Статьи

Букварь для начинающих стримеров: аппаратные энкодеры

Что такое потоковый аппаратный энкодер

Аппаратный энкодер – это специализированное устройство, которое захватывает, сжимает и преобразует аудиовизуальные данные в формат, подходящий для потоковой передачи и / или записи. Поскольку мы часто получаем вопросы о кодировании в реальном времени, в частности, для целей этой статьи мы будем говорить в основном об аппаратных энкодерах для потокового вещания. По сути, аппаратные средства кодирования потокового видео представляют собой устройства, разработанные специально для трансляции видео в Интернет.

Доступные на рынке устройства потокового аппаратного кодирования сильно различаются по сложности. Это могут быть очень простые портативные устройства, созданные для потоковой передачи только в одно место назначения. Одним из примеров такого энкодера является Webcaster X2, который может транслировать на YouTube, Facebook Live или Twitch. С другой стороны шкалы устройства аппаратного кодирования могут быть достаточно сложными, предназначенными для приёма различных типов видеовходов и способными одновременно передавать сигнал сразу нескольким получателям. Эти более сложные аппаратные энкодеры также могут быть достаточно портативными, например, Pearl Mini.

Чем аппаратный энкодер не является

Аппаратный энкодер, как следует из названия, отличается от программного энкодера. Потоковое программное обеспечение работает на компьютерном оборудовании, на котором, в свою очередь, выполняется множество других процессов. Следовательно, компьютер не предназначен исключительно для кодирования и потоковой передачи. Аппаратные энкодеры, с другой стороны, являются устройствами, разработанными специально для кодирования. Этот факт делает их более надёжными, чем потоковое программное обеспечение, потому что здесь другие процессы не мешают его работе. Вот почему в критических ситуациях профессиональные производители видео используют аппаратные кодеры.

Аппаратный энкодер потоковой передачи сам по себе не является сетевым потоковым адресатом. Как правило, вам нужно настроить пункт назначения прямой трансляции отдельно. Таким местом назначения может быть живая видео-платформа, такая как YouTube или Facebook Live, CDN, такая как Kaltura, или потоковый сервер, такой как WOWZA. Тем не менее, многие энкодеры позволяют вести прямую потоковую передачу зрителям в локальной сети.

Аппаратный энкодер также не является видеовходом. Это как входной хаб. Аппаратный энкодер может принимать источники видео, используя физические разъёмы, такие как HDMI, USB, SDI или через сеть (например, NDI).

Возможности потокового энкодера

Еще раз, аппаратные энкодеры бывают всех форм, размеров и наборов функций. Вот некоторые из важных функций, которые отличают аппаратные кодеры:

Количество одновременно кодируемых потоков и мест назначения

Энкодеры различаются по количеству одновременных потоков, которые они могут кодировать. Кодирование требует большой вычислительной мощности, и с каждым дополнительным кодируемым потоком рабочая нагрузка увеличивается. Количество кодированных потоков не следует путать с количеством пунктов назначения. С достаточно продвинутыми аппаратными энкодерами вы можете легко передать один закодированный поток сразу нескольким адресатам. Как правило, более простые и менее дорогие устройства могут кодировать один поток и отправлять его в один пункт назначения. Тогда как более мощные энкодеры могут кодировать несколько отдельных видео и транслировать каждое в несколько пунктов назначения одновременно.

Типы потоковых пунктов назначения

Потоковые аппаратные энкодеры также могут иметь ограничения потоковой передачи. Как уже упоминалось выше, Webcaster X2 может работать только на YouTube, Facebook Live или Twitch, тогда как более продвинутые аппаратные энкодеры могут транслировать практически в любое место. Кроме того, некоторые аппаратные энкодеры интегрированы с CDN (сетями доставки контента).

Разрешение кодирования

Разрешение кодирования относится к окончательному размеру видеокадра, ширина×высота, в пикселях. Наиболее популярные потоковые разрешения – 1280×720 (или 720p) и 1920×1080 (или 1080p). Разрешения выше этих требуют гораздо больше ресурсов процессора и сети. Однако, если вы настроены на потоковую передачу с разрешением 4K, убедитесь, что энкодер действительно способен на это. Вам также необходимо обеспечить высокую и надёжную пропускную способность сети. Если вы хотите узнать больше о различных стандартных разрешениях, ознакомьтесь с таблицей в этой статье.

