Hasło “media strumieniowe” coraz szybciej robi karierę – niemal każda poważna witryna stawia sobie za punkt honoru oferowanie czegoś “w strumieniu”. Czym jednak tak naprawdę są media strumieniowe i co jest przyczyną ich popularności?
Już na dobre przyzwyczailiśmy się do słuchania muzyki z płyt CD, oglądania filmów z płyt DVD, robienia zdjęć aparatami cyfrowymi, filmowania cyfrowymi kamerami wideo, rozmawiania przez telefon komórkowy czy przełączania programów TV w cyfrowym tunerze satelitarnym. Rozkoszując się zaletami otaczających nas technologii, na ogół nie zastanawiamy się, jak wiele zer i jedynek nas otacza. To właśnie dzięki nim możemy zapisać teksty, dźwięki, obrazy, a ostatnio nawet i zapachy. Jednym słowem – cyfrowe media są wśród nas. Ostatnio pojawiła się kolejna ich odmiana, popularnie zwana “mediami strumieniowymi”.
Co to takiego?
Nim odpowiemy sobie na to pytanie, trzeba wyjaśnić samo pojęcie strumienia danych. Dobrym przykładem będzie porównanie działania magnetofonu i radia. W obu przypadkach możemy słuchać różnego rodzaju dźwięków. Kaseta magnetofonowa niczym plik komputerowy zawiera zapisane dźwięki (dane), które mają swoją objętość (czas np. 60 minut), początek oraz koniec. Gdy chcemy wysłuchać trzeciej piosenki z kasety, musimy ją przewinąć w odpowiednie miejsce oraz rozpocząć odtwarzanie. Informacje zapisane na kasecie możemy przewijać i odsłuchiwać bardzo wiele razy. W przypadku słuchania nadawanego programu radiowego mamy do czynienia ze swoistym strumieniem płynącego dźwięku. Słuchamy tego, co zostanie wyemitowane, bez możliwości przewijania i ponownego odtwarzania. Nie wiemy też, jaką “objętość” mają dane utwory – czyli jak długo nadaje już stacja radiowa oraz ile będzie jeszcze nadawać (oczywiście o ile nie dysponujemy programem nadawania stacji, ale nie stanowi on integralnej części emitowanej audycji). Możemy jedynie nagrać fragment nadawanego programu radiowego na kasetę.
Innym przykładem może być porównanie szklanki wody z kranem. Szklanka tak jak plik ma swoją zawartość i objętość, z kranu natomiast płynie strumień wody. Nie ma on objętości, wykazuje się za to wydajnością (a więc “prędkością transmisji”) i możemy z niego napełnić szklankę. Tak w największym uproszczeniu możemy porównać plik ze strumieniem. Media strumieniowe to te same multimedia, z którymi spotykamy się na co dzień, czyli: obraz, dźwięk, tekst i wszelakie ich odmiany, jednak dostarczone do odbiorcy nie w postaci pliku, lecz strumienia danych.
Potop danych
Przyzwyczailiśmy się do tego, iż za pośrednictwem Internetu i dowolnej przeglądarki WWW możemy pobierać z drugiego końca świata interesującą nas stronę WWW zawierającą tekst czy też kilka zdjęć. Ze względu na niewielką objętość tych danych (tekst i zdjęcia), a mamy do czynienia z plikami o wielkości od kilkuset bajtów do kilkunastu kilobajtów, transmisja przez modem na ogół odbywa się w miarę szybko. Problemy zaczynają się pojawiać, kiedy chcemy pobrać przez Sieć jakiś plik audio czy wideo. Jeżeli nie został on poddany żadnej kompresji, będzie bardzo duży. Dla przykładu: minuta dźwięku audio-stereo o jakości CD to plik o wielkości: 44 100 (częstotliwość) × 2 bajty (16 bitów) × 2 (stereo) × 60 (sekund) = 10 584 000 bajtów = 10 335 KB = 10 MB. Dla porównania, minuta samego materiału wideo bez ścieżki dźwiękowej i kompresji o rozdzielczości 768 na 576 pikseli w 24-bitowym kolorze, składającego się z 25 klatek na sekundę będzie zajmowała: 768 (szerokość) × 576 (wysokość) × 3 (kolor 24-bitowy) × 25 (klatek na sekundę) × 60 (sekund) = 1 990 656 000 bajtów = 1 944 000 KB lub 1898 MB albo czytelniej 1,85 gigabajta, czyli około 190 razy więcej niż sam dźwięk. Dociekliwym można zostawić obliczenie, ile czasu zajmie pobranie modemem pliku o tej objętości. Mając do dyspozycji tak wielkie pliki, aż się prosi, by zmniejszyć ich objętość. W tym celu możemy poddać te dane standardowym algorytmom kompresji. Można jednak pójść dalej i zastosować metody kompresji stratnej specjalnie zaprojektowane do kompresji obrazów (również ruchomych) i dźwięku. Dzięki temu uzyskamy znaczące zmniejszenie wielkości przesyłanych plików i (niestety) pogorszenie jakości materiału.
