Spezifische Anforderungen der Streamingtechnologie und Entwicklung einer mobilen Übertragungseinheit
Am Beispiel der Mobile Streaming Unit (MSU) unter technologischer Berücksichtigung der Funktionalitäten von Real Media, Windows Media und Quicktime
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Bastian Rutsch
- Abgabedatum: Dezember 2001
- Umfang: 158 Seiten
- Dateigröße: 5,1 MB
- Note: 1,3
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Brandenburg Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-5555-2
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-5555-2 P - ISBN (CD) :978-3-8324-5555-2 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Rutsch, Bastian Dezember 2001: Spezifische Anforderungen der Streamingtechnologie und Entwicklung einer mobilen Übertragungseinheit, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Internet, Kompression, Digital, Multimedia
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Diplomarbeit von Bastian Rutsch
Einleitung:
Die vorliegende Diplomarbeit entstand im Jahre 2001 und ist in einer für mich sehr erkenntnisreichen Zeit gewachsen, die von persönlichen Errungenschaften und einem sehr medienorientierten Arbeitsumfeld geprägt worden ist. In Ihr spiegeln sich außer den technologischen Fakten die persönliche Erkenntnis wider, etwas besonderes in meinem Leben erreicht zu haben.
Das vergangene Jahr war für mich eine intensive Zeit der Recherche und Materialsammlung. Dabei versuchte ich, eine junge Technologie vorzustellen und das mir darüber bekannte Wissen mit neuen Erkenntnissen in Beziehung zu bringen.
Die Schwerpunkte der dargelegten Diplomarbeit beziehen sich auf Erkenntnisse der Streamingtechnologie, stellen konkrete Anwendungsmöglichkeiten vor und wenden gewonnene Erkenntnisse auf die Entwicklung einer mobilen Streaming Einheit an. Dabei werden alle an einem Streamingszenario beteiligten Komponenten, die sie umgebenden Medien, sowie deren Eigenschaften betrachtet. Dabei wird aus den Positionen des Entwicklers und des Anwenders Stellung bezogen. Aspekte der Informatik, Erkenntnisse aus Kompressionstechnologie, Wirtschaft und Marktpolitik spielen dabei eine Rolle. Um das gewonnene Wissen und die daraus entstandene technische Komponente nicht nur auf der theoretischen Ebene zu betrachten, wird auf den praktischen Einsatz bei zwei hochinteressanten Projekten eingegangen und deren Realisierung geschildert. Um die genannten Punkte zu konkretisieren, möchte ich im folgenden die einzelnen Kapitel der Diplomarbeit nennen und vorstellen.
Gang der Untersuchung:
Im Kapitel 2 beschäftige ich mich mit grundlegenden erkenntnistheoretischen Überlegungen, welche die Entwicklung einer Technologie betrachten, Zielstellungen der Streamingtechnologie hinterfragen, versuchen konsolidierend zu definieren und einen konkreten Überblick über die Anfänge der Streamingtechnologie geben.
Das Kapitel 3 dringt dann tiefer in die Materie Streaming ein, versucht die grundlegenden Funktionalitäten zu beschreiben, gibt einen Exkurs in die audiovisuellen Grundlagen der Videotechnik und beschäftigt sich detailliert mit der Frage, warum Signale komprimiert werden müssen.
Im darauf folgenden Kapitel 4 wird das Funktionieren von Streaming auf der Basis von IP analysiert, dabei das ISO/OSI Referenzmodell betrachtet und diese Erkenntnisse auf TCP/IP abstrahiert. Zusätzlich gehe ich auf konkrete Protokollszenarien ein und stelle innovative Netzstrukturen vor.
Die Anwenderschnittstellen der Streaming Media Technologie werden im Kapitel 5 vorgestellt; es gibt einen Überblick über den bestehenden Streaming Markt und die Technologien von Microsoft, Real Networks und Apple. Dabei werden alle am Streamingprozess beteiligten Softwarekomponenten erläutert und in ihrer Anwendung beschrieben.
