Internet w praktyce/Telewizja internetowa

Wprowadzenie

Autor tego opracowania ma życzenie, by media były równie niezależne, jak rozwój nauki. Decentralizacja wyrażałaby się taki sposób, w jaki istnieje wolna gospodarka, gdzie teoretycznie każdy ma możliwość prowadzenia działalności zarobkowej, jeżeli tylko swoim działaniem nie występuje przeciw panującemu prawu. Należy dołożyć wszelkich starań, by opisana wyżej wolność wyrażała się również w kwestiach praktycznych. W epoce Internetu i cyfrowego przekazu multimediów dostępne są technologie, które powyższą wolność czynią możliwą w znaczeniu praktycznym.

W świecie zdecentralizowanych mediów nie ma konieczności uzyskania koncesji lub jakiegokolwiek innego zezwolenia na działalność dziennikarską i informacyjną. Taki stan wydaje się być naturalną konsekwencją wolności słowa zapewnionej w większości ustaw zasadniczych. Podobny do opisywanego powyżej mechanizmu stosowany jest dziś w niezależnych serwisach informacyjnych takich jak międzynarodowa wielojęzyczna Wikinews. W takiej sytuacji każdy ma możliwość publikacji swojej opinii. Każdy ma także wybór kanału informacji, który ogląda, słucha bądź czyta. Wolny obieg artykułów prasowych dostępnych publicznie na jednej z wolnych licencji, umożliwia każdemu swobodę o której mowa powyżej, zarówno jeśli chodzi o powielanie i publiczną transmisję, jak i swobodny odbiór. Wzrastające zainteresowanie tworzeniem jak i poznawaniem istniejących wolnych materiałów informacyjnych ze strony Społeczeństwa nastawia optymistycznie i wróży sukces wolnemu dziennikarstwu.

Niezależność i decentralizacja mediów ponadto wydaje się być sprawą kluczową w niezakłóconym funkcjonowaniu demokratycznych struktur społecznych. Liczne przykłady nadużyć poprzez polityczne i wywiadowcze wpływanie na media publiczne sugerują, że w istocie media publiczne stanowią potencjalne narzędzie kontrolowania i kierowania opinii publicznej przeciw osobom lub instytucjom będącym w opozycji.

Formy nadawania

Techniki cyfrowej transmisji danych dają wiele różnych możliwości, by nasza audycja dotarła do odbiorcy. Każda z nich ma swoje zalety, jak i ograniczenia. Warto wcześniej przemyśleć, który sposób będzie najlepiej pasował do naszych oczekiwań i ograniczeń.

Tam, gdzie będzie to możliwe, warto zastosować transmisję typu multicast zamiast częściej spotykanej unicast. Wówczas np. w obrębie lokalnej sieci osiedlowej lub dedykowanej sieci bezprzewodowej strumień naszej audycji będzie wysyłany tylko raz i dowolna liczba słuchaczy będzie mogła go odebrać bez dodatkowego obciążenia łączy. Dzięki temu możemy sobie pozwolić na większą przepływność strumienia, a tym samym wyższą jakość nadawanej audycji. Transmisja typu unicast nie daje takiej możliwości i wówczas każdy nowy słuchacz będzie wymagał przesłania osobnego strumienia danych.

Jeżeli nie ma możliwości zastosowania transmisji typu multicast, ciekawym rozwiązaniem problemów związanych z ograniczonym pasmem łączy będzie wykorzystanie technologii P2P w transmisji naszej audycji.

Dedykowana sieć bezprzewodowa

Powszechna dostępność sprzętu do budowy bezprzewodowych sieci komputerowych pozwala przy niewielkim nakładzie finansowym stworzyć własną sieć bezprzewodową wyłącznie na potrzeby transmisji audycji radiowo-telewizyjnych. Wystarczy bezprzewodowy punkt dostępowy 802.11bg pracujący w trybie AP-Infrastructure, kabel antenowy i antena dookólna zainstalowana dostatecznie wysoko, np. na dachu wieżowca, w którym mieszkamy. Dostępne w pasmie 2,4 GHz przepustowości wystarczą, by odbierać sygnał wysokiej rozdzielczości w promieniu wielu kilometrów. Aby umożliwić odbiór jeszcze większej liczbie słuchaczy wystarczy zminimalizować tryb prędkości transmisji danych na punkcie dostępowym do wartości wymaganej przepływnością strumienia audio-video. Wówczas odległość, w której odbiór naszej audycji będzie możliwy, znacznie się zwiększy.