Warto mieć na uwadze, iż podczas pracy z komputerem zazwyczaj siedzimy dość blisko monitora, co pozwala nam na oglądanie obrazów w mniejszym rozmiarze (a więc i niższej rozdzielczości) niż w standardowym odbiorniku telewizyjnym. Jest to pierwsza i najprostsza metoda ograniczenia objętości przesyłanych danych. W popularnych prezentacjach na płytach CD-ROM bardzo często mamy do czynienia z materiałami wideo o rozdzielczości zbliżonej do 1/2 obrazu w systemie PAL lub NTSC. W sieci Internet najczęściej spotykamy się z materiałami wideo o parametrach zbliżonych do rozdzielczości 192 × 144 (1/4 obrazu w systemie PAL). W ten sposób uzyskano kompromis pomiędzy jakością i objętością. Inną często spotykaną metodą ograniczania wielkości plików wideo jest zmniejszenie liczby wyświetlanych w ciągu sekundy klatek. Powoduje to, że oglądając bardzo dynamiczny i żywiołowy materiał, widzimy sekwencję stop-klatek. Przeglądając takie materiały, najczęściej skupiamy się na przekazywanej informacji, odkładając (z konieczności) na dalszy plan jakość dźwięku i obrazu.
| O ile jedyną funkcją odtwarzacza QuckTime jest wyświetlanie sekwencji wideo, o tyle RealPlayer jest już rozbudowanym “kombajnem” do prezentacji mediów strumieniowych. |  |
Tak znaczne pogorszenie jakości i parametrów obrazu umożliwiło drastyczne zmniejszenie objętości plików, co pozwoliło na oglądanie materiałów transmitowanych na żywo za pośrednictwem typowego modemu. W przyszłości wraz z rozwojem infrastruktury telekomunikacyjnej i przepustowości łączy parametry transmitowanych danych na pewno ulegną polepszeniu. Ponadto stale trwają prace nad rozwojem i udoskonalaniem algorytmów kompresji, tak by osiągnąć jak najlepsze parametry transmitowanego obrazu przy jak najwolniejszej transmisji danych. Po poddaniu plików z dźwiękiem i obrazem kompresji należy je tylko dostarczyć odbiorcy przez Internet.
Dlaczego w strumieniu?
Należy w tym miejscu zadać podstawowe pytanie: “Dlaczego przekazywać multimedia w strumieniu i po co mi te media strumieniowe, skoro pliki wideo mogę umieścić na serwerze WWW, czy też przesyłać je jako załącznik w liście e-mail?”. Przemawiają za tym zalety mediów strumieniowych, których nie mają dane multimedialne zapisane w pliku, a wynikające ze sposobu przesyłania danych pomiędzy serwerem a klientem (odtwarzaczem). Odtwarzanie dźwięku lub obrazu odbywa się od momentu dotarcia pierwszego pakietu danych do odtwarzacza. Ponadto przesyłanie danych w strumieniu zezwala nam na sterowanie przesyłanymi danymi podczas trwania transmisji. Oprócz samej transmisji danych od odtwarzacza do serwera wysyłane są dodatkowe komendy (Stop, Odtwarzaj, Przewiń, Pauza, Zmień materiał) sterujące wysyłaniem strumienia danych przez serwer. Co jakiś czas przez odtwarzacz wysyłana jest informacja, czy serwer nadal ma do nas nadawać, gdyż może się zdarzyć, że stracimy z nim łączność. W takiej sytuacji serwer w dalszym ciągu wysyłałby dane, mimo iż odtwarzacz nie mógłby ich odbierać.
