Grupa ćwicz. 2	Grupa lab. B	Zespół.	Data wykonania. 17.11.2011	Data odbioru
Nr ćwicz. 3	Temat ćwiczenia. Internet Radio Broadcasting
Imiona i nazwiska: Paweł Orzechowski, Mateusz Kwiecień				Ocena i uwagi

*Podczas laboratorium nasza grupa współpracowała z Tomaszem Jałoszyńskim i Sebastianem Duplakiem, którzy obsługiwali komputery klientów.

Część teoretyczna

Radio internetowe - jest to radio nadające swoje audycje przez Internet, za pomocą przesyłania strumieniowego, zwykle w formacie MP3, Ogg Vorbis, RealAudio, Windows Media Audio lub AAC+. Często jest radiem amatorskim. Tradycyjne stacje radiowe wykorzystują Internet jako dodatkowy kanał nadawczy, przykładem jest polska stacja RMF FM. Często dana stacja udostępnia kilka kanałów nadawczych różniących się wartością bitrate. Do założenia własnej stacji wystarczy stałe, szybkie połączenie z Internetem, mikrofon oraz zestaw oprogramowania. Większość aplikacji potrzebnych do uruchomienia stacji radiowej jest bezpłatna, wystarczy pobrać z sieci.

Media strumieniowe - to technika dostarczania informacji multimedialnych na życzenie. Najpopularniejsze media strumieniowe opierają się na transmisji skompresowanych danych multimedialnych przez Internet. Najczęściej przesyłanymi danymi jest dźwięk, obraz(telewizja internetowa) oraz dodatkowe dane opisowe, np. napisy do filmu albo nazwy piosenek. Wyróżnia się dwa rodzaje dostępu do mediów: na żywo i na życzenie(serwer zawiera bazę danych multimedialnych, a użytkownik wybiera te które chce odtworzyć).

MP3:

Format wykorzystujący standard kompresji MPEG-1 Audio Layer 3, oparty na modelu psychoakustycznym. W pierwszym etapie konwersji na format MP3, wejściowy sygnał cyfrowy, pobrany np. z pliku w formacie WAV, o szerokości pasma 20 kHz, jest dzielony na 512, odpowiednio węższych pasm częstotliwościowych, za pomocą filtrów cyfrowych w procesie cyfrowego przetwarzania sygnałów. W rezultacie otrzymuje się 512 odrębnych sygnałów. Pasmo każdego z nich jest 512 razy węższe od wejściowej szerokości pasma, zatem do próbkowania można użyć odpowiednio niższej częstotliwości. Program kodeka MP3 analizuje poszczególne pasma i na podstawie modelu psychoakustycznego określa z jaką dokładnością należy zakodować każde z nich i czy jest potrzeba uwzględnienia danego pasma. W ten sposób znacznie ograniczono ilość bitów potrzebnych do zakodowania, a szum kwantyzacji, mimo że znacznie większy niż w oryginale, jest tak ukształtowany, że jest niesłyszalny. Ponadto, powstałe dane zapisuje się w postaci zmiennoprzecinkowej, co dodatkowo zmniejsza ich rozmiar. Tak przygotowane dane łączy się, dodając dane sterujące umożliwiające odkodowanie dźwięku i na końcu poddaje się je kompresji bezstratnej - powstaje plik dźwiękowy w formacie MP3.

Ogg Vorbis:

Ogg i Vorbis to odpowiednio kontener multimedialny i stratny kodek audio stworzone i popularyzowane przez fundację Xiph.org, format jest rozprowadzony na zasadach FLOSS i nie jest ograniczony patentami. Pliki mają zazwyczaj końcówkę .ogg, co stało się źródłem pewnych nieporozumień. Zapewniany stosunek jakości dźwięku do objętości wynikowego pliku jest lepszy od tego, co oferuje MP3, kosztem jednak większych wymagań podczas odtwarzania. Jest praktycznie domyślnym formatem audio dla większości dystrybucji Linuksa, aczkolwiek jest też wspierany przez wiele sprzętowych i programowych odtwarzaczy na inne platformy. Mimo wszystko nie znalazł szerszego zastosowania w radiach internetowych, jak i sklepach on-line.

1.Sprzęt i oprogramowanie

Sprzęt:

- Samsung NP300E5A: laptop własny.(w ćwiczeniu wykorzystany jako źródło)

-Acer 4820TG(intel i3 2,53GHz): laptop własny.(klient 3)

-3 stacje dostępne w sali 404

Oprogramowanie:

Winamp - program komputerowy wyprodukowany przez firmę Nullsoft służący do odtwarzania większości plików audio (w tym internetowych stacji radiowych) oraz wideo. Obecnie winamp posiada wiele dodatkowych funkcji np. bibliotekę mediów, uzupełnianie danych o utworach z internetowego serwisu CDDB czy zgrywanie i nagrywanie płyt CD. Poniżej zamieszczono zrzut Winamp 5.621 podczas odtwarzania stacji RMF MAXXX. Usługa SHOUTcast radio umożliwia wyszukiwanie internetowych stacji radiowych na podstawie nazwy, gatunku muzyki czy choćby popularności stacji.

Podczas ćwiczenia aplikacja winamp wyposażona jest we wtyczkę OddcastDSP, która transmituje muzykę z Winampa do serwera Icecast. Podstawowymi parametrami ustawianymi za pomocą wtyczki jest typ serwera(w naszym przypadku Icecast2), adres serwera, port hasło kodera, nazwa strumienia i adres URL.

Aby rozpocząć wysyłanie muzyki do serwera należy ustawić w winampie w zakładce plugins->DSP/Effect wybrać wtyczkę oddcast DSP v2. W polu Encoder type ustawiamy typ kodeka, poziom bitrate w polu Avg, pola Min i Max ustawia się dwukrotnie większe i mniejsze dla Ogg. W zakładce Encode dla ogg ustawia się ”Bitrate mangement”. Dla Lame zaznacza się”vbr”, mode ustawiamy na „vbr_abr”, a w polu Quality ustawia się poziom jakości.

Icecast - rozbudowany serwer mediów strumieniowych typu open source, rozpowszechniany na licencji GPL. Został stworzony przez fundację Xiph.org i umożliwia prowadzenie własnego radia internetowego. Transmituje sygnał w formatach: Ogg Vorbis, Ogg Theora, Ogg FLAC, Ogg Speex, MP3, AAC, Ogg MIDI. Jeden proces pozwala transmitować poprzez pojedynczy port wiele strumieni. Dodatkowo w razie braku sygnału odbiorca może zostać przekierowany na inny strumień. Aby poprawnie skonfigurować serwer należy dokonać edycji w pliku konfiguracyjnym dotyczącym <listen-socket>. Dla strumienia ogg nazwa strumienia musi mieć zakończenie ogg. Dla strumienia mp3 należy usunąć to rozszerzenie.

MediaMonkey

Darmowa wersja aplikacji przeznaczonej do katalogowania zarówno małych jak i dużych zasobów plików audio i list odtwarzania (MP3, OGG, WMA, FLAC, MPC, WAV, CDA, M3U, PLS itp.) znajdujących się na dysku twardym, płycie CD lub sieci.

Funkcjonalność MediaMonkey nie ogranicza się tylko i wyłącznie do zarządzania bazą utworów muzycznych, ponieważ oferuje również narzędzia do zgrywania utworów z płyt audio do popularnych formatów (OGG, WAV, MP3, FLAC), odtwarzania muzyki, wprowadzania korekcji dźwięku, nagrywania płyt Audio CD i MP3, tworzenia statystyk, raportów i list odtwarzania, konwertowania pomiędzy różnymi formatami plików audio, synchronizacji z przenośnymi odtwarzaczami. MediaMonkey posiada również możliwość pobierania informacji na temat konkretnego albumu z bazy znajdującej się w Internecie.

Foobar2000- to program autorstwa Petera Pawlowskiego, współtwórcy WinAmpa, który zrezygnował ze współpracy z NullSoftem. Główną cechą wyróżniającą program z "tłumu" jest zastosowane w nim wewnętrzne przetwarzanie danych realizowane na 64 bitach z konwersją na sygnał 16/24 bitowy wyjściowy z ditherem (odpowiednio dobranym szumem poprawiający wrażenia odsłuchowe). Stratne formaty dekodowane są do 32bit więc nie zachodzi obcinanie dużych wartości sygnału.

Obsługuje formaty: MP3, MP2, Musepack, Ogg Vorbis, WAV, AIFF, VOC, AU, SND, CDDA, MPEG-4 AAC, FLAC, Monkey's Audio, WavPack, Speex, Mod, SPC. Oferuje wsparcie dla mediów strumieniowych, ujednolicanie głośności utworów, edycję tagów, zapis płyt audio CD oraz konwersję formatów. Dźwięk może być odtwarzany poprzez WaveOut, DirectSound, DirectSound 2 oraz Kernel Streaming.

Program prezentuje się bardzo skromnie ale autor zdecydowanie stawia na jakość dźwięku.

Główne możliwości programu:

-opcja wznawiania odtwarzania w miejscu gdzie zostało ono przerwane w momencie zamknięcia programu

-śledzenie rozmiaru pliku

-dowolne formatowanie wyświetlanych tekstów: dla playlisty, traya, paska zadań i nazwy okna

-dsp - mono->stereo, crossfeed, equalizer, preamp, resampler, surround, z możliwością zmiany kolejności przetwarzania sygnału przez włączone wtyczki.

-możliwość definiowania globalnych klawiszy sterowania programem

-6dB hard limiter, czyli kompresor nie dopuszczający do przesterowań dźwięku

-współpraca z internetową bazą danych FreeDB

-obsługa playlist .pls

-rozbudowane możliwości zarządzania playlistą

-możliwość sterowania z linii poleceń

-odczytywanie plików w archiwach rar i zip

Quintessential Media Player to funkcjonalny odtwarzacz multimedialny dla systemu Microsoft Windows. Obsługuje wszystkie popularne formaty audio MP3, WMA, Ogg Vorbis i płyty CD. QMP umożliwia wybór wielu skórek i ma solidną architekturę wtyczek.

Bandwidth Monitor - śledzi ruch na wszystkich połączeniach sieciowych i wyświetla prędkości numeryczne oraz graficzne. Może wyświetlić prędkość przesyłania danych na paru połączeniach naraz. Dodatkowo program notuje ruch sieciowy i dostarcza wszelkiego rodzaju raporty. Zawierają one również wydarzeń w ruchu. Bandwidth Monitor pracuje z wszelkimi rodzajami połączeń włączając w to połączenie modemowe, LAN, DSL, satelita i wiecej.

2. Schemat ćwiczenia

Powyżej zamieszczono schemat ćwiczenia. Nasza grupa podczas ćwiczenia zajmowała się obsługą źródła i serwera. Natomiast Tomasz Jałoszyński oraz Sebastian Duplak obsługiwali komputery pełniące rolę klientów.

Na początku na odpowiednich komputerach zainstalowano oprogramowanie zamieszczone na schemacie.

Test polega na wysłaniu danych (odtwarzanych w pętli) ze źródła do serwera i odsłuchaniu ich przez klientów. W trakcie sprawdzamy obciążenie procesora, zużycie sieci. Dla każdego testu notujemy parametry przesyłanego dźwięku. Do testu wybieramy 2 kodeki: Vorbis Ogg i Lame(mp3). Każdy kodek testujemy dla 3 różnych poziomów dźwięku. Poniżej znajduje się tabela z parametrami.

	MP3	OGG
Niska jakość	48 kbps, 44.1kHz	48 kbps, 44.1kHz
Średnia jakość	80 kbps, 44.1kHz	80 kbps, 44.1kHz
Wysoka jakość	128 kbps 44.1kHz	128 kbps 44.1kHz

Przebieg pojedynczego testu:

-na źródle ustawiamy odpowiednia parametry transmisji i rozpoczynamy wysyłanie danych. Wykonujemy zrzut ekranu z parametrami strumienia, wykorzystanie sieci i procesora.

-podłączamy pierwszego klienta do serwera i wykonujemy zrzut ekranu(okno klienta, obciążenie sieci i procesora)

-na komputerze wykonujemy zrzut ekranu w oknie „Source level status” dla danego strumienia, wraz obciążeniem sieci i procesora

-podłączamy kolejnego klienta, wykonujemy zrzut na nim oraz zrzut na serwerze

-podłączamy trzeciego klienta wykonując zrzut na nim i na serwerze.

Testów przeprowadzono 6 (szczegóły w tabelce powyżej).

3. Wyniki

W sprawozdaniu zamieszczono przykładowe zrzuty ekranów wykonane w trakcie testów na zajęciach. Wszystkie zrzuty można odnaleźć pod adresem http://student.agh.edu.pl/~daimos/MTI/radio_internetowe/

Tabela1. Wyniki uzyskane dla komputera pełniącego rolę źródła.

jakość	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG -wykorzystanie CPU [%]	OGG -wykorzystanie sieci [kB/s]
niska	0,35	6	7,45	5,7
średnia	0,40	4	11,3	4
wysoka	0,74	9,4	14,87	7,8

Poniżej zamieszczono przykładowy zrzut ze źródła. W okienku ODDCAST DSP widać takie parametry połączenia jak adres serwera, bitrate muzyki, częstotliwość próbkowania, ilość kanałów czy tytuł utworu. Monitor zasobów Windows 7 dostarczył dokładnych informacji na temat wykorzystania CPU i sieci przez aplikację Winami.

Tabela2. Wyniki uzyskane dla klienta nr 1.

jakość	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG-wykorzystanie CPU [%]	OGG-wykorzystanie sieci [kB/s]
niska	0,24	6.1	0,16	6,6
średnia	0,40	6.4	0,1	10,5
wysoka	0,01	16	0,03	16,4

Poniższy screen został wykonany przez klienta nr 1 i przedstawia uruchomiony program Foobar2000 oraz Monitor zasobów Windows7.

