Internet Streaming là gì và nó hoạt động như thế nào?

Chúng ta đã stream các nội dung qua Internet trong suốt một thời gian dài, đến mức mà với nhiều người, Internet đồng nghĩa với những dịch vụ stream video như Netflix và Youtube. Nhưng bạn có thực sự hiểu streaming là gì và nó hoạt động như thế nào chưa? Bài viết này sẽ cho bạn câu trả lời.

Streaming là quá trình "vừa truyền vừa phát" từng từng bit dữ liệu một

Theo cách hiểu thông thường của đại đa số người dùng trước kia (và cả hiện nay), nếu bạn muốn xem một đoạn video hoặc nghe một bài hát trên máy tính, thì trước tiên bạn cần phải tải nó xuống thành một file hoàn chỉnh từ trên mạng Internet. Không có cách nào khác. Với quan niệm này, bạn có thể sẽ băn khoăn khi nhìn vào các ứng dụng như Netflix và Spotify và tự hỏi "Làm thế nào mà người ta nghĩ ra cách tải các file video và nhạc một cách tức thời?" Rõ ràng, đó là vấn đề chính mà tất cả chúng ta đều thắc mắc. Khi bạn stream các tập tin đa phương tiện, chúng không được tải xuống hoàn toàn một cách tức thời; mà các trang web/ ứng dụng sẽ tải xuống từng phần của tập tin đó theo thời gian thực.

Thuật ngữ streaming bản thân nó đã thể hiện hết phương thức truyền dữ liệu này.

Thuật ngữ "streaming" (tạm dịch là truyền phát) bản thân nó đã thể hiện hết phương thức truyền dữ liệu này. Thông tin được chuyển đến máy tính của bạn theo từng "dòng" liên tục và đều đặn (stream trong tiếng Anh có nghĩa là các "dòng" (dòng nước, dòng dữ liệu)). Nói một cách dễ hiểu, nếu coi việc tải phim giống như việc bạn mua một chai nước đóng chai sẵn, thì stream phim giống như việc dùng vòi để rót đầy một chai nước rỗng, từng chút một.

Bạn cũng có thể so sánh việc stream phim giống như xem băng VHS thời xưa vậy. Khi bạn chạy một cuộn băng VHS, mỗi giây dữ liệu hình ảnh và âm thanh được đầu đọc quét từng đoạn, từng đoạn một. Dữ liệu mà đầu đọc quét được sẽ hiển thị trên màn hình theo thời gian thực, có nghĩa rằng bất kì yếu tố gì làm gián đoạn việc quét dữ liệu đó cũng sẽ làm gián đoạn hoặc ngừng hẳn trải nghiệm xem băng của bạn.

Khi bạn stream một bộ phim hoặc một bài hát, máy tính của bạn sẽ tải xuống và giải mã từng đoạn nhỏ của file đa phương tiện theo thời gian thực. Nếu bạn có tốc độ kết nối Internet cực nhanh, thì có khả năng máy tính sẽ hoàn tất việc tải toàn bộ file xuống trước khi bạn xem xong đoạn phim hay thưởng thức xong bài hát. Điều này giải thích vì sao trong một số trường hợp bạn đang stream mà mất kết nối Internet, nhưng bạn vẫn có thể thưởng thức hết nội dung đa phương tiện (bởi máy đã tải xong toàn bộ tập tin xuống từ trước đó). Điều đó có nghĩa rằng, các nội dung stream sẽ không được lưu vào bộ nhớ vĩnh viễn trên máy tính của bạn (mặc dù một số dịch vụ như Spotify có thể lưu một số tập tin tạm (cache) và máy tính để giúp bạn có thể nghe lại bài hát nhanh hơn trong tương lai).

Các doanh nghiệp đã nỗ lực rất nhiều để cải thiện tốc độ stream dữ liệu

Việc stream hình ảnh và âm thanh qua mạng Internet không phải là điều gì mới mẻ; chỉ là, những trải nghiệm stream trọn vẹn và thuận tiện mới chỉ xuất hiện trong thời gian gần đây. Việc xem một đoạn video hoặc nghe một bài hát trực tiếp từ một trang web, theo từng bit dữ liệu một đã từng được coi là một công việc tốn thời gian và gây ra nhiều sự khó chịu không cần thiết. Thời bấy giờ khi stream, đoạn video hoặc file nhạc cứ thường xuyên chạy rồi lại dừng, chạy rồi lại dừng liên tục, và bạn có thể phải mất đến vài phút chờ đợi tập tin tải trước vào bộ đệm (buffer) (và trong một số trường hợp, quá trình buffer còn không thể thực hiện được).

Mặc dù vậy, quy trình stream dữ liệu ngày nay hầu như chẳng có gì thay đổi. Các tập tin vẫn được tải xuống theo từng bit dữ liệu trong thời gian thực, khi bạn xem. Chỉ có hạ tầng mạng đã có nhiều thay đổi, và các doanh nghiệp Youtube và Netflix đã nỗ lực rất nhiều (và chi bộn tiền) để xây dựng các cơ sở hạ tầng như vậy.

Việc stream hình ảnh và âm thanh qua mạng Internet không phải là điều gì mới mẻ.

Youtube và Netflix xưa kia chỉ sử dụng một đến hai máy chủ để lưu trữ nội dung, và điều này rõ ràng là không ổn. Người dùng sống xa vị trí đặt máy chủ về mặt địa lý sẽ gặp phải hiện tượng giật (lag) nghiêm trọng khi stream dữ liệu, và trong những ngày có lưu lượng truy cập cao (chẳng hạn như buổi tối thứ 7, vào ngày nghỉ), khi có nhiều người xem cùng lúc, các máy chủ sẽ stream dữ liệu "chậm như rùa bò". Các công ty đã giải quyết bài toán này bằng cách xây dựng một hệ thống Mạng Phân phối Nội dung (Content Delivery Network, thường viết tắt là CDN), để lưu trữ và chuyển tải nội dụng. CDN là một mạng lưới các máy chủ được thiết lập dày đặc trên phạm vi toàn cầu, lưu trữ các nội dung giống hệt nhau. Điều này giúp giảm hiện tượng giật lag, đồng thời tránh tình trạng các máy chủ hoạt động trong những khu vực đông dân cư bị quá tải.

Dĩ nhiên, một mạng CDN mạnh mẽ cũng sẽ trở nên vô dụng nếu người sử dụng dịch vụ sử dụng những đường truyền Internet chậm chạp. Vấn đề này đã được giải quyết qua thời gian và theo nhiều cách. Các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) luôn cạnh tranh nhau để cung cấp các đường truyền Internet nhanh hơn, mạnh mẽ hơn cho khách hàng, và các tiến bộ về mặt công nghệ như dự án Google Fiber toàn cầu và các đường truyền Internet gia đình dựa trên nền tảng 5G sẽ sớm được triển khai.

Song, một số dịch vụ stream nội dung và nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) đã nhận ra nguy cơ rằng, mặc do tốc độ kết nối Internet gia đình và mạng lưới CDN dày đặc có phát triển đến mức nào, thì khi lưu lượng Internet toàn cầu gia tăng vẫn có thể gây ra hiện tượng giật lag khi stream. Chưa kể, những dịch vụ stream lớn như Netflix sử dụng đến hơn 15% băng thông mạng Internet toàn cầu. Còn nhớ, khi có quá nhiều người dùng Internet cùng stream mùa mới nhất của series phim Stranger Things, tốc độ Internet của cả thế giới đã chậm lại như thế nào.

Để giải quyết vấn đề này, các dịch vụ stream đã quyết định cung cấp các thiết bị Open Connect Appliances (viết tắt là OCA, tạm dịch là Dự án Thiết bị Kết nối mở) cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Các bộ thiết bị OCA này thực chất là các ổ cứng dung lượng lớn chứa đầy những bộ phim, bài hát phổ biến và các nội dung stream khác, điều này sẽ giúp các ISP không cần phải chuyển hướng lưu lượng Internet của người dùng tới các máy chủ của Netflix hay Hulu. Việc làm này không chỉ giúp tăng tốc độ stream mà còn giúp cứu toàn bộ hệ thống mạng Internet trên thế giới bị chậm đi vì sự "bá chủ" của Netflix.

Stream trực tiếp (Live Streaming) và những nguy cơ

Thông qua tính năng truyền phát video trực tiếp (live video streaming) được tích hợp trên các nền tảng Facebook Live hay Twitch, các thông tin bạn nhận được trên máy tính hoặc thiết bị thông minh của mình hiện đang diễn ra trong thời gian thực (hoặc gần với thời gian thực nhất có thể). Vậy nên, giống như những gì bạn có thể tưởng tượng, một streamer đang phát trực tiếp cần phải có khả năng tải lên các nội dung của mình với tốc độ cao, và tương tự như vậy, thiết bị của bạn cũng phải có khả năng tải xuống những nội dung đó với tốc độ nhanh tương ứng.

Yếu tố quyết định nằm ở chất lượng kết nối Internet của người live stream.

Khi người live stream quay video, mỗi mili giây hình ảnh đó (cùng với âm thanh đi kèm) sẽ được phân chia thành những tập tin có kích thước vô cùng nhỏ. Những tập tin này được nén lại và sắp xếp bởi một trình mã hoá, sau đó truyền qua mạng Internet, và rồi máy tính của bạn sẽ tải chúng về từng bit một. Sau đó, máy tính sẽ ghép chúng lại thành một đoạn video có thể xem được, từ đó giảm thiểu hiện tượng giật lag giữa người xem và nguồn phát.

Các dịch vụ live stream phổ biến như Twitch và Youtube thiết lập những mạng lưới máy chủ rải khắp toàn cầu để giảm thiểu tình trạng giật lag và cải thiện chất lượng stream video. Song yếu tố quyết định vẫn nằm ở chất lượng kết nối Internet của người live stream. Như bạn có thể thấy, những người live stream trực tiếp không thể nhờ cậy tới những công nghệ truyền thụ động như OCA. May mắn thay, sự phát triển của các gói dịch vụ mạng Internet gia đình tốc độ cao, chẳng hạn như Google Fiber, đã giúp biến live stream trở thành hiện thực. Trong thời gian tới, việc triển khai công nghệ mạng 5G sẽ còn giúp nâng cao chất lượng live stream của người dùng hơn nữa.

Tương lai của streaming là trò chơi điện tử

Ý tưởng chơi trò chơi điện tử trên trình duyệt không phải là một ý tưởng mới. Một lượng không nhỏ nội dung trên Internet là các trò chơi điện tử quy mô nhỏ, chẳng hạn như những trò chơi phổ biến hoạt động trên nền tảng Facebook như Farmville và Candy Crush. Tuy nhiên, các công ty đều đang nỗ lực đưa việc chơi game trên trình duyệt lên một tầm cao mới bằng cách cung cấp dịch vụ stream game đối với các trò chơi điện tử đòi hỏi cấu hình cao hoặc nhiều tài nguyên máy tính lớn.

Ở đây, chúng tôi không nói về các dịch vụ live stream kiểu như Farm Simulator trên Twitch, chúng tôi đang nói về việc chơi trò chơi điện tử từ xa, dành cho những người dùng không có điều kiện mua những console riêng, đắt tiền hoặc một chiếc máy tính cấu hình tốt trị giá 1000 USD. Với dịch vụ stream game, sẽ có một máy chủ được đặt cách xa nhà bạn sẽ xử lý các tác vụ tính toán và đồ hoạ của những trò chơi điện tử hạng nặng. Các dịch vụ như Project Stream của Google hay GEFORCE NOW của Nvidia đưa ra cam kết rằng ngay cả những chiếc máy tính có giá 100 USD sắp bỏ đi của bạn vẫn có thể chơi những trò chơi điện tử nặng nhất, có đồ hoạ đẹp mắt nhất. Điều này sẽ giúp người dùng tiết kiệm được một khoản tiền rất lớn, đồng thời giúp xoá đi rào cản đến từ phần cứng của những người đam mê game.

Dĩ nhiên, việc stream một trò chơi điện tử tới máy tính của người dùng sẽ khó khăn hơn rất nhiều so với việc stream một bộ phim. Trong trường hợp này, người dùng không chỉ đang tải tuần tự một tập tin tĩnh về; mà chúng ta còn đang trực tiếp can thiệp và tương tác với tập tin đó trong thời gian thực. Nếu có bất kỳ sự giật lag nào giữa lệnh được người dùng đưa vào với các hình ảnh đang xuất hiện trên màn hình, thì trò chơi đó có thể coi như là không thể chơi được. Bạn có thể nhìn vào các ứng dụng gọi video như Skype và Facetime như là những phiên bản sơ khai của việc stream game, bởi chúng đòi hỏi kết nối mạng tốc độ cao ở cả hai chiều. Song, việc stream game sẽ đòi hỏi mọi thứ phải mượt mà hơn nữa.

Ở thời điểm này, các dịch vụ stream những game nặng đòi hỏi nhiều tài nguyên máy tính vẫn chưa thực sự phổ biến và ổn định, do đó các công ty vẫn rất kín tiếng về những dự án này cũng như không chia sẻ gì nhiều về các "bí mật thương mại" mà họ đang phát triển. Song, chúng ta có thể nhận định rằng các công ty này đang "theo chân" Netflix. Một số công ty như Nvidia đã bắt đầu xây dựng các mạng lưới máy chủ CDN chứa đầy những card đồ hoạ có sức mạnh khủng khiếp, và Google cũng đang tìm cách kết nối những thiết bị OCA chứa đầy trò chơi điện tử với dịch vụ Internet gia đình tốc độ cao Google Fiber của mình. Các động thái này của các hãng đều cho thấy, stream game sẽ là bước đi tiếp theo sau công nghệ stream nội dung đa phương tiện.