Was ist eigentlich Streaming?

Im Internet kann prinzipiell jede Art digitaler Daten übertragen werden. Die so übertragenen Informationen unterliegen lediglich den Einschränkungen des Übertragungsmediums, also der Übertragungsbandbreite und -charakteristik des Internets. Kennzeichnend für die Übertragung von Audio/Video-Datenströmen sind enge zeitliche Toleranzen während der Übertragung, große Datenmengen und die daraus resultierend hohe benötigte Bandbreite.

Audio/Video-Daten werden in der Regel sequentiell, also beginnend vom Dateianfang bis zum Dateiende, abgespielt. Daher ist es sinnvoll mit dem Abspielen schon während der Übertragung zu beginnen und nicht erst auf das Dateiende zu warten wie es bei einem normalen Dateidownload der Fall ist.
Von Streaming spricht man also, wenn Audio/Video-Daten unter Echtzeit-Anforderungen, also mit einer garantierten und geringen Verzögerung, übertragen werden und der Inhalt schon während der Übertragung genutzt werden kann.

Im Bereich der Online-Medien wird das Streamen von Audio / Video im Allgemeinen als Internet-Äquivalent zu den bekannteren Broadcasting-Technologien wie Rundfunk oder Fernsehen gesehen. Also der Übertragung von Daten von einem zentralen Punkt aus zu allen Teilnehmern innerhalb eines Netzwerkes. Am Beispiel eines klassichen Radiosenders, verbreitet ein Funkmask (als zentraler Punkt gesehen) das Radiosignal an viele Teilnehmer über das Medium Luft. Bei dem Äquivalent eines Internet-Radios, ist es ein Streaming-Server der die digitalen Inhalte über das Medium Internet an die Teillnehmer verbreitet.

Um die Last eines Streaming Server bei einer grossen Anzahl von Clienten zu verringern, gibt es zwei wichtige Methoden die zu streamenden Daten zu verteilen. Einmal die Verteilung des Streams über einen Replication Server und die Verteilung über einen Relay Server.

Anfoderungen an das Übertragungsmedium

Heutzutage vereint das Übertragungsmedium Internet die Möglichkeit Video- und Audiodateien verteilen zu können. Um den kontinuierlichen Transport von Informationen in nahezu Echtzeit garantieren zu können, gibt es einige Anforderungen an den Übertragungskanal. Dieser sollte eine möglichst hohe und konstante Bandbreite mit geringer Verzögerungszeit aufweisen. Außerdem sollte die Häufigkeit und Charakteristik von evtl. Übertragungsfehlern bekannt sein.

Funktionsweise eines Streams

Da Audio/Video-Inhalte normalerweise sequentiell genutzt, also vom Anfang bis zum Ende wiedergegen und betrachtet werden, ist es sinnvoll diese Daten auch so im Internet zu Übertragen.

Deshalb verwendet man bei dem Streaming von Audio/Video-Daten eine eigene Übertragungsstrategie. Im Gegensatz zu einem klassichen Datei-Download, wo die Daten vom Anfang bis zum Ende heruntergeladen werden müssen und erst anschliessend genutzt werden können, werden die Daten bei dem Streaming schubweise im sogenannten Teilstreckenverfahren (Store-and-Forward) an den Empfänger übertragen. Auf der Empfängerseite werden diese Teilstücke ab der ersten Sekunde in einem Puffer zwischengespeichert und können von dort sofort bei Bedarf entnommen und genutzt werden.

Livestream von der Webcam

Achtung: Der hier von mir beschriebene Weg dient nicht dazu seine Webcambilder einfach mal so schnell auf seiner Homepage zu veröffentlichen, es geht in diesem Artikel um einen Livestream von einer Webcam über einen Streamingserver. Wenn Ihr Eure Webcambilder online stellen wollt, ohne einen Streamingserver zu verwenden, dann könnte Euch dieser Artikel hier ein wenig weiter helfen.

Der Wowza Media Server bietet die Möglichkeit einen Stream über das RTMP abzufragen und diesen mit Flash darstellen (abzuspielen) zu lassen. Ebenfalls bietet der Wowza Media Server eine Möglichkeit (und ein Beispiel) um einen Live Video- und Audiostream zu senden. Ich möchte hier kurz erklären wie ich einen Webcam-Livestream (Bild und Ton) unter zu Hilfenahme des Adobe Flash Media Encoder und des Wowza Media Server in Flash darstellen kann.

