Выбор и конфигурирование головной станции

Функции, которые должна выполнять эта ГС и терминология были рассмотрены в гл. 1. Выбирая конфигурацию ГС для IPTV необходимо ясно представлять, какие именно виды обработки видеоданных будут необходимы. Для этого оператору надо знать как характеристики используемой транспортной сети, так и характеристики полученных из разных источников ТВ каналов.

Для примера предполо­жим, что уровнем доступа у оператора является DSL-сеть, физи­чески обеспечивающая абоненту скорость 7 Мбит/с. Абоненты при наиболее дорогом тарифе получают доступ в Интернет со скоростью до 2 Мбит/с. Таким образом, ясно, что для передачи видео может быть использована скорость потока около 5 Мбит/с. Из этого сле­дует, что оператор может использовать формат сжатия MPEG-2 и обеспечить высокое качество трансляции. Однако для MPEG-2 будет исключена возможность трансляции HDTV-программ, требующих намного большей скорости.

Поскольку оператор использует в качестве основного контента спутниковые телеканалы с переменной скоростью (доходящей до 6 Мбит/с), то для этих телепрограмм придется осуществить операцию трансрейтинга, чтобы ограничить верхнюю скорость. При этом надо знать, что возможности трансрейтинга по снижению скорости потока обычно ограничены величиной 15...20 %. В случае же использования цифровых источников с высокой скоростью, например 8...12 Мбит/с на ТВ канал, требуется уже ре-энкодирование, которое в простом варианте реализации представляет собой декодирование цифрового MPEG-потока и повторное MPEG-энкодиронание с заданной скоростью. Очевидно, что для рассматриваемого случая для организации трансляции в формате HDTV оператору необходимо будет использовать новейшие эффективные алгоритмы сжатия видео, такие как MPEG-4 AVC или VC-1. Для интеграции системы условного доступа головная станция должна иметь возможность внутренней маршрутизации видеоданных и интерфейсы для подключения скремблера, использующего стандартизованный протокол DVB Simulcrypt.

Учитывая сказанное раньше, основные требования к головной станции транслирующее телевидение в интерне сеть, будут следующими:

· возможность получать входной видеоконтент из многих истоков в различных цифровых форматах (ASI, IP, ATM, SDI);

· полная гибкость в обработке видеопотока (трансрейтинг, транскодинг, энкодинг, мультиплексирование, поддержка адресации трафика multicast и unicast);

· возможность предоставления сервисов через разные физические типы транспортных сетей (DSL);

· витая пара, оптоволокно, коаксиальный кабель, спутниковые сети);

· MPEG-2 и MPEG-4-кодирование;

· MPEG-2 в MPEG-4-транскодирование;

· поддержка систем условного доступа DVB CAS и/или IP CAS.

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

· автоматическое резервирование, «горячая» замена модулей;

· гибкое наращивание функций и сервисов, масштабирование;

· легкое и интуитивное конфигурирование в управление.

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

Рассмотрим состав и функции головной станции IPTV на примере ГС MediaPIex 20 производства Tandberg Television, ранее изводимой компанией SkyStream, которая сейчас является частью Tandberg Television. Станция MediaPlex 20 рекомендуется Tandberg Television для крупных IPTV-сетей (по утверждению производителя - до миллиона абонентов) и предоставляет широкий перечень возможностей.

MediaPIex 20 предлагается операторам как станция высшего класса обеспечивающая телевидение профессионального вещательного качества по IP-сетям практически любого размера. Станция реализует коммутируемые цифровые видеосервисы, видео по заказу и многое другое. Оператор может использовать станцию для технологического продвижения к IPTV высокой четкости на базе передовых форматов компрессии цифровых видеопотоков. В принципе для MediaPIex 20 возможна поддержка актуальных технологий сжатия видео — MPEG-4 AVC и VC-1 / Windows Media VC-9.

Кроме своей базовой функции — IP-инкапсуляции — станция MediaPIex 20 производит:

•Video-предпроцессинг (корректировку изображения в части яр­кости, контрастности, насыщенности, цветового баланса, шумо­подавления и т.п.);

•кодирование видеопрограмм в форматах MPEG-2 и MPEG-4 / Н.264 (encoding);

•транскодирование из MPEG-2 в MPEG-4 / Н.264 (transcoding);

•мультиплексирование и демультиплексирование (remultiplexing/ demultiplexing);

•трансрейтинг (transгаting);

•QoS тэгинг (сопровождение видеоданных тэгами, т.е. признака­ми, по которым определяется тип трафика, требующий приори­тета QoS);

•формирование выходного MPEG over IP-потока.

Для предоставления оператору возможности получать и пере­давать контент, взаимодействуя с различными типами транспорт­ных сетей без специальных транспортных конвертеров, станция име­ет большой набор входов и выходов, включая:

•двунаправленные интерфейсы ATM ОС-Зс / STM1 для волокна;

•двунаправленные интерфейсы ATM DS-3 / Е-3;

•ASI-интерфейсы;

•Gigabit Ethernet (4 порта на шасси);

•10/100 Ethernet.

Для кодирования входного видео в MPEG-транспортный поток станция имеет входы композитного видео, S-video и цифровой вход SDI.

Преимуществом по сравнению с другими головными станциями IPTV является поддержка станцией MediaPIex 20 функции Stream Replications (дублирование потока), позволяющей предоставлять оди­наковый по содержанию программ транспортный поток одновременно в форматах ATM, ASI и Gigabit Ethernet на соответствующих выхо­дах, причем скорость потока на разных выходах может быть раз­личной. Это важное достоинство для операторов, желающих предо­ставлять сервисы, имеющие высокую скорость потока через оптиче­ское волокно или VDSL и одновременно поставлять тот же сервис с более низкой скоростью через ADSL. Функция Stream Replications может быть использована в гибридной сети, содержащей, например IP-DSLAM-ы и ATM-DSLAM-ы.

Станция MediaPlex 20 отличается высокой плотностью интер­фейсов и функциональных модулей. Она размешена в стандартной девятнадцатидюймовой стойке высотой 86 см. Видеосервер в макси­мальной комплектации может предоставить оператору:

• до 48 энкодеров MPEG-2 и/или MPEG-4;

• до 48 MPEG-4 транскодеров;

• до 64 ASI-входов и/или выходов, содержащих до 1000 входных и/или выходных потоков;

• трансрейтинг до 144 потоков.

Станция имеет высокую надежность. Имеется возможность полного резервирования всего оборудования. Все модули, включая бло­ки питания и вентиляторы, допускают горячую замену.

Рассмотрим, как выбрать стандарт видеокомпрессии. Не вдаваясь в тонкости алгоритмов кодирования, отметим только су­щественные для операторов важнейшие особенности двух передовых форматов MPEG-4 AVC и VC-1:

• Н.264 имеет более сложный по сравнению с MPEG-2 алгоритм, предоставляет более высокую эффективность сжатия и более высокое качество;

• VC-1 имеет менее сложный алгоритм, чем у MPEG-4, требует меньше циклов обработки и более просто реализуется;

• Н.264 и VC-1 требуют скорости транспортного потока более чем в 2 раза меньшей по сравнению с MPEG-2 при сохранении ка­чества картинки;

• для Н.264 вещательный уровень — главный профиль (Main Profile);

• для VC-1 вещательный уровень — передовой профиль (Advance Profile);

• оба формата имеют встроенный фильтр подавления блочной структуры изображения (de-blocking filter) для повышения визуального качества;

• оба формата сжатия включены как рекомендуемые для Blu-ray
диска и HD-DVD.

Выбор стандарта видеокомпрессии является исключительно важным аспектом планирования IPTV-сети. Известно, что стандарты сжатия не определяют все детали про­цедуры кодирования видеоконтента, что позволяет различным производителям энкодеров иметь различный уровень качества в рамках одного и того же формата. Производители с течением, времени постоянно улучшают качество своих кодеров. Известно, что стандарт MPEG-2 сегодня при использовании лучших кодеров позволяет при скорости потока 4 Мбит/с получить практически такое же ви­зуальное качество, которое обеспечивали энкодеры в 1990-х годах при скорости потока 8 Мбит/с.

Также стоит вопрос, а следует ли вообще ориентироваться на передовые форматы. С одной стороны, IPTV-оборудование для MPEG-2 (как головное, так и абонентское) является достаточ­но широко распространенным, доступным и, кроме того, постоян­но наблюдается снижение цен на него. Оператор может выбирать оборудование среди большого количества поставщиков и добиваться наилучших цен и условий поставки. И с этой точки зрения использование MPEG-2 в качестве базового стандарта сжатия представляется совершенно разумным и полностью оправданным. И все будет прекрасно, если не планируется двух вещей: использования сервисов, предполагающих unicast-трафик, прежде всего такие попу­лярные, как VoD, и использования HDTV.

Первый из сервисов очень быстро съедает резервы полосы про­текания магистральной части сети по мере роста числа абонентов. Второй сервис просто требует более чем удвоения полосы в случае полного перехода на формат HDTV.

Однако, можно предвидеть развитие событий и сразу на этапе проектирования выбрать современный стандарт компрессии (Н.264 или VC-1). Объем трафика при этом ре­шении падает более чем в два раза. Однако выбор оборудования для этих новых стандартов пока невелик, а цены весьма высоки.

Тем не менее, на рынке уже есть некий минимальный выбор оборудования для Н.264 и большинство производителей объявили о своих планах поддержки Н.264 в самое ближайшее время. Со стандартом VC-1 ситуация пока несколько хуже, однако оборудование для VC-1 уже можно найти.