Вимоги до системи РЖР-телебачення

ВИМОГИ ДО СИСТЕМИ IP-ТЕЛЕБАЧЕННЯ

Архiтектура системи IP-телебачення

Архiтектура рiшення IP-TV залежить вiд архiтектури магiстральноi мережi i мережi доступу оператора зв'язку i, як правило, маi розподiлену структуру. Основнi елементи рiшення IP-TV включають:

компоненти головноi апаратноi системи IP-TV, зокрема:

головну станцiю;

систему умовного доступу;

вiдеосервери;

систему розподiлу контента;

сервери бiлiнговоi системи;

сервери системи менеджменту;

сервери промiжного програмного забезпечення (middleware);

компоненти опорноi (магiстральноi) транспортноi мережi, зокрема:

власне опорну (оптичну) мережу на базi IP-технологiй;

високопродуктивнi комутатори (маршрутизатори) з оптичними iнтерфейсами;

транспортний рiвень доступу:

канали доступу абонентiв;

клiiнтське устаткування.

Всi цi компоненти, за винятком систем прийому первинного телесигналу, функцiонують в IP-середовищi i встановлюються поверх iснуючоi мережi передачi даних.

На рис.1 приведена загальна схема архiтектури IP-TV без прив'язки до конкретного виробника устаткування i способiв органiзацii каналiв.

Рис.1 Загальна схема архiтектури IP-телебачення

Головна станцiя (head-end)

Головна станцiя тАУ це базовий компонент рiшення IP-TV при побудовi послуг цифрового телебачення (рис.2). Основна функцiя головноi станцii IP-TV тАУ формування вiдеоконтента i подальша трансляцiя вихiдного потоку вiдеоданих у форматi Video-over-IP.

Головна станцiя IP-TV виконуi наступнi функцii:

IP-encapsulation (тАЬIP-iнкапсуляцiятАЭ) тАУ базова функцiя станцii, забезпечуi включення транспортних MPEG-пакетiв як корисне iнформацiйне навантаження до складу кадрiв протоколу PDU (protocol data unit), i подальшу передачу даних в телекомунiкацiйних мережах Gigabit Ethernet i АТМ;

transrating (тАЬтрансрейтингтАЭ) тАУ змiна (пониження) швидкостi потоку даних, використовуiться також аналогiчний по сенсу термiн rateshaping;

Рис.2 Головна станцiя

transcoding (тАЬтранскодингтАЭ) тАУ транскодування, змiна формату стиснення медiаданих, наприклад потiк MPEG2 транскодируется в MPEG4;

encoding (тАЬенкодингтАЭ) тАУ компресiя нестислого вiдео з метою отримання на виходi тАЬэнкодератАЭ транспортного потоку у форматi MPEG2 (4) або VC-1/Windows Media VC-9 (на входi энкодера вiдеосигнал може бути в аналоговому, наприклад, композитне вiдео, S-video або в цифровому, наприклад SDI форматi);

decoding (тАЬдекодингтАЭ) тАУ декодування, вiдновлення початковоi нестислоi iнформацii;

re-encoding (тАЬре-енкодингтАЭ) тАУ в цифровому телебаченнi вiдновлення нестислоi iнформацii i повторне енкодування з метою значноi змiни швидкостi потоку (iнодi цим термiном називають також змiну формату стиснення, тобто фактично може матися на увазi транскодинг);

scrambling (тАЬскремблiнгтАЭ) тАУ шифрування, маiться на увазi використання системи умовного доступу (CAS);

de-scrambling (тАЬде-скремблингтАЭ) тАУ дешифрування, маiться на увазi розкриття скрембльованих ТВ-каналiв;

multiplexing або remultiplexing тАУ мультиплексування, в цифровому телебаченнi цим термiном зазвичай позначаiться мультиплексування вхiдних однопрограммных транспортних потокiв (SPTS) i/або мультипрограмних транспортних потокiв (MPTS) в необхiдний операторовi вихiдний мультипрограмний транспортний потiк (MPTS), при цьому також проводиться фiльтрацiя незначущих i зайвих даних шляхом редакцii PSI даних. Строго кажучи, навiть однопрограмний транспортний потiк i результатом мультиплексування трьох потокiв тАУ вiдео, аудiо i даних;

de-multiplexing тАУ демультиплексування, операцiя зворотна мультиплексуванню;

statistical multiplexing тАУ статистичне мультиплексування, використовуiться головним чином для MPTS потокiв, що направляються вiд земноi станцii на супутник (up-link), при цьому виглядi обробцi загальна швидкiсть багатопрограмного потоку i майже постiйною, але швидкiсть кожного з однопрограммных потокiв, що складають загальний потiк MPTS, i змiнною (VBR). Статистичне мультиплексування дозволяi ефективно використовувати смугу супутникового транспондера, але вимушуi операторiв IP-TV, (особливо для DSL-мереж) використовувати трансрейтинг або навiть ре-енкодинг;

PSI redaction тАУ редагування таблиць сервiсноi iнформацii PSI (program specific information тАУ спецiальна iнформацiя про програми).

