Статьи за: 2015 год2014 год2013 год

Современная цифровая головная станция - строим так, чтобы завтра не выбрасывать. 30 каналов сегодня, 300 каналов завтра! Часть 2. Авторы: Колпаков И.А., ген. директор компании Контур-М, Барг А.И., руководитель департамента перспективных технологий компании Контур-М.

	Дата публикации: 05 августа 2009г.		Аннотация отсутствует.
	Статья была опубликована в журнале "Кабельщик" №8 2009г.

Современный мультиплексор – как всё начиналось.

Операторы цифрового ТВ по всему миру согласятся с нами, что первым по-настоящему современным мультиплексором был, конечно, знаменитый «Cherry Picker». В сравнении со стандартным 8-ми входовым ASI-мультиплексором начала века, Cherry Picker поражал воображение операторов множеством инноваций - цифровой сплайсинг, мультиплексирование аж до 160 Мб/сек, два типа интерфейсов, позволяющие работать одновременно как с ASI, так и с IP потоками, включая даже потоки HDTV, и, самое главное, похожий на какое-то чудо эффективный рейтшапинг (трансрейтинг).

Cherry Picker® DM 6400

Прибор, разработанный ещё в середине 90-х годов американской Imedia (которую в 1999 году купила компания Terayon), был долгое время самым известным и, возможно, самым популярным мультиплексором, вплоть до случившегося два года назад исчезновения Terayon в чреве могущественной Motorola. Интересно, что успех Cherry Picker был настолько велик, что после приобретения компании Imedia, Terayon начал сокращать свой традиционный бизнес – станции CMTS и кабельные модемы - и через несколько лет полностью прекратил их производство, целиком сосредоточившись на производстве столь популярных мультиплексеров Cherry Picker.

Сегодняшний формальный владелец знаменитого бренда - компания M otorola использует словосочетание «Cherry Picker» как торговую марку, по сути - знак качества, украшая им по своему усмотрению свои собственные продукты.

Но, к счастью, после исчезновения компании Terayon команда, создавшая знаменитый «собиратель вишен», сохранилась и производит сегодня его новейшую, намного более эффективную версию. Это так называемый Broadcast Network Processor (BNP) от калифорнийской RGB Networks, созданной теми же людьми, что в своё время там же в Калифорнии основали фирму Imedia.

BNP (RGB Networks)

Познакомимся с BNP поближе. Прежде всего, BNP это классический многопотоковый мультиплексор, позволяющий в одной коробке принимать огромное число входных потоков и создавать множество собственных уникальных «мультиплексов», то есть многопрограммных потоков (MPTS), таким образом, что каждый созданный MPTS представляет в точности тот контент, который будет занимать целиком кабельную частоту (эфирную частоту, спутниковый транспондер).

Одной из особенностей BNP является поэтапное приобретение производительности прибора по мере роста потребностей и возможностей Оператора. Фактически Оператор приобретает доступную для мультиплексирования полосу небольшими «кусочками». Один минимально-продаваемый «кусочек» - это 40 или 55 Мбит/с, то есть полоса, необходимая для создания одного мультиплекса для QAM64 или QAM256 (или аналогичные попугаи для применений DVB-S/S2/T/T2). Цена «входного билета» вполне разумна – Оператор может начать с приобретения BNP за небольшие деньги с активными лицензиями на создание всего лишь 2-х MPTS. Однако возможности дальнейшей модернизации BNP путем простого приобретения лицензий очень впечатляют – максимальная лицензия предоставляет Оператору фантастическую производительность – ультра-компактный прибор (1RU) с 3-мя процессорами на борту способен заменить 48 (сорок восемь) архаичных «одно-муксовых» приборов! Максимальная суммарная выходная полоса, создаваемых BNP мультиплексов – 1920 Мбит/сек (в 12 раз больше, чем у знаменитого Cherry Picker).