Odbiór audycji transmitowanej w ten sposób możliwy będzie praktycznie przy użyciu dowolnego komputera wyposażonego w bezprzewodową kartę sieciową. Każdy nowy laptop wyposażony jest w taką kartę. Przy większych odległościach od stacji nadawczej konieczne może być zastosowanie zewnętrznej anteny dla radiowej karty sieciowej. Coraz częściej moduły Wi-Fi instalowane są jako standardowe wyposażenie w coraz mniejszych urządzeniach przenośnych takich jak palmtopy czy telefony komórkowe. Daje to możliwość, aby w przyszłości twoja audycja mogła być odbierana przez każdego znajdującego się w zasięgu, na podobnej zasadzie, na jakiej dziś używamy tradycyjnego przenośnego radia FM czy telewizora.

Aby rozpocząć odbiór audycji wystarczy podłączyć się do danej dedykowanej bezprzewodowej sieci. Listę dostępnych sieci bezprzewodowych odnajdziesz po zapoznaniu się z obsługą twojego systemu operacyjnego. Oprogramowanie hotspotów umożliwia wyświetlenie powitalnej strony WWW, gdy twój potencjalny słuchacz będzie próbował otworzyć dowolną stronę WWW po podłączeniu się do twojego punktu dostępowego. Oczywistym jest, że dostępu do sieci Internet nie uzyska, ale możesz na takiej powitalnej stronie WWW zamieścić krótką instrukcję, w jaki sposób można oglądać audycję, którą nadajesz. Następnie pozostaje uruchomić program VLC i rozpocząć odbiór.

Środowisko trasmisji bezprzewodowej powoduje, że niektóre pakiety mogą być zgubione. Dlatego w takiej sytuacji najlepiej zachowują się protokoły połączeniowe (np. HTTP lub RTP działające na bazie TCP/IP), gdyż w przypadku zagubienia któregokolwiek z pakietów transmisja jest wstrzymywana i zagubiony pakiet jest transmitowany ponownie. Jednak TCP/IP transmituje pakiety wyłącznie w trybie unicast. Co oznacza, że każdy dodatkowy słuchacz wymaga osobnego strumienia. W przypadku przepływności, jakie wymagane są dla transmisji radiowych w sieci, nie koniecznie musi stanowić to problem. Pojedynczy strumień audio względnie rozsądną jakość uzyskuje już przy przepływności 64 kbps (kilobity). Jednak w przypadku strumieni zawierających zarówno obraz jak i dźwięk, może to być poważne ograniczenie. W efekcie tylko kilku użytkowników będzie miało możliwość niezakłóconego odbioru audycji. Bezpołączeniowe protokoły takie jak UDP/IP-unicast oraz UDP/IP-multicast domyślnie nie retrasmitują zagubionych pakietów. Ale w przypadku UDP/IP-multicast ten sam strumień może być odbierany przez dowolnie dużą liczbę słuchaczy. Trzeba jednak zwrócić większą uwagę na straty pakietów, które w przypadku braku retransmisji mogą znacząco wpłynąć na pogorszenie jakości odbieranej audycji.

Przy konfiguracji punktu dostępowego naszej dedykowanej sieci bezprzewodowej warto zwrócić uwagę na dostępne przepustowości łącz radiowych. Ze względu na nadmiarowość kodowania informacji w standardardach 802.11b, 802.11g oraz 802.11a realna przepustowość, jaką będziemy w stanie osiągnąć, będzie równa w przybliżeniu poniżej połowy danej nominalnej wartości.

Dla standardu 802.11b stosuje się następujące modulacje:

Mbps	modulacja
11, 5.5	CCK
1, 2	DBPSK/DQPSK+DSSS

Modulacja OFDM zastosowana w urządzeniach pracujących w standardzie 802.11g oferuję znacznie lepszą odporność na zakłócenia międzykanałowe pochodzące od innych urządzeń pracujących w tym samym pasmie.

