IPTV и Flussonic
IPTV - услуга по предоставлению абонентам доступа к большому количеству телевизионных каналов через IP сети.
IPTV является конкуретном эфирному телевидению (DVB-T в цифровом варианте), кабельному телевидению (DVB-C, в России малопопулярно) и спутниковому телевидению (DVB-S). Спутниковое, эфирное и кабельное телевидение достаточно дешевы и просты в организации, но менее гибкие по количеству каналов. IPTV позволяет расширить количество каналов, например за счёт тех, которые вообще не вещаются в местности, где живет пользователь.
Классический вариант услуги IPTV предоставляется провайдером интернета. Плюсом IPTV по сравнению с DVB-T и DVB-S (антенной и спутником) является расширенный приём каналов. Если человек повесил себе тарелку Триколора, то он сможет смотреть только то, что дает Триколор. Любителей, вешающих себе по 3-4 тарелки мало, поэтому оператор связи может смело расширять свой набор каналов и предоставлять выбор получше.
DVB-C однако тоже обычно предоставляется тем оператором, который дает интернет, как это например делал Акадо в Москве по коаксиальному кабелю. Каналы тут одни и те же, но IPTV позволяет предоставлять такие услуги, как доступ к VOD (фильмам) или архиву телепередач.
IPTV OTT (over the top) - это такой вариант услуги IPTV, когда предоставлением услуги занимается не тот оператор, который подключает пользователя к интернету. Например, захват каналов осуществляется в Армении, а пользователь находится в США и смотрит родные каналы. Его провайдер в США даже не знает списка предоставляемых каналов.
Характерное количество каналов на сегодняшний день - 150-200 в России и порядка 500-1000 в США.
Оригинал у нас в документации
Традиционная структура IPTV
Традиционно термин IPTV описывает конкретный перечень технических решений по получению каналов и их ретрансляции абонентам. Классическая IPTV инфраструктура выглядит следующим образом:
Телевизионные каналы захватываются со спутника, дескремблируются (т.е. расшифровываются, подробнее это будет расписано ниже) и как есть вещаются мультикастом на всех абонентов.
В самом простом случае IPTV сервис состоит из спутниковой тарелки, головной станции и набора приставок и по набору сервисов не сильно отличается от телевизора Рубин.
Спутниковая тарелка
Может возникнуть вопрос: чем же IPTV лучше простой тарелки (DVB-S), если всё равно оператор ставит тарелку? Во-первых, IPTV предоставляет больше разных удобных услуг, во-вторых оператор ставит не одну тарелку, а 5-6 и больше и захватывает все каналы, до которых может добраться. В-третьих, существенная часть жителей многоквартирных домов не могут поставитьс себе спутниковую тарелку, потому что их окна выходят на север. Спутники размещаются на геостационарной орбите над экватором и в северном полушарии видны только на юге.
Спутниковая тарелка используется большинством IPTV операторов для захвата контента, потому что спутниковый канал передачи телевидения существенно дешевле с точки зрения операционных расходов, чем интернет. Примерную стоимость захвата одного канала профессиональным оборудованием можно оценить в $100-1000 единоразово. Выделенный интернет канал под один телеканал с гарантированным качеством будет стоить столько же, но ежемесячно, поэтому зачастую обходятся каналами без гарантированного качества.
В случаях, когда бюджет позволяет, иногда у телестудии забирают канал по SDI - кабель по которому передаётся несжатое оригинальное видео. Удобно, надежно и очень дорого.
Головная станция
Головная станция - это профессиональный термин для обозначения спутникового приемника, который способен захватывать очень много телеканалов одновременно. У головной станции три важных задачи: превратить DVB сигнал с тарелки в байты, расшифровать его и отправить этот поток байт по UDP мультикастом в сеть.
Мультикаст
Мультикаст - это такой способ передачи данных, когда источник отдает в сеть данные всем, в широковещательном режиме, не зная кто именно получит данные, а получатель может опционально попросить роутер получать или не получать нужные данные. Мультикаст похож на броадкаст, но отличается тем, что компьютеры в сети могут управлять тем, какой трафик получать. Для этого управления роутер в сети должен уметь обрабатывать мультикаст и понимать протокол IGMP.
В более сложных конфигурациях, когда роутеров много, они могут выстраиваться в дерево распространения мультикаст трафика: роутер, который ближе к абоненту может передавать IGMP запрос на мультикаст трафик следующему роутеру, что бы получить от него нужный трафик. Подобные усложнения маршрута доставки видео всегда добавляют задержки при переключении каналов.
