Услуги IP-телевидения


Дипломный проект

на тему:

Услуги IP телевидения


Введение


Приступая к столь важному и новому предмету исследования, каким являются сети следующего поколения, целесообразно рассмотреть, что же понимается под этим понятием. Традиция технических исследований предполагает сделать вначале отступление в область терминологии.

По мнению одного из системных специалистов, понятие сетей нового поколения - это самое неконкретное понятие в истории связи. Оно совершенно не указывает на какие-либо технологические принципы, а просто акцентирует внимание на некоем новом поколении, что само собой подразумевает фатальную неизбежность NGN. Действительно, по этой логике вскоре на смену сегодняшним сетям придет новое поколение со своими техническими решениями, оборудованием и т.п. вне зависимости от направления научно-технического прогресса. Но такое понимание NGN лишает это понятие какого бы то ни было технического содержания, заменяя его декларацией - Завтра все будет по-другому!

Таким образом, понятие NGN является крайне размытым и с самого начала лишенным технического смысла. Каждый специалист насыщает термин NGN субъективным содержанием. Например, специалисты в области коммутации понимают под NGN новые принципы коммутации, а поскольку они выпускают множество стандартов и руководящих материалов, то их понимание NGN перекочевало и на страницы литературы. Специалисты в области первичных сетей понимают под NGN переход к новым технологиям транспортных сетей типа MPLS, OSPF, BGR и пр. Специалисты в области сетей доступа говорят о системах широкополосного доступа, хотя им хватает такта не расширять свое локальное понимание до обще технологического масштабов. Специалисты в области маркетинга по NGN понимают новые услуги (VoIP, IPTV, Triple Play) и тоже по-своему правы.

В этой чехарде мыслей, идей и интерпретаций важно сразу поставить все точки на ё и сформулировать, что же понимается в этой книге под сетями следующего поколения.

Сети NGN-это технические решения, появившиеся на этапе развития цифровой связи, когда трафик данных оказался важнее речевого трафика, а компьютеры - важнее телефонов.

Такое определение NGN также не блещет оригинальностью, ни конкретностью, но отражает понимание автором специфики темы исследования. В частности, из этого определения вытекают некоторые свойства NGN как определенного симбиоза технологических решений:

·Технологии NGN появляются в результате исторического развития, а именно на определенной стадии информатизации общества, когда трафик данных побеждает традиционный речевой трафик;

·С концепцией NGN связан качественный скачок в развитии всей технологии систем связи, обусловленный социальным сдвигом и изменением относительной ценности информации в обществе.

·Будучи революционной концепцией, технология NGN пронизывает все уровни современных систем связи, а ее новые возможности повлекут за собой коренные изменения в отношении потребителей услуг связи.

На этих свойствах будет основано все последующие исследования.

NGN как технология будет рассматриваться с позиций исторического развития, революционности, технологичности и общего приоритета данных над речью, который и привел к новой научно-технической революции в связи.

Термин IPTV появляется в 1995 году, им был обозначен видеопродукт компании Percept Software, которая использовала IP-трафик для передачи аудио и видеоданных для индивидуальных подписчиков и абонентских групп в режиме multicast (групповой передачи данных, когда пакет информации предназначен для нескольких получателей в рамках группы).

После долгих попыток IP-телевидение преодолело первые технические трудности и стало доказывать свою ценность в реальных коммерческих сетях.

Сегодня уже никто не подвергает сомнению тот факт, что все коммуникационные услуги переходят в IP-сети.

Не решены технические проблемы, связанные с поддержкой IPTV в традиционных сетях, в связи с чем некоторые операторы выжидают, пока такие вендоры, как Cisco, не докажут, что их технология будет надежно работать в массовых сетях, безупречно воспроизводя видео с высоким разрешением.строится на платформе интернета, эта сетевая система имеет возможность свести воедино мир Интернета и мир телевидения за счет конвергенции всех форм коммуникаций и развлечений в единую гибкую, полностью интегрированную мультимедийную инфраструктуру. В результате операторы смогут сочетать любые услуги - голос, видео, данные - в рамках самых разнообразных предложений, способных сформировать новые источники дохода, которые крайне необходимы любому оператору, работающему на остроконкурентном рынке. Кроме того, IPTV повышает эффективность бизнеса, позволяя оператору консолидировать старые разнородные сети в единую конвергентную систему, сэкономив на этом значительные средства.

По общему мнению, в современных телекоммуникациях наблюдаются существенные перемены, связанные с усиленной интернетизацией общества, которые по сути можно считать научно-технической революцией (НТР). К настоящему времени мировые телекоммуникации пережили две научно-технических революции.


Первая революция имела чисто технологическое значение и была связана с переходом от аналоговых принципов передачи и коммутации к цифровым. Особенностью этой революции явилось то, что новые технологии никак не затронули сферу услуг, т.е. для общества осталась фактически незамеченной.

Вторая революция в телекоммуникациях была связана с появлением систем сотовой связи. От первой революции ее отличало то, что она изменила точку зрения общества на мир связи. В любом месте и в любое время два человека могут связаться друг с другом, оказалось настолько привлекательной для все, что сотовая связь стала одной из нематериальных ценностей общества. В результате этой революции «сотовизация», во многих европейских странах значительно превысила уровень проводной связи.

Третья революция, которая уже началась и постепенно набирает ход, это переход к глобальному информационному обществу (ГИО).

Эта революция в корне отличается от первой и второй тем, что она не только охватывает все общество, но и изменяет основы его устройства, меняя ориентиры, ценности. Информационные ресурсы в ГИО становятся стратегическими наравне с запасами руды и нефти, сфера коммуникаций оказывается едва ли не основной для развития бизнеса, экономические модели и модели производства все более виртуализируются, возрастает роль ноу-хау и информации и т.д. Одним из направлений внедрения новых виртуальных технологий в жизнь является обеспечение максимально широкого доступа населения к информационным ресурсам общества и всей мировой цивилизации. А поскольку эти возможности могут дать только сети нового поколения, NGN неразрывно связаны с переходом к ГИО и образуют движущую силу этой третьей научно-технической революции в связи.

Таким образом, уже сейчас можно предполагать, что новая революция в NGN будет масштабнее и существеннее по последствиям для облика систем связи, чем две предыдущих.

Идеология NGN начала изменять все существующие технологии, начиная от передачи данных и кончая системами сотовой связи. Слова новое поколение (Next Generation, NG)становятся в последнее время модной фразой, появляющейся в разных контекстах. И вот уже говорят не SHD, а NGNSDH, не АТС, а NGPABX (АТС нового поколения), и т.д. Это обусловлено революционной ситуацией, когда под NGN понимаются разнообразные подходы, решения, оборудование, но все они едины в главном - в эру NGN данные оказываются важнее речи, коммутация пакетов и пакетный трафик оказывается важнее коммутации каналов и речевого трафика. В последнее время доля трафика передачи растет и постепенно становится доминирующей в современных системах связи.

Динамика развития речевого трафика в общемировом масштабе в среднем стабильна. В противоположность ему доля трафика данных, и особенно доля трафика IP (Интернета), в последнее время растут экспоненциально, и этот трафик данных начинал превалировать на сетях Европы.

Доля трафика IP оказалось больше доли речевого трафика, и с этого момента можно говорить о начале доминирования концепции NGN в качестве стратегии мирового развития телекоммуникационной отрасли.

Революционный переход от речевого трафика к трафику данных составляет основу идеологии NGN. Значение этого факта столь велико, что выше он положен в основу определения NGN.

Эра NGN важна для связного сообщества и развития человечества в целом. Ни одна технология эры коммутации каналов не может в полной мере удовлетворить возросшие требования к услугам связи. Существующие абонентские телефонные сети никогда не смогут обеспечить необходимый рост пропускной способности пользовательского канала, какие бы мы совершенные модемы не изобретали. На некоторое время могут быть придуманы паллиативные решения (например, технология ADSL), но рано или поздно спрос опередит предложение, и придется делать неизбежное коренную модернизацию сети. Вот откуда такой огромный интерес у инженеров к технологии NGN. Не каждое поколение переживает коренную перестройку всей сферы деятельности, тем более, ели речь идет о реконструкции, непосредственно связанной с главной идеей развития всей мировой цивилизации. Поэтому коренная модернизация это огромное поле, где взаимодействуют разные группы, различные технические, идеологические, политические и финансовые интересы.

Компьютер для будущего общества важнее телефона и его имеет смысл поставить в центр новых технологий связи

Для нормальной работы сети, ориентированной на компьютеры, а не на телефоны, нужна коренная модернизация сетей связи.

Революция в области NGN меняет не только расстановку сил между традиционными и новыми сегментами сетей, но и преображает традиционные технологии связи. Это в полной мере масштабная революция в современных системах связи, охватывающая самые широкие слои населения, и тем значительнее данная тема для нашего исследования.


1. Что же такое IPTV

или Телевидение по протоколу - технология цифрового телевидения в сетях передачи данных по протоколу IP, новое поколение телевидения. В последнее время часто путается с технологией ОТТ, которая, в свою очередь является подклассом IPTV в области распространения видео контента.

Главным достоинством IPTV является интерактивность видео услуг и наличие широкого набора дополнительных услуг. Возможности протокола IP позволяют предоставлять не только видеоуслуги, но и гораздо более широкий пакет услуг, в том числе интерактивных и интегрированных.

Помимо основных IPTV может включать в базовый пакет услуг ряд дополнительных сервисов (Video Telephony, Voting, Information Portals, Web, Games, MOD KOD). Это возможно на основе унификации и стандартизации различных оконечных устройств, интеграции голоса, видео и данных на основе IP-протокола и предоставления услуг на единой технологической платформе.



В IPTV есть возможность использовать для одного видеоряда двух и более каналов звукового сопровождения, например на русском и английском языках, сами каналы, при этом, полифонические.


2. Структура IPTV


В основе сети лежит использование двух типов устройств: терминалов STB (Set-Top Box) и видеосерверов. STB могут подключаться напрямую в сеть или через участки «последней мили» на основе технологии ADSL2+. Именно второй вариант является предпочтительным в условиях современных городов, поскольку не требует модернизации абонентской кабельной сети и развертывания абонентских сетей Gigabit Ethernet. Впрочем, для организации доступа абонентов к услугам IPTV могут использоваться не только ADSL2+, но и другие технологии «последней мили».



И конечно, для обеспечения доступа от STB к видеосерверам используется городская сеть передачи данных (MAN). Очевидны преимущества предоставления услуг IPTV на существующих сетях: с одной стороны, не нужно создавать отдельной сети, с другой - услуги IPTV увеличивают объем трафика в транспортной сети, а трафик - это всегда дополнительные деньги. В общем случае сеть IPTV строится на основе распределенных информационных ресурсов. Как правило, оператор предполагает размещение в сети IPTV нескольких видеосерверов, «заряженных» разным контентом. Кроме того, создаются хорошие условия для развития сети. В перспективе любая компания может создать свой видеосервер и подключить его к сети IPTV.

Итак, в состав сети IPTV входят следующие компоненты:

распределенные по сети видеосерверы, содержащие приятный и интересный для пользователя контент;

терминальные устройства STB, обеспечивающие пользователям доступ к контенту;

транспортная сеть, которая обеспечивает предоставление услуг IPTV;

участки ADSL2+, куда входят абонентские модемы и DSLAMы, поддерживающие передачу/прием трафика тройного применения (Triple Play).



Теперь от теории перейдем к практике. Основной исторический вопрос, который всегда возникает в условиях внедрения новой технологии: «А будет ли это все работать?» Есть и другие вопросы, например: «Кому это все нужно?», но они мало связаны с инженерным знанием, больше - с экономикой, политикой и маркетингом. Здесь же мы говорим об инженерной стороне вопроса. Детальный анализ возможных проблем показывает, что в случае с IPTV сомнений более чем достаточно.относится к классу закрытых частных систем телевизионного вещания. Оно подобно существующим сегодня системам кабельного телевидения и отличается от них тем, что телевизионные программы доставляются абонентам по безопасным IP-каналам. Это позволяет значительно улучшить управление доставкой контента.

Особенностью IPTV является то, что контент поставляется в дом абонента через частично замкнутую сетевую инфраструктуру, в которую нельзя осуществить доступ через сеть Интернет. Эта инфраструктура находится под управлением какого-нибудь телекоммуникационного оператора или Интернет-провайдера (ISP). Они либо являются владельцами сети, либо, как минимум, управляют данной сетью.

Телевизионный контент, предоставляемый провайдерами, увязан с телефонными, широкополосными и, менее часто, с мобильными услугами, как часть так называемых triple или quadruple play предложений.

В общем случае сеть IPTV строится на основе распределенных информационных ресурсов. Как правило, оператор предполагает размещение в сети IPTV нескольких видеосерверов, «заряженных» разным контентом. Кроме того, IPTV является открытой развивающейся системой, и предлагать свои программы в ней может огромное количество небольших и средних видеопродюсеров.

Услуги IPTV от услуг Internet Television отличает использование сквозной (end-to-end) архитектуры, при которой потребитель получает контент от телекоммуникационного оператора или интернет-провайдера.

В технологии Internet Television, которая также достаточно развита в мире, для предоставления непосредственного коммуникационного канала между держателем прав любого контента и потребителем, используется открытая архитектура. Услуги Internet Television могут включать в себя базовый, разработанный пользователем контент, распределяемый через персональный вебсайт некоего лица, а также формальную библиотеку контента, к которой осуществляется доступ через специальное программное обеспечение RSS Aggregat, типа Brightcove. То есть, пользователь получает контент из сети Интернет непосредственно от данного сервера публикаций без участия владельца сетевой инфраструктуры.

Поэтому, услуги IPTV аналогичны услугам, предоставляемым традиционными эфирными, кабельными и спутниковыми операторами, а не услугам Internet television. При этом основное преимущество услуг IPTV состоит в наличии постоянного обратного канала.операторы при предоставлении услуг используют усовершенствованные технологии сжатия, что приводит к улучшению качества изображения, сопоставимого с его качеством у кабельных, спутниковых и эфирных вещателей и превосходящему качество изображения Internet television.

Рассмотрим упрощенную модель тракта интерактивного телевидения, приведенную на рисунке 1.


Рисунок 1 - Модель тракта интерактивного телевидения


Провайдерами вещательных и интерактивных служб могут быть несколько операторов. Провайдер вещательных служб передает контент абоненту, используя сеть доставки вещательных программ и канал вещания. Контент поступает на модуль интерфейса сети вещания Set top box абонента, с помощью которого терминал получателя взаимодействует с сетью. Тоже происходит при передаче интерактивной информации через сеть интерактивного обмена. Только в этом случае используются два интерактивных канала: прямой и обратный.

Кроме традиционной ТВ-трансляции, технология IPTV позволяет операторам предоставлять услуги VoD (video-on-demand), которые их конкуренты не могут предоставить из-за отсутствия постоянного обратного канала. Интерактивная инфраструктура IPTV приспособлена к классу on-demand, interactive и time-shifted услуг, которые желает получать современный потребитель. Присутствие постоянного обратного канала означает, что IPTV операторы и рекламодатели имеют уникальную возможность точно понять, чего хочет данный потребитель, и когда он желает смотреть свой контент


. Уровни контроля сетей IPTV


Всего в IPTV,5 уровней контроля сети

. Уровень «последней мили» и проверки работы сети доступа в процессе предоставления услуг IPTV. Обычно этот уровень связан с оценкой параметров DSLAM и мультиплексоров доступа по параметрам качества передачи трафика тройного использования (Triple Play) с учетом специфики передачи/приема.

. Уровень транспортной сети предусматривает измерения, направленные на проверку возможности использования сегмента сети для передачи трафика IPTV как транспортного потока. Видео трафик имеет свои параметры и может эффективно имитироваться приборами. По результатам измерений анализируются параметры качества транспортной сети по RFC-2544 и делается вывод о пригодности данной сети для передачи видео трафика.

. На уровне IPTV проверяется возможность предоставления услуги IPTV от абонента до видеосервера. Этот уровень включает в себя сегмент сети ПД и оборудование предоставления интерактивного телевидения. Измерения выполняются на уровнях 4-7 OSI и основываются на результатах измерений уровня транспортной сети.

. Уровень PVQ представляет собой уровень оценки качества передачи интерактивного телевидения. Здесь анализируется не потенциальная возможность (или невозможность) предоставления услуг IPTV, а штатный и порогинга SLA отличается от вышеперечисленных тем, что выполняется пассивными методами в процессе эксплуатации. Данные о результатах интерактивных измерений п. 1-4 используются системой мониторинга SLA для контроля соответствия параметров сети IPTV, найденным в процессе приемосдаточных испытаний, штатным и пороговым значениям параметров QoS.

В методиках тестирования на первых четырех уровнях преобладают имитационные методы. Пятый уровень измерений - это уже чистая эксплуатация, здесь предпочтение отдается пассивным методам мониторинга состояния сетей. «Неполноценным звеном» при внедрении технологии IPTV станет «последняя миля». Сомнения вызывает способность новой технологии ADSL2+ обеспечивать скорость передачи данных по абонентской паре до 24 Мбит/с. «Классическая» технология ADSL, теоретически обеспечивающая скорость до 8 Мбит/с и практически - до 5-6 Мбит/с, для внедрения IPTV не подходит. Такой скорости просто не хватит для передачи трафика Triple Play. Напомним, что Triple Play, или трафик тройного применения, включает в себя трафики видео, данных и телефонный. Возможностей «классического» ADSL явно недостаточно на все три типа трафика одновременно, «трубы» ADSL едва ли хватит на передачу видео. Поэтому «последняя миля» для IPTV - это ADSL2+ или выделенные сети «домашнего» Ethernet.

Широкий интерес к услугам IPTV, возникший в последнее время, привел к тому, что массовая ADSL-изация населения идет сразу по пути ADSL2+. Но внедрение ADSL2+ на сети любого оператора сталкивается с двумя проблемами, которые можно рассматривать как terra incognita:

качество существующей абонентской кабельной сети;

установленные на сети DSLAM.

Способны ли абонентские кабельные системы отечественных операторов поддерживать передачу данных со скоростью до 24 Мбит/с? Вопрос злободневный. При широком распространении современных анализаторов «последней мили» большая часть из них не предназначена для измерений под технологию ADSL2+.

Сама полоса тестирования ADSL - 1,5 МГц, ADSL2+ - 2,2 МГц - для многих приборов недостижима. И опять, как и несколько лет назад, в пору внедрения ADSL, службы эксплуатации оказались слепыми. Есть проблема, но нет инструментов. Как ни странно, в выигрыше оказались те операторы, которые либо были дальновидными и покупали самые современные приборы, либо те, которые вообще ничего не имели и теперь могут оснащаться анализаторами ADSL2+. Что же до технологии измерений, то она достаточно известна и мало отличается от обычной технологии тестирования «последней мили». В основе лежит использование двух анализаторов: одного в режиме генератора, другого в режиме измерителя.

Появление новых методов SELT оптимизируют указанную схему. Второе «слабое звено» при внедрении технологии Triple Play - используемые типы DSLAM. Исторический вопрос звучит так: поддержит ли DSLAM передачу трафика Multicast?

Как известно, современные DSLAM используют микропроцессоры, реализующие алгоритм ADSL2+. Не приходится сомневаться и в том, что DSLAM поддерживает функцию передачи трафика Triple Play (хотя само по себе это уже спорно, есть случаи «вольного трактования» понятия Triple Play). Но вот возможно ли использование DSLAM в сети IPTV - это вопрос, для окончательного ответа на который требуется тщательная проверка.

Современная методика предлагает единственный способ контроля параметров DSLAM. В соответствии с указанной схемой тестовые пакеты генерируются трафиковым генератором maxSLAM и передаются на DSLAM через встроенные модемные порты с поддержкой любого протокола модемного обмена (ADSL DMT, ADSL G.Lite, ADSL2+ и т. д.).

Проходя через DSLAM, тестовые пакеты возвращаются на приемный порт Gigabit Ethernet maxSLAM, где проводится анализ по всем характеристикам RFC-2544: Th (Пропускная способность), Lat (Задержка), LoT (Изменение задержки по времени), LD (Девиация задержки), FE (Количество ошибок), FL (Количество потерянных пакетов).

Трафиковый генератор maxSLAM поддерживает генерацию более 4 тыс. тестовых потоков различного трафикового профиля. За счет их комбинации может быть построен любой произвольный профиль генерируемого трафика, что особенно важно для тестирования услуг TVoDSL и VoD. Схема может работать в прямом и обратном направлениях, следовательно, порты ADSL могут выступать или как генераторы, или как приемники тестовых потоков.

MaxSLAM обеспечивает имитацию передачи трафика Multicast, поэтому на DSLAM может быть создана штатная или стрессовая нагрузка. На сегодня анализатор maxSLAM компании Spirent Communications является единственным прибором для проверки функциональности DSLAM перед внедрением услуг IPTV. В России уже проведены тесты некоторых DSLAM по указанной методике.


. Контроль транспортной сети


Транспортная сеть связи - это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

Транспортная сеть не адаптирована к появлению и расширению в ней трафика IPTV. Сомнения здесь оправданны по многим причинам:

в сети может быть недостаточно ресурсов;

сами методы и протоколы маршрутизации могут спровоцировать недопустимые параметры качества соответствующих потоков IPTV, следовательно, качество услуг станет неприемлемым.

транспортные сети многих операторов создавались не под задачи IPTV. Они несут в себе трафик данных, Интернета и VoIP.

Появление высокоприоритетного трафика видеоданных может сказаться на качестве других услуг, и встает задача оценки влияния новых потоков на старые. На уровне транспортной, каналы передачи трафика определенного свойства: большие по размеру пакеты, высокий приоритет, выделение под каждый канал полосы пропускания в 2,5-5 Мбит/с, соответствующая сигнализация. Разрешить все сомнения помогает методика RFC-2544, до определенной степени - стандарт для измерений параметров качества на уровне транспортной сети. Данная методика предусматривает использование двух приборов для тестирования распределенной системы (SUT). Один прибор генерирует тестовый профиль трафика, задаваемый следующими параметрами:

уровень использования ресурса (GAP);

длина тестовых пакетов (L);

уровень приоритетности (Pr);

тип поддерживаемой сигнализации (Sig).

Тестовый поток с заданным профилем передается по транспортной сети и анализируется на удаленном конце по параметрам качества RFC-2544:

пропускная способность (Throughput) - Th;

количество потерянных пакетов (Frame Loss) - FL;

количество пакетов с ошибками (Frame Error) - FE;

задержка передачи (Latency - Lat) и ее распределение (Latency Distribution - LD);

динамика изменения параметра задержки со временем (Latency over Time - LOT);

тесты берстности трафика (Back-to-Back).

Измерения уровня транспортной сети - весьма полезный инструмент, позволяющий внедрить услугу IPTV уверенно и безопасно.

Отдельные измерения отличаются только профилем генерируемой нагрузки и результирующими зависимостями параметров качества. Для IPTV в процессе исследований на отечественных сетях были проработаны несколько тестовых профилей и профилей ожидаемых результатов (по сути, нормы), в зависимости от схемы организации взаимодействия STB - сервер. Так что можно считать, что этот раздел методики измерений IPTV проработан по сравнению с другими более детально. Измерения на транспортной сети перед внедрением IPTV не ставят только вопрос проверки возможности или невозможности развертывания услуг IPTV. Целью проведения измерений на транспортной сети может стать определение возможных ограничений на участках STB - сервер, разработка практических требований к параметрам качества в соглашениях о качестве обслуживания (SLA), а также оценка потенциального размера будущей сети по количеству пользователей.


. Архитектура сети IPTV


Архитектура решения «IPTV» зависит от архитектуры магистральной сети и сети доступа оператора связи и обычно имеет распределенную структуру. Основные элементы решения, такие как, Middleware, защиты контента от несанкционированного доступа (CAS/DRM), система управления видеосерверами размещаются в «Дата центре» Оператора связи, когда видеосерверы выносятся ближе к абонентам, т.е. сетям доступа Оператора В.

Middleware

Система Middleware является важнейшей частью программно-аппаратного комплекса IPTV, так как осуществляет связь между головной станцией и абонентскими приставками, а также реализует графический интерфейс, с которым взаимодействуют конечные пользователи.

Ядро подсистемы управляет внешними компонентами комплекса, поддерживает базу данных абонентов и предоставляемых им услуг, занимается аутентификацией и авторизацией абонентских устройств, взаимодействует с системой учёта услуг.

Абонентский портал (другое название: Пользовательский интерфейс абонента, Subscriber User Interface) - лицо всего комплекса, интерфейс, который видит абонент на своём экране, и благодаря которому он пользуется услугами.

IPTV Middleware поддерживает несколько типов клиентского программного обеспечения и оборудования. Абоненты могут пользоваться услугами IPTV на персональных компьютерах, используя IPTV PC Client (IPTV player). Также возможен доступ к услугм IPTV при помощи абонентских ТВ-приставок. Начиная с версии Middleware 1.7 поддерживается одновременно два типа приставок: классические ТВ-приставки (производства Amino, Telergy, TeleTec, Intercross и др.), а также новые приставки, работающие под управлением операционной системы Android.

Серверная часть Middleware построена на платформе NBS и взаимодействует с абонентскими устройствами или ПО, а также с элементами кластера IPTV: системой условного доступа, биллинговой системой и другими.

Клиентская часть Middleware постоянно эволюционирует. На данный момент существует три поколения клиентов Midlleware. Первым поколением считаются ТВ-приставки с пользовательским интерфейсом, основанным на Web-технологиях. Второе поколение - низкоуровневое программное обеспечение, которое реализует графический интерфейс на ТВ-приставке. Третье поколение - это приложение NetUP.tv для нового типа приставок, работающих под управлением ОС Android.

Доставка контента до клиентского оборудования осуществляется либо по управляемой IP-сети оператора связи с использованием технологии multicast <https://ru.wikipedia.org/wiki/Multicast> или unicast <https://ru.wikipedia.org/wiki/Unicast> (в зависимости от топологии сети), либо без привязки в сетях операторов связи (ОТТ <https://ru.wikipedia.org/wiki/OTT>).

Технология OTT (Over the Top) получила широкое распространение в сфере предоставления видео услуг через Интернет и является частью технологии IPTV. Термин OTT означает доставку видеосигнала на приставку (компьютер, мобильный телефон) пользователя по сети Интернет без прямого контакта с оператором связи в отличие от услуг IPTV.

Особенности

·предоставление шифрованных каналов с возможностью легальной записи отдельных передач на абонентские устройства пользователей, в том числе по подписке;

·Транс кодирование контента (каналов и фильмов) в различные форматы для просмотра на компьютере, телевизоре и мобильном телефоне;

·предоставление контента по запросу с возможностью просмотра онлайн и загрузки на абонентское устройство для дальнейшего просмотра.

Такая концепция позволяет более эффективно использовать контент, привлекать новых абонентов и увеличивать доходность бизнеса за счет дифференциации услуг и введения онлайн-продаж.

Особенностью внедрения услуг OTT является возможность предоставить сервис любому пользователю Интернет.

Проблемы

·Видео- и аудио контент должен быть доступен везде, где доступен Интернет. В качестве транспортного протокола для всех типов контента должен быть использован HTTP <https://ru.wikipedia.org/wiki/HTTP>;

·Также HTTP <https://ru.wikipedia.org/wiki/HTTP> должен быть использован для предоставления услуг телевизионного вещания и видео по запросу;

·Открытый Интернет по определению является "неуправляемой" сетью, в которой ширина полосы до конечного пользователя не подлежит контролю. В результате потоковое видео имеет низкое качество и периодически притормаживает для буферизации, что отрицательно сказывается на впечатлении пользователей о качестве услуги. Особое значение этот вопрос имеет для мобильных сетей;

·Предлагаемые технологии должны быть адаптированы для использования полного спектра абонентских устройств (ПК с веб-браузерами, приставки (STB) / телевизор, мобильные телефоны и т.д.). Это означает, что они должны быть экономичны (иметь небольшой расход системных ресурсов) и просты в установке;

·Огромную роль имеет простота интеграции с существующей экосистемой, так как большая часть контента в настоящее время распространяются при помощи различных форматов и протоколов

Архитектура комплекса IPTV, как правило, включает в себя следующие составляющие:

·Подсистема управления комплексом и услугами, которую ещё называют «Промежуточное программное обеспечение» или «IPTV Middleware»

·Подсистема приёма и обработки контента

·Подсистема защиты контента

·Подсистема видео серверов

·Подсистема мониторинга качества потоков и клиентского оборудования.

Multicast - форма широковещания, при которой адресом назначения сетевого пакета является мультикастная группа (один ко многим). Существует мультивещание на канальном, сетевом и прикладном уровнях.

Описание

Ряд приложений, например, дистанционное обучение, рассылка почты, радио, видео по запросу, видеоконференцсвязь, поддерживают мультивещание. В одноадресной сети с каждым получателем устанавливается индивидуальное соединение даже при потреблении одного ресурса по общему маршруту. В многоадресной рассылке источник посылает единственный экземпляр данных по общему маршруту тем получателям, кто подписался на рассылку. Преимущество этого подхода: добавление новых пользователей не влечет за собой необходимость увеличения пропускной способности сети по общему маршруту до потребителей услуги. Соответственно снижается нагрузка и на промежуточное оборудование.

При запуске на сервере приложения с поддержкой мультивещания, оно посылает в сеть уведомление, что соответствующая группа доступна для присоединения. Клиент, который хочет присоединиться к рассылке, посылает уведомление об этом. Все промежуточные маршрутизаторы записывают, что за соответствующим маршрутом находится клиент соответствующей мультикастной группы. Поскольку состав группы со временем может меняться, вновь появившиеся и выбывшие члены группы динамически учитываются в построении путей маршрутизации. В локальной сети управлением мультикастными группами обычно занимается IGMP. Существует несколько алгоритмов и протоколов для построения мультивещательного дерева и опроса участников.

Для мультикастных групп зарезервированы адреса как на канальном, так и на сетевом уровнях.

Чтобы технология работала, она должна поддерживаться сервером, клиентом и всеми промежуточными маршрутизаторами. Чтобы коммутаторы посылали пакеты только нужным получателям, они должны поддерживать IGMP snooping (у Cisco есть своя реализация - CGMP), иначе пакеты рассылаются широковещательно. Также нужно иметь ввиду, что мультикаст может блокироваться межсетевыми экранами.


Unicast

В теории компьютерных сетей unicast или однонаправленная (односторонняя) передача данных подразумевает под собой передачу пакетов единственному адресату. Данная схема пакетной маршрутизации данных является прямым противопоставлением широковещательной схеме маршрутизации.



Главным достоинством IPTV является интерактивность и возможность предоставления пользователям широкого набора дополнительных услуг, связанных с потреблением контента (Video on Demand (VoD <https://ru.wikipedia.org/wiki/VoD>), TVoIP <https://ru.wikipedia.org/wiki/TVoIP>, Time Shifted TV, Network Personal Video Recorder, Electronic Program Guide, Near Video on Demand). Возможности протокола IP позволяют предоставлять не только видео услуги, но и гораздо более широкий пакет услуг, в том числе интерактивных и интегрированных.

Video on Demand

Video on Demand (VOD)- видео по запросу, система индивидуальной доставки абоненту телевизионных, программ и фильмов по цифровой кабельной, спутниковой или эфирной телевизионной сети с мультимедиа сервера в различные мультимедиа-контейнерах (например, MPEG, AVI, FLV, MKV или QuickTime).

Фильм можно в любое время заказать из каталога, при этом часто поддерживаются дополнительные функции: перемотка, пауза, закладки. Помимо обычного VoD различают ещё Near Video on Demand и Internet Video on Demand.

Interactive Video on Demand, IVoD

Интерактивное-видео по запросу (Interactive Video on Demand, IVoD) - способ просмотра кинофильмов или сериалов, когда видео смотрится не с помощью носителя информации (например CD или DVD) и не скачивается как файл, а смотрится прямо через Интернет, при этом видео можно перематывать, останавливать, ускорять и пр., что невозможно сделать с аналогичиным видео, транслируемому по телевизору. В некоторых источниках IVoD предлагается в качестве телевидения будущего, некоего гибрида телевидения и интернета.

Первые сайты IVoD стали появляться практически сразу после внедрения технологии потокового видео в проигрывателе Windows Media Player <https://ru.wikipedia.org/wiki/Windows_Media_Player>. Многие сайты, предлагавшие прокат фильмов (например, Netflix <https://ru.wikipedia.org/wiki/Netflix>), стали также предлагать фильмы онлайн через Windows Media Player. Но технология Microsoft не произвела революции - для вещания требовались ОС Windows, достаточно широкий канал. Революция в IVoD началась в 2000-х годах, когда компания Macromedia <https://ru.wikipedia.org/wiki/Macromedia> (позже купленная компанией Adobe <https://ru.wikipedia.org/wiki/Adobe>) начала эксперименты с видео в популярном проигрывателе Macromedia Flash Player (cейчас - Adobe Flash Player <https://ru.wikipedia.org/wiki/Adobe_Flash_Player>). Первой крупной «ласточкой» IVoD на технологии Flash стал американский сервис YouTube <https://ru.wikipedia.org/wiki/YouTube>. Основные преимущества Flash - доступность плеера для разных ОС, распространенность и скорость работы. Именно поэтому, приблизительно с 2007 года <https://ru.wikipedia.org/wiki/2007_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>, технология Flash начала вытеснять остальные решения для IVoD. Начиная с 2010 года конкуренцию Flash в данном вопросе начала составлять технология HTML5, которую компания Apple Inc. <https://ru.wikipedia.org/wiki/Apple_Inc.> использует в своих производимых устройствах (iPhone <https://ru.wikipedia.org/wiki/IPhone> и iPad <https://ru.wikipedia.org/wiki/IPad>) как альтернативу уязвимому со стороны хакеров Flash. В 2012 году примеру Apple последовал и другой производитель устройств, на которых можно смотреть IVoD, - Google, который также начал исппользовать HTML5 в ОС Android <https://ru.wikipedia.org/wiki/Android>[2] <https://ru.wikipedia.org/wiki/Video_on_Demand>. Видео в HTML5 обычно кодируются по стандарту H.264 и чаще всего имеют формат MP4.


Различаются следующие типы IVoD:

·FVoD (Free Video on Demand) - тип VoD, при котором предоставляется практически безграничный доступ к видео (бесплатно и без демонстрации рекламы);

·AVoD (Advertising Video on Demand) - тип VoD, при котором доступ к видео предоставляется вместе с рекламой, которая демонстрируется в видео с определенной периодичностью;

·SVoD (Subscription Video on Demand) - тип VoD, при котором доступ к специфическому видео предоставляется за счёт покупки периодической подписки;

·TVoD (Transactional Video on Demand) - тип VoD, при котором доступ к видео предоставляется в счёт уплаты определенной суммы, при этом видео ограничено либо в количествах просмотров, либо временным промежутом, в которое его нужно просмотреть (например, видео необходимо посмотреть в течение 30 дней со дня покупки и 48 часов с момента начала просмотра), после чего доступ к видео прекращается;

·EST (Electronic Sell-Through) - тип VoD, при котором доступ к видео предоставляется в счёт уплаты определенной суммы, при этом видео практически не ограничено ни количествами просмотром, ни временным промежутком, в которое его нужно просмотреть (возможны определенные ограничения со стороны правообладателей видео).

Видео IVoD, за просмотр которых взимаются суммы (SVoD, TVoD, EST), обычно имеют специальную DRM-защиту <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_%D0%B7%D0%B0%D1%89%D0%B8%D1%82%D1%8B_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85_%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2>, которая намеренно ограничивает либо затрудняет различные действия с видео в электронной формате (копирование, модификацию, просмотр, скачивание на носитель и т.п.) в целям соблюдения авторских прав.

NVoD

Near Video On Demand (NVoD)- сервис цифрового телевидения «виртуальный кинозал» или «карусельное видео», многоадресное вещание предварительно сформированного видеоконтента <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%82&action=edit&redlink=1> по расписанию в несколько потоков со смещением во времени, как правило, для платного просмотра.

Time Shifted TVShifted TV - функциональная возможность цифрового телевидения, при которой пользователь может просматривать телепрограммы, используя функционал "Пауза" и "Перемотка". Возможность постановки на "паузу" телепрограмм цифрового телевидения обеспечивается записью программы на устройство хранения (жёсткий диск в ресивере цифрового телевидения, видеосервер в сети оператора, внешние флеш-накопители в ресиверах) и последующим его воспроизведением с помощью встроенного медиаплеера.

Network Personal Video Recorder

Network Personal Video Recorder (NPVR <https://ru.wikipedia.org/wiki/NPVR>) - сервис цифрового телевидения сетевой персональный видеомагнитофон <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%84%D0%BE%D0%BD>, который позволяет записать любую из транслируемых телепередач и посмотреть сколько угодно раз в удобное время, а также стереть. Сервис сохранения контента в сети с целью последующего индивидуального просмотра.

Electronic Program Guide

Electronic Program Guide (EPG) или Electronic Service Guide (ESG) - интерактивная услуга в области цифрового телевидения или радиовещания <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5>, обеспечивающая гибкость в управлении цифровым контентом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%82>.

Электронный телегид (EPG) представляет собой экранное меню, отображающее расписание теле- или радиопрограмм с возможностью интерактивной навигации контента по времени, названию, каналу, жанру и т. д. при помощи пульта дистанционного управления.

Электронный телегид (EPG) есть во всех ресиверах цифрового телевидения, а также во всех современных телевизорах имеющих встроенный тюнер (декодер) цифрового телевидения.

Возможности функции EPG

·выбор контента по жанрам, направлениям, алфавиту, рейтингу.

·отображение уровней доступа к разделам или каналам, пароли или политика «родительского контроля» (Parental Control <https://ru.wikipedia.org/wiki/Parental_Control>)

·предоставление интерфейса для доступа к сервису PVR/DVR (видеозапись) и TimeShift <https://ru.wikipedia.org/wiki/TimeShift> (сдвиг во времени) для записи по заданным интервалам времени выбранных ТВ каналов через EPG, редактирование временных интервалов просмотра

·позволяет пользователю устанавливать напоминания о передаче или о событии

·осуществляет предварительный просмотр ТВ каналов принимаемых при адресной рассылке в виде вывода видео в размере 1/8 или 1/16 экрана со звуком или без него

·навигация по разделам меню для получения расширенной информации о телепередаче, фильме, радиопередаче

·позволяет выводить экранную клавиатуру и применять ее для набора символов

·выбор формата телевещания, если он доступен (SD и HD видео, битрейт <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B9%D1%82> для аудио)

·вывод списка доступного видеоконтента для сервисов VoD <https://ru.wikipedia.org/wiki/Video_on_Demand> (видео по запросу)

Головная станция

Головная станция - важный компонент решения «IPTV» при построении услуг цифрового телевидения. Головная станция является программно-аппаратным комплексом, который обеспечивает прием сигнала от радио и телевизионных станций и спутников, обеспечивает раскодирование и демультиплексирование цифровых сигналов и MPEG-кодирование аналоговых сигналов с последующим мультиплексированием подготовленных материалов в IP-потоки.

Компонентами Головной станции являются:

Антенный пост - обеспечивает прием сигналов от эфирных станций и спутников;

Цифровые спутниковые приемники - дескрипторы - обеспечивают раскодирование цифровых сигналов, полученных с Антенного поста и передачу материалов Стримеру / мультиплексору;

Узел цифрового кодирования - обеспечивает MPEG-кодирование аналоговых и цифровых сигналов и передачу материалов Стримеру / мультиплексору;

Стример / мультиплексор - ключевой элемент Головной станции, обеспечивает мультиплексирование материалов и IP-вещание таким образом, что каждый канал имеет свой уникальный адрес и порт IP вещания.

Система закрытия контента

Система защиты контента от несанкционированного доступа (CAS/DRM) обеспечивает безопасность услуг и защиту видео материалов от несанкционированного просмотра и цифрового копирования (соблюдение авторских прав).



Система CAS/DRM осуществляет шифрацию аудио- и видеоматериалов, при этом доступ к материалам абонентам разрешается по авторизации абонентов собственными средствами CAS/DRM или средствами других систем - мiddleware, биллинг. В качестве средств авторизации используются программные ключи и самые современные и надежные алгоритмы. Дешифрация аудио- и видеоматериалов осуществляется непосредственно на стороне абонента посредством STB.



STB (ТВ Приставка)

Высокоскоростные ТВ Приставки - WiFi VMedia HD mini и WiFi VMedia HD Dongle (IPTV Set Top Box) (STB) - являются устройствами нового поколения для удобного просмотра на экране Вашего телевизора с пультом в руках более чем 150 Русских и Украинских Телеканалов в прямом эфире, Видеотеки с более чем 400.000 наименований, Архива за прошедшие 14 дней, а также Фильмотеки с более чем 40.000 наименований без рекламы, которые предоставляет TeleMax-TV (наличие компьютера в доме необязательно), возможности слушать интернет-радио, и др. Подключите приставку к Интернету и своему TV и наслаждайтесь просмотром своих любимых каналов на родном языке. ТВ приставку возможно установить в любом удобном для Вас месте - Дома, в Гостях, на Даче, в Отпуске - больше никаких ограничений.

В приставках также интегрированы суперсовременные и удобные приложения - APPS. Это самые популярные приложения для повседневного использования, такие как: Skype, Youtube, Browser, Tune In, Одноклассники, В Контакте, Video Player, Игры, Развлекательные приложения, Расписание движения общественного транспорта и многие другие. Вы можете управлять приложениями при помощи дистанционного пульта управления или подключить к ТВ приставки беспроводную клавиатуру и мышку. Подключив к приставки USB Stick (флешку), Вы можете при помощи встроенного плеера просматривать фильмы, фотографии или же слушать любимую музыку. Возможности ТВ приставки безграничны.

ТВ Приставку Вы можете подключить самостоятельно по Инструкции, подключение занимает не более 10 минут. Настройка телеканалов и других сервисов происходит автоматически.

Система условного доступа

Система условного доступа производства позволяет производить шифрование мультимедийных потоков и затем передавать их по незащищенным каналам связи. Только авторизованные абоненты, подписанные на данную услугу, смогут воспроизводить такие потоки. Благодаря системе сокрытия оператор IPTV может четко контролировать доступ к контенту и строить финансовые взаимоотношения с абонентами.

Система поддерживает различное абонентское оборудование: IPTV-приставки (как классические, так и под управлением Android OS) и PC. В зависимости от оборудования, используется соответствующий алгоритм шифрования CSA или AES, который позволит максимально задействовать аппаратные средства для декодирования зашифрованных потоков. Это снижает нагрузку на приставку, что особенно актуально для воспроизведения видео в формате High Definition. CSA (Common Scrambling Algorithm) - общий алгоритм скремблирования, разработанный в 1994 году, продолжает широко использоваться в настоящее время. AES (Advanced Encryption Standard) - является одним из самых распространённых на сегодняшний день алгоритмов симметричного шифрования.

Схема работы система условного доступа CAS/DRM

Принципы шифрования

С каждой единицей медиа-контента ассоциируется ключ шифрования. В системе CAS/DRM используется трехуровневое шифрование.

·Ключи первого уровня являются постоянными и выделяются один раз для каждой единицы контента при первом шифровании. Эти ключи хранятся в общей для CAS и Middleware базе данных.

·Ключи второго уровня динамически генерируются на основе ключей первого уровня и текущего времени. Срок жизни ключа второго уровня - 1 час. Так как на серверах CAS и Middleware время синхронизировано, каждый из них может генерировать идентичные ключи второго уровня независимо друг от друга. По запросу ключ второго уровня может передаваться на IP STB, но только для доступных абоненту единиц контента.

·Ключи третьего уровня используются непосредственно для шифрования передаваемых пакетов данных и передаются в зашифрованном виде параллельным потоком вместе с контентом. Ключ третьго уровня генерируется динамически на основании соответствующего ключа второго уровня, IP-адреса и текущего времени. Время жизни ключа третьго уровня - 5 минут.



Механизм аутентификации клиентов в CAS/DRM

На сервере Middleware в биллинговой системе для каждого абонента создаются лицевой счет, сертификат, приватный ключ и одноразовый код активации. При первом включении приставки или запуске PC клиента, абонент должен ввести выданный ему код активации, после чего на клиентском оборудовании клиента сохраняются сертификат и приватный ключ. Они используются при установке SSL-соединения и аутентификации с сервером Middleware.

В случае, если абонент использует PC клиент, сертификат и приватный ключ при сохранении шифруются исходя из аппаратной конфигурации компьютера, на котором установлен клиент. Это защищает сертификат и приватный ключ от переноса на другие компьютеры. При переносе на другую конфигурацию абонент должен будет ввести новый код активации.

Таким образом, в системе CAS/DRM отсутствуют смарт-карты доступа, применяющиеся в большинстве систем условного доступа. Это позволяет сэкономить значительные средства на производстве карт.

IPTV PC Client или IPTV Player

IPTV PC Client (IPTV Player) - это клиентское приложение для доступа ко всем услугам интерактивного телевидения с персонального компьютера. С его помощью возможен не только просмотр вещаемых в сети ТВ-каналов, как в большинстве IPTV-плееров, но и полноценное управление всей подпиской IPTV-сервисов.IPTV PC Client предоставляет абоненту следующий функционал:

·Просмотр телеканалов (в том числе шифрованных);

·Просмотр телепередач в записи (TVoD);

·Просмотр телевидения со сдвигом во времени (Time-Shifted TV);

·Прослушивание радиостанций;

·Формирование плейлистов;

·Доступ к фильмотеке (VoD, nVoD);

·Финансовая отчетность;

·Управление тарифными планами;

·Различные дополнительные услуги (к примеру, онлайн-магазин).

интерактивный телевидение архитектура протокол






IPTV Android клиент

Клиент для Android - это уникальное приложение, разработанное компанией NetUP, благодаря которому пользователи получают доступ к IPTV на приставках под управлением Android. Новый удобный графический интерфейс с анимированными элементами позволяет c комфортом пользоваться всеми услугами IPTV: просмотр телеканалов с интерактивными возможностями, отложенный просмотр телепередач, электронная программа передач (EPG), видео по запросу и многое другое. Помимо услуг IPTV, абоненты получают доступ ко всем возможностям и функциям операционной системы Android: веб-серфинг, социальные сети, игры, YouTube, Skype, Google Maps, а также тысячи сторонних приложений для Android.

Для работы приложения NetUP.tv необходимо наличие сервера Midlleware в составе головной станции IPTV. Однако есть облегченная версия приложения - NetUP.tv Lite. Эта версия приложения не требует наличия сервера Middleware, вещаемый контент принимается из IP-сети по multicast напрямую с DVB-IP стримера. Таким образом, используя приложение NetUP.tv Lite, можно быстро и легко запустить IPTV решение с использованием приставок на базе Android.

Графический интерфейс приложения на Android

Удобный и информативный графический интерфейс приложения NetUP.tv позволяет пользователям быстро получить доступ к услугам IPTV. Запуск приложения осуществляется с рабочего стола Android на приставке. При этом пользователь оказывается в главном меню приложения, из которого можно перейти к списку телеканалов, электронной программе передач, доступных фильмов по услуге видео по запросу или к информации и настройкам персонального лицевого счета.



При просмотре списка телеканалов, пользователь может переключаться между группами каналов. Для каждого телеканала показывается подробная программа передач на текущий день.

В разделе видео по запросу, пользователи получают доступ к списку фильмов, предоставленных по этой услуге. При выборе фильма, перед его покупкой, пользователь может получить информацию о фильме, краткое описание, а также просмотреть трейлер. После покупки, фильм становится доступным для просмотра.

PCI-e карты

Профессиональные, высокопроизводительные PCI-e карты для приема спутникового, эфирного или кабельного телевизионного сигнала. Для кодирования и транскодирования видеопотоков в реальном времени для последующей передачи через локальные сети и Интернет.Dual DVB-CI- Универсальная карта с двумя DVB-C, DVB-C2, DVB-T, DVB-T2, DVB-S, DVB-S2 входами и двумя слотами Common Interface. Профессиональная DVB карта может применяться в DVB-IP шлюзах, системах спутникового интернета, домашних кинотеатрах и других решениях. Два универсальных DVB входа и два слота Common Interface (CI) расположены на одной PCI-e карте, что позволяет сохранить свободное место в сервере. Это особенно актуально в системах с ограниченным количеством свободных слотов. Например, стандартный сервер высотой 1U, с четырьмя слотами PCI-e, может принимать и декодировать контент с 8 транспондеров одновременно: NetUP IPTV Combine 8x или DVB-IP стример 8x.


<#"244" src="doc_zip17.jpg" /> <#"justify">Open Source проекты в области IPTV, CAM-модули для дешифрации принимаемых со спутника каналов

Компания НетАП представляет Open Source проекты в области IPTV. Бесплатное распространение и развитие по лицензиям GPLv2, GPLv3 позволяет участвовать в разработке всем заинтересованным лицам.

NetUP IPTVProbe - система мониторинга

NetUP IPTVProbe - это бесплатная система мониторинга и контроля качества оказываемых услуг интерактивного телевидения в сетях передачи данных.

С помощью IPTVProbe можно проконтролировать структуру IPTV-потоков и оценить потери пакетов при передаче по сети.

Общая схема организации сети при проведении тестирования


Схема работы зонда (iptvprobe) и коллектора



Сборка и установка пакета

Весь пакет можно условно разделить на следующие составные части:

·Коллектор - собирает статистику с зондов. Статистика накапливается в базе данных (mysql)

·Зонд - удаленный "вынос", который фиксирует проходящие IP-пакеты и передает информацию по сети на коллектор. Зонд состоит из двух подчастей - модуль ядра linux netup_netprobe.ko и пользовательское приложение iptvprobe.

·Подсистема отчетов - Подключается к базе данных и выводит информацию в виде графиков и таблиц.

Сборка и запуск коллектора

Сборка коллектора:

cd iptvprobe/userver/cmake --debug-output. -DCMAKE_VERBOSE_MAKEFILE:BOOL=ONmake

Создание базы данных:

mysqladmin create iptvprobemysql iptvprobe < db.sql

Запуск коллектора:

./iptvprobe_server -l root -s 127.0.0.1

При таком запуске коллектор будет записывать информацию в базу данных "iptvprobe" на локальном хосте (127.0.0.1)

Сборка зонда

Сборка приложения под платформу x86:

cd iptvprobe/udaemon/cmake --debug-output. -DCMAKE_VERBOSE_MAKEFILE:BOOL=ONmake

Сборка модуля ядра под платформу x86:

cd iptvprobe/kmodule/make

Сборка модуля ядра под платформу sh4 (IP STB aminet 130):

cd iptvprobe/kmodule/export CROSS_COMPILE=sh4-unknown-linux-gnu-make ARCH=sh amino130

В директории aminet130_bin/ находятся уже собранные ядро и приложение для AmiNET 130 IP STB.

Запуск зонда

Загрузка модуля ядра linux:

cd iptvprobe/kmodule/insmod netup_netprobe.ko hook_position=0

При помощи параметра hook_position можно регулировать положение перехватчика пакетов:

- перехватчик фиксирует все входящие пакеты с сетевого интерфейса (PREROUTING), 1 - исходящие (POSTROUTING).

При запуске модуля на абонентском устройстве (например, Aminet 130) необходимо использовать значение 0 (PREROUTING). В случае если запуск производится на сервере генерирующем мультикаст, необходимо использовать значение 1 (POSTROUTING).

После того как модуль ядра успешно загружен необходимо создать символьное устройство в папке /dev и запустить пользовательское приложение iptvprobe:

mknod /dev/iptvprobe c 61 0cd iptvprobe/udaemon/./iptvprobe -i 224.117.117.10 -s 10.1.4.242 -r 5 -p 7700

Параметры запуска приложения:

-i Sets the multicast address for monitoring-s Specifies the IP address of the collector-p Specifies the port for the collector to accept connections from probes-r Specifies a run identifier

Полностью строку запуска можно увидеть в подсистеме отчетов.

Подсистема отчетов

Для запуска подсистемы отчетов скопируйте веб-скрипты из папки iptvprobe/report_sys/ в папку с cgi-bin скриптами для вашей системы:

cd iptvprobe/report_sys/cp *.pl /var/www/localhost/cgi-bin/

В системе должны быть установлены perl, GD.

Далее необходимо на рабочей станции оператора запустить браузер и перейти по адресу:

#"justify">где address - адрес сервера с подсистемой отчетов.

Стартовая страница содержит перечень запусков зондов:

В колонке "Command to run on probe" приводится строка запуска приложения-зонда со всеми необходимыми параметрами.

Пройдя по ссылке "UDP timeline graphic" либо "PCR Arrival Interval" можно увидеть графическое представление текущего мультикаст потока (на графике отображаются последние 30 секунд).

На следующих скриншотах отображены тестовые запуски ТВ-канала на Aminet 130, длительностью по 1 часу каждый. В первом случае использовался коммутатор Cisco Catalyst 2950T с поддержкой IGMP Snooping, а во втором случае использовался обычный коммутатор без поддержки IGMP snooping. Как видно во втором случае присутствует существенное количество потерянных IP-пакетов.

Описание графиков:

По оси x отложено время от текущего момента минус 15 секунд.

По оси y откладываются значения:

·Количество зафиксированных IP-пакетов с группировкой по 100 мсек.

·Количество зафиксированных килобайт с группировкой по 100 мсек.

·Красным цветом отмечена линия потери пакетов т.е. если зафиксирован сбой в счетчике "ID-пакета", то на графике рисуется пик. Если потерь нет, то рисуется прямая линия со значением 0.

Описание базы данных


SQL таблицаОписаниеrunsСписок запусков зонда. Каждый запуск имеет уникальный номерdata_ipСписок IP-пакетов зафиксированных зондом. Фиксируется время (timestamp) прихода пакета в наносекундах. Так же фиксируется ID-пакета (header_id ) для контроля целостности потокаdata_tsИнформация о MPEG Transport Stream (TS) пакетах зафиксированных зондом. Для пакетов фиксируются значения PID, PTS/DTS/PCR и значение счетчика непрерывности (cont_counter)stat_bandwidthСгруппированные данные для построения графиков

Мониторинг работы IGMP

В версии iptvprobe v0.3 появилась возможность отслеживать IGMP запросы отправляемые и принимаемые зондом на IP STB. При этом так же фиксируется время получения последнего группового пакета при выходе из группы и первого группового пакета, при вступлении в группу. Используя эти данные, можно судить о качестве работы сетевого оборудования осуществляющего обработку IGMP-запросов и обеспечивающих работу IGMP snooping.

Для примера, рассмотрим работу данного функционала, используя IP STB Aminet 130 и NetUP Middleware. В качестве коммутатора с поддержкой IGMP Snooping выступает Cisco Catalyst 3560, а в качестве IGMP querier выступает Cisco Catalyst C3550-12T.

Проведем переключение ТВ-каналов на IP STB. При этом приставка посылает IGMP-запрос о выходе из мультикаст-группы 224.121.0.4 и затем посылает запрос на вступление в группу 224.121.0.3. Эти запросы фиксируются зондом и отображаются в веб-интерфейсе подсистемы отчетов с указанием временных параметров:


<#"justify">c3560(config)#ip igmp snooping vlan 1 immediate-leave

В результате такой настройки коммутатор моментально выключает поток для мультикаст-группы, из которой произведен выход. Результаты работы в этом режиме выделены на скриншоте красной рамкой. Как видно после отправки запроса "IGMPv2: Leave Group 224.121.0.11", приставка больше не получала пакетов для группы 224.121.0.11. Таким образом, в момент переключения ТВ-каналов приставка одновременно получает пакеты только для одного канала.

Для корректного фиксирования временных показателей IGMP-запросов на приставке перед запуском зонда необходимо перевести сетевой интерфейс в режим promisc:

# ifconfig eth0 promisc

TODO лист

·Возможность движения по графику вправо-влево, масштабирование и т.д.

·График "PCR jitter", другие графики

·Сборка зонда под различные IP STB

·Мониторинг доступности зондов для контроля работы сети

NetUP MultiFiles - система распространения файлов

NetUP MultiFiles - это система распространения файлов (прошивок) с использованием UDP multicast. Клиент может скачать новую версию ПО послав IGMP-запрос и подключившись к определенной multicast-группе. После получения файла происходит его проверка на целостность, разархивация и запуск скрипта обновления.

Использование multicast позволяет оперативно передать файл на любое количество клиентов, используя только один поток.

Механизм работы пакета multifiles

Распространяемый файл циклически передается в сеть в виде UDP multicast-потока на определенный multicast-адрес (по умолчанию - 224.2.2.4, порт 2222). При этом клиент, желающий скачать этот файл, подключается к этой группе, посылая IGMP-запрос, и начинает получать этот файл. Как только получен весь файл, клиент отключается от группы и проверяет целостность полученного файла. Если проверка прошла успешно, то производится разархивирование файла (формат.tar.gz) и запуск скрипта customup.sh, который находится внутри полученного архива. Скрипт customup.sh производит обновление нужных файлов, а также другие операции, необходимые для обновления.

Использование multicast позволяет оперативно передать файл на любое количество клиентов, используя только один поток.

Стоит отметить, что клиент не производит обновление, если текущая версия ПО на клиенте такая же, как передаваемая в потоке, или более свежая. В случае если на сервере указан ключ "force update", обновление производится принудительно, вне зависимости от версии ПО.



Схема сети при использовании пакета multifiles.

Описание потока

Поток представляет собой UDP-пакеты, которые содержат заголовок следующего формата:


struct mulfiles_header{_t message_type;_t flags;_t data_size;_t sequence_no;_t file_offset;};

message_type может принимать два значения:

#define MF_MTYPE_INFO 0x04030201

#define MF_MTYPE_DATA 0x04030202


Пакеты с типом MF_MTYPE_INFO представляют собой информационные пакеты и содержат информацию о передаваемом файле - в частности, следующую:


struct mulfiles_message_info{_t file_size;_t fw_version;char md5sum[16];filename[1024];

};


Размер файла, версия прошивки, имя файла и MD5-сумма для контроля целостности передачи. Информационные пакеты по умолчанию передаются с интервалом в 2 секунды.

В пакетах с типом MF_MTYPE_DATA находится содержимое передаваемого файла. В заголовке таких пакетов содержится информация о смещении блока передаваемых данных относительно начала файла. Таким образом, клиент может принимать файл с любой удобной позиции, не дожидаясь следующего цикла передачи. Такая логика позволяет максимально быстро принять файл без дополнительных задержек на поиск начала и конца файла. Скорость передачи данных в сеть можно регулировать ключами запуска сервера. По умолчанию скорость равна 100 КБайт/сек.

Описание программы-сервера

Ключи запуска сервера:


multifiles #./mfsrv -h's multicast file upload utility (server).(c) 2001-2008 NetUP Inc. www.netup.tv.date: Nov 3 2008 13:22:49this utility at your own risk.:

[-i IP] Multicast IP address to use. Default: 224.2.2.4

[-p port] UDP port to use. Default: 2222

[-d] Enable debug messages. Default: disabled

[-f file] name of the file to send. Default: testfile.bin

[-s speed] Upload speed Kbytes/sec. Default: 100 Kbytes/sec

[-t delay] Prophylactic info messages delay, sec. Default: 2 sec

[-u] Setting force update flag. Default: force update flag not set

[-a version] Firmware version. Default: 0

[-h] This help

Пример запуска сервера:

multifiles #./mfsrv -i 224.5.6.7 -p 1111 -f./netup.tgz -s 100 -a 1104 -t 6file:./netup.tgz file name:netup.tgz prophylactic_delay:6:102400 bytes/sec psleep: 13513

+ Sending file:netup.tgz sequence:1Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3Prophylactic info: 1068 bytes from 1068 send to socket:3File:netup.tgz successfully sent

+ Sending file:netup.tgz sequence:2


Как видно из этого примера, производится передача файла netup.tgz в мультикаст-группу 224.5.6.7:1111 со скоростью 100 КБайт/сек. Версия прошивки 1104.

Описание программы-клиента

Ключи запуска клиента:


multifiles #./mfcln -h's multicast file upload utility (client).(c) 2001-2008 NetUP Inc. www.netup.tv.date: Nov 3 2008 13:22:48this utility at your own risk.:

[-i IP] Multicast IP address to use. Default: 224.2.2.4

[-p port] UDP port to use. Default: 2222

[-t socket wait timeout] UDP socket timeout, sec. Default: 10 sec.

[-d] Enable debug messages. Default: disabled

[-f file] name of the file to save.: using filename coming from server

[-s stat_file] name of the file to save stats in.: /tmp/mfstat.log

[-a fw_version] current fw version. Download is started onlythe received version is newer than current.

Default: 0

[-h] This help


Пример запуска клиента:


Info message received.:9240:netup.tgz:netup.tgz.9240:5741931 bytes

data...file to required 5741931 bytes, blocks size is:1048576filled. Size is:5741931 requested size is:5741931.write intooffset:1379info message received.:netup.tgz:208380:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:615480:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:1022580:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:1431060:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:1838160:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:2245260:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:2653740:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:3060840:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:3467940:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:3875040:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:4283520:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:4690620:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:5097720:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:5506200:5741931 bytesupdate:0_version:1104info message received.:netup.tgz:69000:5741931 bytesupdate:0_version:1104

'netup.tgz.9240' received. Checking...a646426d66b5df3318ba09f1ae33d2 - our file md5. size:5741931a646426d66b5df3318ba09f1ae33d2 - received md5check success'netup.tgz.9240' checked. Success.


Как видно из этого примера, производится прием файла netup.tgz из мультикаст-группы 224.5.6.7:1111. Текущая версия файла 1100, а передаваемая с сервера - 1104.

Создание прошивки

Содержимое папки scripts:


multifiles # ls -al scripts/16xr-x 4 root root 84 Oct 27 13:51.xr-x 5 root root 4096 Oct 27 15:36..

rwxr-xr-x 1 root root 115 Oct 27 13:51 createfw.sh

rwxr-xr-x 1 root root 187 Oct 27 13:42 customup.shxr-x 3 root root 35 Oct 27 13:51 firmware

rwxr-xr-x 1 root root 889 Oct 27 13:39 update.sh


Скрипт createfw.sh используется для создания прошивки. Пример такого скрипта:


multifiles # cat scripts/createfw.sh="firmware"="mf_fw.tgz"

(cd $FWPATH; tar cvfz../$FWNAME./*)"Firmware created. File: $FWNAME"


Cкрипт архивирует содержимое папки firmware в файл mf_fw.tgz. Этот файл в дальнейшем будет передаваться через мультикаст, как описано выше.

Папка scripts/firmware/ содержит файлы, необходимые для обновления, и скриптcustomup.sh, который выполняет необходимые действия на стороне клиента после скачивания. Простой пример такого скрипта:


multifiles # cat scripts/firmware/customup.sh"Running custom upgrade shell script... Please, wait""Copying new files... "stb_client/bin/stb_client /netup/stb_client/bin/stb_client "Updating config files... "

крипт копирует новые файлы и при необходимости обновляет конфигурационные файлы.

Работа с прошивкой на клиенте

Пример скрипта, организующего прием и обработку прошивки на клиенте (пример приведен для IP STB):


multifiles # cat scripts/update.sh="/mfupdater"="/netup"=$MFPATH/dst="/tmp/mfstat.log"


# Show update splash screen$MFPATH/updatesp.bmp > /dev/fb0 2>/dev/null


# get current ver[ -f $NEPATH/version ]; thenCURVER=`cat $NEPATH/version`CURVER=0


$MFPATH/mfcln -s $STATFILE -t 3 -i 224.5.6.7 -p 1111

f $MFPATH/download.bin -a $CURVER

[ $? -eq 0 ]; then"Updating software... "


# Create dst path$DSTPATH 2>/dev/null


# unbzip received file into /netup$DSTPATH$MFPATH/download.bin | tar -xz


# run custom script in received file$DSTPATHcustomup.sh


# save new version[ -f $STATFILE ]; then$STATFILE > $NEPATH/version


# cleanup dst dir if required. You can do this in customup.sh

"Update done. New fw version:"

cat $NEPATH/version


Cкрипт выполняет следующие шаги:

·Получает текущую версию ПО. Версия хранится в файле /netup/version;

·Запускает получение прошивки из мультикаст-группы;

·Если файл получен успешно, то производится его разархивирование и запуск скрипта customup.sh, находящегося в этом архиве. Этот скрипт производит необходимые действия по копированию файлов, обновлению конфигурации и т.д. (пример такого скрипта приведён выше);

·Новый номер версии сохраняется в файл /netup/version. Следующее обновление произойдет в случае имзенения версии прошивки на сервере либо если указан ключ "force update" на сервере.

Бинарные сборки

В архиве доступны готовые бинарные сборки для следующих платформ:

·SH-4

·Mipsel uclibc

·ARM9

·PPC

·x86

Производителям IP STB

Предлагается включить приложение-клиент mfcln в базовую поставку IP STB. При каждом старте IP STB необходимо делать запуск для проверки наличия м ультикаст-потока с прошивкой. Такой запуск займет не более 2 секунд, если прошивки в мультикасте нет либо передается более старая прошивка. В этом случае можно производить дальнейший запуск без изменений. В случае, если из мультикаста была получена новая прошивка, производится ее установка, и дальнейший запуск уже может производиться по другой схеме, предусмотренной установленной прошивкой. Таким образом, свежеустановленные IP STB могут быть автоматически введены в работу, получив прошивку, специфичную для данной сети.

CAM-модули

CAM-модуль содержит алгоритм дешифрации принимаемых со спутника каналов. Он характеризуется количеством одновременно раскодируемых телевизионных каналов и перечнем поддерживаемых систем сокрытия.

PowerCam Pro (v. 4.3)


Тестирование PowerCam Pro подтвердило способность одновременного раскрытия 12-ти каналов одним модулем такого типа. Суммарный битрейт составляет около 34 МБит/сек. На данный момент это один из лучших показателей производительности среди CAM-модулей. Данный модуль условного доступа позволяет раскрыть все каналы с одного транспондера.

Поддерживаемые системы сокрытия:

·Viaccess (CAID: 0x500);

·Irdeto (CAID: 0x600, 0x601, 0x602, 0x603, 0x626, 0x606, 0x608, 0x620, 0x622, 0x624, 0x604, 0x628, 0x614, 0x668, 0x619);

·CryptoWorks (CAID: 0xd00, 0xd01, 0xd02, 0xd03, 0xd04, 0xd05, 0xd06, 0xd07, 0xd08, 0xd0c, 0xd0f, 0xd22, 0xd70);

·BetaTechnik (CAID: 0x1702, 0x1722, 0x1762);

·Norwegian Telekom (CAID: 0xb00, 0xb01, xb02);

·SIDSA (CAID: 0x4aa0, 0x4aa1);

·Canal Plus (CAID: 0x100).

SMiT Irdeto Pro 8


- модуль условного доступа для приема каналов в кодировке Irdeto (Орион Экспресс, Радуга-ТВ) под ресиверы с Common Interface. Стандарт PCMCIA. Способен открывать до 8 каналов.

Лицензионный профессиональный CAM - модуль условного доступа (CA-модуль) для приема каналов в кодировке Irdeto (Орион Экспресс, Радуга-ТВ) под ресиверы с Common Interface. Стандарт PCMCIA. Способен открывать до 8 каналов (до 20 pid).- модуль полностью совместим с кодировкой: Irdeto/Irdeto 2, включая Irdeto M-Crypt. Полная поддержка смарт-карт кодировки Ирдето: Epsilon Irdeto card, Delta Irdeto card, Zeta Irdeto Card (включая и более ранние).

Поддержка скоростей потока до 44950 при 7/8.

SMiT Viaccess Pro 8


- модуль условного доступа для приема каналов в кодировке Viaccess (НТВ-Плюс) под ресиверы с Common Interface. Стандарт PCMCIA. Способен открывать до 8 каналов.

Лицензионный профессиональный CAM - модуль условного доступа (CA-модуль) для приема каналов в кодировке Viaccess (НТВ-Плюс) под ресиверы с Common Interface. Стандарт PCMCIA. Способен открывать до 8 каналов (до 20 pid).


. Протоколы IP-TV

(Real-Time Streaming Protocol) - это протокол, с возможностью контролируемой передачи видео-потока в интернете. Протокол обеспечивает пересылку информации в виде пакетов между сервером и клиентом. При этом получатель может одновременно воспроизводить первый пакет данных, декодировать второй и получать третий.

Протокол из этой же группы RTP (Real-time transport protocol) определяет и компенсирует потерянные пакеты, обеспечивает безопасность передачи контента и распознавание информации. Вместе с RTP работает протокол RTCP (Real-Time Control Protocol). Он отвечает за проверку идентичности отправленных и полученных пакетов, идентифицирует отправителя и контролирует загруженность сети.

Для присоединения к сети или выхода из группы рассылки используется стандартный протокол IGMP (Internet Group Membership Protocol).

Сформированный IPTV головной станцией поток телевизионных каналов представляет собой поток IP-пакетов, передаваемых в сети по отдельному групповому IP-адресу, соответствующему данному телеканалу. Таким образом, вещание нескольких каналов представляет собой формирование нескольких потоков multicast-трафика, когда каждый из каналов однозначно определяется уникальным адресом групповой рассылки. При использовании MPEG-2 как наиболее распространенного формата цифрового сжатия видео-данных, каждый телевизионный канал занимает в IP-сети от 3,5 до 6 Мбит/с. Сеть оператора загружается телевизионным каналом только в том случае, если имеется подписчик на этот канал, который выбрал его для просмотра, то есть запросил его просмотр в данный момент. Передача выбранного абонентом IP-сети телевизионного канала реализуется на базе технологии IP-multicast или для случая просмотра видео по заказу на базе IP-unicast.

Для обеспечения минимальных задержек и гарантированной скорости передачи видеоданных в IP-сети используется поддержка Quality of Service (QoS), для чего может использоваться, например, известный протокол RSVP (Resource Reservation Protocol), который обеспечивает резервирование необходимой ширины полосы в канале. Используется предоставление маршрутизаторам сети общих характеристики трафика (например, скорость передачи данных, вариабельность). Маршрутизаторы сводят затем воедино запросы на выделение ресурсов на общих участках маршрутов движения видеотрафика.


7. Структура пакета для видеопотока


Структура IP пакета

Internet Protocol (IP, досл. «межсетевой протокол») - маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные компьютерные сети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети.объединяет сегменты сети в единую сеть, обеспечивая доставку пакетов данных между любыми узлами сети через произвольное число промежуточных узлов (маршрутизаторов). Он классифицируется как протокол третьего уровня по сетевой модели OSI. IP не гарантирует надёжной доставки пакета до адресата - в частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (приходят две копии одного пакета), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прийти вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают некоторые протоколы более высокого уровня -транспортного уровня сетевой модели OSI, - например, TCP, которые используют IP в качестве транспорта.

IP-пакет - форматированный блок информации, передаваемый по компьютерной сети, структура которого определена протоколом IP. В отличие от них, соединения компьютерных сетей, которые не поддерживают IP-пакеты, такие как традиционные соединения типа «точка-точка» в телекоммуникациях, просто передают данные в виде последовательности байтов, символов или битов. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

·Версия - для IPv4 значение поля должно быть равно 4.

·IHL - (Internet Header Length) длина заголовка IP-пакета в 32-битных словах (dword). Именно это поле указывает на начало блока данных в пакете. Минимальное корректное значение для этого поля равно 5.


·Длина пакета - длина пакета в октетах, включая заголовок и данные. Минимальное корректное значение для этого поля равно 20, максимальное - 65 535.

·Идентификатор - значение, назначаемое отправителем пакета и предназначенное для определения корректной последовательности фрагментов при сборке пакета. Для фрагментированного пакета все фрагменты имеют одинаковый идентификатор.

·3 бита флагов. Первый бит должен быть всегда равен нулю, второй бит DF (dont fragment) определяет возможность фрагментации пакета и третий бит MF (more fragments) показывает, не является ли этот пакет последним в цепочке пакетов.

·Смещение фрагмента - значение, определяющее позицию фрагмента в потоке данных. Смещение задается количеством восьмибайтовых блоков, поэтому это значение требует умножения на 8 для перевода в байты.

·Время жизни (TTL) - число маршрутизаторов, которые может пройти этот пакет. При прохождении маршрутизатора это число уменьшается на единицу. Если значение этого поля равно нулю, то пакет должен быть отброшен, и отправителю пакета может быть послано сообщение Time Exceeded (ICMP тип 11 код 0).

·Протокол - идентификатор интернет-протокола следующего уровня указывает, данные какого протокола содержит пакет, например, TCP или ICMP (см. IANA protocol numbers и RFC 1700). В IPv6 называется «Next Header».

·Контрольная сумма заголовка - вычисляется в соответствии с RFC 1071


. Видеопоток


Видеопоток - это временная последовательность кадров определенного формата, закодированная в битовый поток. Скорость передачи несжатого видеопотока с чересстрочной разверткой разрядностью 10 бит и цветовой субдискретизацией 4:2:2 стандартной четкости будет составлять 270 Мбит/с. Такой поток получается, если сложить произведения частоты дискретизации на разрядность каждой компоненты: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Мбит/с. Однако, расчет размера получаемого файла, содержащего несжатый видеопоток, производится несколько иначе. Сохраняется только активная часть строки видеосигнала. Для представления в пространстве Y', Cr, Cb рассчитываются следующие составляющие:

·количество пикселей в кадре для яркостной компоненты = 720 × 576 = 414 720

·количество пикселей в кадре для каждой цветностной компоненты = 360 × 576 = 207 360

·число битов в кадре = 10 × 414 720 + 10 × 207 360 × 2 = 8294400 = 8,29 Мбит

·скорость передачи данных (BR) = 8,29 × 25 = 207,36 Мбит / сек

·размер видео = 207,36 Мбит / сек * 3600 сек = 746 496 Мбит = 93 312 Мбайт = 93,31 Гбайт = 86,9 ГиБ

Расчёт скорости передачи данных:

Для формата 4:2:2


BR = BD × (W + 0,5 × W × 2) × H × FR = BD × 2 × W × H × FR


Для формата 4:1:1


BR = BD × (W + 0,25 × W × 2) × H × FR = BD × 1,5 × W × H × FR


Для формата 4:2:0

= BD × (W × H + 0,5 × W × 0,5 × H × 2) × FR = BD × 1,5 × W × H × FR


Для формата 4:4:4

= BD × 3 × W × H × FR

- скорость передачи данных, бит/с,и H - ширина и высота кадра в пикселях,- разрядность для каждой компоненты, бит на пиксель- кадровая частота, кадров/с

В таблице приведены скорость передачи несжатого видеопотока и размер требуемого пространства для часовой записи наиболее распространенных стандартов.

Скорость передачи несжатого видеопотока


Размер кадра (пикселей)Глубина цвета (бит)ДискретизацияКадровая частота (Гц)Битрейт (Мбит/с)Требуемая ёмкость (ГиБ <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%BE%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%BA%D0%B8>/час)720 × 576104:2:22520786.9720 × 57684:1:1, 4:2:02512452.11280 × 72084:2:225369154.51280 × 72084:2:2507373091280 × 720104:2:225461193.11920 × 1080104:2:2251037434.5

Из-за относительно высокой скорости передачи несжатого видеопотока широко используются алгоритмы видеокомпрессии. Видеокомпрессия позволяет сократить избыточность видеоданных и уменьшить передаваемый поток, что позволит передавать видео по каналам связи с меньшей пропускной способностью или сохранять видеофайлы на носителях с меньшей ёмкостью.

Сжатие видео - технология цифровой компрессии телевизионного сигнала, позволяющая сократить количество данных, используемых для представления видеопотока. Сжатие видео позволяет эффективно уменьшать поток, необходимый для передачи видео по каналам радиовещания, уменьшать пространство, необходимое для хранения данных на носителе. Недостатки: при использовании сжатия с потерями появляются характерные, иногда отчётливо видные артефакты - например, блочность (разбиение изображения на блоки 8x8 пикселей), замыливание (потеря мелких деталей изображения) и т. д. Существуют и способы сжатия видео без потерь, но на сегодняшний день они уменьшают данные недостаточно.

Видео - это по существу трёхмерный массив цветных пикселей. Два измерения означают вертикальное и горизонтальное разрешение кадра, а третье измерение - это время. Кадр - это массив всех пикселей, видимых камерой в данный момент времени, или просто изображение. В видео возможны также так называемые полукадры.

Сжатие было бы невозможно, если бы каждый кадр был уникален и расположение пикселов было полностью случайным, но это не так. Поэтому можно сжимать, во-первых, саму картинку - например, фотография голубого неба без солнца фактически сводится к описанию граничных точек и градиента заливки. Во-вторых, можно сжимать похожие соседние кадры. В конечном счёте, алгоритмы сжатия картинок и видео схожи, если рассматривать видео как трёхмерное изображение со временем как третьей координатой.

Помимо сжатия с потерями видео также можно сжимать и без потерь. Это означает, что при декомпрессии результат будет в точности (бит к биту) соответствовать оригиналу. Однако при сжатии без потерь невозможно достигнуть высоких коэффициентов сжатия на реальном (не искусственном) видео. По этой причине практически всё широко используемое видео является сжатым с потерями (в том числе на потребительских цифровых видеодисках, видео хостингах, в спутниковом вещании). На веб-сайтах для маленьких роликов без звука иногда используются простые форматы GIF и APNG.

Одна из наиболее мощных технологий, позволяющая повысить степень сжатия, - это компенсация движения. При любой современной системе сжатия видео последующие кадры в потоке используют похожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия. Однако, из-за движения каких-либо объектов в кадре (или самой камеры) использование подобия соседних кадров было неполным. Технология компенсации движения позволяет находить похожие участки, даже если они сдвинуты относительно предыдущего кадра.

К настоящему времени разработано большое количество систем видеокомпрессии с различными особенностями и параметрами. Выбор системы компрессии и кодека зависит от требований, определяемых этапом технологического процесса, на котором этот кодек будет применяться.

Съемка и доставка программных материалов

Видеоданные, полученные при съемке, могут компрессироваться для упрощения устройств записи и хранения и систем передачи. Эта компрессия является компрессией первого поколения.

Требования:

кодирование - внутрикадровое;

структура дискретизации - YCrCb 4:2:2;

квантование - 8 или 10 бит на отсчет одного компонента изображения;

пространственное разрешение - 1280×720p, 1920×1080i или 1920×1080p;

- целевая скорость потока - 100…300 Мбит/с.

При монтаже и компоновке программ должно быть сохранено качество изображения, присутствующее в исходных программных материалах, поэтому допустима лишь небольшая компрессия, позволяющая обеспечить эффективный доступ к материалам в реальном масштабе времени, а также эффективную передачу материалов между различными платформами. Можно было бы использовать один тип компрессии с небольшой степенью во всем технологическом процессе, однако это приводит к дополнительным потерям при перекодировании. Более целесообразным вариантом является поддержка монтажными системами временной шкалы в любом исходном формате и сохранение ссылок на исходные материалы для многослойных операций. В рамках такого подхода возможно ограничить количество транскодирований двумя. Входные данные представлены в компрессированном формате первого поколения, выходные - третьего. Заключительное кодирование должно соответствовать формату компрессии, установленному в системе распределения программ.

Требования:

кодирование - внутрикадровое или межкадровое;

структура дискретизации - YCrCb 4:2:2 или 4:2:0;

квантование - 8 или 10 бит на отсчет одного компонента изображения;

пространственное разрешение - 1280×720p, 1440×1080i, 1920×1080i;

- целевая скорость потока - 25…150 Мбит/с.

IPTV и загрузка контента через Интернет

Сохранение качества изображения полного разрешения на удовлетворительном уровне при передаче по сетям передачи данных, использующих стек протоколов TCP/IP, - одна из трудных, но достижимых задач.

Загружаемые видеоматериалы могут наблюдаться на экране телевизора, подключенного к компьютеру. Уже появляются телевизоры с интерфейсом Ethernet для прямого воспроизведения медиаданных, получаемых из сетевых источников (например, YouTube). Применяемые системы компрессии должны допускать программную реализацию и обладать наивысшей эффективностью, это - компрессия пятого поколения.

Требования:

кодирование - межкадровое;

структура дискретизации - YCrCb 4:2:0;

квантование - 8 бит на отсчет одного компонента изображения;

пространственное разрешение - 1280×720p, 1440×1080i, 1920×1080i;

- целевая скорость потока - 1…14 Мбит/с.


9. Мобильное телевидение


Устройства воспроизведения мобильного телевидения (сотовые телефоны, карманные компьютеры) имеют экраны небольшого разрешения, например CIF, QCIF, QVGA. Применяемые системы компрессии должны обладать очень высокой эффективностью, работать при малых скоростях потока видеоданных и поддерживать масштабирование.

Декодеры должны быть простыми, работать при малом разрешении. Применяемая компрессия является компрессией пятого поколения.

Требования:

кодирование - межкадровое;

структура дискретизации - YCrCb 4:2:0;

квантование - 8 бит на отсчет одного компонента изображения;

сокращенное пространственное разрешение;

целевая скорость потока - менее 1 Мбит/с.

Данные о поддержке разных форматов представления изображения и использовании разных видов кодирования в кодеках различных систем видеокомпрессии приведены в табл. 1. Были рассмотрены следующие системы видеокомпрессии:

DV, MPEG-2, MPEG-4 - ASP (Advanced Simple Profile), AVC, H.264, AVS, VC-1, JPEG2000. Сопоставляя параметры систем компрессии и требования рассмотренных выше технологических процессов, можно оценить области применения кодеков разных систем (табл. 2). Как видно из данных таблиц, все системы могут применяться в нескольких технологических процессах. Очевидно, что нет системы компрессии, которая могла бы применяться абсолютно во всех сферах современного цифрового телевидения и кинематографа. Однако можно отметить, что наиболее длинным рядом возможных прикладных областей обладают кодеки системы H.264/AVC.




Важнейшей частью программно-аппаратного комплекса IPTV является система Middleware, рис №4, так как именно с ее графическим интерфейсом приходится взаимодействовать абоненту услуг интерактивного телевидения. Существует два основных варианта реализации этой системы с точки зрения взаимодействия с конечным оборудованием клиента. Самый простой - это использовать встроенный в клиентскую приставку веб-браузер. Отсюда вытекают ограничения наложенные этим самым браузером, - неполное использование возможностей IP- STB и, следовательно, снижение быстродействия. Другой вариант - низкоуровневая система Middleware (на C/С++), использующая возможности IP-STB по максимуму. Базовый графический интерфейс и разнообразный программный функционал находятся на самой приставке, а не на сервере. Этим снимаются проблемы скудных возможностей браузера, и значительно улучшается быстродействие того же интерфейса

Система сокрытия, CAS/DRM, рис №5, позволяет производить шифрование мультимедийных потоков и затем передавать их по незащищенным каналам связи. Только авторизованные абоненты, подписанные на данную услугу, смогут воспроизводить такие потоки. Именно благодаря системе сокрытия, оператор IPTV может четко контролировать доступ к контенту и строить финансовые взаимоотношения с абонентами. Система условного доступа состоит из двух компонентов - серверного и клиентского. Клиентская часть загружается в IP-STB и осуществляет дешифрование потока. Параллельно ведется процесс обновления ключей с серверной части. Серверная часть занимается шифрованием и контролем IP-потоков, генерацией разовых ключей и управлением подписками.


Литература


1. Барсков А.Г. ТВ в сетях IP // Сети и системы связи. 2004. №11

2. Кузовкова Т.А. Состояние и перспективы развития рынка услуг связи в области телерадиовещания // Вестник связи. 2004. №1.

. Песков С.Н. Интерактивные мультимедийные кабельные сети // ИКС. 2004. №1


Теги: Услуги IP-телевидения  Диплом  Информатика, ВТ, телекоммуникации
Просмотров: 34428
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Услуги IP-телевидения
Назад