Dla standardu 802.11g OFDM stosuje się następujące modulacje:

Przepustowość (Mbit/s)	Modulacja
6	BPSK
9	BPSK
12	4-QAM
18	4-QAM
24	16-QAM
36	16-QAM
48	64-QAM
54	64-QAM

Lokalne sieci osiedlowe

Jeżeli jesteś podłączony do takiej sieci, masz niebywałą możliwość dostarczenia swoim sąsiadom sygnału wysokiej rozdzielczości porównywalnej lub nawet przewyższającej jakością telewizję HD (High Definition TV) bez ponoszenia kosztów na łącze internetowe lub budowę dedykowanej bezprzewodowej sieci. Maksymalna przepustowość w obrębie takich sieci osiedlowych jest zazwyczaj równa 100 Mbps (megabitów). Wystarczy odrobina reklamy i kilkunasto- bądź kilkudziesięcio osobową grupę stałych słuchaczy masz zapewnioną. Aby oglądać przygotowywaną audycję wystarczy uruchomić program VLC do odbioru strumienia spod twojego adresu IP (lub alternatywnie adresu multicast, na którym nadajesz audycję), bez względu na to, czy jest to lokalny czy publiczny adres IP.

W porównaniu do dedykowanych sieci bezprzewodowych, tego rodzaju rozwiązanie zapewne oznacza mniejsze grono potencjalnych odbiorców. Ma jednak kilka innych zalet, na które warto zwrócić uwagę. Dysponujemy znacznie większą przepustowością łączy. Ze względu na znacznie mniejszy poziom utraconych pakietów z powodu zakłóceń, możemy zastosować bezpołączeniowy tryb nadawania (UDP/multicast) bez obawy o utracone pakiety powodujące pogorszenie jakości odbieranej audycji.

Ponieważ przy transmisji swojej audycji korzystasz z urządzeń swojego dostawcy usług internetowych, warto dołożyć starań, aby twoja działalność nie była dla niego istotnym obciążeniem. Warto zasięgnąć informacji, czy dany dostawca nie ma nic przeciwko takiemu sposobowi nadawania audycji. Zarówno w trybach unicast (w przypadku znacznej liczby słuchaczy) jak i multicast/broadcast nadawana transmisja może zająć znaczną część dostępnej przepustowości switchy Ethernet jak i radiowych urządzeń typu Ethernet-Bridge. Dotyczy to urządzeń o wewnętrznej przepustowości poniżej 10 Mbps (megabitów). To w efekcie może spowodować spadek jakości łącza internetowego innych użytkowników tej sieci, co może być źródłem bezpośrednich strat dostawcy. Współpraca z dostawcą usług internetowych może przynieść wiele korzyści w postaci niezakłóconej dostępności twojej audycji. Jest również możliwe, że twój dostawca będzie zainteresowany reklamą swoich usług w nadawanej w ten sposób telewizji. Możesz w ten sposób zyskać cennego strategicznego sponsora.

Łącze internetowe

Przy wyborze łącza internetowego na potrzeby naszej rozgłośni radiowo-telewizyjnej należy kierować się przede wszystkim przepustowością od nas do sieci Internet (czyli tzw. upload). W przypadku przekazu dźwięku warto przynajmniej przeznaczyć 32 kbps na każdy kanał. Dla jednego strumienia obrazu rozsądnym minimum będzie przepływność powyżej 128 kbps. Sumarycznie otrzymujemy około 200 kbps na każdego słuchacza przy zastosowaniu 2 kanałów dźwięku stereo. Zatem aby zapewnić 5 słuchaczom nieprzerwany strumień obrazu i dźwięku powinniśmy dysponować łączem 1 Mbps (megabit) w kierunku od nas do sieci Internet. Niestety popularne i relatywnie tanie łącza asymetryczne oparte na technologii ADSL (np. Neostrada) ze względu na znacznie ograniczone pasmo upload nie będą się nadawały do tego celu. Profesjonalne łącze symetryczne o przepustowości 1 Mbps zakupione u jednego z krajowych operatorów to koszt powyżej 1000 PLN brutto miesięcznie, co na początku może stanowić niemałą przeszkodę. Tak było do niedawna. Dziś mamy 2010 rok i łącza asymetryczne bardzo potaniały. Już od kilkudziesięciu złotych można mieć podstawowe łącze 1 Mbps, a standardem jest 2 Mbps co zazwyczaj kosztuje tylko kilka złotówek więcej. Rozwiązaniem pośrednim może być łącze od operatorów osiedlowych posiadających profesjonalne symetryczne przyłącza swoich sieci szkieletowych. Niestety nie ma tutaj żadnej reguły i co do jakości takiego łącza możemy się przekonać wyłącznie biorąc je na okres próbny. Wymagane jest posiadanie przynajmniej jednego publicznego rutowalnego adresu IP.

