Беспроводные технологии / Беспроводная передача HD-видео и звука по Wi-Fi, дайджест — весна’12

Уважаемый читатель, приветсвую тебя на просторах хабрахабра, этой уникальной площадки обмена опытом и мнениями. В этой заметке я хочу вернутся к теме беспроводной передачи высококачественного видео и звука без использования проводов, с применением различных технологий. При этом я буду рассматривать аспект беспроводной передачи шире, чем просто сетевое «расшаривание» фильмов и музыки. Необходимым и достаточным условием упоминания той или иной технологии будет возможность передачи экрана рабочего стола и работы любых программ, с поддержкой разрешения, не ниже 1280x720 (HD-ready/720p).
Поскольку с момента моих прошлых публикаций уже прошло довольно большое время (относительно этой, развивающейся взрывными темпами, индустрии), и появилось N-ое количество новшеств, то их описанием и хотелось бы поделиться.

Пару слов перед началом

Как бы это не казалось странным, но технологий передачи HD-видео и звука достаточно большое количество(здесь и далее под HD-видео и звуком подразумевается не просто файлы музыки и кино, но работа программ в реальном времени и высоком разрешении) и все они в текущей заметке не поместятся. А поскольку любому техническому уму, коих большинство на нашем ресурсе, требуется точность и категоричность, то если тема окажется интересной, в конце я подведу итог всех заметок общей табличкой, в которой сведу все беспроводные стандарты и их многочисленные характеристики. Как я уже заметил ранее, мозг читателя хоть и технический, но не резиновый как первопрестольная и, дабы ограничить явление многабукаф© (Господи, хотя статья и так получилась огромной! ), начнём мы с самой доступной технологии беспроводной передачи видео и звука — передача по Wi-Fi.

Передача по Wi-Fi

Итак, переда началом рассмотрения конкретных технологий передачи видео и звука поверх Wi-Fi, мы должны понять общие достоинства и недостатки, обусловленные таким использованием Wi-Fi.

Достоинства

• Большинство компьютеров (и не только их) уже оснащено Wi-Fi — не нужен отдельный передатчик, всё, что нужно для трансляции уже имеется;
• Можно использовать не только для беспроводной передачи видео и звука но и для получения доступа к сети;
• Из за широкой распространённости обращает на себя внимание крупнейших участников IT-индустрии, таких как Intel, Apple, Qualcomm, Cavium Networks.

На этом немногочисленные, но значимые достоинства, заканчиваются.

Недостатки

• Беспроводная передача видео и звука забивает/отнимает часть эфира у прямого назначения вайфая — доступа в сеть;
• Работе вашей сети могут мешать окружающие Wi-Fi сети, коих с каждым годом становится всё больше;
• Для того, чтобы HD-видео и звук помещались в полосу пропускания Wi-Fi, требуется «упаковать» их соответствующим кодеком (в большинстве случаев — h.264), что даёт (вообще говоря, несущественную) потерю качества;
• Потребность в сжатии рождает потребность в софте, который может работать на одной, но не работать на другой ОС/платформе;
• Из за потребности в софте будет работать толко на ПК-образном железе — передача от игровых (Xbox360,PS3)/спутниковых(НТВ+)/телевизионных(БилайнТВ, Акадо) приставок отпадает (за некоторым исключением, где свет сошёлся клином и на приставке есть возможность запускать сторонний софт и сам подобный софт под неё написан, вероятность чему — 0,01%, а независимые от компьютера передатчики не очень-то торопятся выпускать);
• Работа кодека по сжатию контента требует аппаратных ресурсов, при том немалых;
• Из за работы кодека передача сигнала задерживается на дельту времени, уходящую на сжатие (от 20мс до 2 секунд, в зависимости от расстояния и мощности сжимающей аппаратуры).