MMC (RGB Networks)

Разумеется, такой большой поток даже невозможно передать через один GigE порт, поэтому BNP имеет сразу в базовой поставке 8 «гигабитных» SFP слотов на борту, позволяющих устанавливать как оптические, так и электрические SFP-модули. Максимальное число выходных ТВ программ – 768 каналов стандартного разрешения, 192 канала HDTV в 48 MPTS. Одновременно с GigE портами, платформа BNP может оснащаться двунаправленными ASI-модулями – всего до 18 ASI-портов в 3-х ASI-модулях. Если 18-ти ASI портов мало, то в качестве « ASI - расширителя» компания RGB предлагает подключать один или несколько мультимедийных конвертеров MMC. Платформа MMC, «младший брат» BNP также оснащена 8-ю GigE/SFP слотами и позволяет разместить 4 модуля ASI (всего 24 ASI порта). Мы можем сконфигурировать конфигурацию, например из BNP и 3-х MMC, получим 4 RU мультиплексор, оснащенный 90 ASI портов! Такая конфигурация, безусловно, будет уступать по эффективности современной концепции повсеместной IP-коммутации, имеющей массу преимуществ, но в принципе, как мы видим, ничто не мешает нам использовать комбинированную ASI/IP коммутацию, которая имеет право на жизнь, например, если Оператор уже приобрел ощутимое число ресиверов или MPEG-кодеров, оснащенных только лишь ASI выходами.

Разумеется, кроме простого мультиплексирования, BNP выполняет ряд других передовых и широко-востребованных функций, без которых невозможно представить современный мультиплексор.

Платформа BNP выполняет следующие функции:

• де-джитеринг;
• создание DVB SI информации;
• трансрейтинг/рейтшапинг;
• статистическое мультиплексирование;
• резервирование каналов;
• бесшовная вставка цифровых рекламных роликов (DPI);
• цифровое наложение графики и текстов (Digital Overlay);
• оповещение о чрезвычайном событии.

Поясним здесь некоторые из них. Значение де-джитеринга трудно переоценить. Джитер (нестабильность, паразитная модуляция фазы цифрового сигнала) является злейшим врагом цифрового видео. Джитер возникает на любом этапе создания, обработки и передачи цифрового видео-контента. Повышенным джитером отличаются ASI и IP порты многих устаревших, а иногда и современных недорогих спутниковых ресиверов, IP-стримеров, IP/ASI шлюзов. Эта же болезнь присуща ряду недорогих MPEG-кодеров, некоторым российским, молдавским и украинским мультиплексорам. Повышенный джитер часто изначально наблюдается при приеме некоторых спутниковых транспондеров на цифровом транспортном выходе даже самых качественных ресиверов. Также источником очень значительного джитера может быть Ethernet сеть, как среда передачи видео поверх IP и многое другое. На практике высокий джитер приводит к потере PCR-данных, к срыву синхронизации, джитер делит ответственность (вместе с потерей MPEG-пакетов и другими неприятностями) за замерзание картинки и различные другие артефакты видео. Как правило, встроенный в BNP механизм де-джитеринга эффективно удаляет джитер, который хотя и превышает требования DVB – спецификаций, но всё же имеет какие-то разумные размеры. Однако нельзя ждать чуда, по опыту нашей службы технической поддержки, даже платформа BNP не всегда способна вылечить огромный джитер удивительных комбинаций, составленных из некоторых отечественных мультиплексоров и ресиверов из Поднебесной, используемых одновременно с популярным «народным» способом суммирования безумного числа ASI-потоков с помощью кабельных сплитеров или ответвителей (!).

Вряд ли есть необходимость сегодня объяснять - что такое трансрейтинг/рейтшапинг. Эта функция хорошо известна всем операторам, кто имеет ограниченные ресурсы полосы пропускания, прежде всего это операторы IPTV, использующие xDSL сети. Однако и у кабельных операторов возникает задача экономии полосы каналов, когда надо как сохранить затратное по ресурсам аналоговое вещание, так и внедрить «цифру». Ситуация сильно ожесточается с ростом числа каналов, например кабельные операторы в США уже в принципе не могут обойтись без дополнительной компрессии видео. Особенно остро нехватка частотного ресурса ощущается при трансляции десятков каналов HDTV, пожирающих ресурсы сети в разы быстрее каналов стандартного разрешения.

