Einrichten von adaptiven Streaming-Mediaquellen

Hinsichtlich der adaptiven Streaming-Formate gibt es viele zur Auswahl; wir haben uns für die folgenden zwei entschieden, da wir mit ihnen die meisten modernen Browser unterstützen können.

• MPEG-DASH
• HLS (HTTP Live Streaming)

Um Medien adaptiv zu streamen, müssen wir die Medien in Stücke teilen. Wir müssen mehrere verschiedene Qualitätsdateien über mehrere Zeitpunkte hinweg bereitstellen. Je mehr Qualitäten und Zeitpunkte es gibt, desto „adaptiver“ wird Ihr Stream sein, aber wir möchten normalerweise einen pragmatischen Kompromiss zwischen Größe, Codierungszeit und Anpassungsfähigkeit finden.

Die gute Nachricht ist, dass wir, sobald wir unsere Medien im entsprechenden Format codiert haben, im Grunde einsatzbereit sind. Für adaptives Streaming über HTTP sind keine speziellen Serverkomponenten erforderlich.

Sowohl MPEG-DASH als auch HLS verwenden ein Playlist-Format, um die Komponentenstücke der Medien zu strukturieren, die die möglichen Streams bilden. Verschiedene Bitrate-Streams werden in Segmente aufgeteilt und in entsprechenden Serverordnern abgelegt — wir müssen unseren Mediaplayern einen Link zur Verfügung stellen, um Dateien oder Playlists zu suchen, die den Namen und den Speicherort dieser Stream-Ordner angeben.

MPEG-DASH ist eine adaptive Bitrate-Streaming-Technik, die das Streaming von Medieninhalten über das Internet ermöglicht, die von herkömmlichen HTTP-Webservern bereitgestellt werden.

Eine Media Presentation Description (MPD)-Datei wird verwendet, um die Informationen zu den verschiedenen Streams und den mit ihnen verbundenen Bandbreiten zu speichern. Im Videoquellenattribut (src) verweisen Sie auf die MPD, anstatt wie bei nicht-adaptiven Medien auf die Mediendatei zu verweisen.

Die MPD-Datei teilt dem Browser mit, wo sich die verschiedenen Medienstücke befinden. Sie enthält auch Metadaten wie mimeType und Codecs, und es gibt weitere Details wie Byte-Ranges darin - es handelt sich um ein XML-Dokument und wird in vielen Fällen für Sie generiert.

Es gibt einige Profile, die wir verwenden können. Wir werden uns das Ondemand-Profil für Video On Demand (VOD) und das LIVE-Profil ansehen.

Für das Streaming von Live-Diensten ist das LIVE-Profil eine Voraussetzung. Die Stream-Umschaltfähigkeiten sind in den Profilen identisch.

Weitere Gründe, warum das LIVE-Profil gegenüber dem Ondemand-Profil für VOD-Inhalte verwendet werden könnte, sind:

1. Ihr Client oder Server unterstützt keine Bereichsanfragen
2. Ihr Server kann Bereichsanfragen nicht effizient zwischenspeichern
3. Ihr Server kann Bereichsanfragen nicht effizient vorab abfragen
4. Das SIDX* ist groß und das Laden verlangsamt den Start etwas
5. Sie möchten die Originaldateien sowohl für DASH als auch für andere Formen der Bereitstellung (wie Microsoft Smooth Streaming) als Übergangsstrategie verwenden
6. Sie können dieselben Mediendateien sowohl für die Live-Übertragung als auch für VOD zu einem späteren Zeitpunkt verwenden

*SIDX oder SegmentIndexBox ist eine Struktur, die ein Segment beschreibt, indem sie seine früheste Präsentationszeit und andere Metadaten angibt und oft einen großen Teil der MPD-Datei ausmachen kann.

Dieses Profil ermöglicht das Umschalten zwischen Streams „on demand“, das bedeutet, dass Sie nur eine Reihe zusammenhängender Dateien bereitstellen und die Bandbreite für jede angeben müssen und die entsprechende Datei automatisch ausgewählt wird.