Tabela3. Wyniki uzyskane dla klienta nr 2.

jakość	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG-wykorzystanie CPU [%]	OGG-wykorzystanie sieci [kB/s]
niska	4	5,99	4	9,24
średnia	8	11,75	5	11,2
wysoka	4	18,08	2	22,05

Zrzut powyżej przedstawia test na kliencie nr 2 wykonany dla kodeka OGG przy najwyższej jakości dźwięku. Klient nr 2 używał odtwarzacza Quintessential Media Player. Widać także okno programu Bandwidth Monitor, który podawał wykorzystanie sieci w kb/s. W związku z tym jednostki zostały przeliczone na kB/s.

Tabela4. Wyniki uzyskane dla klienta nr 3.

jakość	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG-wykorzystanie CPU [%]	OGG-wykorzystanie sieci [kB/s]
niska	5	5,81	5	9,35
średnia	2	10,53	0	13,24
wysoka	8	17,8	7	8,94

Powyżej przykładowy zrzut wykonany podczas testów, przedstawiający odtwarzacz Media Money.

Tabela5. Wyniki uzyskane dla serwera przy transmisji niskiej jakości w zależności od liczby klientów

Ilość klientów	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG-wykorzystanie CPU [%]	OGG-wykorzystanie sieci [kB/s]
1	2	20,93	10	9
2	2	18,74	0	10,5
3	4	29,5	0	40,39

Zrzut wykonany w pierwszym teście dla kodeka mp3, przy największym stopniu kompresji(48kb/s). Z lewej stronie widoczny okno Icecast2 przedstawiające parametry internetowej stacji radiowej.

Tabela6. Wyniki uzyskane dla serwera przy transmisji średniej jakości w zależności od liczby klientów

Ilość klientów	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG -wykorzystanie CPU [%]	OGG -wykorzystanie sieci [kB/s]
1	0	22,48	5	18,7
2	2	36,09	8	28,75
3	0	42,85	7	36,23

Tabela7. Wyniki uzyskane dla serwera przy transmisji wysokiej jakości w zależności od liczby klientów

Ilość klientów	MP3 - wykorzystanie CPU [%]	MP3-wykorzystanie sieci [kB/s]	OGG-wykorzystanie CPU [%]	OGG-wykorzystanie sieci [kB/s]
1	2	34,73	4	41
2	2	54,15	8	45,68
3	0	65,79	4	72,11

4.Opracowanie wyników

Na kliencie nr 2 i 3 pomiary parametrów były dokonywane przy pomocy mniej dokładnych narzędzi jakimi są menedżer zasobów Windows XP i Bandwidth Monitor. Wyższe wartości są powodem pomiaru dla wszystkich procesów korzystających z danego zasobu.

5.Wnioski

Na podstawie tabeli 1 i wykresu przedstawiającego zużycie procesora dla źródła widać, że użycie kodeka OGG wymaga większego zapotrzebowania na moc obliczeniową. Natomiast jeżeli chodzi o wykorzystanie sieci przez komputer pełniący rolę źródła, to na podstawie uzyskanych wyników nie da się stwierdzić jednoznacznie czy wybór kodeka ma wpływ na wykorzystanie łącza internetowego.

Analizując wykorzystanie mocy obliczeniowej przez klientów przy odtwarzaniu, nie zauważyliśmy zależności aby jakość strumienia wpływała na wykorzystanie CPU. Przykładowo dla kodeka OGG najwyższej jakości wykorzystanie tego zasobu u klienta nr1 jest największe, a w przypadku klienta nr 2 najmniejsze. Na klientach przeciwieństwie do źródła obciążenie procesora nie jest zdecydowanie większe ani dla mp3, ani dla OGG. Jednak zauważamy, że dekodowanie sygnałów słabszej i średniej jakości formatu OGG mniej obciąża procesor. Jeżeli chodzi o wykorzystanie sieci przez klientów podczas odtwarzania, to w przypadku mp3 mieliśmy do czynienia ze stałym bitrate, a przy OGG zmieniał się lecz wartość bitrate była zbliżona do wartości średniej ustawionej na źródle. Słupki na wykresach dotyczących wykorzystania sieci przez klientów wskazują, że dla sygnałów radiowych OGG są większe niż słupki dla niskiej jakości dźwięku mp3. Podobnie jest dla dźwięku wysokiej jakości, a dla średniej nie zauważamy wyraźnych różnic. Spodziewaliśmy się, że wraz z podpięciem kolejnych użytkowników do serwera wykorzystanie sieci będzie rosło i tak też się stało. Na wykresach można zauważyć wyraźny trend wzrostu. Podsumowując, czym więcej klientów tym wysyłanie danych od serwera rośnie. Jeżeli brać pod uwagę przy wyborze kodeka obciążenie procesora na serwerze to warto tutaj polecic kodek mp3.

---