DASH vs HLS: ศึกชิงบัลลังก์โปรโตคอลสตรีมมิ่ง

แนะนำ MPEG-DASH และ HLS

โปรโตคอลสองตัวรองรับสตรีมมิ่งแบบปรับอัตราบิตได้ (adaptive streaming) บนเว็บเป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ MPEG-DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) และ HLS (HTTP Live Streaming) ทั้งสองส่งวิดีโอที่แบ่งเป็นเซกเมนต์ผ่าน HTTP แต่ต่างกันที่รูปแบบเซกเมนต์ การรองรับโคเดก และขอบเขตของแพลตฟอร์ม คู่มือนี้อธิบายหลักการทำงานของแต่ละตัว เปรียบเทียบด้านความหน่วงและประสิทธิภาพ และวิธีเลือกระหว่างสองตัวนี้ รวมถึงวิธีที่ CMAF รวมทั้งสองเป็นชุดเซกเมนต์เดียว

ประวัติโดยย่อและวัตถุประสงค์

MPEG-DASH พัฒนาโดย Moving Picture Experts Group (MPEG) เพื่อสร้างรูปแบบสากลสำหรับสตรีมวิดีโอผ่านเว็บ ออกแบบให้ไม่ผูกกับอุปกรณ์ใดเป็นพิเศษ จึงใช้งานร่วมกับอุปกรณ์และแพลตฟอร์มได้หลากหลาย โปรโตคอลนี้ใช้ HTTP ส่งเซกเมนต์วิดีโอ และมีความยืดหยุ่นสูง รองรับโคเดกและรูปแบบคอนเทนเนอร์ได้หลายแบบ

HLS พัฒนาโดย Apple และเปิดตัวครั้งแรกพร้อมอุปกรณ์ iOS จากนั้นก็กลายเป็นมาตรฐานสำหรับการสตรีมวิดีโอทั้งแบบสดและออนดีมานด์อย่างรวดเร็ว HLS ใช้ HTTP ส่งเซกเมนต์วิดีโอเช่นกัน และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายบนแพลตฟอร์มและอุปกรณ์ต่าง ๆ โดยเฉพาะ iOS และ macOS

รูปแบบเซกเมนต์

ประเด็นสำคัญของทั้ง DASH และ HLS คือวิธีจัดการเซกเมนต์วิดีโอ เซกเมนต์คือส่วนย่อยของสตรีมวิดีโอที่ส่งไปยังไคลเอนต์แยกกัน ทำให้สตรีมแบบปรับอัตราบิตได้

รูปแบบเซกเมนต์ของ DASH

เซกเมนต์ DASH มักเข้ารหัสในรูปแบบ ISO Base Media File Format (ISOBMFF) ซึ่งใช้กับไฟล์ MP4 ด้วย รูปแบบนี้ช่วยให้เข้าถึงตำแหน่งใดก็ได้อย่างมีประสิทธิภาพและสตรีมผ่าน HTTP ได้ดี เซกเมนต์มักตั้งชื่อด้วยนามสกุล .mp4 และจัดเรียงในโครงสร้างไดเรกทอรีที่มีไฟล์ MPD

รูปแบบเซกเมนต์ของ HLS

เซกเมนต์ HLS มักเข้ารหัสในรูปแบบ .ts (MPEG-2 Transport Stream) แม้ HLS เวอร์ชันใหม่จะรองรับเซกเมนต์ .m4s (Fragmented MP4) ด้วย เซกเมนต์เหล่านี้ถูกรวมไว้ในไฟล์เพลย์ลิสต์ (.m3u8) ซึ่งบอกไคลเอนต์ว่ามีเซกเมนต์ใดบ้างและอยู่ที่ใด

โครงสร้างแมนิเฟสต์

ไฟล์แมนิเฟสต์สำคัญต่อทั้ง DASH และ HLS เพราะเก็บเมทาดาทาของเนื้อหาวิดีโอและเซกเมนต์ที่มีอยู่

MPD (Media Presentation Description) ของ DASH

ไฟล์ MPD ของ DASH เป็นเอกสาร XML ที่ให้เมทาดาทาของการนำเสนอวิดีโอ รวมถึงข้อมูลสตรีมวิดีโอและเสียง URL ของเซกเมนต์ และข้อมูลเวลา ต่อไปนี้คือตัวอย่างไฟล์ MPD แบบง่าย

