05.06.2018 | Ausgabe 6/2018

Qualität und Bandbreitenverbrauch optimieren mit modernen Videostreaming-Technologien

Bild: d©envfx - stock.adobe.com

Anbieter von Streaming-Inhalten sehen sich mit immer höheren Kosten für Content Delivery Networks konfrontiert. Wir fragen: Wie kann der Bandbreitenverbrauch und damit der finanzielle Aufwand für den Betrieb des Streaming-Netzwerks reduziert und dabei gleichzeitig eine hohen Bildqualität der Videos erreicht werden?

Eine der Herausforderungen für Anbieter von Videoinhalten liegt in der Niedrighaltung der Betriebskosten für das CDN. Obwohl die Kosten pro Byte sich kontinuierlich verringern, steigt parallel dazu die erforderliche Menge an Bandbreite, um die Kunden zufriedenzustellen. Die Hardwareanbieter liefern immer größere, schönere Bildschirme, gleichzeitig steigen die Anforderungen der Benutzer hinsichtlich Servicequalität und Bitraten.

Was muss also ein Anbieter von Videoinhalten tun, um mithalten zu können? Der offensichtliche Weg liegt darin, einen günstigeren Anbieter für die Streaming-Infrastruktur zu finden oder auf neuartige Produkte auf diesem Markt zurückzugreifen, etwa auf Multi-CDNs oder Private CDNs. Einige dieser Optionen sehen vielversprechend aus und sollten als Teil einer umfassenden Strategie berücksichtigt werden. Allerdings ist die Reduktion der Kosten pro Byte nur eine an der Symptomatik orientierte Maßnahme. Der tatsächliche Ursprung des Problems bleibt dabei außer Acht.

Die ideale Lösung liegt darin, die Bandbreite so zu reduzieren, dass für den Betrachter die höchstmögliche Qualitätsstufe weiterhin verfügbar bleibt. Sehen wir uns daher in der Folge drei Methoden an, die aktuell zur Verfügung stehen, um die erforderliche Bandbreite für Videostreaming zu reduzieren, ohne dabei das Benutzererlebnis negativ zu beeinflussen.

Multi-Codec-Streaming

Das erste hier vorgestellte Verfahren ist das sogenannte Multi-Codec-Streaming. Bei dieser Lösung erkennt der Player, in welchem Browser er aufgerufen wird (z. B. Chrome, Safari, Firefox, Internet Explorer etc.) und setzt den effizientesten Codec für den spezifischen Anwender ein.

Wer mit Videostreaming vertraut ist, kennt natürlich auch H.264 (auch bekannt als AVC). Dieser Kompressionsstandard besitzt aktuell einen großen Vorteil gegenüber allen anderen, nämlich, dass er in 100% aller am Markt verfügbaren Browser funktioniert. Dabei handeltes sich dabei keinesfalls um den effizientesten, aktuell verfügbaren Kompressionsstandard.

H.265 (auch bekannt als HEVC) ist die nächste Generation des Codecs und weist im Vergleich zu H.264 Ersparnisse in der Bitrate von bis zu 50% auf. VP9 ist ein weiterer Codec, der eine ähnliche Reduktion der Bitrate ermöglicht. Mit den beiden Codecs gibt es lediglich ein Problem: Keiner der beiden kann aktuell überall abgespielt werden.

Dies ist der Punkt, an dem Multi-Codec-Streaming auf den Plan tritt. Dabei werden Videos in allen drei Codecs codiert und der Player so konfiguriert, dass er erkennt, welche Datei welchem Benutzer zur Verfügung gestellt werden muss. VP9 kann aktuell für 50% der Nutzer verwendet werden, HEVC für etwa 38% und die übrigen 12% können mit H.264 bedient werden. Abhängig von der demographischen Zusammensetzung ihrer Nutzergruppe, kann mittels Multi-Codec-Streaming ein Einsparungspotenzial von 50% bei der Bandbreite erreicht werden. Und das für alle relevant verbreiteten Browser.

In Hinblick auf die Zukunft werden Multi-Codec-Lösungen auch jenen helfen, die auf neue Codecs wie AV1 setzen möchten, sobald diese für den Einsatz in Produktivumgebungen bereit sind.

