Streaming-Video und Web-TV

Bachelorarbeit von Michael Bösken

Einleitung:

Video im Internet ist kein neues Thema. Es wird jedoch immer interessanter, je weiter die technischen Möglichkeiten durch das tägliche Wachstum privater Internetbandbreiten gehen. Seit dem rasanten Aufschwung von YouTube und Google Video sowie zahlreicher deutscher Ableger ist Streaming Video jedem ein Begriff.

Doch die Anwendung geht weit über das Angebot von usergenerierten Bewegtbildinhalten hinaus. Angebote wie Serienwiederholungen, Kinotrailer, Nachrichten, Reportagen, Videowerbung und Video-BLOGs sind Beispiele der Video on Demand Technik, aber auch im Livestreaming und Web TV Sektor wächst das Angebot. Angefangen bei Übertragungen von Sportevents und Messemitschnitten bis hin zu unzähligen privat organisierten Web TV Sendern ist derzeit ein großes Spektrum vorhanden.

Durch intensive Auseinandersetzung mit Fachzeitschriften und -büchern, themenbezogenen Internetseiten, Foren, Blogs, Wikis, Studien, Aussagen von Visionären und Wirtschaftsanalytikern, aber auch durch eigene technische Umsetzungen und Testreihen ist das Interesse sowie Verständnis für Video im Internet stark gewachsen. Viele der jetzt vorhandenen Anwendungen und Techniken sind erst während der Ausarbeitung dieser Bachelorarbeit entstanden, welches die Aneignung nicht leichter aber um einiges interessanter gestaltete. Zahlreiche OpenSource Projekte entwickelten sich während dieser Zeit zu ganz beachtlichen Anwendungen und Video Streaming Angebote wuchsen täglich heran.

Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit beruht somit auf Forschungen des Ist-Stands von Streaming Video und Web TV. Mit Hilfe dieser theoretischen Grundlage konnte eine bessere Abschätzung getroffen werden welche technischen Umsetzungen relevant und vielleicht zukünftig sogar intensiver eingesetzt werden als dieses aktuell der Fall ist.

Um den Umfang der technischen Umsetzungen in einem überschaubaren Rahmen zu halten, fiel die Entscheidung auf eine verstärkte Beleuchtung von Flash-Video in Kombination mit dem OpenSource Flash Streaming Server - Red5.

Diese Wahl ermöglichte ein unbegrenztes Entwickeln und Testen ohne jegliche Kosten. Des Weiteren hat sich Flash und ActionScript derzeit als eines der beliebtesten Verfahren etabliert Video im Internet zu integrieren. Obwohl es bei weitem andere Entwicklungen gibt, die sich schon länger mit diesem Thema beschäftigen (Windows Media, Real, QuickTime), stellt Flash durch die persönliche Gestaltung des Players, Steuerungen mit ActionScript, Sicherheitsaspekte und vor allem durch die Interaktivität von Video mit verknüpften multimedialen Inhalten, einen unumgänglichen Vorteil dar. Vereinfachtes Videohosting durch serverseitiges Encoding in Flash-Formate sowie verhältnismäßig gute Kompressionseigenschaften des On2 VP6 Codec machen Flash in punkto Videostreaming einzigartig. Der geplante Vollbildmodus, Entwicklungen die Flashvideos in DVD-Qualität streamen sowie die Einführung des Digital Rights Management (DRM) gegen illegale Filmkopien, ebnen einen Weg für interessante zukünftige Entwicklungen.

Das Grundgerüst dieser Bachelorarbeit besteht aus drei Bereichen. Anfänglich wird, auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhend, die Entwicklung, Anwendung und Relevanz von Streaming Video und Web TV beleuchtet. Ein kurzer Ausflug in die Welt der webkonformen Videoproduktion ist ebenfalls Bestandteil des ersten Abschnitts. In Bezug auf die Zusammenarbeit mit Planetactive (NEO@Ogilvy) in Düsseldorf besteht ein weiterer Schwerpunkt aus der Auseinandersetzung mit dem Einsatz von Video im Online-Marketing. Untersuchungsgrundlagen sind Studien und wissenschaftliche Dokumente zum Thema.

Die Gegenüberstellung von Codecs, Streaming Servern aus dem Bereich OpenSource sowie von Lizensierungsmodellen sind genauso im zweiten Bereich der technologischen Anwendung einbezogen, wie die grundlegenden Flash-Video Funktionen und die Möglichkeiten Live-Video im Internet anzubieten. Ein kurzer Ausflug in die Welt des automatisierten serverseitigen Video-Encodings, ist auf Grund der heutigen Beliebtheit des User-Generated-Content auch relevant.

Um nicht nur die theoretischen Grundlagen zu schaffen, entstand in Kooperation mit Planetactive eine Flash-Anwendung, die mit allen relevanten ActionScript gesteuerten Flash-Video Funktionen entwickelt und getestet wurde.

Beschrieben wird diese Anwendung ausführlich mit Quellcode Beispielen im dritten und letzten Teil, der technischen Umsetzungen.

Der Grundgedanke dieser Entwicklung ist einerseits die Gegenüberstellung der drei Übertragungsverfahren von Video im Internet (Video on Demand Streaming, Progressiver Download, Live Streaming), sowie die Möglichkeiten die Flash und der Red5 Streamig Server bieten, zu erforschen.

Des Weiteren lässt sich diese Anwendung als Live-Broadcaster verwenden. Es ist somit möglich, Livebilder einer Kamera an den Server zu schicken und diese gleichzeitig als Stream wieder vom Server zu beziehen.

Wichtige Erkenntnisse konnten auch durch die Teile der Anwendung gewonnen werden, in denen die Pufferauslastung auf Grundlage unterschiedlicher Videodatenraten visuell als Chart präsentiert werden. Die Idee war, zu testen ob sich anhand der Pufferwerte berechnen lässt, wie sehr der Client mit dem Stream ausgelastet ist, und ob es folglich sinnvoll wäre das Video durch Eines mit geringerer Datenrate zu ersetzen.

Dank des Objekt orientierten Ansatzes ist eine Erweiterung der Anwendung ohne Probleme schnell zu realisieren. Auf Grund beschränkter Datenvolumen, die gerade beim Online-Marketing eine wichtige Rolle spielen, ist auf fertige Flash Komponenten wie dem Flash-Player verzichtet, und von Anfang an auf ActionScript Programmierung gesetzt worden.

Die Installation und Konfiguration eines Red5 Servers auf einem Netzwerkrechner von Planetactive gewährleistete eine komfortable Entwicklungsumgebung. Dadurch ist es möglich zeitgleich die Serverfunktionalitäten an die Bedürfnisse der Flash Anwendung anzupassen.

Der Server ist Firmenintern auf einem MAC OS X, und privat auf einem Windows XP System aufgesetzt worden. Dieser direkte Vergleich der Varianz beider Systeme ist Grundlage eines Tutoriums in dieser Bachelorarbeit, welches ausführlich eine schrittweise Anleitung von der Installation des Servers bis hin zum Hinzufügen von Funktionen aufstellt.

Inhaltsverzeichnis:

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 3., Webkonforme Filmproduktion:

Bei der Produktion von Videos bzw. Web TV Angeboten für das Internet, muss man sich den Gegebenheiten der heutigen Webtechniken und der Bandbreiten anpassen. Der Trend der schnellen Internetanbindungen geht zwar nach wie vor ununterbrochen weiter, dennoch ist es noch nicht möglich unkomprimiertes Videomaterial über das Internet an eine große Zielgruppe zu verteilen. Die Produzenten der Internetvideos und der Internetfernsehangebote stehen also weiterhin in der Pflicht das Material vor der Veröffentlichung stark zu komprimieren.

Filmproduktionen, Live-Event Aufzeichnungen oder Werbefilme sollen allerdings trotz der Kompression ansprechend beim Rezipienten ankommen und nicht durch hohe Qualitätseinbußen abschrecken. Verbesserte Codecs und Streamingfunktionalitäten sorgen zur Zeit zwar für recht anschauliche Ergebnisse, dennoch lässt sich bei der Produktion von Filmen und Videos für das Internet mit dem Einsatz von verschiedenen Kamera-, Montage- und Technikregeln viel am Datenvolumen und der Qualität des zu komprimierenden Ergebnisses getan werden. Alle folgenden Methoden auf die man beim Drehen und Schneiden des Films achten sollte, müssen nicht zwangsläufig zu einer einseitigen und somit langweiligen Filmsprache führen. Bei einer durchdachten Vorbereitung des Drehbuches und der Motivwahl in Hinblick auf die möglichen „Regeln“, ergibt sich dennoch ein anschauliches Ergebnis.

Florian Plag und Roland Riempp beschreiben in Ihrem Buch sehr ausführlich welche Herangehensweise beim Drehen und Schneiden von Filmen für den Webeinsatz sinnvoll sind. Jan Ozer erforscht weitergehend in seinem Buch „Hands-on Guide Flash Video“ (noch nicht in Deutschland erschienen, aber auszugsweise im Internet), die grundlegende Videoproduktion für Streaminginhalte. Da digitales Video sehr hohe Datenmengen erzeugt, kommt man bei den heutigen Internet-Bandbreiten (5,6 MBit/s bei DSL 6000) nicht um eine zufrieden stellende Kompression des Ausgangsmaterials herum. Da professionell erzeugte Videodaten schnell auf 270 MBit/s kommen können (Studionorm ITU-R 601), und HDTV produzierte Inhalte schnell auf das Vierfache, sieht man sehr genau was heutige Kompressionsalgorithmen leisten müssen. Doch jeder Algorithmus kann nur so gut sein, wie das Ausgangsmaterial das ihm geliefert wird. Beachtet man die Arbeitsweise von modernen Kompressionsverfahren, so fallen folgende Punkte besonders ins Gewicht:

- Redundanzen werden entfernt, d.h. Regelmäßigkeiten werden mathematisch beschrieben (kein spürbarer Verlust). Dieses können beispielsweise Korrelationen in einem Videosignal sein. D.h. Ähnlichkeit zwischen Pixeln in einem Einzelbild (räumliche Korrelation) oder in auseinander folgenden Bildern (zeitliche Korrelation). Die entfernten Informationen während des Kodierens müssen dann später beim Dekodieren anhand mathematischer Regeln wiederhergestellt werden.

- Bezug nehmend auf die menschliche Wahrnehmung werden Informationen entfernt die nicht relevant sind (kein spürbarer Verlust).

- Reicht der Kompressionseffekt nicht aus, wird weitergehend auf Qualität verzichtet (spürbar bis störender Verlust).

Wie man sieht bereitet nur der letzte Punkt Probleme. Wird das Ausgangsmaterial allerdings so aufgenommen, montiert und verarbeitet das prozentual gesehen die ersten beiden Punkte mehr beansprucht werden erhält man ein besseres Endergebnis. Die nachfolgenden Punkte beschreiben die Möglichkeiten den Kompressionsalgorithmus in den oben genannten Punkten zu unterstützen um eine bessere Qualität des webfähigen Videos zu erhalten. Die nachfolgenden Punkte greifen die Untersuchungen von Florian Plag und Roland Riempp auf, welche durch eigene Untersuchungen erweitert wurden.