آشنایی با صفر تا صد Adaptive Bitrate Streaming

مشکل از اینجا نشات می گیرد که اکثر کاربران برای مشاهده این استریم ها بر اینترنت خانگی خود تکیه می کنند؛ شرایط شبکه ای و پهنای باند برای این گونه اتصالات دارای نوساناتی در طول روز بوده و می توانند بر تجربه تماشای کاربر تاثیرگذار باشند. علاوه بر این، دستگاه های مورد استفاده کاربران نیز می تواند دارای توانایی پخش و قدرت پردازشی متفاوتی باشد.

به همین دلیل است که تولید کنندگان باید به بینندگان قبل از تولید فکر کرده و یک ساز و کار پخش ویدیویی منعطف ایجاد کنند. برای اکثر شرکت ها، این به معنای استفاده از یک الگوریتم به نام adaptive bitrate streaming یا پخش با توجه به بیت ریت دستگاه کاربر است.

Adaptive bitrate streaming چیست؟

بهتر است قبل از اشاره به adaptive bitrate streaming با مفهوم بیت ریت بیشتر آشنا شوید تا بتوانید معنای داشتن قابلیت پخش سازگار یا تطابق پذیر را بهتر درک کنید.

منظور از bitrate در استریمینگ چیست؟

بیت ریت ویدیوی یک استریم به سرعت انتقال داده های ویدیویی به سمت دستگاه یک کاربر اشاره دارد. مقیاس استاندارد برای بیت ریت یک پخش آنلاین ویدیویی مگابیت بر ثانیه (Mbps) بوده که بسته به اندازه فایل ویدیویی که بر مبنای مگابایت اندازه گیری می شود، متفاوت است.

در کل، یک بیت ریت بالا به این معناست که کیفیت ویدیو بهتر بوده اما اگر از پهنای باند کاربر فراتر رود، Buffering رخ خواهد داد. Buffering نیز به این معناست که پخش کننده ویدیویی نمی تواند با سرعت کافی فایل ویدیویی را دانلود کرده و با سرعت نرمال آن را پخش کند.

اینها چند مورد از فاکتورهایی هستند که می توانند بر بیت ریت ویدیوی استریم تاثیرگذار باشند:

• رزولوشن ویدیو: منظور از رزولوشن ویدیو، تعداد پیکسل هایی است که درون یک فریم قرار دارد. اکثر ویدیوهای استریمینگ دارای رزولوشن 480، 720، 1080 یا 4k هستند. رزولوشن بالاتر تصاویر را واضح تر نمایش داده و شاید به دستگاه های بزرگ تری یا با کیفیت تری برای پخش نیاز داشته باشد.
• فریم ریت: اکثر تولید کنندگان از 24 فریم بر ثانیه استفاده می کنند، اما رویدادهای ورزشی و سایر استریم هایی که به پخش سریعتری نیاز دارند، ممکن است به 30 تا 60 فریم بر ثانیه نیاز داشته باشند. فریم ریت بالاتر، می تواند حرکات را بهتر نمایش داده اما در عین حال به داده های اضافی بیشتری نیاز خواهد داشت.
• Codec: یک ویدیوی با کیفیت تر، با یک رزولوشن و فریم ریت بالا، معمولاً bitrate بالاتری دارد. ولی، برخی از codec ها که داده های ویدیویی را فشرده می کنند، می توانند نسبت به دیگری موثر تر عمل کنند. Codec های جدید مثل H.264 و H.265 به کیفیت بالاتر ویدیو با بیت ریت پایین تر از نسخه های دیگر منتج خواهند شد.

منظور از پخش سازگار چیست؟

پخش بیت ریت سازگار یا ABR الگوریتمی است که از طریق آن پخش کننده دستگاه کاربر را قادر می سازد تا بیت ریت های مورد نظر خود را دانلود کند. یعنی پخش کننده با توجه به سرعت اینترنت و پردازنده های سیستم می تواند از بین چند بیت ریت یک نرخ را انتخاب و یا بیت ریت را در لحظه کم یا زیاد کند.

نتیجه این امر این خواهد بود که با کمک این الگوریتم، تولید کنندگان می توانند برای کاربران خود بیت ریت های متفاوتی را ارائه دهند.

در طرف مقابل، پخش با بیت ریت چندگانه یا MBR، دارای چند گزینه استریم بوده اما با این تفاوت که پس از انتخاب بیت ریت توسط پخش کننده، بر اساس شرایط شبکه خود را سازگار نخواهد کرد. به عبارت دیگر، یک افت ناگهانی در پهنای باند می تواند منجر به Buffering شود؛ پس پخش MBR بدون پخش سازگار یا Adaptive برای اکثر موقعیت های استریم مناسب نیست.

پخش سازگار، یک راه ایده آل برای پخش کننده هاست تا با توجه به شرایط شبکه، پهنای باند موجود و عملکرد دستگاه، کیفیت یک استریم را به طور پویا تنظیم کنند.