Hier ist ein Beispiel, das eine Audiotrack-Repräsentation und vier separate Videodarstellungen bietet.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<MPD xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
  xmlns="urn:mpeg:dash:schema:mpd:2011"
  xsi:schemaLocation="urn:mpeg:dash:schema:mpd:2011 DASH-MPD.xsd"
  type="static"
  mediaPresentationDuration="PT654S"
  minBufferTime="PT2S"
  profiles="urn:mpeg:dash:profile:isoff-on-demand:2011">

  <BaseURL>http://example.com/ondemand/</BaseURL>
  <Period>
    <!-- English Audio -->
    <AdaptationSet mimeType="audio/mp4" codecs="mp4a.40.5" lang="en" subsegmentAlignment="true" subsegmentStartsWithSAP="1">
      <Representation id="1" bandwidth="64000">
        <BaseURL>ElephantsDream_AAC48K_064.mp4.dash</BaseURL>
      </Representation>
    </AdaptationSet>
    <!-- Video -->
    <AdaptationSet mimeType="video/mp4" codecs="avc1.42401E" subsegmentAlignment="true" subsegmentStartsWithSAP="1">
      <Representation id="2" bandwidth="100000" width="480" height="360">
        <BaseURL>ElephantsDream_H264BPL30_0100.264.dash</BaseURL>
      </Representation>
      <Representation id="3" bandwidth="175000" width="480" height="360">
        <BaseURL>ElephantsDream_H264BPL30_0175.264.dash</BaseURL>
      </Representation>
      <Representation id="4" bandwidth="250000" width="480" height="360">
        <BaseURL>ElephantsDream_H264BPL30_0250.264.dash</BaseURL>
      </Representation>
      <Representation id="5" bandwidth="500000" width="480" height="360">
        <BaseURL>ElephantsDream_H264BPL30_0500.264.dash</BaseURL>
      </Representation>
    </AdaptationSet>
  </Period>
</MPD>

Sobald Sie Ihre MPD-Datei erstellt haben, können Sie diese im Video-Tag referenzieren.

<video src="my.mpd" type="application/dash+xml"></video>

Es könnte ratsam sein, eine Rückfallebene für Browser bereitzustellen, die MPEG-DASH noch nicht unterstützen:

<video>
  <source src="my.mpd" type="application/dash+xml" />
  <!-- fallback -->
  <source src="my.mp4" type="video/mp4" />
  <source src="my.webm" type="video/webm" />
</video>

Ein nützliches Softwarestück im Umgang mit MPEG-DASH ist der Dash Encoder. Dieser verwendet MP4Box, um Medien im MPEG-DASH-Format zu codieren.

Nach der Codierung könnte Ihre Dateistruktur folgendermaßen aussehen:

play list ->                /segments/news.mp4.mpd

main segment folder ->      /segments/main/

100 Kbps segment folder ->  /segments/main/news100 contains (1.m4s, 2.m4s, 3.m4s … )

200 Kbps segment folder ->  /segments/main/news200 contains (1.m4s, 2.m4s, 3.m4s … )

300 Kbps segment folder ->  /segments/main/news300 contains (1.m4s, 2.m4s, 3.m4s … )

400 Kbps segment folder ->  /segments/main/news400 contains (1.m4s, 2.m4s, 3.m4s … )

Die Playlist oder .mpd-Datei enthält XML, das explizit auflistet, wo sich alle verschiedenen Bitrate-Dateien befinden.

<?xml version="1.0"?>
  <MPD xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="urn:mpeg:DASH:schema:MPD:2011" xsi:schemaLocation="urn:mpeg:DASH:schema:MPD:2011" profiles="urn:mpeg:dash:profile:isoff-main:2011" type="static" mediaPresentationDuration="PT0H9M56.46S">
    <BaseURL>
      http://example.com/segments
    </BaseURL>
    <Period start="PT0S">
      <AdaptationSet bitstreamSwitching="true">

        <Representation id="0" codecs="avc1" mimeType="video/mp4" width="320" height="240" startWithSAP="1" bandwidth="46986">
          <SegmentBase>
            <Initialization sourceURL="main/news100/1.m4s" range="0-862"/>
          </SegmentBase>
          <SegmentList duration="1">
            <SegmentURL media="main/news100/2.m4s" mediaRange="863-7113"/>
            <SegmentURL media="main/news100/3.m4s" mediaRange="7114-14104"/>
            <SegmentURL media="main/news100/4.m4s" mediaRange="14105-17990"/>
          </SegmentList>
        </Representation>

