Cloud-Gaming werden genannt eine der Haupttechnologien, die man derzeit im Auge behalten sollte. In den nächsten 6 Jahren soll dieser Markt um das Zehnfache wachsen - von 45 Millionen US-Dollar im Jahr 2018 auf 450 Millionen US-Dollar im Jahr 2024. Technologieriesen drängen bereits in dieses Segment: Google und Nvidia haben Beta-Versionen ihrer Cloud-Gaming-Dienste gestartet, und Microsoft, EA, Ubisoft, Amazon und Verizon bereiten sich darauf vor, auf den Markt zu kommen.

Für Gamer bedeutet das, dass sie schon bald kein Geld mehr für Hardware-Upgrades ausgeben müssen und leistungsstarke Spiele auf schwächeren Computern spielen können. Ist das auch für die anderen Beteiligten im Ökosystem vorteilhaft? Wir erklären, warum Cloud-Gaming ihre Einnahmen steigern wird und wie wir die Technologie entwickelt haben, die den Zugang zu diesem vielversprechenden Markt erleichtert.

Verlage, Entwickler, TV-Hersteller und Netzwerkbetreiber: Warum brauchen sie alle Cloud-Gaming?

Spieleverlage und Entwickler sind daran interessiert, ihr Produkt so schnell wie möglich der größtmöglichen Anzahl von Spielern zur Verfügung zu stellen. Derzeit erreichen laut unseren Daten 70 % der potenziellen Käufer nicht einmal das Spiel – sie warten nicht auf den Download des Clients und die Installation, die mehrere Gigabyte umfasst. Dennoch können 60 % der Nutzer, basierend auf ihren Grafikkarten, im Prinzip keine leistungsstarken Spiele (AAA-Titel) auf ihren Computern in akzeptabler Qualität spielen. Cloud-Gaming kann dieses Problem lösen – es wird nicht nur die Einnahmen der Verlage und Entwickler nicht mindern, sondern ihnen auch helfen, die zahlende Zielgruppe zu vergrößern.

Auch TV-Hersteller und Hersteller von Set-Top-Boxen richten ihren Blick auf Cloud-Gaming. In einer Ära von Smart Homes und Sprachassistenten müssen sie zunehmend um die Aufmerksamkeit der Nutzer konkurrieren, und Spielefunktionen sind der Hauptweg, um diese Aufmerksamkeit zu gewinnen. Mit integriertem Cloud-Gaming kann ihr Kunde moderne Spiele direkt auf dem Fernseher spielen und die Dienste beim Hersteller bezahlen.

Ein weiterer potenziell aktiver Teilnehmer des Ökosystems sind die Telekommunikationsanbieter. Ihre Möglichkeit, die Einnahmen zu steigern, liegt in der Bereitstellung zusätzlicher Dienstleistungen. Gaming ist genau eine dieser Dienstleistungen, die die Anbieter bereits aktiv umsetzen. Rostelecom hat den Tarif „Gaming“ eingeführt, Akado verkauft den Zugang zu unserem Service Playkey. Es geht nicht nur um Anbieter von Breitband-Internet. Auch mobile Anbieter können mit der aktiven Verbreitung von 5G das Cloud-Gaming als zusätzliche Einnahmequelle nutzen.

Trotz der rosigen Perspektiven ist der Markteintritt nicht so einfach. Allen bestehenden Diensten, einschließlich den Produkten der Technologiegiganten, ist es bislang nicht gelungen, das Problem der „letzten Meile“ vollständig zu überwinden. Das bedeutet, dass aufgrund der Unzulänglichkeiten des Netzwerks im Haus oder in der Wohnung die Internetgeschwindigkeit des Nutzers nicht ausreicht, um das Cloud-Gaming korrekt zu betreiben.

Sehen Sie, wie das WiFi-Signal abnimmt, während es sich vom Router in der Wohnung ausbreitet.

Spieler, die schon lange auf dem Markt sind und über mächtige Ressourcen verfügen, nähern sich allmählich einer Lösung dieses Problems. Doch ein Cloud-Spiel von Grund auf im Jahr 2019 zu starten, bedeutet, viel Geld, Zeit und möglicherweise auch die Schaffung einer ineffizienten Lösung zu investieren. Um allen Teilnehmern des Ökosystems zu helfen, sich auf dem schnell wachsenden Markt weiterzuentwickeln, haben wir eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, schnell und kostengünstig einen eigenen Cloud-Gaming-Service zu starten.

