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Die adaptive Übertragungsbitrate. Teil 2

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Die adaptive Übertragungsbitrate. Teil 2

Adaptive Bitrate

Aktuelle Nutzung
Postproduktionsgebäude, Content Delivery-Netzwerke und Studios verwenden die adaptive Bitrate-Technologie, um Verbrauchern mit weniger Personal und weniger Ressourcen qualitativ hochwertigere Videos zur Verfügung zu stellen.

Adaptive Bitrate

Das Erstellen mehrerer Videoausgänge, insbesondere für das adaptive Bitraten-Streaming, bietet den Verbrauchern einen hohen Mehrwert. Ob die Technologie wie geplant funktioniert, muss dem Endbenutzer oder Verbraucher völlig unbekannt sein. Obwohl die adaptive Bitratentechnologie von Medienunternehmen seit vielen Jahren aktiv genutzt wird und für die heutigen High-End-Anbieter im Wesentlichen gängige Praxis ist, kennen die Mainstream-Verbraucher Ihre Bedürfnisse daher relativ wenig.

Adaptive Vorteile von Bleit Bitrate
Die adaptive Streaming-Bitrate bietet Streaming Media-Verbrauchern die bestmögliche Erfahrung, da sich der Medienserver automatisch an Änderungen im Netzwerk und an die Wiedergabebedingungen jedes Benutzers anpasst.

Die Medien- und Unterhaltungsindustrie profitiert auch von der adaptiven Streaming-Bitrate. Mit zunehmendem Videoraum können Content-Marketing-Netzwerke und Videoanbieter Kunden ein hervorragendes Seherlebnis bieten. Die adaptive Bitratentechnologie erfordert zusätzliche Codierung, vereinfacht jedoch den gesamten Workflow und führt zu besseren Ergebnissen.

Skalierbares CDN wird verwendet, um Streaming-Medien an ein Internetpublikum zu liefern. Das CDN empfängt den Stream von einer Quelle auf seinem Ursprungsserver und kopiert ihn dann auf viele oder alle seiner Edge-Cache-Server. Der Endbenutzer fordert eine Übertragung an und wird zum “nächstgelegenen” Endserver umgeleitet. Dies kann mithilfe von libdash und des D-DASH-Datasets (Distributed DASH) überprüft werden, das in Europa, Asien und den USA über mehrere Spiegel verfügt. Durch HTTP-basiertes adaptives Streaming kann Edge Server die Serversoftware Simple HTTP ausführen, die kostengünstig oder kostenlos ist Lizenzierung, wodurch die Softwarelizenzierungskosten im Vergleich zu teuren Medienserverlizenzen (z. B. Adobe Flash Media Streaming Server) gesenkt werden.

Geschichte
Adaptive Bitrate wurde vom DVD-Forum der WG1 Special Current Group im Oktober 2002 erstellt. Die Gruppe wurde von Toshiba und Phoenix Technologies, einer Expertengruppe in Zusammenarbeit mit Microsoft, Apple Computer, DTS Inc., Warner Brothers, 20., gemeinsam geleitet Century Fox, Digital Deluxe, Disney, Macromedia und Akamai … Die Technologie hieß ursprünglich DVDoverIP und war eine zusammengesetzte Leistung aus dem DVD ENAV-Buch. Das Konzept bestand darin, die DVD-TS-Sektoren MPEG-1 und MPEG-2 in kleinen 2-KB-Dateien zu speichern, die über einen HTTP-Server für den Player bereitgestellt werden sollen. MPEG-1-Segmente lieferten einen Strom mit niedrigerer Bitrate, während MPEG-2 eine höhere Bitrate lieferte. Das ursprüngliche XML-Schema enthielt eine einfache Wiedergabeliste mit Bitraten, Sprachen und URL-Servern. Der erste funktionierende Prototyp wurde auf dem Phoenix Technologies DVD Forum im Harman Kardon Labor in Willingen vorgestellt.

Implementierung
Traffic Networks hat das adaptive Bitraten-Streaming eingeführt und wird derzeit von Adobe Systems, Apple, Microsoft und Octoshape entwickelt und verwendet. Im September 2010 erhielt Traffic Networks ein Patent für seine adaptive Bitratenübertragung.

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Die adaptive Übertragungsbitrate.

Die adaptive Übertragungsbitrate.

Die adaptive Streaming-Bitrate ist eine Technik, die beim Streaming von Multimedia über Computernetzwerke verwendet wird.