Общие слова сказаны, теперь поехали по конкретным технологиям (отсортированы по доступности):

DLNA

Это самый простой способ и, наверное, самая распространенная на сегодняшний день технология передачи фильмов и музыки по LAN/Wi-Fi. Многие удивятся: сам же, мол, говорил, что «расшариваемые» технологии с файлами отметаем? — Спокойно, коллеги, сейчас всё объясню.
Сам принцип DLNA заключается в том, что на компьютере запускается серевер, в котором прописана открытая для просмотра папка с кино и музыкой. Сам (умный)ТВ, или некий «околотвшный» посредник, типа SetTop box'а или тюнера или игровой приставки, подключается (под вашим чутким руководством) по Wi-Fi к расшаренной папке и выводит из неё контент на HDTV.
Теперь вопрос для страждущих: как передать по DLNA рабочий стол? Ответ: кэпчурить(capture) экран в реальном времени в файл(например VLC'шкой), который расшарен и открыт телевизором/приставкой по DLNA. Примечание: поскольку сжатие и передача будут настроены «кустарным» способом, ничего хорошего от этого не ждите — 12 секундная задержка, не видно курсора и нет звука (проверено лично и найдено в гугле по запросу «рабочий стол по DLNA»).

Да и вообще, в нашем быстроменяющемся IT-мире содержать сервер на своём ПК и заставлять дополнительными, лишними движениями подключатся к нему устройства-клиенты, совсем не кошерно. Беспроводная передача должна выглядеть так: на компьютере кнопочку нажали — «подключить ТВ», на ТВ картинка появилась. Без муторных настроек и выбора файлов посредством пульта или джойстиков или прочих нехороших.

Итак, главная, выведенная мною и опорная, для беспроводной передачи видео/звука парадигма — передающий должен являтся клиентом к принимающему, но не наоборот!

Достоинства

• Встроен в большинство современной околоТВ'шной техники.

Недостатки

• Низкая производительность при передаче рабочего стола/программ;
• Сложность в настройке из за обмена ролями клиент<-->сервер.

Remote Desktop или удалённый рабочий стол (Radmin, RDP, VNC, Citrix ICA, Teamviewer, X.org и проч.)

Налицо нарушение выведенной выше парадигмы: для получения видео и звука с вашего компьютера на нём должен быть запущен сервер одного из протоколов удаленного рабочего стола, а около телевизора должен находится клиент (читай — ещё один грёбанный, жрущий электричество ящик), который должен инициировать подключение к вашему компьютеру не без помощи мутных манипуляций (даже если это запуск скрипта беспроводной мышкой/клавиатурой). Да ещё и производительность тут будет от невысокой до очень низкой из за «кустарности» метода.
С другой стороны, это выход для малобюджетных решений, когда у телевизора достаточно поставить только старый компьютер и оптимально его настроить.

Достоинства

• Для работы достаточно любого старого ПК или даже смартфона с выводом на ТВ.

Недостатки

• Те же, что и у DLNA, хотя производительность рабочего стола и выше.

Беспроводные серверы презентаций (wireless presentation gateway)

Интересный класс железок, весьма мало распространенный, однако существующий. Представьте себе такую картину: к Wi-Fi точке доступа, помимо интернета, можно подключить телевизор или монитор с колонками, и с помощью небольшой утилиты выводить картинку и звук с ПК на эти ТВ/монитор/колонки. Это и есть схема работы беспроводного сервера презентации. Грубо говоря, это точка доступа/wi-fi роутер, который помимо интернета предоставляет вашему ПК/смартфону устройство вывода изображения и звука.

В большинстве случаев, когда вы хотите передать через сервер презентаций уже не рабочий стол и программы, а кино и музыку, в передающую утилиту встроен плеер, открывая которым ваши медиафайлы они передаются на точку доступа уже по протоколу DLNA, тоесть в оконном режиме вы кино не посмотрите, только на полный экран. Когда фильм/музыка заканчивается, приложение автоматически переключается обратно, в режим передачи изображения рабочего стола.

В разное время подобные точки доступа выпускали Dlink, Planet, Edimax, ViewSonic и другие, мене известные авторы. Но наилучшего результата по качеству передачи и снижению задержки достигла фирма Awind со своим продуктом McTivia: это небольшая точка доступа 802.11n, имеющая HDMI выход (максимальное разрешение — 1280x720, звук — стерео). Также есть вход ethernet для предоставления общего доступа к сети (кстати, связь утилиты и точки доступа работает и по LAN); а также имеется USB-вход для клавиатуры/мыши, чтобы можно было управлять компьютером, на котором запущена утилита, удаленно. Поскольку протокол передачи заметно оптимизирован по сравнению с предшественниками, удалось убрать DLNA'шную часть и запускать видео и звук напрямую, через любой проигрыватель. При этом у утилиты есть несколько режимов качества: при наименьшем качестве, соответственно, самая низкая задержка — это для презентаций и прочего интерактива; при наивысшем качестве задержка почти секунда, но это для кино, где в хорошем качестве запустили и не трогаете, так что задержка не напрягает.

