Università degli Studi di Salerno Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Media Delivery Platform Daniele Cafaro Gianfranco Cerrato Reti di Calcolatori: Protocolli e Sistemi Prof. Massimo De Santo Tutor: Ing. Paolo Napoletano

ClientClient 3rd Party RTSP/RTP Server 3rd Party RTSP/RTP Server 3rd Party RTSP/RTP Client RDT RDT (Real Data Transport) RTP RTSP RTP RTSP

Studio ed analisi dellarchitettura RealNetworks per il Live & On-demand Streaming

Architettura Helix Producer Helix Server Real Player Funzionalità avanzate Deployment Configurazione generale Casi duso

Consente di creare stream multimediali con formati adatti alla distribuzione sulla rete. Cattura dalla sorgente audio/video Editing e Pre-filtering Codifica e FEC Delivery

Il file di output è codificato in un formato proprietario della RealNetworks: RealAudio e RealVideo.

Stesso file con più bit-rate Afferisce ai formati CBR incremento dimensioni del fie collo di bottiglia per live streaming Adattamento dinamico alle condizioni della rete (es. congestione) Tecnologia multi-rate usata da RealNetworks:

Fisici: per accedere al file system Virtuali: per richiedere determinati servizi La sintassi per lutilizzo dei mount point è la seguente: protocol://address:port/mount_points/path/file rtsp://helixserver.example.com/movie/video.rm Il server permette di distribuire lo stream grazie ai mount point: Fisico Virtuale metafile.ram

Unicast Invia uno stream separato per ogni receiver o media player Multicast Invia lo stesso stream a tutti i receiver o media player, con eventuale canale di controllo unicast Adattamento del flusso ad hoc per ogni client Uso inefficiente della rete Uso efficiente della rete Richiede particolari configurazioni di rete In reti molto ampie è possibile combinare queste due tecniche Configurazione di default per Helix Server Riservare un certo numero di indirizzi IP multicast: 1 per ogni bit-rate

Lo splitting abilita un componente a distribuire lo stream multimediale verso altri componenti. Encoder-to-Server: per distribuire uno stream multimediale da un encoder verso un Helix Server. Server-to-Server: per distribuire uno stream verso un altro Helix Server.

Push Esiste una connessione persistente tra transmitter e receiver Il server è subito pronto a soddisfare i player Pull Non esiste alcuna connessione persistente tra transmitter e receiver In configurazioni avanzate queste due tecniche possono coesistere Uso efficiente della rete Uso inefficiente della rete Introduce una maggiorelatenza per la prima richiesta Molto semplice da realizzare Richiede una esplicita configurazione del transmitter e del receiver lato Server

Il SureStream-Aware Splitting permette di distribuire soltanto la specifica codifica dello stream richiesta dal client. Non sarà mai trasmessa al receiver una codifica non richiesta esplicitamente. E uno spreco di risorse utili!E una soluzione più efficiente!

Esistono configurazioni con ridondanza sugli encoder, sui server e sugli stream: Maggiore affidabilità del servizio Maggiore qualità Uso efficiente della rete (Content Caching e Media Proxy) Due modalità di funzionamento: 1. Fault tolerant 2. Load balancing Due modalità di funzionamento: 1. Fault tolerant 2. Load balancing

Media Proxy: Aumenta la qualità dello streaming avvicinando sempre di più i contenuti al player Content Caching: Aumenta la qualità dello streaming avvicinando sempre di più i contenuti al player I Subscriber mantengono una cache dei contenuti inseriti sui Publisher Il Proxy funge da intermediario tra i Player ed il Server

Encoder Redundancy: gli encoder trasmettono lo stesso live stream e formano una coda in base allarrivo delle connessioni Identificativo dellencoderStesso contenuto multimediale

Configurazione Avanzata: combinazione di encoder redundancy, multiple servers e broadcast redundancy Broadcast Redundancy: il receiver riceve un duplicato dello stream (flusso unicast e multicast)

La latenza è un parametro importante da controllare specialmente quando si utilizza lo splitting Latenza end-to-end (max 10 sec.) Latenza di startup bassa Helix Server permette di variare i parametri sulla latenza con il latency mode Intervallo di tempo che intercorre da quando si verifica levento live a quando viene riprodotto sul media player Intervallo di tempo che intercorre da quando lutente clicca sullURL associato al file multimediale a quando il media player avvia la riproduzione del contenuto

Il lettore multimediale riceve in carico lo stream e lo decodifica per riprodurne il contenuto Il Media Playback Pane consente di visualizzare le clip scaricate o in streaming Il Realted Info Pane fornisce allutente informazioni aggiuntive sulla presentazione Il Media Browser Pane permette allutente di navigare sul WEB

