Статьи за: 2015 год2014 год2013 год

Решения Tandberg Television для мультисервисных мультиформатных систем кабельного и IP-телевидения. Авторы: Барг А.И., руководитель департамента перспективных технологий компании Контур-М, Петухова Е., региональный менеджер по РФ Tandberg Television.

	Дата публикации: 25 апреля 2007г.		Знакомство с историей Tandberg Television позволяет понять концептуальный подход компании к предполагаемым решениям. Последние 14 лет Tandberg TV не создает аналоговую технику и не расходует на "аналог" никаких ресурсов. Компания фокусируется исключительно на передовых цифровых технологиях. С 90-х годов аналитики Tandberg TV так определяют завтрашний день: "Будущее ТВ-технологий - в цифровой компрессии видео".
	Статья была опубликована в журнале "Кабельщик" №4 2007г.

Знакомство с историей Tandberg Television позволяет понять концептуальный подход компании к предлагаемым решениям. Последние 14 лет Tandberg TV не создает аналоговую технику и не расходует на аналог никаких ресурсов. Компания фокусируется исключительно на передовых технологиях. С 90-х годов аналитики Tandberg TV так определяют завтрашний день: “Будущее ТВ-технологий – в цифровой компрессии видео”.

Все решения Tandberg TV так или иначе связаны с формированием, приемом, преобразованием и передачей видео данных, компрессированных в форматах цифровых транспортных потоков MPEG-2, MPEG-4 AVC и VC-1 (Windows Media 9). Сегодня Tandberg TV предлагает решения для любой цифровой транспортной среды, включаяцифровые эфирные и спутниковые каналы DVB-T/H и DVB-S/S2. “Наземным” (кабельным) телекоммуникационным операторам предлагаются решения прежде всего для транспортных сред Gigabit Ethernet, xDSL и HFC (DVB-C), на базе которых сейчас в основном и создаются сети цифрового кабельного и IP- телевидения. Разумеется, Tandberg не забыла и хорошо известную технологию АТМ, вытесняемую в последнее время с массового рынка технологией Gigabit Ethernet.

Высоконадежная ATM-технология заслуженно имеет своих сторонников. Еще до появления Ethernet-протоколов резервирования ресурсов и передачи потоков в реальном времени (RSVP и RTSP), ATM-технология уже уверенно гарантировала передачу “живого” видео потока с гарантированным качеством (QoS) и малой задержкой. На сегодняшний день, несмотря на успешную экспансию и объявленную “победу” Gigabit Ethernet, во всем мире эксплуатируется огромное число ATM-магистральных линий, а также строятся новые.

Поэтому Tandberg Television очень просто решила давний спор ATM versus Gigabit Ethernet - сегодня Tandberg TV предлагает оборудование для приема и передачи видео­потоков не только формата MPEG over Ethernet, но и MPEG over ATM, включая MPEG over Native ATM (без использования UDP/IP-протокола).

Обобщая, можно сказать, что решения Tandberg Television основаны на двух ключевых типах современных технологий:

- цифровая компрессия видео (с последующей обработкой MPEG-потоков);

- телекоммуникационные технологии пакетной передачи данных.

Эти решения строятся по универсальному принципу — создаем и/или обрабатываем компрессированный поток цифрового видео в любом из форматов (SDTV, HDTV, MPEG-2/4, VC-1) и передаем его через любую цифровую транспортную сеть для распределения в сетях оператора любого типа (кабельное ТВ и IP- телевидение, DVB-S/T/H).

Первый тип технологий, равно как и первая часть упомянутого выше решения, реализуется цифровыми головными станциями, для создания которых Tandberg Television предлагает операторам все ключевые компоненты. Это MPEG-энкодеры, CAS-скремблеры, цифровые спутниковые приемники, многоканальные дескремблеры транспортного потока, мультиплексеры. Непосредственно для трансляции ТВ-контента в кабельную сеть (DVB-C), Tandberg TV предлагает QAM-модуляторы, а для организации IРТV-вещания как сравнительно простые IP-стриммеры, так и специализированные IPTV-платформы.

Интересно отметить, что предлагаемые Tandberg приборы не ограничены возможностью подключения к сети строго определенного типа. Например, то, что мы называем “спутниковыми приемниками”, в исполнении Tandberg (ТТ1260, ТТ1222) являются гораздо более универсальными “мультитранспортными” приборами, поскольку могут принимать не только сигнал спутниковой ПЧ (QPSK), но и, будучи оснащены соответствующей опцией, могут принимать MPEG-потоки в форматах DVB-T, DVB-S2, Ethernet, ATM, G.703, ASI и других. Точно так же имеются выходные опции ASI, SDI, MPEG over IP и другие.

Надо сказать, что многообразию доступных сетевых интерфейсов для подключения к сетям любого типа Tandberg придает особое значение - в линейке продукции имеется специальный конвертор форматов (Tandberg TT6120), позволяющий решать самые разнообразные задачи межсетевой коммутации транспортных видеопотоков в форматах ASI, QPSK, QAM, COFDM, ATM, SMPTE З10, Ethernet, G.703, MPEG over IP и других.

Линейка продуктов Tandberg Television очень многообразна, так что в рамках одной статьи довольно сложно даже просто перечислить все ключевые группы продукции, однако стоит заметить, что для всех типов головного оборудования предоставляется фирменная система менеджмента и мониторинга Tandberg nCompass Control, обеспечивающая удаленное управление, сбор информации, резервирование, анализ статистики и множество других функций. Интуитивно понятный пользовательский интерфейс системы графически отображает конфигурацию оборудования и обеспечивает детальный мониторинг. Система обеспечивает коммутацию оборудования для резервирования.

Интересной особенностью nCompass Control является использование так называемого менеджера профиле (Profile Manager), позволяющего пользователю вместо определения физического оборудования определять конфигурации или профили.

Профили могут быть запомнены как профили, определяющие сервисы, транспортные потоки или как профиль системы в целом. Вызов предопределенных профилей намного упрощает работу пользователя. Однажды созданные профили могут быть активированы или запланированы в соответствии с графиком расписания системного уровня, уровня транспортного потока или уровня сервиса. Встроенный графический планировщик или интерфейс автоматизации системы поддерживает общую конфигурацию системы в динамике, позволяя наилучшим образом использовать ширину полосы или ресурсы оборудования.

Ключевые особенности nCompass Control:

Система nCompass Control предлагает мощные функции ремультиплексирования, которые в динамике отслеживают выходной транспортный поток, отображая изменения во входящих компонентах потока и в PID-идентификаторах. В случаях, когда изменения в потоках требуют изменения конфигурации системы, вмешательство пользователя будет минимальным.

Остановимся подробнее на решениях Tandberg Television, предлагаемых операторам кабельного телевидения. Как уже было сказано, Tandberg TV не производит никакого “традиционого” аналогового оборудования кабельных ТВ-сетей, такого, как аналоговые усилители или оптические узлы. Концепция Tandberg Television для распределительных ТВ-сетей опирается на современные передовые представления о магистральных транспортных сетях, в которых сегодня уже нет места аналоговым технологиям. Согласно концепции Tandberg Television, уровень ядра цифровой ТВ-системы (формирование ТВ-контента) и магистральные распределительные уровни используют исключительно цифровые технологии.

Напомним читателям, как выглядит современная архитектура мультисервисных сетей кабельных операторов, предоставляющих, прежде всего, в качестве базовых услуги кабельного телевидения и доступа в Интернет. Сегодня в России это так называемая “архитектура глубокого проникновения оптики (FTTB, FTTH)”.

В магистральной оптической сети, используемой для передачи данных по технологии MetroEthernet, выделяется некоторое количество оптических волокон для передачи “классического” телевизионного радиочастотного сигнала (в формате DVB-C и даже просто аналогового ТВ). Такая архитектура предполагает, что в общей физической строительной инфраструктуре оптической магистрали создаются сразу две параллельных “логических сети” - сеть на базе современной цифровой технологии пакетной передачи данных и несколько архаичная сеть кабельного ТВ, требующая оптических передатчиков, оптических усилителей и т.п.

Развивая идеологию сетей с глубоким проникновением оптики, Tandberg Television представила инновационное решение, предлагающее создание сетей цифрового кабельного телевидения DVB-C одновременно с сетями IP-телевидения. При этом для всех типов сервисов (голос, видео, доступ в Интернет) на магистральном уровне используется только одна логическая сеть. Новое решение базируется на современных представлениях о мультисервисных сетях, как использующих исключительно технологию пакетной передачи данных. Телевизионный контент формируется центральной головной станцией (ЦГС) в формате MPEG- транспортных потоков и передается в удаленные сегменты сети через Gigabit Ethernet-магистрали, которые также служат для предоставления услуги передачи данных и VoIP-телефонии (triple play). В решении Tandberg TV принципиально отсутствует магистральный транспорт на базе классического кабельного ТВ с радиочастотной несущей и, следовательно, отсутствуют какие-либо аналоговые оптические передатчики и усилители.

