Учебники / Цифровое телевизионное вещание под редакцией Г. В. Мамчев, 2014

средственно управляя одной из систем условного доступа, или путем пря­

мого контроля за работой коммутатора доступа [74].

Программный комплекс может оперировать собственной абонентской базой или транслировать запросы на авторизацию и аутентификацию из

кодирующего устройства системы условного доступа в используемую

биллинговую систему. Таким образом, с точки зрения САS-системы имен­ но middleware будет «отвечать» за авторизацию и аутентификацию под­ писчиков, пользующихся для собственной идентификации РIN-кодом, Smart cards (<<умными картами») или МАС-адресом собственного абонент­

ского устройства.

Одной из важных функций программного комплекса является взаимо­ действие системы управления с абонентом посредством портала. Когда

пользователь успешно зарегистрируется в системе управления, на экране

своего телевизора он видит портал - интерфейс, который позволяет ему

воспользоваться услугами просмотра телеканалов, заказывать видеомате­

риалы для просмотра (VoD). Здесь же он сможет воспользоваться про­ граммой телепередач (EPG), услугами видеозаписи (PVR), интерактивных игр, других информационных сервисов, просмотреть баланс счета и по­

полнить его.

Механизмы гарантированного качества обслуживания

В IР-сети для реализации высококачественного IP ТV-вещания требу­ ется создание механизмов гарантированного качества обслуживания

(Quality of Service - QoS) [75]. Например, качество речи, передаваемой в сети пакетной передачи (Packet Based Network - PBN), какой является IP- сеть, зависит от искажений в процессе компрессии/декомпрессии, процен­

та потерь пакетов данных и их задержки во времени. При компрессии стандартное качество речи сохраняется только при потере не более 3~

цифровых пакетов, а приемлемое качество - при потере не более 5~. При­

чем основная доля потери пакетов данных приходится на IР-сеть. Ориентировочно вносимое время задержки составляет: компрессора­

ми - 15 ... 50 мс, маршрутизаторами - 1О ... 20 мс, серверами с цифровой об­

работкой сигналов - 80 ... 150 мс. Более детально различают собственно

время задержки и джиттер, то есть разность времени задержки двух после­

довательно передаваемых пакетов. Первая составляющая влияет, главным образом, на плавность речи, необходимость переспросов. Допустимой счи­ тается суммарная задержка в сети, равная 150 ... 250 мс. При задержках бо­ лее 500 мс качество речи считается плохим, а диапазон 250 ... 500 мс со­

ставляет зону неопределенности, в которой восприятие речи становится

«некомфортным». Джиттер, основную долю которого вносит IР-сеть, влияет на разборчивость и может проявляться в виде щелчков. В приемные устройства часто вводят буферную память, которая ослабляет джиттер за

счет увеличения постоянной составляющей задержки. Допустимым счита­

ют джиттер 50 ... 150 мс, иногда более жестко устанавливают верхний пре-

дел в 40 мс. Следует учесть, что время задержки, вносимое аппаратурой, примерно обратно пропорционально производительности процессоров, ко­ торая удваивается каждые 1,5 ... 2 года. Поэтому можно ожидать, что в бли­ жaйшиe годы максимальная задержка в IР-сети приблизится к 150 мс [76].

В отличие от телефонного сигнала, видеосигналы более требователь­ ны к пропускной способности сети, а также к возможным задержкам и ва­

риациям задержки в сетях передачи данных. Многое зависит от того, ви­

деосигнал какого изображения передается. Если это статические рисунки или фотографии, то о задержках и доступной пропускной способности можно особенно не беспокоиться - в конце концов на принимающей сто­ роне из мозаики отдельных фрагментов сложится изображение. Совсем другое дело, когда речь идет о передаче видео в реальном масштабе вре­

мени.

Принципиальным является различие в требованиях, предъявляемых к

полосе пропускания со стороны услуг VoD и IP ТV-вещания. Первые

предполагают передачу информации в режиме unicast: между видеосерве­

ром и каждым абонентским устройством устанавливается свой сеанс связи. Десять абонентов - десять видеопотоков в IР-сети, 100 абонентов - 100 ви­ деопотоков, 1000 абонентов - 1000 видеопотоков .... Понятно, что IР-сеть в данном случае должна иметь большую пропускную способность с воз­ можностью ее быстрого наращивания. Подобное масштабирование сегодня возможно только в IР-сетях с применением самых скоростных технологий

Ethemet и спектрального мультиплексирования волоконно-оптических ли­ ний (WDM). Понятно, что при предоставлении услуг VoD важнейшую роль играет создание распределенной сети кэш-серверов, то есть буферных

быстродействующих устройств памяти, приближающих контент к потре­ бителям и снижающих нагрузку на IР-сеть.

Для высококачественной передачи видео по IР-сети необходимо за­

действовать механизм QoS третьего уровня (Diff Serv). Технология Diff Serv обеспечивает приоритезацию видеопакетов, гарантируя доставку

пользователям всех кадров видео до одного.

С целью поддержания в IР-сети алгоритмов QoS имеет смысл исполь­

зовать технологию многопротокольной коммутации на основе меток

(Multiprotocol Label Switching - МPLS).

Технологии подключения абонентов к IР-сети

Подключение абонентов к IР-сети мультисервисного типа может осу­ ществляться несколькими способами. До последнего времени наиболее ши­ роко использовался высокоскоростной доступ с помощью абонентских те­

лефонных линий. Технология асимметричной цифровой абонентской линии

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) позволяет передавать информа­

цию в сторону абонента (нисходящий поток, или downstream) со скоростью 8 Мбит/с и в обратном направлении, то есть от абонента (восходящий поток, upstream) - до 1,5 Мбит/с при длине абонентской линии 5 км [77].

Такая асимметрия в сочетании с состоянием «постоянного установ­

ленного соединения» (то есть исключается необходимость каждый раз на­ бирать телефонный номер и ждать установления соединения) делает тех­ Hoлoгию ADSL очень удобной для организации доступа в мультисервис­

ную сеть. Каналы доступа, организованные на основе технологии ADSL

имеют достаточно высокое качество (вероятность ошибки 10-8 ... 10-10), что

близко к соответствующему параметру волоконно-оптических линий.

Для широкополосного абонентского доступа может применяться ин­ фраструктура сетей кабельного телевидения, использующих коаксиальный кабель в качестве направляющей среды.

Непрерывный рост скорости потоков данных в IР-сетях начинает ог­

раничивать использование медной среды передачи (коаксиального кабеля и витой медной пары). Иными словами, в мире прослеживается тенденция перехода от чисто коаксиальных кабельных систем в сетях доступа к опти­

ческим сетям.

Одним из наиболее проработанных и активно внедряемых современ­

ных решений абонентского широкополосного доступа к мультисервисным

сетям является использование технологии PON (Passive Optical Network)

путем прокладки волоконно-оптического кабеля. Причем для России наи­

более привлекательным на сегодня считается решение РТТВ (Fibre То The Building), когда оптическое волокно доходит до здания (например, офис или многоквартирный жилой дом). Особенно если учесть тот факт, что

стоимость прокладки оптического и коаксиального кабелей практически одинаковая. Учитывая стратегическое преимущество, которое дает опти­ ческая сеть по сравнению с медной, в ближайшее время станет экономиче­ ски обоснованным оптический доступ в квартиру каждого абонента, то

есть технологии РТТН (Fibre То The Ноте).

7.6. Особенности организации телевизионного вещания

всети Интернет

внастоящее время наблюдается значительный интерес вещателей и

производителей аудиовизуальной продукции к технологии передачи пото­

кового, то есть непрерывного аудио и видео через Интернет. Интернет­

вещание - новый альтернативный способ распространения телевизионных и звуковых сигналов получает сегодня все более широкое распространение.

Смысл услуги Web-вещания заключается в следующем. Вещатель на операционном сервере создает массив Web-страниц. Этот массив может

создаваться или исходя из собственных пристрастий вещателя, или опира­

ясь на рейтинги наиболее популярных саЙтов. Далее из этого массива соз­

даются пакеты сайтов по тематике, по возрастной категории или по другим

критериям. Сформированные на сервере пакеты Web-страниц обрабаты­ ваются специальным программным обеспечением и добавляются в общий

студии и т.п. Вся эта информация используется для Web-вещания. В этом

случае пользователи в процессе ПрОСЛУlllивания программ звукового ве­

щания имеют возможность одновременного ознакомления по выбору со всем объемом дополнительно накопленных данных.

В основе всех технологий Интернет-вещания в прямом эфире лежит следующий принцип: станция оцифровки СВ случае применения аналогово­ го вещательного телевизионного и звукового оборудования), либо коди­

рующее устройство осуществляют захват, то есть ввод видео и звуковых

сигналов и затем кодируют эти сигналы в медиа-поток с заранее заданны­

ми параметрами. Разработанная технология и имеющиеся инструменталь­ ные средства обеспечивают всестороннюю обработку звуковых и видео­ данных в процессе их подготовки и оцифровки. Используемые инструмен­

тальные средства позволяют осуществлять lllумоподавление, удаление ар­

тефактов, преобразование чересстрочной телевизионной развертки в про­ грессивную и коррекцию цвета. Далее сформированные цифровые потоки

передаются на серверы, ретранслирующие их пользователям Интернета. В

свою очередь аппаратуру для кодирования звука и видео в потоковые фор­

маты можно условно разделить на две группы. Первая группа, которую

следует назвать программными кодерами, захватывает, например, видео с

помощью Web-камеры, подключаемой к передающей части сетевого ком­ плекса на основе Fire Wire интерфейса. ДальнеЙlllая «упаковка» видеодан­ ных выполняется программным путем, а затем сформированный поток от­ правляется на сервер. В данном случае фактически требуются только ком­ пьютер, цифровая видеокамера и плата интерфейса для нее, а все осталь­ ные функции выполняет программное обеспечение. Второй подход пред­

полагает наличие специальных компьютерных устройств, использующих

программно-аппаратное кодирование видео или звука. Как правило, по­ добные системы имеют, по сравнению с первой группой, раСlllиренные возможности. Однако стоимость аппаратных устройств для кодирования

видео и звука несравненно ВЫlllе, чем у чисто программных реlllениЙ.

Важной особенностью аппаратных кодеров является возможность

формирования нескольких информационных потоков видеоданных с раз­ личным СООТНОlllением сторон, то есть форматом кадра, например, 4:3 или 16:9, и качеством СВ первую очередь, четкостью) воспроизводимых изо­

бражений. Таким образом, можно сразу подготовить потоковый контент,

рассчитанный или на высокоскоростные, так и на каналы с малой пропу­

скной способностью. При этом допускается одновременная работа в не­

скольких форматах передачи, например: Мiсrоsоft Windows Media, Real

Networks, Real Video или Apple's Quick Time. Одновременно с процессом

вещания можно выполнить и функции архивирования данных, как на внут­ ренний дисковый накопитель, так и внеlllНИЙ цифровой видеорекордер.

Существует два принципа потоковой передачи аудио и видео в сети

Интернет - Unicast u Multicast [79].

в эфир. Передача видео осуществляется с помощью приемо-передающе­ го блока системы Clip Mail pro, подключенного к локальной сети регио­ нальной телекомпании, через Интернет в такой же блок в центральной

телекомпании.

Большинство цифровых телевизионных приемников нового поколения выпускаются со встроенным Интернет-браузером (Инmернеm-mелевuзоры), обеспечивающим навигацию по «Всемирной паутине». С помощью таких моделей телевизоров помимо приема сигналов цифрового телевидения сис­ темы DVB-T!МPEG-4 АУС при подключении к сети Интернет имеется воз­ можность получить доступ к полному спектру информационных услуг, дос­

тупных сегодня только пользователям персональных компьютеров.

Контрольные вопросы

7.1. Поясните принципы функционирования спутниковых сетей телевизионного

вещания.

7.2. Как осуществляется обработка данных и сигналов в системе спутникового цифрового телевизионного вещания DVB-S?

7.3. Какие способы модуляции используются в системе спутникового цифрового вещания второго поколения DVB-S2?

7.4. Назовите основные отличия между системами спутникового цифрового ве­

щания DVB-S и DVB-S2.

7.5. Дайте краткую характеристику системе кабельного телевидения с древовид­

ной схемой распределения сигналов.

7.6. Оцените эффективность работы интерактивной системы кабельного телеви­

дения радиального типа.

7.7. Приведите структурные схемы систем кабельного телевидения кольцевого

типа.

7.8. Какими преимуществами обладают системы кабельного телевидения с ра­ диально-кольцевой структурой?

7.9. Каким образом осуществляется построение домовых распределительных се­ тей в кабельном телевидении?

7.10. Каковы конструктивные особенности двухкабельной однонаправленной домовой распределительной сети?

7.11. Перечислите основные стандарты цифровых систем кабельного телевидения. 7.12. В чем заключаются основные принципы работы систем кабельного телеви­

дения, построенных в соответствии со стандартами типа DOCSIS? 7.13. Какие основные параметры характеризуют работу системы DVB-C?

7.14. С какой целью в системе кабельного телевидения предусмотрено выделение нескольких логических каналов внутри одного физического ка­ нала?

7.15. Охарактеризуйте основные особенности организации сети IP ТV-вещания. 7.16. Приведите функциональную схему мультисервисной сети типа Triple Play. 7.17. Сформулируйте основные принципы работы системы управления услугами

в IР-сети.

408 7. ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ

7.18. Какие способы подключения абонентов к IР-сети мультисервисного типа используются на практике?

7.19. Поясните смысл услуги Web-вещания.

7.20. Какие способы потоковой передачи аудио- и видеоданных в сети Интернет Вы знаете?

7.21. Какие технические средства применяются для приема потокового аудио и

видео в сети Интернет?