Что такое потоковая передача с низкой задержкой?

 

В этой статье мы ответим на часто задаваемый вопрос: что такое потоковая передача с низкой задержкой и почему это важно? Когда речь идёт о трансляции событий в прямом эфире, особенно спортивных, важно понимать, что такое задержка, поскольку она может существенно повлиять не только на процесс производства, но и на качество просмотра. Несмотря на то, что технологии обработки видео значительно продвинулись с момента появления цифрового телевидения и OTT-видео (over-the-top, «сверхпопулярного»), мы всё ещё боремся с задержками с помощью решений, обещающих низкую или сверхнизкую задержку. Читайте дальше, чтобы узнать больше о понятии «задержка», о том, что её вызывает, почему это важно, а также о том, как её можно минимизировать.

Что такое потоковое видео с низкой задержкой?

Если говорить о низкой задержке при потоковой передаче видео, то под задержкой понимается время, которое требуется для передачи контента в реальном времени из одного пункта в другой. Вещательные компании часто называют это «задержкой от стекла до стекла» или «сквозной задержкой». Это общее время, которое требуется для передачи одного кадра видео от камеры до конечного дисплея. Это время или задержка может сильно варьироваться: обычно 15–30 секунд для онлайн-контента и менее 10 секунд для эфирного телевидения. Низкая задержка не определяется абсолютным значением, но в индустрии телевещания и стриминга она часто составляет несколько секунд или меньше. Однако для включения видео в прямом эфире в производственные процессы задержка должна быть намного меньше, чем одна секунда, чтобы контент можно было использовать для прямых трансляций, двусторонних интервью и мониторинга.

Долгое время исследования показывали, что наименьший воспринимаемый человеком предел для правильной идентификации изображения составляет около 100 мс. Однако более поздние исследования показывают, что максимальная скорость, с которой человек способен обрабатывать поступающие визуальные стимулы, составляет всего 13 мс. В этой статье мы используем термины «трансляция», «низкая задержка» и «сверхнизкая задержка», чтобы проиллюстрировать различия в потоковой передаче видео в реальном времени.

Разработанный с учетом строгих требований безопасности, Makito FX может быть установлен в удаленных местах для кодирования и потоковой передачи видео со сверхнизкой задержкой, обеспечивая анализ видео информации и быстрое принятие решений. Makito FX также может безопасно передавать изображение с дисплея из диспетчерской для совместной работы с сотрудниками, принимающими решения за пределами площадки.

Почему важна потоковая передача с низкой задержкой?

Хотя неоправданно высокая задержка видео сильно раздражает пользователей, особенно при просмотре спортивных трансляций в прямом эфире, сверхнизкая задержка не всегда критична. Всё зависит от вашего приложения. В некоторых случаях, например при потоковой передаче ранее записанных событий, более высокая задержка вполне допустима, особенно если она обеспечивает лучшее качество изображения за счёт надёжной защиты от потери пакетов. Например, при линейной трансляции задержка между трансляцией и прямой трансляцией обычно составляет около 10 секунд. Например, Европейский вещательный союз определяет «живое» выступление как период в семь секунд от начала до конца.

Небольшая задержка между производством трансляции и ее воспроизведением может быть даже намеренной, чтобы обеспечить субтитры в реальном времени, скрытые субтитры и предотвратить появление в эфире нецензурной лексики. Для OTT-трансляций задержка обычно составляет от 15 секунд до минуты. Однако, когда речь идет о производстве прямых трансляций, особенно с учетом все более децентрализованных требований к рабочему процессу для специалистов и сотрудников, работающих удаленно, задержка должна быть как можно меньше — до половины секунды и меньше.

Когда критически важна потоковая передача с низкой задержкой?

При производстве и трансляции видео в реальном времени необходимо максимально снизить задержку. Независимо от того, транслируете ли вы спортивные мероприятия, киберспорт или интервью, ничто так не портит впечатление от просмотра, как высокая задержка. Мы все сталкивались с ситуациями, когда во время прямой трансляции на месте съёмки возникали долгие неловкие паузы или люди перебивали друг друга во время интервью из-за проблем с задержкой. Или, возможно, вы смотрели хоккейный матч онлайн, в то время как ваш сосед смотрел его в прямом эфире, и вы слышали, как он празднует победный гол, за 10 секунд до того, как вы его увидели. Или, что ещё хуже, представьте, что вы смотрите результаты выборов, а они появляются в вашем приложении для социальных сетей ещё до того, как вы увидите их на экране телевизора. В таких случаях низкая задержка обеспечивает оптимальное качество просмотра с высокой интерактивностью и вовлечённостью.

Ключом к просмотру видео с низкой задержкой в течение нескольких секунд является производство видео со сверхнизкой задержкой в течение миллисекунд.

К случаям, когда потоковая передача с низкой задержкой особенно важна, относятся:

• Прямые трансляции спортивных событий: для съёмки со всех ракурсов на удалённом объекте, а также для включения комментаторов и интервью требуется тщательная координация видеопотоков со сверхнизкой задержкой.
• Киберспорт и игры: Видео со сверхнизкой задержкой крайне важно при освещении событий, где на счету каждая миллисекунда, а игроки разбросаны по всему миру.
• Двунаправленные интервью: чтобы общение было непринуждённым и естественным, необходимо обеспечить очень низкую задержку видеопотока как для интервьюера, так и для интервьюируемого, чтобы общее время отклика составляло менее полусекунды.
• Мониторинг в режиме реального времени: Поскольку децентрализованное производство телевещания становится нормой, удалённые сотрудники, в том числе ассистенты режиссёров, используют видео со сверхнизкой задержкой, чтобы быстро вносить коррективы за несколько секунд до выхода контента в эфир.
• Безопасность и наблюдение: для разведки, наблюдения и рекогносцировки, а также для обеспечения общественной безопасности критически важно получать видео с низкой задержкой и метаданными для принятия решений за доли секунды.
• Удаленная работа: чтобы операторы видеооборудования, например для повторов и графики, могли работать удаленно, видеопотоки по IP должны быть как можно ближе к мониторам оборудования на объекте.
• Децентрализованные рабочие процессы и удаленная совместная работа: для беспрепятственного взаимодействия в режиме реального времени специалистам и сотрудникам, находящимся в разных регионах, необходим доступ к сверхнизкобюджетным системам производства и мониторинга видео.

Что вызывает задержку видео?

Проблема задержки видео связана не только с тем, насколько быстро сигнал проходит от точки А к точке Б, но и с тем, сколько времени требуется для обработки видео от необработанного сигнала с камеры до закодированных и декодированных видеопотоков. Задержка может быть вызвана множеством факторов в зависимости от цепочки доставки и количества этапов обработки видео. Хотя по отдельности эти задержки могут быть минимальными, в совокупности они могут быстро накапливаться.

К основным факторам, влияющим на задержку видео, относятся:

• Тип и скорость сети: Тип сети, которую вы используете для передачи видео, будь то общедоступный интернет, спутниковая связь, MPLS, оптоволокно или сотовая связь, влияет как на задержку, так и на качество. Скорость сети определяется пропускной способностью, то есть количеством мегабит или гигабит, которые она может обработать за секунду, а также расстоянием передачи. В IP-сети общее время прохождения сигнала в обе стороны (RTT) можно определить в любой момент, измерив, сколько времени требуется пакету для передачи в оба конца до определённого пункта назначения, с помощью команды ping для IP-адреса.
• Отдельные компоненты в процессе потоковой передачи: от камеры до видеокодеров, подключенных сотовых передатчиков, мобильных приложений, видеодекодеров, производственных коммутаторов и, наконец, до конечного дисплея — каждый из отдельных компонентов в процессе потоковой передачи создает задержки в обработке, которые в разной степени влияют на задержку. Например, задержка в сервисах потоковой передачи видео обычно намного выше, чем в цифровом телевидении, потому что видео должно пройти дополнительные этапы, такие как ABR (адаптивное переопределение битрейта) перекодирования, прежде чем его можно будет просмотреть на устройстве.
• Протоколы потоковой передачи и форматы вывода: выбор видеопротокола, используемого для трансляции, и форматов вывода на устройство просмотра также влияет на задержку видео. Не все протоколы одинаковы, и тип коррекции ошибок, используемый выбранным протоколом для предотвращения потери пакетов и дрожания, также может увеличивать задержку, как и обход брандмауэра.

Обзор влияния задержек на рабочие процессы потоковой передачи видео

 

Как можно уменьшить задержку?

Есть несколько способов минимизировать задержку видео без ущерба для качества изображения. Первый способ — выбрать комбинацию аппаратного кодировщика и декодировщика, которая обеспечивает максимально низкую задержку даже при использовании стандартного интернет-соединения. Видеокодировщики и видеодекодировщики последнего поколения могут поддерживать низкую задержку (в некоторых случаях менее 50 мс) и обладают достаточной вычислительной мощностью, чтобы использовать HEVC для сжатия видео с чрезвычайно низким битрейтом (до 3 Мбит/с) при сохранении высокого качества изображения.

Задержку также следует учитывать при трансляции видео в реальном времени с помощью подключенного сотового передатчика. Некоторые полевые устройства, в том числе Haivision Pro 460 мобильный видеопередатчик, теперь поддерживают режим сверхнизкой задержки при передаче через сети 5G, благодаря чему задержка от камеры до производственного цеха составляет всего 70 мс.

Другим ключевым фактором для снижения уровня задержки является выбор протокола передачи видео, который обеспечивает высокое качество видео при низкой задержке в таких шумных общедоступных сетях, как Интернет. Для успешной потоковой передачи видео через Интернет без ущерба для качества изображения требуется та или иная форма исправления ошибок в рамках протокола потоковой передачи, чтобы предотвратить потерю пакетов. Все типы исправления ошибок приводят к задержкам, но некоторые в большей степени, чем другие. Протокол с открытым исходным кодом Secure Reliable Transport (SRT) использует коррекцию ошибок ARQ для предотвращения потери пакетов, при этом задержка меньше, чем при использовании других подходов, включая FEC и RTMP, хотя при необходимости SRT может поддерживать и FEC. Протокол SRT поддерживают более 500 ведущих поставщиков технологий для вещания, поэтому он стал отраслевым стандартом для потоковой передачи с низкой задержкой.

Чтобы свести к минимуму задержку, важно тщательно продумать влияние конфигурации различных компонентов на конкретный сценарий использования. Всегда приходится чем-то жертвовать.

Для конечного пользователя более высокое качество обычно означает более высокое разрешение и частоту кадров, а значит, и более высокие требования к пропускной способности. Несмотря на то, что новые технологии и усовершенствованные кодеки направлены на снижение задержки, поиск правильного баланса всегда будет важен.

В конечном счёте оптимальный баланс между кодированием видео и потоковой передачей будет зависеть от конкретного сценария использования. Для приложений, в которых потоковая передача с низкой задержкой имеет решающее значение, таких как системы видеонаблюдения и интеллектуальные системы радиотехнической разведки, качество изображения часто можно пожертвовать ради минимальной задержки. Однако в тех случаях, когда важно безупречное качество видео, можно немного увеличить задержку, чтобы обеспечить расширенную обработку видео и исправление ошибок.

Протокол потоковой передачи SRT, в отличие от RTMP, не зависит от кодека и может поддерживать HEVC видео для высококачественного контента, в том числе 4K UHD видео, с низкой скоростью передачи данных и низкой задержкой. Благодаря оптимальному сочетанию эффективности использования пропускной способности, высокого качества изображения и низкой задержки зрители могут наслаждаться просмотром прямых трансляций в любой сети без каких-либо спойлеров.

Решения для потоковой передачи с низкой задержкой от Haivision

Мощная пара видеокодера и декодера Makito X4 от Haivision обеспечивает потоковую передачу вещательного качества со сверхнизкой задержкой. Благодаря протоколу SRT с низкой задержкой эта пара пользуется доверием организаций по всему миру благодаря сверхнизкой задержке, безупречному качеству и высочайшей надежности при потоковой передаче контента в реальном времени по IP-сетям, включая Интернет. Кроме того, благодаря использованию методов кодирования видео HEVC и H.264 на основе фрагментов видеокодер Makito X4 и декодер могут снизить общую сквозную задержку еще на 25 % — до уровня значительно ниже 100 мс.