Один из вариантов реализации такого решения основывается на комплектации ЦГС спутниковыми приемниками Tandberg TT1222 с новейшей опцией “MPEG over IP-выход”. При этом для трансляции в кабель DVB-C - программ в удаленных сегментах сети устанавливается многоканальный QAM-модулятор с Gigabit Ethernet-входом Tandberg MQ6800 и/или организуется IPTV-сеть.

QAM-модулятор Tandberg MQ6800 производит мультиплексирование ТВ-сервисов в 12 выходных QAM-каналов, что обеспечивает трансляцию 70-80 ТВ-программ (QAM64).

Данное решение упрощает конфигурацию ЦГС, поскольку множество MPTS/SPTS- транспортных потоков с IP-выходов приемников ТТ1222 коммутируются непосредственно с головным Gigabit Ethernet-коммутатором, при этом дорогостоящие ASI-мультиплексеры не требуются. Решение Tandberg позволяет унифицировать сетевую технологию и использовать единую систему управления, администрирования, менеджмента и мониторинга сети.

Tandberg TV располагает линейкой QAM-модуляторов с оптичес­ким и электрическим GigE(IP)-входом, используя для обозначения этих приборов принятый в Европе и США термин Edge-QAM (“краевой” QAM- модулятор). Фактически Edge-QAM-модулятор представляет собой функционально законченную недорогую удаленную головную станцию DVB-C. Edge-QAM-модуляторы Tandberg располагают стандартным DVB SimulCrypt-интерфейсом для подключения серверов условного доступа (CAS), что позволяет использовать разную политику создания “пакетов контента” в различных сегментах сети, которые ориентируются на различные потребности абонентов в разных населенных пунктах или городских районах.

Семейство Edge-QAM-модуляторов Tandberg TV включает специализиро­ванные приборы, специально созданные для организации услуги Video on Demand (VoD) в сетях цифрового кабельного телевидения DVB-C. В таких сетях может даже не быть обратного канала, а заказ фильма может производиться, например, с помощью SMS-сообщения от абонента. Доступ абонента к закрытому каналу обеспечивается сервером авторизации (SAS) в составе системы условного доступа. Система CAS может даже иметь для этой цели специальный интерфейс для обмена данными с сотовым операто­ром (например, Conax CAS7). В этом случае оператор DVB-C договаривается об условиях участия сотового опе­ратора в своем бизнесе.

Примером Edge-QAM-модулятора для оказания услуги VoD может служить Tandberg EQ6800, который имеет компактный 1U-корпус и предоставляет 24 выходных QAM-канала, что обеспечивает одновременную трансляцию более 150 однопрограммных цифровых видеопотоков (QAM64). В крупной сети может использоваться несколько Edge-QAM-модуляторов, число которых определяется исходя из того, что одновременно только 3-5% абонентов DVB-C сети потребляют услугу VoD. Разумеется, приведенная статистика не является догмой, кроме того, необходимо учитывать “пиковые” нагрузки (так называемый эффект “вечера пятницы”) и необходимость резервирования.

Edge-QAM-модуляторы, транслирующие VoD-программы, получают контент от видеосерверов, расположенных либо в аппаратной ЦГС для централизованной схемы VoD, либо, для случая децентрализованной схемы, видеосерверы расположены в разных сегментах сети, приближенных к местам с высокой плотностью абонентов. В последнем случае видеосерверы подключены к магистральной сети Gigabit Ethernet (или ATM), через которую производится пополнение и обновление контента. Децентрализованная схема предоставления услуги Video on Demand позволяет значительно разгрузить магистральную часть сети, более равномерно распределяя трафик по всей сети, но обслуживание и управление сетью в этом случае несколько усложняются. Надо сказать, что и в IPTV-сети точно так же используется централизованная или децентрализованная схема расположения серверов VoD, и при выборе оптимального решения оператор IPTV руководствуется теми же самыми соображениями.

Возвращаясь к приборам Tandberg TV, работающим с потоками Video over IP по входу и/или по выходу, следует отметить, что на базе IP-коммутации Tandberg TV предлагает новую идеологию коммутации головных станций. Сегодня это коммутация с помощью Ethernet-интерфейсов всех без исключения устройств аппаратного комплекса ТВ головной станции, так называемая технология all-IP interconnection. Специалисты Tandberg TV утверждают, что такое решение наиболее удобно и является универсальным, поскольку обеспечиваются следующие преимущества:

Рассмотрим подробнее отличия станции с IP-архитектурой и “традиционной” цифровой головной станции. “Традиционная” головная станция состоит из нескольких различных подсистем, выполняющих функции получения и формирования ТВ-контента, компрессию видео, мультиплексирование и модуляцию. Последовательный интерфейс SDI используется для работы с некомпрессированным цифровым видео. После операции компрессии видео в форматы MPEG-2/4 (или VC-1) интерфейс SDI далее не используется, а все оборудование соединяется между собой с помощью асинхронного последовательного интерфейса ASI. Из-за физических ограничений ASI- и SDI-интерфейсов все подсистемы “традиционной” головной станции обычно располагаются физически рядом друг с другом. Таких территориальных ограничений станция с IP-архитектурой не имеет.

Еще недавно препятствием для широкого внедрения IP-интерфейсов была высокая стоимость IP- инкапсуляции видео. Однако в последние 2 года наблюдается тенденция к существенному снижению стоимости плат и узлов для инкапсуляции и деинкапсуляции MPEG over IP как опций в составе ТВ-оборудования, а также снижение стоимости Ethernet-интерфейсов. По мере продвижения IP-технологии в вещательной индустрии происходит замена традиционных ASI-инфраструктур на IP-инфраструктуры, что создает операторам ряд новых возможностей.

В традиционных системах с ASI-архитектурой все физические связи оборудования статично назначены, оборудование однозначно и жестко сгруп­пировано по сервисам, при этом ASI-маршрутизация не используется из-за ее высокой стоимости и сложной реализации. Использование IP-коммутации обеспечивает гибкую по своей природе маршрутизацию, позволяющую ресурсам оборудования быть динамически распределенными между сервисами. Резервное пере­ключение оборудования для ASI-систем требует физической коммутации ASI- интерфейсов, что означает или перестыковку вручную соединительных кабелей с одних устройств на другие, или использование дорогостоящих ASI-матриц. Для IP-инфраструктур используется “классическое” Ethernet- оборудование (маршрутизаторы, коммутаторы), для которого такие задачи, как маршрутизация и резер­вная коммутация, реализуются очень просто в силу природы этих устройств. Однако главной и принципиально новой возможностью IP-систем являются так называемые “распределенные инфраструктуры”, в которых формирование контента и дальнейшее мультиплексирование видеопотоков в коммерческие “пакеты” могут быть разнесены в пространстве между ЦГС и несколькими ПГС.

Такое решение позволяет операторам создавать (мультиплексировать) пакеты, оптимальные из коммерческих и технических соображений именно на данной территории. Для каждого конкретного сегмента сети оператор может выбрать оптимальный состав ТВ-программ для разных пакетов, оптимальную политику кодирования и тип системы CAS, оптимальную техно­логию (IPTV или DVB-C), оптимальный формат компрессии (MPEG-2/MPEG-4/VC-1), оптимальный частотный план, оптимальный тип модуляции (QAM64/QAM128/QAM256) и так далее.

На рис. ниже приведен пример решения Tandberg Television для “IP-архитектуры” центральной головной станции, предоставляющей одновременно услуги доступа в Интернет, цифрового кабельного телевидения DVB-C и IP-телевидения. Вся коммутация центральной головной станции полностью выполнена с помощью Ethernet-интерфейсов.

Показанная здесь центральная головная станция формирует видео-контент, собирая его из нескольких источников, и после соответствующей обработки транслирует его в формате Video over IP через GigE- магистральную сеть доступа (Access Network) в удаленные сегменты сети, где производится мультиплексирование контента в необходимые оператору пакеты, скремблирование с помощью CAS-серверов и трансляция в форматах DVB-C и IPTV, как было описано нами ранее. Все устройства, расположенные как в аппаратной ЦГС, так и в удаленных сегментах сети, управляются системой Tandberg nCompass. Для этого все приборы имеют WEB-интерфейс, через который они подключаются к управляющей сети (Control Network).