Основнi вимоги до головноi станцii IP-TV:

сучасна станцiя IP-TV повинна працювати з широким дiапазоном вхiдних джерел вiдеоконтента, зокрема:

супутниковi ТВ-канали у форматi DVB-S, що отримуються через DVB-ASI iнтерфейс приймачiв або потокових дескремблерiв в режимi однопрограмного транспортного потоку (SPTS) або багатопрограмного транспортного потоку (MPTS);

аналогове i цифрове некомпресироване вiдео, що отримуiться вiд студiйного ТВ устаткування у форматах SDI, S-video, тАЬкомпозитний вiдеосигналтАЭ, а також можна припустити використання в майбутньому цифрових iнтерфейсiв DVI (digital video interface) i HDMI (high-definition multimedia interface);

ефiрнi цифровi програми через DVB-ASI iнтерфейс DVB-T-приймачив i з меншою вiрогiднiстю аналоговi ефiрнi канали у форматi тАЬкомпозитне вiдеотАЭ, отримане з виходу аналогових ефiрних демодуляторiв;

вiдеоконтент, що передаiться через транспортнi мережi у форматах IP-TV (MPEG over IP), Video over АТМ, IP-video over АТМ;

повна гнучкiсть в обробцi вiдеопотоку (трансрейтинг, транскодинг, енкодинг, мультиплексування, пiдтримка адресацii трафiку multicast i unicast);

можливiсть надання сервiсiв через рiзнi фiзичнi типи транспортних мереж (xDSL, опто-волокно (Ethernet), АТМ, коаксiальний кабель, супутниковi мережi);

MPEG-2 i MPEG4-кодування;

MPEG-2 в MPEG4-транскодування;

пiдтримка систем умовного доступу DVB CAS i/або IP CAS.

Також до головноi станцii IPTV можуть пред'являтися i звичайнi для будь-якого головного устаткування вимоги:

гнучке нарощування функцiй i сервiсiв, масштабування;

легка i iнтуiтивна конфiгурацiя i управлiння.

Таким чином, головна станцiя i програмно-апаратним комплексом, який забезпечуi прийом сигналу вiд радiо i телевiзiйних станцiй i супутникiв, забезпечуi декодування i демультиплексування цифрових сигналiв i MPEG-кодування аналогових сигналiв з подальшим мультиплексуванням пiдготовлених матерiалiв в IP-потоки.

Система захисту контенту вiд несанкцiонованого доступу

Даний компонент рiшення IP-TV забезпечуi безпеку послуг i захист вiдеоматерiалiв вiд несанкцiонованого перегляду i цифрового копiювання (дотримання авторських прав) (рис. 3).

Рис.3 Система захисту контенту вiд несанкцiонованого доступу

Система закриття контенту (CAS) здiйснюi шифрацию аудiо i вiдеоматерiалiв, при цьому доступ до матерiалiв абонента дозволяiться по авторизацii абонентiв власними засобами CAS або засобами iнших систем тАУ middleware, бiлiнг. Як засоби авторизацii використовуються смарт-картки, програмнi ключi i найсучаснiшi i надiйнiшi алгоритми.

Для шифрування вказаних у вхiдному потоцi сервiсiв використовуiться необоротний алгоритм, захищений оригiнальним динамiчно оновлюваним ключем, що на практицi робить неможливим несанкцiонований перегляд телепередач i iнших iнформацiйних сервiсiв, що передаються в потоцi.

Ключ i данi про абонентiв захищенi унiкальними високоефективними алгоритмами шифрування. Дешифрування аудiо i вiдеоматерiалiв здiйснюiться безпосередньо на сторонi абонента за допомогою STB.

Система умовного доступу складаiться з двох частин тАУ серверноi i клiiнтськоi. Серверна частина запускаiться на серверi i здiйснюi шифрування мультимедiйних потокiв. Клiiнтська частина завантажуiться в STB i здiйснюi дешифрування потокiв. Паралельно ведеться процес обмiну оновленими ключами з серверною частиною. Варiант алгоритму дii системи умовного доступу представлений на рис. 4.

Компоненти системи:

модуль сервера системи умовного доступу;

клiiнтський модуль системи умовного доступу;

клiiнт-серверна прикладна програма для обмiну ключами.

Модуль сервера системи умовного доступу перехоплюi IP-пакети з мультимедiйним контентом, проводить iх шифрування i перенаправляi далi в мережу. Для кожного IP-потока передбачена генерацiя унiкальних ключiв.

Абонентський пристрiй встановлюi захищене з'iднання з сервером системи умовного доступу i перiодично отримуi оновленi ключi шифрування. Отриманi ключi передаються в модуль системи умовного доступу на абонентському пристроi. Даний модуль перехоплюi IP-пакети, що отримуються з мережi, i проводить iх дешифрування, якщо потiк зашифрований i i в наявностi актуальнi ключi для даного IP-потока. Далi дешифрованi пакети перенаправляються в прикладнi програми, для яких вони призначаються.

Рис.4 Варiант алгоритму дii системи умовного доступу

Основнi вимоги до системи умовного доступу:

високий рiвень безпеки;

висока стiйкiсть до методiв криптоаналiзу;

робота з цифровими i аналоговими джерелами програм;

управлiння пристроями по TCP/IP;

вiдсутнiсть полiтики прив'язки до конкретного виробника абонентських приставок;

мiнiмальний час активацii нових абонентiв;

адресний простiр на максимальну кiлькiсть абонентiв.