Adaptive bitrate

Während ein Großteil des Videos in der Vergangenheit liegt, werden aktuelle Technologien von aktuellen Protokollen wie RTP mit RTSP verwendet. Die heutigen adaptiven Technologien basieren fast ausschließlich auf HTTP und sind so konzipiert, dass sie über große, verteilte HTTP-Netzwerke wie das Internet effizient funktionieren.

Dabei werden die Benutzerbandbreite und die CPU-Kapazität in Echtzeit ermittelt und die Qualität des Videostreams entsprechend angepasst. Dies erfordert die Verwendung eines Codierers, der Video aus einer Quelle mit mehreren Bitraten codieren kann. Der Player-Client wechselt zwischen dem Streaming verschiedener Codierungen basierend auf den verfügbaren Ressourcen. “Das Ergebnis: sehr wenig Pufferung, schnelle Startzeiten und eine gute Erfahrung für die Kommunikation auf hoher und niedriger Ebene.”

Insbesondere und da Implementierungen heute verwendet werden, ist die adaptive Streaming-Bitrate eine Methode zum Streamen von Videos über HTTP, bei der der ursprüngliche Inhalt mit mehreren Bitraten und dann jeder der verschiedenen Bitraten codiert wird. Bitratenübertragungen werden in kleine Teile von segmentiert einige Sekunden. Der heutige Kunde kennt Streams, die mit unterschiedlichen Bitraten und Streamsegmenten verfügbar sind, anhand einer expliziten Datei. Beim Starten fordert der Client Segmente des Streams mit der niedrigsten Bitrate an. Wenn der Client feststellt, dass die Download-Geschwindigkeit höher ist als die Bitrate des heruntergeladenen Segments, fragt er nach den Segmenten mit der nächsthöheren Bitrate. Wenn der Client später feststellt, dass die Download-Geschwindigkeit des Segments niedriger als die Bitrate des Segments ist und sich somit die Netzwerkbandbreite verschlechtert hat, fordert er ein niedrigeres Segment der Bitrate an.

Bitrate – Feste Qualität

Bitrate – Feste Qualität

Bitrate

Ein VBR-Encoder, der durch Quantisierer oder Fixqualität repariert wurde.

bit rate

Dies ist normalerweise eine Single-Pass-Codierung. Der Benutzer bestimmt einen gegebenen subjektiven Qualitätswert und der Codierer weist nach Bedarf Bits zu, um ein gegebenes Qualitätsniveau zu erreichen. Dies stellt sicher, dass der Produktfluss jederzeit von konstanter Qualität ist. Dem Qualitätsfaktor ist normalerweise ein Bitratenbereich zugeordnet. Der Nachteil dieser Codierungsmethode besteht darin, dass die durchschnittliche Bitrate (und damit die Dateigröße) nicht im Voraus bekannt ist und das Erreichen einer bestimmten durchschnittlichen Bitrate Versuch und Irrtum erfordert. Im Allgemeinen ist dies eher ein Problem für Video als für Audio, da die Dateigröße viel größer ist und die Codierung viel länger dauern kann.

Bitratenzeile
Mit dieser VBR-Codierungsmethode kann der Benutzer einen Bitratenbereich angeben: die minimal und / oder maximal zulässige Bitrate. Einige Encoder erweitern diese Methode mit einer durchschnittlichen Bitrate. Die minimal und maximal zulässige Bitrate legt die Grenzen fest, über die sich die Bitrate ändern kann. Der Nachteil dieser Methode ist, dass die durchschnittliche Bitrate (und damit die Dateigröße) nicht im Voraus bekannt ist. Der Bitrate-Bereich wird auch in einigen Codierungsmethoden mit fester Qualität verwendet, jedoch im Allgemeinen ohne die Erlaubnis, die bestimmte Bitrate zu ändern.

Durchschnittliche Bitrate
Die durchschnittliche Bitrate (ABR), mit der die Codierung verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass der Ausgabestream langfristig eine vorhersagbare durchschnittliche Bitrate erreicht. Dies wird typischerweise durch Mehrfachdurchlaufcodierung erreicht, wobei ein oder mehrere Anfangsdurchläufe verwendet werden, um Daten über den Strom zu sammeln, und der Enddurchlauf diese Daten verwendet, um eine einheitliche Qualität bei einer bestimmten durchschnittlichen Bitrate zu erreichen.

Alternativ kann eine periodische Mittelung verwendet werden, indem entweder eine ABR an kleineren Ausgangsblöcken durchgeführt wird oder auf Schwankungen der ABR reagiert wird, wodurch die Gesamtqualität erhöht oder verringert wird. Sie können ABR in einem einzigen Durchgang erreichen, erzeugen jedoch nicht den gleichen Grad an Gleichmäßigkeit wie ein ABR mit mehreren Durchgängen. Einige Codierer verwenden “ABR-Codierung” und “Mehrfachdurchlaufcodierung”, um sich auf Einzel- bzw. Mehrstrom-ABR-Codierung zu beziehen.