Wie wir die Technologie entwickelt haben, die es ermöglicht, einen eigenen Cloud-Gaming-Service einfach zu starten.

Die Technologie für Cloud-Gaming hat Playkey bereits 2012 zu entwickeln begonnen. 2014 erfolgte der kommerzielle Start, und bis 2016 hatten mindestens 2,5 Millionen Spieler den Service genutzt. Während der gesamten Entwicklung haben wir nicht nur Interesse von Gamern, sondern auch von Herstellern von TV-Boxen und Telekommunikationsanbietern gesehen. Mit NetByNet und „Er-Telekom“ haben wir sogar mehrere Pilotprojekte gestartet. 2018 entschieden wir, dass unser Produkt möglicherweise eine B2B-Zukunft hat.

Für jedes Unternehmen eine eigene Variante der Integration von Cloud-Gaming zu entwickeln, wie wir es in den Pilotprojekten getan haben, ist problematisch. Jede solche Implementierung dauerte von drei Monaten bis zu einem halben Jahr. Warum? Jeder hat unterschiedliche Hardware und Betriebssysteme: Für den einen ist Cloud-Gaming auf einer Android-Konsole notwendig, für den anderen als iFrame im Webinterface des persönlichen Bereichs für das Streaming auf Computer. Zudem hat jeder ein anderes Design, andere Abrechnungssysteme (eine eigene wunderbare Welt!) und weitere Besonderheiten. Es wurde klar, dass man entweder das Entwicklungsteam auf das Zehnfache vergrößern oder eine möglichst universelle Box-B2B-Lösung schaffen muss.

Im März 2019 haben wir Remote Click. Diese Software können Unternehmen auf ihren Servern installieren und erhalten einen funktionierenden Cloud-Gaming-Dienst. Wie wird das für den Nutzer aussehen? Er sieht auf der gewohnten Website einen Button, der es ihm ermöglicht, das Spiel in der Cloud zu starten. Bei einem Klick wird das Spiel auf dem Server des Unternehmens gestartet, und der Nutzer sieht den Stream und kann remote spielen. So könnte es in beliebten digitalen Vertriebsdiensten aussehen.

Ein aktiver Kampf um Qualität. Und auch ein passiver.

Wie Remote Click mit zahlreichen technischen Barrieren umgeht, werden wir jetzt erklären. Cloud-Gaming der ersten Welle (zum Beispiel OnLive) scheiterte aufgrund der niedrigen Internetqualität der Nutzer. Damals, im Jahr 2010, betrug die durchschnittliche Internetgeschwindigkeit in den USA gerade einmal 4,7 Mbit/s. Bis 2017 stieg sie bereits auf 18,7 Mbit/s, und bald wird 5G überall verfügbar sein und eine neue Ära einläuten. Doch trotz der Tatsache, dass die Infrastruktur insgesamt für Cloud-Gaming bereit ist, bleibt das schon erwähnte Problem der 'letzten Meile' bestehen. Eine Seite davon, die wir objektiv nennen, ist: Der Nutzer hat tatsächlich Probleme mit dem Netzwerk. Zum Beispiel wird die maximale Geschwindigkeit vom Anbieter nicht bereitgestellt. Oder es wird WiFi 2,4 GHz verwendet, das durch die Mikrowelle und die kabellose Maus gestört wird.

Eine ihrer Seiten, die wir objektiv nennen: Der Benutzer hat tatsächlich Probleme mit dem Netzwerk. Zum Beispiel wird die angegebene maximale Geschwindigkeit vom Anbieter nicht bereitgestellt. Oder es wird WiFi 2,4 GHz verwendet, das durch eine Mikrowelle und eine drahtlose Maus gestört wird.

Die andere Seite, die wir subjektiv nennen: Der Nutzer ahnt nicht einmal, dass er Probleme mit dem Netzwerk hat (er weiß nicht, dass er nichts weiß)! Im besten Fall ist er sich sicher, dass, da der Anbieter ihm einen Tarif von 100 Mbit/s verkauft, er auch Internet von 100 Mbit/s hat. Im schlimmsten Fall hat er keine Ahnung, was ein Router ist, und teilt das Internet in blau und farbig ein. Ein reales Beispiel aus dem Kundensupport.