Использование мультикаста позволяет не учитывать потенциальное количество абонентов при проектировании головной станции и сети: выходной трафик всегда не больше, чем количество каналов даже если абонентов сотни тысяч.
Мультикаст организован как передача UDP пакетов на адреса 239.x.x.x Такой адрес называется мультикаст группой и когда хост в сети хочет получить мультикаст трафик, говорят, что хост шлет запрос на включение в мультикаст группу. По мультикасту в UDP пакетах передаются MPEG-TS пакеты обычно размером 1316 байт: 7 пакетов по 188 байт умещаются в обычный MTU Ethernet-а 1500 байт.
Про проблемы мультикаст доставки и альтернативы будет написано ниже.
Приставка
Телевизионная приставка (STB, set-top-box, «коробка, лежащая наверху телевизора») - это такой компьютер, который берет видео из локальной IP сети и показывает его на экране телевизора. Основной орган управления приставкой - пульт, очередной пульт в общей свалке бесчисленных пультов. О том, как производители сегодня пытаются сокращать количество пультов, будет рассказано чуть позже.
Некоторые приставки имеют возможность записи передач или постановки эфира на паузу. Важно понимать, что в вопросах записи телевизионного эфира технический прогресс схлестывается с юристами. Немало десятилетий прошло прежде чем юристы контент-провайдеров согласились с видеомагнитофоном - исчадьем правового ада. Из-за этого в современных телевизионных приставках зачастую просто скопирована бессмысленная и неудобная функциональность старых видеомагнитофонов: запись одного канала по предварительному расписанию. Пользователь должен заранее настроить приставку на запись в нужное время. Это крайне неудобно и о том, как это делать правильно, будет рассказано позже.
Первые приставки были достаточно примитивным прибором, который мог только переключать каналы по предзагруженному плейлисту. Современные приставки зачастую идут с веб-браузерами (Опера или что-нибудь на базе Webkit), которые модифицированы для обработки пульта и специфичных для видео задач. Использование веб-браузера позволяет облегчать процедуру изменения интерфейса и добавления новых сервисов (например, покупку контента одной кнопкой с пульта). Однако, веб-браузеры на медленных процессорах приставок работают медленнее, чем специализированные приложения, поэтому на рынке всё равно есть устройства без веб-браузеров.
Middleware
Для предоставления чего-то поинтереснее чем банальный список из 300 каналов, которые надо пролистывать с первого до последнего, в инфраструктуру включается новый компонент: Middleware.
Middleware - отдельный компонент всей инфраструктуры, который представляет из себя сетевой сервис, предоставляющий доп-сервисы пользователям через приставки. Надо отметить, что и на сегодняшний день не все IPTV сервисы используют Middleware, в некоторых случаях приставки получают фиксированный список каналов.
С помощью Middleware можно оперативно менять список каналов, предлагать классификацию каналов по жанрам, предоставлять доступ к записанным передачам, VOD (фильмам), показывать прочую информацию типа курса валют и прогноза погоды и т.п.
Современные проблемы в IPTV
На сегодняшний день операторы IPTV сталкиваются с новыми проблемами, которых не было 5-10 лет назад.
Доставка видео
Традиционный метод мультикаст раздачи столкнулся с Wifi. В условиях внедрения HD вещания (6-15 Мбит/с вместо 1-3 на SD) и распространения Wifi в домах, традиционный мультикаст начинает сбоить: у пользователей на дорогом телевизоре вместо кристально чистой картинки начинаются характерные зеленые квадраты.
Другая проблема - это IPTV OTT. Для передачи видео через интернет мультикаст не годится, видео надо слать каждому клиенту в отдельности.
Обе эти проблемы характеризуются большими потерями пакетов по пути от головной станции к приставке. В традиционном IPTV оперируют единицами потерь пакетов в час, а с Wifi или через публичный интернет речь идет о росте потерь на порядки.
Традиционный метод доставки мультикастом сегодня становится проблемным даже в классических локальных сетях.
Транскодирование
Спутниковое оборудование крайне инертно. Внедрение H264 в спутниковом вещании идет полным ходом уже не первый год и будет идти ещё не один год. Традиционно в спутниковом телевидении используется кодек MPEG2 видео и, условно назовем это, MPEG2 аудио.
Ни тот, ни другой кодеки не показываются на айфонах и прочих устройствах. Более того, тот H264, который идет сегодня со спутника, так же не показывается на айфонах из-за используемого режима intra-refresh (кодирование без опорных кадров).
Кодек mpeg2 можно смело заменять на H264, выигрывая почти в 3-4 раза по битрейту, а следовательно по трафику и счетам за канал.
Если захватывать со спутника HD и раздавать его пользователям вне локальной сети, то надо быть готовым к тому, что у большинства пользователей не хватит пропускной способности интернета, а следовательно надо кодировать в несколько качеств для адаптивного переключения битрейта.
В итоге, видео и аудио со спутника приходится транскодировать в H264/AAC, потому что на айфоне оно не показывается, полосу интернета потребляет больше чем стоит и HD надо доставлять с помощью мультибитрейта.
Catchup (запись архива)
Как уже выше было написано, исторически в приставках есть возможность записи одного канала по запросу. Этот подход не работает, потому что люди забывают записать, а потом злятся: зачем покупать дорогущую приставку, если она ничем не лучше старого видеомагнитофона.
Современный подход к предоставлению архива телепередач - записывать весь эфир и потом давать просматривать прошедшие (или отматывать назад текущие передачи), используя расписание телепередач (EPG, electronic program guide).
Для оказания такого сервиса может требоваться интеграция стриминговой части с Middleware.
Геораспределенная доставка видео
В процессе роста количества абонентов IPTV сервиса может возникнуть ситуация, когда обслуживать клиентов с одного центрального сервера становится сложно или попросту невозможно.
Классическая ситуация - открытие филиала оператора в другом городе или появление большого количества абонентов в другой стране/на другом континенте.
В такой ситуации может стать неоправданной раздача видео с центрального сервера, особенно если возникают кластеры пользователей, которые смотрят один и тот же канал, находясь при этом близко друг к другу.
Для того, что бы сэкономить трафик, применяются ретрансляторы: канал попадает с центрального сервера на удаленный, а с него раздается пользователям, которые находятся рядом.
Такая конфигурация становится всё более сложной с ростом количества ретрансляторов и каналов, ведь если каждый канал настраивается вручную, то администратору необходимо обрабатывать вручную огромное количество каналов.
Так же при геораспределенной доставке видео возникает вопрос доступа к архиву: не все каналы имеет смысл писать на всех серверах, редко используемые каналы имеет смысл писать только в одном месте, но при этом необходимо иметь возможность предоставлять доступ к такому архиву.
Flussonic имеет ряд механизмов для упрощения решения этих задач.
В итоге современная структура IPTV сервиса может выглядеть следующим образом:
IPTV является конкуретном эфирному телевидению (DVB-T в цифровом варианте), кабельному телевидению (DVB-C, в России малопопулярно) и спутниковому телевидению (DVB-S). Спутниковое, эфирное и кабельное телевидение достаточно дешевы и просты в организации, но менее гибкие по количеству каналов. IPTV позволяет расширить количество каналов, например за счёт тех, которые вообще не вещаются в местности, где живет пользователь.
Классический вариант услуги IPTV предоставляется провайдером интернета. Плюсом IPTV по сравнению с DVB-T и DVB-S (антенной и спутником) является расширенный приём каналов. Если человек повесил себе тарелку Триколора, то он сможет смотреть только то, что дает Триколор. Любителей, вешающих себе по 3-4 тарелки мало, поэтому оператор связи может смело расширять свой набор каналов и предоставлять выбор получше.
DVB-C однако тоже обычно предоставляется тем оператором, который дает интернет, как это например делал Акадо в Москве по коаксиальному кабелю. Каналы тут одни и те же, но IPTV позволяет предоставлять такие услуги, как доступ к VOD (фильмам) или архиву телепередач.
IPTV OTT (over the top) - это такой вариант услуги IPTV, когда предоставлением услуги занимается не тот оператор, который подключает пользователя к интернету. Например, захват каналов осуществляется в Армении, а пользователь находится в США и смотрит родные каналы. Его провайдер в США даже не знает списка предоставляемых каналов.
Характерное количество каналов на сегодняшний день - 150-200 в России и порядка 500-1000 в США.
Оригинал у нас в документации
Традиционная структура IPTV
Традиционно термин IPTV описывает конкретный перечень технических решений по получению каналов и их ретрансляции абонентам. Классическая IPTV инфраструктура выглядит следующим образом:
Телевизионные каналы захватываются со спутника, дескремблируются (т.е. расшифровываются, подробнее это будет расписано ниже) и как есть вещаются мультикастом на всех абонентов.
В самом простом случае IPTV сервис состоит из спутниковой тарелки, головной станции и набора приставок и по набору сервисов не сильно отличается от телевизора Рубин.