پخش ABR چطور کار می کند؟

تا بحال متوجه شدیم که استریمینگ ABR برای بهینه سازی پخش ویدیو ضروری است، اما دقیقاً چطور عمل می کند؟

• آماده سازی ویدیو

ابتدا، محتوای ویدیویی باید برای پخش زنده ABR آماده شود. پس یک Encoder باید ویدیو را با توجه به پروفایل پخش هدف ( مخاطبان هدف) به چندین بیت ریت مختاف encode کند. اکثر پلتفرم های ویدیویی آنلاین قادرند ویدیوها را از یک فایل واحد به فرمت های مختلف transcode کنند.

هر کدام از این فایل های ویدیویی encode شده باید به قسمت های چند ثانیه ای بخش بندی شوند؛ سایز این بخش بندی ها با توجه به نحوه اجرا متفاوت خواهد بود، اما معمولاً بین 2 الی 10 ثانیه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. این رویکرد با پروتکل های استریم http محور بسیار عالی کار می کند.

• شروع اولیه

قبل از اینکه یک پخش کننده ویدیو را پخش کند، یک فایل اظهار نامه دانلود می کند که بخش های مختلف ویدیو را توضیح داده و بیت ریت های موجود را معرفی می کند. این فایل اظهار نامه که برای HLS به صورت .M3u8 و برای dash به صورت MPD است، شامل اطلاعاتی است که یک پروفایل استریم را تشکیل می دهد.

پخش کننده به سادگی می تواند از این اظهار نامه به عنوان یک راهنما برای درخواست فایل های ویدیویی که با دستگاه و اینترنت سازگار باشند، استفاده کند. سپس به محض اینکه محتوای رسانه ای کافی در بافر لوکال وجود داشته باشد، پخش را به سرعت آغاز می کند.

مزیت پخش ویدیو بر روی پروتکل HTTP این است که محتوا می تواند در یک وب سرور عادی ذخیره شده و سپس توزیع گردد. پس این یعنی ABR به سیستم های CDN به خوبی سازگاری داشته و تاخیرات را به حداقل و سرعت را به حداکثر خواهد رساند.

• پخش داینامیک

معمولاً پخش کننده ها از کمترین بیت ریت شروع به پخش می کنند و با هر تغییر در شرایط شبکه، بخش های ویدیویی با کیفیت تر یا کم کیفیت تر درخواست می کنند.  هر player یک الگوریتم ABR خاص دارد که مسئول تصمیم گیری در خصوص بیت ریت دانلودی است.

دو نوع الگوریتم انتخابی رایج وجود دارند که پخش کننده ها از آنها استفاده می کنند: thoughput و buffer.

الگوریتم های throughput محور، سرعت دانلود بخش های قبلی ویدیو را اندازه گیری کرده و بیت ریت بعدی را مشخص می کنند. مشکل اینجاست که ممکن است throughput در پخش های زنده نتواند با بیت ریت encoder همگام شود.

الگوریتم های buffer محور، همواره تلاش می کنند تا فضای اشغالی بافر را کنترل کرده تا همیشه ویدیوی کافی برای پخش در صف داشته باشند. اگر بافر لوکال از رسانه خالی شود، بیت ریت بعدی پایین تر انتخاب می شود تا به پخش لحظه ای نزدیک تر شود.

نحوه استفاده از ABR

قبل از اینکه تولید کنندگان به دنبال راهکار پیاده سازی ABR باشند، باید در خصوص چند فاکتور مهم در رابطه با پروتکل، بیت ریت و پخش کننده، تصمیم گیری کنند.

• از چه پروتکلی باید استفاده کنیم؟

یک پروتکل استریمینگ روشی برای توزیع محتوای صوتی و تصویری در اینترنت است؛ انتخاب پروتکل پخش ویدیو به هدف شما بستگی دارد، برای مثال رایج ترین پروتکل استریمینگ، RTMP ، ناراضایتی های بسیاری در خصوص روش توزیع برای کاربر نهایی در پی داشته است.

در حالی که این پروتکل می تواند با فلش پلیر پخش شود، اکثر مرورگرها به سمت ویدیو پلیرهای HTML5 سوق پیدا کرده اند. ولی با این وجود، RTMP همچنان می تواند برای ارسال ویدیو برای یک Encoder به یک OVP مورد استفاده قرار گیرد، اما برای ABR مناسب نیست.

پخش سازگار داینامیک بروی HTTP که به طور مخفف DASH نام دارد، یک پروتکل جدید است که توانسته توجهات زیادی را به خود جلب کند. این متد که گاهاً با نام MPEG-DASH نیز شناخته می شود،  Codec محور بوده و برای پخش در تمام مرورگرها طراحی شده است. با اینکه این پروتکل ذاتاً از html5 پشتیبانی نمی کند، بسیاری از پخش کننده ها به کمک JAVASCRIPT و MSEs، از MPEG-DASH پشتیبانی می کنند.

