Frontend-video voogedastus: Sügav sukeldumine HLS- ja DASH-protokollidesse

Tänapäeva digitaalsel maastikul on video voogedastusest saanud meie elu lahutamatu osa. Alates meelelahutusest kuni hariduse ja kaugemalegi kasvab nõudlus sujuvate ja kvaliteetsete videokogemuste järele. Kaks domineerivat protokolli, mis suure osa sellest voogedastusest toidavad, on HLS (HTTP Live Streaming) ja DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP). See põhjalik juhend uurib neid protokolle frontendi vaatenurgast, käsitledes nende arhitektuuri, rakendamist, eeliseid ja puudusi, pakkudes teile teadmisi erakordsete videokogemuste pakkumiseks ülemaailmsele publikule.

Mis on HLS ja DASH?

Nii HLS kui ka DASH on adaptiivse bitikiirusega voogedastusprotokollid, mis võimaldavad videopleieritel dünaamiliselt kohandada video voo kvaliteeti vastavalt kasutaja võrgutingimustele. See tagab sujuva taasesituskogemuse isegi siis, kui võrgu ribalaius kõigub. Nad saavutavad selle, segmenteerides videosisu väikesteks tükkideks ja pakkudes video mitut versiooni erinevate bitikiiruste ja resolutsioonidega.

• HLS (HTTP Live Streaming): Apple'i poolt arendatud HLS oli algselt mõeldud iOS-seadmetesse voogedastamiseks, kuid on sellest ajast saanud laialdaselt kasutatav standard erinevatel platvormidel. See tugineb edastamiseks HTTP-le, mis muudab selle ühilduvaks olemasoleva veebiinfrastruktuuriga.
• DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP): DASH on avatud standard, mille on arendanud MPEG (Moving Picture Experts Group). See pakub suuremat paindlikkust koodekite toetuse osas ja on loodud olema koodekisõltumatum kui HLS.

HLS-i ja DASH-i arhitektuur

Kuigi HLS ja DASH jagavad samu põhiprintsiipe, on nende arhitektuur ja rakendamine veidi erinevad.

HLS-i arhitektuur

HLS-i arhitektuur koosneb järgmistest komponentidest:

1. Video kodeerimine: Algne videosisu kodeeritakse mitmeks versiooniks erinevate bitikiiruste ja resolutsioonidega. H.264 ja H.265 (HEVC) on tavaliselt kasutatavad koodekid.
2. Segmenteerimine: Kodeeritud video segmenteeritakse seejärel väikesteks, fikseeritud kestusega tükkideks (tavaliselt 2-10 sekundit).
3. Manifestifail (esitusloend): Luuakse M3U8 esitusloendi fail, mis sisaldab saadaolevate videosegmentide ja nende vastavate URL-ide loendit. Esitusloend sisaldab ka teavet erinevate videokvaliteetide (bitikiiruste ja resolutsioonide) kohta.
4. Veebiserver: Videosegmendid ja M3U8 esitusloendi fail salvestatakse veebiserverisse, mis on kättesaadav HTTP kaudu.
5. Videopleier: Videopleier hangib M3U8 esitusloendi faili ja kasutab seda videosegmentide allalaadimiseks ja esitamiseks. Pleier lülitub dünaamiliselt erinevate videokvaliteetide vahel vastavalt kasutaja võrgutingimustele.

Näide: HLS-i töövoog

Kujutage ette, et kasutaja Tokyos vaatab otseülekandes spordisündmust. Video kodeeritakse mitmes kvaliteedis. HLS-server loob M3U8 esitusloendi, mis viitab 2-sekundilistele videosegmentidele. Kasutaja videopleier, tuvastades tugeva internetiühenduse, laadib esialgu alla kõrge resolutsiooniga segmente. Kui võrk nõrgeneb, lülitub pleier automaatselt madalama resolutsiooniga segmentidele, et säilitada sujuv taasesitus.

DASH-i arhitektuur

DASH-i arhitektuur sarnaneb HLS-ile, kuid kasutab erinevat manifestifaili vormingut:

1. Video kodeerimine: Sarnaselt HLS-ile kodeeritakse videosisu mitmeks versiooniks erinevate bitikiiruste ja resolutsioonidega. DASH toetab laiemat valikut koodekeid, sealhulgas VP9 ja AV1.
2. Segmenteerimine: Kodeeritud video segmenteeritakse väikesteks tükkideks.
3. Manifestifail (MPD): Luuakse MPD (Media Presentation Description) fail, mis sisaldab teavet saadaolevate videosegmentide, nende URL-ide ja muu metaandmete kohta. MPD-fail kasutab XML-põhist vormingut.
4. Veebiserver: Videosegmendid ja MPD-fail salvestatakse veebiserverisse, mis on kättesaadav HTTP kaudu.
5. Videopleier: Videopleier hangib MPD-faili ja kasutab seda videosegmentide allalaadimiseks ja esitamiseks. Pleier lülitub dünaamiliselt erinevate videokvaliteetide vahel vastavalt kasutaja võrgutingimustele.

Näide: DASH-i töövoog

Kasutaja São Paulos hakkab vaatama tellitavat filmi. DASH-server pakub MPD-faili, mis kirjeldab erinevaid kvaliteeditasemeid. Esialgu valib pleier keskmise kvaliteedi. Kui kasutaja liigub teise asukohta nõrgema Wi-Fi signaaliga, lülitub pleier sujuvalt madalamale kvaliteedile, et vältida puhverdamist, ja naaseb seejärel kõrgemale kvaliteedile, kui ühendus paraneb.

HLS-i ja DASH-i rakendamine frontendis

HLS-i ja DASH-i rakendamiseks frontendis on vaja videopleierit, mis toetab neid protokolle. Saadaval on mitu JavaScripti-põhist videopleierit, sealhulgas:

• hls.js: Populaarne JavaScripti teek HLS-voogude esitamiseks brauserites, mis ei toeta HLS-i loomulikult.
• dash.js: JavaScripti teek DASH-voogude esitamiseks brauserites.
• Video.js: Mitmekülgne HTML5 videopleier, mis toetab HLS-i ja DASH-i pistikprogrammide kaudu.
• Shaka Player: Google'i arendatud avatud lähtekoodiga JavaScripti teek adaptiivse meedia jaoks, mis toetab nii DASH-i kui ka HLS-i.
• JW Player: Kommertslik videopleier, mis pakub laiaulatuslikku tuge HLS-ile ja DASH-ile ning mitmesuguseid muid funktsioone.

Siin on lihtne näide, kuidas kasutada hls.js-i HLS-voo esitamiseks:

            
<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
              
            
          

Sarnaselt on siin näide dash.js-i kasutamisest DASH-voo esitamiseks:

            
<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
              
            
          

HLS-i ja DASH-i eelised ja puudused

HLS-i eelised:

• Lai ühilduvus: HLS-i toetab lai valik seadmeid ja brausereid, sealhulgas iOS, Android, macOS, Windows ja Linux.
• Lihtne rakendamine: HLS-i on suhteliselt lihtne rakendada, kuna see tugineb edastamiseks standardsele HTTP-le.
• Tulemüürisõbralik: HLS kasutab standardseid HTTP-porte (80 ja 443), mis vähendab tõenäosust, et tulemüürid selle blokeerivad.
• Hea CDN-tugi: Sisuedastusvõrgud (CDN) toetavad laialdaselt HLS-i, võimaldades videosisu tõhusat edastamist kasutajatele üle maailma.
• Krüpteerimise tugi: HLS toetab erinevaid krüpteerimismeetodeid, sealhulgas AES-128, et kaitsta videosisu volitamata juurdepääsu eest.
• Fragmenteeritud MP4 (fMP4) tugi: Kaasaegsed HLS-i rakendused kasutavad fMP4-d parema tõhususe ja ühilduvuse tagamiseks DASH-iga.

HLS-i puudused:

• Suurem latentsus: HLS-il on tavaliselt suurem latentsus võrreldes teiste voogedastusprotokollidega, mis on tingitud pikemate videosegmentide kasutamisest. See võib olla murettekitav otseülekande rakenduste puhul, kus madal latentsus on kriitilise tähtsusega.
• Apple'i ökosüsteemi fookus: Kuigi see on laialdaselt kasutusele võetud, võib selle päritolu Apple'i ökosüsteemist mõnikord põhjustada ühilduvusnüansse mitte-Apple'i platvormidel.

DASH-i eelised:

• Koodekisõltumatu: DASH on koodekisõltumatu, mis tähendab, et see toetab laia valikut video- ja helikoodekeid, sealhulgas VP9 ja AV1.
• Paindlikkus: DASH pakub suuremat paindlikkust manifestifaili struktuuri ja segmenteerimise osas.
• Madalam latentsus: DASH suudab saavutada madalama latentsuse võrreldes HLS-iga, eriti lühemate videosegmentide kasutamisel.
• Standarditud krüpteerimine: DASH toetab ühist krüpteerimist (Common Encryption, CENC), mis võimaldab koostalitlusvõimet erinevate DRM-süsteemide vahel.

DASH-i puudused:

• Keerukus: DASH-i rakendamine võib olla keerukam kui HLS-i puhul, tulenevalt selle suuremast paindlikkusest ja MPD-failivormingu keerukusest.
• Brauseri tugi: Kuigi brauseritugi kasvab, pole loomulik DASH-tugi nii laialt levinud kui HLS-i puhul. Sageli on vaja JavaScripti teeke nagu dash.js.

HLS vs. DASH: Millise protokolli peaksite valima?

Valik HLS-i ja DASH-i vahel sõltub teie konkreetsetest nõuetest ja prioriteetidest.

• Laia ühilduvuse ja lihtsa rakendamise jaoks on HLS sageli hea valik. See on hästi toetatud erinevatel platvormidel ja seadmetel, mis teeb sellest turvalise valiku laia publikuni jõudmiseks.
• Suurema paindlikkuse, koodekite toetuse ja madalama latentsuse jaoks võib DASH olla parem valik. Siiski olge valmis keerukamaks rakendamiseks ja võimalikeks ühilduvusprobleemideks vanemate brauseritega.
• Kaaluge mõlema protokolli kasutamist ühilduvuse maksimeerimiseks. Seda saab saavutada, kodeerides oma videosisu nii HLS- kui ka DASH-vormingus ja kasutades videopleierit, mis toetab mõlemat protokolli. See lähenemine tagab, et teie videosisu saab esitada praktiliselt igas seadmes või brauseris.

Praktiline näide: ülemaailmne voogedastusteenus

Kujutage ette ülemaailmset voogedastusteenust nagu Netflix või Amazon Prime Video. Tõenäoliselt kasutavad nad HLS-i ja DASH-i kombinatsiooni. Uuema sisu ja platvormide jaoks võivad nad eelistada DASH-i selle koodekite paindlikkuse (AV1, VP9) ja DRM-võimekuse (CENC) tõttu. Vanemate seadmete ja brauserite puhul võivad nad tagasi langeda HLS-ile. See kahekordne lähenemine tagab sujuva vaatamise laias valikus seadmetes üle maailma.

Sisuedastusvõrgud (CDN) ja video voogedastus

Sisuedastusvõrgud (CDN-id) mängivad olulist rolli videosisu tõhusal edastamisel kasutajatele üle kogu maailma. CDN-id on hajutatud serverite võrgustikud, mis vahemälustavad videosisu kasutajatele lähemale, vähendades latentsust ja parandades taasesituse jõudlust. Nii HLS kui ka DASH on CDN-ide poolt hästi toetatud.

Video voogedastuseks CDN-i valimisel arvestage järgmiste teguritega:

• Ülemaailmne haare: Valige CDN, millel on ülemaailmne serverite võrk, et tagada teie videosisu kiire ja usaldusväärne edastamine kasutajatele kõigis piirkondades.
• HLS-i ja DASH-i tugi: Veenduge, et CDN toetab nii HLS- kui ka DASH-protokolle.
• Vahemälustamise võimekus: Otsige CDN-i, millel on täiustatud vahemälustamise võimalused, nagu objektide vahemälustamine ja HTTP/2 tugi.
• Turvafunktsioonid: Valige CDN, millel on tugevad turvafunktsioonid, nagu DDoS-kaitse ja SSL-krüpteerimine.
• Analüütika ja aruandlus: Valige CDN, mis pakub üksikasjalikku analüütikat ja aruandlust video jõudluse kohta, näiteks ribalaiuse kasutus, latentsus ja veamäärad.

Populaarsed CDN-pakkujad video voogedastuseks on:

• Akamai: Juhtiv CDN-pakkuja, millel on ülemaailmne serverite võrk ning laiaulatuslik tugi HLS-ile ja DASH-ile.
• Cloudflare: Populaarne CDN-pakkuja, mis pakub tasuta taset ja tasulisi pakette täiustatud funktsioonidega.
• Amazon CloudFront: Amazon Web Servicesi (AWS) pakutav CDN-teenus.
• Google Cloud CDN: Google Cloud Platformi (GCP) pakutav CDN-teenus.
• Fastly: CDN-pakkuja, mis keskendub madala latentsusega edastusele ja täiustatud vahemälustamisele.

Digitaalsete õiguste haldus (DRM)

Digitaalsete õiguste haldus (DRM) on tehnoloogiate kogum, mida kasutatakse videosisu kaitsmiseks volitamata juurdepääsu ja kopeerimise eest. DRM on hädavajalik premium-sisu, näiteks filmide ja telesaadete, kaitsmiseks piraatluse eest.

Nii HLS kui ka DASH toetavad erinevaid DRM-süsteeme, sealhulgas:

• Widevine: Google'i arendatud DRM-süsteem.
• PlayReady: Microsofti arendatud DRM-süsteem.
• FairPlay Streaming: Apple'i arendatud DRM-süsteem.

DRM-i rakendamiseks oma video voogedastuse rakenduses peate:

1. Krüpteerima videosisu DRM-toega krüpteerimisalgoritmiga.
2. Hankima litsentsi DRM-pakkujalt.
3. Integreerima DRM-litsentsiserveri oma videopleierisse.

Seejärel küsib videopleier enne video esitamist litsentsi DRM-litsentsiserverilt. Litsents sisaldab dekrüpteerimisvõtmeid, mida on vaja videosisu dekrüpteerimiseks.

DASH koos ühise krüpteerimisega (CENC) pakub standardiseeritud viisi mitme DRM-süsteemi kasutamiseks ühe krüpteeritud sisukomplektiga. See vähendab keerukust ja parandab koostalitlusvõimet.

Ühtne meediarakenduse vorming (CMAF)

Ühtne meediarakenduse vorming (CMAF) on standard meediasisu pakendamiseks, mille eesmärk on lihtsustada video voogedastuse töövoogu, kasutades ühtset fragmenteeritud MP4 (fMP4) vormingut nii HLS-i kui ka DASH-i jaoks. See välistab vajaduse luua iga protokolli jaoks eraldi videosegmente, vähendades salvestuskulusid ja lihtsustades sisu haldamist.

CMAF muutub üha populaarsemaks ning seda toetavad paljud videopleierid ja CDN-id. CMAF-i kasutamine võib oluliselt sujuvamaks muuta teie video voogedastuse töövoogu ja parandada ühilduvust erinevatel platvormidel.

Frontend-video voogedastuse jõudluse optimeerimine

Sujuva ja kvaliteetse video voogedastuskogemuse tagamiseks oma kasutajatele on oluline optimeerida frontendi jõudlust. Siin on mõned näpunäited frontendi video voogedastuse jõudluse optimeerimiseks:

• Kasutage CDN-i: Nagu varem mainitud, võib CDN-i kasutamine oluliselt parandada video taasesituse jõudlust, vahemälustades videosisu kasutajatele lähemale.
• Optimeerige video kodeerimist: Kasutage sobivaid video kodeerimise seadeid, et tasakaalustada videokvaliteeti ja faili suurust. Kaaluge muutuva bitikiirusega kodeerimise (VBR) kasutamist, et optimeerida videokvaliteeti vastavalt sisu keerukusele.
• Kasutage adaptiivse bitikiirusega voogedastust: Rakendage adaptiivse bitikiirusega voogedastust (HLS või DASH), et dünaamiliselt kohandada videokvaliteeti vastavalt kasutaja võrgutingimustele.
• Eellaadige videosegmente: Eellaadige videosegmente, et vähendada käivituslatentsust ja parandada taasesituse sujuvust.
• Kasutage HTTP/2: HTTP/2 võib oluliselt parandada video voogedastuse jõudlust, võimaldades mitme videosegmendi paralleelset allalaadimist.
• Optimeerige videopleieri seadeid: Konfigureerige oma videopleieri seadeid, et optimeerida taasesituse jõudlust, näiteks puhvri suurust ja maksimaalset bitikiirust.
• Jälgige video jõudlust: Kasutage analüütikatööriistu video jõudluse jälgimiseks ja parendusvaldkondade tuvastamiseks.

Näide: mobiilseadmetele optimeerimine

Mumbais asuva kasutaja jaoks, kes kasutab teie videoteenust piiratud andmemahuga mobiilseadmes, on mobiilile optimeerimine võtmetähtsusega. See hõlmab madalama bitikiirusega voogude kasutamist, videopleieri seadete optimeerimist aku kestvuse jaoks ja andmesäästurežiimide rakendamist, mis võimaldavad kasutajal andmekasutust kontrollida.

Väljakutsed frontend-video voogedastuses

Hoolimata video voogedastustehnoloogia edusammudest on sujuva ja kvaliteetse videokogemuse pakkumisel frontendis endiselt mitmeid väljakutseid:

• Võrgu varieeruvus: Võrgutingimused võivad kasutajate ja asukohtade vahel oluliselt erineda, mis muudab järjepideva taasesituse jõudluse tagamise keeruliseks.
• Seadmete killustatus: Lai valik erinevate võimaluste ja piirangutega seadmeid ja brausereid võib muuta video voogedastuse optimeerimise kõigile kasutajatele keeruliseks.
• DRM-i keerukus: DRM-i rakendamine võib olla keeruline ja nõuab hoolikat kaalumist erinevate DRM-süsteemide ja litsentsimisnõuete osas.
• Latentsus: Madala latentsuse saavutamine otseülekande rakenduste jaoks on endiselt väljakutse, eriti HLS-iga.
• Juurdepääsetavus: Videosisu juurdepääsetavuse tagamine puuetega kasutajatele nõuab hoolikat planeerimist ja funktsioonide, nagu subtiitrid, pealkirjad ja helikirjeldused, rakendamist.

Kokkuvõte

HLS ja DASH on võimsad protokollid, mis võimaldavad adaptiivse bitikiirusega voogedastust, lubades teil pakkuda kvaliteetseid videokogemusi ülemaailmsele publikule. Mõistes nende protokollide arhitektuuri, rakendamist, eeliseid ja puudusi, saate teha teadlikke otsuseid, millist protokolli oma konkreetsete vajaduste jaoks kasutada. Kasutades CDN-e, DRM-i ja optimeerides frontendi jõudlust, saate veelgi parandada video voogedastuskogemust ja tagada, et teie videosisu edastatakse kasutajatele üle maailma tõhusalt ja turvaliselt. Hoidke end kursis uusimate suundumustega, nagu CMAF, ja arvestage oma ülemaailmse publiku erivajadustega, et pakkuda parimat võimalikku vaatamiskogemust.