Надання послуг IPTV на базі мережі доступу технології сімейства xDSL

Итак, сетевой протокол IGMP дает возможность управлять групповой маршрутизацией. Сейчас используются вторая и третья версии этого протокола. В отличие от второй, третья версия позволяет отказаться от общего опроса устройств группы перед прекращением вещания (например, если данный видеоканал больше никто в группе не смотрит), так как маршрутизатор хранит информацию о каждом хосте данной группы. Соответственно, сеть меньше загружается.

Другие протоколы: HTTP, RTSP,RTP, RTCP, RSVP

Кроме IGMP, в IPTV для различных операций используется целый ряд протоколов. Среди прочих – хорошо известный HTTP (HyperText Transfer Protocol), применяется для организации различных интерактивных услуг.

Ответственность за одноадресную передачу видео берет на себя RTSP (Real Time Streaming Protocol) – потоковый протокол реального времени. Он предназначен для запроса мультимедиа-данных клиентом, предоставляя ему некоторые возможности по управлению передачей в ее процессе (доступны операции вида: запросить ресурсы для передачи, приостановить/ продолжить/ прервать трансляцию файлов, находящихся на сервере, начать запись какого-либо потока). RTSP, как и HTTP, – протокол прикладного уровня. Он работает по выделенному для него порту (554) и позволяет организовать транспортировку различных типов видеоконтента.

На транспортном уровне для передачи видео в режиме реального времени используется RTP (Real-Time Protocol). Он отвечает за создание и завершение сессии, определяет тип передаваемой информации, добавляет к пакетам порядковые номера и временные метки, позволяющие организовать доставку видео без потерь и задержек. Возможна работа как в unicast, так и в multicast режимах.

RTP передает функции управления RTCP (Real-Time Control Protocol), который проверяет пришедшие пакеты на соответствие отправленным, предоставляет информацию об источнике потока, следит за нагрузками в сети. RTCP же контролирует установленные параметры качества предоставления услуги (QoS) и совместно с RSVP (Resource Reservation Protocol) обеспечивает его выполнение.

Доступность широкополосного доступа  в Интернет позволяет воспользоваться новыми технологиями в сфере телевизионного вещания. Получая доступ к услугe IPTV,  можно не просто получать телевизионный сигнал по IP-каналам, а и воспользоваться всем комплексом интерактивных услуг

Главным достоинством IPTV является интерактивность видеоуслуг и наличие широкого набора дополнительных сервисов (Video on Demand (VoD), TVoIP, Time Shifted TV, Network Personal Video Recorder, Electronic Program Guide, Near Video on Demand). 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 звука, 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.

• просмотр выбранной передачи в любое удобное время;
• заказ определенных программ и выбор времени просмотра;
• возможность оплаты только за выбранный канал и/или оплата за просмотр определенной передачи (чемпионаты, фестивали, концерты и пр.);
• возможность удаленного контроля записи нужного контента;
• просмотр возможен как на ПК, так и на ТВ (при наличии необходимого конечного оборудования);
• дополнительные возможности (голосование, интерактивное обсуждение, прочее).

Рисунок 1.3 Cервисы IPTV

Video on Demand (VoD) (англ. видео по требованию) (IP-UNICAST) — видео по запросу, система индивидуальной доставки абоненту телевизионных программ или видеофильмов по кабельной сети с мультимедиасервера в формате MPEG. Video on Demand является своего рода маленьким электронным видеопрокатом, когда фильм можно в любое время заказать из каталога, при этом часто поддерживаются дополнительные функции, такие как перемотка, остановка, выключение, включение.

TVoIP (Телевидение по протоколу IP или IP-телевидение) (IP-MULTICAST) — это цифровая трансляция видеоконтента (телеканалов) одновременно для всех телезрителей с возможностями навигации по каналам в едином пакете каналов.

Near Video On Demand, (NVoD, nVOD, n-VOD) (англ. почти видео по требованию) (IP-MULTICAST) — cервис цифрового телевидения «виртуальный кинозал» или «карусельное видео», многоадресное вещание предварительно сформированного видеоконтента по расписанию в несколько потоков со смещением во времени (как правило, для платного просмотра).

Time Shifted TV (англ. сдвинутое во времени вещание) — система телевидения, при которой можно заранее заказать просмотр транслируемой передачи «со сдвигом» на удобное время.

Абонентские устройства (Set-Top-Box) - устройство STB (Set-Top Box) предназначено для подключения бытовых приборов абонента (TV, аудиосистемы, домашние кинотеатры) к сети и поддержки интерактивного взаимодействия с системой IPTV. Выбор приставки зависит от нескольких факторов: формат передаваемого сигнала (MPEG2, MPEG4 H.264, VC-1), потребительские свойства, стоимость. В качестве абонентских устройств STB (set-top-box) используется оборудование различных производителей, среди которых Amino Communication, Kreatel Communication AB,ADB, PaceMicro и др.

Система защиты контента (CAS или DRM)  - система защиты контента является основой для предоставления платных услуг и обеспечивает защиту от несанкционированного доступа к контенту. Для защиты от несанкционированного доступа к видеоконтенту применяются бескарточная система CAS (Conditional Access System) Cypher компании Widevine и система управления цифровыми правами (DRM) компании Verimatrix. Возможно использование других систем защиты контента, выбранных заказчиком, например, Irdeto PISys, NDS, SecureMedia.

 NetUP IPTV Complex

Рисунок 1.4 Решения IPTV инфраструктуры.

Программно-аппаратный комплекс производства компании NetUP предназначен для предоставления услуг в сфере интерактивного телевидения:

• Вещание спутниковых, эфирных и кабельных каналов (Streaming);
• Видео по запросу (VoD);
• Виртуальный кинозал (nVoD);
• Телевидение по запросу (TVoD);
• Персональный видеомагнитофон (NPVR);
• Телевидение со сдвигом во времени (Time-Shifted TV);
• Различный интерактивный функционал клиентских телевизионных приставок (Set-Top Box).

NetUP IPTV Complex содержит все  необходимые инструменты для  решения задач интерактивного TV, тесно интегрированные между собой:

• Управление клиентской базой (Subscriber Management System);
• Гибкая бизнес-логика тарификации услуг (Billing);
• Защита контента от несанкционированного доступа на различных уровнях (CAS, DRM);
• Интерфейс интерактивного доступа к услугам для клиентских приставок (Middleware).
• Формирование и управление потоками контента (DVB/IP-стимеры, MPEG-кодеры, VoD/nVoD сервера).

 

Рисунок 1.5 NetUP IPTV Complex

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.

Риунок 1.6 Головная станция 

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.

Рисунок 1.7 Система закрытия контента

Middleware

Middleware – программно аппаратный комплекс, который обеспечивает управление всеми компонентами решения «IPTV», обрабатывает запросы от абонентских устройств, обеспечивает взаимодействие с системами Оператора связи. Middleware позволяет осуществлять:

• авторизацию абонента;
• формирование программы передач EPG;
• формирование интерфейса и инструментов управления решением «IPTV»;
• взаимодействие с системами CAS, VoD, головной станцией, STB-устройствами;
• взаимодействие с биллинговыми системами и системами поддержки бизнеса Оператора связи (OSS/BSS/CRM и т.п.).

Middleware имеет открытую  архитектуру, что позволяет оперативно  масштабировать компоненты решения, и расширять спектр услуг. Программируемый абонентский интерфейс позволяет в полной мере учитывать потребности операторов связи и их абонентов.

Поставщики IPTV Middleware

• Microsoft
• SmartLabs SmartTUBE
• CTI
• ORCA
• Thomson
• NetUP
• OFT-Media
• Нетрис

Видео передается в формате MPEG-TS с использованием сжатия MPEG-2 или MPEG-4, как правило, со скоростью 4 мбит/с.

Рисунок 1.8 Middleware

Абонентское устройство

Абонентское устройство является связующим звеном между  системами формирования и доставки аудио- и видеоматериалов и телевизором абонента. STB-устройство представляет собой миникомпьютер с операционной системой и WEB-браузером.

Рисунок 1.9 Абонентское устройство

Обмен командами управления и медиа материалами осуществляется через сетевой интерфейс.

Система распределения  контента

При построении услуг IPTV сосредотачивать аудио и видео материалы в единой точке обмена – не целесообразно. Данный шаг приводит к повышенной загрузке сети, нерациональному использованию компонентов решения, отсутствию возможности предоставлять качественные услуги большому количеству абонентов. Как следствие, необходимо качественно распределить в сети Заказчика видеосерверы, что бы было обеспечены условия:

• минимальная загрузка сетевой инфраструктуры Заказчика;
• равномерное распределение нагрузки на видео серверы.

Для решения данной задачи используется система распределения контента.

Рисунок 1.10 Система распределения контента

Система распределения  получает от middleware запросы абонентов на доступ к контенту, определяет, на каком сервере с минимальной загрузкой и в максимальной близости к абоненту находятся требуемые данные, и разрешает абоненту получить их с выбранного сервера. Если на минимально загруженном, но максимально приближенном к абоненту, сервере требуемого контента не обнаружено, то запрос будет переадресован на другой, схожий по условиям, сервер.

Видео сервер

Видеосерверы используются для реализации услуг NVoD, VoD, PVR. Видеосервер представляет собой дисковый массив большой емкости с установленным программным обеспечением.

Рисунок 1.11 Видео сервер

Программное обеспечение реализует multicast – трансляцию видеоматериалов для услуги NVoD и unicast – трансляцию при предоставлении услуги VoD. Видеосервер позволяет осуществлять перехват и запись multicast-потоков, то есть поддерживать услугу PRV.

Технические аспекты  развития

Технологии кодирования  речи/изображения в значительной степени снизили пропускную способность, используемую при передаче видеосигналов, и позволили применять технологию xDSL для передачи услуги IPTV по обычным телефонным линиям. Технология цифровых авторских прав обеспечивает защиту услуг IPTV.

Стандартизация передачи потоковых медиасигналов и технологии управления широковещанием легла в  основу разработки оборудования, поддерживающего  интерактивные услуги IPTV. Развитие технологии широкополосного доступа xDSL создает гарантии пропускной способности для услуги IPTV. Быстрая разработка микросхем кодеров/декодеров и алгоритмов обработки xDSL обеспечивает экономичное решение для услуги IPTV.

Развивающаяся на базе множественных  услуг и новых технологий, услуга IPTV превратилась в широкополосную услугу с большим потенциалом для операторов сетей фиксированной связи.