Ei pätki video – no ei pätki!

24.10.2019 - 4 minuuttia read

Miksi videon laatu on usein aivan katselun aluksi huonoa, mutta paranee sitten nopeasti? Muksi videon laatu voi vaihdella katselun aikana? Miksi videot pysähtelevät nykyisin harvemmin kuin vuosia sitten?

Tämä blogikirjoitus valaisee nykyisin videonsiirrossa vallalla olevia tekniikoita.

Internetin videonsiirtotekniikoilla on tärkeä rooli, koska erilaisten Internet-pohjaisten videopalveluiden käyttöön liittyvä liikenne muodostaa määrällisesti mitattuna valtaosan kotikäyttäjien verkkoliikenteestä. Videonsiirtoon liittyvät siirtomäärät ovat suuria, koska siirtotapahtumat ovat usein pitkäkestoisia ja vaaditut tiedonsiirtonopeudet suuria. Videonsiirtoon liittyvät tärkeimmät tekniikat ovat sisällönjakeluverkot ja adaptiivinen HTTP-suoratoisto.

Videot jo nurkan takana

Suuret palveluntarjoajat hyödyntävät sisällönjakelu- eli CDN-verkkoja videoiden ja muun sisällön jakelussa asiakkailleen. CDN-lähestymistapa pyrkii tallentamaan videot lähellä katselijoita. CDN-verkko sisältää useita maantieteelliseltä sijainniltaan hajautettuja palvelinryhmiä eli palvelinklustereita, joissa varsinaiset jakelupalvelimet sijaitsevat. CDN-verkko pyrkii ohjaamaan käyttäjän videokatselupyynnön jakelupalvelimelle, joka kykenee tarjoamaan asiakkaalle parhaan katselukokemuksen. Usein tämä on se asiakasta lähinnä oleva jakelupalvelin.

Sisällön hajautuksen toteuttamiseen on kaksi erilaista päästrategiaa. Push-pohjaisessa lähestymistavassa sisältö jaetaan ennakoivasti pääpalvelimelta jakelupalvelimille. Kun asiakas lähettää videoon liittyvän pyynnön, videomateriaali on jo valmiina asiakasta lähellä olevalla jakelupalvelimella. Esimerkiksi Netflix käyttää push-pohjaista strategiaa, jossa sisältö työnnetään jakelupalvelimille ruuhka-aikojen ulkopuolella. Pull-pohjaisessa lähestymistavassa videomateriaalia ei tallenneta jakelupalvelimelle ennen kuin ensimmäinen asiakas pyytää videota. Kun ensimmäinen asiakas pyytää tiettyä videota, jakelupalvelimen on ladattava video ensisijaiselta palvelimelta ja saman aikaisesti välitettävä sitä pyynnön esittäneelle asiakkaalle. Jatkossa kyseinen video voidaan välittää asiakkailla suoraan tämän jakelupalvelimen välimuistista. Pull-pohjainen strategia minimoi tallennustilan tarpeen jakelupalvelimilla. YouTube käyttää pull-pohjaista lähestymistapaan, koska osalla sen vidoista on vain paikallista merkitystä.

Kuvituskuva videoista

Valinnanvapaus parantaa elämän laatua

Internet ei voi perusmuodossaan tarjota taattua siirtonopeutta videovirralle. Jos tarjolla oleva dynaamisesti vaihteleva siirtonopeus ei ole vakionopeuksiselle videovirralle riittävää, videon toisto pysähtyy. Toisto jatkuu vasta, kun katselulaitteelle tallennetun videon määrä saadaan jälleen nostettua toiston vaatimalle minimitasolle. Tämä pysähtymisilmiö voidaan välttää adaptiivisella HTTP-suoratoistolla eli DASH-tekniikalla, jota suuret palveluntarjoajat hyödyntävät videoiden välityksessä katselulaitteille. DASH-tekniikan päätavoitteena on estää katselulaitteen vastaanotto-puskurin tyhjeneminen samalla kun maksimoidaan videon katseluun liittyvä katselukokemus. Tämä toteutetaan mukauttamalla videon tiedonsiirtonopeutta vaihteleviin verkko-olosuhteisiin sopivaksi. Koska nopeuden mukauttamis-päätökset tehdään pääasiassa katselulaiteen toimesta, nopeuden mukauttamisessa voidaan ottaa huomioon myös katselulaitteen ominaisuudet.

DASH tallentaa videosisällön palvelimille useiksi eri versioiksi, jotka poikkeavat toisistaan vaaditun tiedonsiirtonopeuden suhteen. Mitä suurempaa tiedonsiirtonopeutta versio vaatii, sitä parempilaatuisempaa katseltava video on. Jokainen nopeusversio on lisäksi paloiteltu pienikokoisiksi videosegmenteiksi, joista kukin sisältää tyypillisesti 2-15 sekuntia videota. DASH-sovelluksessa katselulaite voi sujuvasti vaihtaa nopeusversiota aina halutessaan näiden segmenttien rajoilla, koska kukin segmentti on ajallisesti liitetty videon kokonaisaikajanaan. Videon nopeusversion valinta perustu sen hetkiseen tarjolla olevaan verkon siirtonopeuteen, nykyiseen vastaanottopuskurin tilaan ja tarjolla oleviin nopeusversioihin. Periaate kuitenkin on, että jos verkon tarjoama siirtonopeus on nykyiselle versiolle riittämätön, valitaan nykyistä versiota huonolaatuisempi versio. Näin voidaan estää videon toistoa uhkaava pysähtyminen. Jos verkko pystyy tarjoamaan enemmän siirtokapasiteettia kuin mitä nykyinen versio vaatii, voidaan vaihtaa parempaa laatua tarjoavaan versioon. Esimerkiksi YouTube otti DASH:n oletusmekanismiksi vuonna 2015.

Kuva kirjoittajasta

Kuva: Jenni Joensuu/yle

 

Juha Vihervaara
Kirjoittaja työskentelee Porin yksikössä lehtorina, erikoisosaamisalana tietoliikenne.