Эффективность BNP как трансрейтора одна из лучших в отрасли – платформа BNP позволяет без потери визуального качества экономить от 25 до 40% полосы канала в зависимости от входной скорости, изначального качества MPEG-компрессии и других факторов.

Статистическое мультиплексирование дает кабельному (спутниковому, эфирному) оператору ещё более эффективный инструмент экономии полосы каналов. Отличие от простого трансрейтинга здесь в том, что трансрейтинг здесь динамический, изменяющийся в широких пределах. Оператору надо только назначить полосу MPTS и решить сколько сервисов он желает поместить в одном мультиплексе. Затем назначить каждому каналу приоритет в зависимости от характера канала, а платформа BNP уже сама будет динамически управлять полосой каждого канала так, чтобы в любой момент времени суммарная полоса мультиплекса оставалась в заданных пределах. Платформа BNP реализует такую процедуру исключительно эффективно. По нашему опыту, один мультиплекс MPEG-2, шириной 38 Мб/с может без потери визуального качества вмещать, например, 12 ТВ программ, включающие в себя половину каналов с высокой динамикой (спортивные, фильмовые). При этом мы не используем полностью все 38 Мб/с, а резервируем ещё полосу для EPG, CAS и других сервисов. При желании статистическое мультиплексирование позволяет уместить в полосе одного частотного канала, например, 20 программ в мультиплексе MPEG-2 с модуляцией QAM256 (55 Мб/с). Как мы видим, статистическое мультиплексирование дает кабельному оператору хорошие аргументы в принципе не использовать дорогостоящее транскодирование MPEG2 в MPEG-4, требующее к тому же дорогие кабельные приставки с поддержкой MPEG-4.

Цифровая вставка рекламы является одним из важнейших источников доходов кабельных операторов США. Хочется надеяться, что через какое-то время российские кабельщики также смогут зарабатывать на этом ощутимые деньги. Здесь интересно отметить, что BNP позволяет делать локализованную вставку рекламы, когда в одну и ту же программу в один и тот же период времени (например, когда идет «общенациональный» рекламный блок) вставляется различная по содержанию реклама, адресованная разной аудитории в разных регионах (городах, поселках). Огромная производительность BNP позволяет создавать множество одинаковых каналов, отличающихся только локализованной рекламой или, например, локализованными выпусками новостей. Отметим также «бесшовный» характер врезки рекламы, что в отличие от других известных решений не «подвешивает» кабельные приставки в момент начала рекламной вставки.

Цифровое наложение графики и текстов (Digital Overlay) дает Оператору простое бюджетное решение для вставки рекламы или местной информации, так как затраты здесь ничтожны по сравнению с созданием рекламных роликов с привлечением профессионалов. Наложенная графика может представлять собой простую бегущую строку, вставку картинок, логотипов или простой анимации – съемочное оборудование, студия, актеры, оборудование для монтажа и т.п. здесь не требуются. Вставка оповещения о чрезвычайных событиях производится здесь также по технологии Digital Overlay и никаких существенных затрат, в том числе драгоценного в таких случаях времени здесь также не требуется.

Многие передовые возможности BNP часто невозможно повторить на каком-либо другом оборудовании или для этого потребовался бы сложный комплекс разнородных приборов со сложным, часто «замудренным» управлением. В то же время, выполнение таких операций платформой BNP производится просто и очень комфортно для оператора. Например, настройка так называемого «груминга по расписанию», т.е. программирование расписания когда (день, время) и в каком мультиплексе появляется та или иная ТВ программа, производится Оператором «в течение одной чашки кофе».

Надо сказать, что все без исключения операции с платформой BNP обеспечиваются исключительно дружественным и наглядным графическим интерфейсом. По опыту наших инженеров достаточно пару часов чтобы понять ключевые принципы управления BNP.

