Что такое MPEG DASH вещание?

На сегодняшний день тема MPEG DASH вещания является наиболее актуальной в сфере передачи видеоданных. В этой статье мы рассмотрим, что представляет собой MPEG DASH вещание и какое влияние в будущем оно может оказать на технологии видеовещания.

MPEG DASH (Dynamic Adaptive Streaming over http — Динамическое Адаптивное Потоковое HTTP-вещание) — это проект стандарта ISO (ISO/IEC 23009-1). Планируется, что окончательно стандарт MPEG DASH будет разработан к концу этого года. Как следует из названия, DASH — это стандарт для адаптивного потокового HTTP-вещания. Ожидается, что в будущем он заменит существующие технологии вещания, такие как Microsoft Smooth Streaming, Adobe Dynamic Streaming и Apple HTTP Live Streaming (HLS). Единый стандарт станет полезным для контент-производителей, которым будет достаточно создавать файлы одного типа, которые без каких-либо трудностей будут проигрываться на всех DASH-совместимых устройствах.

Группа разработчиков DASH-стандарта нашла поддержку среди крупнейших мировых компаний, таких как Apple, Adobe, Microsoft, Netflix, Qualcomm и многих других. Более того, Microsoft заявила, что она внедрит DASH-стандарт, как только он будет утвержден. И хотя от Adobe и Apple пока еще не было подобных заявлений, поддержка со стороны этих двух компаний окажет положительное влияние на будущее этого стандарта на рынке вещания.

Тем не менее, MPEG DASH-стандарт имеет серьезные проблемы с HTML5-кодеком. Ведь за основу в DASH-стандарте будут взяты H.264 или WebM кодеки, которые не являются универсальными и не поддерживаются всеми HTML5 браузерами. Это значит, что DASH-пользователям придется осуществлять мультипотоковую передачу, задействовав несколько кодеков, что увеличит затраты на кодирование и хранение информации. Также вырастут и административные расходы.

И наконец, остается неясным вопрос, будет ли DASH-стандарт платным или абсолютно бесплатным? Ответ на этот вопрос может повлиять на большинство потенциальных пользователей стандарта. Например, Mozilla заявила, что она вряд ли будет применять DASH-стандарт, если тот не будет бесплатным. А учитывая тот факт, что на начало этого года браузеру Firefox принадлежало около 22% рынка, то будущее платного DASH-стандарта на рынке HTML5 выглядит весьма туманным.

Введение в MPEG DASH-стандарт

При адаптивном потоковом вещании, поток реального времени (передаваемый файл) разбивается на несколько частей (файлов) с различным битрейтом. В результате битрейт потока (файла), который принимается потребителем, может адаптивно изменяться в зависимости от доступной полосы пропускания или загрузки процессора. Постоянно отслеживая загрузку процессора и/или состояние буфера, адаптивные потоковые технологии, для обеспечения непрерывности проигрывания видео, при необходимости изменяют битрейт потока (файла). Отметим, что алгоритмы передачи данных адаптивных потоковых технологий непрерывно совершенствуются.
То, какой протокол используется в той или иной технологии потокового вещания, имеет решающее значение. Например, RTMP (Real Time Messaging Protocol) — протокол динамического потокового вещания компании Adobe, требует наличие потокового сервера и непрерывной по скорости связи между сервером и приемником. В результате, необходимость в потоковом сервере увеличивает затраты на реализацию вещания, а RTMP-пакеты могут блокироваться брандмауэром.
Требование непрерывной скорости связи означает, что в RTMP-протоколе не предусмотрено кэширование в режиме реального времени, как это реализовано в серверах, унифицированных под Hypertext Transfer Protocol (HTTP) протокол доставки данных, протокол Apple HTTP Live Streaming (HLS), протокол Microsoft Smooth Streaming и Adobe Dynamic Streaming (HDS) на основе HTTP. Во всех этих трех протоколах используется HTTP-стандарт потоковой передачи данных, а это подразумевает необходимость потокового сервера. Более того, HTTP-пакеты не блокируются брандмауэром и обеспечивают механизм веб-кэширования. В конечном итоге, большинство данных могут передаваться не с сервера, а с кэша, что сокращает затраты на обеспечение высокой пропускной способности канала передачи видео и улучшает качество услуг, так как кэширование данных очень удобно для пользователей, а данные кэша легко могут быть воспроизведены.