Bei einigen Encodern kann der Benutzer auch die maximal zulässige Bitrate oder die maximalen Qualitätskosten angeben. Dies wird manchmal als CVBR (Variable Constrained Bit Rate) bezeichnet und wird im Allgemeinen auf ABR-Algorithmen angewendet.

Der Nachteil einer ABR-Codierung mit einem Durchgang (mit oder ohne CVBR) ist das Gegenteil eines festen VBR-Quantisierers: Die Größe der Ausgabe ist im Voraus bekannt, aber die resultierende Qualität ist unbekannt, obwohl sie sogar besser als CBR ist. Wenn Sie einen höheren Durchschnitt oder ein höheres Maximum angeben, wird die Datei einfach größer, ohne dass sich ein Qualitätseffekt bemerkbar macht, und eine erhöhte maximale Bitrate kann zu Stottern führen, wenn die Datei gefiltert wird. Eine Reduzierung dieser Kriterien auf ein zu niedriges Niveau führt jedoch letztendlich zu ziemlich drastischen Qualitätsverlusten. Der Effekt auf Videos ist normalerweise quadratisch, da die Texturen in ihrer Darstellung nicht mehr vollständig detailliert sind.

Die Multi-Pass-ABR-Codierung ähnelt eher dem festen VBR-Quantisierer, da ein höherer Durchschnitt die Qualität erhöht.

Es gibt keine ideale “Einheitsgröße” -Einstellung für ABR bei der Videokodierung. Bei Videos mit niedriger Auflösung (320 oder 640 Zeilen), die mit MPEG-1 oder MPEG-2 codiert sind, kann die durchschnittliche Bitrate nur 1.000 kbit / s betragen und dennoch akzeptable Ergebnisse erzielen. Für hochauflösende Videos wie 1080 muss dieser Durchschnitt möglicherweise 6.000 kbit / s oder mehr betragen. Der Hauptfaktor bei der Bestimmung der minimalen Videobitrate ist die Effizienz, mit der das Video codiert werden kann. Die Verwendung effizienterer Videocodierungen wie MPEG-4 trägt zu einer niedrigeren Bitrate bei, während eine erhebliche Menge an Bewegung oder weißem Rauschen eine höhere Bitrate erfordert, um ohne sichtbare Artefakte zu codieren. Am Ende muss der Benutzer möglicherweise Versuch und Irrtum verwenden, um die minimale Dateigröße für einen bestimmten Videostream zu erreichen, mit einer bestimmten Bitrate zu codieren und dann die Ergebnisse zu überprüfen.

Dateigröße
Bei der VBR-Codierung, bei der eine Dateigrößeneinstellung verwendet wird, handelt es sich normalerweise um eine Mehrfachdurchlaufcodierung. Auf diese Weise kann der Benutzer eine bestimmte Größe für die endgültige Datei definieren. Im ersten Durchgang analysiert der Encoder die Eingabedatei und berechnet automatisch den möglichen Bitratenbereich und / oder die durchschnittliche Bitrate. Im letzten Durchgang verteilt der Encoder die verfügbaren Bits im gesamten Video, um eine gleichmäßige Qualität zu erzielen.

Variable Bitrate

Variable Bitrate

VBR

Variable Bitrate (VBR) ist ein Begriff, der in der Telekommunikation und im Computer verwendet wird und sich auf die Bitrate bezieht, die beim Codieren von Audio oder Video verwendet wird.

VBR

Im Gegensatz zur konstanten Bitrate (CBR) ändern VBR-Dateien die Ausgabemenge pro Zeitscheibe. Mit VBR können Sie komplexeren Segmenten von Mediendateien eine höhere Bitrate zuweisen (und benötigen daher mehr Speicherplatz), während weniger komplexen Segmenten weniger Speicherplatz zugewiesen wird. Der Durchschnitt dieser Raten kann berechnet werden, um die durchschnittliche Bitrate für die Datei zu generieren.

Opus-, Vorbis-, MP3-, WMA- und AAC-Audiodateien können optional in VBR codiert werden. Die Codierung mit variabler Bitrate wird auch häufig in MPEG-2-Videos, MPEG-4 Part 2-Videos (Xvid, DivX usw.), MPEG-4 Part 10 / H.264-Videos, Theora, Dirac und anderen Videoformaten verwendet Kompression. Darüber hinaus ist die Codierung mit variabler Rate verlustfreien Komprimierungsschemata wie FLAC und Lossless von Apple inhärent.