Das Kapitel 6 präsentiert die Entwicklung einer mobilen Streaming Einheit, welche in der Firma streamcast media GmbH konzipiert worden ist. Es gibt einen umfassenden Einblick in die konkreten Anforderungen an die Einheit und es werden Zielgruppen sowie finanzielle Aspekte der Streamingtechnologie betrachtet. Zusätzlich versuche ich, auf eine sehr konkrete Art und Weise die technischen Komponenten und ihre zusammenhängende Funktionalität zu beschreiben.
Am Ende der Diplomarbeit werden zwei praktische Anwendungen präsentiert. In ihnen kommt die vorgestellte Mobile Streaming Unit zum Einsatz. Hier wird durch eine sehr detaillierte Kommentierung einzelner Arbeitsphasen, das Moment einer Produktion beschrieben.
Das Ziel, dass mit dieser Diplomarbeit verbunden ist, wird von vielen verschiedenen Ansprüchen beeinflusst. Zum einen soll die Arbeit den Versuch wagen, eine in ihren Tiefen sehr komplexe Technologie zusammenzufassen und übersichtlich zu präsentieren. Des weiteren sollen die verbreitetsten Benutzerschnittstellen vorgestellt und eine umfassende Einführung in den Umgang mit ihnen gegeben werden. Die im weiteren Verlauf dargestellte technische Entwicklung einer mobilen Streamingeinheit soll theoretische Erkenntnisse mit Problemen einer praktischen Umsetzung in Verbindung bringen.
Inhaltsverzeichnis:
| ABBILDUNGSVERZEICHNIS | 4 | |
| TABELLENVERZEICHNIS | 5 | |
| 1. | EINLEITUNG | 6 |
| 1.1 | Ziele der Diplomarbeit und Motivation | 6 |
| 2. | TECHNOLOGISCHE BETRACHTUNGEN | 8 |
| 2.1 | Entwicklung einer Technologie | 8 |
| 2.2 | Zielstellungen von Streaming Media | 9 |
| 2.3 | Ein Definitionsversuch | 10 |
| 2.4 | Als alles begann | 11 |
| 3. | STREAMINGTECHNOLOGIE | 13 |
| 3.1 | Grundlegende Funktionsweise eines Streamingszenarios | 13 |
| 3.2 | Audiovisuelle Grundlagen für die Erstellung von Streaming Content | 15 |
| 3.3 | Warum Kompression | 17 |
| 4. | PROTOKOLLARCHITEKTUREN UND KOMMUNIKATIONSMODELLE | 19 |
| 4.1 | ISO/OSI Referenzmodell | 19 |
| 4.2 | Protokollarchitektur von TCP/IP | 21 |
| 4.3 | Protokolle für Streaminganforderungen | 23 |
| 4.4 | Intelligente Netzstrukturen und Servermodelle | 27 |
| 5. | ANWENDUNGSMODELLE DER STREAMING MEDIA TECHNOLOGIE | 30 |
| 5.1 | Streaming Markt | 30 |
| 5.2 | Real Networks - Eine Erfolgsgeschichte | 31 |
| 5.2.1 | Grundlegende Komponenten und Funktionsphilosophie | 34 |
| 5.2.2 | Contentgenerierung - Real Producer | 35 |
| 5.2.3 | Contentdistribution - Real Server | 43 |
| 5.2.4 | Contentdarstellung - Real Player | 53 |
| 5.2.5 | Metasprache SMIL | 57 |
| 5.2.6 | Schlussbemerkung und Ausblick | 58 |
| 5.3 | Windows Media Technologie - Der große Verfolger Microsoft | 59 |
| 5.3.1 | Grundlegende Komponenten und Funktionsphilosophie | 61 |
| 5.3.2 | Contentgenerierung - Windows Media Encoder | 62 |
| 5.3.3 | Contentdistribution - Windows Media Server | 74 |
| 5.3.4 | Contentdarstellung - Windows Media Player | 81 |
| 5.3.5 | Schlussbemerkung und Ausblick | 84 |
| 5.4 | Quicktime von Apple - Der schlafende Streamingriese | 85 |
| 5.4.1 | Grundlegende Komponenten und Funktionsphilosophie | 86 |
| 5.4.2 | Contentgenerierung - Sorenson Broadcaster | 87 |
| 5.4.3 | Contentdistribution - Quicktime Server | 91 |