Voraussetzung: Installierter Wowza Media Server

In den zahlreichen Beispielen des Wowza Media Server findet sich ebenfalls ein Beispiel Namens “On2FlixLivePlayer”, welches ich hier mit einem Live-Stream von meiner USB-Webcam (Audio & Video) über den Adobe Flash Media Encoder füttern möchte.

Ihr benötigt dafür natürlich den Adobe Flash Media Encoder den ihr bei adobe kostenlos herunterladen könnt.

Meine Konfiguration:
Mein Betriebssystem ist Windows XP, eine installierte USB-Webcam, der Wowza Media Server Pro 1.5.0, der Adobe Flash Media Encoder 2.5 und einen Firefox zum anschauen.

Zuerst den Adobe Flash Media Encoder installieren, nach der Installation und dem ersten Start des Encoders sollte idealerweise schon ein Bild im Encoder von eurer Webcam angezeigt werden und ein Pegelausschlag des Mikrofons zu sehen sein.

Jetzt nehmt Ihr folgende Einstellungen im Adobe Flash Media Encoder vor:

Meine Einstellungen des Adobe Flash Media Encoders (Klicken um zu vergrössern)

Nun fängt der Adobe Flash Media Encoder an euer Video und Audiosignal der Webcam (und/oder des Mikrofons) an den von euch eingegebenen Ort zu senden. Dadurch könnt Ihr jetzt den Stream mit dem Wowza Media Server von dieser Stelle abfragen und mit dessen Hilfe im Flash darstellen.

Um Euch den Stream anzuschauen zu können, müsst Ihr nach der Installation des Beispiels “On2FlixLivePlayer” vom Wowza Media Server, welches Ihr im Ordner “Examples” findet, die zuvor im Adobe Media Encoder gewählten Einstellungen als Quelle eingeben. Bei mir ist das also der Server “rtmp://localhost/streamtest” und als Stream der von mir gewählte Name “livestream”. Nach auf einem Klick auf den Button “Start” solltet Ihr den von euch eingespeisten Stream sehen können.

Die Begriffe Kodierung & Kompression.

Ein wichtiger Arbeitsschritt bei der Übertragung von Audio- und Video Daten über das Internet, ist die Wahl des Formats und in welcher Qualität diese Daten ausgeliefert werden sollen.

Bedingt durch die Bandbreitenbegrenzung, die jede Internetverbindung mit sich bringt, ist es unerlässlich zum Beispiel ein Video in seiner Qualität und Auflösung zu mindern und somit erst einmal das Streaming überhaupt zu ermöglichen. Ebenso müssen die zu streamenden Daten an die Plattform, die die zu erwartenden Endbenutzer bevorzugen, angepasst werden. So macht es einen großen Unterschied in der Kodierung und Kompression ob man einen Video-Stream an ein mobiles Endgerät, oder eher einen Audio-Stream an einen Media Player wie den Winamp senden möchte.

Um einen Echtzeitstrom bestmöglich in das Internet und eventuell zu einem bestimmten Endgerät versenden zu können, benutzen Streaming-Systeme Kodierungs- und Kompressionsalgorithmen um die Inhalte an die Gegebenheiten und Bedürfnisse anzupassen.

Was ist heißt kodieren?

Die Umsetzung einer Information auf eine bestimmte Übertragungstechnik, zum Beispiel das Versenden einer Nachricht mittels dem Morsealphabet, wird als Kodierung bezeichnet. So ist es möglich Informationen über eine weite Strecke zu übertragen, jedoch können nur der Sender (Encoder) und der Empfänger (Decoder) anhand der Verschlüsselung (der Code) die Nachricht lesen.

Was heißt komprimieren?

Bei der Kompression von Daten werden unwichtige oder doppelte Informationen aus der zu übertragenden Nachricht entfernt um somit die zu übertragende Datenmenge reduzieren zu können.

Ein klassisches Beispiel für eine Kompression ist die Versendung einer Nachricht über ein Telegramm. Hierbei werden einfach unwichtige Wörter weggelassen, jedoch bleibt die eigentlich Information für den Empfänger sehr gut erhalten. Eine redundante, also überflüssige Information, wäre zum Beispiel die Angabe “Null Uhr morgens”.

In einem Telegramm würde die überflüssige Information “morgens” einfach entfernt, da “Null Uhr” nur am Morgen sein kann.

