IPTV: základné technologické riešenie

1. prof. Ing. Stanislav Marchevský,CSc. Katedra elektroniky a multimediálnych telekomunikácií Fakulta elektrotechniky a informatiky Technická univerzita v Košiciach Park Komenskeho 13, Košice Stanislav.Marchevský@tuke.sk IPTV: základné technologickériešenie Kurz „DVB“ pre pracovníkov Slovak Telekom, Košice, 13.-15.12. 2010

2. Obsah

3. Architektúra IPTV Odbavovacie centrum: - vstup TV programov a rádiových staníc, spracovávanie Chrbticová sieť: - zaisťovanie prenosu dát Regionálne odbavovacie pracovisko: - pridávať do vysielania regionálne zameraný obsah Prístupová sieť: - distribuuje jednotlivé dátové toky k zákazníkom Zákaznícke priestory: - Set-Top-Box, modem

4. obr. 1 Typológia siete pre šírenie IPTV Obr. 1 Typológia siete pre šírenie IPTV

5. Používané protokoly pre prenos video toku v IPTV Používané protokoly pre prenos video toku v IPTV • Nutnosť video signályupraviťpre prenos v dátových sieťach anásledne prenesenie až k užívateľovi. • Bloky dát sú opatrenézáhlavím snímokazáhlavím blokovdát. Jednotlivé časti základného paketového toku majú veľkosť188 bajtov. • Takto spracovaný video signál ďalej vstupuje do dolných štyroch vrstiev OSI modelu (transportná, sieťová, spojová a fyzická). Tieto štyri vrstvy slúžia k ďalšiemu zapúzdreniu prenášaného video signálu a k jeho prenosu medzi zdrojom (video serverom) a koncovými užívateľmi.

6. Využitie prenosu typu multicast pre vysielanie TV kanálov • Nutnosťpripojeniado multicastingovej skupiny. • Lenjednakópia kanálu je odoslaná z obsahového serveru na distribučný smerovač. • Tento smerovačsmeruje video tokdo uzlov regionálnych pobočiek. • Každýz regionálnych smerovačov potom smeruje tok k zákazníkom, ktorí si vyžiadali kanál sledovať.

7. Obr. 2 Vrstvový model IPTV

8. Prepnutie medzi TV programami Prepnutie medzi TV programami vyžaduje prechod z jednej multicastingovej skupiny do inej, resp.odhláseniesa zo aktuálnej skupiny aprihláseniedo novej skupiny. Na prepínanie sa používa protokolIGMPv2 (Internet Group Management Protocol),prijímaná žiadosť sa najprv kontroluje, či je užívateľoprávnenýsledovať nový TV program. Technológia multicast môže poskytovať dodávku obsahu až k miliónom užívateľom zároveň. Toto nie je možné u službyvideo na prianie – VoD. Vzniká tak unikátny tok dát. Dátový tok je riadený protokolomRTSP (Real Time Streaming Proticol),ktorý umožňuje kontrolu nad multimediálnym tokom a dovoľuje užívateľom prehrávanie(play), pozastavenie(pause)a zastavenie(stop)sledovaného programu.

9. Obr. 3aPrenos TV kanálov v IPTV sieti

10. Obr. 3b Unicast metóda použitá pre prenos videa na prianie (VoD)

11. Middleware • Jedná sa o software, ktorý si môžeme predstaviť ako platformu • Realizuje všetky užívateľské orientované funkcie celého IPTV • V IPTV zaisťuje middleware základné funkcie, • napríklad registráciu užívateľov, • VoD • monitoruje udalosti v IPTV sieti. • Middleware je tiež koncipovaný tak, aby bol jednoducho napojiteľný na účtovací systém.

12. Potrebná prenosová rýchlosť Tab. 1 Tabuľka prenosových rýchlosti

13. Výhody IPTV EPG - elektronický programový sprievodca VoD - video na prianie PPV - platené programy VCR - televízny archív  Superteletext - spravodajstvo, informácie o počasí, kurzovné lístky, šport Videopožičovňa - možnosť objednať a prehrať film Kontrola účtu - možnosť priamo na obrazovke kontrolovať stav konta na predplatené služby IPTV - digitálny príjem, obraz vo vysokom rozlíšení HDTV - e-mailová komunikácia - sledovanie televíziu, surfovanie po internete, telefonovanie - odposluch rozhlasových kanálov

14. Čo je treba pre príjem IPTV • - Prípojka k vysokorýchlostnému internetu • Modem alebo Set-top-box • Bežný televízor s konektormi SCART • (prípadne HDMI) • - Odborného pracovníka, • ktorý všetko nastaví 

15. Ako funguje IPTV v praxi Ak chcete sledovať IPTV na viac televízoroch, tak máte smolu a nepomôže vám ani zakúpenie ďalších prístrojov. Na jednu linku totiž môžete sledovať iba jeden televízny. Preto sa všetky televízne kanály privádzajú len do zberných centrálnych miest (DSLAMy), odkiaľ ide po vysokorýchlostným internete ku divákovi iba jeden nim vybratý program. Oneskorenie pri prepínaní jednotlivých kanálov (tzv. channel zapping) je jednou z nevýhod IPTV. Poskytovanie služby IPTV môže mať vplyv na rýchlosť ADSL pripojenia. Pri súčasnom sledovaní IPTV a používaniu ADSL technológie môže dôjsť ku krátkodobému zníženiu rýchlosti pripojenia kinternetu.

16. Rušenia a chyby v obraze Obr. 4 Príklad poškodenia obrazu spôsobené zmenou poradia paketov Obr.5 Príklad poškodenia obrazu spôsobené stratou paketov Obr. 6 Príklad poškodenia obrazu spôsobené stratou paketov a zmenou poradia paketov (slabé) Obr. 7 Príklad poškodenia obrazu spôsobené stratou paketov a zmenou poradia paketov (silné)

17. Obr. 4 Príklad poškodenia obrazu spôsobeného zmenou poradia paketov

18. Obr.5 Príklad poškodenia obrazu spôsobeného stratou paketov

19. Obr. 6 Príklad poškodenia obrazu spôsobeného stratou paketov a zmenou poradia paketov (slabé)

20. Obr. 7 Príklad poškodenia obrazu spôsobeného stratou paketov a zmenou poradia paketov(silné)

21. Záver IPTV poskytuje okrem širokej ponuky televíznych programov tiež dodatočné služby uvedené vyššie. Ďalšou výhodou je možnosť sledovať IPTV, zároveň telefonovať a surfovať a to všetko v rámci jednej prípojky. Nevýhodou IPTV prevádzkovanej na prípojkách xDSL je obmedzená vzdialenosť resp. malá rýchlosť pre HDTV či viac TV programov zároveň. Masívnym rozšírením optických prístupových sieti FTTH (Fibre To The Home) – resp. FTTx (Fiber to the …), bude mať za následok zrušenie týchto obmedzení. Tým dôjde k rozvoju v rámci IPTV a balíčkov ďalších služieb (TriplePlay apod.).

22. 1. Rádiové prenosové systémy

23. Historické poznámky

24. Historické poznámky

25. Zdroj informácie Zdrojový kóder Kanálový kóder Modulátor Príjem informácie Zdrojový dekóder Kanálový dekóder Demodulátor Základný Shannonov model rádiového komunikačného systému Rádiový kanál Nosný signál Ochrana prenosu Kompresia /Dekompresia údajov Premena typu signálu

26. Základné parametre prevádzky prenosových systémov (1)

27. Základné parametre prevádzky prenosových systémov (1)

28. Základné parametre prevádzky prenosových systémov (2)

29. 2. Modelovanie rádiových prenosových kanálov

30. odraz vlny tienenie, ohyb vlny (Huygensov princíp) Dopplerov jav priama vlna rovná odrazová plocha (reflektor) rozptyl vlny odrazená(é) vlna(y) rozptýlená vlna pohyb drsná, nerovná odrazová plocha (reflektor) skladanie vlnení (interferencia) Základný scenár prenosu signálov cez rádiový kanál

31. Výkonová úroveň rádiového signálu ako funkcia vzdialenosti 0.1 -1 m (10-100 ms) Stredná hodnota výkonu Výkon Rýchle úniky Pomalé úniky 10-100 m (1-10 s) poloha, vzdialenosť, súradnice čas Vzdialenosť

32. Klasifikácia prenosových strát:

33. x x x x x x x Vysielacia anténa Ostatné straty spoja Aditívny šum Straty šírením Pomalé úniky Rýchle úniky Prijímacia anténa Výkonová bilancia rádiového prenosového kanálu:

34. Modelovanie prenosových strát:

35. an(t): útlm signálu prijímaného cez n-tú cestu : oneskorenie signálu prenášaného n-tou cestou 2. cesta N-tá cesta 1. cesta vysielač prijímač Rayleigho mnohocestný kanál s únikmi: prostredie

36. Rayleigho mnohocestný kanál s únikmi, jeho prejavy, klasifikácia prenosových kanálov:

37. mobilná stanica bázová stanica Dopplerov jav vT , fc vP: fázová rýchlosť nosného signálu vp =c = rýchlosť svetla

38. mobilná stanica bázová stanica S(f) Dopplerov jav a jeho prejavy vT , fc vP: fázová rýchlosť nosného signálu vp =c = rýchlosť svetla

39. S(f) Dopplerov jav,klasifikácia prenosových kanálov:

40. Základný model rádiového prenosového kanála pre DVB-T (1) Prenosový kanál s frekvenčne selektívnymi únikmi (2) Prenosový kanál s pomalými únikmi

41. 3. Modulácia OFDM so spojitými (analógovými) nosnými OFDM: Orthogonal Frequency Digital Multiplex(ing)

42. B Amplitúdová frekvenčná charakteristika Amplitúdová frekvenčná charakteristika B/N Frekvencia Frekvencia Riešenie problému frekvenčne selektívnych únikov: FDMA

43. Kanál10 Kanál 2 Kanál3 Kanál 1 Konvenčný výber subnostných signálov Ochranný interval Frekvencia T S(f) f Výber subnostných signálov (1) Ortogonálne subnostné signály:

44. Kanál10 Kanál 2 Kanál3 Kanál 1 Konvenčný výber subnostných signálov Ochranný interval Frekvencia Transformácia FDMA na OFDM Kanál 2 Kanál10 Kanál 1 Ušetrené frekvenčné pásmo Zvýšenie spektrálnej účinnosti Výber ortogonálnych subnostných signálov Frekvencia Výber subnostných signálov (2)

45. + Prenosový kanál S->P P->S Bloková schéma OFDM prenosového systému so spojitými subnostnými

46. NT T + Prenosový kanál S->P P->S

47. + Prenosový kanál S->P P->S

48. 4. Modulácia OFDM s diskrétnymi subnosnými

49. Implementácia vysielača pomocouIFFT

50. Implementácia prijímača pomocouFFT