| 5.4.4 | Contentdarstellung - Quicktime Player | 93 |
| 5.4.5 | Schlussbemerkung und Ausblick | 95 |
| 6. | ENTWICKLUNG DER MSU | 96 |
| 6.1 | Motivation für die Entwicklung einer solchen Einheit | 96 |
| 6.2 | Anforderungen an eine mobile Übertragungseinheit | 97 |
| 6.3 | Definition einer Zielgruppe und von Einsatzgebieten | 98 |
| 6.4 | Finanzielle Aspekte | 99 |
| 6.5 | Komponenten der MSU | 101 |
| 6.6 | Funktionsweise und Zusammenspiel der Komponenten | 102 |
| 6.6.1 | Externes Kameramodul | 102 |
| 6.6.2 | Externes Audiomodul | 105 |
| 6.6.3 | Signalaufnehmendes Videomodul 1 | 106 |
| 6.6.4 | Weiterverarbeitendes Videomodul 2 | 108 |
| 6.6.5 | Internes Audiomodul 1 | 109 |
| 6.6.6 | Internes Audiomodul 2 | 111 |
| 6.6.7 | Encoder - Netzwerkmodul | 112 |
| 7. | EINSATZSZENARIEN DER MSU | 116 |
| 7.1 | Allgemeine Anwendungen in der Medienwelt | 116 |
| 7.2 | Berlinale 2001 | 117 |
| 7.3 | Fritz Waldländer | 129 |
| 8. | ZUSAMMENFASSUNG | 134 |
| 9. | LITERATURVERZEICHNISS | 136 |
| GLOSSAR | 139 | |
| ANHANG | 145 |
Der Skripttyp wird durch Java Skript abgefragt. Die Bandbreite, welche dem Skript in dem Dialog Abbildung 25 zugewiesen wird, sollte sich natürlich auf Inhalt und Umfang der zu übermittelnden Befehle stützen. Die Einstellungen für einzelne Videodatenströme, welche durch die Abbildung 26 visualisiert sind, stellen die einzige separate Einstellungsmöglichkeit für multiple Datenströme dar. Dabei kann die Framerate, der Abstand der Schlüsselframes, sowie die der Bildqualität, der zugrundeliegenden Komponenten eingestellt werden. Die Framerate entspricht der Anzahl der Bilder, die pro Sekunde übertragen werden sollen. Während der PAL Standart mit 25 Bildern pro Sekunde arbeitet, kann hier eine Framerate bis 60 eingestellt werden. [...]
Die Wahl der verschiedenen Kompressionsalgorithmen für Audio und Video sind elementare Punkte, die für die Qualitätssicherung eine wichtige Rolle spielen. Wenden wir uns zunächst der Wahl des Audiocodecs zu. Hier kann zwischen dem neusten Windows Media Audio V8 und dem ACELP.net gewählt werden. Der Windows Media V8 Codec benutzt im Gegensatz zu dem ACELP.net Codec keine Intraframespeicherung, wodurch der Codec sehr robust gegenüber dem Problem „Package Loss“ operieren kann.45 Im Prinzip ist die Wahl von Windows Media V8 die bessere, es sei denn der Datenstrom hat eine Bitrate von weniger als 20 kbit/s und enthält reine Sprachanwendungen, dann ist der ACELP.net vorzuziehen. Nähere Informationen zu den Audiocodecs und Formaten sind im Anhang E aufgeführt. Bei der Wahl des Videocodecs ist die Auswahl etwas größer, da viele verschiedene Versionen unterstützt werden. Die aktuellste und am meisten genutzte Variante ist der Windows Media Video V8 Codec, der parallel mit dem Windows Media Audio V8 eingeführt worden ist. Für die Übertragung von Bildschirminhalten ist der Windows Media Screen V7 Codec programmiert worden, welcher Kompressionsraten von bis zu 10000:1 erzielen kann. Im Anhang E sind die benutzten Videocodecs des Windows Media Encoders 7 näher erläutert. Die Wahl der Bitrate für ein Skript ist nur aktiviert, wenn das Skript auch als Quelle angegeben worden ist. [...]
