò porta a un'esperienza di visualizzazione molto più fluida per l'utente, soprattutto sui dispositivi mobili, poiché la velocità di Internet può variare drasticamente.
Un altro vantaggio è che gli utenti possono sempre guardare il video di migliore qualità che la loro connessione Internet può gestire. Pertanto, anche se la connessione è lenta, non dovranno accontentarsi di un video di qualità inferiore. L'ABS regolerà automaticamente il bitrate ogni volta che c'è spazio per farlo.
Poiché lo streaming a bitrate adattivo trasmette solo la quantità necessaria di dati in base alla larghezza di banda disponibile, può portare a risparmi significativi nell'utilizzo dei dati.
Poiché l'ABS offre un'esperienza visiva complessivamente migliore, può portare a un maggiore coinvolgimento e fidelizzazione da parte degli spettatori. Ciò è particolarmente vero per lo streaming live, dove l'ABS può rappresentare un importante elemento di differenziazione che impedisce ritardi nella riproduzione.
Poiché lo streaming a bitrate adattivo trasmette solo la quantità di dati necessaria, può portare a una riduzione dei costi infrastrutturali per i fornitori di contenuti. Riescono a ridurre le spese sui server periferici e possono gestire più facilmente i periodi di traffico di punta.
Con lo streaming a bitrate adattivo, i fornitori di contenuti hanno un maggiore controllo sulla qualità dei loro flussi video. Ciò consente loro di trovare un equilibrio tra qualità e dimensione del file, il che può anche portare a risparmi significativi nei costi di archiviazione e larghezza di banda.
L'ABS consente ai fornitori di contenuti di raggiungere un pubblico più ampio rendendo i propri video accessibili anche su connessioni a larghezza di banda ridotta. Un lettore video può selezionare un flusso appropriato in base alle condizioni di rete prevalenti.
Così il gioco è fatto! Lo streaming con bitrate adattivo è un ottimo modo per migliorare la qualità dello streaming video, senza doversi preoccupare di buffering o interruzioni. Con esso, puoi assicurarti di essere sempre al top del tuo gioco.
Per saperne di più sullo streaming con bitrate adattivo e sulla sua implementazione ottimale in base al tuo caso d'uso, mettiti in contatto con gli esperti di Teyuto oggi stesso.
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