W przypadku transmisji strumieniowej możliwa jest stała kontrola parametrów łącza i dostosowywanie do nich parametrów wysyłanego strumienia danych. Wówczas, gdy nastąpi zakłócenie przesyłu danych i zaczynają ginąć pakiety informacji, w odtwarzaczu zauważymy znaczne pogorszenie jakości odtwarzanego materiału (na skutek utraty części klatek), jednak bez zatrzymywania transmisji.
W prostych instalacjach, gdzie udostępniamy bardzo małe pliki multimedialne, zastosowanie tradycyjnych metod udostępniania przez WWW lub FTP ma jeszcze sens. W takich warunkach odtwarzacz łączy się z serwerem i pobiera cały plik na dysk twardy (co trwa od kilkunastu do kilkudziesięciu sekund, a więc jest jeszcze do zaakceptowania), po czym rozpoczyna jego odtwarzanie. Im dłuższy jest ten plik, tym dłużej będziemy musieli czekać na jego pobranie, rozpoczęcie odtwarzania zaś jest możliwe dopiero po pobraniu całego pliku. Ponadto transmisja ta odbywa się za pośrednictwem protokołu TCP, w którym komputer odbiorcy potwierdza odbiór wysłanych przez serwer danych. W przypadku ich zagubienia następuje ponowne ich przesłanie przez serwer, co powoduje wydłużenie się czasu transmisji. Pakiety danych są przesyłane jako datagramy IP, które mogą być wysłane i odebrane w różnej kolejności. Zadaniem strony odbierającej jest uporządkowanie i weryfikacja napływających danych oraz przekazanie ich do odtwarzacza.
Można też zastosować pośrednie rozwiązanie, polegające na pobraniu przez odtwarzacz ze strony WWW krótkiego pliku (w przypadku technologii firmy RealNetworks jest to plik.ram) z opisem i adresem URL docelowego materiału. Informacje, które odbierzemy z serwera, zostaną przesłane bezpośrednio do odtwarzacza, który pobierze ten plik do komputera. Po załadowaniu pewnego bloku materiału nastąpi odtworzenie pobranego fragmentu, po czym będziemy musieli poczekać na załadowanie kolejnego bloku. Oglądanie takiego materiału przy powolnym łączu jest bardzo niewygodne, jeżeli wykorzystywany odtwarzacz nie stosuje buforowania odbieranych danych.
Inaczej dzieje się to w przypadku transmisji strumienia danych, gdzie zazwyczaj wykorzystuje się prosty protokół UDP, umożliwiający stałe przesłanie danych bez potwierdzenia ich dotarcia do punktu przeznaczenia. Przekazywany obraz i dźwięk możemy oglądać i słuchać od momentu dotarcia do odtwarzacza pierwszego pakietu danych. W przypadku przesyłania obrazu i dźwięku, podczas przerw w dostarczaniu danych zobaczymy zakłócenia (obraz zatrzyma się) lub usłyszymy zniekształcony dźwięk. Po chwili, gdy dotrą kolejne dane, odtwarzanie będzie kontynuowane. Jeśli odtwarzacz nie buforuje otrzymanych danych, zaobserwujemy znaczne pogorszenie jakości obrazu i dźwięku, jednak bez wydłużania czasu transmisji. Jeżeli dopływ kolejnych danych ustanie na dłuższy czas, odtwarzanie może zostać zatrzymane. Zależy to już tylko od konkretnego odtwarzacza oraz oprogramowania serwera wysyłającego dane.