Удивляет обилие клиентов к McTivia для разных платформ: есть клиенты и для MacOS и для разных версий Windows, и даже клиенты (правда, пока без звука) для iOS и Android. К сожалению Linux, по моему мнению — незаслуженно, обделили.
Самое интересное, что Awind сотрудничает с фирмой mirrorop, которая и пишет софт для смартфонов и коммуникаторов. Так вот mirrorop также пишет софтверные версии серверов презентации для разных платформ: вместо McTivia можно передавать картинку на планшет и смартфон, который также можно подключить к телевизору. Но тут, увы, уже не будет такой производительности, как у железа.
Коллеги сняли русскоязычное видео про McTivia:

Достоинства

• Работает практически на любой платформе, в том числе и на мобильных ОС;
• Оптимизированное качество, приемлемое при среднестатистическом компьютере;
• Софт частично использует GPU для ускорения сжатия;
• Есть возможность управлять удаленным компьтером прямо с точки доступа (USB-клавиатурой/мышью);
• Можно использовать одновременно ещё и как точку доступа для раздачи сети.

Недостатки

• Чем слабее компьютер — тем хуже производительность;
• Видео ограничено разрешением 1280х720, про 3D речи нет, звук — только стерео;
• Довольно большая задержка, могут возникнуть проблемы с играми;
• Необходимо тратить средства на покупку WPG-оборудования.

Intel WiDi

Ител (пока)является ключевым производителем чипов на рынке процессоров для ПК и ноутбуков, и, как любой, уважающий себя индустриальный гигант, имеет ряд своих тузов в рукаве, подсунутых туда огромными research-центрами и исследовательскими лабораториями, которые он содержит по всему миру. Есть неплохая рекламная статейка на хабре про WiDi, которая, кстати, и побудила меня разрадиться сим манифестом.

Вкратце, посколку Intel всё теснее соединяет все компоненты современного компьютера, такие как CPU, GPU и Wi-Fi адаптер, в рамках своей единой платформы, то они могут позволить себе выпускать софт, сильно заточенный под эту платформу, так как она — массова.
WiDi работает только на процессорах Core второго поколения и только с интеловским вай-фай чипом. Сжатию потока для передачи помогает встроенный в кристал процессора графический адаптер.
Для приёма сигнала на телевизоре используется специальная приставка WiDi, качество FullHD 1080p, но пока только 30fps. Звук — многоканальный. Задержка — от 20мс и более (обычно — более). Для соединения с WiDi-приёмником используется специальная технология от Intel, на подобии множественного Wi-Fi p2p, тоесть ваш ПК может быть присоединён к WiDi-адаптеру одновременно вместе с соединением с интернетом через точку доступа.

В качестве альтернативы приёмнику Intel обещает встраивать технологию в современные телевизоры (несколько прототипов, в том числе и от Samsung уже были показаны в начале года). Или же, что ещё более интересно: предлагают как то хитро отправлять/принимать контент по DLNA (в качестве подтверждения на CES2012 показывали PS3 и Xbox360, принимающие сигнал от ноутбука с WiDi). Только не понятно, нужно ли будет устанавливать какой-нибудь софт от Intel на приставку. Скорее всего — да, но это не очень-то проблемно.

Достоинства

• Работает на всех ПК с современной платформой Intel;
• Софт оптимизирован под платформу, активно используется мощь GPU;
• Постоянные обновления, высокое качество сигнала (FullHD+5.1), понижение задержки;
• Появление встроенных в ТВ и Sat/IPTV-приставки приёмников и передача через повсеместный DLNA.

Недостатки

• Только железо от Intel — CPU Core, работает на встроенной видеокарте, нужен Wi-Fi чип Intel;
• Работает только под Windows;
• На мобильной платформе только в стадии прототипа на платформе Intel (Cedar Trail), на ARM отсутствует;
• Пока ещё ощутимая задержка передачи сигнала;
• Пока ещё требуется покупать отдельный приёмник WiDi.

Apple AirPlay

У яблочной компании началось всё давным давно с точки доступа, к которой можно подключить колонки (AirPort Express) и крутить музыку из монструозного iTunes денно-нощно, при том, iTunes из Windows тоже мог слать. Потом это перерасло ещё и в трансляции на AppleTV (вся технология основывалась на DLNA в «яблочной» обёртке, ничего сложного). Потом появились i'гаджеты и технология AirPlay: теперь из встроенного плеера i'гаджетов стало возможно слать как видео так и музыку на AppleTV и только музыку на AirPort Express. Намётанный глаз заметит, что пока это всё ещё смахивает на старый добрый DLNA в яблочной кожице (хотя есть софт от фирмы rogueamoeba, называется — airfoil, который может выводить звук любого приложения в приёмники от Apple, да и самим компьютерам превращаться в AirPlay приёмники).

Но с появлением двухъядерных АйФонов и АйПэдов всё изменилось. Теперь мощности стало достаточно и одно ядро процессора может отвечать за основные задачи, полностью соответствуя характеристикам предыдущего поколения, а второе ядро может сжимать всё, что происходит на экране и в динамиках, и отправлять это на AppleTV. Так что AirPlay вырос до полноценной передачи рабочего стола мобильных устройств на телевизор (правда пока только в разрешении 1280х720, но всё впереди).
А что же с обычными маками? Неужели Apple бросила свои компьютеры в угоду смартфонам и планшетам? Как оказалось — совсем нет, в грядущей обновленной Mac OS — Mountain Lion, выход которой намечен на лето'12, появилась такая долгожданная функция AirPlay, которая глубоко интегрированна в систему и распознаёт телевизор, подключенный к AppleTV, просто как второй экран. С ним можно делать любые настройки, как и с монитором, подключенным по проводу, это очень удобно.

Поговаривают, что в скором времени должна выйти и обновленная версия AppleTV, скорее всего в ней появится возможность принимать не только HD-Ready (720p), но и FullHD(1080p).
Поскольку устройства от Apple нынче достигли невероятного подъёма своей популярности, то огромное число производителей аксессуаров стали встраивать в свои аккустические системы поддержку AirPlay для звука. Скорее всего нечто подобное начнёт скоро происходить и для видео.

Достоинства

• Работает практически на всех современных устройствах от Apple, в том числе и мобильных, и через iTunes на Windows;
• Софт оптимизирован под платформу, активно используются аппаратные особенности;
• Сигнал имеет гарантированне качество и отсутствие градаций: гарант Apple;
• Совершенно точно будет развиваться дальше;
• AirPlay встраивается в множество аксессуаров для Apple-устройств.

Недостатки

• Только железо от Apple, Linux'ы и Android'ы отдыхают;
• Работает только под MacOS/iOS, за исключением DLNA функций через iTunes на Windows (или Airfoil)
• Качество пока только 720p и задержка, всё же имеется, хоть и малозаметная;
• Неизвестно, будет ли возможность встраивать AirPlay приёмники HD-видео и звука в иную технику, кроме существующей AppleTV.

Заключение

Передача HD-видео и звука через Wi-Fi сейчас в стадии самого наиактивнейшего развития. И постоянные новости об Intel WiDi и Apple AirPlay тому подтверждение. Ещё сейчас подобным проектом занялись вместе Qualcomm (с дочкой Atheros) и Cavium: первая обещает со стороны своей мобильной платформы высокую мощность и скорость, а вторая — свою реализацию протокола передачи беспроводного HD-сигнала, а как известно, Qualcomm — совсем не последний производитель на рынке мобильных платформ.

Обобщая, все стараются сделать решение встроенным, использующим уже существующую аппаратную платформу и Wi-Fi адаптер, но, как видно, даже самые последние реализации пока не достигли абсоютного HD-качества и очень низкой задержки. Они будут развиваться и улучшаться по мере выхода нового, более мощного оборудования.

Если это будет интересно, то дальше мы поговорим о специализированных стандартах с отдельными передатчиками, по всем параметрам обеспечивающими имитацию HDMI-кабеля.

P.S.: Как ни старался сжать материал ребята, но, как говорится, по другому никак не скажешь. Напишите, стоит ли писать продолжение про другие технологии. Также рад буду ответить на любые вопросы в комментариях.

Автор: Goshil