دفق الفيديو الأمامي: نظرة متعمقة على بروتوكولات HLS و DASH

في مشهد اليوم الرقمي، أصبح دفق الفيديو جزءًا لا يتجزأ من حياتنا. من الترفيه إلى التعليم وما بعده، يستمر الطلب على تجارب فيديو سلسة وعالية الجودة في النمو. اثنان من البروتوكولات المهيمنة التي تشغل الكثير من هذا الدفق هما HLS (HTTP Live Streaming) و DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP). يستكشف هذا الدليل الشامل هذه البروتوكولات من منظور أمامي، ويغطي بنيتها وتنفيذها ومزاياها وعيوبها، مما يوفر لك المعرفة اللازمة لتقديم تجارب فيديو استثنائية لجمهور عالمي.

ما هما HLS و DASH؟

كلا من HLS و DASH هما بروتوكولات دفق بمعدل بت تكيفي تسمح لمشغلات الفيديو بضبط جودة دفق الفيديو ديناميكيًا بناءً على ظروف شبكة المستخدم. وهذا يضمن تجربة تشغيل سلسة، حتى عندما تتقلب نطاق ترددي للشبكة. يحققون ذلك عن طريق تقسيم محتوى الفيديو إلى أجزاء صغيرة وتوفير إصدارات متعددة من الفيديو بمعدلات بت ودقة مختلفة.

• HLS (HTTP Live Streaming): تم تطوير HLS بواسطة Apple، وتم تصميمه في الأصل للبث إلى أجهزة iOS، ولكنه أصبح منذ ذلك الحين معيارًا معتمدًا على نطاق واسع عبر منصات مختلفة. يعتمد على HTTP للتسليم، مما يجعله متوافقًا مع البنية التحتية للويب الموجودة.
• DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP): DASH هو معيار مفتوح تم تطويره بواسطة MPEG (Moving Picture Experts Group). يوفر مرونة أكبر من حيث دعم برنامج الترميز وهو مصمم ليكون أكثر حيادية لبرنامج الترميز من HLS.

بنية HLS و DASH

في حين أن HLS و DASH يشتركان في نفس المبادئ الأساسية، إلا أن بنيتهما وتنفيذهما يختلفان قليلاً.

بنية HLS

تتكون بنية HLS من المكونات التالية:

1. ترميز الفيديو: يتم ترميز محتوى الفيديو الأصلي إلى إصدارات متعددة بمعدلات بت ودقة مختلفة. H.264 و H.265 (HEVC) هما برامج ترميز مستخدمة بشكل شائع.
2. التقسيم: ثم يتم تقسيم الفيديو المشفر إلى أجزاء صغيرة ذات مدة ثابتة (عادةً 2-10 ثوانٍ).
3. ملف البيان (قائمة التشغيل): يتم إنشاء ملف قائمة تشغيل M3U8، والذي يحتوي على قائمة بأجزاء الفيديو المتاحة وعناوين URL الخاصة بها. تتضمن قائمة التشغيل أيضًا معلومات حول جودات الفيديو المختلفة (معدلات البت والدقة).
4. خادم الويب: يتم تخزين أجزاء الفيديو وملف قائمة التشغيل M3U8 على خادم ويب، ويمكن الوصول إليه عبر HTTP.
5. مشغل الفيديو: يسترجع مشغل الفيديو ملف قائمة التشغيل M3U8 ويستخدمه لتنزيل وتشغيل أجزاء الفيديو. يقوم المشغل بالتبديل ديناميكيًا بين جودات الفيديو المختلفة بناءً على ظروف شبكة المستخدم.

مثال: سير عمل HLS

تخيل مستخدمًا في طوكيو يشاهد حدثًا رياضيًا مباشرًا. يتم ترميز الفيديو بجودات متعددة. ينشئ خادم HLS قائمة تشغيل M3U8 تشير إلى أجزاء فيديو مدتها ثانيتان. يقوم مشغل الفيديو الخاص بالمستخدم، الذي يكتشف اتصالاً قويًا بالإنترنت، بتنزيل أجزاء عالية الدقة في البداية. إذا ضعفت الشبكة، يتبدل المشغل تلقائيًا إلى أجزاء منخفضة الدقة للحفاظ على التشغيل السلس.