Kto się w to bawi?
Rynek multimediów strumieniowych praktycznie został zdominowany przez trzy firmy: RealNetworks, Microsoft i Apple, które mają tak mocną pozycję, iż pozostałe rozwiązania mają marginalne znaczenie. Giganci bacznie przy tym obserwują poczynania konkurencji i najciekawsze rozwiązania szybko dołączają do swych produktów. W skład typowego pakietu oprogramowania wchodzą trzy główne komponenty: koder do digitalizacji i kompresji materiału, serwer udostępniający skompresowane materiały oraz odtwarzacz.
Firma RealNetworks, założona w 1994 roku jako ProgressiveNetworks, jest niewątpliwym liderem i dostawcą większości rozwiązań obecnych na rynku mediów strumieniowych. To dzięki tej firmie wykreowany został obecny model odtwarzacza integrującego ze sobą wszelkiego rodzaju media.
Ostatnio firma RealNetworks zapowiedziała, iż RealSystem 8 wraz z nowymi algorytmami kompresji pozwoli posiadaczom modemów na transmisję obrazu wideo o jakości VHS i o jakości zbliżonej do DVD na łączach szerokopasmowych.
 |
| W profesjonalnych instalacjach, służących do transmisji na żywo dźwięku bądź obrazu, funkcje rejestracji i obróbki materiału oraz jego nadawania w Sieci z reguły rozdzielone są pomiędzy osobne serwery. |
Microsoft, zgodnie ze swą polityką “wszędobylskości”, nie mógł sobie pozwolić na opuszczenie kolejnego rynku wpływów i na bazie odtwarzacza multimedialnego z systemu Windows opracował system do transmisji strumieniowej, zwany początkowo NetShow, a obecnie Windows Media System.
Rozwiązanie QuickTime firmy Apple – w przeciwieństwie do sytuacji na świecie – w Polsce jest dość mało popularne, głównie ze względu na niewielką liczbę komputerów tej firmy w naszym kraju. Odpowiednie oprogramowanie w pierwszej kolejności pojawia się na komputery firmy Apple, dopiero potem na PC. Niestety, część oprogramowania w ogóle nie ma wersji na platformę PC. Sprawia to, iż systemy oparte na rozwiązaniach tej firmy w Polsce należą do rzadkości.
Na przykładzie odtwarzaczy firmy Microsoft i RealNetworks można się doszukać analogii do walki o rynek przeglądarek WWW (MS Internet Explorer i Netscape Navigator). Tutaj konfrontacja dwóch firm jest o wiele ciekawsza (choćby ze względu na doświadczenia związane z rozwojem rynku przeglądarek stron WWW), gdyż RealNetworks bynajmniej nie zamierza oddawać przeciwnikowi pola. Sama numeracja wersji odtwarzaczy zbliża się do liczby osiem.
Dla kogo to wszystko?
Technologia ta skierowana jest przede wszystkim do osób, które na co dzień mają do czynienia z dźwiękiem i obrazem wideo. Z jednej strony jest to grono wszelkiego rodzaju nadawców, z drugiej – liczna (przynajmniej potencjalnie, gdyż obejmuje wszystkich internautów) grupa odbiorców.
Do grona nadawców może dołączyć dosłownie każdy, kto ma coś do przekazania i sięgnie po technologię. Koszty uruchomienia takiej instalacji są wielokrotnie niższe niż najmniejszej nawet stacji radiowej, o skuteczności przekazu zaś będzie świadczyć jego oglądalność. Ta uzależniona będzie tylko od atrakcyjności nadawanego programu i jego wypromowania w Internecie.
Moja własna telewizja
Przed odbiorcami pojawia się możliwość uczestnictwa w transmisjach na żywo z wszelkiego rodzaju wydarzeń, które dotychczas nie miały tak wielkiej siły, by przebić się w tradycyjnych mediach, jak radio czy telewizja. Na bazie mediów strumieniowych można uruchomić bardzo wiele ciekawych instalacji, zwłaszcza gdy przekazy zostaną wzbogacone elementami interakcyjnymi. Wówczas podczas oglądania transmisji z pokazu mody będziemy mogli wskazać wybraną część garderoby, po czym skierowani zostaniemy do najbliższego sklepu internetowego, gdzie dokonamy zakupu upatrzonych fatałaszków.
Szerokie zastosowanie media strumieniowe mogą znaleźć w edukacji, gdzie posłużą do transmisji wykładów i materiałów szkoleniowych. Przy stacjach telewizyjnych powstaną archiwa z materiałami, które zostały już wyemitowane. W Sieci będzie coraz więcej transmisji na żywo z różnego rodzaju wydarzeń (koncerty, seminaria, szkolenia, walki w kisielu czy też relacje z sześćdziesiątych urodzin cioci). Powstaną filmy i seriale przeznaczone tylko i wyłącznie do emisji w Internecie. Filmy staną się coraz bardziej interakcyjne i będą miały kilka różnych zakończeń lub przebiegów akcji.
Jaka będzie przyszłość?
Przed mediami strumieniowymi widać wielką przyszłość mimo znaczących barier. Będą one stanowić podstawę do budowy nowego oblicza telewizji interaktywnej, w którym z obecnej telewizji pozostanie bardzo niewiele. Kto wie, czy w modnej nazwie “telewizja interaktywna” utrzyma się jeszcze słowo “telewizja”. Media strumieniowe zrewolucjonizują w przyszłości styl pracy dzisiejszych producentów telewizyjnych, co spowoduje bardzo wiele znaczących zmian na rynku TV. Tak jak dzisiaj portale powstają jak grzyby po deszczu, tak za jakiś czas pojawi się dużo bardzo wielkich inwestycji w technologie mediów strumieniowych. Może będziemy mieli do czynienia z portalem strumieniowym? Analogicznie jak Internet z roku na rok odbiera coraz większe udziały w wydatkach na reklamę pozostałym mediom – w przyszłości media strumieniowe będą zdobywać coraz większe udziały w wydatkach reklamowych przeznaczonych dla Internetu. Odtwarzacze mediów strumieniowych spotkamy w bardzo wielu powszechnie znanych urządzeniach (telewizor, telefon komórkowy, książka elektroniczna, zabawki, konsole do gier, środki transportu i wiele innych). Mamy obecnie okazję przyglądać się rozwojowi tej technologii, a za kilkanaście czy kilkadziesiąt lat przyjdzie nam opowiadać naszym wnukom o tym, jak to nam się żyło w czasach, gdy używaliśmy kaset i płyt CD zamiast mediów strumieniowych (pozostaje pytanie, czy ktoś wówczas będzie w ogóle pamiętał o tej nazwie).
 |
| Ponieważ transmisja wideo bardzo obciąża połączenia sieciowe, stosuje się rozproszone instalacje serwerów udostępniających te same dane. Odtwarzacz sam decyduje, z którym serwerem ma w danej chwili najlepsze połaczenie, i z niego pobiera dane. |
Strumieniowe metody przekazu dźwięku i obrazu wykorzystać można również w opartych na instalacjach sieciowych systemach monitoringu i telewizji przemysłowej. Przykłady zastosowań można jeszcze bardzo długo mnożyć.
Różowe schody…
Obecnie głównymi barierami dla dynamicznego rozwoju mediów strumieniowych są: zbyt mała przepustowość Sieci, wysoki koszt serwerów i dzierżawy łączy oraz niska oglądalność. Na razie, w porównaniu z klasyczną telewizją i jak na potrzeby uruchomienia komercyjnych instalacji, niska jest jakość transmitowanego obrazu. Dodatkowo pojawiają się utrudnienia związane z prawem autorskim i z zezwoleniami na emisję materiału na danym obszarze geograficznym. Wszystko to powoduje, iż inwestycje w media strumieniowe należy uważać za długofalowe.
Co w strumieniu?