پروتکل پیشنهادی برای پخش کننده های HTML5 پروتکل HTTP Live Streaming یا HLS است. این موضوع بسیار حائز اهمیت است چون نهایتاً این پخش کننده است که پخش زنده ABR را کنترل می کند. با در نظر داشتن codec ها، HLS از H.264 و H.265 پشتیبانی می کند.

این پروتکل به طور پیش فرض از بخش های ویدیویی 10 ثانیه ای استفاده می کند. اما برخی از پخش کننده ها امکان استفاده از بخش بندی های کوچک تر را نیز مهیا کرده اند تا تاخیر را به حداقل برسانند.

• از چه بیت ریتی باید استفاده کنیم؟

انتخاب بهترین بیت ریت به مخاطب هدف شما بستگی دارد. اما بهتر است از چند بیت ریت با سطوح کیفیت متنوع استفاده کنید.

به چند تنظیم بیت ریت رایج توجه کنید:

• 360p video: 400 Kbps – 1000 Kbps
• 480p video: 500 Kbps – 2 Mbps (1 Mbps = 1000 Kbps)
• 720p video: 1.5 – 4 Mbps
• 1080p video: 3 – 6 Mbps

پیشنهاد می شود که سعی کنید بیت ریت های زیر 1000 را نیز ارائه دهید تا همه کاربران بتوانند با هر سرعت اینترنتی ویدیوی شما را مشاهده کنند. بیت ریت های اضافی بیشتر از این مقدار می توانند تجربه تماشای بهتری به مخاطب هدیه کنند.

مزایای پخش سازگار

مزیت اولیه پخش ABR تجربه بهتر از کیفیت ویدیو است. به این ترتیب تولید کنندگان می توانند برای بینندگان خود یک ویدیوی با کیفیت تولید کرده و از ریسک های Buffering یا تداخلات دیگر در امان باشند.

در کنار این مزیت مهم، ABR به شروع سریعتر نیز کمک می کند؛ از آنجایی که پخش های ABR معمولاً با یک پخش بیت ریت پایین تر شروع می کنند ( تا زمانی که الگوریتم انتخاب گر ظرفیت پهنای باند و فضای بافرینگ را تخمین زند )، ویدیو می تواند به سرعت شروع به پخش کند.

پس برندها دیگر نیازی به نگرانی در خصوص از دست دادن برخی از مخاظبان در ابتدای پخش به علت سرعت لود پایین نخواهند داشت.

ABR به تجربه بهتر تماشای ویدیو در دستگاه های هوشمند موبایل و تبلت ها نیز کمک می کند. در گذشته، محدودیت های بسته های اینترنتی، و قدرت پردازشی پایین دستگاه ها، تماشای آنلاین ویدیوها را با چالش مواجه می کرد. اما به لطف ABR کاربران دستگاه های موبایل نیز می توانند بدون Buffering و با وجود این محدودیت های اینترنتی، همچنان ویدیوهای استریم را تماشا کنند.

از آنجایی که استریم های ABR از HTTP برای توزیع استفاده می کنند، این تکنولوژی با اکثر وب سرورها و شبکه های توزیع محتوا سازگار است. پس یعنی این روش از راه اندازی سرورهای خاص یا نگهداری انصالات دائمی ارزان تر تمام خواهد شد.

پس استفاده از ABR می تواند هم در هزینه ها صرفه جویی کرده و هم یک تجربه پخش با کیفیت را ارائه دهد.

زمانی که یک کاربر تجربه بدی از پخش داشته باشد، احتمال زیادی وجود دارد که نظرش نسبت به برند منفی شود. این موضوع می تواند تبلیغات را تحت تاثیر قرار داده و برای کانال هایی که از این طریق کسب درآمد می کنند، سودآوری کمی بهمراه داشته باشد؛ به همین دلیل است که این روزها ABR به تمام تولید کنندگان توصیه می شود.

راهکار میزبان کلود

به کمک پلتفرم پخش ویدیو ( VOD) و پخش زنده ( LIVE STREAMING ) میزبان کلود می توانند از قابلیت های فوق العاده ABR برای پخش ویدیوهای خود بهره مند شده و با توجه به سرعت اینترنت، دستگاه مخاطب و حتی موقعیت جغرافیایی آنها، ویدیوی خود را با بالاترین کیفیت ارائه دهید.

جمع بندی

تمام تولید کنندگان محتواهای ویدیوی باید تجربه کاربری را در اولویت قرار دهند. در این راستا پخش زنده ABR یکی از آشکارترین روش هایی است که به کاربران شما این امکان را می دهد تا با بالاترین کیفیت ممکن بر روی هر دستگاهی به محتوای ویدیویی مورد نظر دست یابند. در این مطلب چیستی ABR و مزایای آن را مفصل بررسی کرده و نحوه استفاده از آن را نیز برای شما شرح دادیم؛ امیدواریم این مطلب برای شما مفید واقع شده باشد.