Перспективы использования интернет-сети в доставке ТВ-программ пользователям

Аннотация

Герасимова В. В., Балобанов В. Г., Гилленберг Ю. Ю. Рассматриваются актуальные вопросы по IPTV и интернет-телевиденью. Приводятся структурные схемы, реализующие технологию Интернет-вещания, даётся краткая характеристика методов передачи трафика в IP-сетях: unicast, broadcast и multicast. Сравнение IPTV с интернет-телевидением.

В 21 веке цифровое телевиденье уже завоевало популярность, как в нашей стране, так и во всем мире. В отличие от аналогового телевидения цифровое имеет ряд преимуществ:

• высокое качество изображения (практически отсутствуют помехи изображения, благодаря высокому отношению сигнал/шум);
• возможность трансляции большого количества телепрограмм в ограниченном частотном диапазоне;
• повышение помехоустойчивости (цифровое наземное ТВ;
• вещание стандарта DVB-T и DVB-T-2 менее подвержено действию помех в канале связи, так как они могут быть своевременно устранены в цифровом приемнике);
• отсутствие зон неуверенного приёма (при аналоговом способе передачи из-за многолучевости и переотражения радиоволн возникают зоны, в которых приём затруднён, а приемник цифрового телевиденья ориентируется на налучший сигнал).

Самый распространенный стандарт цифрового телевидения DVB (Digital Video Broadcasting), который подразделяется в зависимости от способа передачи сигнала: c помощью спутников (DVB-S, DVB-S2), через кабельную сеть (DVB-C, DVB-C2) или через сети наземного эфирного телевидения (DVB-T, DVB-T2).

Следующим поколением телевидения становится интерактивное цифровое телевидение. Оно позволяет абонентам пользоваться интерактивными сервисами (возможность управлять воспроизведением, например, можно поставить на паузу передачу и потом в удобное время продолжить просмотр с того же момента). В данный момент времени, в гору идет развитие таких технологий трансляции видеосигнала, как IPTV и интернет-телевидение.

Общая схема интернет-телевидения

Интернет-телевидение – это система, основанная на двусторонней передаче цифрового сигнала через интернет-соединения посредством широкополосного подключения.

На рис.1 изображена общая схема интернет-вещания (АЦП – аналого-цифровой преобразователь), приемо-передающего оборудования телекомпании (организатора вещания) и приемо-передающего оборудования абонента (телезрителя). Для преобразования любого аналогового сигнала (изображения, звука) в цифровую форму необходимо выполнить три основные операции: дискретизацию, квантование и кодирование. В отличие от аналогового телевидения, канал между приемо-передающим оборудованием является двунаправленным и цифровым, что позволяет значительно увеличить информационную емкость сигнала и помехоустойчивость, а также реализовать интерактивность предоставляемых услуг.

Основное отличие IPTV заключается в том, что интернет-сети не занимаются производством программ, а покупают их у крупных телерадиокомпаний. IP TV-вещание организуется интeрнет-провайдерами в пределах их локальных, а интернет-телевидение подразумевает вещание на всю глобальную сеть Интернет через арендованные сервера.

Трансляция видеосигнала посредством интернет

Существует два основных типа доставки аудиовизуальной информации посредством интернет:

• потоковое вещание;
• прогрессивный формат доставки.

Потоковое вещание предоставляется для доставки видеосигнала для прямых трансляций илиэфирно-кабельноготелевидения. Оно предполагает постоянный поток видео данных от сервера видео трансляции. Если скорость такого потока (битрейт) постоянно не превышает допустимую ширину канала в сети, то полученное изображение не будет отличаться от того, что передает сервер трансляции, но если пропускной способности сетине хватает — картинка будет иногда пропадать или вообще неотражаться.Битрейтпотока можно использовать один для всех пользователей, но лучше использовать технологиимультибитрейтного илиадаптативного вещания, тогдабитрейтбудет меняться в зависимости от разнообразных условий или характеристик сети.Нынешние сервера имеюттехнологию переключениябитрейтов.

Другой тип доставки информации – прогрессивный формат – необходимый в условиях ограничения скорости подключения. Он предлагает выделить внутри исходного видеофайла небольшие по объему независимые части, которые смогут воспроизводиться на принимающей стороне по степени их загрузки, не ожидая полного скачивания файла. При небольшой скорости подключения к сети показ будет происходить со значительными остановками. Если же канал широкий, то воспроизведение будет непрерывно, и файл загрузится полностью до завершения трансляции, поэтому сеть будет свободной долгое время. Данный тип видеотрансляции используется преимущественно для организации видеоархивов, работающих в режиме видеo по запросу[1].

Оптимизация нагрузки на каналы связи

Для передачи мультимедийной информации требуются широкие каналы, что создает существенную нагрузку на магистрали интернет провайдеров, поэтому необходима оптимизация процесса ее передачи.

Мультикастинговая рассылка предполагает передачу единого потока на тех участках маршрута, которые совпали для нескольких пользователей. В тех точках, где происходит разветвление маршрута, пакеты дублируются (рис. 2)[2].

На сегодняшний день разработаны различные реализации мультикастинговой рассылки. В IPTV разветвителями потоков являются сетевые устройства – маршрутизаторы и коммутаторы, в программное обеспечение которых включена поддержка мулькастинговой рассылки.

Для организации интернет телевещания требуется инсталляция дополнительных прокси-серверов, которые смогут принять видеопотоки и перенаправлять их по запросам пользователей. Такая система рассылки не зависит от провайдеров и называется наложенным мультикастингом. Запрос от пользователя должен перенаправляться к ближайшему прокси-серверу.

Мультикастинг дает возможность переложить основную нагрузку сети с сервера трансляции на прокси-сервера. Поэтому при проектировании сети интернет-телевидения следует предусмотреть возможность добавления новых прокси-серверов без остановки работы сети.

Пиринговая сеть – это компьютерная сеть, которая основана на равноправии участников. В такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов[3].

Помимо пиринговых сетей, существуют так называемые гибридные сети (рис. 3), серверы которых используются для координации работы, поиска или предоставления информации о существующих машинах сети и их статусе. Гибридные сети сочетают скорость централизованных сетей и надёжность децентрализованных благодаря гибридным схемам с независимыми индексационными серверами, синхронизирующими информацию между собой. При выходе из строя одного или нескольких серверов сеть продолжает работать.

Организация гибридной пиринговой сети дает возможность многократно снизить нагрузку на каналы прокси-серверов путем делегации функций вещания цифрового видеосигнала на приемное оборудование.

Для реализации пиринговой сети нужна установка сервера управления пиринговой сетью и поддержка технологии пиринговых сетей программным обеспечением приемного оборудования.

Структура построения сети ивиды трафика вIPTV

Рассмотрим технологию производства и передачи ТВ изображения и передачи его клиентам.

Сформированный ГС поток телевизионных каналов представляет собой поток IP-пакетов, передаваемых в сети по отдельному групповому IP-адресу, соответствующему данному телеканалу. Таким образом, вещание нескольких каналов представляет собой формирование нескольких потоков multicast-трафика, когда каждый из каналов однозначно определяется уникальным адресом групповой рассылки.

Методы передачи трафика в IP-сетях: unicast, broadcast и multicast

Трафик unicast (одноцелевая передача пакетов) используется, прежде всего, для сервисов персонального характера. Каждый абонент может запросить персональный видеоконтент в произвольное, удобное ему время. Трафик unicast направляется из одного источника к одному IP-адресу. Число абонентов, которые могут получать трафик unicast одновременно, ограничено доступной в магистральной части сети шириной потока (скоростью потока).

Трафик broadcast (широковещательная передача пакетов) иcпользует специальный IP -адрес, чтобы посылать один и тот же поток данных ко всем абонентам данной IP-сети. Например, такой IP-адрес может оканчиваться на 255 (допустим. 192.0.2.255) или иметь 255 во всех четырех полях (255.255.255.255). Важно знать, что трафик broadcast принимается всеми включенными компьютерами (или STB) в сети независимо от желания пользователя.

Трафик multicast (групповая передача пакетов) используется для передачи потокового видео, когда необходимо доставить видеоконтент неограниченному числу абонентов, не перегружая сеть. Это наиболее часто иcпользуемый тип передачи данных в сетях IPTV, когда одну и ту же телевизионную программу смотрит большое число абонентов[4].

В реальной IPTV-сети присутствуют одновременно все три вида трафика: broadcast, multicast и unicast. Оператор, планируя оптимальную величину пропускной способности сети, должен учитывать разные механизмы влияния различных технологий IP-адресации на объем трафика.

Телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP (IPTV) всравнении синтернет-телевидением

IP-телевидение закрыто и контролируемо оператором или провайдером телекоммуникационных услуг, а интернет-телевидение открыто, как всемирная сеть. Потребители IP-телевидения взаимодействуют с оператором, а с интернет-телевидением они взаимодействуют с тем, кто выложил контент, независимо от определенного оператора. Телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP в своей основе привязано к географическому положению, это значит, что данная инфраструктура в действие базируется в регионах. Интернет-телевидение же пользуется бизнес-моделью глобальной досягаемости, при которой к услугам видео и телевидения, предоставляемые в одном регионе, можно получить доступ из любого места. Программы по телевидению в сетях передачи данных по протоколу IP (IP-телевидение) похожи на те программы, которые предлагаются цифровыми кабельными/спутниковыми поставщиками услуг, тогда как программами по интернет-телевидению может быть что угодно, включая и контент, предоставленный пользователями. Платные услуги в IP-телевидении схожи с платными услугами кабельного или спутникового телевидения, поэтому их можно выбрать из предварительно выбранного списка услуг. Платная услуга в сети интернет-телевидения, включает в себя видео независимых правообладателей, которыми могут быть как частные лица, снявшие видео для узкой аудитории, так и известные издатели, выкладывающие видео для большой аудитории [5].

Переход к интерактивности в телевидении неизбежно может сильно изменить систему вещания. Пользователь сможет с помощью программ-навигаторов заказывать фильмы, видеозаписи концертов и спортивных мероприятий, игры, аудиозаписи и т. п. Зритель благодаря IP и интернет-телевидению может смотреть из огромного количества предлагаемых программ лишь то, что ему действительно интересно, в удобное для себя время. Исключить рекламные вставки автоматически и сохранить заказанный контент. Многие пользователи кроме базового пакета заказывают дополнительные блоки программ.

Системы интернет-телевидения являются перспективной технологией и неотъемлемой частью ТВ вещания. Интернет-телевидение дает людям свободу, которой не было на телевидении. Интернет ТВ развивается по принципу, который соответствует Всемирной Сети. Сегодня Интернет ТВ только начинает своё развитие, ожидать увеличения интереса к данной концепции следует в ближайшее время.

Список использованной литературы

1. Cагатов Е. С., Сухов А. М. Базовые принципы интернет телевидения//Дистанционное и виртуальное обучение. 2011. № 9. С. 21-38.
2. Сэнджой Пол. Распределение цифрового видео по широкополосным, телевизионным, мобильными и конвергентными сетями. Тенденции, проблемы и решение. – М.: Техносфера, 2012. – 440 с.
3. Тюхтин М. Системы Интернет-телевидения. – М.: Горячая линия – Телеком, 2008.-320 с.
4. Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука. – М.: Техносфера, 2004. – 368 с.
5. Балобанов В. Г., Галочкин В. А., Нагорная М. Ю. Перспективы развития системы интернет-телевидения в доставке видеоинформации населению // Инфокоммуникационные технологии. – 2015. – № 1. – С. 77-81.