quando il video va on line

Streaming, codifica, protocolli e reti

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Introduzione

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Streaming? | Streaming interattivo, non download | Gli attrezzi dello streaming

 

Una video clip da YouTube.com, con player embedded (inserito).

Siamo tutti testimoni di un uso diffuso di applicazioni multimediali in Internet. Pressoché ogni sito di informazione ha reso disponibili contenuti audio-video in streaming, allestendo dei veri e propri media center[1], ma anche blog e siti privati non si sono lasciati scappare l’occasione: nati con vocazioni differenti (in un’altra epoca informatica ci verrebbe da dire) e comunque per la comunicazione su base testuale e iconografica, hanno completato la propria offerta con videogallery di file multimediali in streaming[2]. Il senso di ciò che sta accadendo va oltre l'affermazione di una diversa modalità di veicolare i nostri dati digitali

I concetti stessi di comunicazione e trasmissione sono stati messi in discussione ed estesi a nuovi territori: sono nate e si sono affermate web tv[3], mentre è sotto gli occhi di tutti il successo planetario di YouTube.com, che raggiunge l'impressionante cifra di oltre due miliardi di pagine visitate al giorno e di altri siti di video sharing (condivisione video) come Google videos o metacafe.com che consentono di vedere clip video pubblicate[4] dagli stessi utenti.

Lo streaming è una tecnologia nuova, ma non nuovissima: le emittenti radiofoniche, già da tempo, propongono i propri programmi in streaming sul web[5], e in questo modo possono essere ascoltate, e magari viste se una webcam è in funzione durante le dirette, in ogni parte del mondo. Dal 2006 anche i canali televisivi tradizionali (in Italia, ad esempio, con modalità diverse[6]), sono stati progressivamente distribuiti in streaming in Internet.

Streaming?

Streaming, termine che possiamo tradurre in flusso di dati audio-video, indica la tecnologia che ha permesso dalla seconda metà degli anni Novanta un approccio totalmente nuovo ai media in Internet, permettendone una fruizione più agevole. Il processo concettualmente semplice, tecnicamente complesso, per molti versi è sempre esistito in natura[7]. Consideriamo ciò che accade quando una persona parla con un'altra: le informazioni veicolate dalle parole arrivano sotto forma di un'onda sonora che l'orecchio prima e il cervello subito dopo decodificano permettendone la comprensione. Lo streaming si muove sulla stessa falsariga quando le informazioni vengono trasferite: prima dell’invio i file audio-video vengono codificati (compressi e ridotti con software appositi) in formati e in dimensioni che la rete può gestire e trasmettere e poi, una volta a destinazione, decodificati per l’utente finale.

I file multimediali[8] vengono visualizzati in tempo reale, mentre sono trasferiti da un server remoto ad hoc (lo streaming server), sullo schermo del nostro PC. Non vengono scaricati sul disco rigido, ma, trasmessi grazie ad un player (lettore) multimediale: peculiare è il fatto che non occorra aspettare che il file sia stato ricevuto per intero prima di iniziare a visionarlo.

Lo streaming riguarda la distribuzione e la diffusione via internet di eventi in diretta (live) oppure in differita su richiesta (on demand) di file video e audio già archiviati in uno streaming server. La larghezza di banda, la quantità di traffico di dati che il nostro collega­mento riesce a sostenere, ha un ruolo fondamentale nella ricezione di una trasmissione in streaming.

Oggi la rete supporta una gran quantità di applicazioni multimediali, an­che se non è nata per trasmettere prodotti multimediali. La comu­nicazione è stata essenzialmente a base testuale fino all’avvento dei primi browser con capacità grafiche avanzate (come Mosaic nel 1993) “in modo che da Internet fosse possibile recuperare e distribuire immagini, così come un certo numero di tecnologie d’interfaccia importate dal mondo multimediale”[9]. Questi se da un lato favorirono la diffusione e l’affermazione di Internet, dall’altra produssero problemi di traffico, latenza ed interruzioni quando i vari utenti in giro per il mondo comin­ciarono, con sempre maggior frequenza, a scambiarsi e scaricare file di dimensioni sempre più grandi, mentre la velocità di connessione ri­maneva pressoché immutata gestita dai modem a 14.4 Kbps[10]. La crescita esplosiva delle applicazioni multimediali in rete è anche legato diret­tamente all’affermarsi dei collegamenti in banda larga e in particolare all’aumento considerevole dell’accesso residenziale ad Internet in banda larga e wireless ad alta velocità, coniugato con la nuova potenza di pc multimediali. In tutto il mondo sono quasi 467 milioni gli utenti della banda larga[11]: l’8,1 per cento della popolazione mondiale. Stiamo vivendo un processo lineare ed irreversibile.

Evoluzione della banda larga in Italia

Velocità download/upload

File da 10MB
Tempo di download

Specifiche

256/128Kbps (dal 2000)

300 secondi

Prima velocità banda larga consumer. Browsing internet, posta, VoIP

640/256Kbps (dal 2002)

100 secondi

Browsing internet, posta, VoIP, condivisione di foto, streaming musica

2Mbps/256Kbps (dal 2005)

20 secondi

Fascia minima di velocità per servizi multimediali web 2.0, e streaming video. Giochi on line 3D


7Mbps/256Kbps (dal 2007)

10 secondi

Fascia minima di velocità per l’IpTv. Giochi on line 3D

20Mbps/256Kbps
(dal 2008)

5 secondi

Velocità discreta per l’IpTv anche in alta definizione. Migliore condivisione file, pubblicazione video on line

50(100)Mbps/3(10)Mbps

1-2 secondi

Futura Banda residenziale. In corso di sperimentazione solo a Milano da Telecom e a Roma (zona Fleming) da Fastweb (in fibra ottica).

Multi video conferenza, velocità ottimale per IPTV ad alta definizione e su più schermi in contemporanea


Fonte: Alessandro Longo, Funzioni e potenzialità dell’Internet veloce, in “Il Sole 24 Ore”, 10/11/2009, pag. 4.

La banda, in generale, indica in generale una gamma di frequenze utilizzabili per una trasmissione. La larghezza di banda esprime la capacità di traffico simultaneo all’interno di una connessione Internet, cioè la quantità di dati trasmissibili in un dato periodo di tempo: maggiore è la capacità, più ampia è la banda. La larghezza di banda viene misurata in Bps (byte per second, anche se più comunemente si usano i suoi multipli: kB/s, kilobyte per secondo, MB/s, Megabyte per secondo e così via). Per cui il bit rate del collegamento indica la quantità di bit che possono essere trasmessi in un secondo. La distribuzione on line di uno streaming è sempre in real time (tempo reale, se traduciamo alla lettera, ma in riproduzione continua, se rendiamo a senso), la larghezza di banda presunta del singolo utente determina la codifica del file multi­mediale, mentre quella effettiva, regolando la quantità di dati trasferiti in rete, le modalità reali di fruizione.

I dati trasmessi in streaming seguono inizialmente la stessa logica server-client delle pagine web: sono richiesti a un’applicazione server (dove sono im­magazzinati o sostano durante le trasmissioni live) e ricevuti da un’applicazione client sul nostro PC. Le somiglianze, però, si fermano qui, perché il server non trasmette un file, bensì un metafile all’applicazione client.  Questi lo gira ad un agente helper, cioè al player (lettore) multimediale (che può essere un'applicazione autonoma, stand-alone, o embedded, cioè inserita all'interno del browser con cui navighiamo) che a questo punto inizia a dialogare direttamente con il server, scegliendo quali file multimediali, tra quelli elencati nel metafile, richiedere e poi riprodurre con diversi risultati in base al tipo di server.

Streaming interattivo, non download

Dai web server, infatti, i file vengono scaricati, dai server di streaming i file multimediali vengono invece trasmessi. Diversamente dal classico download di un file (dove i file scaricati possono essere visualizzati solo dopo essere stati completamente ricevuti e riassemblati) lo streaming, come già detto, è sempre in real time, anche se on demand, permette cioè la fruizione durante la distribuzione, con la possibilità di interazione e gestione degli eventi, senza che lo stream venga per questo memorizzato sul disco rigido dell’utente (a meno che questi non lo desideri).

I web server sono concepiti per rispondere ad un grande numero di richieste tutto sommato temporalmente brevi rispetto ad uno streaming server: la comunicazione tra un web server e il nostro browser client si interrompe non appena la pagina web richiesta è stata caricata sullo schermo del nostro PC. I server di streaming, invece, mantengono un connessione bidirezionale con il player durante la trasmissione vista la possibilità/necessità di interagire con il file multimediale con l’avan­zamento veloce, il fermo immagine, la nuova riproduzione e così via.


 

Protocolli, server, client e player, codec e formati di file

Scopo di questo lavoro è indicare nel modo più semplice possibile come avvenga una trasmissione in streaming. Cominciando dall’illustrarne la modalità di trasmissione grazie ai protocolli, descrivendo l’interazione client-server-player, identificando le componenti che vi concorrono e cercando di spiegare come formati di file e codec permettano ai file multimediali, che oramai popolano la nostra esperienza quotidiana di multimedialità, interattività ed ipertestualità, una volta compressi di essere trasmessi in streaming.

Le applicazioni multimediali hanno caratteristiche peculiari e richiedo­no servizi particolari, pur se operano su reti di collegamento a com­mutazione di pacchetto come tutte le altre applicazioni in Internet.

Caratteristiche peculiari che vengono evidenziate se paragoniamo, ad esempio, la tolleranza della posta elettronica, ma anche dello stesso world wide web, e quella dei file multimediali nei confronti dei tempi di consegna e nella perdita dei dati.
La posta elettronica, come il world wide web, è un'applicazione elastica: ha bisogno che la rete le trasmetta senza perdita di dati, mentre sono tolleranti sui tempi di consegna (è semplice buonsenso: è sicuramente preferibile attendere un po’ di tempo in più e poter leggere un’email completa o vedere tutta la nostra pagina web richiesta caricata per intero, piuttosto che ricevere immediatamente dati incompleti). I file multimediali, viceversa, se da un lato sono tolleranti alla perdita dei dati (soprattutto quelli considerati ridondanti), dall’altro lato sono sensibili ai ritardi di trasmissione end-to-end, tra origine e destinazione, dove anche solo pochi centinaia di millesimi di secondo di ritardo nel corso della trasmissione possono creare problemi ed irritazione nell’utente (meglio video clip con imma­gini meno definite e una riproduzione continua, che immagini in alta definizione con interruzioni continue o riproduzione rallentata).

I servizi particolari, ai dati multimediali che attraversano la rete, vengono offerti dai protocolli di trasmissione, sorta di modalità di trasmissione che, come in ogni architettura di rete sono organizzati in strati o livelli. I protocolli specifici per il trasferimento dei dati multimediali fanno parte della cosiddetta suite di protocolli TCP/IP. “Un protocollo di rete è simile a un ‘protocollo umano’, ad eccezione del fatto che le entità che si scambiano messaggi o che intraprendono azioni sono componenti hardware o software di qualche dispositivo (…) Qualsiasi attività in Internet che coinvolge due o più entità remote in comuni­cazione viene governata da un protocollo”.[12]

Internet fa un uso estensivo di protocolli di rete. Sono diversi i protocolli esistenti per lo streaming, fra cui molti proprietari (quelli cioè sviluppati indipendentemente ed in esclusiva da una singola azienda) e ciò è operativamente problematico. Il protocollo Hypertext Transfer Protocol (HTTP), sovrano per le pagine web, non soddisfa tutte le necessità delle trasmissioni multimediali in streaming. Dall'inizio degli anni Novanta sono stati, quindi, proposti e standardizzati alcuni protocolli proprio per garantire una migliore comunicazione tra client, server e player a livello di applicazione. Il  Real Time Streaming Protocol (RTSP)[13] è il più peculiare per le applicazioni multimediali: definito fin dalla sua presentazione come una sorta di tele­comando per le reti multimediali[14] , permette interoperabilità tra server e player, ma anche interazione fra server ed utente finale che può accedere a funzioni tipo riavvolgimento, fermo immagine, avanzamento veloce e così via (esattamente come con il telecomando del proprio lettore dvd). Sono stati anche presentati ed implementati il Real Time Transport Protocol (RTP) e RTP Control Protocol (RTCP) per la trasmissione dei dati multimediali e il controllo della comunicazione, mentre il Session Description Protocol (SDP) fornisce al client le informazioni sul media che sta per essere trasmesso. A livello di trasporto, anche se non realizzato appositamente per le applicazioni multimediali e caratterizzato da tante limitazioni, viene in genere preferito il protocollo User Datagram Protocol (UDP) al più famoso ed utilizzato nelle pagine web Transfer Control Protocol (TCP).

Server di streaming e player, comunicano tra di loro grazie a questi protocolli specifici, che stabiliscono le regole con cui i dati multimediali vengono trasferiti, scambiando file in particolari formati.

Il server di streaming è un server ad hoc, invece, che riceve i file codificati e li rende disponibili al pubblico (per bilanciamento e ridondanza, in caso di file di grandi dimensioni, possono anche distribuirli ad altri server che poi li mettono, a loro volta, a disposizione del pubblico).

In uno streaming server i file sono codificati o compressi. La codifica equivale alla compressione, dei file audio e video in un formato più leggero, che possa essere trasmesso in streaming in Internet. Le varie tecniche di compressione, in pratica, organizzano in modo più efficiente i dati, spesso rinunciando a quella parte di informazioni originali considerate ridondanti o superflue, per una migliore memorizzazione e trasmissione dei file. I codec, particolari algoritmi che codificano e decodificano le informazioni contenute nei formati dei file per permettergli di essere fruibili in internet, si occupano di ridurre la quantità di dati contenuti nel file originale cercando di mantenere quanto più è possibile del contenuto di partenza. I codec così come vengono utilizzati nella compressione dei dati allo stesso modo vengono utilizzati dal player durante la riproduzione per la decodifica. La codifica, inoltre, cerca di garantire il file da ulteriori perdite di dati durante la trasmissione. I codec si dividono in lossless e lossy. I primi comprimono i dati senza perdita d’informazioni, in modo tale che il file originale possa essere ricreato una volta decompresso. I secondi, invece, prevedono comunque una perdita di dati che a volte può essere anche drastica. In questo caso il file codificato, una volta decompresso, somiglia al file originale, ma non è mai uguale a questi.  La somiglianza, maggiore o mi­nore, dipende dalla maggiore o minore compressione.

Il formato di file detta le regole con cui i dati, che viaggiano tra server e player, attraverso un determinato protocollo, vengono sistemati all’interno del file stesso. Il formato di file è generalmente composto da un’intestazione (header) che porta informazioni sul file e poi i dati audio-video. Nel formato del file possono viaggiare anche informazioni sul layout della presentazione, effetti speciali, testi per i sottotitoli e il tipo di codec utilizzati. Il formato di file determina l’estensione del file stesso. L’estensione rende il formato riconoscibile al player.

Non esiste un formato di file universale, come non c’è un unico codec, così come non c’è un player che legga tutti i formati di file ed abbia i codec per qualsiasi decompressione dati. I formati, i codec e i player proprietari, realizzati dalle aziende produttrici di hardware e software, con restrizioni sull’utilizzo o sulla possibilità di conoscere il codice sorgente, non lo permettono.
Nel corso degli ultimi venti anni organismi come MPEG e ITU-T hanno sviluppato diversi tipi di standard con l’obiettivo di massimizzare la compressione multimediale, i cui agenti di codifica e decodifica sono i codec, e di realizzare uno standard di formato di file leggibile da ogni player o quasi. In controtendenza con i formati proprietari.

Il player, il lettore multimediale, riceve, decodifica e visua­lizza i file in strea­ming sullo schermo del PC. Il player può essere una applicazio­ne autonoma (stand-alone, con una propria barra di navigazione e pulsanti propri di controllo, come nell’esempio qui a lato, con l' Apple QuickTime player) oppure essere un plug-in che lavora come componente di un web browser e a questo punto viene definito embedded, cioè incorporato.

La caratteristica fondamentale dei player è che permettono non solo di visualizzare gli stream, ma di interagire con questi (avanti, stop, avanti veloce) e i più evoluti anche di registrare e catalogare gli stream come play-list e di migliorarne l’ascolto.

Abbiamo illustrato velocemente i principali argomenti che saranno poi sviluppati in questo lavoro. Il punto di partenza è la nostra esperienza quotidiana di multimedialità in Internet. Dalla spiegazione di cosa si intenda per streaming, della sua importanza nella trasmissione dei file audio-video, alle differenze con il download. Inoltre, oltre ad accennare ai vari strumenti che rendono possibile lo streaming e possono essere considerati una sorta di ferri del mestiere (dai codec ai formati dei file, ai player), viene sottolineata la peculiarità e i servizi particolari che la trasmissione di file multimediali richiede alla rete e che i protocolli sono in grado di offrire.

Questo lavoro, dopo aver fotografato la situazione attuale, lancia uno sguardo sul futuro, sull’HTML5. Evoluzione dell’HTML 4.01, HTML5 introduce l’elemento <video>, modalità di pubblicazione di un file video con un medesimo open standard e un codice semplificato, come quello per la pubblicazione delle immagini, che favorisce una maggiore interattività nelle pagine web senza scaricare plug in. In HTML5, sarà realizzata una pagina web, in chiusura, con un file video embedded.

Ed ora andiamo ad incominciare.

 

 


Note

[1] Tra gli altri quelli di www.repubblica.it e www.corriere.it, ma anche www.ansa.it. [Torna su]

[2] Tra i tanti esempi i trailer di film, oppure le registrazioni di lezioni, per l’e-learning, esattamente come il sito di questa Università (http://www.unite.it/UniTE/Engine/RAServePG.php/P/50701UTE2813). [Torna su]

[3] Il portale specializzato www.altratv.tv certifica un po’ meno di 200 webtv in tutt’Italia, da Pordenone (www.pnbox.tv ) a Cagliari (www.sintonytv.it), da Scicli, in provincia di Ragusa (www.sudest.tv) a Cuneo (www.lovalive.tv). Per lo più megafoni territoriali o micro tv (come vengono anche definite) utilizzano tutte la tecnologia in streaming. [Torna su]

[4] Sono i post. Posted in inglese, postati in un orribile neologismo italiano. Le cifre sono dichiarate da YouTube.com, il 16 maggio 2010, nelle celebrazioni per il quinto anno di vita. Gli oltre due miliardi di pagine visitate al giorno, sempre secondo YouTube.com, raddoppierebbero l’audience in prime-time dei tre maggiori network televisivi statunitensi messi insieme (At Five Years, two billion views per day and counting,  in http://youtube-global.blogspot.com, 16 maggio 2010). [Torna su]

[5] Nei soli Stati Uniti, secondo Bridge Ratings (www.bridgeratings.com) società californiana di ratings e ricerca, sessanta milioni di utenti ascoltano attualmente la radio via internet ogni settimana, sommando sia le emittenti simulcast AM/FM, sia le web radio. Le previsioni di Bridge Ratings parlano di 185 milioni di utenti ogni settimana per il 2020.
http://www.bridgeratings.com/press.03.01.10.InternetRevs.htm, e
http://www.bridgeratings.com/press_02.01.10.Streaming%20Trends.html [Torna su]

[6] La Rai propone in streaming live (www.rai.tv) il proprio palinsesto televisivo quotidiano, ma anche on demand, permettendo di rivedere film, telefilm, serie tv, oltre a proporre specifici canali esclusivamente per il web. Mediaset non sta a guardare, d’altronde: dall’11 gennaio 2010 il portale http://video.mediaset.it permette di rivedere in streaming i programmi trasmessi dalle reti Mediaset. La7, invece, non effettua live, se non per il telegiornale e si affida allo streaming on demand per buona parte della propria programmazione. [Torna su]

[7] http://computer.howstuffworks.com/internet/basics/streaming-video-and-audio.htm [Torna su]

[8] Per file multimediale ci piace proporre la definizione di Luca G. Tallini: “Un file multimediale è un file che consente di trasmettere conoscenza usando vari mezzi di comunicazione, quali, ad esempio, audio, immagini, testi, filmati, algoritmi e così via” in Luca G. Tallini, Lezioni di Internet, pubblicato in http://members.xoom.virgilio.it/emscut_0203/Lezioni_internet/lezione_internet.html, 2002. [Torna su]

[9] Castells Manuel, Galassia Internet, Milano 2002, pag. 27. [Torna su]

[10] I commentatori dell’epoca parlavano di world wide wait (un'attesa grande come il mondo, potremmo tradurre a senso) parafrasando world wide web: non era raro che per ascoltare un file audio a bassa definizione della durata di un minuto ne potessero occorrere cinque per scaricarlo (Mack Steve, Streaming Media Bible, 2002, Hoboken NJ Wyley Publishing, pag. 30). Anche se non legato direttamente a questo studio, ci piace segnalare gli studi sulle conseguenze psicologiche delle attese e delle latenze: secondo la psicologa statunitense Patricia Wallace (La Psicologia in Internet, 2000, Milano, Raffello Cortina editore, pag. 154 e segg.) i lunghi di tempi di attesa per i collegamenti da un lato e per la navigazione dall’altro possono essere fonte anche di frustrazione ed aggressione. [Torna su]

[11] Al 31 dicembre 2009 sono quasi 467 milioni (466.952.606) gli utenti Internet in tutto il mondo ad avere un collegamento internet in banda larga. Rispetto al 2008 l’aumento è stato del 12,44 per cento, il che significa poco più di 58 (58.100.000) milioni di nuovi utenti in banda larga. In questo modo l’8.1 per cento della popolazione mondiale ha un collegamento internet in banda larga (con un aumento di un punto di percentuale rispetto al 7.1 per cento al 2008) e di cui il 29.7 per cento in banda larga da casa (aumento di 3.7 punti di percentuale rispetto a dodici mesi prima). Il 64 per cento degli abbonati alla banda larga preferisce l'Adsl che rimane la tecnologia più popolare (302.752.868 linee), il 20,37 per cento via cavo (95.120.000 linee) e il 12,24 per cento in fibra ottica (57.170.000 linee).

L'Italia è all'ottavo posto fra le nazioni che hanno più abbonamenti in banda larga, dopo Cina (103.641.000), Stati Uniti (85.287.100), Giappone (31.428.500), Germania (25.103.450), Francia (19,028,200), Regno Unito (18,356,000), Corea del Sud (16.334.969). Cina e Stati Uniti insieme raggiungono il 40 per cento degli abbonati in banda larga di tutto il mondo. In Italia sono 13.232.890 gli abbonamenti in banda larga, di cui 12,830,000 Adsl e 402,890 fra fibra ottica e via cavo. (Fiona Vanier, World Broadband Statistics: Q4 2009, marzo 2010, Point topic Ltd, www.point-topic.com)

Anche se l’Italia è caratterizzata da un annoso digital divide generazionale e geografico, e alla fine del 2009 solo il 49, 6 per cento delle famiglie italiane possiede un personal computer e il 43,1 per cento ha un collegamento internet, è anche vero però che tre utenti internet su quattro accedono in banda larga. Prerequisito fondamentale per poter fruire dei file multimediali in streaming, ma anche per proporli con il Peer To Peer (da ISAE, Istituto di Studi ed Analisi Economica citato in Punto Informatico del 5 marzo 2008, http://punto-informatico.it/2210184/PI/News/italiani-travolti-dalla-banda-larga.aspx ). [Torna su]

[12] James F. Kurose, Keith W. Ross, Reti di calcolatori ed Internet, Un approccio top-down, 2008, Milano, pag. 8. Sulle corrispondenze tra il protocollo umano e quello internet si veda la nota [1] in Protocolli, un uso intensivo nel capitolo Streaming, la struttura di trasmissione. [Torna su]

[13] Apple Quick Time e Real System utilizzano Real Time Streaming Protocol (RSTP). Microsoft, invece, il fatto in casa Microsoft Media Services (MMS). [Torna su]

[14] “RTSP acts as a ‘network remote control’ for multimedia servers.”, Henning Schulzrinne, A. Rao, Rob Lanphier, Real Time Streaming Protocol (RTSP),  Internet Engineering Task Force, Internet Draft, 2 febbraio 1998, MMUSIC WG (http://www.ietf.org/dyn/wg/charter/mmusic-charter.html). [Torna su]

 

 

 

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