Drahé energie dohánějí i vysílání Jak měřit spotřebu a efektivitu?

EBU spustila v polovině listopadu novou konferenční akci která kombinuje předchozí semináře FORECAST a BroadThinking pod názvem HORIZONS – Horizonty 2022. Sloučila tak samostatné akce do jedné, tak jako mnohé televize slučují mnohé distribuční kanály. Horizons je nová akce EBU o distribuci, mediálních produktech a platformách, které jsme se zúčastnili a chtěli bychom vás o některých přednesených tématech informovat.

Šíření mediálního obsahu podporuje informovanost a společenskou sounáležitost

V úvodu konference Antonio Arcidiacono, ředitel technologií a inovací EBU, uvedl, že v kritické době, ve které dnes žijeme, se musíme zaměřit na všechny technologie, které po staletí lidstvo vymyslelo, od krátkovlnných vysílačů po dnešní tisíce satelitů, které umožňují lidem být v kontaktu. Je nutno využít všech prostředků které spojují jak jednoho s jedním, tak jednoho z mnoha. Někteří „vizionáři“ předpovídali, že nastane konec rozhlasového a televizního vysílání. Měl to být pokus transformovat a narušit dlouhodobý vývoj společnosti ve prospěch finančních spekulací. To by však byla nebezpečná cesta. Vysílání spojuje lidi mezi sebou a podporuje sociální společenské kontakty. Je nutno směřovat k těmto horizontům, v přeneseném slova smyslu, k mnohavrstvovým řešením v kombinaci lineárních i nelineárních technologií sloužící ke službám obyvatel energeticky a ekonomicky udržitelným způsobem.

Již v článku „Čí bude televizní obrazovka?“ jsme z konference použili některé informace o testech navrhovaného standardu DVB-I, který je kombinací lineárního a nelineárního způsobu vysílání. Dnes se budeme věnovat streamovanému obsahu online videí, která byla součástí 3. bloku konference pod názvem

Dostupné a udržitelné OTT pro vysílatele

V této části uvedla katalánská společnost ze Španělska možnosti použití HbbTV pro vícejazykové podtitulky, audiodeskripci nebo uživatelského rozhraní pro převod textu navigačních panelů na řeč, aby i hendikepovaní občané měli přístup ke službám online videa. Otázkou energetické a, v dnešní době zejména, finanční udržitelnosti navazovala přednáška, která byla připravena německou společností einbliq.io.

Spotřeba energie se dostává do popředí zájmu

Jedno z prvních přiblížení k problematice, a to z pohledu uhlíkové stopy, přinesla firma Akamai, která je předním poskytovatelem služeb založených na cloudech pro optimalizaci webových a mobilních dat a aplikací pro online videa ve vysoké kvalitě. Další studie, včetně podobné LoCat, často zmiňované na různých konferencích, jsme popsali v článku

Může být TV vysílání ekologické? Platformy podle energetické náročnosti

Závěry této studie, že IPTV a OTT jsou energeticky mnohem náročnější než tradiční pozemní vysílání DVB-T2, byly založené na definovaných předpokladech a odhadech a porovnávaly spotřebu elektrické energie pro různé cesty šíření videa podle teoretických objemů přenesených dat v jednotlivých funkčních celcích a druhů sítí. Jedním z předpokladů bylo, že terminálem u uživatele je televizní přijímač s předem zprůměrovanou spotřebou. Exaktní potvrzení závěrů však v této studii chybělo.

Měření spotřeby přes celou distribuční cestu

Získat konkrétní hodnoty přes celý hodnotový řetěz online videa, které v převážné míře poskytuje OTT služby, je velmi komplexním problémem. Nelineární streamovací služby narůstají o 20 % ročně a v posledně době rostou závratně ceny energie pro všechny zúčastněné v přenosové síti od výrobců obsahu až po konzumenta v domácnosti, který by si měl uvědomit, jakým způsobem může ovlivnit svou spotřebu a náklady. Německá veřejnoprávní rozhlasové a televizní společnosti Deutsche Welle (DW), která je zaměřena na vysílání do zahraničí přes internet a satelit, si položila v rámci politiky snižování emise skleníkových plynů otázku, jaký je podíl jejího vysílání na energetické náročnosti celého přenosového řetězce.

Metodika měření

Popis metodiky a možnosti snižování spotřeby online distribuce videa na základě konkrétních hodnot byly předmětem projektu „Měření a snižování spotřeby energie streamingu“, který Ralf Neudel a Sebastian Siepe ze společnosti Einblig představili na Horizontech 2022.

Vzhledem k tomu, že zadavatelem byl výrobce obsahu DW se projekt spotřebou při výrobě nezabýval. Z technického pohledu je prvním vstupním prvkem kódování a komprese podle nejednotných standardů, následují různá datová centra typu CDN (Content Delivery Netorks) a následuje přenos po internetové síti, na kterých je spotřeba samozřejmě ovlivněna jak základní infrastrukturou, tak i přijímacími zařízeními na straně uživatelů. Měření spočívalo v tom, že na straně uživatele byl aplikován softwarový klient, který zaznamenal údaje o kvalitě, délce přenosu, typu sítě, bitové rychlosti a objemu přenesených dat. Avšak ne všechny hodnoty energie mohly být změřeny, a tak do celkového modelu bylo i v tomto případě nutno zařadit určité předpoklady a zahrnout je do následné diskuse.

Vstupní předpoklady

Procesy kódování, které probíhá v prostorách veřejnoprávní televize DW nebyly do této první fáze projektu zahrnuty. Skutečné hodnoty z prvního bodu sítě – datových center – nejsou známy a proto se vyšlo z předpokladu, že jejich energetická náročnost je 0,015 kWh/GB. Dále je nutno vzít v úvahu energii pevných distribučních sítí, která je ovlivněna energetickou náročností přípojky předplatitele v závislosti na měřitelném objemu dat (0,065 kWh/GB) plus obvyklou spotřebou domácího routeru (5W) podle času.  Energie mobilních sítí vychází z předpokladu spotřeby 1,2 W na předplatitele a spotřeby dat 1,53 W/Mbps, v závislosti na délce přenosu. Co se týká koncového zobrazovacího zařízení je úloha mnohem jednodušší, zde jsou hodnoty spotřeby exaktní. Problémem je ale různorodost přijímacích zařízení u uživatelů. Zatímco spotřeba smartphonů je nepatrná, průměrný příkon pro laptop činí přes 60 W, PC 115 W a průměrná chytrá telka 100 W. Avšak u ní hraje významnou úlohu jak použitá technologie a rozlišení. Závislost příkonu na velikosti displeje ukazuje následující obrázek

Smart TV: Spotřeba ve watech v závislosti na velikosti displeje (Zdroj: Prezentace einbiq.io: Ralf Neudel a Sebastian Siepe: Measuring and reducing energy consumtion of streaming, konference EBU Horizons 2022)

Autoři uvádějí, že uvedená data platí pro LCD obrazovky ve standardním dynamickém rozsahu. Pro HDR je pak nutno uvedené hodnoty zvýšit o 30 až 50 %. Vycházejí přitom pravděpodobně z databáze EPREL výrobků podle Nařízení Komise EU 2019/2013, do které mohou být zařazeny jen modely splňující energetické limity. Spotřebou televizorů s ohledem na energetické štítky se budeme zabývat v samostatném článku příště.

Výsledky měření

Měření bylo prováděno 7 dní na celkem 433 tisících streamech Deutsche Welle, přičemž to nebyla všechna nabízená online videa. Změřené hodnoty a jejich grafické znázornění nejlépe dokumentují výsledek úvodní fáze projektu.

Výsledky měření podle výše uvedené prezentace na konferenci EBU HORIZONS 2022.

K tomu autoři poznamenali, že očekávají zpřesnění dat z datových center, která zde představují poměrně malý podíl na celkové spotřebě, a z toho, že měření probíhala převážně na mobilních zařízeních, a ne na smart televizorech. Proto se dá očekávat, že podíl na spotřebě energie u sítí poklesne na úkor podílu datových center a zařízení. I tak spotřeba nelineárního videa služeb typu na vyžádání (VoD) jednoho poskytovatele za 7 dní představuje bezmála 8 MWh a to nebyly zahrnuty procesy kódování a ani všechny streamy produkované DW. Na rozdíl od předchozích studií je zde vzata do úvahy jen spotřebovaná energie bez převodu na uhlíkovou stopu, neboť je velmi diskutabilní zda, a pro která zařízení byla použita „zelená energie“. Sebastian Siepe poznamenal, že jejich cílem do budoucna je dospět k hodnotám nejen od všech poskytovatelů online videí, ale zahrnout i třetí strany poskytující převzaté původní streamy a internetové sítě sociálních medií, které k celkovým datovým tokům přispívají ve značné míře.

A jaké jsou možnosti úspory energie?

Každý vysílatel, včetně poskytovatelů veřejné služby si musí být vědom své odpovědnosti. To se mu samozřejmě projeví ve snížení nákladů, protože s růstem cen za elektrickou energii budou růst logicky i ceny za CDN a datová centra a výše předplatného zákazníka. Jednou z možností je omezit rozlišení a tím povzbudit používání menších obrazovek.

Další možnost spočívá v použití a počtu kodeků. Spotřebujeme totiž hodně energie na efektivnější kodeky při snaze o dosažení co nejvyšších bitových rychlostí a následně při každém dekódování v miliónech přijímačích. V multikodekové sestavě musíme, vzhledem k roztříštěnosti různých nesjednocených způsobů kódování, vytvářet desítky navzájem odlišných streamů, aby si příjemci náš obsah mohli na svých nestandardizovaných zařízeních prohlédnout. Když už nejsme schopni se dohodnout na jednotných přenosových standardech, tak proč do těchto kodekových sestav nekódovat jen vybrané populární pořady, o které bude určitě zájem?

Také není jasné, v jaké kvalitě se streamovaný obsah dostává ke svému příjemci. V mnoha případech by nebylo nutné používat předběžné vyrovnávací paměti (pre-buffering) nebo všechen obsah před nahrávat na webové stránky, kde třeba 20 video přehrávačů najednou spotřebuje energii pro stejný obsah.

Celkové snížení spotřeby energie je ve značné míře závislé i na uvědomění spotřebitelů. Ti by si měli zvážit, co dělají, na co se dívají a jakým způsobem mediální stream přijímají. Bylo by dobré dát uživatelům možnost volby rozlišení, jak to dělá například Česká televize u svého iVysilani, snížení jasu také podporuje nižší spotřebu. Lidé by také měli být motivováni, zda se chtějí dívat na všechna videa, na co největších obrazovkách a v UHD po celou dobu. A zda raději nepřepnout na terestrické vysílání, které je energeticky nejméně náročné, jak bylo poukázáno ve zmíněné studii LoCat v našem článku.

Pro zachování udržitelného rozvoje se bude nutno v budoucnu zaměřit ne jenom na zvyšování rozlišení, kvalitnější kódování a větší objemy přenášených dat po sítích, ale na snižování energetické náročnosti a spotřeby energie všech jednotlivých procesů celého distribučního řetězce. V podstatě by mělo jít o rozumné vyvážení mezi kvalitou na jedné straně a snížením samotné spotřeby energie a souvisejících nákladů na straně druhé při zajištění co největší dostupnosti všech způsobů vysílání pro co nejširší publikum.

Image by evening_tao on Freepik