La playlist comprende una sequenza di clips che il media player riceve come singolo stream La playlist è asscoiata ad un file XML: ………… La playlist è asscoiata ad un file XML: ………… La playlist può essere trasmessa in 3 possibili sessioni: Externally controlled Internally controlled Non controlled In una sessione externally controlled lutente player può muoversi tra le differenti parti che costituiscono la playlist usando delle direttive HTTP (in genere cliccando su dei link). Il controllo della playlist quindi è esterno al canale RTSP. Nota: A ciascuna sessione RTSP è associato un ID utilizzato nelle direttive HTTP. In una sessione externally controlled lutente player può muoversi tra le differenti parti che costituiscono la playlist usando delle direttive HTTP (in genere cliccando su dei link). Il controllo della playlist quindi è esterno al canale RTSP. Nota: A ciascuna sessione RTSP è associato un ID utilizzato nelle direttive HTTP. In una sessione internally controlled lutente può spostarsi allinterno della playlist mediante dei comandi RTSP impartiti allHelix Server. In questo caso, il controllo della playlist è interno allo stream del contenuto multimediale e la playlist deve essere composta da stream che presentano una durata definita In una sessione internally controlled lutente può spostarsi allinterno della playlist mediante dei comandi RTSP impartiti allHelix Server. In questo caso, il controllo della playlist è interno allo stream del contenuto multimediale e la playlist deve essere composta da stream che presentano una durata definita In una playlist con sessione non- controlled il media player tratta lintera sessione come un unico live stream e non sono disponibili in alcun modo i comandi per il controllo della risproduzione

Il Simulated Live Transfer Agent (SLTA) consente lo streaming di contenuti multimediali preregistrati o di archivi broadcast come eventi live. Usando SLTA, per esempio, è possibile simulare la programmazione radio o TV. SLTA è un tool a linea di comando Supporta tutte le modalità di broadcasting

LAdaptive Stream Management (ASM) sono delle regole che descrivono lo streaming ed aiutano lHelix Server a prendere delle decisioni su come trasmettere i pacchetti sulla rete. Insieme di regole costituite da una o più proprietà, ed opzionalmente da una espressione: #16000 <= $Bandwidth, AverageBandwidth=4000, Priority=7; Insieme di regole costituite da una o più proprietà, ed opzionalmente da una espressione: #16000 <= $Bandwidth, AverageBandwidth=4000, Priority=7; ASM Rule Il client riceve lASM Rule Book dal server e si sottoscrive ad una o più ASM Rule in base alle proprie capacità di banda Nota: Il tutto funge se si utilizzano file multimediali multi-rate (es. SureStream) Nota: Il tutto funge se si utilizzano file multimediali multi-rate (es. SureStream) Il server invierà al cliente soltanto i pacchetti associati alle ASM Rule sottoscritte Il server invierà al cliente soltanto i pacchetti associati alle ASM Rule sottoscritte

E possibile adattare il tasso trasmissivo in funzione dello stato del buffer del player Si minimizza il rebuffering della clip, aumentando la qualità di fruizione dei contenuti ASM o Rate Control !?!? ASM o Rate Control !?!? E possibile usare il rate control lato server se: E disponibile la clip multirate Sono disponibili info sul buffer Il player invia riscontri periodici al server 2 3 1

Slowdown Mode Exit indica il valore di uscita dalla modalità di slowdown durante un upshift Preroll è la quantità di dati che bisogna bufferizzare prima della riproduzione Il Server mantiene il modello del buffer del player e setta dei parametri di soglia. Se questi parametri vengono violati, si adottano politiche di rientro Una volta raggiunto Max Advance il server diminuisce la velocità con cui vengono trasmessi i dati al client Buffer Limit è il limite massimo della dimensione fisica del buffer Una volta raggiunto Upshift Depth il server passa ad un flusso dati con bit-rate maggiore Target Time è un tempo espresso in millisecondi che il media player preferisce avere a sua disposizione nel buffer prima che la sua riproduzione termini Downshift Depth è la soglia minima affinchè si passi ad un tasso di codifica più basso; in questo modo si minimizza la probabilità che il client effettui un rebuffering.

Per testare le funzionalità dellarchitettura RealNetworks è stata creata una rete giocattolo ad hoc composta da: 1 Helix Server e 2 Client (Producer/Player) CARATTERISTICHE: HP Proliant DL360Windows Server 2003 EE SP2Intel Xeon 3.60 GHz2.00 GB di RAM160 GBEthernet 10/100 MbpsHelix Server Mobile v.13Wireshark v CARATTERISTICHE: HP Proliant DL360Windows Server 2003 EE SP2Intel Xeon 3.60 GHz2.00 GB di RAM160 GBEthernet 10/100 MbpsHelix Server Mobile v.13Wireshark v CARATTERISTICHE: Dell Studio 15 Windows Vista Ultimate 64 bit Intel Core 2 Duo P GHz 4.00 GB di RAM 320 GB HD 5200 RPM Ethernet 10/100 Mbps RealPlayer v Helix Producer Standard 13.1 CARATTERISTICHE: Dell Studio 15 Windows Vista Ultimate 64 bit Intel Core 2 Duo P GHz 4.00 GB di RAM 320 GB HD 5200 RPM Ethernet 10/100 Mbps RealPlayer v Helix Producer Standard 13.1 CARATTERISTICHE: Dell XPS M1530 Windows 7 Professional 32 bit Intel Core 2 Duo T GHz 4.00 GB di RAM 320 GB HD 7200 RPM Ethernet 10/100 Mbps RealPlayer v Helix Producer Standard 13.1 CARATTERISTICHE: Dell XPS M1530 Windows 7 Professional 32 bit Intel Core 2 Duo T GHz 4.00 GB di RAM 320 GB HD 7200 RPM Ethernet 10/100 Mbps RealPlayer v Helix Producer Standard 13.1

Helix mette a disposizione un administration tool per la gestione ed il monitoraggio del server di streaming Admin Port Il tool è molto utile ma soffre di alcuni BUG!

I test effettuati sulla piattaforma di streaming hanno coperto i seguenti aspetti: Push e Pull Delivery Live e on-demand: unicast o multicast broadcasting Encoder Redundancy Playlist Streaming Multirate Embedded player in una pagina web Rate Control

Obbiettivo: Verificare il pull delivery da Helix Producer di un live video con distribuzione unicast dello stream verso i diversi player

Pull Request UDP 5 6 HTTP [GET] SYN SYN, ACK ACK HTTP [200 OK] (RAM file) SYN, ACK ACK RTSP 4 RDT 7 SYN HTTP: Richiesta del metafile 2 UDP: Delivery dello stream pull.rm 6 Lutente clicca sul seguente link: Lutente clicca sul seguente link: TCP: 3-way-handshake 1 Sessione RTSP 4 Pull request con autenticazione 5 TCP: 3-way-handshake 3 RDT: streaming e scambio informazioni di controllo 7

Obbiettivo: Verificare lincapsulamento dello streaming multimediale allinterno di una pagina web Prova Embedded Il tag HTML permette di inserire lo stream allinterno della pagina La proprietà CONTROLS consente di scegliere i controlli da visualizzare (es.: Play, Pause,…) Lestensione del file multimediale deve essere.rpm altrimenti il browser non riconosce il plug-in da attivare (La macchina client deve aver installato il plug-in RealPlayer) Il tag HTML permette di inserire lo stream allinterno della pagina La proprietà CONTROLS consente di scegliere i controlli da visualizzare (es.: Play, Pause,…) Lestensione del file multimediale deve essere.rpm altrimenti il browser non riconosce il plug-in da attivare (La macchina client deve aver installato il plug-in RealPlayer)

Obbiettivo: Verificare la distribuzione di stream ai diversi client con bit-rate differenti Con lausilio di Helix Producer è stato creato un file audio SureStream a 3 bit-rate: Con lausilio di Helix Producer è stato creato un file audio SureStream a 3 bit-rate: Caratteristiche PLAYER A: Normal Bandwidth: 28.8 Kbps Maximum Bandwidth: 56 Kbps Caratteristiche PLAYER A: Normal Bandwidth: 28.8 Kbps Maximum Bandwidth: 56 Kbps Caratteristiche PLAYER B: Normal Bandwidth: 10 Mbps or over Maximum Bandwidth: 10 Mbps or over Caratteristiche PLAYER B: Normal Bandwidth: 10 Mbps or over Maximum Bandwidth: 10 Mbps or over

1 Dettaglio ASM Rule Book 3 Il player B si sottoscrive alle regole associate al flusso a 96 Kbps I player dopo aver instaurato la connessione con il Server contrattano il bit-rate da usare tenendo conto delle proprie capacità di banda: 1 Il Server invia il rule book ai client 2 Il player A si sottoscrive alle regole associate al flusso a 12 Kbps

Il risultato ottenuto è:

FEATURES Cache / Proxy Server Encoder Redundancy Broadcast Redundancy Security Manager Audio/Video Recovery Adaptive Control Rate Fast Start Failover Advertising (video, audio, HTML) Media Library DRM = Full support or availability = Partial support or availability = Not support or availability

CLIENT - FORMAT iPhone Flash iPad Silverlight Windows Media Quick Time 3GPP Android, BlackBerry, Symbian mp3 mp4 RTSP/RTP Client = Full support or availability = Partial support or availability = Not support or availability

SYSTEM Windows MAC Linux Solaris = Full support or availability = Partial support or availability = Not support or availability PROTOCOL RTSP RTP MMS RDT PNA IPv6

Vantaggi Svantaggi Multipiattaforma Integrazione Flessibilità Qualità Natura Proprietaria Complessità Costo