Как устроено IP-телевидение

В системах IPTV телевизионные программы доставляются абонентам через компьютерные сети с использованием протокола Интернета (IP). Следует различать интернет-телевидение (телевизионное вещание в Интернете, онлайн-вещание) и IP-телевидение. Хотя используется, в принципе, одна и та же технология, это совершенно разные по сути услуги.

В первом случае вещание осуществляется в публичной сети Интернет, без каких-либо ограничений по территории, как правило, бесплатно. Соответственно, никаких гарантий качества (как и самой возможности приема) не существует - все зависит от того, как подключен к Интернету каждый конкретный «телезритель», какую скорость предполагает его подключение и насколько оно надежно. Для просмотра телепрограмм используется ПК.

Система IP-телевидения строится специально для предоставления населению услуг платного телевидения. Вещание локализовано в кабельной сети одного оператора - как правило, это сеть Ethernet или ADSL. В этой сети используются различные механизмы, гарантирующие качество доставки видео. Для просмотра программ используется телевизор, который подключается к компьютерной сети через специальную приставку - IP-Set Top Box (IP STB).

Системы IPTV - больше, чем просто системы коллективного приема. Есть несколько принципиальных отличий систем IP телевидения от систем КТВ:

1) В сетях кабельного телевидения используется аналоговый транспорт. Даже цифровые телевизионные программы DVB передаются по сети в виде аналогового радиочастотного сигнала. От головной станции до абонентской розетки сигнал подвергается многократному пассивному делению и усилению, что неизбежно приводит к снижению его качества (увеличению отношения «сигнал-шум»). В системах IPTV используются только цифровые сигналы, каждое активное устройство распределительной сети обеспечивает регенерацию (восстановление) сигнала. Поэтому в системах IPTV можно доставлять программы телевидения любому количеству абонентов на любые расстояния, сохраняя исходное качество изображения и звука.

2) В «классических» кабельных сетях на каждой абонентской розетке одновременно присутствуют сигналы всех телепрограмм, которые транслируются в системе. Поэтому количество телеканалов (и других услуг) ограничено полосой пропускания сети. В IPTV на абонентскую розетку поступает сигнал только одной телепрограммы - той, которую абонент просматривает в данный момент. Поэтому пропускная способность участка сети определяется не количеством доступных услуг, а количеством подключенных к этому участку абонентов. В результате при правильном структурировании сети количество доступных услуг систем IPTV практически не ограничено.

3) В IPTV в качестве транспорта изначально используется двунаправленный симметричный канал связи - компьютерная сеть. Это позволяет легко реализовать интерактивные услуги. Т.е. услуги, на содержание которых может оперативно влиять сам абонент: прежде всего, услуги «по запросу», а также управление своей подпиской, «онлайновые» покупки, электронные голосования, сетевые игры, электронную почту и доступ в Интернет (с помощью телевизора и STB).

4) Все интеллектуальные устройства «классических» кабельных сетей (например, спутниковые приемники головной станции или абонентские кабельные цифровые ресиверы) - это электронные автоматы, работающие по жесткой программе. В системах IPTV как головное оборудование, так и абонентский Set-Top-Box, - это компьютеры, работающие под управлением «обычных» операционных систем. IPTV - «открытая» система, в ней можно реализовать любые услуги, которые можно реализовать в Интернете, с той разницей, что в системе IPTV они будут предоставляться с гарантированным качеством.

Архитектура IPTV

Сеть IPTV состоит из трех основных частей: сигналообразующего комплекса, комплекса управления услугами и клиентского оборудования. Все эти компоненты, за исключением систем приема первичного телесигнала, функционируют в IP-среде и строятся поверх существующей сети передачи данных.

Сигналообразующий комплекс собирает видео от производителей контента (телевизионных компаний) и из других источников. Впоследствии видеосигнал кодируется и хранится в базе данных для предоставления услуги VoD. Главной частью сигналообразующего комплекса является головная станция (Head End). К ней подключаются спутниковые и эфирные антенны, а также может быть подключена телестудия (рисунок 6.1). Головная станция получает видеопотоки в различных форматах. Затем они переформатируются, компрессируются по стандартам MPEG-2/4 и инкапсулируются в IP-пакеты для передачи с необходимым уровнем качества в IP-сеть оператора.

Комплекс управления услугамислужитдля определения прав доступа и уровня сервиса для каждого абонента. Сюда также может включаться система защиты контента. Система защиты контента является основой для предоставления платных услуг и обеспечивает защиту от несанкционированного доступа к контенту. Чтобы реализо­вать принцип платного ТВ и видео по требованию (VoD – Video-on-Demand) в составе головной станции имеется шифратор, через который видеопоток шифруется и пере­дается в IP-сеть. Права доступа пользователей к контенту определяются посредством системы Back Office постав­щика услуг IPTV. В нее входит Middleware, где распознают­ся права пользователей на просмотр программ, и разреша­ется декодирование зашифрованного видеопотока, Middleware осуществляет авторизацию пользователей по смарт-картам, PIN-коду, IP/MAC-адресам.

В IPTV-портале хранится «электронный гид» телепрограмм (Electronic Program Guide, EPG). Через него подписчики просматривают и заказывают программы, а также пользуются другими услугами: «отложенным ТВ» (Shifted TV) - просмотром телепрограмм со сдвигом во времени, сетевым рекордером - сохранением программ на сервере провайдера IPTV, где есть даже функция записи передачи, которая пойдет в отсутствие пользователя.

Системы тарификации просмотра программ OSS/BSS могут быть интегрированы в уже имеющиеся системы, ес­ли IPTV разворачивается «поверх» установленной у опе­ратора IP-сети.

Распределительная IP-сеть обычно специально для IPTV не строится - она арендуется или используется совместно с другими IP-услугами телекоммуникационного операто­ра, решившего развернуть еще и наложенную сеть IPTV. Как правило, одна и та же СПД используется одновременно для IPTV, для доступа в Интернет и для телефонии. Грубо говоря, в квартиру к абоненту приходит одна «витая пара». Услуги разделяются не физически, а логически (чаще всего, с помощью механизма виртуальных локальных сетей VLAN).

Клиентское оборудование. Оборудование заказчика устанавливается в его доме. Оно может включать встроенные функции шлюза-маршрутизатора, поддержки домашней сети, абонентской телевизионной приставки (STB) и др. STB (set-top-box) представляет собой приставку к обычному телевизору. STB служит для демультиплексирования поступившего на него цифрового потока, декодирования цифрового ТВ-сигнала формата MPEG-2(MPEG-4), формирования ТВ-сигнала, подаваемого на телевизионный приёмник пользователя, а также для обработки и вывода на внешние устройства через соответствующие интерфейсы сигналов дополнительной информации и данных.

Главными преимуществами IP-телевидения (IPTV), называют неограниченное число каналов, интерактивность и услуги по запросу. Главным условием, при котором все это великолепие начинает полноценно работать, является организация широкополосного канала до абонента. Это обеспечивается прокладкой оптоволоконного кабеля до подъезда или квартиры абонента.

Транспортный MPEG-поток состоит из последовательных 188-байтовых пакетов. Головная станция объединяет эти MPEG-пакеты и формирует из них полезную нагрузку (рисунок 6.2). Полезная нагрузка MPEG инкапсулируется в UDP-сегменты, которые в свою очередь упаковываются в IP-пакеты, после чего IP-пакеты чаще всего инкапсулируются в Gigabit Ethernet-кадры.

Рисунок 6.2 – Инкапсуляция MPEG в UDP/IP over GigabitEthernet