YouTube: una macchina perfetta per trasmettere video con ridotta latenza

Presentiamo una breve panoramica di quella che è l’architettura di YouTube e delle strutture che permettono la divulgazione e l’elaborazione di contenuti video ad elevati standard qualitativi con tempi di latenza ridotti.

Come YouTube utilizza la transcodifica per archiviare i video

La transcodifica viene utilizzata come strumento principale in fase di archiviazione e distribuzione dei materiali video. In altre parole prevede l’archiviazione dei file transcodificati in formati intermedi che favoriscono la conservazione in formati e risoluzioni differenti.
Attraverso questo strumento i video possono essere conservati a risoluzioni diverse, così da favorire la riproduzione in streaming del materiale video compatibilmente ai formati dei diversi dispositivi, a partire da 144p fino ad arrivare alla definizione 4K.

Quando lo streaming si può definire adattivo

Lo streaming viene definito adattivo nel momento in cui i contenuti prima di essere erogati vengono adattati alle caratteristiche tecniche del dispositivo a cui sono destinati.

YouTube si è molto evoluto sotto questo punto di vista, infatti ha ridotto i tempi di buffering (tempo di caricamento che va dal momento in cui si seleziona il video al momento in cui questo viene riprodotto). Se fosse disponibile una sola versione, il video risulterebbe visionabile solo da colore che dispongono di lunghezza di banda e prestazioni tecniche del dispositivo sufficienti. Il discorso dello streaming su YouTube è un po’ differente: prima di tutto le dirette non possono essere salvate nella cache dato che i video vengono erogati e fruiti nella medesima occasione; il leggero ritardo (su YouTube una diretta ha circa 20-25 secondi di delay) è dovuto proprio alla codifica e all’erogazione da parte della piattaforma

Abilità di previsione di YouTube e Codec

I codec sono software in grado di decodificare e codificare materiale video riducendone le dimensioni grazie ad algoritmi di compressione. I più usati sono il VP9 e l’ H625 che rappresentano un’evoluzione dell’ H624.

YouTube ha la straordinaria capacità di prevedere la scelta dell’utente in merito alla risoluzione dei video erogati. Questo grazie ad una precisa analisi delle preferenze degli utenti. Questa capacità consente la riduzione dei consumi di banda e l’aumento del coinvolgimento di ogni singolo utente.

YouTube provvede alla compressione dei video grazie all’uso del codec VP9 che riduce fino al 50% della larghezza di banda i video 4K e HD. In seguito alla transcodifica i contenuti video passano all’archiviazione e alla successiva dislocazione nella rete.
Nel momento in cui viene inviata una richiesta, si attiva il processo di controllo inerente la larghezza di banda, la grandezza dello schermo, le caratteristiche del dispositivo, quindi provvede al caricamento del video più idoneo. Si tratta di attività in cui l’intelligenza artificiale acquista sempre maggior importanza

Tipologie di transcodifiche: lossless vs lossy

La transcodifica può essere effettuata in due differenti modi: una delle due è irreversibile e comporta la perdita di dati mentre l’altra è reversibile ed è esente da perdita.
Con il metodo lossless il file originale non è sottoposto ad alleggerimento, di conseguenza viene mantenuto in tutti i suoi elementi.
A differenza il metodo lossy implica perdita di dati e quindi alleggerimento rispetto alla versione originale del file. Ne è un esempio la differenza di qualità delle immagini originali provenienti dalle DSLR rispetto agli stessi file caricati nelle piattaforme social. Ciò accade inevitabilmente a causa dell’alleggerimento a cui sono sottoposte le immagini per renderle facilmente caricabili da qualunque dispositivo a qualunque qualità di banda.

Quali sono i costi correlati alla transcodifica video: tre elementi principali

Nella fase di conversione dei file in altrettante versioni con differenti caratteristiche di risoluzione e di formato è richiesto un salvataggio di ogni versione prodotta. Ne segue un dispendio importante di risorse. Anche legato all’attività dei codec che necessitano di notevoli consumi per garantire l’applicazione corretta dei suoi algoritmi. Infine la fase di passaggio in real-time, a diverse risoluzioni legate alle caratteristiche della rete, richiede l’utilizzo di grandi quantità di risorse.
YouTube è in grado di effettuare questo con il minor dispendio possibile garantendo un buon equilibrio tra i diversi aspetti.

Meccanismi di distribuzione dei video alla base del funzionamento di YouTube

Innanzitutto i video sono sottoposti a transcodifica che crea diverse copie con formati e con risoluzioni diverse. I parametri sono impostati dalla piattaforma. Il processo prevede la suddivisione del file in frammenti convertiti in contenuti con risoluzioni diversificate.
I vari segmenti intraprendono percorsi paralleli che ne snelliscono l’elaborazione suddividendola su diverse macchine.
Quando un video diventa virale viene sottoposto un’altra volta al ciclo di compressione in modo da ridurne ancora di più le dimensioni a parità di qualità video.
Nella codifica, impostandone anche i limiti YouTube definisce la frequenza di cifra (velocità a cui avvengono le trasmissioni) impostando anche i limiti come indicati dai codec.
L’alta frequenza di cifra (la definizione in italiano di bit rate) è collegata ad una maggiore qualità finale del video. Il processo attuato per migliorare la qualità dei video è comunque soggetto a limitazioni: infatti esiste un punto oltre il quale non è possibile alcun miglioramento nonostante l’incremento di velocità o della dimensione.