Битрейт

Битрейт описывает, сколько данных передаётся за данный промежуток времени. Чем выше битрейт – тем выше качество изображения. В то же время, чтобы получить качественный поток с высоким разрешением (например, 4K, 8K), битрейт должен быть очень высоким. Битрейт обычно измеряется в килобитах в секунду (Кбит/с) или мегабитах в секунду (Мбит/с). В различных энкодерах настройки битрейта могут варьироваться от 1000 Кбит/с до 30 000+ Кбит/с. Например, минимальный битрейт, рекомендуемый YouTube для потоковой передачи 4K, составляет 35 000 – 45 000 Кбит/с.

Доступная скорость потоковой передачи зависит не только от физических ограничений устройства, но в значительной степени от доступной пропускной способности сети. Устройство может поддерживать потоковую передачу со скоростью 20 000 Кбит/с, но, если ваше сетевое подключение допускает только скорость восходящей линии связи 5 000 Кбит/с, конечное видео не будет отличным, независимо от того, насколько хорош энкодер. Многие энкодеры предлагают удобную опцию «автоматического» битрейта, где энкодер вычисляет оптимальный битрейт на основе скорости вашего соединения.

Частота кадров

Частота кадров отражает количество изображений, которые кодируются в секунду. Выражается в кадрах в секунду (кадр/с или fps). Снижение частоты кадров для канала уменьшает использование полосы пропускания и наоборот. Частота кадров 30 была стандартом для цифрового видео в течение последних двух десятилетий. В настоящее время частота кадров 60 и выше используется все чаще и чаще, создавая очень плавный, гиперреалистичный вид (естественно, только если входной источник имеет эти 60fps). Имейте в виду, что частота кадров напрямую влияет на требуемый битрейт: для видео с тем же разрешением, чем выше частота кадров, тем выше битрейт.

Сжатие видео (варианты кодеков)

Для того, чтобы транслироваться в Интернете, видео должно быть сначала оптимально сжатым. Кодеки – это методы сжатия, которые делают это возможным. Кодеки используют разные методы сжатия видеофайлов: некоторые работают быстрее, некоторые могут создавать файлы меньшего размера, но технология сжатия постоянно развивается и движется вперед. Вот некоторые из самых популярных кодеков, используемых сегодня аппаратными кодерами:

Motion JPEG (MJPEG)

MJPEG сжимает отдельные кадры и имеет «низкую стоимость процессора» кодирования / декодирования. Однако это требует большей пропускной способности, чем некоторые другие кодеки. Кроме того, MJPEG не поддерживает аудио. Чаще всего он используется для потоковой передачи видеонаблюдения или другого видео, которое не требует живого аудио

264 / AVC

H.264 не начинает сжимать каждый последующий кадр с нуля. Вместо этого он просматривает предыдущие кадры на предмет изменений. Если пиксели не изменились – H.264 просто использует предыдущие данные, тем самым экономя много ресурсов. Более высокое качество изображения требует не только более высокой скорости передачи битов, но и большего количества ресурсов процессора. Однако, если вам хватит обоих, видео будет отлично смотреться.

265 / HEVC

H.265 – это следующее поколение кодеков после H.264 (использует те же принципы сжатия). Он обещает качество, идентичное H.264, но с половиной битрейта (что снижает требования к битрейту для данного качества). По сравнению со своим предшественником H.265 обладает большей точностью и использует более широкий спектр инструментов прогнозирования кадров.

Потоковые протоколы

Потоковые протоколы – это методы доставки живого потока к месту назначения. Задача протокола потоковой передачи состоит в том, чтобы решить, как разделить видеопоток на «кусочки»-пакеты и доставить его онлайн. Протоколы потоковой передачи не следует путать с кодеками: кодеки выясняют, как изначально сжимать и упаковывать видео, а затем потоковые протоколы извлекают его оттуда. Неудивительно, что различные потоковые аппаратные кодеры предлагают поддержку определённого набора потоковых протоколов.

Некоторые потоковые протоколы работают в режиме реального времени, что означает, что прямое кодирование происходит сразу же, в то время как другие начинаются немного позже. Это напрямую влияет на задержку между тем, когда события в реальном времени действительно происходят, и когда зритель их видит. Для некоторых событий задержка не имеет большого значения, но для других событий, особенно спортивных и интерактивных, низкая задержка является огромным приоритетом.

Более того, некоторые протоколы лучше подходят для отправки видео онлайн или на CDN для дальнейшего распространения, в то время как другие обрабатывают доставку видео зрителям в локальной сети. Кроме того, некоторые из последних протоколов потоковой передачи способны адаптироваться к доступному битрейту конечного пользователя. Это называется адаптивной потоковой передачей. Давайте рассмотрим некоторые из самых популярных потоковых протоколов, доступных сегодня на аппаратных энкодерах.

RTMP (протокол обмена сообщениями в реальном времени)

RTMP является одним из наиболее широко используемых сегодня потоковых протоколов. Многие популярные CDN, такие как Facebook Live и Youtube, принимают RTMP-потоки от энкодеров. Для защищённой потоковой передачи используется протокол, называемый RTMPS (последняя буква S обозначает Secure). Этот протокол шифрует поток перед отправкой, что делает его хорошим выбором для безопасной потоковой передачи. RTMP очень надёжен и универсально поддерживается, однако он работает только с определёнными кодеками.

RTSP (протокол потоковой передачи в реальном времени)

RTSP – это протокол управления сетью, он часто используется с IP-камерами и локальными потоками. Зрители могут копировать и вставлять URL-адрес потока RTSP в медиаплейер и наблюдать за потоком в локальной сети.

MPEG-TS

Протокол с очень низкой задержкой, отлично подходит для потоковой передачи по локальной сети непосредственно зрителям.

MPEG-DASH

Один из самых последних протоколов. Обеспечивает адаптивную потоковую передачу битов, работает практически с любым кодеком и используется крупными вещательными компаниями.

HLS (HTTP Live Streaming)

Этот протокол был первоначально разработан Apple, чтобы обойти использование Flash на i-устройствах. На сегодняшний день это один из самых популярных методов доставки живого видео конечному пользователю, потому что он поддерживается практически каждым браузером, операционной системой и даже Smart TV. HLS является надёжным, хорошо масштабируется, предлагает адаптивную потоковую передачу битрейта, однако при передаче происходит значительная задержка, что делает его непригодным для интерактивных живых событий.

Другие особенности потокового кодера

В дополнение ко всем техническим параметрам, которые являются частью любого энкодера, важно также учитывать такие вещи, как удобство использования и дизайн. Эти функции слишком часто упускаются из виду, но на самом деле могут значительно облегчить жизнь пользователя. Вот несколько вещей, которые следует учитывать при выборе аппаратного энкодера:

1. Рабочее пространство и пользовательский интерфейс

Как получить доступ к настройкам энкодера / пользовательскому интерфейсу? Это может быть веб-интерфейс (доступ через браузер в той же сети), физические внешние кнопки, сенсорная панель, приложение или даже внешний монитор. Кроме того, насколько легко начать / остановить потоковую передачу? Некоторые энкодеры могут запускать и останавливать потоковую передачу одним нажатием кнопки, тогда как другие требуют, чтобы у вас был явный доступ к веб-интерфейсу пользователя.

2. Опции обработки живого видео

Может ли энкодер одновременно передавать и записывать видео? Если доступно более одного источника видео, может ли устройство переключаться между источниками? Кроме того, возможно ли создавать «картинку-в-картинке» или добавлять графические наложения к вашему видео и требует ли это использования какого-либо дополнительного внешнего программного обеспечения?

3. Локальное воспроизведение видео

Есть ли возможность контролировать программу композитного выхода (например, локальное воспроизведение видео), используя встроенный контрольный монитор или через внешний монитор, подключённый по HDMI?

4. Типы видео и аудио входов

Какие есть варианты подключения для видео: HDMI, SDI, VGA, DVI, USB? Сколько там портов? Есть ли опция видео по IP, такая как NDI? Какие аудио входы и сколько их? Для профессионального аудио имеет важное значение наличие XLR.

5. Тип сетевого подключения

Какие есть варианты подключения к интернету для энкодера? Подключается ли он через Wi-Fi, сотовый интернет, линию LAN или их комбинацию?

6. Форм-фактор

Будет ли этот энкодер постоянно устанавливаться как часть стойки оборудования? Рассмотрите возможность установки аппаратного кодера в стойку. Для более совершенных потоковых аппаратных кодеров многие производители предлагают как автономные настольные устройства, так и модели для монтажа в стойку (например, Pearl-2).

Другие кодеры легки и портативны. Такие кодеры, как VidiU Go и LiveU Solo, имеют встроенные аккумуляторы и подключаются к Интернету через сотовую связь, что делает их идеальными для потоковой передачи на ходу.

Заключительный совет по выбору аппаратного энкодера для прямой трансляции

Выбирая аппаратный энкодер, вы должны спросить себя, для чего нужен ваш энкодер. Желаемая функциональность будет определять ваше решение, и вам не придётся переплачивать за функции, которые вам не нужны.

Сколько направлений вы хотите транслировать? Если вы хотите просто транслировать в социальные сети, например, в Facebook, можно использовать простой энкодер уровня Webcaster X2. Если вы хотите осуществлять потоковую передачу как локально, так и на потоковый сервер одновременно, вы можете рассмотреть возможность использования более сложного аппаратного кодера, такого как Pearl Mini.