Требования для iptv

Требования к IP-сетям для трансляции IPTV

Способность предложить доступные и надежные сервисы широковещательной трансляции программ IP-телевидения становится для провайдеров услуг жизненной необходимостью и залогом сохранения конкурентоспособности в отрасли, все более насыщенной разнообразными услугами. Удовлетворение ожиданий потребителей в отношении высококачественных услуг IP-телевидения требует архитектуры сети и систем маршрутизации, которые могут решить проблему широковещательной видеотрансляции по сети одновременно миллионам пользователей, наряду с необходимостью предоставления видео по запросу (VoD) в растущем объеме.

Операторы решительно двигаются к предоставлению разнообразных видеоуслуг через IP-инфраструктуру, с тем чтобы максимально увеличить доход, получаемый с каждого пользователя и сохранить конкурентоспособность. IP-сети придают дополнительную гибкость и уменьшают расходы как для телекомпаний, так и для операторов, которые в большей степени смещаются в сторону предложения взаимосвязанных услуг triple-play (передачи видеосигнала, аудио и данных) через конвергированную инфраструктуру. Также в последнее время в различных формах развивается и трансляция видео по Интернету – от самых свежих телевизионных шоу, доступных для скачивания, до местных общественных интернет-сайтов, информационное содержание которых пополняется самими пользователями. Однако этот тип видео, который обычно относят к классу потокового IP-видео, необходимо отличать от видео на уровне индустрии развлечений, которое в основном выводится на экраны большого размера, с тем чтобы обеспечить требуемое качество восприятия для зрителя, причем обычно в режиме реального времени. Предоставление сервиса трансляции видео на уровне развлекательной индустрии по сети IP, часто именуемое IP-телевидение (IPTV), включающее в себя телевизионное вещание по сети IP и видео по запросу (VoD), ставит перед операторами новые трудные задачи. Операторы вынуждены масштабировать свои сети и системы предоставления услуг на администрирование миллионов абонентов, выдерживая периоды пикового спроса и обеспечивая превосходное качество восприятия для зрителей, при этом балансируя между расширением пропускной способности сети и эффективностью капитальных вложений. Данная статья фокусирует внимание на проблемах и решениях в сфере масштабируемых услуг по телевизионному вещанию в сетях IP (IPTV).

Широковещательная видеотрансляция по сети на уровне индустрии развлечений в случае как телевидения стандартной четкости (SDTV), так и телевидения высокой четкости (HDTV) сталкивается с проблемой ожидания со стороны потребителя высокого качества. По аналогии с гудком в телефонной трубке традиционной телефонной сети общего пользования зрители ожидают, что широковещательная видеотрансляция по сети в их телеприемниках будет «просто работать». Зрители не желают терпеть неудобства из-за ухудшения качества передачи или прерывания программ, и это означает, что поставщик услуг обязан обеспечивать качество услуги предоставления широковещательной видеотрансляции по сети, защищая ее от исчезновения сигнала или деградации изображения. Низкое качество передачи или частые прерывания видеосервиса, особенно телевизионного вещания, будут означать для оператора потерю клиентов.

Видеосигнал, передаваемый по сети IP, весьма чувствителен к потерям пакетов данных, так как чаще всего передается в сильно сжатом виде с использованием механизмов кодирования MPEG-2 и MPEG-4. По причине того, что эти видеокодеки не восстанавливаются при пакетных потерях на сетевом уровне, потеря даже единственного пакета IP-инкапсулированного видео может привести к заметному ухудшению качества видеоизображения.

Видеокодеки обычно получают поток в стандарте MPEG-2 или MPEG-4, который состоит из трех типов кадров: I, P и B.

  • Кадры типа I являются внутренними кадрами (intra frames) и содержат информацию для описания целого кадра в пределах видеопотока. Это дубликаты отдельных кадров, которые могут использоваться для воссоздания всей информации об изображении в пределах потока.
  • Тип Р – это предсказуемые кадры (predictive frames); они используют информацию предыдущих кадров типа I или P для воссоздания самих себя в качестве полного изображения.
  • Кадры типа В являются двунаправленными (bidirectional), для полной прорисовки они нуждаются в информации как из предыдущих, так и из последующих кадров последовательности.

Для создания группы изображений (GOP) кодировщик или декодер стандарта MPEG использует в потоке последовательность кадров типа I и следующих за ними кадров типа P или B. Группа изображений – это некоторое количество кадров в промежутке между следующими друг за другом кадрами типа I, как показано на рисунке 1. В телевизионном вещании стандартной четкости (SDTV) группа изображений варьируется от 12 кадров в сигнале стандарта PAL с частотой 25 кадров в секунду до 15 кадров в сигнале стандарта NTSC с частотой 30 кадров в секунду, и это означает, что кадр типа I отсылается примерно каждые полсекунды.

Рисунок 1. Группа изображений (GOP) в потоковом видео стандарта MPEG

Кодирование последовательности группы изображений в потоке MPEG позволяет значительно снизить требования к пропускной способности, достигая более управляемых диапазонов скорости передачи, характерных для сегодняшних сетей. Тем не менее, взаимозависимость кадров типа P и B от кадра типа I выдвигает требование обеспечения высокой надежности при передаче по сети. Утеря кадра типа I может привести к внедрению в передачу явно видимых ложных изображений (называемых артифактами), таких как пикселизация, укрупнение составных частей видеоизображения или даже потеря кадра, что ухудшает впечатление пользователя от видеопросмотра.

В настоящее время сети многих операторов поддерживают некоторые типы механизмов постоянной сетевой доступности, с тем чтобы обеспечивать защиту в случае неисправности узла или канала. Однако тесты показали, что потеря единственного пакета IP, содержащего кадр типа I в составе группы изображений одиночного программного транспортного потока (SPTS), может привести к значительному ухудшению впечатления от просмотра.

Рисунок 2. Влияние потерь пакета IP на результаты просмотра для потока MPEG

Как показано на рисунке 2, потеря единственного пакета может иметь следствием ухудшение просмотра в течение одной секунды, а при последовательной непрерывной потере до 1000 пакетов ухудшение просмотра может доходить до 4 секунд. Согласно отраслевым нормам, качество восприятия видеоизображения считается приемлемым, если в течение двух часов передачи случается не более одного видимого ухудшения изображения.

Соответствующим качеством обслуживания (QoS) сети для измерения данного параметра допускается уровень потерь пакетов приблизительно один пакет на миллион (10-6). Для операторов, предоставляющих услуги IPTV, максимальный уровень потерь пакетов 10-6 является базисным требованием на рынке.

Передача видеосигнала по сети имеет значительно более строгие, чем при оказании обычных услуг по передаче голоса по протоколу IP, требования к колебаниям задержки и потерям пакетов. Удовлетворение этого требования – достаточно нетривиальная задача, особенно, учитывая динамический характер интернет-трафика, который, в свою очередь, может содержать в себе потоковое IP-видео. Более того, инфраструктура сети сервис-провайдера должна продолжать поддерживать и существующие услуги по передаче голоса и корпоративного сервиса виртуальных частных сетей. Поэтому IP-сеть нового поколения должна предоставлять некие механизмы изоляции и разделения сервисов, сохраняя при этом общую базу в виде IP-протокола.

Для обеспечения качества сервиса при распространении видеопрограмм на требуемом уровне сеть сервис-провайдера должна быть надежной и масштабируемой. Поддержка видео должна осуществляться на уровнях магистрали, распределения и уровне сети доступа. Сети, архитектура которых предназначена для передачи видеопрограмм, обычно разбиваются на три функциональные области. Это центральный головной узел (SHE), станция видеоконцентраторов (VHO), станция видеокоммутации (VSO). Операторы кабельных сетей могут иметь аналогичную структуру, но использовать другую терминологию для данных функциональных областей сети.

  • Центральный головной узел (SHE). Центральный головной узел получает сигналы со спутника, по которым передаются записи программ или передачи в прямом эфире станций телерадиовещания. Кроме того, центральный головной узел может получать со спутника содержание для услуг видео по запросу, хранить записи VoD и включать вспомогательные системы, такие, например, как база данных подписчиков. В последних архитектурах видеопередачи определяются два центральных головных узла национального уровня для резервирования при влиянии солнечной активности, которые располагаются в ядре сети, один головной узел служит основным, а другой – резервным. Хотя большинство новых сетей видеопередачи построены по этой архитектуре, многие действующие провайдеры видеоуслуг имеют также спутниковые приемные станции в каждом регионе, что приводит к увеличению суммарных расходов на эксплуатацию. Используя IP-сеть нового поколения, провайдеры видеоуслуг имеют возможность объединить множество приемных станций и использовать в национальном масштабе только основную и резервную. Основная задача центрального головного узла – предоставление пакетов каналов, ресурсов видео по запросу (VoD) и нишевых программ регионам по IP-сети нового поколения.
  • Станция видеоконцентраторов (VHO). Станции видеоконцентраторов часто оборудованы кодировщиками программ местных станций телевещания и каналов, по которым транслируются общественные передачи, образовательные программы и официальные сообщения (PEG channels), серверами видео по запросу (VoD), а также маршрутизаторами для подключения к магистральной сети и сетям распределения. Как правило, сервис-провайдеры поддерживают некоторое количество региональных VHO, преимущественно в городских районах плотной застройки, которые обслуживают от 100 тысяч до 500 тысяч абонентов. Кроме того, станции видеоконцентраторов могут обеспечивать подключения для предоставления бизнес-сервисов, таких как виртуальные частные сети 2-го и 3-го уровней (VPN).
  • Центральная АТС и станция видеокоммутации (VSO) – содержат агрегирующие маршрутизаторы и DSLAM’ы, основная задача которых – агрегация пользовательского трафика.

Для создания группы изображений (GOP) кодировщик или декодер стандарта MPEG использует в потоке последовательность кадров типа I и следующих за ними кадров типа P или B. Группа изображений – это некоторое количество кадров в промежутке между следующими друг за другом кадрами типа I, как показано на рисунке 1. В телевизионном вещании стандартной четкости (SDTV) группа изображений варьируется от 12 кадров в сигнале стандарта PAL с частотой 25 кадров в секунду до 15 кадров в сигнале стандарта NTSC с частотой 30 кадров в секунду, и это означает, что кадр типа I отсылается примерно каждые полсекунды.

Ознакомьтесь так же:  Приказ 227 от 17.03.2019 министерство спорта

Традиционная теория IP-коммуникаций предусматривает два варианта отправки пакетов от источника – отправку в адрес одного получателя (одноадресная передача – unicast) или в адрес всех получателей (широковещательная передача – broadcast). Многоадресная IP-рассылка (multicast) обеспечивает также другой вариант рассылки, предусматривая отправку источником пакетов информации в адрес групп, которым дается определение «группа многоадресной рассылки». Механизм, известный под названием «передача по любому адресу» (anicast), применяемый для обеспечения дополнительной надежности, дает возможность повторного использования IP-адресов многочисленными устройствами. Данный механизм может использоваться совместно с многоадресной рассылкой, для того чтобы гарантировать, что при отказе источник потока многоадресной рассылки не будет являться единственным местом отказа. Такой сценарий достигается посредством использования двух источников пакетов многоадресной рассылки, сконфигурированных с одинаковыми IP-адресами источника (и адресами назначения), но расположенных в разных местах сети, позволяя сети определять один из них в качестве оптимального к использованию на данный момент времени.

Многоадресная IP-рассылка является проверенной технологией, специально разработанной для уменьшения сетевого трафика посредством предоставления одиночного видеопотока потенциально миллионам получателей одновременно. Заменяя выделенные потоки для каждого получателя на унифицированный поток для всех, многоадресная IP-рассылка снимает тяжелую нагрузку с промежуточных маршрутизаторов и уменьшает общий сетевой трафик. В сети именно маршрутизаторы отвечают за тиражирование и распространение многоадресного контента в адрес получателей, имеющих соответствующие права.

Обычно с целью обеспечения надежности операторы устанавливали в каждом узле сети по два маршрутизатора, связанных между собой каналами. Однако с ростом потребностей видеотрафика, учитывая неадекватные возможности по наращиванию емкости существующих маршрутизаторов, операторы вынуждены были добавить новые устройства и соответствующие каналы, что усложняет схему и приводит к дополнительным расходам.

Основное преимущество масштабируемой многостоечной системы состоит в том, что провайдеры могут избежать использования дорогостоящих высокоскоростных каналов и интерфейсов между многочисленными маршрутизаторами в точке присутствия оператора (POP), так как возможность такого соединения обеспечивается самой многостоечной фабрикой. В результате общая емкость системы и портов может быть освобождена для обеспечения пропускной способности клиентского трафика и приложений.

Реализация многоадресной рассылки в многостоечных и одностоечных системах маршрутизации различается по используемой архитектуре, которая влияет на общую производительность, масштабируемость сервиса и восприятие пользователя IPTV. Два основных варианта различаются по тому месту, где производится репликация трафика multicast: на линейной карте или в матрице коммутации.

Репликация на линейной карте

При репликации на линейной карте в случае поступления на маршрутизатор сообщения о Подключении (Join) (2) (запрос абонента на подписку на многоадресный поток или группу), как показано на рисунке 3а (слева), принимающая линейная карта делает запрос на линейную карту (обычно через центральный маршрутный процессор), на которую поступает входящий поток, и получает копию данных, как это и показано (3). В определенных схемах при репликации на линейных картах поступающие друг за другом сообщения на Подключении (Join) подают свой запрос на дополнительные копии данных на карту, подключившуюся к этому потоку последней, а не на ту, на которую поступает источник потока. Это происходит при наступлении определенного лимита на потоки репликации (2, 3, 4 и 5 в данном примере). При репликации на линейных картах для распределения трафика многоадресной рассылки получателям внутри системы маршрутизатора создается древовидная структура.

Такой подход к репликации имеет несколько существенных недостатков. Во-первых, из-за того, что репликация выполняется на входящих и исходящих линейных картах, один и тот же поток многоадресной рассылки пересекает матрицу коммутации множество раз. Чем больше подключившихся к потоку, тем более матрица маршрутизатора загружается одинаковыми копиями пакетов. Во-вторых, из-за того, что линейные карты заняты репликацией трафика multicast, производительность коммутации на картах ограничена, их загрузка может отрицательно сказаться на коммутации трафика unicast.

И наконец, когда на одну из линейных карт, участвующих в репликации, прибывает сообщение об Отключении/Prune (2) (запрос на отключение от потока многоадресной рассылки), например, когда от передачи программы IP-телевидения отключается последний зритель, этот узел (карта) удаляется из древовидной структуры многоадресной рассылки, запрещая все репликации от данной линейной карты к другим соседним по дереву узлам (4 и 5), как показано справа на рисунке 3б. Данное действие вызывает реконвергенцию древовидной структуры многоадресной рассылки, что приводит к серьезной деградации работающих сессий multicast IPTV на нижестоящих по дереву узлах, продолжающих прием передач IPTV и потенциально готовых к полному разрыву этих сессий.

Рисунок 3. Неоптимальная схема репликации на линейных картах для многоадресной рассылки

Значительные ограничения использования такой схемы репликации потоков multicast создают ограничения по масштабированию на уровне сети и на уровне услуг для операторов, желающих развернуть услуги IPTV в магистрали IP или MPLS-сети и нуждающихся в масштабировании до миллионов одновременно получающих услугу зрителей.

Репликация в матрице коммутации

Трехэтапная, интеллектуальная и маршрутизирующая топология матрицы коммутации Бенеша (для примера используется маршрутизатор Cisco CRS-1) использует репликацию пакетов многоадресной рассылки в матрице и на линейной скорости (рисунок 4). Такая реализация устраняет сложность и снимает чрезмерную нагрузку с элементов коммутации на линейных картах и используется во многих матричных системах маршрутизации.

Матричная топология также разделяет сервисы посредством использования отдельных наборов аппаратных приоритетных очередей для трафика multicast, unicast и управляющих сообщений. Использование выделенных очередей позволяет гарантировать ячейкам в матрице коммутации требуемые характеристики по задержке и колебаниям задержки, что особенно важно, когда сервисы по трансляции видеопрограмм и передаче голоса по IP-сети (VoIP) смешиваются c best-effort приложениями данных на мультигигабитных скоростях.

Топология Бенеша состоит из трех стадий, как показано на рисунке 4. Стадия 1 (S1) принимает ячейки с входящей карты и распределяет их по картам матрицы стадии 2 (S2). Стадия 2 выполняет многоадресную репликацию, используя идентификаторы матричных групп (FGID) и доставляя ячейки на соответствующую карту матрицы стадии 3 (S3) с использованием нескольких очередей приоритетности как для одноадресного, так и для многоадресного трафика. Используемая система буферизации ускоряет трафик при выходе стадии 2. Стадия 3, используя идентификаторы FGID, реплицирует ячейки на соответствующую выходную линейную карту, которая затем вновь собирает пакеты из ячеек и доставляет их на соответствующий интерфейс или сабинтерфейс.

Отключение/Prune или отказ любого из приемников не производит нежелательного общесистемного эффекта, в отличие от механизмов репликации на линейных картах, и не влияет на восприятие любого другого потребителя IPTV в системе. Кроме того, поскольку репликация выполняется матрицей коммутации, ее емкость эффективно используется для максимизации общего масштабирования системы и исключает повторные проходы потока multicast через матрицу.

Рисунок 4. Архитектура интеллектуальной матрицы коммутации Cisco CRS-1 с поддержкой репликации multicast в матрице коммутации

Сетевая надежность для широковещательной видеотрансляции

Потребительские ожидания в отношении качества широковещательной видеотрансляции растут, и операторам необходимо дифференцировать свои предложения по трансляции видео на основании параметров качества и общей надежности. Широковещательная видеотрансляция требует быстрейшего восстановления сервиса и гарантированной доставки, потому что аварийные отключения имеют потенциальное влияние на очень широкую аудиторию – миллионы пользователей. Удовлетворение этих ожиданий требует высокой степени надежности от всей сетевой инфраструктуры.

Для того чтобы успешно решать эти проблемы и обеспечить надежный транспорт видеопрограмм, операторы должны тщательно продумать архитектуру сети, которая обеспечивает сложившееся зрительское восприятие даже в случае сетевого отказа или нестабильной работы, достигая этого с помощью выхода за рамки обычных механизмов обеспечения надежности, существующих в отрасли. Операторы будут особенно нуждаться в архитектуре сети с разнесением маршрутов трафика, чтобы исключить наличие отдельной точки отказа и в целях предоставления надежной широковещательной видеотрансляции.

Разнесение маршрутов (путей)

Получение видеоизображения от двух источников (dual-live) подразумевает возможность для клиента получать идентичный контент с одного или двух источников по двум раздельным путям. При возникновении ошибки в видеопотоке у получателя есть возможность переключения с одного потока или источника на другой.

Есть вопросы?
Обращайтесь в «Аквилон-А», чтобы узнать подробности и получить именно то, что вам требуется.

Требования для iptv

IPTV или Телевидение по протоколу интернета — технология (стандарт) цифрового телевидения в сетях передачи данных по протоколу IP, новое поколение телевидения.Это новая технология, которая позволяет эффективно передавать телевизионный канал через публичный Интернет. В отличие от таких традиционных видов цифрового телевидения как эфирное, кабельное или спутниковое — IPTV – это полностью интерактивный сервис, функционирующий в Интернете.

В качестве клиентского оборудования могут выступать все компьютеры (соответствующие системным требованиям), специализированные ТВ приставки, медиа-плееры, телевизоры с технологией SmartTV, мобильные устройства. На программном уровне доступ к ресурсам IPTV может осуществляться как при помощи специальных приложений (программ), так и при помощи обычного интернет-браузера, встроенного в устройство.

Главным достоинством IPTV является интерактивность и возможность предоставления пользователям широкого набора дополнительных услуг, связанных с потреблением контента . Возможности протокола IP позволяют предоставлять не только видеоуслуги, но и гораздо более широкий спектр интерактивных услуг.

Ознакомьтесь так же:  Займ под залог имущества это

  • Качество и количество каналов, как у спутникового ТВ. IPTV-приставка (Set-top box) гораздо меньшего размера и обладает более низким энергопотреблением в сравнении с аналогичными устройствами (тюнерами) для кабельного или спутникового ТВ.
  • Высокая стабильность вещания.

И главное — всеми этими возможностями можно управлять с компьютера или экрана телевизора простым нажатием кнопок.

Преимущество IPTV перед аналоговым кабельным ТВ:Изображение и звук обычно качественнее, вплоть до HD-разрешения и 5.1-канального аудио :

  • HDTV (High-Definition Television) — это новый стандарт телевидения, который обеспечивает намного лучшее качество изображения по сравнению с существующими. Сочетание качественного видеоряда, информативных комментариев и оригинального оформления определяют неповторимый образ каналов транслируемых в формате высокой четкости HD.
  • Цифровая технология IPTV обеспечивает более качественный звук, чем привычный нам аналоговый способ вещания при котором трансляция звука ведется в один (моно) или максимум два (стерео) канала.
  • «Видео по требованию» — это возможность посмотреть любимый фильм в любое время, выбрав его в каталоге. Живое управление эфиром — это возможность поставить воспроизведение на паузуи вернуться к просмотру в любое время, а также возможность перемотки трансляции в прямом эфире. Есть возможность записи прямого эфира телеперадач.
  • Отличное изображение передаваемой картинки.
  • Качество приема не зависит от погодных условий.
  • Количество каналов постоянно увеличивается.
  • Интеграция телевизионного вещания с Интернет (автоматическое обновление программы телепередач, прогнозы погоды, курсы валют, выход с телевизора в Интернет).
  • Удобство подключения и последующего использования, как у кабельного ТВ.

Системные требования

Минимальные системные требования к ПК для просмотра IPTV:

CPU Pentium III или Athlon 1000MHz
RAM 256Мб
Ethernet adapter 100 Mbit
Видеоадаптер 64 Мб
Звуковая карта
Платформа: Windows 7, Vista, XP

Для просмотра каналов высокой четкости (HD)

Минимальные:
Процессор: 2.2 GHz Pentium 4 и выше
Оперативная память: 512MB и более
Видекарта: 128MB

Рекомендуемые:
Процессор: 2.8 GHz Pentium 4 и выше
Оперативная память: 1Gb и более
Видеокарта: 256MB и более

Системные требования для просмотра на телевизоре:
Телевизионная приставка (STB), рекомендуемая Провайдером
Маршрутизатор (для одновременной работы IPTV и Интернета)
Наличие у телевизора AV- и/или HDMI-входа

HDMI-вход возможнен с поддержкой следующих разрешений: 1080i, 1080p, 720p, 576p, 480р, PAL, NTSC — выделены рекомендуемые значения для настройках видеовыхода приставки (STB).
AV-выход приставки используется для подключения к композитному входу телевизора. Как правило, такими телевизорами являются модели без HDMI-входа (кинескопные). При этом используется AV-кабель с коннекторами «тюльпан» («желтый» — видео, «белый» и «красный» — аудио). В этом случае, видеовыход приставки настраивается только в PAL.
* Просмотр HD-каналов при подключении через AV-вход возможен только в стандартном качестве (SD), т.е с ухудшением качества.
** При подключении через HDMI убедитесь, что в настройке приставки указан соответствующий вашему телевизору видео-выход (не PAL). Иначе качество картинки будет сильно отличаться от ожидаемого
*** В базовую комплтектацию приставки HDMI-шнур не входит

Системные требования к маршрутизатору
Поддержка работы с IGMP (мультикаст)

Просмотр через Wi-Fi не рекомендуется.
Если используется роутер, которого нет в списке рекомендуемых, необходимо проверить его способность поддерживать IPTV.

Построение мультисервисной сети IPTV

Ни для кого не секрет что в России к 2015 году телевизионные каналы переведут в цифровое вещание. Многие регионы заявляют о переходе к цифровому ТВ в ближайшие 2 года. Большой интерес в связи с этим вызывает технология Triple Play, которая позволяет при одном физическом подключении получать сразу три обширных сервиса: интернет, IP-телефонию, IPTV. Triple Play получит широкое распространение в широкополосных сетях общего доступа, там где связь между абонентом и провайдером налажена прочно. Triple Play позволяет провайдеру существенно поднять доходность своей сети и снизить суммарный простой связей.

Важнейшей частью Triple Play является IPTV. Как следует из названия. это технология передачи телевидения через IP протокол. Телевидение принимается со спутника в видео центре провайдера и разворачивается в потоки MPEG-2, MPEG-4 или HD. Далее через развитую инфраструктуру широкополосных сетей доставляется абоненту на так называемый Set Top Box (STB) – высокотехнологичную приставку к телевизору. STB является клиентской частью системы. Абонент управляет вещанием TV с помощью ИК дистанционного пульта подобно тому как мы переключаем обычные каналы аналогового TV.

Мультисервисная сеть – комплекс программно-аппаратных средств для продажи услуг именуемых сервисами. Это комплекс программно-аппаратных средств захвата, обработки, хранения, учета и передачи через сеть пользователю аудио– и видео-информации с целью ее круглосуточной продажи.

Мультисервисная сеть через которую подается IPTV дает намного более высокий уровень сервиса чем аналоговое TV. Абонент может заказывать пакет тех услуг которые ему нужны, например выбирать набор телевизионных каналов в зависимости от своих пожеланий. Технология TimeShift позволяет переносить просмотр по времени, а значит смотреть нужные передачи в нужное время. Также в такой сети возможны функции видеомагнитофона, т.е. записи интересующей программы в архив абонента. Video On Demand (VoD) – платная услуга, которая позволяет пользователю заказывать телевизионные программы, видеофильмы с использованием определенного меню. Выбранная программа начинает немедленно передаваться на STB пользователя. При этом абонент имеет возможность использовать некоторые дополнительные функции, такие как пауза, перемотка.


Концептуальная модель мультисервисной сети IPTV

Сервис VoD обеспечивает возможность передачи контента, хранимого на серверах VoD, по запросу подписчика, причем источником контента может быть как информация записанная из видеоданных реального времени, так и оцифрованная видео– и аудиопродукция.

В сетях IPTV становится возможной адресная реклама на основе интересов абонента и статистики. Статистические исследования аудитории выходят на совершенно другой уровень. IPTV – телевидение с обратной связью. Различные токшоу теперь смогут в прямом эфире объявлять голосование через интернет, или, более того, станут возможными видео-звонки от телезрителей, что совсем недавно было кадрами из фантастических фильмов – видеозвонок через экран TV.

2 Мультисервисная сеть

2.2 Основные компоненты мультисервисной сети

Основная функция головной станции – захват контента из различных источников, упаковка контента в капсулы и передача в сеть раздельно (например по каналам).

Формирование видео-контента в форматах DVB-ASI (SPTS/MPTS) производится «обычной» цифровой головной станцией DVB, которая часто уже существует у оператора связи и уже некоторое время обслуживает его кабельную DVB-C сеть. В самом простейшем случае это комплект спутниковых цифровых приемников с ASI-выходом. [1]

Требования к головной станции IPTV

  • возможность получать входной видео-контент из различных источников: DVB, аналоговое ТВ, IPTV других сетей, несжатое видео передаваемое через сеть (например с IP видеокамер), файловые архивы (в том числе Blue-Ray, HD-DVD, DVD, VCD); в различных цифровых форматах (ASI, IP, ATM, SDI);
  • полная гибкость в обработке видео-потока (трансрейтинг, транскодинг, энкодинг, мультиплексирование, поддержка адресации трафика multicast и unicast);
  • поддержка QoS тэгов, которые позволяют маркировать исходящий трафик для поддержания качества сервиса;
  • возможность предоставления сервисов через разные физические типы транспортных сетей (DSL, опто-волокно (Ethernet), медный канал (Ethernet) );
  • MPEG-2, MPEG4, HD-кодирование;
  • MPEG-2 в MPEG4-транскодирование;

Также к головной IPTV станции могут предъявляться и обычные для любого головного оборудования требования:

  • автоматическое резервирование (n+1, 1+1), «горячая» замена модулей;
  • гибкое наращивание функций и сервисов, масштабирование;
  • легкое и интуитивное конфигурирование и управление.

На российском рынке наиболее известны четыре производителя IP-TV головных станций, это Scopus Video Networks, Terayon Communication Systems, Optibase и Tandberg Television.

Головная станция на основе свободного ПО

В качестве альтернативы дорогим специализированным головным станциям могут использоваться станции под управлением ОС Linux или FreeBSD. Эти операционные системы очень гибки, быстры и действительно надежны для выполнения возложенных задач по управлению головной станцией. В качестве сервера захвата видео и инкапсуляции, с последующим вещанием по IP сети, может использоваться свободное ПО VLC player, или его серверный вариант VLC server, которые являются частью проекта «VideoLAN project». Данные сервера вещания обладают достаточно широкими возможностями для IPTV вещания, в том числе: transcoding, transraiting, сбор видео из различных источников (DVB, IP поток, Локальный файл, DVD, VCD, TV-тюнер), инкапсуляция видеосигнала в форматы MPEG PS, MPEG TS, MPEG 1, RAW, ASF, MP4, MOV; поддержка всех современных стандартов сжатия видео, включая HDTV; возможности VoD, QoS тэгинг и пр. [11]

Напомним что за свободное ПО, которое распространяется под лицензией GPL не нужно платить денег, что существенно сократит расходы небольших компаний-провайдеров. По сути расходы будут сведены к покупке аппаратной платформы станций захвата видео и преобразования видео-потока. Операционная система и ПО установленное на станциях не потребуют никаких вложений кроме их настройки.

В качестве аппаратной платформы для головной станции на основе свободного ПО могут выступать надежные сервера ведущих производителей таких как Hewlett-Packard, IBM, SUN и других.

На сервер вещания устанавливается операционная система Linux или BSD, DVB карты для приема сигнала со спутников, VLC player для захвата и обработки сигнала, инкапсуляции и вещания в сеть посредством multicast. Для захвата аналогового видео может использоваться любой качественный TV-тюнер работающий под ОС Linux.

Основная городская локальная сеть называемая магистралью представляет собой 10 Gb сеть, построенную на управляемых коммутаторах, как минимум, 3-го уровня. В свою очередь основная городская магистраль делится на районные сегменты. Районный сегмент представляет собой 1-10 Gb сеть, построенную на управляемых коммутаторах 2-го и 3го уровня. По магистральной сети осуществляется передача цифрового контента до домовой сети пользователя. В роли контента выступает IPTV, VoD, Internet, сетевые игры, музыкальный контент, пр. контент.

Ознакомьтесь так же:  Как написать заявление о разводе в суд образец 2019

Устройства, подключенные к домовой сети пользователя, представляют собой пространство пользователя. Это может быть один или несколько персональных компьютеров, телевизионная приставка Set Top Box (STB), система пожарной безопасности, охранная сигнализация, др. Ethernet устройства.

Кэширующие зеркала VoD

Организация системы VoD подразумевает использование серверных кластеров VoD и системы управления контентом VoD. Серверы VoD осуществляют хранение контента и формирование потоков видеоинформации по запросу абонента, с персональной передачей его на unicast-адрес абонента. В видеоцентре может хранится весь видео контент VoD. Вещание производит VoD сервер, но только в том случае если запрошенного контента не оказалось ни на одном из VoD зеркал, которые установлены на каждый районный сегмент мультисервисной сети.

Сервер VoD представляет собой сервер с большим дисковым пространством, несколькими сетевыми интерфейсами и специализированным программным обеспечением для передачи контента подписчикам. Серверы объединяются в кластеры, что позволяет осуществлять масштабирование, как по числу подписчиков, так и по емкости архива контента.

Построение системы распределения контента позволяет хранить непосредственно на серверах VoD лишь небольшую часть всего контента, доступного в сети, как правило наиболее часто запрашиваемый контент, это существенно снижает требования к оборудованию и пропускной способности сети. Основная масса контента может храниться в одном или нескольких центрах данных.

Для обеспечения безопасности пользователей, вся информация о состоянии счета и личных данных абонента резервируется на специальном сервере. Данные абонентов собираются со всех районных серверов. Такой подход обеспечивает повышенную надежность системы биллинга.

Управление IPTV и VoD (Middleware)

Middleware – промежуточное ПО которое связывает воедино все компоненты мультисервисной сети : головную станцию, биллинг (систему расчета с абонентами), БД видеоконтента и клиентскую часть системы (PC, STB) ; осуществляет контроль доступа абонентов к контенту, логирование потребления услуг, резервирование БД абонентов, предоставляет наполнение меню услуг на STB, принимает и обрабатывет запросы абонента с STB. Работа клиентского STB без Middleware невозможна. Кроме того Middleware и STB обязательно должны быть совместимыми.

2.2.7 Пользовательская приставка Set Top Box

STB (Set Top Box) – Универсальная высокотехнологичная приставка к телевизору для потребеления абонентом услуг мультисервисной сети без использования персонального компьютера.

Управление приставкой производится при помощи ИК пульта дистанционного управления, комплекта беспроводной клавиатуры и/или указывающего устройства.

Потребление и управление услугами осуществляется через пользовательское меню STB.

2.2.7.1 Общие требования к STB

  • Низкая стоимость. Отсюда требование к ОС и периферийному ПО STB – распространение по лицензии GPL • Гибкость. Возможность работы без жесткого диска, т.е. необходима поддержка загрузки всего ПО STB по сети, в том числе ядра операционной системы. Возможность хранения настроек пользователя на стороне сети. Возможность обновления ПО STB без вторжения в пространство пользователя. Конфигурация STB и наполнение меню должно производиться полностью на стороне серверов сети, это позволяет достичь необходимой гибкости STB и исключить вторжение в пространство пользователя, что является принципиально важным моментом.
  • Масштабируемость. Возможность выполнения решения с различными опциями (жесткий диск, оптический привод, беспроводные устройства и пр)
  • Достаточная производительность ЦП для воспроизведения видео в том числе в HDTV.
  • Достаточный объем оперативной памяти для одновременной работы меню, проигрывателя, браузера. Как следствие – однородость графической среды
  • Стабильность
  • Поддержка современных форматов инкапсуляции и декомпрессии аудио и видео (кодеки)
  • Поддержка широкого набора методов вывода графической информации (картинки). Различные видео разъемы
  • Низкое энергопотребление и, как следствие, низкое тепловыделение и шум
  • Возможность подключения дополнительных устройств (USB 2.0, PCI, дополнительный модули оперативной памяти, SATA/IDE устройства, IK порт, Bluetooth)

Требования к программной части STB

  • Лицензия GPL
  • Стабильность
  • Производительность
  • Поддержка графического интерфейса
  • Поддержка сети и всех современных аппаратных устройств (соответствие стандартам)
  • Богатый набор библиотек и программного обеспечения (Распространенность и соответствие стандартам)
  • Многозадачная
  • Программная безопасность (Разделение адресных пространств программ, разграничение доступа на уровне пользователей, групп и ресурсов)
  • Сетевая безопасность
  • Хорошо документирована
  • Поддержка загрузки ядра ОС из сети
  • Поддержка корня файловой системы расположенного удаленно на сервере сети
  • Лицензия GPL
  • Высокая производительность
  • Низкое потребление оперативной памяти
  • Управление с клавиатуры всеми основными функциями
  • Поддержка всевозможных кодеков, форматов и методов инкапсуляции видеопотока
  • Поддержка HDTV
  • Поддержка протоколов HTTP, MMSH, RTP, RTSP, UDP, TCP и multicast
  • Лицензия GPL
  • Высокая производительность
  • Низкое потребление оперативной памяти
  • Управление с клавиатуры всеми основными функциями, в том числе навигацией
  • Поддержка таблиц, фреймов, JavaScript
  • Поддержка закладок
  • Высокая производительность
  • Низкое потребление оперативной памяти
  • Управление с клавиатуры всеми основными функциями
  • Обеспечение доступа ко всем сервисам сети Эргономичность
  • Современный графический интерфейс (GUI)
  • Возможность фильтрации контента по жанру для ограничения доступа детей

ПО поддержки ИК пульта ДУ

  • Лицензия GPL
  • Высокая производительность
  • Низкое потребление оперативной памяти
  • Совместимость со стандартными ИК пультами
  • Гибкость в настройке
  • Возможность преобразования событий ИК пульта в события клавиатуры графического сервера ОС
  • Поддержка набора текста подобного тому что реализован в мобильных телефонах (T9)

Операционная система для STB

Операционная система Linux, непревзойденная по своей гибкости, стабильности и производительности. Linux позволяет организовывать бесдисковые станции с удаленной загрузкой ядра и корня файловой системы по сети.

ОС Linux бесплатна (под лицензией GPL), поддерживает весь спектр современных периферийных аппаратных устройств, а также в своем богатейшем количестве дистрибутивов имеет все мыслимое и немыслимое программное обеспечение, которое также распространяется бесплатно по лицензии GPL. Кроме того, Linux создана в результате творчества независимых программистов по всему миру и потому имеет великолепное API для программирования, кроме того, в мире имеется огромное количество библиотек для Linux; все это ускоряет процесс создания и величину самоотдачи программиста. Сказать, что Linux очень хорошо документирован – не сказать ничего. Он просто детально расписан сообществом FSF (Free Software Foundation). Документацию по Linux пишут в мире все кому не лень.

Linux поддерживает совремнный и суперсовременный графический интерфес. Суперсовременный имеется ввиду возможность использования трехмерных графических ускорителей для отрисовки трехмерного интерфейса доступа к системе. При этом в коде существующих программ не требуется никаких изменений. Отображение обыковенных программ в трехмерном пространстве осуществляется графическим сервеом ОС.

Linux создан по подобию ОС UNIX, которая, как известно была рождена для работы в сети. За сетевую безопасность в Linux отвечает встроенный брадмауэр/файрвол IPTABLES.

Linux отвечает всем стандартам и выдвинутым требованиям безопасности.

Графическое окружение и оконный менеджер

Оконный менеджер – IceWM. За свое быстродействие, минимальный расход памяти, стабильность, время запуска, независимость от библиотек Qt и GTK+, простоту в настройке, богатое управление окнами, поддержку тем. Быстродействие IceWM близко к рекордному среди исследованных оконных сред для Linux. Следует отметить также просто бетонная устойчивость IceWM. За 2 года использования автором не было ни малейшего намека на подвисание или какой-либо глюк.


Меню STB

Выбор среди ведущих графических инструментов для построения современного графического интерфейса очевиден. Qt не подходит для реализации меню пользователя из-за коммерческого лицензирования. Кроме того, стоит отметить и тот факт, что GTK+ приложения работают быстрее и требуют меньше памяти, чем QT/KDE. GTK+ так же имеет заголовочные файлы доступа С и С++, что дает больше возможностей для реализации меню STB.

Первый момент, принципиально важно в мультисервисной сети IPTV использовать для вещания контента реального времени технологию multicast. Данная технология позволяет производить вещание на групповые IP адреса начинающиеся с 224.0.0.0. Пакет вышедший на данный адрес дублируется на портах коммутаторов в соответствии с запросами абонентов, т.е. направляется только тем абонетам которые запросили данный контент. Multicast существенно снижает нагрузку на сеть.

Второй момент, это применение т.н. QoS (Quality of Service). Данную технологию должно поддерживать оборудование, а реализовывает ее специальный протокол RSVP, при этом различным типам трафика присваивается различный приоритет при обслуживании на коммутационном оборудовании. Это позволяет минимизировать задержки кадров при передаче видео и аудио потока.

Третий момент, распределение VoD контента в сети максимально близко к потребителю. Применение децентрализованных решений VoD, технологии зеркалирования. Это сильно снизит нагрузку на ядро сети и повысит надежность VoD.

Четвертый момент, распределенное Middleware позволяет при сбое на одном из сегментов сети продолжать работу других сегментов в обычном режиме.

4 Требования к коммутаторам мультисервисной сети

В мультисервисных сетях для обеспечения корректной групповой рассылки контента нужно использовать на последней миле коммутаторы второго уровня поддерживающие IGMP Snooping. Функция IGMP Snooping предназначена для того чтобы групповой трафик доставлялся только членам группы подключенным к данному коммутатору. Известно что коммутаторы 1го уровня не поддерживающие IGMP Snooping рассылают групповые дейтаграммы на все порты, что приводит к деградации сети на оконечном оборудовании.

Основные требования к коммутаторам второго уровня:

  • поддержка протоколов групповой рассылки;
  • IGMP Snooping;
  • качество обслуживания (QoS);
  • функции безопасности (cвязка IP+MAC+PORT).

Основные требования к коммутаторам третьего уровня:

  • поддержка протоколов групповой рассылки и маршрутизации групповых датаграмм;
  • IGMP Querier;
  • качество обслуживания (QoS);
  • протокол SNMP;
  • управление доступом к multicast через access list
  • функции безопасности (cвязка IP+MAC+PORT).