Streaming media (3): podpora na Internetu

Streaming media jsou na Internetu populární, ale pro jejich kvalitní provozování bylo třeba udělat řadu změn: především specifikovat nové protokoly, které umožní jejich přenos a interpretaci.

Historie podpory multimediální komunikace v reálném čase na Internetu je velmi krátká. V roce 1996 se vyvinuly základy a začal se vyvíjet nový protokol SIP (Session Initiation Protocol), který byl přijat Internetovou komunitou v roce 1999 jako RFC 2543 (dnes nahrazeno RFC 3261-3265).

Protokolů a dalších složek používaných na Internetu pro multimediální komunikaci je více, protože architektura TCP/IP nebyla původně vytvořena na podporu aplikací v reálném čase. Internet a IP sítě obecně podporují jediný režim práce, a to best effort. Jinými slovy: síť se snaží přenést pakety, jak nejlépe to jde, ale neupřednostňuje žádné pakety ani negarantuje jejich doručení, natož doručení v určité době. A to jsou většinou právě podmínky, které pro úspěšný přenos (rozuměj: pro spokojenost koncového uživatele s kvalitou přenosu) streaming media potřebují.

I když se multimediální přenosy díky značné redundanci poměrně snadno vypořádají se ztrátou některých paketů, musí to být ztráty „rovnoměrné“, protože nesnášejí ztráty shluků paketů. Přísnější požadavky než na doručení paketů mají streaming media na včasné doručení, tedy minimalizaci zpoždění při přenosu. Paket, který nebyl doručen včas, má stejný výsledný efekt, jako paket, který nebyl doručen vůbec. Proto ani nepřichází v úvahu běžný mechanizmus TCP opětovného přenosu paketů při jejich ztrátě (nedoručení), protože takový paket by docela jistě přišel pozdě.

Specifické protokoly pro streaming media

Multimédia na Internetu podporují následující protokoly, profily a jazyky:

• Real-time Transport Protocol(RTP, RFC 3550) – určen pro paketizaci toků jako hlasu, textu a obrazu v reálném čase. Protokol sám neposkytuje žádný mechanizmus na zajištění doručení, včasného doručení paketů, ani pro doručení paketů ve správném pořadí. RTP kombinuje datový transport s volitelným řídicím protokolem Real-time Transport Control Protocol (RTCP), který monitoruje kvalitu služby a hlášení. RTP používají ke své činnosti protokoly SIP i H.323.  
• Real-time Transfer Protocol Audio Video Profiles (RTP/AVP, RFC 3551) – pro specifikaci kódování médií a dalších parametrů;
• Real-Time Streaming Protocol (RTSP, RFC 2326) – protokol určený pro vzdálené řízení přehrávání médií;
• Session Initiation Protocol(SIP) – protokol pro navázání relací mezi procesy, které běží na počítačích připojených k IP síti, pro telefonii, video, chat, hry apod.
• Session Description Protocol (SDP, RFC 2327 a 3266) – protokol určený k popisu charakteristik (parametrů) multimediální relace (např. typ média);
• Presence and Instant Messaging for SIP– protokol pro předávání zpráv v reálném čase na základě zjištění on-line přítomnosti (připojení k síti) komunikačních partnerů;
• Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL) – jazyk určený pro včlenění jiného média (textu, grafiky, URL) do audio/video toku pro synchronizované zobrazení.

Kompletní přehled protokolů pro multimediální komunikaci na Internetu je uveden na obrázku.

Obrázek: Protokolová architektura pro multimédia

Přenos streaming media

U přenosů v reálném čase je nezbytně nutné zajistit rovnoměrnost toku paketů, což znamená, že časové zpoždění mezi jednotlivými pakety má být konstantní (musí se zachovat vzájemný vztah mezi pakety v rámci dané relace). Jestliže se  časové odstupy mezi jednotlivými přijímanými pakety výrazně mění, aplikace v reálném čase může mít nekvalitní výstup nebo dokonce může dojít k jejímu selhání. Zachování stejných časových odstupů mezi jednotlivými pakety multimediálního proudu je zásadním požadavkem pro multimediální přenos v reálném čase.

Na straně příjemce lze vhodně využít vyrovnávací paměti, kdy se mírně oddálí čas přehrávání paketů od času příjmu paketů, a to na základě časového odstupu jednotlivých paketů (s vyznačeným časem a pořadovým číslem). Přehrávací vyrovnávací paměť je pro přenosy v reálném čase nezbytná.

Připouští se přitom určitá tolerance pokud se jedná o ztráty paketů, vytvářejících datový proud. Multimediální data jsou značně redundantní z hlediska lidského vnímání zvuku a obrazu. Pokud tedy během přenosu proudu paketů dojde k přijatelným ztrátám, interpretovaná informace (tj. zvuk nebo obraz) na přijímací straně se může uživateli zdát méně kvalitní, nicméně akceptovatelná. Pokud ale dojde k porušení časového sledu paketů, obraz se „roztrhá“ a zvuk ztrácí zcela srozumitelnost.

V následující části se podíváme podrobněji na složky, bez nichž by streaming media na Internetu nešla realizovat. Zaměříme se na vlastní podporu přenosu, protokoly RTP, RTCP a nový  protokol SCTP.

15. 10. 2004

Autor: Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA