Welche Bandbreite benötigen Videokonferenzen?

Wir erklären auf dieser Seite die Grundbegriffe und geben Hinweise zu möglichen Varianten, damit Sie diese Frage für Ihren Einsatzzweck abschätzen können. Im Prinzip verhält es sich ähnlich wie mit der Frage wie viel Sprit ein Auto verbraucht, denn der Wert kann je nach Nutzung stark schwanken.

Videogröße und Bildauflösung

Je größer ein Bild ist, desto mehr Daten müssen übertragen werden. Technisch spricht man hier von der Auflösung einer Kamera oder eines Monitors und meint damit wie viele Bildpunkte das Gerät darstellen kann. Ein Bild in SD Auflösung ist 640 * 360 Pixel groß, genauer gesagt 640 Pixel breit und 360 Pixel hoch. Ein Pixel, auch Bildpunkt genannt, ist dabei die kleinste Einheit die ein Bildschirm anzeigen kann. Die nächst höhere Kategorie nennt sich HD und misst 1280 * 720 Pixel, danach folgt Full HD mit 1920 * 1080 Bildpunkten und entspricht dem was aktuelle Fernseher mindestens darstellen können.

Ein Monitor mit 1920 * 1080 Pixeln kann damit immer maximal diese Anzahl an Bildpunkten darstellen, egal ob er 28 Zoll groß oder 22 Zoll klein ist. Das Bild wird auf größeren Monitoren zwar größer dargestellt, es enthält aber nicht mehr Bildpunkte. Diese sind nur entsprechend größer gebaut.

Komprimierung

Je größer die Auflösung ist, d.h. je größer die Maße eines Bildes, desto mehr Daten müssen übertragen werden und dies beansprucht die Internetanschlüsse sehr stark. In manchen Fällen würde die Geschwindigkeit des eigenen Internetanschlusses nicht ausreichen oder man könnte nur wenige Videostreams übertragen. Deswegen kommen verschiedene Kodierungsalgorithmen zum Einsatz, welche die Daten komprimieren und so die benötigte Bandbreite senken. Im weitesten Sinne kann man das mit Dateien vergleichen die man in ein ZIP-Archiv packt, das kleiner ist als die Summe der einzelnen Dateien.

Videos bestehen oft aus 25 oder 30 einzelnen Bildern pro Sekunde und erzeugen damit eine Menge Daten, die zumindest in Teilen gleiche Informationen enthalten. Ein Videocodec fasst solche Bildbestandteile zusammen, komprimiert diese oder lässt Teile weg, die für unser Auge nicht wahrnehmbar sind. Auf diese Weise können Größe und benötigte Bandbreite an die eigene Internetverbindung angepasst werden. Ist diese eher langsam, wählt man z.B. eine kleinere Bildgröße und eine stärkere Komprimierung.

Je stärker die Komprimierung desto verwaschener wird das Bild, da im Vergleich zum Original Informationen weggelassen werden müssen um eine vorgegebene Bitrate zu erreichen.

Bandbreite - mögliche Datenraten der Chromium Engine

Wie gerade beschrieben haben Videogröße und Komprimierung einen großen Einfluss auf die benötigten Datenraten und damit die Schnelligkeit des eigenen Internetanschlusses. Die folgende Tabelle zeigt Werte für verschiedene Auflösungen:

Je nach Bildinhalt können diese Werte auch nach oben und unten abweichen - ein actionreiches Fussballspiel benötigt eine höhere Datenrate als das Webcamvideo einer Landschaft ohne viel Bewegung.

Datenraten im Chrome Browser

Die Bildgrößen und möglichen Datenraten sind aus den Quellen des Chrome Browsers entnommen:

// These tables describe from which resolution we can use how many
// simulcast layers at what bitrates (maximum, target, and minimum).
// Important!! Keep this table from high resolution to low resolution.
constexpr const SimulcastFormat kSimulcastFormats[] = {
    {1920, 1080, 3, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(5000),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(4000),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(800)},
    {1280, 720, 3, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(2500),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(2500),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(600)},
    {960, 540, 3, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(1200),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(1200),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(350)},
    {640, 360, 2, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(700),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(500),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(150)},
    {480, 270, 2, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(450),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(350),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(150)},
    {320, 180, 1, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(200),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(150),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(30)},
    {0, 0, 1, webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(200),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(150),
     webrtc::DataRate::KilobitsPerSec(30)}};

Videokonferenzen und Optimierungen

Jitsi und Chrome können also die Datenrate der übertragenen Videos senken in dem diese einerseits in unterschiedlichen Größen gesendet werden und andererseits die Bitrate durch Kodierungen verringert wird. Die benötigte Datenrate lässt sich noch weiter senken wenn z.B. nur die Videostreams der zuletzt aktiven Sprecher gesendet werden. Spricht ein neuer Teilnehmer wird dies erkannt und sein Videostream automatisch aktiviert. Der active speaker Modus, bei dem man das Bild des jeweils aktuellen Sprechers im Großformat sieht und das automatisch je nach Sprecher wechselt nutzt das sehr geschickt aus - hierbei wird nur dieses eine Video an alle Teilnehmer weitergeleitet. Dadurch ist es möglich mehr Teilnehmer pro Raum zu versorgen.

Hätte man beispielsweise 25 Teilnehmer in einem Raum, die alle mit 0,5 MBit/s ihr Webcamvideo senden, würde am Server eine Datenrate von 12,5 MBit/s eingehen. Da jeder Teilnehmer alle Videos außer seinem eigenen sieht, empfängt er jeweils die Videos der 24 anderen Teilnehmer, also jeder 24 * 0,5 MBit/s, d.h. 12 MBit/s. Dafür wäre auf Teilnehmerseite mindestens ein DSL16000 Anschluss notwendig. Serverseitig kämen sogar 25 * 24 * 0,5 MBit/s = 300 MBit/s zusammen.

Warum ist ein aktueller Browser wichtig?

Wie wir gesehen haben nimmt die benötigte Bandbreite mit der Anzahl der Teilnehmer schnell zu. Aktuelle Browser wie Chrome können über eine Technik namens Simulcast das Video der Webcam in unterschiedlichen Größen senden und auch abschätzen wie sehr die eigene Internetverbindung ausgelastet ist. Dadurch können die Server von Simplemeeting gegebenenfalls kleinere Videos ausliefern um die langsamere Leitung eines Teilnehmers nicht zu überlasten. Bietet der Browser noch keine Unterstützung für diese Mechanismen würde er das Video der Webcam unbearbeitet in voller Größe schicken und damit die Leitungen aller Teilnehmer mehr beanspruchen als nötig. Es macht einen großen Unterschied ob bei 12 Teilnehmern 12 * 0,5 = 6 MBit/s oder 12 * 2,5 MBit/s = 30 MBit/s gesendet werden.

Führen sie geschäftliche Besprechungen mit 2-5 Teilnehmern durch fällt dieser Umstand viel weniger ins Gewicht als bei 15 oder 20 Teilnehmern.

Bandbreite - wie schnell muss der Internetanschluss sein?

Die benötigte Bandbreite kann sehr unterschiedlich sein, dennoch möchten wir ein paar Anhaltspunkte für verschiedene Szenarien geben:

In der Tabelle ist nur der eingehende Datenverkehr pro Teilnehmer berücksichtigt, da dieser am häufigsten zu Überlastung führen kann. Möchten Sie ein Video in HD-Qualität senden muss ihr Internetanschluss über einen Upstream von mindestens 2,5 MBit/s verfügen. Andernfalls können nur entsprechend kleinere Videos gesendet werden.

Diese Bandbreitenabschätzung geht davon aus, dass die verwendeten Browser die neuesten Standards unterstützten. Andernfalls könnten auch wesentlich höhere Datenraten gesendet werden und die Internetanschlüsse der Teilnehmer früher überlasten.

SFU und MCU

Technisch gesehen gibt es zwei Varianten wie Videokonferenzsysteme mit den Videos Ihrer Teilnehmer umgehen können: SFU und MCU.

Simplemeeting verwendet den SFU Ansatz. Unsere Videoserver arbeiten als Selective Forwarding Unit, d.h. sie nehmen alle Videos entgegen und vermitteln die jeweils passenden Versionen an die entsprechenden Teilnehmer. Dabei werden die Videos nicht bearbeitet und können über eine zusätzliche Ende-zu-Ende Verschlüsselung geschützt werden. Dieser Ansatz ist für Besprechungen ideal und weniger für Massenübertragungen oder sehr langsame Anschlüsse geeignet.

Ein anderer Ansatz ist MCU. Bei der sogenannten Multipoint Control Unit nimmt der Server ebenfalls alle Videoströme entgegen, verarbeitet diese aber zu einem einzigen Video, das anschließend an alle Teilnehmer weitergeleitet wird. Dies kann bei sehr vielen Teilnehmern vorteilhafter sein, da jeder Teilnehmer nur ein einziges Video empfangen muss. Dafür benötigt die MCU in der Regel vollen Zugriff auf die Videos um diese zu kombinieren und ggf. auch Audiospuren von Telefoneinwählern hinzuzufügen. Dies steht einer Ende-zu-Ende Verschlüsselung entgegen.