Преобразуване и транспорт на видеоинформацията
Технологията ADSL и нейната „по-лека” версия G.Lite бяха привлекателна алтернатива на модемите за комутируеми линии, за да се предложи бърз достъп до Интернет. Но всичко това бързо се измени. Кабелните оператори добавиха към кабелната телевизия достъп до Интернет и VoIP поддръжка. Конкурентният отговор на телефонните компании бе пускането на второ поколение ADSL чрез технологиите ADSL2 и ADSL2+, а също на VDSL и VDSL2.
Вследствие двата етапа от еволюцията на DSL технологията - бързият достъп до Интернет и реализирането на Triple Play услуги – се отличават с различна степен на сложност. Първата предполага пренос на данни, а втората предаване на съвкупност от сигнали: данни, глас и видео. Главната особеност на Triple Play в сравнение предшестващите платформи стана нуждата от много по-голяма пропускателна способност (с един – два порядъка), работа в реално време и внимателен контрол от страна на масовия зрител, който забелязва всяка неточност в излъчваната картина.
За второто поколение на технология DSL ключова е услугата IPTV, тъй като само по този начин PSTN телекомите могат да се конкурират с кабелните. IPTV обезпечава доставката на „жива” картина под формата на IP пакети. Тя се обединява с други IP услуги — VoIP и бърз достъп до Интернет и съставя пакет от услуги, получили названието Triple Play. За разлика от традиционното предоставяне на телевизионни програми в режим ефирно предаване, потребителите на IPTV просто избират желаните програми. Особеността на IPTV е свързана с прилагането на групово адресиране (multicasting) и използване на втората версия на протокола Internet Group Management Protocol (IGMP) за доставка на „жива” телевизионна програма, както и на протокола Real Time Streaming Protocol (RTSP), осигуряващ предоставянето на програми по заявка (Video on Demand, VoD). Не на последно място IPTV, подобно на кабелната телевизия, се нуждае от крайно клиентско устройство (Set-Top Box, STB).
Доставчикът на видео съдържание кодира реалния видеосигнал в цифров вид и го изпраща чрез широколентова транспортна мрежа към разпределителния възел на главната видеостанция (Video Headend) на IPTV доставчика. В този възел може да се редактира видеосъдържанието или да се добави ново съдържание като местна реклама например. След това видеопотокът се преобразува в стандартен видеопакет. В тази точка пренасяните видеопакети се намират в полето на данните на IP пакета. Например, в стандарта MPEG всеки IP пакет съдържа 7 видеопакета. След това главната видеостанция на доставчика изпраща видеопотоците към потребителя, до множество малки възли, които често пъти са разположени в местните автоматични телефонни централи (АТЦ).
В качеството на транспорт могат да се използват и други технологии. Така, заедно с IP протокола, за пренос на видеопотока между видеостанцията на доставчика и местната АТЦ се ползва технология от второ ниво като MPLS и АТМ. Те не се нуждаят от много време за обработка на управляващата информация в маршрутизаторите на мрежовите възли дори използване на комутация от трето ниво, и освен това поддържат QoS механизми.
Без значение какви нови технологии за компресиране на видеото се използват, осигуряването на нужното качество на медната мрежа за достъп носи поне половината от главоболията за разгръщане на IPTV услугите. Според статистиката до 40% от грешките на IPTV сигнала са свързани с приложенията, а не с дефекти или проблеми в мрежата.
Ключови фактори за реализиране на качествена IPTV услуга:
1. Време за превключване между каналите (zapping). Времето за смяната на канала Instant Channel Change представлява интервала между натискането на клавиша на пулта за управление и превключване на желания канал. Според доклада на ITU-Т (TNO "Perceived Quality of Channel Zapping", Contribution 24 ITU-T Q9/SG12 от февруари 2006 г.), „за да се достигане средната оценка на качеството (Mean Opinion Score, MOS) не по-малко от 3,5 (което определя минимално допустимата граница за качество на видеото), времето за превключване на канала не трябва да надхвърля 0,43 секунди”. За нещастие, на базата на особеностите на кодиране на видеоданните, средното време за смяна на канала е повече от 1 секунда. Това означава, че стойност на Instant Channel Change от 0,4 секунди или по-малко може да бъде достигната при използване на комбинация от едноадресни потоци от специализиран сървър за целево предаване и поддръжка на втора версия на протокола IGMP във възела за достъпа.