Wykorzystanie P2P

Technologia P2P daje narzędzia umożliwiające rozwiązanie głównego problemu, na jaki spotykają pionierzy internetowych rozgłośni radiowych i telewizyjnych, tzn. ograniczone pasmo upload naszego łącza internetowego. Z tego powodu przy najczęściej spotykanych łączach internetowych kilka lub kilkanaście osób będzie mogło jednocześnie słuchać naszej audycji bądź oglądać nasz program telewizyjny. Ze względu na znaczne koszty kolokacji naszego serwera przy węzłach wymiany ruchu operatorów, zastosowanie przykładowego programu PeerCast może być jedynym sposobem, by przy ograniczonym budżecie umożliwić odbieranie naszej audycji większej liczbie słuchaczy. W takiej sytuacji każda osoba odbierająca naszą audycję może jednocześnie nadawać tę audycję dla innej osoby. W ten sposób kolejny słuchacz zamiast obciążać pasmo upload rozgłośni, wykorzystuje upload jednego z słuchaczy, które w większości sytuacji podczas słuchania muzyki nie jest wykorzystywane. Zastosowanie tej technologii daje teoretycznie możliwość odbioru nieograniczonej liczbie słuchaczy.

Finansowanie

Znalezienie wymaganych środków finansowych to prawdopodobnie największy problem przy tego rodzaju działalności. Brak stałych przychodów może przykładowo uniemożliwić utrzymanie łącza internetowego i zmusić do wykorzystania łącz o niższej przepustowości bądź jakości. W każdym z tych przypadków problemy te ujemnie odbiją się na liczbie słuchaczy, która to jest istotnym wskaźnikiem bardzo przydatnym m.in. przy poszukiwaniu sponsora strategicznego. Im więcej słuchaczy, tym łatwiej będzie znaleźć instytucję lub firmę chcącą zamieścić swoją reklamę między poszczególnymi audycjami lub w trakcie ich trwania.

Warto wcześniej pomyśleć o wykupieniu domeny internetowej, tak aby rozgłośnia była zawsze widoczna pod znanym adresem. Unikniemy wówczas problemów, które mogą się pojawić z powodu zmiany publicznego adresu IP przy okazji zmiany operatora internetowego. Własna domena ponadto pozwoli na uruchomienie strony WWW, gdzie będzie można zamieszczać wszelkie informacje dotyczące audycji itp. Zazwyczaj nie będzie to duży koszt.

Oprogramowanie

Aby rozpocząć zabawę we własną telewizję wystarczy opanowanie obsługi programu VLC media player w stopniu nieznacznie wykraczającym ponad podstawową obsługę odtwarzacza multimediów. Jest to oprogramowanie umożliwiające zarówno nadawanie jak i odbieranie sygnału audio-video w lokalnych sieciach, firmowych intranetach jak i na całym świecie za pośrednictwem Internetu.

Źródłem nadawanego sygnału może być dowolny plik audio-video, którego VLC potrafi odtworzyć na naszym komputerze. Możemy także transmitować w sieci inną audycję odbieraną w sieci, jak również zawartość płyty DVD-Video, Video-CD, CD-Audio. Może to być praktycznie każde źródło dźwięku i obrazu widziane przez nasz system operacyjny. Daje to wspaniałe możliwości dla osób pragnących spróbować swoich sił w dziennikarstwie. W obecnej wersji (0.8.6a) możliwe jest przeplatanie transmitowanego materiału spośród wymienionych powyżej możliwości dzięki zastosowaniu listy odtwarzania, gdzie wcześniej możemy ustalić, kiedy ma być transmitowana audycja z płyty DVD, a kiedy audycja na żywo wprost z naszego mikrofonu i kamery USB. Przy publicznym odtwarzaniu materiałów, których nie jesteśmy autorem, należy jednak zwrócić uwagę, czy nie naruszamy praw autorskich danego dzieła.

Znacznym ułatwieniem jest zawarcie wszystkich obsługiwanych kodeków wewnątrz programu. Oznacza to, że nie ma konieczności doinstalowania dodatkowych kodeków zarówno po naszej stronie, jak i po stronie naszych słuchaczy. Wystarczy zainstalować program, zapoznaznać się z jego obsługą i już możemy być nadawcą audycji radiowo-telewizyjnych w Internecie. Aby odbierać nadawany przez nas sygnał - bez względu na zastosowane kodeki - wystarczy zainstalować program VLC i włączyć odbieranie sygnału z sieci. Dodatkowym atutem jest planowane włączenie odtwarzacza do przeglądarki stron WWW Mozilla Firefox.