Blaues und farbiges Internet.

Aber beide Teile des Problems der „letzten Meile“ sind lösbar. Bei Remote Click verwenden wir dafür aktive und passive Mechanismen. Nachfolgend ist die detaillierte Beschreibung, wie sie mit den Hindernissen umgehen.

Aktive Mechanismen

1. Effiziente Fehlertoleranzkodierung der übertragenen Daten, auch bekannt als Redundanz (FEC – Forward Error Correction)

Bei der Übertragung von Videodaten vom Server zum Client wird eine fehlertolerante Kodierung verwendet. Damit stellen wir die ursprünglichen Daten bei partiellen Verlusten aufgrund von Netzwerkproblemen wieder her. Was macht unsere Lösung effektiv?

1. Geschwindigkeit. Kodierung und Dekodierung erfolgen sehr schnell. Selbst auf „schwachen“ Computern dauert der Vorgang für 0,5 MB Daten nicht länger als 1 ms. Somit fügen Kodierung und Dekodierung beim Spielen über die Cloud fast keine Verzögerungen hinzu. Die Bedeutung lässt sich schwer überschätzen.

1. Maximales Potenzial zur Datenwiederherstellung. Nämlich das Verhältnis des redundanten Datenvolumens zum potenziell wiederherstellbaren Volumen. In unserem Fall beträgt das Verhältnis = 1. Angenommen, es müssen 1 MB Video übertragen werden. Wenn wir bei der Kodierung 300 KB zusätzliche Daten hinzufügen (das nennt man Redundanz), benötigen wir beim Dekodieren zur Wiederherstellung von 1 ursprünglichen Megabyte nur 1 MB aus den insgesamt 1,3 MB, die der Server gesendet hat. Mit anderen Worten: Wir können 300 KB verlieren und trotzdem die ursprünglichen Daten wiederherstellen. Wie zu sehen ist, beträgt 300 / 300 = 1. Das ist die maximal mögliche Effizienz.
2. Flexibilität bei der Einstellung des zusätzlichen Datenvolumens bei der Kodierung. Wir können für jeden Videobild, das über das Netzwerk übertragen werden muss, einen separaten Redundanzgrad einstellen. Zum Beispiel können wir, wenn wir Probleme im Netzwerk feststellen, den Redundanzgrad erhöhen oder verringern.  

Wir spielen über Playkey Doom auf einem Core i3, 4 GB RAM, MSI GeForce GTX 750.

2. Nachsendung von Daten

Eine alternative Methode zur Bekämpfung von Datenverlusten besteht darin, die Daten erneut abzufragen. Wenn der Server und der Benutzer beispielsweise in Moskau sind, beträgt die Übertragungsverzögerung nicht mehr als 5 ms. Bei diesem Wert kann die Client-Anwendung die verloren gegangenen Daten unbemerkt vom Benutzer anfragen und vom Server erhalten. Unser System entscheidet selbstständig, wann Redundanz angewendet und wann eine Nachsendung erforderlich ist.

3. Individuelle Anpassung der Datenübertragung

Um die optimale Methode zur Bekämpfung von Verlusten auszuwählen, analysiert unser Algorithmus die Netzwerkverbindung des Benutzers und passt das Datentransfersystem individuell an jeden einzelnen Fall an.

Er analysiert:

• den Verbindungstyp (Ethernet, WiFi, 3G usw.);
• den verwendeten WLAN-Frequenzbereich – 2,4 GHz oder 5 GHz;
• die Signalstärke des WLAN.

Wenn man Verbindungen nach Verlusten und Verzögerungen rangiert, ist die zuverlässigste natürlich das Kabel. Über Ethernet sind Verluste selten, und Verzögerungen auf der „letzten Meile“ extrem unwahrscheinlich. Danach kommt WiFi 5 GHz, und erst danach WiFi 2,4 GHz. Mobile Verbindungen sind insgesamt minderwertig, wir warten auf 5G.