2. Липса на пикселизация. Пикселът представлява най-малкият елемент на двумерното цифрово изображение в правоъгълна или квадратна форма. Появата на такива пиксели на екрана се нарича пикселизация и е обусловена от загубата на пакети. Например пропускането на една точка може да се прояви във вид на пикселизация в няколко кадъра. Качеството е отлично, когато коефициентът на загуби на пакети не превишава 10-6 за час.
3. Говор. Този елемент е чувствителен към латентността. Малката вариация и времето за забавяне са необходими условия за висококачествен интерактивен разговор. Нивото на качеството от операторски клас ще бъде достигнато при времезакъснение по-малко от 150 милисекунди. Съществуващите крайни ЦАП за VoIP имат механизъм, който скрива загубата на пакети с продължителност до 30 милисекунди.
4. Достъп до Интернет. Достъпът до Интернет сам по себе си е не е чувствителен към временните параметри на мрежата за достъп. Обаче зареждането на файлове с голям обем може съществено да намали пропускателната възможност на едновременно работещите VoIP и IPTV канали, което е недопустимо. По тази причина между домашните шлюзове и DSLAM платформата задължително се използва механизъм за регулиране на качеството (QoS Policy).
5. Управление на достъпа. Доставчикът на Интернет е длъжен да гарантира, че само оторизирани потребители получават достъп до мрежовите услуги. Когато услугата Triple Play се появи на пазара, все още нямаше стандарти за автентификацията на крайните потребители. По тази причина някои от първите доставчици на Triple Play използваха за управление на процесите по автентификация между администраторските сървъри и домашните шлюзове (или STB), собствено междинно програмно обезпечение. В зависимост от функционалността, то отговаря за проверката по MAC адреса на домашния шлюз или обезпечава сложния проце по автентификация между администраторския сървър и домашния шлюз.
6. Изисквания към пропускателната способност. При използване на Moving Pictures Expert Group-2 (MPEG-2) за телевизия със стандартна разрешаваща способност (SDTV) е необходима скорост на предаване от 3 до 5 Мbps и коефициент на загуба на IP пакети не повече 10-5, а за телевизия с висока резолюция (High Definition Television, HDTV) са необходими 15 до 18 Mbps при допустим коефициент на загуба на пакети 10-6.
7. Изисквания към BER и загуба на пакети. BER (bit error ratio) и коефициентът на загуба на пакети са свързани помежду си, но са различни понятия. Типичният IP пакет съдържа седем пакета MPEG-2 по 188 байта всеки. Загубата на един IP пакет означава загуба на 10 000 бита. По тази причина коефициентът на загуба на пакети 10-6 съответства на BER 10-10. Достигането на толкова малък BER (в сравнение с бързия достъп до Интернет, нуждаещ се от 10-7 при резерв от фоновия шум 6 Db) е възможно единствено при преминаване към FTTx с използване на VDSL2, модернизация на абонатната телефонна мрежа и задължително премахване на паралелните отклонения.
8. Защита на видеото от грешки. Видеото е особено чувствително към загубата на пакети. Закъснението и неговото вариране не влияят върху качеството на изображението, ако се намират в допустимите граници. Изискванията към загубата на пакети са определени в два вида параметри - Loss Period и Loss Distance. Първият е равен на общото време от загубата на пакети, а вторият – на времето между двете събития, при които има загуба на пакети. Според документа WT-126 DSL Forum, стойността на Loss Distance трябва да е не повече от един случай на загуба на пакети в продължение на 30 часа за SDTV съдържание и в течение на 4 часа за HDTV съдържание при големина на Loss Period не повече от 16 милисекунди.
Загубата на видеопакети трябва да се съотнася към мрежовите слоеве. На физическо ниво DSL PHY пакетите се губят основно по следните причини:
изменящи се във времето преходни смущения от страна на DSL системи, работещи в същия кабелен сноп;
стационарни шумове; да напомним, че традиционните DSL системи, предназначени за бърз достъп до Интернет, гарантират коефициент на грешка BER < 10-7 при шумов запас 0 dB. Приложения Triple Play обаче (и на първо място видеото) имат нужда, според WT-126, от много по-малка стойност на BER: под 10-8 - 10-9 за SDTV и по-малко от 10-9 - 10-10 за HDTV;
В DSL модемите са вградени специални механизми за намаляване на всички тези споменати смущения.
9. Стабилност. Видеоприложенията изискват от DSL системите да работят на високи скорости, близки до предела на възможностите на абонатната линия. По тази причина DSL платформата става особено чувствителна към динамичните преходни влияния, предизвикани от включване и изключване на съседни DSL линии в същия кабелен сноп. Това може да се прояви при чести повторни пускания на DSL линии и прекъсвания на работата, което е неприемливо за видеоприложенията в Triple Play.
Според неписано правило, критерий за удовлетворителна работа на видеоприложенията е постигането на не повече от едно повторно пускане в седмицата, а повторното пускане в продължение две денонощия се смята за неприемливо. Необходимостта от спазване на толкова строги изисквания налагат провеждането на специални профилактики, най-важните от които са следните неща:
- оптимизация на спектралната маса на DSL сигнала, осигуряваща минимално преходно влияние между съседни DSL линии;
- избор на оптималното съотношение между скорост на предаване и запас от сигнал/ шум. Във всеки случай запасът от шумоустойчивост трябва да е достатъчен за гарантиране на устойчива работата на DSL линиите;
използването на метода на „виртуалния шум”, предвиден в стандарта 993.2 VDSL2. По време на операцията по стартиране (start-up) този метод позволява да се намали преходното влияние чрез пътя на защита на линиите от предполагаеми преходни смущения.
В сравнение с традиционния метод за шумов запас виртуалният шум не създава допълнителна защита от смущения, в резултат на което той гарантира голяма пропускателна способност. Методът на виртуалния шум не е предвиден в стандарта ITU-Т G.992.3 ADSL2. Подобен подход, или т.нар. метод на „изкуствен шум”, съществува за ADSL2+. Големи надежди се възлагат и на метода Rapid Rate Adaptation (RRA), базиран на стандарта G.993.2, представляващ най-гъвкавият способ за адаптиране на DSL линиите към бързи и дълбоки колебания на нивото на преходни смущения при включване/изключване на DSL линии от кабелния сноп.
10. Софтуерен метод за борба със загубата на пакети. За тези цели широко се използва методът на предварителната корекция на грешки FEC (Forward error correction) на физическо ниво. Малко известно е, че той е много по-ефективен на ниво приложения, където се нарича Application Layer Forward Error Correction (AL-FEC).
Софтуерната система, наред с пакетите от данни на изпращача, изпраща и резервни за възстановяване на IP пакети, които могат да бъдат загубени при преноса. Тъй като мерките се предприемат на ниво IP пакети, AL-FEC обезпечава защита срещу последователност от смущения със значително по-голяма продължителност, отколкото физическият слой на DSL. Затова методът AL-FEC помага най-ефективно за противодействие срещу загубата на пакети, или с други думи е способен да осигури най-високо качество на IPTV.
11. Проблеми с домашното окабеляване. Домашната кабелна среда за IPTV може да бъде реализирана по два начина:
- HPNA V3 е разработена от индустриалната асоциация Home Phone Network Alliance в вид на стандарт - G.995.4;
- MoCA — „рожба“ на Multimedia over Coaxial Alliance.
HPNA V3 може да работи както по традиционна абонатна медна линия, така и през коаксиален кабел. В последния случай тя е известна като HCNA.
КОМЕНТАРИ
"Преобразуване и транспорт на видеоинформацията"
Tech Quiz
Последни новини
- Стартира проектът „ТОП ИКТ Работодател“
- В 29 общини и 24 малки селища ще се изгражда инфраструктура за ШЛ интернет по проект на ЕСМИС
- Двуобхватен маршрутизатор от новата серия amplifi обяви D-Link
- D-Link вдига HD оборотите с нов двулентов високопроизводителен рутер DIR-857
- Мултимедийните системи Aastra 400 обслужват комуникациите на СМБ