Streaming Techniken zur Übertragung multimedialer Daten im Web Universität Paderborn

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1 Streaming Techniken zur Übertragung multimedialer Daten im Web Universität Paderborn Vortrag im Seminar 3D-Grafik im Web Raphael Gräbener Übersicht Was ist Streaming Anwendungsbeispiele Broadcasting Audio-/ Video-Streaming Kompression und Formate Progressive Streaming Real Time Streaming Protokolle Multimedia-Streaming Streaming von Szenegraphen Progressive Streaming Selective Refinement Folie 2

2 Was ist Streaming? Oberbegriff für die Bereitstellung von Multimedia-Daten (Audio, Video, Grafik) per Streaming-Technologie Nutzung schon während der Übertragung Zugriff in Echtzeit oder auf Abruf Medien-Server überträgt, Client empfängt keine Kopie auf dem Client Folie 3 Warum Streaming? Wartezeit Bandbreite Qualität Echtzeit Random Access Datenverlust Folie 4

3 Anwendungsbeispiele Text-Streaming (Chat, Aktienkurse) Webradio Internet-Telefonie Liveübertragung von Konferenzen, Konzerten etc. Video on demand (VOD, Near VOD) Virtuelle Welten Online-Museum Virtueller Stadtrundgang Anwendungen in der Medizin Spiele Folie 5 Broadcasting Media-Server Media-Server Unicasting jeder Client empfängt eigenen Stream hohe Auslastung des Servers (Bandbreite und CPU-Leistung) individuelle Kontrolle der Streams bei allen Clients erste Wahl für VOD Multicasting alle Clients empfangen denselben Stream spart Bandbreite und CPU-Leistung am Server keine Kontrolle des Streams beim Client spezielle Multicast-Router erforderlich erste Wahl bei Live-Übertragungen Folie 6

4 Audio-Video-Streaming Folie 7 AV-Kompression Ansatzpunkte zur Verringerung der Bitrate: Audio Samplingrate Auflösung Anzahl der Kanäle Kompression Video Bildgröße Anzahl der Frames pro Sekunde Intra-Frame-Kompression Inter-Frame-Kompression Architekturen und Formate MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 RealMedia QuickTime Windows Media Folie 8

5 Progressive-AV-Streaming alias Progressive Download, HTTP-/ Pseudo-Streaming, FastStart Übertragung des Mediums via Datei Datei kann schon während der Übertragung abgespielt werden Client Web-Server Vorteile: verlustfreie Übertragung garantierte Qualität keine speziellen Protokolle oder Server notwendig http, ftp keine Probleme mit Firewalls oder Routern Nachteile: keine Anpassung an die verfügbare Bandbreite Wartezeiten vor und evtl. auch während der Wiedergabe kein Random Access kein Multicasting Folie 9 Realtime-AV-Streaming alias True Streaming Medium wird in mehreren Versionen kodiert und von einem speziellen Medien-Server bereitgestellt Server, Benutzer oder Client-Anwendung wählen passende Version aus. Vorteile: Web-Server effiziente Nutzung der gegebene Bandbreite Abspielen ohne Pause Random Access Live oder on demand Multicasting Urheberrechtsschutz Client Medien-Server Nachteile: spezielle Protokolle und Server erforderlich niedrige Qualität bei geringer Bandbreite Frame Dropping evtl. Probleme mit Firewalls Folie 10

6 Protokolle TCP (Transfer Control Protocol) Übertragung von Paketen sequenziell, fehlerfrei, bestätigt UDP (User Datagram Protocol) Übertragung von Paketen ohne Reihenfolge, Fehlerkorrektur oder Bestätigung HTTP (Hypertext Transfer Protocol) Übertragung von Dokumenten über TCP ascii-basiert (Telnet, MIME) RTSP (Realtime Streaming Protocol) IETF, Real, Apple RTP UDP + Zeitstempel + Sequenznummer Multicasting RTCP MMS (Microsoft Media Server) Microsoft MMST MMSU Folie 11 Multimedia-Streaming Was muss gestreamt werden? Audio Video Geometrie Szenegraph Textur Animation Ereignisse Was ist dazu notwendig? Vereinfachung Kompression Serialisierung Multiplexing Folie 12

7 Streaming von Szenegraphen Group Shape Geometry Transform1 Transform2 Appearance Sender Objekte komprimieren 1 Knoten 1 Stream Zusammenfassen zu einem Stream (Multiplex) Empfänger Streams trennen (Demultiplex) Objekte einlesen (Decode) Szenengraph aufbauen Zusammensetzen (Composition) und Aufbauen (Rendering) der Szene Group Transform1 Shape Geometry Appearance Transform Folie 13 Progressive Geometry-Streaming Idee: einfache Basisgrafik wird als erstes übertragen danach schrittweise Verfeinerung bis der höchste Detaillierungsgrad erreicht ist Progressive Meshes Multi Resolution Analysis (Wavelets) Folie 14

8 Selective Refinement 1 Progressive Geometry-Streaming geeignet zur Übertragen einzelner Objekte Was ist mit komplexen Landschaften? Idee: Details nur für relevante Teile laden Preloading Folie 15 Selective Refinement 2 Verfeinerung nur innerhalb des Sichtkegels in der Ferne weniger stark verfeinern Verdecktes nicht verfeinern Folie 16

9 Quellen Huges Hoppe: Progressive Meshes, ACM SIGGRAPH 1996, pages Adobe Dynamic Media Group: Leitfaden für Streaming Media, Adobe Systems 2001 Mojtaba Hosseini and Nicolas D. Georganas: MPEG-4 BIFS Streaming of Large Virtual Environments and Animation on the Web, MCRLAB University of Ottawa S. Olbrich, H. Pralle: Virtual Reality Movies Real- Time Streaming of 3D Objects, RRZN/RVS Uni Hanover Folie 17 Zeit für Fragen Folie 18

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