СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ АУДИО И ВИДЕО КОНТЕНТА НА ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСАХ

MODERN METHODS OF AUDIO AND VIDEO CONTENT TRANSMISSION ON THE INTERNET RESOURCES

Gleb Igumnov

student, department KB-2 “applied information technologies”, MIREA – Russian technological university,

Russia, Moscow

Nikita Kuznetsov

student, department KB-2 “applied information technologies”, MIREA – Russian technological university,

Russia, Moscow

Alexey Melnikov

Scientific superadvisor, candidate of economic sciences, associate professor, department KB-3 “Security of software solutions”, MIREA – Russian technological university,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена обзору современных методов передачи аудио и видео контента, используемых на интернет-ресурсах, в прямом эфире между пользователями. Обозначены основные проблемы передачи потоковых видео и аудио данных. Рассмотрены кодеки, использующиеся для кодирования аудио и видео потоков. А также рассмотрена технология WebRTC, используемая для передачи аудио и видео контента между пользователями.

ABSTRACT

The article is devoted to an overview of modern methods of transmitting audio and video content used on Internet resources, live between users. The main problems of transferring streaming video and audio data are outlined. The codecs used for encoding audio and video streams are considered. And also considered the WebRTC technology used to transfer audio and video content between users.

Ключевые слова: аудио контент; видео контент; потоковое аудио; потоковое видео; интернет-ресурсы; прямой эфир; передача данных; проблемы кодирования; проблемы декодирования; peer-to-peer; WebRTC.

Keywords: audio content; video content; streaming audio; streaming video; Internet resources; live broadcast; data transmission; encoding problems; decoding problems; peer-to-peer; WebRTC.

В мире современных технологий люди всё чаще потребляют различные материалы на интернет-ресурсах в виде аудио и видео контента. В следствии чего, количество такого контента в современном интернете растёт неимоверно быстро. Всё больше пользователей интернет сети используют различные социальные сети, а также программы и сервисы для общения друг с другом по видеосвязи. Кроме того, у пользователя появилась возможность самому создавать различный контент и делиться им в интернете, в следствии чего, большую популярность приобрели сервисы, предоставляющие услуги стриминга развлекательного контента для пользователей, а также для просмотра аудио и видео контента онлайн.

В наши дни уже никого не удивить скоростью передачи данных в 50 мбит/сек в домашнем интернете или на мобильных устройствах. Вместе с этим растёт и запрос людей на потребление аудио и видео контента в лучшем качестве, которые хочется просматривать онлайн. Таким образом, с вовлечением всё большего числа пользователей интернет-ресурсов в цифровую жизнь, увеличивается и количество различных методов и алгоритмов передачи аудио и видео контента по сети интернет.

С увеличением качества аудио и видео контента возрастает и размер данных, поэтому были придуманы различные кодеки. Кодеки – наборы алгоритмов, описывающий то, как происходит процессы воспроизведение (декомпрессии) и сжатие (компрессии) потоков оцифрованных данных аудио или видео формата. Энкодером (Encoder) называют программы для компрессии, а программы для декомпрессии называют аудио-декодером (плеером). Кодеки-компрессоры предоставляют пользователям сигнал минимального размера по средствам сжатия, используя математических формул и приемов статистики. По средствам этих действий объем данных, которые будут храниться уменьшается, п пропускная полоса канала передачи высвобождается.

Так же их можно разделить на кодеки, работающие с аудио и видео файлами. В качестве кодеков для видео контента используются:

• VP8 - особенностью данного кодека является такие функции как Golden Frames, алгоритм, выделяющий ключевые кадры, которые хранятся в буфере и допускают возможность их просмотра даже после большого промежутка времени после декодирования; Loop Filtring - алгоритм фильтрации артефактов; Multicore adaptability - алгоритм, который позволяет изменять масштаб кодирования файлов на многоядерных системах.

• H.264/AVC/MPEG - 4 – к особенностям относятся такие функции как Многокадровое предсказание; Независимость методов обработки и порядка воспроизведения изображений; сжатие микроблоков без потерь.

В качестве аудио кодеков для кодирования можно выделить следующие популярные кодеки:

• MPEG-1 Layer III/MP3 – к особенностям данного кодека относятся LC-AAC – низкая сложность декодирования, которая не требуют большого объема затрачиваемых ресурсов ЦПУ и ОЗУ; HE-AACv2 – метод, который позволяет кодировать данные более эффективно на устройствах с малой пропускной способностью.

• Advanced Audio Coding/AAC – оно выделяется следующими преимуществами: высокая эффективность кодирования даже при переменном битрейте; до 48 аудиоканалов; Частота дискредитации от 8 до 96 кГц.

Несмотря на увеличение скорости и популярности интернет сервисов, по-прежнему остаётся большое количество проблем, требующих решений при передаче аудио и видео контента. К основным проблемам кодирования можно отнести следующие необходимости достижения:

• минимальные затраты ресурсов на кодирование;
• минимальные потери качества при кодировании;
• быстродействие алгоритмов, кодирующих аудио и видео контент;
• масштабируемость;
• стоимость оборудования для кодирования;
• компрессия данных.

При декодировании аудио и видео контента существуют следующие проблемы:

• минимальные время на декодирование;
• частота и время ребуферинга;
• необходимость загрузки дополнительных компонентов и библиотек для воспроизведения аудио и видео контента.

Всё большую популярность в сети интернет набирает соединение участников в сети под названием peer-to-peer (P2P). Peer-to-peer – это способ взаимодействия компьютеров в сети, при котором все компьютеры в это сети, называемые узлами, выполняют роль как клиента, так и сервера [3]. Такой способ взаимодействия является более продвинутым по сравнению с парадигмой клиент-сервер, при которой каждый узел сети не может быть одновременно клиентом и сервером.

На основе такого способа peer-to-peer была реализована технология WebRTC [2], созданная для передачи аудио и видео потового контента между браузерами и мобильными устройствами. Для аудио кодирования WebRTC использует кодеки G.711 и OPUS, а для видео кодирования – VP8 и H.264. Нельзя не упомянуть, что данную технологию используют такие сервисы как: Google Meet (Google)*, WhatsApp (Meta)*(*По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google и Meta являются нарушителем законодательства Российской Федерации – прим. ред.), Discord (Discord Inc.).

Основными особенностями данной технологии являются:

• высокое качество связи;
• кроссплатформенность – возможность использования технологии на многих устройствах;
• не требует первоначальной установки;
• не требуется аутентификация пользователя;
• поддержка данной технологией многими языками программирования.

Популярность метода передачи данных с помощью технологии WebRTC заключаются в простоте её использования как для пользователя, так и для разработчика. Принцип работы данного метода, следующий:

1. Пользователь открывает в браузере страницу, содержащую в себе WebRTC контент
2. Браузер запрашивает доступ к устройствам ввода, который будут использоваться для получения аудио и видео потока.
3. В браузере пользователя формируется SDP-пакет, который содержит в себе информацию о параметрах соединения (пропускная способность, тип данных и др.)
4. Пакет передаётся другим участникам, которые, в свою очередь, на основе полученного SDP-пакета формируют свой и отправляют владельцу полученного ранее пакета.
5. Если все предыдущие шаги пройдены успешно, то соединение устанавливается между всеми участниками.

В ходе данной статьи была описана актуальность методов передачи аудио и видео контента на интернет-ресурсах. Были рассмотрены популярные кодеки для кодирования аудио и видео контента. А также описана актуальность технологии WebRTC для передачи данных между пользователями в прямом эфире.

Список литературы:

1. Global mobile video traffic from 2017 to 2022 [электронный ресурс] – Режим доступа. - https://www.statista.com/statistics/252853/global-mobile-video-traffic-forecast/ (дата обращения: 17.11.2022).
2. WebRTC [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://webrtc.org/ (дата обращения: 17.11.2022).
3. Шитько Андрей Михайлович, Пацей Наталья Владимировна Использование протокола peer-to-peer для защищенного обмена данными // Труды БГТУ. Серия 3: Физико-математические науки и информатика. 2015. №6 (179). – Режим доступа. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-protokola-peer-to-peer-dlya-zaschischennogo-obmena-dannymi (дата обращения: 17.11.2022).