Промiжне програмне забезпечення (middleware)

Middleware тАУ програмно-апаратний комплекс, який забезпечуi управлiння всiма компонентами рiшення IP-TV, обробляi запити вiд абонентських пристроiв, забезпечуi взаiмодiю з системами оператора зв'язку (рис. 5).

До основних функцiй middleware вiдносяться:

iнтеграцiя (забезпечення взаiмодii) всiх компонентiв рiшення архiтектури IP-TV;

формування iнтерфейсiв абонента тАУ SUI (subcriber user interface);

формування адмiнiстративного iнтерфейсу i iнструментiв для управлiння послугами IP-TV;

аутентифiкацiя користувачiв з використанням СУБД;

авторизацiя (реiстрацiя i ведення облiку) користувача з використанням СУБД;

управлiння послугами i контентом, що надаiться, надання доступу;

збiр статистики про наданi послуги (запис файлiв статистики);

формування програми передач EPG.

Рис.5 Middleware

Основнi вимоги до промiжного програмного забезпечення:

легкiсть управлiння контентом i послугами;

контроль параметрiв надання послуг;

конфiденцiйнiсть клiiнтськоi бази;

надання i модифiкацiя iнтерфейсу користувача при роботi з абонентськими пристроями рiзних виробникiв;

iнтерфейс повинен бути iнтуiтивно зрозумiлим i приiмним на око;

забезпечення послуг Video-over-IP в мережi на базi будь-якого мережевого устаткування i будь-якого устаткування head-end;

надiйнiсть i продуктивнiсть. Пiдтримка резервного middleware, змiна конфiгурацii системи без перерви в обслуговуваннi i миттiва активiзацiя всiх змiн;

розширення функцiонала. Спектр пiдтримуваних послуг постiйно оновлюiться;

високий рiвень вiдмовостiйкоi i можливiсть внесення змiн, як в графiчний дизайн iнтерфейсу, так i в апаратну частину (при використаннi додаткових нових модулiв або iнтеграцii з iснуючими застосуваннями);

вiдкритiсть платформи i можливiсть легкоi iнтеграцii iз стороннiми системами;

впровадження власних пркладних програм (iнформацiйнi i комерцiйнi послуги).

Само поняття middleware прийшло в IP-TV з мереж кабельного або супутникового телебачення, де middleware, по сутi, i частинка коду, що виконуiться на абонентському пристроi i реалiзовуi призначений для користувача iнтерфейс на екранi телевiзора i доступ абонента до послуг. У сферi IP-TV middleware перетворилося на платформу надання широкого спектру iнтерактивних послуг, якi стають доступними абонентовi саме завдяки можливостям, закладеним в телебачення по IP-протоколу.

Вiдеосервери

Вiдеосервери використовуються для реалiзацii послуг тАЬвiдео по замовленнютАЭ (VoD), тАЬвiртуальний кiнотеатртАЭ (NvoD), тАЬперсональний вiдеомагнiтофонтАЭ (PVR). Вiдеосервер тАУ це дисковий масив великоi iмностi зi встановленим програмним забезпеченням (рис.6). Програмне забезпечення реалiзуi multicast трансляцiю вiдеоматерiалiв для послуги NVoD i unicast трансляцию при наданнi послуги VоD. Вiдеосервер дозволяi здiйснювати перехоплення i запис multicast потокiв, тобто пiдтримувати послугу PRV. Велика iмкiсть i визначальною вимогою до видеосетверiв.

Система розподiлу контента

При побудовi послуг IP-телебачення зосереджувати аудiо i вiдеоматерiали в iдинiй точцi обмiну тАУ недоцiльно. Даний крок приводить до пiдвищеного завантаження мережi, нерацiонального використання компонентiв рiшення, вiдсутностi можливостi надавати якiснi послуги великiй кiлькостi абонентiв. Як наслiдок, необхiдно якiсно розподiлити в мережi замовника вiдеосервери, що б були забезпеченi умови:

мiнiмальне завантаження мережевоi iнфраструктури замовника;

рiвномiрний розподiл навантаження на вiдеосервери.

Для вирiшення даного завдання використовуiться система розподiлу контента (рис.7).

Рис.7 Система розподiлу контента

Система розподiлу отримуi вiд middleware RTSP-запит абонентiв на доступ до контенту, визначаi, на якому серверi з мiнiмальним завантаженням i в максимальнiй близькостi до абонента знаходяться необхiднi данi, i дозволяi абонентовi отримати iх з вибраного сервера. Якщо на мiнiмально завантаженому, але максимально наближеному до абонента, серверi необхiдного контента не виявлено, то запит буде переадресований на iншiй, схожий за умовами, сервер.

Таким чином, система розподiлу медiаконтента i iнтелектуальним iнструментом, що забезпечуi гнучкiсть i вiдмовостiйку роботи сервiсу VоD, яка дозволяi операторовi оптимiзувати роботу мережi i мiнiмiзувати кiлькiсть використовуваного устаткування.

Основнi вимоги до системи розподiлу контента:

iнтеграцiя тАУ здатнiсть легко iнтегруватися з компонентами системи, зокрема з будь-яким middleware;

iнтелектуальний розподiл контента. Система повинна управляти перемiщенням контента з центрального вiдеосервера на регiональнi сервери вiдповiдно до популярностi, а також постiйно проводити монiторинг вмiсту вiдеосерверiв;

масштабованiсть тАУ здатнiсть працювати з будь-якою кiлькiстю вiдеосерверiв;

високий ступiнь вiдмовостiйкоi системи. Система завжди повинна мати актуальну iнформацiю про працездатнiсть вiдеосерверiв. Якщо у момент проглядання вiдео вiдбудеться вiдмова в обслуговуваннi поточним сервером, потiк негайно буде вiдновлений iншим сервером, а для абонента це буде лише секундне зависання картинки на телевiзорi;

перевiрка доступностi контента;

пiдтримка рiзних виробникiв вiдеосерверiв;

збiр i зберiгання iнформацii про популярнiсть вiдеоматерiалу;

пiдтримка вiдеоматерiалу на серверах в актуальному станi вiдповiдно до iх затребуваностi, видалення контента, що втратив iнтерес користувачiв.

Бiллiнг (Billing)

Система billing i апаратно-програмним комплексом, орiiнтованим на збiр статистичноi iнформацii вiд пристроiв, за допомогою яких сервiс-провайдери забезпечують надання послуг користувачам, а також подальшу тарифiкацiю наданих послуг. Основними функцiями бiлiнговоi системи i:

ведення абонентськоi бази (найменування, реквiзити, статус);

ведення довiдника тарифних планiв;

обробка i тарифiкацiя даних по спожитих послугах;

пiдготовка бухгалтерських документiв;

пiдготовка фiнансовоi звiтностi.

Основнi вимоги до системи billing:

модульна архiтектура. Забезпечуi пiдвищення продуктивностi i надiйностi системи шляхом розподiлу навантаження мiж рiзними компонентами;

розподiлена установка. З метою пiдвищення вiдмовостiйкоi i продуктивностi система billing повинна мати розподiлену установку. При цьому компоненти можуть бути встановленi в будь-якiй конфiгурацii;

мультиплатформенiсть. Можливiсть функцiонування пiд управлiнням рiзних операцiйних систем;

масштабованiсть. Здатнiсть вести облiк i тарифiкацiю практично будь-яких типiв послуг;

гнучкi настройки тарифiкацii. Реалiзацiя абстрактного механiзму тарифiкацii послуг, що дозволяi виконувати тарифiкацiю практично по будь-яких параметрах, отриманих вiд устаткування;

зручна робота з контрагентами i iх рахунками. Контрагенти можуть бути як фiзичними, так i юридичними особами, мати реквiзити, банкiвськi реквiзити, а також мiстити додатковi iнформацiйнi атрибути;

зручна робота з платiжними документами;

гнучка система звiтностi.

Система менеджменту (OMS)

Order management system (OMS) тАУ це система управлiння замовленнями, призначена для вiдстежування всiх етапiв виконання замовлення на надання послуги оператором зв'язку, а також формування детальних звiтiв по кожному етапу i по процесу обробки замовлення в цiлому. Приклад руху заявки через OMS представлений на рис. 8.

Рис.8 Приклад руху заявки через OMS

Абонент самостiйно вибираi i замовляi послугу через зовнiшню систему, яка передаi замовлення в OMS;

OMS перевiряi i обробляi замовлення вiдповiдно до каталога послуг, дiлить його, при необхiдностi, на складовi частини i направляi запит в систему управлiння ресурсами. Система управлiння ресурсами видiляi у вiдповiдь необхiднi ресурси (наприклад, IP-адрес, телефонний номер, мiсце на кросi i так далi);

OMS вiдправляi заявку на пiдключення послуги в систему активацii послуг;

Система активацii послуг активуi послугу i iнформуi про це OMS;

OMS повiдомляi систему биллинга про те, що новий продукт був придбаний користувачем i послуга активована, а також повiдомляi зовнiшню систему (призначений для користувача портал) i CRM-систему про нову пiдписку на послугу.

Основнi вимоги до OMS:

автоматизоване введення, перевiрка, узгодження i реiстрацiя замовлень;

створення типових сценарiiв обробки замовлень;

автоматичне призначення i оптимiзацiя завдань на виконання замовлень;

повний контроль за виконання замовлення;

збiр даних, зберiгання технiчноi iнформацii про послуги, що надаються, наданнi звiтностi;

iнтеграцiя iз стороннiми CRM-системами, бiлiнговими i OSS/BSS системами;

взаiмодiя iз зовнiшнiми системами;

ролеве адмiнiстрування.

Транспортна мережа

Мережа оператора повинна бути готова до впровадження послуги IP-TV. Устаткування, що i у оператора, повинне пiдтримувати функцiональнiсть мовноi розсилки контента (broadcast/multicast) на кожному сегментi мережi тАУ вiд ядра (магiстральних комутаторiв i маршрутизаторiв) до вузлiв широкосмугового доступу (DSLAM). Ширина смуги пропускання на кожному сегментi мережi повинна бути достатньою для пропуску мультимедiйного трафiку реального часу, включаючи трафiк ТВ-каналiв i послуг VoD. В порiвняннi iз звичайними iнтернет-послугами для реалiзацii послуг IP-TV необхiдна вища пропускна спроможнiсть магiстралi. Кожен широкомовний канал передаваний в режимi multicast, вимагаi смуги пропускання 2 тАУ 4 Мбiт/с для вiдеосигналiв iз стандартним дозволом i бiльше 10 Мбiт/с для вiдеосигналiв з високим дозволом. Кожен канал VoD вимагаi такоi ж смуги пропускання. Отже, пропускна спроможнiсть залежить вiд кiлькостi каналiв multicast i чисельностi активних користувачiв послуги VoD. Наприклад, передача 200 MPEG2-каналов multicast iз стандартним дозволом вимагатиме смуги пропускання близько 800 Мбiт/с. Для одночасного використання послуги VoD тысячью абонентiв знадобиться мережа пропускноi спроможностi 4 Гбiт/с. Таким чином, оператори при проектуваннi своii магiстральноi мережi повиннi забезпечити ii високу пропускну спроможнiсть вiдповiдно до вимог широкого круга споживачiв.

В даний час для введення метрики якостi послуг IP-TV використовуiться метод пiд назвою iндекс передачi MDI, який надаi на сьогоднiшнiй день найпростiший в реалiзацii засiб по контролю якостi послуг передачi вiдеоiнформацii, в першу чергу даних у форматi MPEG. Принцип оцiнки якостi послуг на основi MDI маi на увазi формування iнтегральноi оцiнки якостi по сукупностi декiлькох чинникiв, пов'язаних з якiстю транспортноi мережi. У iндекс MDI входять параметр затримки DF, параметр джитера пакетiв, рiвень втрат пакетiв MLR, а також кiлькiсть втрачених пакетiв, вимiрянi протягом коротких i довгих iнтервалiв часу. Простота реалiзацii принципiв MDI в устаткуваннi пов'язана з тим, що в сучасних мережах NGN i механiзм перерахунку параметрiв якостi рiвня транспортноi мережi i параметрiв якостi послуг, якi виконуються протоколом RTP (real time protocol). Вбудованi функцii дiагностики на основi RTP дозволяють протягом заздалегiдь встановлених iнтервалiв часу проводити вимiрювання параметрiв втрати i джитера пакетiв. Виконуiться ця процедура методами пасивного монiторингу i легко iнтегруiться в будь-яку систему управлiння.

Трохи складнiше йде справа з вимiрюванням параметра затримки DF, який визначаi не абсолютну, а вiдносну затримку мiж очiкуваним часом прийому пакету i реальним часом. Для роботи мережi параметр DF дуже важливий, оскiльки вiн визначаi критичний розмiр буфера на сторонi приймача, а також граничнi значення установок таймерiв рiзних протоколiв. На вiдмiну вiд вимiрювань параметрiв втрати пакетiв i джитера, вимiрювання параметра затримки DF не може бути реалiзоване вiдомими методами. Але наявнiсть рiзних алгоритмiв тАЬпiдмiшуваннятАЭ трафiку для вимiрювання абсолютних затримок в мережi вселяi оптимiзм тим розробникам, якi упевненi, що вимiрювання DF можливi вбудованими методами дiагностики. Отже, i весь алгоритм MDI може бути успiшно реалiзований у вбудованих засобах дiагностики IP-TV.

Але найголовнiше алгоритмiчне достоiнство MDI тАУ його глибокий зв'язок з параметрами якостi транспортноi мережi. Дiйсно, основна методика паспортизацii пакетних мереж даiться в рекомендацii RFC-2544, яка визначаi наступнi параметри якостi:

пропускна спроможнiсть (throughput);

затримка (latency);

девiацiя затримки, вона ж пакетний джитер (latency distribution);

кiлькiсть втрачених пакетiв (frame loss);

кiлькiсть пакетiв з помилками (frame error).

Але виявилось, що методика MDI далеко не так бездоганна. Втрутився новий чинник тАУ кодування вiдеосигналу. Той самий high-tech, який зумовив виникнення послуги IP-TV, надзвичайно заплутав ситуацiю в органiзацii транспорту даних. Методи компресii вiдеоданих i кодування, що з'явилися, привели до того, що лiнiйно встановити зв'язок мiж якiстю послуг i якiстю транспортноi мережi у разi IP-TV в даний час неможливо. Найпростiший приклад тАУ нелiнiйнi спотворення вiдеосигналу в результатi адаптивного кодування i компресii. Пояснити нерiвномiрнiсть виникаючих унаслiдок компресii i кодування порушень якостi в простих термiнах MDI опинилося неможливо, оскiльки сама логiка кодування i компресii принципово нелiнiйна.

Технологii широкосмугового доступу

Транспорт телевiзiйного зображення по РЖнтернет-мережах стала можливою тiльки з появою технологiй передачi даних, якi забезпечують необхiдну смугу пропускання каналiв зв'язку. З кожним роком з'являються новi технологii, направленi на пiдвищення ефективностi i продуктивностi розподiлених телекомунiкацiйних систем. Серед тих, що динамiчно розвиваються, але в той же час вже мiцно устояних i випробуваних часом i технологii Ethernet, xDSL, АТМ.

Приведений короткий огляд технiчних рiшень маi на метi встановлення прiоритетiв при ухваленнi рiшення про органiзацiю пiдключення широкосмугового каналу.

хDSL (digital subscriber line тАУ цифрова абонентська лiнiя) тАУ сiмейство технологiй, що дозволяють значно розширити пропускну спроможнiсть абонентськоi лiнii мiсцевоi телефонноi мережi шляхом використання ефективних лiнiйних кодiв i адаптивних методiв корекцii спотворень лiнii на основi сучасних досягнень мiкроелектронiки i методiв цифровоi обробки сигналу. Основна перевага даноi технологii в тому, що немаi необхiдностi прокладати кабель до абонента. Використовуються вже прокладенi телефоннi кабелi, на якi встановлюються сплiтеры. До основних типiв xDSL вiдносяться: ADSL, SDSL i VDSL. Всi цi технологii забезпечують високошвидкiсний цифровий доступ по абонентськiй телефоннiй лiнii.

ADSL (asymmetric digital subscriber line тАУ асиметрична цифрова абонентська лiнiя) тАУ варiант DSL, що дозволяi передавати данi користувачевi з швидкiстю до 8 Мбiт/с, а вiд користувача з швидкiстю до 1 Мбiт/с. Для прийому i передачi даних використовуються рiзнi канали: приймальний володii iстотно бiльшою пропускною спроможнiстю.

ADSL2 i ADSL2+ i модифiкацiями класичноi технологii ADSL. Вони розроблялися з урахуванням збiльшених вимог провайдерiв i кiнцевих користувачiв. У ADSL2 i ADSL 2+ при практично тiй же дальностi передачi, що i в ADSL, швидкостi збiльшенi до 12 i 25 Мбiт/с вiдповiдно. Крiм того, реалiзована функцiя адаптивноi змiни швидкостi.

SDSL (simple digital subscriber line тАУ симетрична високошвидкiсна цифрова абонентська лiнiя, що працюi по однiй парi). Вiдомо двi модифiкацii цього устаткування: MSDSL (багатошвидкiсна технологiя SDSL) i HDSL2, що мають вбудований механiзм адаптацii швидкостi передачi до параметрiв фiзичноi лiнii.

VDSL (very-high data rate digital subscriber line - надвисокошвидкiсна цифрова абонентська лiнiя) тАУ аналог технологii ADSL, вiдрiзняiться тим, що може працювати як в асиметричному, так i в симетричному режимi. В порiвняннi з ADSL, VDSL маi значно вищу швидкiсть передачi даних: вiд 13 до 52 Мбiт/с в напрямi вiд мережi до користувача i вiд 1,5 Мбiт/с вiд користувача до мережi при роботi в асиметричному режимi. Максимальна пропускна спроможнiсть лiнii VDSL при роботi в симетричному режимi складаi приблизно 26 Мбiт/с в кожному напрямi передачi

АТМ (asynchronous transfer mode тАУ асинхронний режим передачi) тАУ технологiя побудови мереж з комутацiiю кадрiв, що забезпечуi високошвидкiсну передачу даних шляхом посилки комiрок даних (кадрiв фiксованого розмiру) по широкосмугових локальних i глобальних обчислювальних мережах. АТМ дозволяi передавати з високою швидкiстю вiдео, аудiо i комп'ютернi данi разом з телефонними сигналами. Ця технологiя поiднуi в собi переваги пакетноi передачi i мережевоi комутацii з розподiлом смуги частот на вимогу. При асинхроннiй передачi данi перетворюються в пакети (комiрки) фiксованоi довжини, кожен з яких включаi п'ять байт заголовка, що мiстить iнформацiю про iдентифiкацiю i маршрутизацiю, i наступнi за ним 48 байт абонентськоi (корисною) iнформацii. Кожен пакет тривалiстю 53 байти слiдуi по певному мережевому шляху вiд посилаючоi сторони до приймача в мiсцi призначення (вiртуальний канал). Тут вiдновлюiться початкова iнформацiя. Завдяки своiй структурi ця технологiя забезпечуi передачу рiзноманiтноi iнформацii (телефонii, даних i вiдео) по iдинiй магiстралi. Швидкiсть передачi даних, з якою працюють комутатори АТМ тАУ 155Мбiт/с, хоча теоретично швидкiсть може скласти 1,2 Гбiт/с.

Ethernet тАУ мережева технологiя, визначена специфiкацiiю IEEE 802.3. Мережi Ethernet використовують метод CSMA/CD, що забезпечуi передачу даних по мережi з урахуванням випадкового суперечливого приходу пакетiв даних. Швидкiсть передачi даних складаi 10МБiт/с по кабелю типу тАЬвита паратАЭ, коаксiальному кабелю або волоконно-оптичному кабелю.

Fast Ethernet тАУ мережева технологiя, яка i розширенням технологii Ethernet. Мережi Fast Ethernet використовують метод CSMA/CD i передають данi iз швидкiстю 100МБит/с.

Optical Ethernet тАУ мережева технологiя, яка i розширенням технологii Ethernet. Швидкiсть передачi даних складаi 1Гбiт/с i 10ГБiт/с по волоконно-оптичному кабелю.

Основними перевагами технологii Ethernet i поширенiсть, ефективнiсть використання канальних ресурсiв, продуктивнiсть, вiдносно низька вартiсть устаткування i експлуатацii, простота пiдключення робочих мiсць. Fast Ethernet практично витiснив технологiю АТМ в областi пiдключення робочих мiсць. По тих же самих причинах (простота i низька вартiсть) гiгабитний Ethernet i 10-гiгабитний Ethernet в даний час стають привабливiшими для побудови опорних мереж, чим АТМ. Технологiя Ethernet дозволяi будувати мiжвузловi з'iднання протяжнiстю до 100 км. без промiжного пiдсилення i регенерацii при потенцiйно необмеженiй пропускнiй спроможностi.

Абонентський пристрiй (STB)

Декодування телеканалiв здiйснюiться безпосередньо на абонентському пристроi IP Set Top Box (рис.9), для проглядання потокового вiдео на телевiзорi або персональному комп'ютерi. Абонентський пристрiй STB з одного боку пiдключений до мережi, а з iншою маi з'iднання з телевiзором. Приставка декодуi вiдеоданi i виводить розшифроване вiдео на екран телевiзора. По сутi, це невеликий комп'ютер зi своiю операцiйною системою, MPEG-декодером i веб-браузером. Саме наявнiсть веб-браузера i IP-канала дозволяi реалiзувати iнтерактивнi сервiси. Обмiн командами управлiння i медiаматерiалами здiйснюiться через мережевий iнтерфейс.

Основнi вимоги до клiiнтського устаткування:

STB повинне бути пiдтримуваним провiдними постачальниками промiжного програмного забезпечення i систем умовного доступу;

можливiсть безпечного оновлення i обслуговування програмного забезпечення;

захист контента (сумiснiсть з безлiччю карткових i безкарткових програмних продуктiв, що забезпечують захист контента);

пiдтримка рiзних iнтерфейсiв;

пiдтримка безлiчi HTML браузерiв;

низьке енергоспоживання. Припускаi стабiльну роботу пристрою i його високу надiйнiсть;

простий i високоефективний дизайн призначений для користувача iнтерфейсу.

Технологii стиснення даних в каналах IP-TV

Вибiр стандарту вiдеокомпресii i виключно важливим аспектом планування оператором IP-TV мережi. Крiм класичних методiв стиснення вiдео i аудiоданих, сьогоднi знаходять застосування такi прогресивнi технологii як MPEG-4 AVC i SMPTE VC-1 (Windows Media VC-9).

MPEG-2. Це назва групи стандартiв цифрового кодування вiдео i аудiосигналiв, схвалених ISO тАУ Мiжнародною Органiзацiiю по стандартизации/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG). Стандарт MPEG-2 в основному використовуiться для кодування вiдео i аудiо при вiщаннi, включаючи супутникове вiщання i кабельне телебачення. MPEG-2 з деякими модифiкацiями також активно використовуiться як стандарт для стиснення DVD. MPEG-2 використовуiться для загального стиснення рухомих зображень i звуку i визначаi формат вiдеопотоку, який може бути представлений як три типи кадру, тАУ незалежно стислi кадри (I-кадри), кадри стиснутi з використанням прогнозу руху в одному напрямi (P-кадри) i кадри, стиснутi з використанням прогнозу руху в двох напрямах (B-кадри). Вiдповiднi групи кадрiв вiд одного I-кадра до iншого утворюють групу кадрiв GOP (Group оf Pictures). Зазвичай використовуються потоки в 25 або 29,97 кадрiв в секунду. MPEG-2 пiдтримуi вiдео i в прогресивнiй, i в черезстроковiй розгортцi.

Сьогоднi актуальними i два передовi формати стиснення тАУ вiдкритий стандарт MPEG4 AVC (H.264) i стандарт VC-1 створений на базi вiдеокодека Windows Media Video 9 вiд Microsoft.

Стандарт MPEG-4 AVC. Розроблений об'iднаною командою вiдеоекспертiв мiжнародноi органiзацii по стандартизацii (ISO) i мiжнародного союзу телекомунiкацiй (ITU), MPEG-4 AVC був в липнi 2003 формально затверджений як стандарт, вiдомий також як Part 10, H.264.

Особливостi MPEG4 AVC:

складнiший алгоритм надаi вищу ефективнiсть стиснення i вищу якiсть;

вимагаi швидкостi потоку бiльш нiж в 2 рази меншою в порiвняннi з MPEG-2 при рiвнiй якостi картинки;

пiдтримуi ефективнi iнструменти додатковоi ентропii такi як CABAC (context adaptive binary and arithmetic coding);

розмiр блоку компенсацii руху вiд 4×4 до 16×16;

множиннiсть опорних кадрiв;

мовний рiвень тАУ головний профайл ( main profile);

включений як формат стиснення для Blu-ray диска i HD DVD.

SMPTE VC-1. Цей формат стиснення вiдео i тАЬапаратноютАЭ реалiзацiiю вiдеокодека пакету Windows Media 9 Series, розробленого спочатку корпорацiiю Microsoft. В даний час VC-1 стандартизований органiзацiiю SMPTE (суспiльство iнженерiв кiно i телебачення). VC-1 пiдтримуi кодування як прогресивного так i черезстрокового вiдео. Для кодування використовуються компонентнi складовi вiдеоданих (яскравiстний i кольорорiзностнi сигнали). Схема оцифрування (дискретизацiя) яскравiстних i хроматичних даних 4:2:0, кожен компонент оцифровуiться 8 бiтами на вiдлiк. VC-1 забезпечуi дуже високу ефективнiсть компресii вiдео i аудiо та високу вiзуальну якiсть. Крiм того VC-1 / WMV9 також стандартизований як можливий формат компресii для новiтнiх форматiв вiдеодискiв таких як HD DVD i Blu-ray.

Особливостi Windows Media VC-1:

менш складний алгоритм, чим у MPEG4, вимагаi менше циклiв обробки i простiше реалiзуiться;

вимагаi меншоi, нiж MPEG-2, швидкостi потоку (бiльш нiж в 2 рази) при рiвнiй якостi картинки;

використовуiться кодування VLC (variable length coding);

розмiр блоку компенсацii руху 16×16;

використовуiться схема опорного кадру, подiбна MPEG-2;

мовний рiвень тАУ передовий профайл (advance profile);

включений як формат стиснення для Blu-ray диска i HD DVD.

Передовi вiдеокодеки (AVC) заснованi на принципах, використовуваних в стандартi MPEG-2 i мають багато загальних з ним елементiв, зокрема:

звичайна схема оцифрування яскравiстних i хроматичних даних 4:2:0;

скорочення надмiрних вiдеоданих, використовуючи IPB кадри;

розбиття зображення на блоки пiкселiв;

визначення наявностi динамiки (рухи) на основi аналiзу блокiв;

скалярне оцифрування даних.

Проте в AVC було додано багато важливих алгоритмiчних новацiй:

змiнний розмiр рухомих блокiв (16×16, складаiться з 4×4);

пошук руху четвiрок пiкселiв;

множиннiсть опорних кадрiв;

можливiсть використання B-кадра як опорного;

зважений прогноз;

цiле перетворення 4×4 (на вiдмiну вiд 8×8 DCT для MPEG2);

бiльш тАЬдрiбнозернистетАЭ квантування при оцифруваннi вiдео;

використання високоефективних алгоритмiв кодування CA-VLC i CABAC (context adaptive binary arithmetic coding);

вбудований фiльтр de-blocking filter для пiдвищення вiзуальноi якостi.

Порiвняння найважливiших принципiв кодування MPEG2 i MPEG4 AVC приведенi в таблицi 1.

Таблиця 1

Порiвняння принципiв кодування стандартiв MPEG2 i MPEG4 AVC

Не вдаючись до принципiв алгоритму кодування, вiдзначимо тiльки iстотнi для операторiв найважливiшi особливостi двох передових форматiв MPEG-4 AVC (H.264) i VC-1:

H.264 маi складнiший в порiвняннi з MPEG-2 алгоритм, надаi вищу ефективнiсть стиснення i вищу якiсть;

VC-1 маi менш складний алгоритм, чим у MPEG4, вимагаi менше циклiв обробки i простiше реалiзуiться;

H.264 i VC-1 вимагають швидкостi транспортного потоку бiльш нiж в 2 рази меншу в порiвняннi з MPEG-2 при збереженнi якостi картинки;

для H.264 мовний рiвень тАУ головний профайл (main profile);

для VC-1 мовний рiвень тАУ передовий профайл (advance profile);

обидва формати мають вбудований фiльтр придушення блоковоi структури зображення (de-blocking filter) для пiдвищення вiзуальноi якостi.

обидва формати стиснення включено як що рекомендуються для Blu-ray диска i HD DVD.

устаткування MPEG4 сьогоднi доступнiше, нiж для VC-1.

Об'iм трафiку при використаннi передових методiв вiдеокомпресii падаi бiльш нiж в 2 рази. Проте ситуацiя на ринку в частинi устаткування для цих нових стандартiв поки набагато гiрша. Вибiр устаткування менший, цiни набагато вищi. Проте, на ринку вже i якийсь мiнiмальний вибiр устаткування для H.264 i бiльшостi виробникiв оголосили про своi плани на пiдтримку H.264 в самий найближчий час. РЖз стандартом VC-1, який тiльки пiвроку тому отримав офiцiйний статус, ситуацiя поки дещо гiрша.

Ухваливши рiшення використовувати передовий формат стиснення i роблячи вибiр мiж H.264 i VC-1, оператор повинен враховувати не тiльки ефективнiсть стиснення, яка приблизно рiвна, але також повинен враховувати порядок i вартiсть лiцензiйних вiдрахувань.

Також стоiть питання, а чи слiдуi взагалi операторовi орiiнтуватися на передовi формати. З одного боку, IP-TV устаткування для MPEG-2, як головне, так i абонентське i достатньо широко поширеним, доступним i, крiм того, маi приiмну для оператора динамiку

Вместе с этим смотрят:

GPS-навигация

GPS-прийомник авиационный

IP-телефония и видеосвязь

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

Unix-подобные системы