Bei der Komprimierung von Audio-Daten werden zum Beispiel kaum hörbare Töne entfernt, bei der Komprimierung von Videodaten verzichtet man beispielsweise auf Teile der Farbinformationen oder gleiche Bilder / Bildfolgen.

Während also die Kodierung von Daten einen Wechsel in ein effizienteres digitales Basissystem darstellt, wobei die Eingangsdaten unverfälscht bleiben, sodass sie jederzeit wieder vollständig hergestellt werden könnten, beschreibt die Kompression das Eliminieren von redundanten und wenig relevanten Eingangsdaten, die im Anschluss nicht wieder hergestellt werden können.

Was muss das Medium leisten?

Heutzutage vereint das Medium Internet die Möglichkeit Video- und Audiodateien verteilen zu können. Über das Internet kann prinzipiell jede Art von digitalen Daten übertragen werden. Die so übertragenen Informationen unterliegen lediglich den Einschränkungen des Übertragungsmediums, also der Bandbreite und Charakteristik des Internets.

Kennzeichnend für die Übertragung von Audio- und Video Datenströmen sind enge zeitliche Toleranzen während der Übertragung, sowie große Datenmengen besonders bei Video-Streams und die daraus resultierend hohe benötigte Bandbreite.

Um den kontinuierlichen Transport von Informationen in nahezu Echtzeit garantieren zu können muss der Übertragungskanal unterschiedlichen Anforderungen etsprechen. Dieser sollte eine möglichst hohe und konstante Bandbreite mit geringer Verzögerungszeit aufweisen und die Häufigkeit und Charakteristik von eventuellen Übertragungsfehlern sollte bekannt sein.

Welche Eigenschaften muss ein Stream haben?

Das Übertragungsmedium Internet bietet zwar die Möglichkeit digitale Daten zu verbreiten, jedoch unterliegen solche übertragungen dabei gewissen Einschränkungen. Während einer solchen übertragung haben Faktoren wie die Bandbreite der zur Verfügung stehenden Internetverbindung oder die verwendeten übertragungsprotokolle einen großen Einfluß auf den Erfolg der Übertragung. Die Menge an Daten, die im Normalfall bei einer Audio und Videoübertragung anfallen, sind meist sehr groß und liegen gerade im Audiobereich als analoges Signal vor.

Um solche Daten über ein digitales Medium wie das Internet überhaupt übertragen zu können, müssen diese Daten im Vorfeld digital umgewandelt, in ein passendes Format gebracht und auf eine Dateigröße reduziert werden, welche sich streamen lässt. Bei der Thematik Streaming spricht man hier von Encoding und Transkodierung, also die Kompression
und Kodierung der Ursprungsdaten in ein für das Streaming geeignetes Format.

Die Geburt eines Streams

Um ein Musikstück aus einer analogen Audioquelle oder das gesprochene Wort eines Moderators über ein Mikrofon mit möglichst geringem Qualitätsverlust über eine Internetverbindung übertragen zu können, müssen die Daten vor dem Versenden in ein für das Streaming geeignetes Format gewandelt und der begrenzten Bandbreite der Internetverbindung entsprechend komprimiert werden.

Diese Aufgabe der Wandlung eines analogen in ein digitales Signal übernehmen sogenannte Encoder. Diese Encoder können entweder hardwarebasierend oder in Verbindung mit einem Rechner softwarebasierend sein. Encoder wandelt dabei das analoge Signal in ein speziell für das Streaming geeignetes Format, man spricht hier auch von Containerformaten, um. Zusätzlich bieten die meisten Encoder noch die Möglichkeit die Parameter des so entstandenen digitalen Signals, wie zum Beispiel die Qualität, wieviele Kanäle (mono/stereo), die Bitrate oder die Samplingfrequenz zu verändern.

Encoder die einen solchen Workflow bieten, werden bei dem Thema Streaming auch Sourceclients genannt. Nach dem ein solcher Encoder die Daten kodiert und komprimiert hat, wird der so entstandene Datenstrom an einen Streaming-Server weitergeleitet. Dieser Streaming-Server hat die Aufgabe, den Datenstrom in kleine Pakete zu teilen und an die zu ihm verbundenen Benutzer zu senden.

Für diese Art der übertragung wurde neben den proprietären Protokollen einiger Hersteller ein eigens dafür optimiertes und standardisiertes übertragungsprotokoll entwickelt, dass Real-Time Transport Protocol und das Real-Time Streaming Protocol (RTP/RSTP).