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<MPD xmlns="urn:mpeg:dash:schema:mpd:2011"
     mediaPresentationDuration="PT0H1M24S"
     minBufferTime="PT1.5S"
     profiles="urn:mpeg:dash:profile:isoff-on-demand:2011"
     type="static">
  <Period start="PT0S">
    <AdaptationSet>
      <SegmentTemplate timescale="1000" media="segment-$Number$.mp4" initialization="segment-0.mp4" />
      <Representation id="rep1" bandwidth="1000000" codecs="avc1.42c015" width="640" height="360">
        <SegmentList>
          <SegmentURL media="segment-1.mp4"/>
          <SegmentURL media="segment-2.mp4"/>
          <SegmentURL media="segment-3.mp4"/>
        </SegmentList>
      </Representation>
    </AdaptationSet>
  </Period>
</MPD>

m3u8 ของ HLS

ไฟล์ m3u8 ของ HLS เป็นไฟล์ข้อความที่แสดงรายการเซกเมนต์และ URL ของแต่ละเซกเมนต์ อาจมีเมทาดาทาของสตรีมด้วย เช่น โคเดกและบิตเรต ต่อไปนี้คือตัวอย่างไฟล์ m3u8 แบบง่าย

#EXTM3U
#EXT-X-VERSION:3
#EXT-X-TARGETDURATION:10
#EXT-X-MEDIA-SEQUENCE:0
#EXTINF:10.000,
segment_00000.ts
#EXTINF:10.000,
segment_00001.ts
#EXTINF:10.000,
segment_00002.ts
#EXT-X-ENDLIST

การรองรับโคเดก

ทั้ง DASH และ HLS รองรับโคเดกได้หลากหลาย แต่มีความแตกต่างเรื่องความเข้ากันได้และการรองรับอยู่บ้าง

โคเดกที่ใช้กันทั่วไป

• H.264: ทั้ง DASH และ HLS รองรับอย่างกว้างขวาง
• AAC: ใช้กันทั่วไปสำหรับเสียงในทั้งสองโปรโตคอล
• VP9: DASH รองรับ แต่พบได้น้อยกว่าใน HLS
• HEVC (H.265): DASH รองรับ แต่พบได้น้อยกว่าใน HLS โดยเฉพาะบนอุปกรณ์และแพลตฟอร์มรุ่นเก่า

ความเข้ากันได้ของโคเดก

DASH ยืดหยุ่นกว่าในเรื่องการรองรับโคเดก เพราะรองรับโคเดกและรูปแบบคอนเทนเนอร์ได้หลากหลายกว่า ส่วน HLS ในอดีตเข้มงวดกว่า โดยเฉพาะกับโคเดกและรูปแบบคอนเทนเนอร์ใหม่ ๆ แม้สถานการณ์จะดีขึ้นเมื่อมี HLSv4 และเซกเมนต์ Fragmented MP4

Adaptive Bitrate (ABR)

การสตรีมแบบปรับอัตราบิตได้เป็นฟีเจอร์หลักของทั้ง DASH และ HLS ช่วยให้ไคลเอนต์สลับระหว่างระดับคุณภาพต่าง ๆ ตามสภาพเครือข่าย

ABR ใน DASH

ใน DASH ไคลเอนต์ใช้ไฟล์ MPD เพื่อดูบิตเรตที่มีและ URL ของเซกเมนต์ จากนั้นสลับระหว่างตัวแทน (representation) หรือบิตเรตต่าง ๆ ตามสภาพเครือข่าย ไฟล์ MPD กำหนด representation ต่าง ๆ และไคลเอนต์เลือก representation ที่ดีที่สุดได้แบบไดนามิกตามแบนด์วิดท์ที่มี

ABR ใน HLS

ใน HLS ไคลเอนต์ใช้ไฟล์ m3u8 เพื่อดูบิตเรตที่มีและ URL ของเซกเมนต์ ไคลเอนต์สลับระหว่างสตรีม (บิตเรต) ต่าง ๆ ตามสภาพเครือข่าย ไฟล์ m3u8 มีรายการสตรีมที่ใช้ได้พร้อมบิตเรต และไคลเอนต์เลือกสตรีมที่ดีที่สุดได้แบบไดนามิกตามแบนด์วิดท์ที่มี

ประสิทธิภาพและความคุ้มค่า

ทั้ง DASH และ HLS ออกแบบมาเพื่อสตรีมอย่างมีประสิทธิภาพและความหน่วงต่ำ แต่มีความแตกต่างด้านประสิทธิภาพบางประการ

ความหน่วง

ความหน่วงแบบต้นทางถึงปลายทางขึ้นอยู่กับความยาวเซกเมนต์ การตั้งค่าตัวเข้ารหัสและแพ็กเกอร์ และส่วนขยายความหน่วงต่ำ (เช่น LL-HLS หรือ chunked CMAF) เป็นหลัก ไม่ใช่ชื่อย่อสามตัวอักษรเพียงอย่างเดียว การใช้งาน HLS แบบดั้งเดิมมักใช้เซกเมนต์ 6–10 วินาที ซึ่งเพิ่มความหน่วงตั้งแต่กล้องถึงจอผู้ชม (glass-to-glass) ส่วน DASH มักแพ็กเกจด้วยเซกเมนต์สั้นกว่า แต่ตั้งค่าได้ทั้งสองแบบ HLS แบบ fMP4 สมัยใหม่และการปรับแต่งเพลเยอร์ที่เหมาะสมทำให้ได้ความหน่วงใกล้เคียงกับ DASH เมื่อการตั้งค่าตรงกัน