ЦГС получает видео-контент из многих входных источников, таких как:

Контент, полученный в формате некомпрессированного видео, кодируется в форматы MPEG-2 или MPEG-4. Контент, полученный через транспортные IP- и ATM-сети, так же, как и контент, полученный со спутников, обрабатывается с целью получения требуемой скорости потока и, в случае необходимости, перекодируется из формата MPEG-2 в формат MPEG-4. Упомянутые выше операции компрессии видео (encoding), изменение (понижение) скорости потока (transrating) и перекодирование из MPEG-2 в MPEG-4 (transcoding) выполняются показанными на схеме платформами Tandberg iPlex, которые сами по себе широко известны как недорогие станции IPTV.

Говоря о важнейшей для цифрового ТВ операции компрессии видео, нельзя не рассказать о последних достижениях Tandberg Television в этой области. На только что прошедшем в Лондоне IPTV-форуме (март 2007) были представлены новейшие модули энкодеров iPlex последнего поколения, модифицированного формата MPEG-4, определяемого Tandberg как “ультра-компрессия”. В основе ультра-компрессии - фирменный алгоритм кодирования Tandberg Television, так называемый Intelligent Compression Engine ICE3 (Интеллектуальный механизм кодирования, версия 3).

Новейшая модификация алгоритмов кодирования видео предоставляет до 50% выигрыша в скорости потока по сравнению с предыдущими версиями MPEG-4 AVC. Используя MPEG-4 в варианте “ультра-компрессии”, можно кодировать HDTV-программы формата 1080i в поток со скоростью 6 Мб/с, а HDTV-программы формата 720р - в поток со скоростью всего лишь 4 Мб/с, обеспечивая ранее невиданное сочетание высокого качества видео и низкой скорости. Для сравнения, использование традиционного варианта MPEG-2-компрессии требует приблизительно 20 Мб/с для формата 1080i и приблизительно 14 Мб/с для формата 720р. Как мы видим, “ультра-компрессия” видео открывает превосходные возможности для кабельных операторов, использующих IPTV- технологии. Действительно, если мы имеем ADSL 2+ сеть с максимальной скоростью в пределах 12 Мб/с (длина линии до 2 км), то, казалось бы, ни о каком телевидении высокого разрешения говорить не приходится. Однако, “ультра-компрессия” от Tandberg Television вносит приятные коррективы в наши представления. Впервые у операторов появилась возможность предоставить одному абоненту через ADSL 2+ линию одновременно до 2 каналов с разрешением HDTV или до 4 каналов стандартного разрешения.

Описывая возможности платформы iPlex для трансляции ТВ-сервисов в мультисервисных сетях, необходимо упомянуть, что iPlex обеспечивает функцию Stream Replications (дублирование потока), предоставляющую трансляцию идентичных многопрограммных ТВ-транспортных потоков через множество различных выходных интерфейсов, что позволяет производить одновременную трансляцию в гибридных и смешанных транспортных средах. Оператор может 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. Оператор может предоставлять программы с высокой скоростью потока в DVB-C сети, через оптоволокно или VDSL и одновременно поставлять те же программы с более низкой скоростью через ADSL.

Эффективность платформы iPlex подтверждена международными призами. Буквально в течение одного месяца платформа iPlex получила сразу три награды. Два приза были получены на конкурсе головных цифровых станций на февральской выставке CSTB-2007 – “за интересное техническое решение” и “за высокое качество разработки”. После чего на мартовском IPTV-форуме в Лондоне, в номинации “головные станции IPTV и видео-процессинга”, iPlex была награждена как “лучшая головная станция IPTV, предоставляющая ультра-компрессию видео для SDTV и HDTV”.

Резюмируя возможности головного оборудования Tandberg Television, можно сказать так. Оператор, используя одну базовую систему для приема и формирования каналов, может предоставлять одни и те же по содержанию программные потоки в разные транспортные среды (ATM, Gigabit Ethernet, HFC), в разных форматах (MPEG-2, MPEG-4 AVC), с разным разрешением (SDTV, HDTV), с разной скоростью и, наконец, использовать разные технологии в сети доступа (DVB-C, IPTV).

Литература

1. Tandberq Television IPTV Solutions http://www.tandbergtv.com/iptv.ink
2. Broadcast News Room, Company News:
   02/26/07 http://www.broadcastnewsroom.com/artides/viewarticle.jps?id=108769
3. А.Барг, И.Колпаков, С.Колгатин “IP-телевидение начинается с головной станции” “Кабельщик” № 10, 2006.

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