Вимоги до системи ІР-телебачення

Вимоги до системи ІР-телебачення

ВИМОГИ ДО СИСТЕМИ IP-ТЕЛЕБАЧЕННЯ

Архітектура системи IP-телебачення

Архітектура рішення IP-TV залежить від архітектури магістральної мережі і мережі доступу оператора зв'язку і, як правило, має розподілену структуру. Основні елементи рішення IP-TV включають:

компоненти головної апаратної системи IP-TV, зокрема:

головну станцію;

систему умовного доступу;

відеосервери;

систему розподілу контента;

сервери білінгової системи;

сервери системи менеджменту;

сервери проміжного програмного забезпечення (middleware);

компоненти опорної (магістральної) транспортної мережі, зокрема:

власне опорну (оптичну) мережу на базі IP-технологій;

високопродуктивні комутатори (маршрутизатори) з оптичними інтерфейсами;

транспортний рівень доступу:

канали доступу абонентів;

клієнтське устаткування.

Всі ці компоненти, за винятком систем прийому первинного телесигналу, функціонують в IP-середовищі і встановлюються поверх існуючої мережі передачі даних.

На рис.1 приведена загальна схема архітектури IP-TV без прив'язки до конкретного виробника устаткування і способів організації каналів.

Рис.1 Загальна схема архітектури IP-телебачення

Головна станція (head-end)

Головна станція - це базовий компонент рішення IP-TV при побудові послуг цифрового телебачення (рис.2). Основна функція головної станції IP-TV - формування відеоконтента і подальша трансляція вихідного потоку відеоданих у форматі Video-over-IP.

Головна станція IP-TV виконує наступні функції:

IP-encapsulation (“IP-інкапсуляція”) - базова функція станції, забезпечує включення транспортних MPEG-пакетів як корисне інформаційне навантаження до складу кадрів протоколу PDU (protocol data unit), і подальшу передачу даних в телекомунікаційних мережах Gigabit Ethernet і АТМ;

transrating (“трансрейтинг”) - зміна (пониження) швидкості потоку даних, використовується також аналогічний по сенсу термін rateshaping;

Рис.2 Головна станція

transcoding (“транскодинг”) - транскодування, зміна формату стиснення медіаданих, наприклад потік MPEG2 транскодируется в MPEG4;

encoding (“енкодинг”) - компресія нестислого відео з метою отримання на виході “энкодера” транспортного потоку у форматі MPEG2 (4) або VC-1/Windows Media VC-9 (на вході энкодера відеосигнал може бути в аналоговому, наприклад, композитне відео, S-video або в цифровому, наприклад SDI форматі);

decoding (“декодинг”) - декодування, відновлення початкової нестислої інформації;

re-encoding (“ре-енкодинг”) - в цифровому телебаченні відновлення нестислої інформації і повторне енкодування з метою значної зміни швидкості потоку (іноді цим терміном називають також зміну формату стиснення, тобто фактично може матися на увазі транскодинг);

scrambling (“скремблінг”) - шифрування, мається на увазі використання системи умовного доступу (CAS);

de-scrambling (“де-скремблинг”) - дешифрування, мається на увазі розкриття скрембльованих ТВ-каналів;

multiplexing або remultiplexing - мультиплексування, в цифровому телебаченні цим терміном зазвичай позначається мультиплексування вхідних однопрограммных транспортних потоків (SPTS) і/або мультипрограмних транспортних потоків (MPTS) в необхідний операторові вихідний мультипрограмний транспортний потік (MPTS), при цьому також проводиться фільтрація незначущих і зайвих даних шляхом редакції PSI даних. Строго кажучи, навіть однопрограмний транспортний потік є результатом мультиплексування трьох потоків - відео, аудіо і даних;

de-multiplexing - демультиплексування, операція зворотна мультиплексуванню;

statistical multiplexing - статистичне мультиплексування, використовується головним чином для MPTS потоків, що направляються від земної станції на супутник (up-link), при цьому вигляді обробці загальна швидкість багатопрограмного потоку є майже постійною, але швидкість кожного з однопрограммных потоків, що складають загальний потік MPTS, є змінною (VBR). Статистичне мультиплексування дозволяє ефективно використовувати смугу супутникового транспондера, але вимушує операторів IP-TV, (особливо для DSL-мереж) використовувати трансрейтинг або навіть ре-енкодинг;

PSI redaction - редагування таблиць сервісної інформації PSI (program specific information - спеціальна інформація про програми).

Основні вимоги до головної станції IP-TV:

сучасна станція IP-TV повинна працювати з широким діапазоном вхідних джерел відеоконтента, зокрема:

супутникові ТВ-канали у форматі DVB-S, що отримуються через DVB-ASI інтерфейс приймачів або потокових дескремблерів в режимі однопрограмного транспортного потоку (SPTS) або багатопрограмного транспортного потоку (MPTS);

аналогове і цифрове некомпресироване відео, що отримується від студійного ТВ устаткування у форматах SDI, S-video, “композитний відеосигнал”, а також можна припустити використання в майбутньому цифрових інтерфейсів DVI (digital video interface) і HDMI (high-definition multimedia interface);

ефірні цифрові програми через DVB-ASI інтерфейс DVB-T-приймачив і з меншою вірогідністю аналогові ефірні канали у форматі “композитне відео”, отримане з виходу аналогових ефірних демодуляторів;

відеоконтент, що передається через транспортні мережі у форматах IP-TV (MPEG over IP), Video over АТМ, IP-video over АТМ;

повна гнучкість в обробці відеопотоку (трансрейтинг, транскодинг, енкодинг, мультиплексування, підтримка адресації трафіку multicast і unicast);

можливість надання сервісів через різні фізичні типи транспортних мереж (xDSL, опто-волокно (Ethernet), АТМ, коаксіальний кабель, супутникові мережі);

MPEG-2 і MPEG4-кодування;

MPEG-2 в MPEG4-транскодування;

підтримка систем умовного доступу DVB CAS і/або IP CAS.

Також до головної станції IPTV можуть пред'являтися і звичайні для будь-якого головного устаткування вимоги:

гнучке нарощування функцій і сервісів, масштабування;

легка і інтуїтивна конфігурація і управління.

Таким чином, головна станція є програмно-апаратним комплексом, який забезпечує прийом сигналу від радіо і телевізійних станцій і супутників, забезпечує декодування і демультиплексування цифрових сигналів і MPEG-кодування аналогових сигналів з подальшим мультиплексуванням підготовлених матеріалів в IP-потоки.

Система захисту контенту від несанкціонованого доступу

Даний компонент рішення IP-TV забезпечує безпеку послуг і захист відеоматеріалів від несанкціонованого перегляду і цифрового копіювання (дотримання авторських прав) (рис. 3).

Рис.3 Система захисту контенту від несанкціонованого доступу

Система закриття контенту (CAS) здійснює шифрацию аудіо і відеоматеріалів, при цьому доступ до матеріалів абонента дозволяється по авторизації абонентів власними засобами CAS або засобами інших систем - middleware, білінг. Як засоби авторизації використовуються смарт-картки, програмні ключі і найсучасніші і надійніші алгоритми.

Для шифрування вказаних у вхідному потоці сервісів використовується необоротний алгоритм, захищений оригінальним динамічно оновлюваним ключем, що на практиці робить неможливим несанкціонований перегляд телепередач і інших інформаційних сервісів, що передаються в потоці.

Ключ і дані про абонентів захищені унікальними високоефективними алгоритмами шифрування. Дешифрування аудіо і відеоматеріалів здійснюється безпосередньо на стороні абонента за допомогою STB.

Система умовного доступу складається з двох частин - серверної і клієнтської. Серверна частина запускається на сервері і здійснює шифрування мультимедійних потоків. Клієнтська частина завантажується в STB і здійснює дешифрування потоків. Паралельно ведеться процес обміну оновленими ключами з серверною частиною. Варіант алгоритму дії системи умовного доступу представлений на рис. 4.

Компоненти системи:

модуль сервера системи умовного доступу;

клієнтський модуль системи умовного доступу;

клієнт-серверна прикладна програма для обміну ключами.

Модуль сервера системи умовного доступу перехоплює IP-пакети з мультимедійним контентом, проводить їх шифрування і перенаправляє далі в мережу. Для кожного IP-потока передбачена генерація унікальних ключів.

Абонентський пристрій встановлює захищене з'єднання з сервером системи умовного доступу і періодично отримує оновлені ключі шифрування. Отримані ключі передаються в модуль системи умовного доступу на абонентському пристрої. Даний модуль перехоплює IP-пакети, що отримуються з мережі, і проводить їх дешифрування, якщо потік зашифрований і є в наявності актуальні ключі для даного IP-потока. Далі дешифровані пакети перенаправляються в прикладні програми, для яких вони призначаються.

Рис.4 Варіант алгоритму дії системи умовного доступу

Основні вимоги до системи умовного доступу:

високий рівень безпеки;

висока стійкість до методів криптоаналізу;

робота з цифровими і аналоговими джерелами програм;

управління пристроями по TCP/IP;

відсутність політики прив'язки до конкретного виробника абонентських приставок;

мінімальний час активації нових абонентів;

адресний простір на максимальну кількість абонентів.

Проміжне програмне забезпечення (middleware)

Middleware - програмно-апаратний комплекс, який забезпечує управління всіма компонентами рішення IP-TV, обробляє запити від абонентських пристроїв, забезпечує взаємодію з системами оператора зв'язку (рис. 5).

До основних функцій middleware відносяться:

інтеграція (забезпечення взаємодії) всіх компонентів рішення архітектури IP-TV;

формування інтерфейсів абонента - SUI (subcriber user interface);

формування адміністративного інтерфейсу і інструментів для управління послугами IP-TV;

аутентифікація користувачів з використанням СУБД;

авторизація (реєстрація і ведення обліку) користувача з використанням СУБД;

управління послугами і контентом, що надається, надання доступу;

збір статистики про надані послуги (запис файлів статистики);

формування програми передач EPG.

Рис.5 Middleware

Основні вимоги до проміжного програмного забезпечення:

легкість управління контентом і послугами;

контроль параметрів надання послуг;

конфіденційність клієнтської бази;

надання і модифікація інтерфейсу користувача при роботі з абонентськими пристроями різних виробників;

інтерфейс повинен бути інтуїтивно зрозумілим і приємним на око;

забезпечення послуг Video-over-IP в мережі на базі будь-якого мережевого устаткування і будь-якого устаткування head-end;

надійність і продуктивність. Підтримка резервного middleware, зміна конфігурації системи без перерви в обслуговуванні і миттєва активізація всіх змін;

розширення функціонала. Спектр підтримуваних послуг постійно оновлюється;

високий рівень відмовостійкої і можливість внесення змін, як в графічний дизайн інтерфейсу, так і в апаратну частину (при використанні додаткових нових модулів або інтеграції з існуючими застосуваннями);

відкритість платформи і можливість легкої інтеграції із сторонніми системами;

впровадження власних пркладних програм (інформаційні і комерційні послуги).

Само поняття middleware прийшло в IP-TV з мереж кабельного або супутникового телебачення, де middleware, по суті, є частинка коду, що виконується на абонентському пристрої і реалізовує призначений для користувача інтерфейс на екрані телевізора і доступ абонента до послуг. У сфері IP-TV middleware перетворилося на платформу надання широкого спектру інтерактивних послуг, які стають доступними абонентові саме завдяки можливостям, закладеним в телебачення по IP-протоколу.

Відеосервери

Відеосервери використовуються для реалізації послуг “відео по замовленню” (VoD), “віртуальний кінотеатр” (NvoD), “персональний відеомагнітофон” (PVR). Відеосервер - це дисковий масив великої ємності зі встановленим програмним забезпеченням (рис.6). Програмне забезпечення реалізує multicast трансляцію відеоматеріалів для послуги NVoD і unicast трансляцию при наданні послуги VоD. Відеосервер дозволяє здійснювати перехоплення і запис multicast потоків, тобто підтримувати послугу PRV. Велика ємкість є визначальною вимогою до видеосетверів.

Система розподілу контента

При побудові послуг IP-телебачення зосереджувати аудіо і відеоматеріали в єдиній точці обміну - недоцільно. Даний крок приводить до підвищеного завантаження мережі, нераціонального використання компонентів рішення, відсутності можливості надавати якісні послуги великій кількості абонентів. Як наслідок, необхідно якісно розподілити в мережі замовника відеосервери, що б були забезпечені умови:

мінімальне завантаження мережевої інфраструктури замовника;

рівномірний розподіл навантаження на відеосервери.

Для вирішення даного завдання використовується система розподілу контента (рис.7).

Рис.7 Система розподілу контента

Система розподілу отримує від middleware RTSP-запит абонентів на доступ до контенту, визначає, на якому сервері з мінімальним завантаженням і в максимальній близькості до абонента знаходяться необхідні дані, і дозволяє абонентові отримати їх з вибраного сервера. Якщо на мінімально завантаженому, але максимально наближеному до абонента, сервері необхідного контента не виявлено, то запит буде переадресований на іншій, схожий за умовами, сервер.

Таким чином, система розподілу медіаконтента є інтелектуальним інструментом, що забезпечує гнучкість і відмовостійку роботи сервісу VоD, яка дозволяє операторові оптимізувати роботу мережі і мінімізувати кількість використовуваного устаткування.

Основні вимоги до системи розподілу контента:

інтеграція - здатність легко інтегруватися з компонентами системи, зокрема з будь-яким middleware;

інтелектуальний розподіл контента. Система повинна управляти переміщенням контента з центрального відеосервера на регіональні сервери відповідно до популярності, а також постійно проводити моніторинг вмісту відеосерверів;

масштабованість - здатність працювати з будь-якою кількістю відеосерверів;

високий ступінь відмовостійкої системи. Система завжди повинна мати актуальну інформацію про працездатність відеосерверів. Якщо у момент проглядання відео відбудеться відмова в обслуговуванні поточним сервером, потік негайно буде відновлений іншим сервером, а для абонента це буде лише секундне зависання картинки на телевізорі;

перевірка доступності контента;

підтримка різних виробників відеосерверів;

збір і зберігання інформації про популярність відеоматеріалу;

підтримка відеоматеріалу на серверах в актуальному стані відповідно до їх затребуваності, видалення контента, що втратив інтерес користувачів.

Біллінг (Billing)

Система billing є апаратно-програмним комплексом, орієнтованим на збір статистичної інформації від пристроїв, за допомогою яких сервіс-провайдери забезпечують надання послуг користувачам, а також подальшу тарифікацію наданих послуг. Основними функціями білінгової системи є:

ведення абонентської бази (найменування, реквізити, статус);

ведення довідника тарифних планів;

обробка і тарифікація даних по спожитих послугах;

підготовка бухгалтерських документів;

підготовка фінансової звітності.

Страницы: 1, 2