Архитектура комплекса ip-tv

Архитектура решения IP-TV зависит от архитектуры магистральной сети и сети доступа оператора связи и обычно имеет распределенную структуру.

Архитектура комплекса IP-TV как правило включает в себя следующие составляющие:

• Головная станция;

• Студия подготовки контента;

• Подсистема защиты контента;

• Подсистема учета услуг;

• Подсистема управления комплексом (Middleware);

• Подсистема видеосерверов;

• Подсистема анализа видеопотоков.

Доставка контента до клиентского оборудования осуществляется поверх IP-сети оператора.

Головная станция

Головная станция - важный компонент решения IP-TV при построении услуг цифрового телевидения. Головная станция является программно-аппаратным комплексом, который обеспечивает прием сигнала от радио и телевизионных станций и спутников, обеспечивает раскодирование и демультиплексирование цифровых сигналов и MPEG-кодирование аналоговых сигналов с последующим мультиплексированием подготовленных материалов в IP-потоки.

Основными источниками широковещательного контента являются телеканалы, транслируемые со спутников.

Стандартная головная станция состоит из:

• антенного поста, в задачи которого входит прием радио-сигналов с выбранных спутников;

• приемников-декрипторов, в задачи которых входит демодулирование полученных сигналов и декриптование закрытых каналов;

• мультиплексора–стримера, занимающегося формированием транспортных потоков, содержащих требуемые телеканалы с необходимыми аудио компонентами (дорожками) и стримингом этих каналов в IP-сеть. На мультиплексоре также можно активировать функцию трансрейтинга, позволяющую при необходимости «зажать» битрейт телеканала перед его транслированием в сеть. Мультиплексор может быть использован для приема, обработки и стриминга телеканалов, полученных по IP-сети от других операторов;

• Кодера, он необходимый для кодирования аналоговых телеканалов, получаемых от местных телекомпаний, или для кодирования любого другого контента, получаемого в аналоговом виде.

В итоге, на выходе головной станции формируются потоки в форме многоадресной передачи (multicast), что позволяет использовать одну головную станцию для предоставления услуг одновременно на всех узлах сети без ограничения количества подключенных к услуге абонентов.

Студия подготовки контента

В задачи студии входит приведение фильмов, трейлеров и видеоклипов к форме, пригодной для использования в IP-TV-решении. Под этой формой понимаются видео- и аудиоформаты и их характеристики, а также формат транспортного потока. На сегодняшний день в IP-TV стандартами де-факто для видео являются формат MPEG2 и более совершенный формат MPEG4. Выбор аудиоформатов несколько шире: MP3, AAC, многоканальные AC3 и DD5.1.

При формировании студийного комплекса учитывается формат и форма носителей, на которых поставляется контент. Это могут быть файлы в различных видеоформатах: DVD, Blu-ray, HD-DVD носители, видеокассеты с цифровой или аналоговой записью. Оборудование студии позволяет преобразовать контент из большинства цифровых или аналоговых форматов и получить на выходе файл с требуемыми параметрами.

Подсистема защиты контента

Под защитой подразумевается комплекс мер, препятствующих нелегальным просмотру или копированию контента. Фактически у системы защиты две задачи: зашифровать контент с помощью стойких к взлому алгоритмов и контролировать использование зашифрованного контента и ключей дешифрования.

Ядро подсистемы отвечает за генерацию и смену ключей шифрования, аутентификацию и авторизацию абонентских устройств.

Модуль on-line скремблирования шифрует телеканалы в реальном времени и ретранслирует их в закрытом виде.

Модуль of-line скремблирования шифрует видеофайлы перед их размещением на видеосерверах комплекса.

Система CAS/DRM осуществляет шифрацию аудио- и видеоматериалов, при этом доступ к материалам абонентам разрешается по авторизации абонентов собственными средствами CAS/DRM или средствами других систем – мiddleware, биллинг. В качестве средств авторизации используются программные ключи и самые современные и надежные алгоритмы. Дешифрация аудио- и видеоматериалов осуществляется непосредственно на стороне абонента посредством STB.

Подсистема управления комплексом

Middleware – программно аппаратный комплекс, который обеспечивает управление всеми компонентами решения IP-TV, обрабатывает запросы от абонентских устройств, обеспечивает взаимодействие с системами оператора связи. Middleware позволяет осуществлять:

• авторизацию абонента;

• формирование программы передач EPG;

• формирование интерфейса и инструментов управления решением IP-TV;

• взаимодействие с системами CAS, VoD, головной станцией, STB-устройствами;

• взаимодействие с биллинговыми системами и системами поддержки бизнеса Оператора связи (OSS/BSS/CRM и т.п.).

Middleware имеет открытую архитектуру, что позволяет оперативно масштабировать компоненты решения, и расширять спектр услуг. Программируемый абонентский интерфейс позволяет в полной мере учитывать потребности операторов связи и их абонентов.

Ядро подсистемы управляет внешними компонентами комплекса, поддерживает базу данных абонентов и предоставляемых им услуг, занимается аутентификацией и авторизацией абонентских устройств, взаимодействует с системой учета услуг.

Абонентский портал — лицо всего комплекса. Это интерфейс, который видит абонент на своем экране, и благодаря которому он пользуется услугами.

Подсистема учета услуг

В привычном понимании это биллинг, благодаря которому оператор имеет возможность учитывать и тарифицировать услуги, оказанные своим абонентам.

Подсистема видеосерверов

Основная задача подсистемы — стриминг контента в режиме «по запросу» (Video on Demand). Вещание производится в форме одноадресной передачи (unicast); для управления вещанием используется протокол RTSP, позволяющий реализовать такие привычные абоненту функции, как перемотка вперед и назад, пауза и просмотр фильма с начала.

Вторая, не менее важная задача подсистемы, это запись транслируемых по сети телеканалов для последующего просмотра (nPVR).

Трафик с видеосерверов в сторону абонентов в основном имеет unicast-характер, из-за чего нагрузка на магистральный сегмент сети оператора, когда сотни и тысячи абонентов запрашивают контент с одного видеосервера, может быть очень велика. Для устранения подобных проблем часть видеосерверов перемещают в сеть доступа, ближе к абонентам, а контент реплицируется с центральных серверов на пограничные.

И третья задача подсистемы — формирование собственной сетки вещания контента в режиме multicast, реализуя тем самым услугу виртуального кинотеатра (nVOD) или собственного телеканала.

Подсистема мониторинга

Задача подсистемы — постоянно анализировать видеопотоки, транслируемые по сети, для выявления возможных проблем с качеством предоставляемых услуг на ранней стадии. Подсистема состоит из анализаторов, подключенных во всех критических точках сети, начиная с головной станции и заканчивая оборудованием доступа абонентов, и центрального сервера, управляющего анализаторами и собирающего с них статистику.

Сеть распространения и сеть доступа

Это наиболее сложные части телекоммуникационной сети, характеризующиеся большим набором интерфейсов и оборудования, различными топологиями и средами передачи, разнообразными и часто противоречивыми требованиями к надёжности, производительности, стоимости.

Сети доступа обеспечивают подключение конечных пользователей к услугам и сервисам оператора связи. В узлах доступа должна обеспечиваться реализация протоколов сети доступа при взаимодействии с абонентскими блоками, протоколов сети общего пользования при работе с узлом коммутации, а также взаимная конвертация этих протоколов и управление потоком данных в системе абонентского доступа. Как для сети доступа, так и для сети распределения могут быть использованы различные технологии.

Абонентские приставки

Абонентские приставки (STB), устанавливаемые у абонента дома, являются шлюзом между IP-сетью оператора и, собственно, абонентами. В зависимости от степени сложности, STB имеют несколько выходных видео интерфейсов (от аналогового композитного до цифрового HDMI), несколько аудио интерфейсов (стереопара RCA и цифровой S/PDIF) и интерфейс Ethernet для подключения к сети оператора.

Именно абонентская приставка определяет допустимые в системе форматы вещания видео и аудио. На приставке воспроизводится графический интерфейс пользователя, а от ее быстродействия в том числе зависит быстродействие системы IP-TV в целом — с точки зрения конечного абонента.

Структурная схема архитектуры комплекса IP-TV представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема архитектуры комплекса IP-TV