iXBT: Video OnLine

Основной целью, побудившей меня написать эту статью, стало желание поиграть с цифровой видеокамерой, предварительно придумав достойное объяснение этому занятию - online картинки и видео в Internet, а также посмотреть, что и для чего сегодня можно в этом плане применить.

Оборудование

Несмотря на то, что многие современные видеокарты имеют возможность оцифровки внешнего видеосигнала (см. Обзор видеокарт с функцией приема и захвата видеосигнала), использование дополнительной платы может быть более выгодно, т.к. для нее подходит даже самая дешевая видеокарта. К тому-же использование бытовой видеокамеры немного дороговато. Таким образом был выбран комплект от компании ProLink PixelView Meeting PAK (стоимость <$140). В его состав входит все необходимое оборудования для наших целей: PCI плата видеоввода, цветная цифровая видеокамера, микрофон и некоторый набор драйверов и программ для всего этого. Из альтернативных отметим варианты с камерой на параллельном порту (например Connectix) или на USB шине (Intel). Сегодня первые уже не обеспечивают необходимого качества, а вторые еще слишком молоды и (надеюсь пока) не достаточно универсальны.

Плата видеоввода собрана на чипе Bt848, который часто используется и другими производителями, в том числе Intel, Creative, ATi, Hauppauge, Video Labs. К сожалению данный экземпляр не имеет драйверов для Windows NT, только Windows 95/98. Плата имеет вход Video, вход для камеры Philips CCD или S-Video (в зависимости от модификации) и выход питания 5/12В для камер других производителей. Кроме того в варианте для камеры Philips есть внутренний разъем для выхода сигнала с микрофона камеры. Параметры платы обычные:

^* по поводу форматов есть одно замечание. Для их корректной работы необходимы соответствующие кодеки. Их можно посмотреть в Start/ Control Panel/ Multimedia/ Devices/ Video Compression Codecs. К сожалению некоторые программы не предоставляют возможность выбора кодека. Например MS NetMeeting просто не работал с PixelView, пока я не установил Intel Indeo 4.31 (ищите файл ivi_nt95.exe). Аналогичная ситуация бывает и с некоторыми игрушками, которые имеют видеофрагменты под этот кодек.

Камера также стандартна для этого класса продуктов. Ее характеристики:

^* еще одно замечание. Есть камеры Philips и с большим разрешением. В названии модели VCM7319 вторая цифра (3) говорит именно об этом. Лучше, если она 4, тогда разрешение может быть до 768x582 PAL и горизонтальное до 490.

Качество оцифровки сигнала этой платой меня приятно удивило. Вспоминая такие продукты, как Tekram M200, Hiway Xtreme, FlyVideo, я не ожидал такой цветопередачи и разрешения.

Естественно при желании можно использовать и любой другой источник видеосигнала. Например видеомагнитофон или видеокамеру. В таких случаях качество обычно возрастает вместе с ценой (но не больше, чем возможности карты).

Как это работает

Трансляция "живого" звука или видео отличается от простой передачи файлов по протоколам http или ftp. Кроме того, что она является передачей с синхронизацией по времени, еще и допускаются потери. Большинство продуктов для данной технологии используют семейство протоколов TCP/IP (включая UDP и TCP) для передачи данных. Кроме этого некоторые продукты используют возможности TCP/IP для широковещательной работы.

В общем случае существуют две программы - клиент, принимающий поток, и сервер, его передающий. При этом может быть как целенаправленная передача от сервера конкретному клиенту, так и ширковещательная. Естественно число одновременно транслируемых потоков ограничено мощностью сервера.

Более сложный вариант "живой" трансляции включает в себя (формально) три ПК. Первый (кодер) производит оцифровку сигнала, его упаковку и транслирует поток на сервер. Второй (сервер) принимает поток от кодера и предоставляет его для просмотра третьему ПК (клиенту). Естественно, что можно все три программы запустить и на одном, достаточно производительном, ПК.

Источниками информации могут служить предварительно подготовленные аудио/видео файлы или "живая" трансляция. В последнем случае кодирование происходит на лету, что требует больших вычислительных мощностей. Для кодирования используются алгоритмы, подобные JPEG/MPEG. При этом основным параметром является скорость выходного потока. Например звуковые файлы обычно кодируются для скоростей от 8Kbps (килобит в секунду) до 80Kbps. Естественно, что и качество такого кодирования разное. В качестве примера приведем 16bit 22KHz mono wav файл (210Kb), закодированный на 8kbps (6Kb), 16kbps (13Kb) и 80kbps (51Kb). Кодирование производилось в формат RealAudio, поэтому для прослушивания необходим RealPlayer (см. www.real.com). Кстати, для кодирования речи и музыки можно применять разные алгоритмы, поскольку структура и назначение таких файлов разные.

С видео все немного сложнее. У видео легко выделить два противоположных (при ограничении полосы) критерия качества: качество картинки и динамика (примерно частота кадров). Поэтому обычно происходит оптимизация под заданную полосу пропускания и при этом можно выбирать между четкими картинками с маленькой частотой кадров или динамичными, но более нечеткими. Естественно такой выбор приходится делать только если трансляция расчитана на передачу по модему (т.е. медленно). Для локальной сети или скоростного канала (скорость от 80kbps) вполне реально иметь оюдовременно и скорость и качество.