Die Zielgruppenauswahl beschreibt die dem Profil zu Grunde liegende Verbindungsgeschwindigkeit. Diese ist beim Livebroadcasting abhängig von der Anbindung des Windows Media Encoders, welche in der Summe der gewählten Verbindungsgeschwindigkeiten nur zirka 80 % der Anbindungskapazität nutzen sollte. Der Grund dafür liegt in dem Overhead des genutzten Protokolls und wird durch die Größe des Protokollkopfes bestimmt. Weitere, detailliertere Ausführungen sind im Kaptitel 4.3 beschrieben. Des weiteren sollte bei der Zielgruppenauswahl bedacht werden, mit welcher Internetanbindung die späteren Rezipienten angeschlossen sind. Sollen mehrere Zielgruppen mit unterschiedlichen Internetanbindungen bedient werden, so können in der Zielgruppenauswahl einfach mehrere Geschwindigkeiten gewählt werden. Der daraus generierte Datenstrom ist dann ein Datenstrom mit multiplen Bitraten innerhalb einer Datei und ist im Kontext des Windows Media Encoders eine Multibit Datei. Dieses Multibit ist vergleichsweise für eine ähnliche Konzeption gedacht wie die Surestreamtechnologie des Real Producers der Firma Real Networks. Es sollen also mit der Generierung eines Datenstroms durch einen Encoder mehrere unterschiedlich angebundene Clients erreicht werden. Wie auch bei Real ist für die Distribution eines Datenstroms mit Multiplen Bitraten ein spezieller Media Server nötig, der in diesem Fall durch den Windows Media Server repräsentiert wird und im Kapitel 5.3.2 näher beschrieben wird. Ein einfacher Webserver kann den Datenstrom nicht richtig verarbeiten, denn statt der Kommunikation mit dem Player, ist der Webserver nur in der Lage, die Datenströme sequentiell zum Client zu schicken. Damit wäre also genau das Gegenteil erreicht von dem erreicht, was mit einem Multiplen Datenstrom erreicht werden sollte: Mehrere Clients effizient bedienen und das Netz nicht zusätzlich belasten. Die Umsetzung der angesprochenen Technologie unterscheidet sich bei diesem Produkt im Vergleich zu dem Real Producer, wie sollte es anders sein, doch etwas. Während bei dem Real Producer Pro, im Kapitel 5.2.2 beschrieben, mit der Wahl einer Zielgruppe ein Surestream erzeugt werden kann (hier werden dann in prozentualen Abstufungen Bitraten erstellt), macht der Windows Media Encoder das Multiple Verfahren nur durch die explizite Wahl mehrerer Bandbreiten möglich. Diese können eine Datenrate zwischen 10 kbit/s und 10 Mbit/s haben. Die Möglichkeit des Auswählens mehrer Bandbreiten ist zwar gegeben, aber dass dann ein Multibitstrom erzeugt wird, bleibt dem unbedarften Anwender vorenthalten. Ein anderes Problem der Multibittechnologie, welches aber auch dem Surestream des Real Producers vorbehalten ist, stellt die starre Konfiguration der verschiedenen Bitraten dar. Es ist nicht möglich, den verschiedenen Bandbreiten innerhalb eines multiplen Datenstroms unterschiedliche Videocodecs oder unterschiedliche Bildgrößen zuzuordnen. Aber gerade die Wahl einer anders dimensionierten Bildgröße für einen breitbandigen Datenstrom ist für die Bildqualität von erheblicher Bedeutung. Es ist beim Windows Media Encoder 7 nur möglich, die Framerate des Bildsignals und das Erzeugen von Keyframes zu variieren. Beim Thema Audio hat Microsoft in der Multibitanwendung total versagt. Während bei Real noch unterschiedliche Auflösungen und Samplingfrequenzen sowie die Wahl verschiedener Audiocodecs möglich ist, wird beim Windows Media Encoder 7 nur die Wahl einer Audioqualität für die verschiedenen Bandbreiten möglich. Dies sollte in einer nächsten Version unbedingt verändert werden. 68 [...]
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http://www.diplom.de/ean/9783832455552
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Rutsch, Bastian Dezember 2001: Spezifische Anforderungen der Streamingtechnologie und Entwicklung einer mobilen Übertragungseinheit, Hamburg: Diplomica Verlag
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