И хотя на сегодняшний день большинство потоков передачи данных в сети Интернет по-прежнему реализовано на основе RTMP-протокола, все большее число компаний постепенно переходят к HTTP-протоколу.
Во всех адаптивных потоковых HTTP-технологиях используется комбинация закодированных медиа- и служебных файлов, в которых содержится информация об альтернативных потоках с указанием их адресов. При этом непрерывно контролируется статус буфера (HLS), а также загрузка процессора (механизм Smooth Streaming и HTTP Dynamic Streaming) и, при необходимости, происходит перенаправление на альтернативный поток по адресу, указанному в служебном файле. В HLS реализована технология сегментирования MPEG-2 Transport Stream (M2TS). При этом файл-исходник разбивается на тысячу маленьких M2TS-файлов. А в Smooth Streaming и HDS для идентификации нужного фрагмента MP4-потока используются тайм-коды.
На создание различных форматов адаптивного видео (SmoothHD, HDNI, HLS и HDS) разработчиками было потрачено пять лет. При этом все эти форматы на 80% одинаковы и на 100% несовместимы. DASH — это попытка собрать все лучшее воедино, опираясь на опыт существующих адаптивных потоковых HTTP-технологий в один стандарт, охватывающий как мобильные, так и OTT-устройства.

Обзор технологий MPEG DASH

Ранее упоминалось, что все технологии адаптивного потока на основе HTTP состоят из двух компонентов — закодированные аудио/видео потоки и служебные файлы, в которых прописаны источники потоков и их адреса. В стандарте DASH аудио/видео потоки называются Media Presentation, а служебные файлы — Media Presentation Description.
Как показано на рисунке-1, модель данных Media Presentation — это структурированный набор аудио/видео контента, данные в котором разделены по периоду следования, типу компонента, битрейту и сегменту.

В Media Presentation общий пакет состоит из последовательности видеороликов, ограниченных временными рамками, которые определяют начало и конец нужного видеоролика. Каждый временной период состоит из частей аудиоконтента и видеоконтента. Этот контент может быть интегрированным, если он одноязычный, или же быть представленным элементарными потоками, как показано на рисунке-1, благодаря чему поддерживается мультиязычная трансляция аудио.
Каждый элементарный поток состоит из множества потоков с различными битрейтами. Согласно рисунку, битрейт «Образа 1» — 500 кбит/с, а битрейт «Образа 2» — 250 кбит/с.
Каждый образ разбит на медиасегменты. Фактически разбивка на медиасегменты/фрагменты данных используется во всех адаптивных потоковых технологиях на основе HTTP. Каждый фрагмент, как, например, в HLS протоколе, представлен дискретным файлом, либо битовой последовательностью в виде одного медиафайла. Представление фрагментов в виде одного файла позволяет более эффективно осуществлять их администрирование и кэширование, в отличие от блоковых технологий, в которых единичный аудио/видео образ разбит на сотню или тысячу файлов.
Служебные файлы DASH, называемые Media Presentation Description — это файлы с расширением XML, которые идентифицируют различные компоненты контента, а также расположение альтернативных потоков. Благодаря этому плеер DASH-формата может идентифицировать и проигрывать нужные сегменты, переключаться между образами и, если необходимо, приспосабливаться под изменившийся уровень загрузки процессора или статус буфера, или же выполнять команды пользователя, такие как включение/выключение субтитров или изменение языка аудио.

Прочие особенности DASH-стандарта:

• DASH-кодек является независимым, он совместим с H.264, WebM и другими кодеками;
• DASH-стандарт поддерживает как формат медиафайлов в стандарте ISO (особенно формат MP4), так и транспортные потоки формата MPEG-2;
• Хотя в DASH-стандарте не оговорен метод DRM, он поддерживает все DRM-технологии, оговоренные в стандарте ISO/IEC 23001-7: Общие методы шифрования;
• DASH поддерживает функции поиска, а также быстрой перемотки вперед и назад;
• DASH поддерживает возможность вставки рекламы.

Интеллектуальная собственность MPEG DASH

В связи с этим, остается неясным вопрос, будет ли DASH платным кодеком? На каком этапе необходимо будет платить за авторские права? Например, видеокодек MPEG-2 является платным как при кодировании и декодировании сигнала, так и для пользователей. Большинство участников проекта, которые внесли значительный вклад в разработку DASH — включая Microsoft, Cisco и Qualcomm — заявили, что хотят, чтобы продукт был свободен от платы за авторские права. И хотя эти три компании внесли огромный вклад в создание проекта, не все участники с ними согласны. Поэтому вопрос интеллектуальной собственности DASH в настоящее время остается открытым.
Также остается неясным вопрос о том, будет ли компания Mozilla интегрировать DASH в браузер Firefox, подчеркивая при этом, что DASH MPD являются платными компонентами. Это одна из причин, почему компания ранее не интегрировала в Firefox кодек H.264, авторские вознаграждения за который составили 5 миллионов долларов в год.
Компания Mozilla всегда следовала традиции внедрять популярные, свободные от оплаты стандарты. Если бы упомянутые MPEG стандарты были бы бесплатными, мы бы внедряли и DASH. Однако MPEG DASH в настоящее время создан на основе транспортных потоков стандарта MPEG, а он не является бесплатным. Следовательно, в настоящее время Mozilla вряд ли будет интегрировать DASH в Firefox.
Без поддержки Firefox, DASH не сможет стать единым стандартом адаптивного потокового вещания на рынке HTML5. Более того, применив агностическую технологию кодека, создатели DASH не предприняли никаких шагов для решения проблемы кодека HTML5. Поэтому даже если DASH будет реализован на всех HTML5-совместимых браузерах, контент-провайдеры вынуждены будут кодировать свой продукт в стандартах H.264 и WebM с целью обеспечения универсальности.
Конечно, не исключено, что DASH будет внедрен в плагины, такие как Flash или Silverlight, или же будет интегрирован в мобильные или OTT-устройства и в дальнейшем станет играть ключевую роль на рынке. Однако, учитывая реалии сегодняшнего дня, тяжело поверить в то, что DASH в скором времени станет единым стандартом «живого» адаптивного потокового вещания с поддержкой DRM в HTML5-браузерах настольных компьютеров. А поскольку заявлений от Apple или Adobe относительно применения стандарта DASH не прозвучало, неизвестно, какую поддержку получит DASH на рынке мобильных и переносных устройств. Давайте рассмотрим, почему так происходит!

Конкурентоспособность MPEG DASH

В определенной степени стандарт DASH ведет конкурентную борьбу с другими участниками рынка адаптивных потоковых технологий передачи данных. Например, HLS стандарт фирмы Apple обладает конкурентным преимуществом на рынке мобильных платформ за счет хорошей адаптации к данным устройствам. Именно поэтому компания Google приняла решение интегрировать стандарт HLS в свою ОС Android, начиная с версии 3.0 и выше.
Отметим, что с помощью стандарта HLS была решена проблема передачи видео между устройствами компании Apple. Но, в то же время, недоработка стандарта, а также большое разнообразие устройств, привело к тому, что проблема передачи видео на устройства с ОС Android, Blackberry и др., оказалась чрезвычайно сложной.
Если Apple поддержит стандарт DASH и интегрирует его во все существующие i-Девайсы, конкурентное преимущество HLS будет сведено на нет, а все мобильные устройства на основе DASH будут на равных конкурировать с устройствами на основе HLS. По правде говоря, Apple является активным участником создания стандарта DASH, поэтому нет никаких оснований для утверждений о неподдержке  компанией стандарта после утверждения. Хотя здесь также стоит сказать и о том, что Apple никогда не отличалась в проявлении милосердия к конкурентам, а принятие стандарта DASH сделает продукцию Apple на рынке мобильных платформ менее конкурентоспособной, по крайней мере, на короткое время. Но это все рассуждения и догадки…
Если же говорить об обратной стороне медали, то контент-провайдеры желают иметь гибкий механизм передачи данных с поддержкой технологии DRM, что i-Устройства в настоящее время не обеспечивают. Если подавляющее большинство контент-провайдеров поддержат не i-Devices, а платформы на основе DASH, это мотивирует Apple поддержать стандарт. Более того, до тех пор, пока Apple будет поддерживать DASH, маловероятно, что контент-провайдеры, для которых DRM не важен, сразу же перестанут кодировать контент в формате HLS-потоков. Этот факт также необходимо учитывать при принятии решения о поддержки DASH.
В меньшей степени, этот же принцип применим и к Adobe. Так как Flash Player получил повсеместное распространение и присутствует на каждом настольном компьютере, фирма Adobe в конкурентной борьбе обогнала Silverlight от Microsoft и даже HTML5. И хотя компания Adobe принимала участие в разработке стандарта, она не желает интегрировать стандарт DASH в будущие версии программы Flash Player.

Заключение

DASH является чрезвычайно привлекательной технологией для веб-издателей. Это — единый стандарт, который позволит им выполнить разовую кодировку контента, а затем безопасно его распространять во все уголки земного шара, как для мобильных устройств, так и для OTT-устройств и настольных компьютеров, используя как плагины, так и HTML5. Наряду с тем, что в DASH не решен вопрос относительно HTML5-кодека, крайне негативным является факт неопределенности относительно того, придется ли медакомпаниям что-либо платить за использование спецификации DASH при кодировании файлов.
Компания Mozilla в настоящее время не поддерживает DASH, а от Apple или Adobe заявлений относительно данного стандарта пока не прозвучало. При оптимистическом настрое можно предположить, что влиятельные игроки на рынке оценят достоинства DASH, вложат собственные инвестиции и сделают стандарт бесплатным, а также убедят Apple, Adobe и Mozilla поддержать новое решение сразу после его утверждения. В противном случае DASH хотя и сможет занять на рынке определенную нишу, но ему не удастся реализовать весь свой потенциал.

Всеволод Добровольский

Источник: журнал MEDIASAT : цифровое ТВ, радиовещание и телекоммуникации