بنية DASH

تشبه بنية DASH HLS، لكنها تستخدم تنسيق ملف بيان مختلفًا:

1. ترميز الفيديو: على غرار HLS، يتم ترميز محتوى الفيديو إلى إصدارات متعددة بمعدلات بت ودقة مختلفة. يدعم DASH مجموعة واسعة من برامج الترميز، بما في ذلك VP9 و AV1.
2. التقسيم: يتم تقسيم الفيديو المشفر إلى أجزاء صغيرة.
3. ملف البيان (MPD): يتم إنشاء ملف MPD (Media Presentation Description)، والذي يحتوي على معلومات حول أجزاء الفيديو المتاحة وعناوين URL الخاصة بها وبيانات تعريف أخرى. يستخدم ملف MPD تنسيقًا قائمًا على XML.
4. خادم الويب: يتم تخزين أجزاء الفيديو وملف MPD على خادم ويب، ويمكن الوصول إليه عبر HTTP.
5. مشغل الفيديو: يسترجع مشغل الفيديو ملف MPD ويستخدمه لتنزيل وتشغيل أجزاء الفيديو. يقوم المشغل بالتبديل ديناميكيًا بين جودات الفيديو المختلفة بناءً على ظروف شبكة المستخدم.

مثال: سير عمل DASH

يبدأ المستخدم في ساو باولو في مشاهدة فيلم حسب الطلب. يقدم خادم DASH ملف MPD يصف مستويات الجودة المختلفة. في البداية، يختار المشغل جودة متوسطة المدى. عندما ينتقل المستخدم إلى موقع مختلف به إشارة Wi-Fi أضعف، يتبدل المشغل بسلاسة إلى جودة أقل لمنع التخزين المؤقت، ثم يعود إلى جودة أعلى عندما تتحسن الاتصال.

تنفيذ HLS و DASH على الواجهة الأمامية

لتنفيذ HLS و DASH على الواجهة الأمامية، ستحتاج إلى مشغل فيديو يدعم هذه البروتوكولات. تتوفر العديد من مشغلات الفيديو المستندة إلى JavaScript، بما في ذلك:

• hls.js: مكتبة JavaScript شائعة لتشغيل تدفقات HLS في المتصفحات التي لا تدعم HLS بشكل أصلي.
• dash.js: مكتبة JavaScript لتشغيل تدفقات DASH في المتصفحات.
• Video.js: مشغل فيديو HTML5 متعدد الاستخدامات يدعم HLS و DASH من خلال المكونات الإضافية.
• Shaka Player: مكتبة JavaScript مفتوحة المصدر للوسائط التكيفية، تم تطويرها بواسطة Google، وتدعم كلاً من DASH و HLS.
• JW Player: مشغل فيديو تجاري يوفر دعمًا شاملاً لـ HLS و DASH، إلى جانب ميزات أخرى متنوعة.

إليك مثال أساسي لكيفية استخدام hls.js لتشغيل دفق HLS:

            
<video id="video" controls></video>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/hls.js@latest"></script>
<script>
  if (Hls.isSupported()) {
    var video = document.getElementById('video');
    var hls = new Hls();
    hls.loadSource('your_hls_playlist.m3u8');
    hls.attachMedia(video);
    hls.on(Hls.Events.MANIFEST_PARSED, function() {
      video.play();
    });
  }
</script>

            

              
                Copy
              
            
          

وبالمثل، إليك مثال على استخدام dash.js لتشغيل دفق DASH:

            
<video id="video" controls></video>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/dashjs@latest/dist/dash.all.min.js"></script>
<script>
  var video = document.getElementById('video');
  var player = dashjs.MediaPlayer().create();
  player.initialize(video, 'your_dash_manifest.mpd', true);
  player.on(dashjs.MediaPlayer.events.STREAM_INITIALIZED, function() {
    video.play();
  });
</script>

            

              
                Copy
              
            
          

مزايا وعيوب HLS و DASH

مزايا HLS:

• توافق واسع: يتم دعم HLS بواسطة مجموعة واسعة من الأجهزة والمتصفحات، بما في ذلك iOS و Android و macOS و Windows و Linux.
• تنفيذ بسيط: HLS سهل التنفيذ نسبيًا، لأنه يعتمد على HTTP القياسي للتسليم.
• صديق لجدار الحماية: يستخدم HLS منافذ HTTP القياسية (80 و 443)، مما يجعله أقل عرضة للحظر بواسطة جدران الحماية.
• دعم جيد لـ CDN: تدعم شبكات توصيل المحتوى (CDNs) HLS على نطاق واسع، مما يتيح التسليم الفعال لمحتوى الفيديو للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.
• دعم التشفير: يدعم HLS طرق تشفير مختلفة، بما في ذلك AES-128، لحماية محتوى الفيديو من الوصول غير المصرح به.
• دعم MP4 المجزأ (fMP4): تستفيد تطبيقات HLS الحديثة من fMP4 لتحسين الكفاءة والتوافق مع DASH.

عيوب HLS:

• زمن انتقال أعلى: يحتوي HLS عادةً على زمن انتقال أعلى مقارنة ببروتوكولات التدفق الأخرى، بسبب استخدام أجزاء فيديو أطول. قد يكون هذا مصدر قلق لتطبيقات البث المباشر حيث يكون زمن الانتقال المنخفض أمرًا بالغ الأهمية.
• التركيز على نظام Apple البيئي: في حين أنه معتمد على نطاق واسع، يمكن أن تؤدي أصوله داخل نظام Apple البيئي في بعض الأحيان إلى فروق دقيقة في التوافق على الأنظمة الأساسية غير التابعة لـ Apple.

مزايا DASH:

• غير مرتبط ببرامج الترميز: DASH غير مرتبط ببرامج الترميز، مما يعني أنه يمكنه دعم مجموعة واسعة من برامج ترميز الفيديو والصوت، بما في ذلك VP9 و AV1.
• المرونة: يوفر DASH مرونة أكبر من حيث هيكل ملف البيان والتقسيم.
• زمن انتقال أقل: يمكن لـ DASH تحقيق زمن انتقال أقل مقارنةً بـ HLS، خاصةً عند استخدام أجزاء فيديو أقصر.
• التشفير الموحد: يدعم DASH التشفير المشترك (CENC)، مما يسمح بالتشغيل البيني بين أنظمة DRM المختلفة.

عيوب DASH:

• التعقيد: قد يكون DASH أكثر تعقيدًا في التنفيذ من HLS، نظرًا لمرونته الأكبر وتعقيد تنسيق ملف MPD.
• دعم المتصفح: في حين أن دعم المتصفح في ازدياد، فإن دعم DASH الأصلي ليس واسع الانتشار مثل HLS. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى مكتبات JavaScript مثل dash.js.

HLS مقابل DASH: أي بروتوكول يجب عليك اختياره؟

• للتوافق الواسع وسهولة التنفيذ، غالبًا ما يكون HLS خيارًا جيدًا. إنه مدعوم جيدًا عبر منصات وأجهزة مختلفة، مما يجعله رهانًا آمنًا للوصول إلى جمهور واسع.
• لمرونة أكبر ودعم برنامج الترميز وزمن انتقال أقل، قد يكون DASH خيارًا أفضل. ومع ذلك، كن مستعدًا لتنفيذ أكثر تعقيدًا ومشاكل توافق محتملة مع المتصفحات القديمة.
• ضع في اعتبارك استخدام كلا البروتوكولين لتحقيق أقصى قدر من التوافق. يمكن تحقيق ذلك عن طريق ترميز محتوى الفيديو الخاص بك بتنسيقي HLS و DASH واستخدام مشغل فيديو يدعم كلا البروتوكولين. يضمن هذا النهج إمكانية تشغيل محتوى الفيديو الخاص بك على أي جهاز أو متصفح تقريبًا.

مثال عملي: خدمة البث العالمية

تخيل خدمة بث عالمية مثل Netflix أو Amazon Prime Video. من المحتمل أنهم يستخدمون مزيجًا من HLS و DASH. بالنسبة للمحتوى والأنظمة الأساسية الأحدث، قد يفضلون DASH لمرونة برنامج الترميز (AV1 و VP9) وإمكانيات DRM (CENC). بالنسبة للأجهزة والمتصفحات القديمة، قد يعودون إلى HLS. يضمن هذا النهج المزدوج المشاهدة السلسة عبر مجموعة واسعة من الأجهزة في جميع أنحاء العالم.

شبكات توصيل المحتوى (CDNs) ودفق الفيديو

تلعب شبكات توصيل المحتوى (CDNs) دورًا حاسمًا في توصيل محتوى الفيديو بكفاءة للمستخدمين في جميع أنحاء العالم. CDNs هي شبكات خوادم موزعة تقوم بتخزين محتوى الفيديو مؤقتًا بالقرب من المستخدمين، مما يقلل من زمن الانتقال ويحسن أداء التشغيل. يتم دعم كل من HLS و DASH بشكل جيد بواسطة CDNs.

عند اختيار CDN لدفق الفيديو، ضع في اعتبارك العوامل التالية:

• الوصول العالمي: اختر CDN بشبكة عالمية من الخوادم لضمان تسليم محتوى الفيديو الخاص بك بسرعة وموثوقية للمستخدمين في جميع المناطق.
• دعم HLS و DASH: تأكد من أن CDN يدعم كلاً من بروتوكولات HLS و DASH.
• إمكانيات التخزين المؤقت: ابحث عن CDN بإمكانيات تخزين مؤقت متقدمة، مثل التخزين المؤقت للكائنات ودعم HTTP / 2.
• ميزات الأمان: اختر CDN بميزات أمان قوية، مثل الحماية من هجمات DDoS وتشفير SSL.
• التحليلات والإبلاغ: حدد CDN يوفر تحليلات وتقارير تفصيلية حول أداء الفيديو، مثل استخدام النطاق الترددي وزمن الانتقال ومعدلات الخطأ.

تشمل موفري CDN المشهورين لدفق الفيديو:

• Akamai: مزود CDN رائد بشبكة عالمية من الخوادم ودعم شامل لـ HLS و DASH.
• Cloudflare: مزود CDN شائع يوفر طبقة مجانية وخطط مدفوعة بميزات متقدمة.
• Amazon CloudFront: خدمة CDN مقدمة من Amazon Web Services (AWS).
• Google Cloud CDN: خدمة CDN مقدمة من Google Cloud Platform (GCP).
• Fastly: مزود CDN يركز على التسليم بزمن انتقال منخفض والتخزين المؤقت المتقدم.

إدارة الحقوق الرقمية (DRM)

إدارة الحقوق الرقمية (DRM) هي مجموعة من التقنيات المستخدمة لحماية محتوى الفيديو من الوصول غير المصرح به والنسخ. يعد DRM ضروريًا لحماية المحتوى المتميز، مثل الأفلام والبرامج التلفزيونية، من القرصنة.

يدعم كل من HLS و DASH أنظمة DRM المختلفة، بما في ذلك:

• Widevine: نظام DRM تم تطويره بواسطة Google.
• PlayReady: نظام DRM تم تطويره بواسطة Microsoft.
• FairPlay Streaming: نظام DRM تم تطويره بواسطة Apple.

لتنفيذ DRM في تطبيق دفق الفيديو الخاص بك، ستحتاج إلى:

1. تشفير محتوى الفيديو باستخدام خوارزمية تشفير تدعمها DRM.
2. الحصول على ترخيص من موفر DRM.
3. دمج خادم ترخيص DRM في مشغل الفيديو الخاص بك.

سيطلب مشغل الفيديو بعد ذلك ترخيصًا من خادم ترخيص DRM قبل تشغيل الفيديو. سيحتوي الترخيص على مفاتيح فك التشفير اللازمة لفك تشفير محتوى الفيديو.

يوفر DASH مع التشفير المشترك (CENC) طريقة موحدة لاستخدام أنظمة DRM متعددة مع مجموعة واحدة من المحتوى المشفر. هذا يقلل من التعقيد ويحسن التشغيل البيني.

تنسيق تطبيق الوسائط المشترك (CMAF)

تنسيق تطبيق الوسائط المشترك (CMAF) هو معيار لتغليف محتوى الوسائط يهدف إلى تبسيط سير عمل دفق الفيديو باستخدام تنسيق MP4 مجزأ واحد (fMP4) لكل من HLS و DASH. يؤدي هذا إلى التخلص من الحاجة إلى إنشاء أجزاء فيديو منفصلة لكل بروتوكول، مما يقلل من تكاليف التخزين ويبسط إدارة المحتوى.

أصبح CMAF شائعًا بشكل متزايد ويتم دعمه بواسطة العديد من مشغلات الفيديو و CDNs. يمكن أن يؤدي استخدام CMAF إلى تبسيط سير عمل دفق الفيديو بشكل كبير وتحسين التوافق عبر الأنظمة الأساسية المختلفة.

تحسين أداء دفق الفيديو الأمامي

لضمان تجربة دفق فيديو سلسة وعالية الجودة لمستخدميك، من الضروري تحسين أداء الواجهة الأمامية. فيما يلي بعض النصائح لتحسين أداء دفق الفيديو الأمامي:

• استخدم CDN: كما ذكرنا سابقًا، يمكن أن يؤدي استخدام CDN إلى تحسين أداء تشغيل الفيديو بشكل كبير عن طريق تخزين محتوى الفيديو مؤقتًا بالقرب من المستخدمين.
• تحسين ترميز الفيديو: استخدم إعدادات ترميز الفيديو المناسبة لتحقيق التوازن بين جودة الفيديو وحجم الملف. ضع في اعتبارك استخدام ترميز معدل البت المتغير (VBR) لتحسين جودة الفيديو بناءً على تعقيد المحتوى.
• استخدم دفق معدل البت التكيفي: قم بتنفيذ دفق معدل البت التكيفي (HLS أو DASH) لضبط جودة الفيديو ديناميكيًا بناءً على ظروف شبكة المستخدم.
• تحميل أجزاء الفيديو مسبقًا: قم بتحميل أجزاء الفيديو مسبقًا لتقليل زمن بدء التشغيل وتحسين سلاسة التشغيل.
• استخدم HTTP / 2: يمكن لـ HTTP / 2 تحسين أداء دفق الفيديو بشكل كبير من خلال السماح بتنزيل أجزاء فيديو متعددة بالتوازي.
• تحسين إعدادات مشغل الفيديو: قم بتكوين إعدادات مشغل الفيديو لتحسين أداء التشغيل، مثل حجم المخزن المؤقت وأقصى معدل بت.
• مراقبة أداء الفيديو: استخدم أدوات التحليلات لمراقبة أداء الفيديو وتحديد مجالات التحسين.

مثال: تحسين الجوال

بالنسبة للمستخدم في مومباي الذي يصل إلى خدمة الفيديو الخاصة بك على جهاز محمول مزود بخطة بيانات محدودة، يعد التحسين للجوال أمرًا أساسيًا. يتضمن هذا استخدام تدفقات معدل بت أقل، وتحسين إعدادات مشغل الفيديو لعمر البطارية، وتنفيذ أوضاع توفير البيانات التي تسمح للمستخدم بالتحكم في استهلاك البيانات.

التحديات في دفق الفيديو الأمامي

على الرغم من التطورات في تقنية دفق الفيديو، لا تزال هناك العديد من التحديات في تقديم تجربة فيديو سلسة وعالية الجودة على الواجهة الأمامية:

• تباين الشبكة: يمكن أن تختلف ظروف الشبكة اختلافًا كبيرًا بين المستخدمين والمواقع، مما يجعل من الصعب ضمان أداء تشغيل ثابت.
• تجزئة الجهاز: يمكن أن تجعل المجموعة الواسعة من الأجهزة والمتصفحات ذات القدرات والقيود المختلفة من الصعب تحسين دفق الفيديو لجميع المستخدمين.
• تعقيد DRM: يمكن أن يكون تنفيذ DRM معقدًا ويتطلب دراسة متأنية لأنظمة DRM ومتطلبات الترخيص المختلفة.
• زمن الانتقال: يظل تحقيق زمن انتقال منخفض لتطبيقات البث المباشر تحديًا، خاصة مع HLS.
• إمكانية الوصول: تتطلب التأكد من إمكانية وصول محتوى الفيديو إلى المستخدمين ذوي الإعاقة تخطيطًا وتنفيذًا دقيقين لميزات مثل التسميات التوضيحية والترجمة والشروحات الصوتية.

الخلاصة

HLS و DASH هما بروتوكولات قوية تتيح دفق معدل البت التكيفي، مما يسمح لك بتقديم تجارب فيديو عالية الجودة لجمهور عالمي. من خلال فهم بنية هذه البروتوكولات وتنفيذها ومزاياها وعيوبها، يمكنك اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن البروتوكول الذي يجب استخدامه لاحتياجاتك المحددة. باستخدام CDNs و DRM وتحسين أداء الواجهة الأمامية، يمكنك كذلك تحسين تجربة دفق الفيديو والتأكد من تسليم محتوى الفيديو الخاص بك بكفاءة وأمان للمستخدمين في جميع أنحاء العالم. ابق على اطلاع بأحدث الاتجاهات مثل CMAF وفكر في الاحتياجات المحددة لجمهورك العالمي لتوفير أفضل تجربة مشاهدة ممكنة.