Vor- und Nachteile von VBR
Die Vorteile von VBR bestehen darin, dass es ein besseres Verhältnis von Qualität zu Speicherplatz erzeugt als eine CBR-Datei mit denselben Daten. Die verfügbaren Bits werden flexibler verwendet, um Audio- oder Videodaten mit größerer Genauigkeit zu codieren, wobei weniger Bits in weniger anspruchsvollen Durchläufen und mehr Bits in schwer zu codierenden Durchläufen verwendet werden.

Die Nachteile sind, dass die Codierung länger dauern kann, da der Prozess komplizierter ist und einige Hardware möglicherweise nicht mit VBR-Dateien kompatibel ist. VBR kann auch während der Übertragung Probleme verursachen, wenn die momentane Bitrate die Datenrate des Kommunikationspfads überschreitet. Diese Probleme können vermieden werden, indem die momentane Bitrate während des Codierens begrenzt wird oder (auf Kosten einer höheren Latenz) der Wiedergabepuffer erhöht wird.

Darüber hinaus bietet die Verschlüsselung von VBR-codierter Sprache (oder anderen Signalen, einschließlich Video) nur eine eingeschränkte Privatsphäre, da Bitratenmuster zeigen können, welche Sprache gesprochen wird.

In der Vergangenheit konnten viele Hardware- und Software-Player Dateien mit variabler Bitrate nicht korrekt dekodieren, was teilweise darauf zurückzuführen war, dass die verschiedenen verwendeten VBR-Encoder nicht gut entwickelt waren. Dies führte aus Gründen der Kompatibilität zu einer weit verbreiteten Verwendung von CBR über VBR. Ab Dezember 2006 sind Geräte, die nur CBR-codierte Dateien unterstützen, größtenteils veraltet, da die überwiegende Mehrheit der tragbaren Musikgeräte und -software heute codierte VBR-Dateien unterstützt.

Die VBR-Unterstützung für AAC- und MP3-Dateien ist in den meisten modernen digitalen Audioplayern enthalten, einschließlich der von Apple, Microsoft, Creative Technology und SanDisk veröffentlichten. Frühe VBR-Algorithmen führten manchmal hörbare Artefakte ein, indem sie Monotonie oder minimale Töne (wie Hörbücher und akustische Musik) codierten. Diese Anzeigen ahmen häufig das “digitale Zwitschern” während der leisen Teile eines Songs oder nur beim Sprechen nach. Als VBR die Codierungsalgorithmen verbesserte, wurden diese Probleme in späteren Generationen des VBR-Standards behoben.

VBR-Codierungsmethoden
Beachten Sie, dass die Auswahl der VBR-Methode (Variable Bit Rate) nur den Codierungsprozess beeinflusst. Die Entschlüsselung des VBR-Streams erfolgt in allen Fällen identisch, unabhängig davon, wie der Codierer die Zuweisung der Bits beschließt.

Multi-Pass-Codierung und Single-Pass-Codierung
VBR wird mit der sogenannten Single-Pass-Codierung oder Multi-Pass-Codierung erstellt. Die Single-Pass-Codierung analysiert und codiert Daten im laufenden Betrieb. Dies wird auch bei der Codierung mit konstanter Bitrate verwendet. Die Single-Pass-Codierung wird verwendet, wenn die Codierungsgeschwindigkeit wichtiger ist, beispielsweise für die Echtzeitcodierung. Die Single-Pass-VBR-Codierung steuert im Allgemeinen eine feste Qualitätseinstellung oder einen festen Bitratenbereich (minimal und maximal zulässige Bitrate) oder eine durchschnittliche Bitrateneinstellung. Die Mehrfachdurchlaufcodierung wird verwendet, wenn die Codierungsqualität am wichtigsten ist. Die Mehrfachdurchlaufcodierung kann nicht verwendet werden, wenn Echtzeitcodierung, Live-Berichterstattung oder Live-Streaming … Das Codieren eines Mehrfachdurchlaufs dauert viel länger als das Codieren eines einzelnen Durchgangs, da jeder Durchgang einen Durchgang durch die Eingabedaten bedeutet (normalerweise den gesamten Durchgang) Eingabedatei). Die Mehrfachdurchlaufcodierung wird nur für die VBR-Codierung verwendet, da die CBR-Codierung nicht die Flexibilität bietet, die Bitrate zu ändern. Die gebräuchlichste Multi-Pass-Codierung ist die Two-Pass-Codierung. Der erste Schritt der zweistufigen Codierung analysiert die Eingabedaten und speichert das Ergebnis.