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.

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.

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).