Dansk streamingteknologi åbner for live-musikjam over nettet

Forestil dig, at lyd og billede kan streames live via netværk som internettet. Ja, OK, det er måske ikke så svært, da adskillige applikationer allerede tilbyder den mulighed. Men forestil dig så et anvendelsesområde, hvor hverken lyd eller billede må være mere end 30 millisekunder forsinket, og at ingen lyd-informationer må gå tabt undervejs, fordi der simpelthen ikke er tid til at gensende datapakkerne.

Netop den udfordring er Jan Østergaard, der er post.doc. ved Elektriske Systemer på Aalborg Universitet i færd med at løse inden 'Spil Dansk'-dagen, der finder sted 28. oktober. Da skal en nyudviklet teknologi til audiokompression og netværks-streaming nemlig stå sin prøve. På dagen skal to orkestre spille live, selv om de befinder sig hver sit sted i København: henholdsvis ved Kunsthallen Nikolaj og i Huset i Magstræde.

»Pointen er, at vi skal se, om det kan lade sig gøre på en ordentlig måde at få to orkestre til at spille live-koncert for hver deres publikum og samtidig spille sammen,« fortæller Jan Østergaard, der også er teknisk leder af projektet.

Den helt store udfordring bliver at sikre en ordentlig lydkvalitet, samtidig med at forsinkelsen ved lydoverførslen, der kommer til at foregå via internettet, bliver så lav som overhovedet muligt. I det tekniske setup er det hovedsageligt audio-kompressionen, playout-bufferen og transporten over netværket - i dette tilfælde internettet - som er årsag til forsinkelsen.

Mens der ikke er så meget at gøre ved hastigheden, hvormed internettets virvar af switche, routere og servere håndterer datatrafikken, kan Jan Østergaard og de øvrige projektdeltagere forsøge at minimere antallet af data-blokke, der skal gensendes over nettet, så der ikke kommer unødig forsinkelse i tonerne.

»Undersøgelser har vist, at jo højere forsinkelse, der er i lyden, jo mere skal musikerne koncentrere sig for at holde takten, og jo mere stressede bliver de,« siger han.

Lyden fra musikinstrumenterne bliver komprimeret og derefter sendt i blokke, der eksempelvis indeholder ti millisekunders musik. Og fordi tidsfaktoren er altafgørende for, at teknikken kan fungere, er der ikke tid til at gensende pakkerne, hvis noget skulle gå galt.

»Pakketabet er faktisk meget begrænset på internettet. Problemet er, at vi ikke nødvendigvis modtager pakkerne hurtigt nok, og så betragter vi pakkerne som værende tabte,« siger Jan Østergaard.

For at systemet fungerer, skal pakkerne nemlig kunne afspilles med konstant hastighed, hvilket en timer hos henholdsvis afsender og modtager skal sikre. Men forsinkelsen, hvormed pakkerne ankommer, kan variere.

»I denne sammenhæng kalder vi det for jitter,« siger Jan Østergaard.

For at kompensere for variationen i det tidsinterval, der er mellem pakkerne, er der indbygget en playout-buffer i løsningen (også kaldet en jitter-buffer), som lagrer et antal pakker, så de kan afspilles konstant.

Problemet er dog, at jo større bufferen bliver, jo højere bliver latency også. Så hvis bufferen eksempelvis indeholder 20 millisekunders musik, vil det alene give 20 millisekunders forsinkelse oven i den øvrige latency.

Jitter er normalt ikke et problem ved lyd-streaming i for eksempel Skype, hvor en smule forsinkelse i lyden som regel ikke er kritisk. Og skulle noget alligevel gå helt galt, så kan personen i den anden ende af samtalen blot bede om en gentagelse. Men det går ikke ved en live-koncert.

»Det er ikke som normalt, hvor man bare bruger en buffer i den anden ende. Det her er interaktiv streaming, og det skal være realtime,« siger han.

For at komme jitter- samt latency-udfordringerne til livs og samtidig opnå tilpas lav bit-rate til, at det bliver muligt med realtime-interaktion over almindeligt tilgængelige netværk som internettet, har det været nødvendigt at udvikle et særligt format kaldet Network Sound.

Streamingdelen af Network Sound-teknologien baserer sig på et lydstreamingsprodukt kaldet Jacktrip, som er udviklet af forskere på Stanford-universitetet i USA. Network Sound adskiller sig fra lignende teknologier ved, at der bl.a. er et overlap mellem de datablokke, der bliver sendt af sted over nettet. Hvis eksempelvis 'datablok 1' indeholder ti millisekunders musik, vil 'datablok 2' indeholde fem millisekunder af musikken fra 'datablok 1'. På den måde kan 'datablok 2' bruges til at genskabe dele af musikken i 'datablok 1', uden at alle datapakkerne fra 'datablok 1' først skal være ankommet.

»Jo højere båndbredde på netværket, jo højere bit-rate kan vi benytte i audiokompressionen, og vi kan derfor tillade at bruge meget små blokke og derved reducere den samlede end-to-end-forsinkelse,« siger Jan Østergaard.

Med tiden forestiller Jan Østergaard sig, at det nye format til netværks-lyd vil kunne bruges i en lang række sammenhænge, blandt andet til online-spil, hvor minimal latency er vigtigt i forhold til spiloplevelsen. Men også i forbindelse med generel live-streaming af lyd og video vil formatet være velegnet, fortæller han.

I testløsningen er der dog foreløbig en del parametre, som manuelt skal indstilles på den laptop, som løsningen kommer til at køre på. Blandt andet er det nødvendigt at indstille den forventede latency, så systemet transmitterer musikdata på optimal vis.

Bit-raten, som musikken bliver kodet ved, bliver dog justeret dynamisk, så det størst mulige spektrum af lyden hele tiden kommer med, og kvaliteten af musikken dermed bliver så god som muligt.

»Det ville være oplagt at udbygge løsningen, så eksempelvis også latency-parameteren bliver justeret dynamisk, i forhold til hvor længe de enkelte pakker har været undervejs,« siger Jan Østergaard.

Direktør for Netværk for Dansk Lydteknologi Jan Larsen har støttet Jan Østergaards projekt med innovationsmidler fra en pulje på seks millioner kroner til innovationsprojekter.

»Vi tror, der er et stort potentiale i sådan nogle projekter, som det her. Alle systemer er jo efterhånden netværksbaserede,« siger Jan Larsen.

Fakta: Jan Østergaard 2007: Ph.d. i Electrical Engineering fra Delft University of Technology, Holland

1999: Civilingeniør i Electrical Engineering, Aalborg Universitet.