Видеокодек — программа/алгоритм сжатия (то есть уменьшения размера) видеоданных (видеофайла, видеопотока) и восстановления сжатых данных. Кодек — файл-формула, которая определяет, каким образом можно «упаковать» видеоконтент и, соответственно, воспроизвести видео. Также возможно кодирование кроме видео и аудиоинформации, добавления субтитров, векторных эффектов и т. п.
MPEG-2 — название группы стандартов цифрового кодирования видео- и аудиосигналов, организации транспортных потоков видео и аудио информации, передачи сопутствующей информации.
MPEG-2 используется для «общего сжатия движущихся изображений и звука» и определяет формат видеопотока, который может быть представлен как три типа кадра — независимо сжатые кадры (I-кадры), кадры, сжатые с использованием предсказания движения в одном направлении (P-кадры) и кадры, сжатые с использованием предсказания движения в двух направлениях (B-кадры). Соответствующие группы кадров от одного I-кадра до другого образуют GOP — Group Of Pictures — группу кадров [1].
Так как MPEG-2 разрабатывался как стандарт передачи данных, он поддерживает различные форматы пакетов данных и защиту от ошибок. Стандарт MPEG-2 на системном уровне определяет два типа потоков данных — программный поток и транспортный поток. Программный поток похож на поток MPEG-1 с модифицированным синтаксисом и поддержкой новых возможностей. Программный поток использует длинные пакеты данных и пакеты переменной длины, которые хорошо подходят для программной обработки в сети без ошибок. Транспортный поток обеспечивает помехоустойчивость необходимую для работы в сетях с ошибками, а также объединение различных потоков данных (аудио, видео) в один поток. Транспортный поток использует пакеты фиксированной длины размером 188 байт.
Для анализа использовался фильм, как видео файл, который перевели в формат MPEG-2 с помощью видеоконвертера ConvertVid. Файл загружается в программу, которая позволяет выбрать нужный формат для конечного варианта. В течение нескольких минут видео из одного формата преобразуется в mpeg-2. Можно заметить, что исходный файл достаточно отличается по качеству от получившегося.
Чтобы сделать анализ, для сравнения проведем небольшой эксперимент. Для этого мы с помощью программы VLC настроим трансляцию передачи нашего файла в формате mpeg-2 с одного компьютера на другой, соединенных по одной сети Wi-Fi.
Медиапроигрыватель VLC (от VideoLAN Client) — свободный кроссплатформенный медиаплеер. Плеер VLC можно использовать в качестве сервера для трансляции потока аудио/видео по сети (поддерживает протоколы IPv4 и IPv6). Для воспроизведения файлов мультимедиа не требуется установка дополнительных кодеков, они уже «встроены» в программу. VLC может воспроизводить DVD и потоковое незашифрованное (без DRM) видео (IPTV) и интернет-радио. Также программа может записывать потоковое аудио/видео на компьютер.
Загрузив видео в медиаплеер, нужно осуществить некоторые настройки для передачи. Выбираем путь назначения — «воспроизводить локально», и метод вещания — «HTTP». Для потоковой трансляции VLC используем порт 8080 — стандартный порт для прокси-серверов. Если этот порт закрыт или занят, его можно заменить на другой. Если с портом 8080 проблем нет, ничего не трогая, жмём кнопку внизу «Следующий». В параметрах перекодирования выбираем формат своего видео файла. Также нужно установить кэширование на 1000 мс. В завершающем этапе нажимаем кнопку «поток». Так осуществились настройки с передающего компьютера, теперь нужно проделать некоторые операции с «принимающим». Для просмотра потокового видео на любом компьютере земного шара, подключённом к Интернету, его пользователь должен запустить VLC Media Player, открыть меню «Медиа» и выбрать пункт «Открыть URL». В открывшемся окошке выбора источника вещания в графе «Введите сетевой адрес» вводим IP-адрес и порт компьютера, с которого транслируется потоковое медиа, по типу: http://192.168.0.100:8080/. Вместо IP-адреса 192.168.0.100, как в нашем примере, вводим, соответственно, IP-адрес того компьютера, с которого идёт трансляция потокового медиа. Если менялся порт с дефолтного 8080 на иной, его и прописываем после двоеточия. Слеш в конце обязателен. Далее остаётся только нажать кнопку «Воспроизвести». Трансляция настроена.