Исходный AVI файл basket.avi 668K (оригинал можно найти в MS Office97). Формат: звук PCM,11 025 Hz; 8 Bit; Mono, изображение 3.45 сек, 240 x 180, 24 Bits, 73 Frames, 24 Frames/Sec, IR32, 219 KB/Sec. (это можно посмотреть например под Windows98 в свойствах файла). Два последних параметра показывают кодек и скорость под него.

Примеры кодирования под разные скорости со стандартным параметром качества (как и раньше для просмотра необходим RealPlayer версии 4 или старше). Для большего эффекта рекомендую смотреть в увеличенном размере (иконка Zoom/Double Size).

скорость связи	скорость потока	размер файла	файл
модем 28.8K	20kbps	12Kb	basket01.rm
модем 56K	32kbps	16Kb	basket02.rm
Single ISDN	45kbps	22Kb	basket03.rm
Dual ISDN	80kbps	38Kb	basket04.rm
LAN	153kbps	72Kb	basket05.rm

А теперь оптимизация файла на 32kbps по динамике basket06.rm (18Kb), четкости basket07.rm (16Kb) и просто режим Slide Show basket08.rm (17Kb).

Программы

Для организации трансляции LiveVideo естественно необходимо специализированное ПО. Из известных мне систем RealNetworks RealSystem и Microsoft NetShow первая оказалась более простой в нахождении, установке и использовании. (Заметим, что оба базовых варианта этих систем абсолютно бесплатны). Поэтому ее опишем более подробно. Коротко про NetShow написано далее.

Все эти программы легко найти и скачать в Internet. Имена и размеры файлов: Real Player 5.0 rp32_50.exe 1.35Mb, Real Encoder 5.1 renc51.exe 1.55Mb, Real Server Basic 5.01 Windows NT Intel rs501basic-intel-nt.exe 3.47Mb, Windows95 rs501basic-win95.exe 3.44Mb. Для использования сервера необходимо зарегистрироваться на сайте производителя и получить по e-mail номер лицензии (бесплатно). Современные версии этих программ 5.xx . На сайте RealNetworks можно найти и бета версии программ следующего поколения RealSystem G2, обеспечивающего улучшенное качество и сильно расширенные возможности. Также компания предлагает инструменты для преобразования презентаций PowerPoint и Macromedia в файлы RealVideo. Кроме программ фирма также продает законченные решения для видеоконференций, видеотрансляций и т.п., включающие кроме ПО и все необходимое оборудование.

RealPlayer

В первоначально расчитанной на работу со звуковыми файлами программе поддержка видео появилась начиная с четвертой версии. На картинке представлен вид RealPlayer 5.0 при просмотре вышеприведенного примера. Кроме обычных для media-проигрывателей кнопок пуск/пауза/стоп есть переключение Compact/Normal diaplay (на Normal можно увидеть больше информации о проигрываемом файле), кнопки Mute и Zoom. Также через меню можно вызвать окно статистики текущего соединения, на котором отображается число принятых/ восстановленных/ потеряных/ опоздавших кадров, текущая скорость канала до сервера и т.д. Несомненным плюсом программы является наличие ссылок на популярные сайты с файлами RealAudio/Video, таким образом после установки программы Вам не придется долго искать сайт для проверки ее работы. Через меню можно настроить работу программы: Ваше подключение к сети (модем, ISND, LAN и т.д.), работа через proxy, транспорт TCP/ UDP/ HTTP, автоматический upgrade и другие.

RealEncoder

Это программа предназначенная для подготовки RealAudio (.ra) и RealVideo (.rm) файлов и потоков. Исходные файлы могут быть типов WAV, AU, AVI и MOV. Также можно кодировать потоки с любых аудио/видео источников (от вторых требуется MS Video for Windows совместимость) и передавать их на RealServer. Программа работает под Windows 95/NT. Рекомендуемые требования к компьютеру: iP120, 16Mb RAM, 1G свободного места на диске, TrueColor видео, 16 бит звук. Требования для кодирования live video:

требование	менее 3 fps	мнимум для более 3fps	сильно больше 3fps или большое разрешение
ОС	Windows 95	Windows NT
процессор	iP 166	iP 200	Dual P2
память	32Mb	64Mb
видео	16bit	24bit

Вариантов работы три: кодирование из файла в файл, кодирование с media источника в файл, кодирование с media источника и передача на RealSystem сервер для online вещания.

Во время кодирования видео можно наблюдать его результаты и сравнивать с оригиналом. Для правильного восприятия желательно использовать достаточно быстрый ПК. При кодировании live video отображение этих окон лучше запретить. Для упрощения создания медиафайлов предложено несколько предопределенных шаблонов (Recording Templates). Также Вы можете исправить готовые или добавить свои. В них указываются параметры кодирования - скорости, кодеки, установки качества.

RealServer

Это и есть главная часть программного комплекса RealSystem. Существуют разные версии этого ПО. Они отличаются ценой, количеством одновременных соединений и сервисными возможностями. RealServer Basic безплатен (но требует регистрации по e-mail) и поддерживает до 25 одновременных соединений. По внешним признакам RealServer мало отличается от WWW или FTP серверов. Запускаться может под Windows 9x/NT, в последнем случае и как сервис. Естественно сервер может работать на ПК, на котором нет WWW сервера. Запуск и остановка сервера производится из RealServer Control Center. Кроме этого из него можно проверить работу сервера, проиграв тестовые примеры. Для этого требуется наличие на ПК RealPlayer. В базовом варианте предусмотрены и средства скромного Web-администрирования - можно посмотреть файлы примеров и некоторую статистику работы - версию ПО, количество подключенных пользователей и общую используемую полосу. В профессиональной версии (не бесплатной) есть более развитые средства мониторинга на базе Java приложения. Для проверки работы сервера можно использовать и log файлы, которые он ведет, отмечая кто, что, когда смотрел и как хорошо это получилось. Конфигурация сервера задается в текстовом файле. Возожности настройки очень широкие, однако для запуска сервера требуется буквально пара строчек. В дальнейшем можно добавить идентификацию пользователей, источников live потоков, настройки IP и портов, разрешить или запретить запись трансляций на диск пользователя, включить рассылку сообщений по e-mail о работе сервера, произвести настройку производительности и еще очень много всего.

О новом поколении системы - RealSystem G2

Основным новшеством системы G2 является наличие кодеков, которые позволяют в одном файле совмещать несколько потоков данных. В основном это позволяет иметь несколько скоростей передачи одного и того-же содержимого, что приводит к возможности использовать динамическую ширину полосы канала и в каждом конкретном случае выбирать наиболее подходящую скорость работы. Напомню, что ранее для каждой ширины полосы, например модема 14.4, 28.8, 56K, необходимо было иметь свой файл, подготовленный именно для этой скорости. С системой G2 необязательно транслировать WAV и AVI файлы в формат RealSystem, они могут передаваться напрямую. Кроме этого новая версия теперь поддерживает технологии RealPix, RealText и другие.

Коротко о Microsoft NetShow

Аналогично RealSystem в составе NetShow есть программы просмотра, создания и распространения потоков NetShow. Просмотрщик NetShow Player существует в версиях под Winsows 95/NT 4, Windows NT 3.51, Windows 3.x и Macintosh. Для нормальной работы рекомендуется P120, 16Mb RAM, SVGA и соединение с сетью от модема 28.8 и быстрее. Средства создания Active Streaming Format (ASF) файлов и потоков могут работать под Windows 95/NT. Меня немного расстроило требование наличия в звуковой карты в ПК, а также звука в выходном файле. Я считаю, что это необоснованно уменьшает возможности программ. Также удивило использование для некоторых работ утилит, запускаемых из коммандной строки. Из положительных моментов отметим наличие (на этот раз уже GUI :) утилиты для создания ASF файла из набора картинок и звуковых фрагментов. Сервер NetShow работает только под Windows NT. Под Windows 95 можно установить программу его удаленного администрирования. Очень интересым является и руководство по системе и созданию аудио/видео содержимого. Правда оно занимает 7Мб в запакованном виде :)

Скорость и качество

Как я уже говорил, скорость и качество являются частично настраивыми параметрами. Наиболее важное ограничение для пользователя - его скорость доступа к серверу. Пользователь модема 14.400 может расчитывать максимум на прослушивание моно звуковой трансляции с качеством AM радио. Для просмотра видео необходимо минимум модем на 28.800, а для действительно "почти как по телевизору" нужна полоса не менее 40kbps. Как вы понимаете, это уже выделенная линия, ISDN, радиоканал, оптоволокно, короче не модем. Причем эта скорость должна быль максимально стабильной, т.к. при больших перерывах буферизация не спасает, возникают остановки и получается уже slide show. Не забудте, что сервер может находиться не в локальной сети вашего провайдера и поэтому скорость и качество канала ISP тоже важны.

Что касается использования технологии в локальной сети, то даже на 10Mbit и аудио и видео работает достаточно хорошо, можно даже применять для видео высокоскоростные кодеки на 100 и 200kbps. Естественно, что сеть должна быть работоспособной и не сильно загруженной. Если же использовать 100Mbit сеть, то проблем нет вообще. Как показала практика, загрузка при одновременной трансляции 2-х потоков 200kbps не превышает 5%.

Заключение

Эксперимент показал, что трансляция по сети аудио/видео сегодня уже проста и не дорога. Тем не менее для большинства пользователей модемов просмотр видео остается мечтой. Однако не всегда необходимо связываться с большими системами типа RealSystem, если Вам необходимо, например, только передавать статичные фотографии или картинки на web-сайт, можно использовать и более простые программы. Для начала можно попробовать что-нибудь с http://www.winfiles.com. А для задач типа показа картинки на страничке в Web вообще существуют автономные устройства с камерой и разъемом под сетевой провод, управляемые по IP.