Вимоги до системи ІР-телебачення (стр. 1 из 4)

ВИМОГИ ДО СИСТЕМИ IP-ТЕЛЕБАЧЕННЯ

Архітектура системи IP-телебачення

Архітектура рішення IP-TV залежить від архітектури магістральної мережі і мережі доступу оператора зв'язку і, як правило, має розподілену структуру. Основні елементи рішення IP-TV включають:

компоненти головної апаратної системи IP-TV, зокрема:

головну станцію;

систему умовного доступу;

відеосервери;

систему розподілу контента;

сервери білінгової системи;

сервери системи менеджменту;

сервери проміжного програмного забезпечення (middleware);

компоненти опорної (магістральної) транспортної мережі, зокрема:

власне опорну (оптичну) мережу на базі IP-технологій;

високопродуктивні комутатори (маршрутизатори) з оптичними інтерфейсами;

транспортний рівень доступу:

канали доступу абонентів;

клієнтське устаткування.

Всі ці компоненти, за винятком систем прийому первинного телесигналу, функціонують в IP-середовищі і встановлюються поверх існуючої мережі передачі даних.

На рис.1 приведена загальна схема архітектури IP-TV без прив'язки до конкретного виробника устаткування і способів організації каналів.

Рис.1 Загальна схема архітектури IP-телебачення

Головна станція (head-end)

Головна станція – це базовий компонент рішення IP-TV при побудові послуг цифрового телебачення (рис.2). Основна функція головної станції IP-TV – формування відеоконтента і подальша трансляція вихідного потоку відеоданих у форматі Video-over-IP.

Головна станція IP-TV виконує наступні функції:

IP-encapsulation (“IP-інкапсуляція”) – базова функція станції, забезпечує включення транспортних MPEG-пакетів як корисне інформаційне навантаження до складу кадрів протоколу PDU (protocol data unit), і подальшу передачу даних в телекомунікаційних мережах Gigabit Ethernet і АТМ;

transrating (“трансрейтинг”) – зміна (пониження) швидкості потоку даних, використовується також аналогічний по сенсу термін rateshaping;

Рис.2 Головна станція

transcoding (“транскодинг”) – транскодування, зміна формату стиснення медіаданих, наприклад потік MPEG2 транскодируется в MPEG4;

encoding (“енкодинг”) – компресія нестислого відео з метою отримання на виході “энкодера” транспортного потоку у форматі MPEG2 (4) або VC-1/Windows Media VC-9 (на вході энкодера відеосигнал може бути в аналоговому, наприклад, композитне відео, S-video або в цифровому, наприклад SDI форматі);

decoding (“декодинг”) – декодування, відновлення початкової нестислої інформації;

re-encoding (“ре-енкодинг”) – в цифровому телебаченні відновлення нестислої інформації і повторне енкодування з метою значної зміни швидкості потоку (іноді цим терміном називають також зміну формату стиснення, тобто фактично може матися на увазі транскодинг);

scrambling (“скремблінг”) – шифрування, мається на увазі використання системи умовного доступу (CAS);

de-scrambling (“де-скремблинг”) – дешифрування, мається на увазі розкриття скрембльованих ТВ-каналів;

multiplexing або remultiplexing – мультиплексування, в цифровому телебаченні цим терміном зазвичай позначається мультиплексування вхідних однопрограммных транспортних потоків (SPTS) і/або мультипрограмних транспортних потоків (MPTS) в необхідний операторові вихідний мультипрограмний транспортний потік (MPTS), при цьому також проводиться фільтрація незначущих і зайвих даних шляхом редакції PSI даних. Строго кажучи, навіть однопрограмний транспортний потік є результатом мультиплексування трьох потоків – відео, аудіо і даних;

de-multiplexing – демультиплексування, операція зворотна мультиплексуванню;

statistical multiplexing – статистичне мультиплексування, використовується головним чином для MPTS потоків, що направляються від земної станції на супутник (up-link), при цьому вигляді обробці загальна швидкість багатопрограмного потоку є майже постійною, але швидкість кожного з однопрограммных потоків, що складають загальний потік MPTS, є змінною (VBR). Статистичне мультиплексування дозволяє ефективно використовувати смугу супутникового транспондера, але вимушує операторів IP-TV, (особливо для DSL-мереж) використовувати трансрейтинг або навіть ре-енкодинг;

PSI redaction – редагування таблиць сервісної інформації PSI (program specific information – спеціальна інформація про програми).

Основні вимоги до головної станції IP-TV:

сучасна станція IP-TV повинна працювати з широким діапазоном вхідних джерел відеоконтента, зокрема:

супутникові ТВ-канали у форматі DVB-S, що отримуються через DVB-ASI інтерфейс приймачів або потокових дескремблерів в режимі однопрограмного транспортного потоку (SPTS) або багатопрограмного транспортного потоку (MPTS);

аналогове і цифрове некомпресироване відео, що отримується від студійного ТВ устаткування у форматах SDI, S-video, “композитний відеосигнал”, а також можна припустити використання в майбутньому цифрових інтерфейсів DVI (digital video interface) і HDMI (high-definition multimedia interface);

ефірні цифрові програми через DVB-ASI інтерфейс DVB-T-приймачив і з меншою вірогідністю аналогові ефірні канали у форматі “композитне відео”, отримане з виходу аналогових ефірних демодуляторів;

відеоконтент, що передається через транспортні мережі у форматах IP-TV (MPEG over IP), Video over АТМ, IP-video over АТМ;

повна гнучкість в обробці відеопотоку (трансрейтинг, транскодинг, енкодинг, мультиплексування, підтримка адресації трафіку multicast і unicast);

можливість надання сервісів через різні фізичні типи транспортних мереж (xDSL, опто-волокно (Ethernet), АТМ, коаксіальний кабель, супутникові мережі);

MPEG-2 і MPEG4-кодування;

MPEG-2 в MPEG4-транскодування;

підтримка систем умовного доступу DVB CAS і/або IP CAS.

Також до головної станції IPTV можуть пред'являтися і звичайні для будь-якого головного устаткування вимоги:

гнучке нарощування функцій і сервісів, масштабування;

легка і інтуїтивна конфігурація і управління.

Таким чином, головна станція є програмно-апаратним комплексом, який забезпечує прийом сигналу від радіо і телевізійних станцій і супутників, забезпечує декодування і демультиплексування цифрових сигналів і MPEG-кодування аналогових сигналів з подальшим мультиплексуванням підготовлених матеріалів в IP-потоки.

Система захисту контенту від несанкціонованого доступу

Даний компонент рішення IP-TV забезпечує безпеку послуг і захист відеоматеріалів від несанкціонованого перегляду і цифрового копіювання (дотримання авторських прав) (рис. 3).

Рис.3 Система захисту контенту від несанкціонованого доступу

Система закриття контенту (CAS) здійснює шифрацию аудіо і відеоматеріалів, при цьому доступ до матеріалів абонента дозволяється по авторизації абонентів власними засобами CAS або засобами інших систем – middleware, білінг. Як засоби авторизації використовуються смарт-картки, програмні ключі і найсучасніші і надійніші алгоритми.

Для шифрування вказаних у вхідному потоці сервісів використовується необоротний алгоритм, захищений оригінальним динамічно оновлюваним ключем, що на практиці робить неможливим несанкціонований перегляд телепередач і інших інформаційних сервісів, що передаються в потоці.

Ключ і дані про абонентів захищені унікальними високоефективними алгоритмами шифрування. Дешифрування аудіо і відеоматеріалів здійснюється безпосередньо на стороні абонента за допомогою STB.

Система умовного доступу складається з двох частин – серверної і клієнтської. Серверна частина запускається на сервері і здійснює шифрування мультимедійних потоків. Клієнтська частина завантажується в STB і здійснює дешифрування потоків. Паралельно ведеться процес обміну оновленими ключами з серверною частиною. Варіант алгоритму дії системи умовного доступу представлений на рис. 4.

Компоненти системи:

модуль сервера системи умовного доступу;

клієнтський модуль системи умовного доступу;

клієнт-серверна прикладна програма для обміну ключами.

Модуль сервера системи умовного доступу перехоплює IP-пакети з мультимедійним контентом, проводить їх шифрування і перенаправляє далі в мережу. Для кожного IP-потока передбачена генерація унікальних ключів.

Абонентський пристрій встановлює захищене з'єднання з сервером системи умовного доступу і періодично отримує оновлені ключі шифрування. Отримані ключі передаються в модуль системи умовного доступу на абонентському пристрої. Даний модуль перехоплює IP-пакети, що отримуються з мережі, і проводить їх дешифрування, якщо потік зашифрований і є в наявності актуальні ключі для даного IP-потока. Далі дешифровані пакети перенаправляються в прикладні програми, для яких вони призначаються.

Рис.4 Варіант алгоритму дії системи умовного доступу

Основні вимоги до системи умовного доступу:

високий рівень безпеки;

висока стійкість до методів криптоаналізу;

робота з цифровими і аналоговими джерелами програм;

управління пристроями по TCP/IP;

відсутність політики прив'язки до конкретного виробника абонентських приставок;

мінімальний час активації нових абонентів;

адресний простір на максимальну кількість абонентів.

Проміжне програмне забезпечення (middleware)

Middleware – програмно-апаратний комплекс, який забезпечує управління всіма компонентами рішення IP-TV, обробляє запити від абонентських пристроїв, забезпечує взаємодію з системами оператора зв'язку (рис. 5).

До основних функцій middleware відносяться:

інтеграція (забезпечення взаємодії) всіх компонентів рішення архітектури IP-TV;

формування інтерфейсів абонента – SUI (subcriber user interface);

формування адміністративного інтерфейсу і інструментів для управління послугами IP-TV;

аутентифікація користувачів з використанням СУБД;

авторизація (реєстрація і ведення обліку) користувача з використанням СУБД;