Далее, убедившись, что видео воспроизводится и транслируется, запускаем программу Wireshark. Это известный инструмент для захвата и анализа сетевого трафика. Wireshark работает с большинством протоколов, имеет понятный и доступный графический интерфейс и мощную систему фильтров. Так как в трансляции участвует два устройства, захват трафика будет происходить и на приеме, и на передаче. В течение нескольких минут, пока видео передается, осуществляем захват трафика. Далее полученные файлы переводим в формат txt, отсортированные по времени. В этих текстовых файлах отображено время, через которое передается информация, которая группируется в пакеты или «пачки». Передача происходила посредством протокола TCP [2].
После этого захваченный трафик, переведенный в текстовый формат, запускаем через еще одну программу АМС (автоматическая моделирующая система). С ее помощью проводится анализ характеристик видео трафика. Система АМС нужна для анализа характеристик потоков заявок, представляющих пакеты или кадры МСС. Интерфейс основного окна программы состоит из трех блоков: панель с потоками, график и панель настройки отображение графика [3].
Итак, рассмотрим некоторые характеристики, которые помогут определить насколько сеть, по который соединены устройства, влияет на трафик.
Рис. 1. Число заявок на интервале
А(t) показывает нам число заявок, поступающих в систему в течение последовательных интервалов времени , равных среднему времени обработки одной заявки. На рисунке отображены два графика: черный — трафик с передающего компьютера, красный — с принимающего. Можно заметить, что число заявок преобладает с передающего компьютера. Коэффициент загрузки одинаковый [4].
Рис. 2. Математическое ожидание или среднее значение числа заявок
При одинаковых коэффициентах загрузки зависимость среднего числа заявок совпадает. Графики с линейной зависимостью накладываются друг на друга.
Рис. 3. Дисперсия
dispA() при одном коэффициенте загрузки, как видно на рисунке, отличается. Дисперсия оказывает влияние на размер очереди поступающих заявок.
Рис. 4. Размер очереди
q(t) показывает размер очереди на интервале времени или число заявок в очереди. Видно, что показатели с принимающего устройства преобладают. На рисунке отображена лишь часть графика, так как выходит за пределы.
Рис. 5. Вероятности числа заявок
P(i) показывает, что интервал заполнен заявками; вероятности прихода i- заявок, в течение интервалов времени , соответствующих коэффициенту загрузки . В начальной точке графики совпадают, но соответствуют разным вероятностям.
Рис. 6. Аппроксимация
- аппроксимация зависимости среднего значения дисперсии размеров очереди 
от коэффициента загрузки . Возможности системы АМС позволяют автоматически рассчитать значения коэффициентов 
и 
.
Получив некоторые визуальные характеристики потоков, можно сделать выводы. Поскольку графики не сильно отличаются друг от друга, мы говорим о том, что при передаче видео файла в формате MPEG-2 с одного компьютера на другой, соединенных между собой по сети Wi-Fi, трафик не портит.
Литература:
- Лапин Евгений Васильевич. Подготовка и запись DVD всех типов. Краткое руководство. — М.: «Вильямс», 2006. — С. 320.
- Лихтциндер Б. Я. Анализ трафика мультисервисных сетей. Учебное пособие.- Самара.: ПГУТИ 2013. — 164 с.
- Лихтциндер Б. Я. Интервальный метод анализа трафика мультисервисных сетей доступа. Монография.- ПГУТИ, Самара, 2015– 121 с.
- Синкина О. А., Карпова Е. С. Особенности анализа характеристик видеотрафика в системе АМС // Молодой ученый. — 2017. — № 21. — С. 29–36. — URL