Спутниковая тарелка
Может возникнуть вопрос: чем же IPTV лучше простой тарелки (DVB-S), если всё равно оператор ставит тарелку? Во-первых, IPTV предоставляет больше разных удобных услуг, во-вторых оператор ставит не одну тарелку, а 5-6 и больше и захватывает все каналы, до которых может добраться. В-третьих, существенная часть жителей многоквартирных домов не могут поставитьс себе спутниковую тарелку, потому что их окна выходят на север. Спутники размещаются на геостационарной орбите над экватором и в северном полушарии видны только на юге.
Спутниковая тарелка используется большинством IPTV операторов для захвата контента, потому что спутниковый канал передачи телевидения существенно дешевле с точки зрения операционных расходов, чем интернет. Примерную стоимость захвата одного канала профессиональным оборудованием можно оценить в $100-1000 единоразово. Выделенный интернет канал под один телеканал с гарантированным качеством будет стоить столько же, но ежемесячно, поэтому зачастую обходятся каналами без гарантированного качества.
В случаях, когда бюджет позволяет, иногда у телестудии забирают канал по SDI - кабель по которому передаётся несжатое оригинальное видео. Удобно, надежно и очень дорого.
Головная станция
Головная станция - это профессиональный термин для обозначения спутникового приемника, который способен захватывать очень много телеканалов одновременно. У головной станции три важных задачи: превратить DVB сигнал с тарелки в байты, расшифровать его и отправить этот поток байт по UDP мультикастом в сеть.
Мультикаст
Мультикаст - это такой способ передачи данных, когда источник отдает в сеть данные всем, в широковещательном режиме, не зная кто именно получит данные, а получатель может опционально попросить роутер получать или не получать нужные данные. Мультикаст похож на броадкаст, но отличается тем, что компьютеры в сети могут управлять тем, какой трафик получать. Для этого управления роутер в сети должен уметь обрабатывать мультикаст и понимать протокол IGMP.
В более сложных конфигурациях, когда роутеров много, они могут выстраиваться в дерево распространения мультикаст трафика: роутер, который ближе к абоненту может передавать IGMP запрос на мультикаст трафик следующему роутеру, что бы получить от него нужный трафик. Подобные усложнения маршрута доставки видео всегда добавляют задержки при переключении каналов.
Использование мультикаста позволяет не учитывать потенциальное количество абонентов при проектировании головной станции и сети: выходной трафик всегда не больше, чем количество каналов даже если абонентов сотни тысяч.
Мультикаст организован как передача UDP пакетов на адреса 239.x.x.x Такой адрес называется мультикаст группой и когда хост в сети хочет получить мультикаст трафик, говорят, что хост шлет запрос на включение в мультикаст группу. По мультикасту в UDP пакетах передаются MPEG-TS пакеты обычно размером 1316 байт: 7 пакетов по 188 байт умещаются в обычный MTU Ethernet-а 1500 байт.
Про проблемы мультикаст доставки и альтернативы будет написано ниже.
Приставка
Телевизионная приставка (STB, set-top-box, «коробка, лежащая наверху телевизора») - это такой компьютер, который берет видео из локальной IP сети и показывает его на экране телевизора. Основной орган управления приставкой - пульт, очередной пульт в общей свалке бесчисленных пультов. О том, как производители сегодня пытаются сокращать количество пультов, будет рассказано чуть позже.
Некоторые приставки имеют возможность записи передач или постановки эфира на паузу. Важно понимать, что в вопросах записи телевизионного эфира технический прогресс схлестывается с юристами. Немало десятилетий прошло прежде чем юристы контент-провайдеров согласились с видеомагнитофоном - исчадьем правового ада. Из-за этого в современных телевизионных приставках зачастую просто скопирована бессмысленная и неудобная функциональность старых видеомагнитофонов: запись одного канала по предварительному расписанию. Пользователь должен заранее настроить приставку на запись в нужное время. Это крайне неудобно и о том, как это делать правильно, будет рассказано позже.
Первые приставки были достаточно примитивным прибором, который мог только переключать каналы по предзагруженному плейлисту. Современные приставки зачастую идут с веб-браузерами (Опера или что-нибудь на базе Webkit), которые модифицированы для обработки пульта и специфичных для видео задач. Использование веб-браузера позволяет облегчать процедуру изменения интерфейса и добавления новых сервисов (например, покупку контента одной кнопкой с пульта). Однако, веб-браузеры на медленных процессорах приставок работают медленнее, чем специализированные приложения, поэтому на рынке всё равно есть устройства без веб-браузеров.
Middleware
Для предоставления чего-то поинтереснее чем банальный список из 300 каналов, которые надо пролистывать с первого до последнего, в инфраструктуру включается новый компонент: Middleware.
Middleware - отдельный компонент всей инфраструктуры, который представляет из себя сетевой сервис, предоставляющий доп-сервисы пользователям через приставки. Надо отметить, что и на сегодняшний день не все IPTV сервисы используют Middleware, в некоторых случаях приставки получают фиксированный список каналов.
С помощью Middleware можно оперативно менять список каналов, предлагать классификацию каналов по жанрам, предоставлять доступ к записанным передачам, VOD (фильмам), показывать прочую информацию типа курса валют и прогноза погоды и т.п.
Современные проблемы в IPTV
На сегодняшний день операторы IPTV сталкиваются с новыми проблемами, которых не было 5-10 лет назад.
Доставка видео
Традиционный метод мультикаст раздачи столкнулся с Wifi. В условиях внедрения HD вещания (6-15 Мбит/с вместо 1-3 на SD) и распространения Wifi в домах, традиционный мультикаст начинает сбоить: у пользователей на дорогом телевизоре вместо кристально чистой картинки начинаются характерные зеленые квадраты.
Другая проблема - это IPTV OTT. Для передачи видео через интернет мультикаст не годится, видео надо слать каждому клиенту в отдельности.
Обе эти проблемы характеризуются большими потерями пакетов по пути от головной станции к приставке. В традиционном IPTV оперируют единицами потерь пакетов в час, а с Wifi или через публичный интернет речь идет о росте потерь на порядки.
Традиционный метод доставки мультикастом сегодня становится проблемным даже в классических локальных сетях.
Транскодирование
Спутниковое оборудование крайне инертно. Внедрение H264 в спутниковом вещании идет полным ходом уже не первый год и будет идти ещё не один год. Традиционно в спутниковом телевидении используется кодек MPEG2 видео и, условно назовем это, MPEG2 аудио.
Ни тот, ни другой кодеки не показываются на айфонах и прочих устройствах. Более того, тот H264, который идет сегодня со спутника, так же не показывается на айфонах из-за используемого режима intra-refresh (кодирование без опорных кадров).
Кодек mpeg2 можно смело заменять на H264, выигрывая почти в 3-4 раза по битрейту, а следовательно по трафику и счетам за канал.
Если захватывать со спутника HD и раздавать его пользователям вне локальной сети, то надо быть готовым к тому, что у большинства пользователей не хватит пропускной способности интернета, а следовательно надо кодировать в несколько качеств для адаптивного переключения битрейта.
В итоге, видео и аудио со спутника приходится транскодировать в H264/AAC, потому что на айфоне оно не показывается, полосу интернета потребляет больше чем стоит и HD надо доставлять с помощью мультибитрейта.
Catchup (запись архива)
Как уже выше было написано, исторически в приставках есть возможность записи одного канала по запросу. Этот подход не работает, потому что люди забывают записать, а потом злятся: зачем покупать дорогущую приставку, если она ничем не лучше старого видеомагнитофона.
Современный подход к предоставлению архива телепередач - записывать весь эфир и потом давать просматривать прошедшие (или отматывать назад текущие передачи), используя расписание телепередач (EPG, electronic program guide).
Для оказания такого сервиса может требоваться интеграция стриминговой части с Middleware.
Геораспределенная доставка видео
В процессе роста количества абонентов IPTV сервиса может возникнуть ситуация, когда обслуживать клиентов с одного центрального сервера становится сложно или попросту невозможно.
Классическая ситуация - открытие филиала оператора в другом городе или появление большого количества абонентов в другой стране/на другом континенте.
В такой ситуации может стать неоправданной раздача видео с центрального сервера, особенно если возникают кластеры пользователей, которые смотрят один и тот же канал, находясь при этом близко друг к другу.
Для того, что бы сэкономить трафик, применяются ретрансляторы: канал попадает с центрального сервера на удаленный, а с него раздается пользователям, которые находятся рядом.
Такая конфигурация становится всё более сложной с ростом количества ретрансляторов и каналов, ведь если каждый канал настраивается вручную, то администратору необходимо обрабатывать вручную огромное количество каналов.
Так же при геораспределенной доставке видео возникает вопрос доступа к архиву: не все каналы имеет смысл писать на всех серверах, редко используемые каналы имеет смысл писать только в одном месте, но при этом необходимо иметь возможность предоставлять доступ к такому архиву.
Flussonic имеет ряд механизмов для упрощения решения этих задач.
В итоге современная структура IPTV сервиса может выглядеть следующим образом: