Transmissão em fluxo contínuo com taxa de bits adaptável: O que é e como funciona o algoritmo ABR [2022 Update]

Para a maioria dos organismos de radiodifusão, a experiência do utilizador que proporcionam é crucial, porque a maioria dos telespectadores não aguentará durante muito tempo um fluxo deficiente. De facto, mais de metade dos espectadores abandonará um fluxo de má qualidade em 90 segundos ou menos. Isto significa que um mau fluxo pode ser devastador para o negócio.

O problema é que a maioria dos utilizadores depende de ligações domésticas à Internet. A largura de banda e as condições de rede destas ligações variam ao longo do dia e podem afetar a experiência de visualização. Os dispositivos utilizados também variam em termos de capacidade de processamento e de reprodução.

É por isso que é crucial que os organismos de radiodifusão actuais tenham os espectadores em mente quando criam um fluxo de trabalho de transmissão de vídeo adaptável. Para a maioria das empresas, isso significa utilizar o algoritmo de transmissão de taxa de bits adaptável para otimizar a qualidade da transmissão.

Neste artigo, vamos analisar o que é o streaming de taxa de bits adaptável e como funciona. Também analisaremos o que compõe um perfil de streaming e como as marcas podem implementar o streaming ABR.

Vamos a isso.

Nós cobriremos:

• O que é o Adaptive Bitrate Streaming?
• Como funciona o ABR Streaming?
• Perfis de streaming adaptáveis
• Como fazer streaming com taxa de bits adaptável
• As vantagens da reprodução adaptativa
• Conclusão

O que é o Adaptive Bitrate Streaming?

Em primeiro lugar, vamos analisar a importância das taxas de bits durante o streaming e o que significa ter capacidades de reprodução adaptáveis.

O que é uma taxa de bits para transmissão em fluxo contínuo?

A taxa de bits de vídeo de um fluxo refere-se à velocidade de transferência de dados de vídeo para o dispositivo de um utilizador. A medida padrão para uma taxa de bits para streaming de vídeo é megabits por segundo (Mbps), que difere do tamanho do ficheiro de um vídeo medido em megabytes (MBps).

Em geral, uma taxa de bits mais elevada significa que a qualidade do vídeo será melhor, mas se exceder a largura de banda de um utilizador – também medida em Mbps – pode ocorrer armazenamento em buffer. O armazenamento em buffer significa que o leitor de vídeo não consegue descarregar o ficheiro de vídeo com rapidez suficiente para manter o vídeo a ser reproduzido à velocidade normal. É isso que provoca o ícone giratório quando um espetador está a ver um vídeo.

Estes são alguns dos factores que afectam a taxa de bits do vídeo em fluxo contínuo:

• Resolução de vídeo: A resolução de um vídeo refere-se ao número de pixéis num fotograma. A maioria dos fluxos de vídeo tem uma resolução de 480, 720, 1080 ou 4K. Uma resolução mais elevada torna as imagens mais nítidas e pode ser necessária para ter uma experiência de visualização de qualidade em ecrãs maiores.
• Taxa de fotogramas: A maioria das emissoras utiliza 24 fotogramas por segundo (fps), mas os eventos desportivos ou outras transmissões que exijam uma reprodução mais suave podem utilizar 30 a 60 fps. Uma velocidade de fotogramas mais elevada pode apresentar melhor o movimento, mas mais fotogramas também requerem dados adicionais.
• Codec: Um vídeo de qualidade superior – com uma maior resolução e velocidade de fotogramas – tem geralmente uma taxa de bits superior. Dito isto, alguns codecs que comprimem dados de vídeo são mais eficientes do que outros. Os codecs mais recentes, como o H.264 e o H.265, resultam num vídeo de maior qualidade com taxas de bits mais baixas do que os codecs antigos.

O que é a reprodução adaptativa?

Fluxo de bits adaptável (ABR) é um algoritmo em que o cliente do leitor de vídeo decide quais os segmentos de taxa de bits a descarregar. O resultado final é que os organismos de radiodifusão podem oferecer aos utilizadores vários fluxos com taxas de bits diferentes. O leitor de vídeo detecta as flutuações da ligação à Internet e a capacidade de processamento do dispositivo do utilizador para aumentar ou diminuir automaticamente a taxa de bits do fluxo em tempo real. O streaming com taxa de bits adaptável ajuda a proporcionar aos seus espectadores a melhor experiência de vídeo possível.

Em contrapartida,
fluxo contínuo multi-bitrate (MBR)
envolve várias opções de transmissão, mas quando o leitor de vídeo escolhe uma taxa de bits, não se adapta com base nas condições da rede. Uma queda súbita na largura de banda pode levar à criação de um buffer, pelo que a transmissão MBR sem reprodução adaptativa não é ideal para a maioria das situações de transmissão. O streaming multi-bitrate ajuda a proporcionar aos espectadores uma melhor experiência de visualização, mas não uma experiência de visualização perfeita.

A reprodução adaptativa é, portanto, uma forma de os leitores de vídeo adaptarem dinamicamente a qualidade de um fluxo às condições da rede, à largura de banda disponível e ao desempenho do dispositivo. Se quiser proporcionar aos espectadores a melhor experiência de visualização, deve utilizar a transmissão ABR.

Como funciona a transmissão em fluxo ABR?

O fluxo ABR é crucial para otimizar a reprodução de vídeo, mas como é que as emissoras o fazem funcionar exatamente?

1. Preparação do vídeo

Em primeiro lugar, o conteúdo de vídeo tem de ser preparado para a transmissão em direto ABR. Um codificador precisa de codificar o vídeo em várias taxas de bits, consoante o perfil de transmissão pretendido. A maioria as plataformas de vídeo em linha são capazes de transcodificar vídeos em vários formatos a partir de um único ficheiro de origem.

Cada um destes ficheiros de vídeo codificados tem de ser segmentado em partes de vários segundos. O tamanho destes blocos de vídeo varia consoante a implementação, mas geralmente têm entre 2 e 10 segundos cada. Esta abordagem funciona bem com protocolos de fluxo contínuo baseados em HTTP que descarregam progressivamente conteúdos de vídeo.

2. Arranque inicial

Antes de um leitor de vídeo poder iniciar a reprodução, transfere um ficheiro de manifesto que descreve os blocos de vídeo e as taxas de bits disponíveis. Este ficheiro de manifesto – a lista de reprodução .m3u8 para HLS e a descrição da apresentação multimédia (MPD) para DASH – contém as informações que constituem um perfil de transmissão, que abordaremos mais adiante.

O leitor de vídeo pode simplesmente utilizar o manifesto como um guia para solicitar os recursos de vídeo mais adequados ao dispositivo e à ligação do utilizador. Depois, inicia imediatamente a reprodução quando houver conteúdo multimédia suficiente disponível na memória intermédia local.

A vantagem do streaming de vídeo sobre HTTP é que o conteúdo pode ser armazenado e entregue a partir de um servidor Web normal. Isto significa que o ABR funciona bem com redes de distribuição de conteúdo (CDNs) para reduzir ainda mais a latência, diminuir a perda de pacotes e aumentar a velocidade de entrega.

O streaming com taxa de bits adaptável em conjunto com uma rede CDN global pode permitir-lhe chegar eficazmente a espectadores de todo o mundo.

3. Reprodução dinâmica

Normalmente, os leitores de vídeo iniciam o streaming com a taxa de bits mais baixa e solicitam blocos de vídeo de qualidade superior ou inferior à medida que as condições da rede mudam. Cada jogador tem o seu próprio algoritmo ABR para decidir quais as taxas de bits a descarregar a seguir.

Existem dois tipos comuns de algoritmos de seleção que os leitores de vídeo utilizam: taxa de transferência e buffer. Os algoritmos baseados na taxa de transferência medem a velocidade de descarregamento dos blocos de vídeo anteriores para determinar a taxa de bits a escolher a seguir. O problema é que uma estimativa do débito pode não corresponder à taxa de bits do codificador durante as transmissões em direto.

Os algoritmos baseados em buffer tentam controlar a ocupação do buffer para garantir que haja sempre vídeo suficiente pronto para reprodução. Se a memória intermédia local estiver a ficar sem suportes, a taxa de bits seguinte será inferior para manter a reprodução. O problema é saber até que ponto se deve baixar a taxa de bits para encher a memória intermédia sem baixar demasiado a qualidade.

Alguns leitores adaptativos oferecem mesmo um híbrido dos dois. Por exemplo, THEOplayer avalia continuamente a sua velocidade de descarregamento e pode mudar a taxa de bits a meio do descarregamento para manter a ocupação da memória intermédia elevada. Nos próximos anos, os algoritmos mais avançados que utilizam a aprendizagem automática também poderão ganhar força. Estas máquinas ajudam a levar a reprodução adaptativa para o nível seguinte.

Perfis de transmissão em fluxo contínuo com taxa de bits adaptável

Um perfil de transmissão é o conjunto de variações que pretende disponibilizar para um determinado vídeo. Isto significa criar uma escada que inclua diferentes taxas de bits, resoluções, codecs e muito mais.

A maioria dos perfis ABR são designs de escada universais destinados a otimizar todos os ficheiros de vídeo para qualquer dispositivo de transmissão e condição de rede. A Apple chegou mesmo a propor um codificação de taxa de bits fixa ladde r (ver abaixo), que a Netflix aperfeiçoou posteriormente para maximizar a qualidade do vídeo em cada degrau específico.

Outra estratégia de perfil de transmissão em fluxo contínuo que está a ganhar popularidade é a codificação sensível ao contexto (CAE), que também tem em conta os dispositivos do utilizador durante a codificação. Cada conteúdo é codificado para tipos de dispositivos específicos – de smartphones a smart TVs – para criar uma escada de taxa de bits personalizada. Isto permite que os organismos de radiodifusão ofereçam uma maior qualidade de experiência com requisitos de largura de banda reduzidos.

No fim de contas, não existe um único perfil de transmissão que se adapte às necessidades de todos os organismos de radiodifusão. É por isso que, na próxima secção, abordamos as orientações gerais sobre os protocolos e taxas de bits que devem ser incluídos na maioria dos perfis de transmissão.

Como fazer streaming com taxa de bits adaptável

Para as empresas de radiodifusão que pretendem oferecer streaming com taxa de bits adaptável, é necessário tomar uma série de decisões sobre protocolos de streaming, taxas de bits e leitores de vídeo. Eis as decisões que tem de tomar para oferecer streaming de bits adaptável aos seus espectadores.

Que protocolo de transmissão em fluxo contínuo devo utilizar?

Um protocolo de fluxo contínuo é um método para fornecer áudio ou vídeo através da Internet. Escolher qual protocolo de transmissão de vídeo a utilizar dependerá dos seus objectivos, uma vez que os protocolos podem lidar com o fluxo ABR, enquanto outros são melhores para fluxos de baixa latência.

Outrora o protocolo de transmissão em fluxo contínuo mais comum,
Protocolo de mensagens em tempo real (RTMP)
foi largamente preterido como método de entrega aos utilizadores finais. Embora o protocolo possa ser transmitido para o Flash Player, a maioria dos browsers mudou para leitores de vídeo HTML5 por defeito. Dito isto, o RTMP pode ainda ser utilizado para transmitir vídeo para um codificador para um OVP, mas não é ideal para a transmissão ABR.

Fluxo contínuo dinâmico adaptativo sobre HTTP (DASH) é um protocolo mais recente que está a começar a ganhar força. Também conhecido como MPEG-DASH, é um codec agnóstico e foi concebido para funcionar em todos os browsers modernos. Embora o protocolo não seja suportado nativamente pelo streaming HTML5, muitos leitores suportam o MPEG-DASH utilizando JavaScript e Media Source Extensions (MSEs).

O protocolo preferido para os leitores de vídeo HTML5 é
Transmissão em direto HTTP (HLS)
. Isto é crucial porque o leitor de vídeo é, em última análise, o que controla a transmissão em direto ABR. No que diz respeito aos codecs, o HLS suporta H.264 e recentemente adicionou suporte para H.265 / HEVC. O protocolo utiliza segmentos de vídeo de 10 segundos por defeito, mas alguns leitores de vídeo permitem segmentos mais pequenos para reduzir a latência.

A que taxa de bits devo transmitir?

As melhores taxas de bits a escolher dependerão do seu público-alvo, mas geralmente é uma boa ideia oferecer várias taxas de bits com diferentes níveis de qualidade.

Eis algumas definições de taxas de bits comuns:

• Vídeo 360p: 400 Kbps – 1000 Kbps
• Vídeo 480p: 500 Kbps – 2 Mbps (1 Mbps = 1000 Kbps)
• Vídeo 720p: 1,5 – 4 Mbps
• Vídeo 1080p: 3 – 6 Mbps

Na Dacast, recomendamos o fornecimento de uma taxa de bits inferior a 1000 Kbps para garantir que qualquer utilizador possa ver os seus vídeos. Taxas de bits adicionais superiores a esta melhorarão a experiência de visualização para os utilizadores que tenham o dispositivo e a largura de banda necessários. Para streaming de taxa de bits adaptável HLS, eis as nossas sugestões para a configuração do codificador.

O que é o Adaptive Streaming usando JavaScript?

Como mencionámos anteriormente, o leitor de vídeo é crucial para permitir a transmissão em direto ABR. Os players HTML5 – incluindoVideo.js e outros reprodutores de vídeo JavaScript-possuem a capacidade de transmitir ABR de imediato. Isto significa que são leitores de vídeo adaptáveis.

Além de utilizar um algoritmo ABR para escolher a taxa de bits do fluxo de vídeo a utilizar, os leitores de vídeo de adaptação também seleccionam um ficheiro de vídeo que se adapta ao ecrã do dispositivo. Isto garante que o utilizador verá sempre um vídeo com bom aspeto.

Para os organismos de radiodifusão, os leitores de vídeo JavaScript e HTML5 que suportam ABR são inestimáveis. Estes leitores não só oferecem uma melhor experiência de utilizador, como também estão integrados em navegadores Web e são universalmente acessíveis em quase todos os dispositivos. Isto significa que o streaming adaptativo utilizando JavaScript permite que as marcas alcancem mais espectadores.

As vantagens da reprodução adaptativa

A principal vantagem do streaming com taxa de bits adaptável é uma melhor qualidade da experiência. Os organismos de radiodifusão podem oferecer a melhor qualidade de vídeo possível aos seus telespectadores, sem correrem o risco de ficarem em buffer ou outras interrupções da experiência.

Para além de fluxos mais suaves, o ABR oferece um arranque mais rápido. Uma vez que os fluxos ABR começam normalmente com um fluxo de baixa taxa de bits até que o algoritmo de seleção estime a capacidade da largura de banda ou a ocupação do buffer, o vídeo pode começar a ser reproduzido imediatamente. Isto significa que as marcas não precisam de se preocupar com a perda de espectadores devido a tempos de carregamento lentos.

O streaming com taxa de bits adaptativa ABR também melhora a experiência de visualização em smartphones e tablets. No passado, as limitações do plano de dados e a baixa capacidade de processamento dos dispositivos tornavam o streaming de vídeo em movimento um desafio para as empresas de radiodifusão. O ABR garante que os utilizadores móveis podem ver fluxos de vídeo sem armazenamento em buffer, apesar destas potenciais limitações.

Uma vez que os fluxos ABR utilizam HTTP para entrega, funcionam com a maioria dos servidores Web e CDNs. Isto significa que é mais barato do que instalar servidores especializados ou manter ligações persistentes abertas. A utilização do streaming ABR pode, portanto, ser uma forma económica de escalar, mantendo uma experiência de streaming de alta qualidade.

Quando um utilizador tem uma má experiência de transmissão, é mais provável que veja a sua marca de forma negativa, mesmo que não seja diretamente culpa sua que a experiência de vídeo não seja a melhor. Este facto limita as oportunidades de publicidade e monetização no final da linha. É por isso que a ABR é crucial para os organismos de radiodifusão actuais. O streaming ABR dá-lhe um maior grau de controlo sobre a experiência do utilizador final.

Conclusão

Os organismos de radiodifusão têm de dar prioridade à experiência do utilizador e a transmissão em direto ABR é uma forma segura de os utilizadores visualizarem a transmissão de maior qualidade possível em praticamente qualquer dispositivo. O streaming ABR criou novas expectativas nos utilizadores que exigem a tecnologia de transmissão correcta adequada.

Enquanto plataforma de transmissão over-the-top (OTT) abrangente, o Dacast facilita a transmissão de fluxos ABR com as suas capacidades de codificação flexíveis e o leitor de vídeo adaptável HTML5. É por isso que a plataforma de streaming foi nomeada como a melhor plataforma para pequenas/médias empresas nos prémios Streaming Media Readers’ Choice Awards de 2019. A Dacast foi também incluída na lista das empresas mais importantes no domínio da tecnologia de vídeo em linha em 2021.

Se é uma empresa de radiodifusão que pretende otimizar os seus fluxos de vídeo para os utilizadores finais, considere o nosso teste gratuito de 14 dias do Dacast.

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