Poza najbardziej popularnymi w sieci Internet transmisjami w strumieniu obrazu i dźwięku możemy trafić na wiele innych formatów, takich jak:
RealText
– technologia firmy RealNetworks służąca do strumieniowej transmisji tekstu (a więc na żywo i na żądanie). Dość często wykorzystywana do transmisji często aktualizowanych informacji, takich jak kursy akcji, informacje prasowe, napisy z tłumaczeniem do materiałów filmowych.
RealText3D
– odmiana technologii RealTekst pozwalająca na wyświetlanie w oknie odtwarzacza tekstów trójwymiarowych. Ze względu na zwiększoną moc obliczeniową komputera potrzebną do wizualizacji oraz małą czytelność napisów technologię tę stosuje się do wyświetlania bardzo krótkich tekstów (tytuły, banery reklamowe).
RealFlash
– tak potocznie nazywana jest strumieniowa transmisja animacji wektorowych wykonanych programem Macromedia Flash. Dużą zaletą tego formatu jest mała objętość plików i pełna skalowalność grafiki bez utraty jakości. Technologię tę najczęściej stosuje się do umieszczania przed zasadniczym programem animowanych elementów reklamowych.
RealPix
– ideą tego formatu jest transmisja serii zdjęć wraz z instrukcjami sterującymi ich wyświetlaniem na ekranie. Zestaw komend jest bardzo podobny do spotykanego w prostych mikserach wideo czy programach do prezentacji (Wipe, Fade, Zoom). Połączenie tej technologii z transmisją tekstu i dźwięku daje idealne środowisko do transmisji prezentacji. RealNetworks opracowała program RealPresenter do konwersji prezentacji wykonanych za pomocą programu PowerPoint na strumienie danych w formatach: RealAudio, RealPix, RealText.
SMIL
(Synchronized Multimedia Integration Language) – język służący do łączenia w jedną spójną całość różnych elementów multimedialnych i synchronizacji odtwarzanych ich w czasie (patrz: CHIP 3/99, s.176). Za pomocą tego języka możemy wybrać materiały do odtwarzania w odpowiednim języku i rozdzielczości odpowiedniej dla wyświetlacza komputera, na którym dane będą wyświetlane.
AVI, WAV, MIDI, GIF, JPEG, PNG
– chociaż formaty te nie były opracowywane z myślą o zastosowaniu w transmisjach strumieniowych, to odpowiednie techniki nadawania umożliwiają to.
Pojawiają się już pierwsze rozwiązania do transmisji w strumieniu trójwymiarowych światów rzeczywistości wirtualnej i transmisji trójwymiarowego obrazu wideo zarejestrowanego przez kamery ze specjalnym systemem optycznym.
Powyżej zostały opisane technologie dostępne na podstawie rozwiązań firmy RealNetworks. W przypadku mechanizmów firm konkurencyjnych mogą pojawić się analogiczne rozwiązania pod innymi nazwami.
Komentarz
Marcin Pawlak,
Redaktor działu Internet
Strumieniowe metody publikacji multimediów w Sieci niewątpliwie mają przed sobą przyszłość. Na razie jednak na drodze do ich równoprawnego z “normalnymi” multimediami upowszechnienia stoi wiele przeszkód. O ile jednak w krajach wysoko rozwiniętych główną przeszkodą na drodze do komercyjnego zaistnienia jest stosunkowo ubogi “repertuar”, o tyle w Polsce podstawowe problemy mają naturę techniczną. Dopóki większość polskich internautów ma większe lub mniejsze problemy z “normalnym” korzystaniem z Sieci, wynikające z permanentnego “zakorkowania” krajowych łączy, dopóty media strumieniowe na realne zaistnienie w polskim Internecie będą musiały jeszcze zaczekać.
—
| Info Grupy dyskusyjne Uwagi i komentarze do artykułu: # Pytania techniczne: # Internet RealNetworks http://www.real.com/ Apple http://www.apple.com/ Microsoft http://www.microsoft.com/ W dziale Aktualności | Software znajduje się QuickTime Player 4.1.2 W dziale Aktualności | Software znajduje się Winamp 2.64 |