        <Representation id="1" codecs="avc1" mimeType="video/mp4" width="320" height="240" startWithSAP="1" bandwidth="91932">
          <SegmentBase>
            <Initialization sourceURL="main/news200/1.m4s" range="0-864"/>
          </SegmentBase>
          <SegmentList duration="1">
            <SegmentURL media="main/news200/2.m4s" mediaRange="865-11523"/>
            <SegmentURL media="main/news200/3.m4s" mediaRange="11524-25621"/>
            <SegmentURL media="main/news200/4.m4s" mediaRange="25622-33693"/>
          </SegmentList>
        </Representation>

        <Representation id="1" codecs="avc1" mimeType="video/mp4" width="320" height="240" startWithSAP="1" bandwidth="270370">
          <SegmentBase>
            <Initialization sourceURL="main/news300/1.m4s" range="0-865"/>
          </SegmentBase>
          <SegmentList duration="1">
            <SegmentURL media="main/news300/2.m4s" mediaRange="866-26970"/>
            <SegmentURL media="main/news300/3.m4s" mediaRange="26971-72543"/>
            <SegmentURL media="main/news300/4.m4s" mediaRange="72544-95972"/>
          </SegmentList>
        </Representation>

        …

      </AdaptationSet>
    </Period>
  </MPD>

Die MPD-Datei teilt dem Browser mit, wo sich die verschiedenen Medienstücke befinden. Sie enthält auch Metadaten wie mimeType und Codecs, und es gibt weitere Details wie Byte-Ranges darin. In der Regel werden diese Dateien für Sie generiert.

Sobald Sie Ihre MPD-Datei erstellt haben, können Sie diese wie erwartet aus dem <video> Element referenzieren:

<video src="my.mpd" type="application/dash+xml"></video>

Es könnte ratsam sein, eine Rückfallebene bereitzustellen:

<video>
  <source src="my.mpd" type="application/dash+xml" />
  <!-- fallback -->
  <source src="my.mp4" type="video/mp4" />
  <source src="my.webm" type="video/webm" />
</video>

HTTP Live Streaming (HLS) ist ein HTTP-basiertes Media-Streaming-Protokoll, das von Apple implementiert wurde. Es ist in iOS- und OSX-Plattformen integriert und funktioniert gut auf mobilen und Desktop-Safari- und den meisten Android-Geräten mit einigen Einschränkungen.

Medien werden normalerweise als MPEG-4 (H.264-Video und AAC-Audio) codiert und in einen MPEG-2-Transportstrom verpackt, der dann in Segmente aufgeteilt und als eine oder mehrere .ts-Mediendateien gespeichert wird. Apple bietet Tools zum Konvertieren von Mediendateien in das entsprechende Format.

Es gibt eine Reihe nützlicher Tools für die HLS-Codierung

• Der Stream Segmenter — von Apple für Mac-Plattformen bereitgestellt — nimmt einen Mediastream aus einem lokalen Netzwerk und teilt die Medien in gleich große Mediadateien zusammen mit einer Indexdatei.
• Apple bietet auch einen File Segmenter für Mac an — der eine entsprechend codierte Datei nimmt, sie aufteilt und eine Indexdatei erzeugt, ähnlich wie der Stream Segmenter.

Die HLS-Indexdatei (ähnlich wie die .mpd-Datei von MPEG-DASH) enthält die Informationen, wo sich alle Mediensegmente befinden, sowie andere Metadaten wie Bandbreitenanwendung. Apple verwendet das .m3u8-Format (eine Erweiterung seines .m3u-Playlist-Formats) für Indexdateien - siehe unten ein Beispiel:

#EXT-X-VERSION:3
#EXTM3U
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:1

# Old-style integer duration; avoid for newer clients.
#EXTINF:10,
http://media.example.com/segment0.ts

# New-style floating-point duration; use for modern clients.
#EXTINF:10.0,
http://media.example.com/segment1.ts
#EXTINF:9.5,
http://media.example.com/segment2.ts
#EXT-X-ENDLIST

Weitere Ressourcen zum adaptiven Streaming.

• Adaptives Streaming im Feld

• HTTP Live Streaming
• Was ist HLS (HTTP-Live-Streaming)?
• HTTP Live Streaming Übersicht

• Dynamisches adaptives Streaming über HTTP-Dataset
• DASH Adaptive Streaming für HTML 5 Video
• Dynamisches adaptives Streaming über HTTP: Von der Erstellung bis zum Konsum

• DASHEncoder
• MP4Box
• DASH.js Wiki
• DASH.js Google Group

Beispiele für adaptives Streaming

• ITEC – Dynamisches adaptives Streaming über HTTP
• MPEG DASH Media Source Demo