TRISTAN BOYD ist Marketing & Communication Expert bei Bitmovin. Bild: Der Autor

Per-Title-Encoding

Wie der Name bereits verrät, sieht dieses Verfahren eine Anpassung der Codierungseinstellungen für spezifische Videotitel vor. Es macht sich den Fakt zunutze, dass einige Videos weit weniger komplex sind als andere und deshalb in niedrigeren Bitraten codiert werden können. Ein typisches Beispiel dafür sind Zeichentrickfilme. Inder Regel beinhalten diese Szenen mit großflächigen, einfarbigen Arealen und generell einen niedrigen Komplexitätsgrad. Daher können sie viel besser komprimiert werden als komplexe Szenen, wie sie etwa in Actionfilmen oder Science-Fiction-Filmen vorkommen.

Beim Per-Title-Encoding wird eine komplexe Analyse eines jeden Titels durchgeführt, bevor der tatsächliche Codierungsprozess beginnt. Der Komplexitätswert wird eingesetzt, um die Stufe für die Skalierung der Bitrate zu berechnen und sendet ein neues Codierungsprofil an den Encoder. Daraus resultiert, dass jedes Video in de rMediathek mit dem bestmöglichen Codierungsverfahren für den spezifischen Inhalt codiert wird. So wird die Bitrate minimiert und damit der Bandbreitenverbrauch merklich reduziert.

Per-Scene-Adaptation

Dieses Verfahren stützt sich auf den Fakt, dass das menschliche Auge oftmals nicht in der Lage ist, einen Großteil der Information zu verarbeiten, die bei einem Videostream übermittelt wird. In den meisten Videos gibt es Szenen, die ohne weiteres mit einer niedrigeren Bitrate kodiert werden können, ohne dass der Zuseher dies merken würde. Per-Scene-Adaptation erfordert das Hinzufügen einer Adaptionslogik, die das Verhalten des Players mit einem zusätzlichen Strom „qualitativer Metadaten“ steuert, in dem Informationen über die visuelle Komplexität eines spezifischen Segments innerhalb des Videos übermittelt werden.

Bei einem Player mit adaptivem Streaming in einer Standardkonfiguration versucht der Player eine Datei herunterzuladen, die zu den Bildschirmdimensionen auf dem Abspielgerät passt. Der einzige Grund, weshalb der Player auf eine niedrigere Bitrate wechseln würde, wäre, falls die Bandbreitenkapazität für das Empfangsgerät eingeschränkt würde. Bei einem Player der für eine Adaption pro Szene konfiguriert wurde, kann der Player darauf hingewiesen werden, dass das kommende Segment in einer niedrigeren Bitrate codiert werden könnte, ohne dass es Qualitätseinbußen kommt. In solchen Fällen passt sich der Player selbstständig an und reduziert somit den Bandbreitenkonsum. In einigen Fällen um 30% und mehr.

Die Metadaten zur Qualität, die für dieses Verfahren erforderlich sind, werden durch eine Analyse generiert, die bei jedem Video durchgeführt wird, sobald dieses codiert wird. Die Analyse setzt auf eine Vielfalt an Messungen zur Qualität bei der Wahrnehmung, wodurch die Codierung an das menschliche Auge angepasst wird. Diese Metadaten sind als Paketdaten im „adaptive package“ enthalten und werden dem Player in einer ähnlichen Weiseübermittelt wie Untertitel oder fixe Bildunterschriften.

Wettbewerbsvorteil durch moderne Video-Infrastruktur

Im Laufe des letzten Jahrzehnts haben sich die Technologien im Bereich Video-Streaming stark weiterentwickelt. Man kann durchaus sagen, dass bisher der Fokus vor allem auf die Videoqualität und die Verbesserung der Benutzererfahrung gelegt wurde. Heutzutage ist die Möglichkeit, Videos in toller Qualität zu streamen, eher ein „Must Have“ als ein Wettbewerbsvorteil. Dies liegt unter anderem an Codecs wie HEVC und VP9. Die Fronten haben sich also sozusagen verschoben.

Um im Wettbewerb vorne dranzubleiben, ist es wichtig, der Optimierung der eigenen Infrastruktur die richtige Bedeutung beizumessen. Dazu zählen auch die Minimierung der Dateigröße und die Reduktion des Bandbreitenverbrauchs. Die drei hier vorgestellten Methoden sind allesamt effektive Mittel, um die Kosten für den Betrieb des Verteilungsnetzwerkes zu reduzieren. Sie lassen sich außerdem in sämtliche Video-Workflows implementieren.


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