การใช้แบนด์วิดท์

ทั้งสองโปรโตคอลใช้ชุดบิตเรตแบบปรับได้ (adaptive bitrate ladder) ประสิทธิภาพมาจากการเลือกโคเดก ขนาดเซกเมนต์ และการแคชของ CDN ไม่ใช่จากป้าย DASH หรือ HLS HLS แบบ MPEG-TS มีโอเวอร์เฮดของการมัลติเพล็กซ์มากกว่า fMP4 เล็กน้อย ควรเปรียบเทียบแมนิเฟสต์จริงแทนที่จะสรุปว่าโปรโตคอลใดโปรโตคอลหนึ่ง "มีประสิทธิภาพกว่า" เสมอ

การยอมรับและสถานะในตลาด

การยอมรับ DASH และ HLS แตกต่างกันไปตามแพลตฟอร์มและอุปกรณ์ และแนวโน้มตลาดเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอด

แนวโน้มตลาดปัจจุบัน

DASH กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเพราะความยืดหยุ่นและการรองรับโคเดกที่กว้าง ขณะที่ HLS ยังเป็นตัวเลือกยอดนิยม โดยเฉพาะบน iOS และ macOS แพลตฟอร์มและอุปกรณ์จำนวนมากรองรับทั้งสองโปรโตคอล และการเลือกมักขึ้นอยู่กับกรณีการใช้งานและความต้องการเฉพาะ

อัตราการยอมรับ

• DASH: ได้รับการยอมรับเพิ่มขึ้นในบริการสตรีมมิ่งและแพลตฟอร์มที่ต้องการการรองรับโคเดกที่กว้างและความยืดหยุ่น
• HLS: Apple และแพลตฟอร์มอื่น ๆ นำไปใช้อย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะสำหรับไลฟ์สตรีมมิ่งและคอนเทนต์ออนดีมานด์

การนำ DASH และ HLS ไปใช้งาน

การนำ DASH หรือ HLS ไปใช้ต้องพิจารณาข้อกำหนดทางเทคนิคและกรณีการใช้งานเฉพาะอย่างรอบคอบ

ขั้นตอนปฏิบัติสำหรับการนำไปใช้

การนำ DASH ไปใช้

1. เตรียมคอนเทนต์วิดีโอ: เข้ารหัสคอนเทนต์วิดีโอเป็นหลายบิตเรต
2. สร้างเซกเมนต์: ใช้เครื่องมืออย่าง FFmpeg เพื่อสร้างเซกเมนต์ DASH
3. สร้างไฟล์ MPD: ใช้เครื่องมืออย่าง MP4Box เพื่อสร้างไฟล์ MPD
4. โฮสต์คอนเทนต์: อัปโหลดเซกเมนต์และไฟล์ MPD ไปยังเว็บเซิร์ฟเวอร์
5. ให้บริการคอนเทนต์: ตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์ให้ส่งคอนเทนต์ DASH ผ่าน HTTP

การนำ HLS ไปใช้

1. เตรียมคอนเทนต์วิดีโอ: เข้ารหัสคอนเทนต์วิดีโอเป็นหลายบิตเรต
2. สร้างเซกเมนต์: ใช้เครื่องมืออย่าง FFmpeg เพื่อสร้างเซกเมนต์ HLS
3. สร้างไฟล์ m3u8: ใช้เครื่องมืออย่าง FFmpeg เพื่อสร้างไฟล์ m3u8
4. โฮสต์คอนเทนต์: อัปโหลดเซกเมนต์และไฟล์ m3u8 ไปยังเว็บเซิร์ฟเวอร์
5. ให้บริการคอนเทนต์: ตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์ให้ส่งคอนเทนต์ HLS ผ่าน HTTP

ตารางเปรียบเทียบ

บทสรุป

DASH และ HLS เป็นโปรโตคอลสตรีมมิ่งบน HTTP ที่เติบโตเต็มที่ทั้งคู่ DASH ให้ความยืดหยุ่นด้านโคเดกมากกว่า ขณะที่ HLS รองรับอุปกรณ์และระบบนิเวศของ Apple ได้กว้างที่สุด ส่วนความหน่วงและประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าเซกเมนต์และการแพ็กเกจของคุณ ไม่ใช่ชื่อโปรโตคอล เลือก HLS เพื่อการเข้าถึงสูงสุด เลือก DASH เพื่อความยืดหยุ่นด้านโคเดก และใช้ CMAF ร่วมกับส่วนขยายความหน่วงต่ำเมื่อความหน่วงตั้งแต่กล้องถึงจอผู้ชมเป็นเรื่องสำคัญ