Bei der Verwendung von WiFi passt das System automatisch den Adapter des Benutzers an, indem es ihn in den für die Nutzung in der Cloud geeignetsten Modus versetzt (z. B. Deaktivierung der Energieeinsparung).

4. Individuelle Anpassung der Kodierung

Das Streaming von Videos ist dank Codecs – Programmen zur Kompression und Wiederherstellung von Videodaten – möglich. Im unkomprimierten Zustand überschreitet eine Sekunde Video leicht die hundert Megabyte, während ein Codec diese Menge um das zehnfache reduziert. Wir setzen die Codecs H264 und H265 ein.

H264 ist der beliebteste. Die Hardware-Unterstützung für die Arbeit damit bieten alle Hauptanbieter von Grafikkarten seit mehr als einem Jahrzehnt. H265 ist der kühnere, junge Nachfolger. Die Hardware-Unterstützung begann vor etwa fünf Jahren. Die Kodierung und Dekodierung in H265 erfordert mehr Ressourcen, bietet aber eine deutlich höhere Qualität des komprimierten Bildes im Vergleich zu H264. Und das ohne Volumenvergrößerung!

Welchen Codec sollte man wählen und welche Kodierungseinstellungen für einen bestimmten Benutzer basierend auf seiner Hardware festlegen? Eine komplexe Aufgabe, die bei uns automatisch gelöst wird. Das intelligente System analysiert die Möglichkeiten der Hardware, legt optimale Parameter für den Encoder fest und wählt den Decoder auf der Client-Seite aus.

5. Verlustkompensation

Wir wollten es nicht zugeben, aber selbst wir sind nicht tadellos. Einige Daten, die im Tiefen des Netzes verloren gegangen sind, können nicht wiederhergestellt werden, und wir schaffen es nicht, sie rechtzeitig nachzuliefern. Aber selbst in diesem Fall gibt es eine Lösung.

Zum Beispiel die Anpassung der Bitrate. Unser Algorithmus überwacht ständig das Volumen der übermittelten Daten vom Server zum Client. Er erfasst jede Fehlmenge und sagt sogar mögliche zukünftige Verluste voraus. Seine Aufgabe ist es, rechtzeitig zu erkennen und idealerweise vorherzusagen, wann die Verluste einen kritischen Punkt erreichen und spürbare Störungen für den Benutzer auf dem Bildschirm verursachen. Und in diesem Moment das Volumen der übermittelten Daten (Bitrate) zu korrigieren.

Außerdem nutzen wir die Invalidierung verloren gegangener Frames und den Mechanismus der Referenzframes im Videostream. Beide Werkzeuge reduzieren die Anzahl sichtbarer Artefakte. Das heißt, selbst bei ernsthaften Störungen in der Datenübertragung bleibt das Bild auf dem Bildschirm akzeptabel und das Spiel spielbar.

6. Verteilte Übertragung

Die zeitlich verteilte Übertragung von Daten verbessert ebenfalls die Streaming-Qualität. Wie genau verteilt wird, hängt von den spezifischen Kennzahlen im Netzwerk ab, wie z.B. dem Vorhandensein von Verlusten, Ping und anderen Faktoren. Unser Algorithmus analysiert diese und wählt die optimale Lösung. Manchmal reduziert eine Verteilung über mehrere Millisekunden hinweg die Verluste erheblich.

7. Reduzierung der Verzögerung

Eine der wichtigsten Eigenschaften beim Spielen über die Cloud ist die Verzögerung. Je geringer sie ist, desto komfortabler ist das Spielen. Man kann die Verzögerung grob in zwei Teile unterteilen:

• Netzwerkverzögerung oder Verzögerung bei der Datenübertragung;

• Systemverzögerung (Übertragung der Steuerung auf der Client-Seite, Erfassung des Bildes auf dem Server, Kodierung des Bildes, die oben genannten Mechanismen zur Anpassung der Daten zur Übertragung, Sammlung der Daten auf dem Client, Dekodierung des Bildes und dessen Darstellung).

Die Netzwerkverzögerung hängt von der Infrastruktur ab und ist schwer zu bekämpfen. Wenn das Kabel von Mäusen durchgebissen wurde, helfen keine Tänze mit einem Tamburin. Die Systemverzögerung kann jedoch erheblich reduziert werden, und die Qualität des Cloud-Gaming für den Spieler ändert sich grundlegend. Neben der bereits erwähnten störungsresistenten Kodierung und personalisierten Einstellungen verwenden wir noch zwei weitere Mechanismen.

1. Schnelles Abrufen von Daten von den Eingabegeräten (Tastatur, Maus) auf der Client-Seite. Selbst bei schwachen Computern reichen dafür 1-2 ms.
2. Die Darstellung des System-Cursors auf dem Client. Der Mauszeiger wird nicht auf dem Remote-Server, sondern im Playkey-Client auf dem Computer des Nutzers verarbeitet, das heißt ohne jegliche Verzögerung. Ja, das hat keinen Einfluss auf die tatsächliche Steuerung im Spiel, aber das Wichtigste hier ist die menschliche Wahrnehmung.  

Die Cursor-Darstellung ohne Verzögerung in Playkey am Beispiel von Apex Legends

Mit unserer Technologie bei einer Netzwerkverzögerung von 0 ms und einer Videoübertragung von 60 FPS überschreitet die Gesamtlatenz des Systems nicht 35 ms.

Passive Mechanismen

Nach unserer Erfahrung haben viele Nutzer nur wenig Vorstellung davon, wie ihre Geräte mit dem Internet verbunden sind. In Interviews mit Spielern stellte sich heraus, dass einige nicht wissen, was ein Router ist. Und das ist in Ordnung! Sie müssen nicht wissen, wie ein Verbrennungsmotor funktioniert, um Auto zu fahren. Man kann nicht von einem Nutzer verlangen, dass er Kenntnisse eines Systemadministrators hat, um spielen zu können.

Dennoch ist es wichtig, einige technische Punkte zu vermitteln, damit der Spieler selbstständig Barrieren auf seiner Seite beseitigen kann. Dabei unterstützen wir ihn.

1. Anzeige der Unterstützung für WiFi 5 GHz

Wie bereits erwähnt, sehen wir den Wi-Fi-Standard – 5 GHz oder 2,4 GHz. Und wir wissen auch, ob der Netzwerkadapter des Endgeräts des Nutzers die Möglichkeit bietet, auf 5 GHz zu arbeiten. Und wenn ja, empfehlen wir, diesen Frequenzbereich zu verwenden. Selbstständig die Frequenz zu ändern, können wir derzeit nicht, da wir die Eigenschaften des Routers nicht sehen.

2. Anzeige der Signalstärke des WiFi

Bei einigen Nutzern kann das WiFi-Signal schwach sein, auch wenn das Internet gut funktioniert und es auf akzeptablem Geschwindigkeitsniveau zu sein scheint. Das Problem wird besonders beim Cloud-Gaming sichtbar, das das Netzwerk realen Prüfungen aussetzt.

Die Signalstärke wird durch Hindernisse – beispielsweise Wände – und Störungen durch andere Geräte beeinflusst. Auch Mikrowellenstrahler erzeugen beträchtliche Störungen. Infolgedessen entstehen Verluste, die beim Surfen im Internet unauffällig sind, aber fürs Spielen über die Cloud kritisch werden können. In solchen Fällen warnen wir den Nutzer vor Störungen, empfehlen, sich näher an den Router zu bewegen und „störende“ Geräte auszuschalten.

3. Anzeige der Datenverbraucher

Selbst wenn das Netzwerk in Ordnung ist, können andere Anwendungen zu viel Bandbreite verbrauchen. Zum Beispiel, wenn parallel zum Cloud-Gaming ein Video auf YouTube läuft oder Torrents heruntergeladen werden. Unsere App erkennt die Banditen und warnt die Spieler vor ihnen.

Ängste aus der Vergangenheit – Mythen über Cloud-Gaming entlarven

Cloud-Gaming als prinzipiell neuer Weg, Gaming-Inhalte zu konsumieren, versucht seit fast zehn Jahren, sich auf dem Markt durchzusetzen. Wie bei jeder Innovation ist ihre Geschichte eine Reihe kleiner Siege und großer Niederlagen. Es ist nicht verwunderlich, dass Cloud-Gaming im Lauf der Jahre von Mythen und Vorurteilen umwoben wurde. In der Anfangszeit der Technologie waren diese begründet, heute sind sie jedoch völlig unbegründet.

Mythos 1. Das Bild in der Cloud ist schlechter als das Original – als würde man über YouTube spielen

Heute sind in einer technisch fortschrittlichen Cloud-Lösung die Bilder von Original und Cloud nahezu identisch – mit bloßem Auge sind keine Unterschiede feststellbar. Die individuelle Anpassung des Encoders an die Hardware des Spielers und eine Vielzahl von Mechanismen zur Bekämpfung von Verlusten lösen dieses Problem. Bei einem qualitativ hochwertigen Netzwerk gibt es weder verschwommene Bilder noch grafische Artefakte. Wir berücksichtigen sogar die Auflösung. Es macht keinen Sinn, ein Bild in 1080p zu streamen, wenn der Spieler 720p nutzt.

Unten finden Sie zwei Videos von Apex Legends aus unserem Kanal. In einem Fall handelt es sich um eine Aufnahme des Gameplays auf dem PC, im anderen – über Playkey.

Apex Legends auf PC

Apex Legends auf Playkey

Mythos 2. Unstabile Qualität

Der Zustand des Netzwerks ist tatsächlich unbeständig, aber dieses Problem wurde gelöst. Wir passen die Encoder-Einstellungen dynamisch an die Netzwerkqualität des Nutzers an. Und ein konstant akzeptables FPS-Niveau wird durch spezielle Methoden der Bildaufnahme aufrechterhalten.

Wie funktioniert das? Das Spiel hat eine 3D-Engine, mit der die 3D-Welt erstellt wird. Aber dem Benutzer wird ein flaches Bild angezeigt. Damit er es sehen kann, wird für jedes Frame ein Bild im Speicher erstellt – eine Art Foto, wie diese 3D-Welt aus einem bestimmten Blickwinkel gesehen wird. Dieses Bild wird kodiert im Videoram gespeichert. Wir greifen darauf zu und leiten es an den Encoder weiter, der es entschlüsselt. Und so geschieht es mit jedem Frame, einer nach dem anderen.

Unsere Technologie ermöglicht es, ein Bild in einem einzigen Stream zu erfassen und zu dekodieren, was die FPS erhöht. Wenn diese Prozesse parallel ablaufen (eine recht beliebte Lösung auf dem Markt des Cloud-Gamings), wird der Encoder ständig auf die Erfassung zugreifen, neue Frames mit Verzögerung holen und dementsprechend mit Verzögerung übertragen.

Das Video oben auf dem Bildschirm wurde mit der Technologie zur Erfassung und Dekodierung in einem Stream erstellt.

Mythos 3. Aufgrund von Lag im Gameplay werde ich im Multiplayer "schlecht" abschneiden.

Die Verzögerung im Gameplay liegt normalerweise bei mehreren Millisekunden. Und in der Regel bleibt sie für den Endbenutzer unbemerkt. Manchmal kann jedoch eine winzige Diskrepanz zwischen der Mausbewegung und der Cursorbewegung sichtbar werden. Das hat keinen Einfluss, erzeugt jedoch einen negativen Eindruck. Die oben beschriebene Darstellung des Cursors direkt auf dem Gerät des Benutzers beseitigt dieses Problem. Ansonsten ist die allgemeine Systemverzögerung von 30-35 ms so gering, dass weder der Spieler noch seine Gegner im Match nichts bemerken. Der Ausgang des Kampfes wird nur durch Fähigkeiten entschieden. Die Beweise finden Sie unten.

Der Streamer dominiert über Playkey.

Was kommt als nächstes

Cloud-Gaming ist bereits Realität. Playkey, PlayStation Now, Shadow – das sind funktionierende Dienste mit ihrem Publikum und Platz am Markt. Und wie viele junge Märkte wird Cloud-Gaming in den kommenden Jahren rasant wachsen.

Ein Szenario, das uns am wahrscheinlichsten erscheint, ist das Entstehen eigener Dienste von Spielepublishern und Telekommunikationsanbietern. Einige werden eigene Lösungen entwickeln, andere werden auf fertige Box-Lösungen wie RemoteClick.net zurückgreifen. Je mehr Akteure auf dem Markt sind, desto schneller wird die Cloud-basierte Art, Spieleinhalte zu konsumieren, zum Mainstream.

Quelle: habr.com