Kodowanie dźwięku i obrazu

Wybór kodeków dla dźwięku i obrazu może mieć konsekwencje w postaci późniejszych ograniczeń potencjalnego grona odbiorców. Jeżeli chodzi o jakość przy danej przepływności strumienia, najlepszym kodekiem wydaje się być H.264 dla obrazu w połączeniu z MP3 dla dźwięku. Także Ogg/Theora wraz połączeniu z kodekiem Ogg/Vorbis wydają się ciekawym tandemem. W drugim przypadku kodek OGG/Vorbis ze względu na domyślne zastosowanie zmiennej przepływności strumienia (VBR) oferuje lepszą jakość dźwięku w porównaniu z MP3 o tej samej nominalnej przepływności. Ponieważ jednoczesne zastosowanie H.264 wraz z Ogg/Vorbis napotyka na kilka technicznych problemów, skupimy się na jednej ze wspomnianych powyżej dwóch kombinacji.

Theora + Vorbis

Jako kontener wybierzemy format OGG. Wśród dostępnych rozwiązań, jest to dobra kombinacja nie obarczona obciążeniami patentowymi. Może to mieć istotne znaczenie, jeśli w kraju, w którym się znajdujemy respektowane są patenty programowe.

H.264 + MP3

Jako kontener wybieramy strumień transportowy MPEG (tzw. MPEG_TS).

Osprzęt komputerowy

Poniższe wyniki doświadczeń powinny dać wyobrażenie, jakiej maszyny potrzebujemy, aby w czasie rzeczywistym kodować obraz z dźwiękiem oczekiwanej przez nas rozdzielczości i jakości. Tym samym warto podobne doświadczenia przeprowadzić, jeżeli już posiadamy sprzęt, który chcemy wykorzystać. Pozwoli to na oszacowanie jakości, na jaką możemy sobie pozwolić przy tym sprzęcie.

Intel Celeron M 380 (1,6GHz, 400MHz FSB, 1MB L2 cache)

640 x 272 = 174080 px (23.976 klatek na sekundę)

Przeskalowano ze współczynnikiem 0.5 do rozdzielczości 
320 x 136 =  43520 px następnie przekodowano do formatów:

kontener: ogg
dźwięk: a52 6ch 448kbps  ->  vorbis   96 kbps 2ch
obraz: xvid             ->  theora (testowano od 512 kbps do 1024 kbps)

W zależności od dynamiki sceny obciążenie procesora wahało się pomiędzy 30% a 100%. Przy czym średnie obciążenie procesora zależało przede wszystkim od liczby przetwarzanych pikseli. Znacznie lepszą jakość obrazu przy tej samej przepływności oferuje kodek H.264 (implementacja x264). W tym przypadku średnie obciążenie procesora istotnie zależało zarówno od liczby przetwarzanych pikseli jak i docelowej przepływności (im większa przepływność strumienia, tym większe obciążenie procesora). W przypadku kodeka H.264 zauważono również znacznie mniejsze wahania obciążenia procesora w porównaniu z Theora (dla opisanych tutaj przykładów od 85% do 100% w zależności od dynamiki sceny).

640 x 272 = 174080 px  (23.976 klatek na sekundę)

Przeskalowano ze współczynnikiem 0.66 do rozdzielczości 
422 x 180 =  75960 px   nastepnie przekodowano do formatów:

kontener: mpeg_ts
dźwięk: a52 6ch 448 kbps  ->  mp3 160 kbps 2ch
obraz: xvid   ->  x264 (testowano od 256 kbps do 512 kbps)

W zasadzie każdy domowy komputer posiadający procesor taktowany częstotliwością powyżej 1000 MHz wystarczy, aby rozpocząć nadawanie pierwszych audycji. Jeżeli planujesz kodować i nadawać w czasie rzeczywistym obraz i dźwięk o jakości zbliżonej do płyty DVD-Video, powinieneś dysponować komputerem z procesorem taktowanym częstotliwością powyżej 3000 MHz.

Komputer może pracować pod którymkolwiek systemem operacyjnym, na którym uruchomimy program VLC media player. Listę obsługiwanych systemów można znaleźć na stronie pobierania (http://www.videolan.org/vlc/). Jeżeli jesteś początkującym użytkownikiem komputera, warto zacząć od systemu Windows. Unikniesz w ten sposób kilku potencjalnych problemów związanych z instalacją karty dźwiękowej i kamery internetowej oraz będziesz mógł natychmiast rozpocząć nadawanie.