Невозможно не упомянуть о богатых возможностях резервирования BNP.

Имеются следующие возможности:

- резервирование шасси 1+1 в конфигурации горячего ожидания «hot-standby»),
- резервирование шасси 1+1 на случай сбоя любого GigE порта (например, в случае обрыва кабеля);
- резервирование выходного GigE порта («зеркалирование»).

Резервирование шасси BNP (1+1) выполняется очень красиво с инженерной точки зрения, решение уникально по простоте, эффективности и отличается удивительно низкой стоимостью.

Для бесшовного переключения с «главной» платформы на резервную систему используется виртуальная IP адресация. Идея заключается в том, что обе платформы (основная и резервная) используют общий виртуальный IP адрес. Когда происходит сбой, резервная BNP получает этот виртуальный IP адрес в своё пользование, платформа переходит из состояния «standby» в активное состояние. Это достигается посылкой ARP запроса. Address Resolution Protocol (ARP) обеспечивает привязку IP адреса к MAC адресам, GigE портов резервной BNP, которые при этом автоматически назначаются для работы с данным виртуальным IP адресом.

Резервное шасси BNP в режиме ожидания с определенной периодичностью передает и принимает специальные тестовые сигналы, свидетельствующие об исправной работе основного прибора. Критерием сбоя основной платформы является перегрев, неисправность вентиляторов, выход из строя блока питания или отсутствие специальных тестовых сигналов.

Два важнейших момента выгодно отличают автоматическое резервирование BNP (1+1) от других решений присутствующих на рынке:

1) не требуется наличия специальной станции мониторинга.

2) Все лицензии на BNP покупаются только один раз - все лицензии основной платформы действительны для резервной.

Последний момент исключительно важен, поскольку позволяет в несколько раз снизить стоимость резервирования и дает Оператору колоссальную экономию - стоимость лицензий может в 10 раз превышать стоимость самого железа!

В отношении автоматического резервирования следует пояснить, что хотя с целью исключения “человеческого фактора” управляющий интерфейс (GUI) резервного шасси устанавливается в режим “только чтение” (read-only), всё же имеется возможность вмешательства оператора и ручного переключения на резервное шасси BNP через пользовательский интерфейс GUI (оператор должен иметь соответствующий уровень доступа).

Помимо резервирования самого шасси, платформа BNP предоставляетвозможности резервирования программ.

Любая выходная программа может иметь свой «back-up channel». BNP поддерживает резервирование для ВСЕХ ПРОГРАММ, обрабатываемых данным шасси.

В то же время любая входная программа может быть использована как резервная для одной или нескольких выходных программ.

Резервирование программ

Критерий пропадания программы надежный и простой – исчезновение PAT/PMT таблиц, в нормальной ситуации всегда присутствующих в MPEG-потоке (также во входном потоке определяется наличие элементарных A/V потоков).

Автоматически детектируется возвращение пропавшей программы, и она включается вновь на место резервной.

Если резервный источник видео не назначен тогда вместо него может быть назначен так называемый «Slate Channel» (запасной канал, не привязанный к конкретному главному каналу, используется для всех прерываемых каналов).

Оператор имеет возможность настроить переключение на запасной "Slate channel" и автоматическое переключение обратно на основной сервис.

Таким образом, резервирование программ может быть сконфигурировано с 2-мя степенями резерва - когда основная программа «падает» происходит переключение на backup-service и автоматический возврат на основной сервис, когда он восстанавливается, а в случае 'падения' резервного канала (backup) происходит автоматическое переключение на «Slate channel» до тех пор, пока основной сервис не восстановится.

В простейшем случае контент slate-канала может храниться локально на ftp-сервере или на компакт-флеш памяти BNP. В простейшем случае это может быть краткое текстовое сообщение, например, “Технический перерыв” или “Программа начнется в 15 часов”.

Продолжение следует...

Авторы с удовольствием ответят на все вопросы по затронутой теме по тел.: +7 (495) 221-81-88 или E-mail: