Het is van cruciaal belang om de technologieën die wij netwerkingenieurs gebruiken te begrijpen en op te frissen, vooral voor het oplossen van problemen wanneer de technologie niet werkt zoals verwacht. IPTV is niet anders.

In dit bericht zal ik de basisprincipes van een IPTV-systeem uitleggen, vanaf het ontstaan ​​van de inhoud tot de aflevering op de schermen van de kijker.

Wat gebeurt er in de studio?

Tv-inhoud is meestal afkomstig van een uitzendstudio. Dergelijke inhoud kan vooraf opgenomen video’s zijn die op schijven zijn opgeslagen. In sommige gevallen, zoals nieuwszenders, kan het een live videofeed zijn vanaf de grond via een Real-Time Messaging Protocol (RTMP) over een IP-netwerk. In beide gevallen wordt de inhoud door een afspeelsysteem geduwd (Afbeelding 1).

Een afspeelsysteem is een van de meest kritieke elementen van de studio van een omroeporganisatie, omdat het verantwoordelijk is voor alle planning van de inhoud en voor directe bewerking, zoals overlay-afbeeldingen, tickers en het invoegen van advertenties. Zo’n systeem kan speciale hardware zijn, of het kan een stukje software zijn dat is geïnstalleerd op een generieke computer, vergelijkbaar met routeringssoftware die is geïnstalleerd op generieke kant-en-klare hardware.

Het afspeelsysteem ondersteunt mogelijk een of meer modi voor inhoudsuitvoer, zoals User Datagram Protocol (UDP) multicast, RTMP of Serial Digital Interface (SDI) / High-Definition Multimedia Interface (HDMI). In een ideale opstelling voert het afspeelsysteem de inhoud uit via een SDI-interface en wordt speciale apparatuur geplaatst om de stream naar IP te transcoderen. De transcoder neemt de stream op via SDI en voert een UDP-multicasttransportstream uit.

Er zijn meerdere opties beschikbaar als het gaat om het kiezen van de codec voor het transcoderen van de inhoud. Drie worden echter het meest gebruikt in de lineaire tv-industrie: MPEG2, MPEG4 en HEVC. Er kan een volledige blogpost worden geschreven waarin deze codecs worden uitgelegd, maar laten we ons voorlopig bij het onderwerp houden. Het belangrijkste is dat MPEG2 de oudste van deze drie is, HEVC de nieuwste en MPEG4 het meest wordt gebruikt vanwege de inhoudskwaliteit, het bandbreedtegebruik en de clientondersteuning.

Na transcodering wordt de inhoud bij uitvoer verpakt in een UDP-multicast-transportstroom.

Vanaf hier zijn er twee verschillende paden, gevolgd door free-to-air (FTA) kanalen en betaalde kanalen. Zoals de namen impliceren, zijn FTA-kanalen gratis (en niet-versleuteld), dus deze worden rechtstreeks naar de modulator gestuurd. Betaalde kanalen worden eerst door een scrambler geleid om met behulp van een Conditional Access System (CAS) naar inhoud te klauteren, zodat deze alleen door geautoriseerde gebruikers kan worden bekeken.

Het CAS-systeem is vergelijkbaar met het systeem dat wordt ingezet in de meldkamers van Multi-Service Operators (MSO’s). Nadat de betaalde kanalen zijn versleuteld, worden deze, samen met de niet-versleutelde FTA’s, door een modulator gestuurd voor uplinking naar de satelliet. Elk kanaal heeft zijn toewijzing van frequentie en bandbreedte.

Wat gebeurt er in de MSO-meldkamer?

Het proces in de meldkamer van de MSO begint met het downlinken van verschillende frequenties van meerdere satellieten (Figuur 2).

Aangezien dit radiofrequentie (RF) is, wordt het signaal verzonden met behulp van RG6-kabels. De RG6-kabel gaat door meerdere splitters, afhankelijk van het aantal frequenties dat beschikbaar is op een bepaalde satelliet met ingestelde antennepolarisatie. De eindpunten van deze RG6-splitters worden afgesloten op Integrated Receiver and Decoders (IRD’s).

De IRD is verantwoordelijk voor het demoduleren van de ontvangen signalen en het decoderen van betaalde signalen met behulp van een Conditional Access Module (CAM) die door de omroeporganisatie wordt geleverd. De output is een IP UDP multicast-stream.

In sommige gevallen bieden omroepen u mogelijk geen CAM aan. In plaats daarvan zullen ze een settopbox (STB) leveren met een decoderingssleutel die in de hardware is ingebouwd. Aangezien STB’s de uitvoer van SDI/HDMI hebben, hebben we ook een encoder nodig die de HDMI-invoer opneemt en terug codeert in een IP UDP-multicast-stream.

Op dit moment hebben we niet-versleutelde IP-multicast-streams van FTA’s en betaalde kanalen. Daarna is het de verantwoordelijkheid van de MSO om de inhoud opnieuw te versleutelen/versleutelen om ervoor te zorgen dat alleen geautoriseerde gebruikers de inhoud kunnen bekijken. Maar er zijn twee mogelijke manieren om de inhoud aan de gebruikers te leveren…

Multicast IPTV versus Unicast IPTV

Voordat we ingaan op het operationele verschil tussen deze twee, laten we eerst proberen hun voor- en nadelen te begrijpen:

Multicast voordelen

  • Lage rekenkracht:  Het grootste voordeel van multicast IPTV is de zeer lage behoefte aan resources. Je zou een multicast-kanaal van een Raspberry Pi kunnen streamen en miljoenen gebruikers ervan kunnen bedienen, zonder extra hardware. Dit komt omdat het aantal kijkers geen invloed heeft op de hardwarevereiste op oorsprongsniveau; het kan een kijker zijn of een miljoen, of zelfs een miljard wat dat betreft.
  • Laag bandbreedteverbruik:  vergelijkbaar met het hardwareverbruik, is multicast ook licht op het bandbreedtefront. De bandbreedtevereiste per kanaal op het oorsprongsknooppunt is gelijk aan de bandbreedtevereiste van één stream. Als een kanaal (een multicast-stream) bijvoorbeeld is geoptimaliseerd om te streamen met 2 Mbps, heeft u altijd maar 2 Mbps bandbreedte nodig op de oorspronkelijke netwerkinterface, ongeacht hoeveel gebruikers tegelijkertijd naar dezelfde stream kijken. Dit kan ongemakkelijk aanvoelen voor iemand die de hele tijd met unicast te maken heeft. Maar dat is de basis van multicast: pakketten worden gedupliceerd op elke exit-interface in een multicast-netwerk.

Multicast-nadelen

  • Vereist end-to-end multicast:  Technisch gezien is dit geen nadeel. Maar in de unicast-dominante wereld waarin we tegenwoordig leven, is ervoor zorgen dat multicast wordt ondersteund en ingeschakeld op elk knooppunt in het netwerk, nog een ding om je zorgen over te maken. Met multicast-ondersteuning bedoel ik dat multicast-specifieke protocollen zijn geconfigureerd, zoals Internet Group Management Protocol (IGMP) en protocolonafhankelijke multicast (PIM) op elk apparaat in het pad, inclusief switches, routers, optische lijnterminals (OLT’s) en optische netwerkterminals (ONT’s).
  • Niet zo vriendelijk met wifi: de meeste wifi-apparaten die in onze huizen worden gebruikt, zijn niet multicast-bewust. En elk apparaat dat geen ondersteuning voor multicast heeft, behandelt multicast-verkeer als broadcast-verkeer. Dit betekent dat pakketten uit elke interface op het apparaat zullen reizen, inclusief de pakketten die er niet om hebben gevraagd. En dat wil je zeker niet in je netwerk. In wezen hebt u een bekabelde verbinding met het verbruikende apparaat nodig. Dit betekent dat mobiele telefoons zijn uitgesloten, tenzij u wilt dat uw klanten hun mobiele telefoons aansluiten op een Ethernet-kabel via een on-the-go (OTG) adapter.
  • Netwerkspecifieke STB’s:  als u van plan bent om alleen FTA’s te streamen, is dit niet op u van toepassing. Maar als u van plan bent ook betaalde tv-kanalen op te nemen, hebt u STB’s nodig die speciaal voor uw abonnees zijn gemaakt met de decoderingssleutel (geleverd door de CAS-leverancier) in de STB-hardware.
  • Geen ondersteuning voor Adaptive Bit Rate (ABR): ABR zorgt ervoor dat dezelfde inhoud in meerdere resoluties en bitsnelheden beschikbaar wordt gesteld aan klanten. De speler in de client is slim genoeg om tussen die streams te schakelen, afhankelijk van de beschikbare bandbreedte op de client, waardoor buffervertragingen worden vermeden.
  • Geen ondersteuning voor catch-up TV: Catch-up TV is wanneer u een opname van een eerder uitgezonden show/aflevering kunt bekijken. Catch-up TV vereist een caching-mechanisme om de inhoud voor later op te slaan. In multicast is er echter geen ondersteuning voor het cachen van de inhoud.

Unicast-voordelen:

  • Geen speciale configuratie vereist:  in tegenstelling tot een multicast-configuratie heeft u geen speciale configuratie of protocolondersteuning in uw netwerk nodig. Unicast IPTV wordt geleverd via HTTP, dus een live tv-stream is een andere reeks HTTP-pakketten voor uw netwerk. Dit is het grootste voordeel vanuit het oogpunt van een dienstverlener.
  • Volledige wifi-ondersteuning:  omdat je te maken hebt met HTTP-pakketten, is streamen via wifi geen probleem.
  • Ondersteunt ABR:  In een typisch unicast IPTV-systeem zouden we de inhoud transcoderen voordat we deze door het netwerk sturen. Tijdens het transcoderen van de inhoud hebben we de mogelijkheid om de inhoud te transcoderen in meerdere profielen (meerdere resoluties en bitrates). Daarom wordt ABR volledig ondersteund.
  • Ondersteunt catch-up TV:  Nogmaals, aangezien de inhoud wordt geleverd via HTTP, kunnen we deze gemakkelijk in de cache plaatsen, opslaan en leveren wanneer en wanneer nodig. Een IPTV-systeem kan dus worden geconfigureerd om een ​​kopie van de inhoud voor een bepaalde periode te bewaren en die wordt gestreamd wanneer gebruikers daarom vragen.
  • Ondersteunt standaard hardware:  Unicast IPTV kan worden bekeken op een Android STB, Apple TV, smart tv of zelfs mobiele telefoon. Aangezien een unicast IPTV-systeem technisch vergelijkbaar is met een over-the-top (OTT) platform, kan de inhoud worden bekeken op elk smart device dat inhoud van elke OTT-provider kan afspelen.

Unicast-nadelen

  • Zeer veel middelen:  het grootste voordeel van een multicast IPTV-opstelling is het grootste nadeel van een unicast IPTV-opstelling. Het vereist veel rekenkracht om honderden kanalen in realtime te transcoderen.
  • Veel bandbreedte:  in tegenstelling tot multicast betekent unicast dat elke keer dat een client om inhoud vraagt, een nieuwe/parallelle TCP-verbinding wordt geopend tussen de server en de client. En een parallelle stroom van inhoud wordt naar elke klant gestuurd, zelfs als meerdere klanten dezelfde inhoud gebruiken. Een Content Distribution Network (CDN) kan worden geïntroduceerd om aan hoge bandbreedtevereisten te voldoen, maar toch is het voordeel minuscuul in vergelijking met multicast. En het bouwen van een CDN brengt ook zijn eigen uitdagingen met zich mee.

Nu we de voor- en nadelen kennen van beide mogelijke media voor het leveren van inhoud op de laatste mijl, moeten we ook begrijpen wat er nodig is om elk medium te bouwen voordat we een definitieve beslissing nemen over de te volgen weg.

Een multicast-bezorgsysteem bouwen

Vergeleken met een unicast-opstelling is een multicast-IPTV-opstelling relatief eenvoudig te implementeren.

Omdat we al een UDP-multicast-stream hebben, is transcodering of codering niet vereist. Een transcoder kan worden geplaatst voor optimalisatiedoeleinden, zoals het verlagen van de bitrate of het bereiken van een Constant Bit Rate (CBR). Het verminderen van bandbreedte lijkt misschien onnodig in een lokaal netwerk, maar het is logisch wanneer de inhoud via langeafstandscircuits naar verre locaties moet worden vervoerd. Als serviceprovider zou je honderden kanalen moeten hebben, dus het besparen van bandbreedte op elk kanaal telt op.

De niet-versleutelde multicast-stream wordt door de scrambler gestuurd (Afbeelding 3), die de stream vervormt met behulp van een CAS. De CAS is aangesloten op een abonneebeheersysteem (SMS). De sms is niets anders dan een webgebaseerde gebruikersinterface die wordt gebruikt om abonneeaccounts aan te maken en servicepakketten aan hen toe te wijzen.

De gecodeerde inhoud wordt in het multicast-compatibele netwerk geduwd. Het wordt over het algemeen aangeraden om de IPTV-stream in een speciaal VLAN te vervoeren voor eenvoudige scheidingsdoeleinden aan de clientzijde, zodat het VLAN niet is getagd op een interface van de ONT die de STB verbindt, zonder andere op unicast gebaseerde services te beïnvloeden.

Een unicast-bezorgsysteem bouwen

In vergelijking met multicast is een unicast IPTV-systeem complexer om op te zetten en vereist het veel meer middelen.

Als we van plan zijn om ABR-ondersteuning aan te bieden, is de allereerste stap het transcoderen van de stream naar het gewenste aantal profielen. Aangezien een tv-zender een live-feed is, gebeurt transcodering in realtime. En transcodering is een van de meest resource-hongerige processen.

Eenmaal getranscodeerd, gaat de videofeed door de verpakker. De verpakker verdeelt de live video vervolgens in blokken van 3 – 10 seconden en verpakt die blokken in geschikte containertypes zoals HTTP Live Streaming (HLS) of Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH). Het zal ook de inhoud coderen met de coderingssleutels die zijn ontvangen van de DRM en deze naar de client verzenden.

De DRM is direct gekoppeld aan een middleware. Middleware is waar u gebruikersaccounts aanmaakt en servicepakketten aan hen toewijst, vergelijkbaar met sms vanuit een multicast-configuratie.

En als catch-up-tv ook is ingeschakeld, wordt een kopie van de getranscodeerde inhoud (vóór verpakking en versleuteling) ook lokaal opgeslagen voor toegang later. Technisch gezien kan de inhoud rechtstreeks vanuit de verpakker zelf aan de klanten worden geleverd. Maar in een ideale situatie zou je het idee van ‘scheiding van zorgen’ moeten aannemen en een ander knooppunt tussen de verpakker en de klanten moeten plaatsen, die ook zal fungeren als een cache die verantwoordelijk is voor het leveren van de inhoud aan klanten. De clienttoepassing communiceert vervolgens met de middleware om decoderingssleutels te krijgen en ten slotte wordt de inhoud afgespeeld op het apparaat van de client.

Als je dieper wilt ingaan op hoe inhoudsbescherming werkt in multicast IPTV en unicast IPTV, laat dan hieronder een reactie achter en ik zal graag een vervolgbericht plaatsen waarin multicast-scrambling en unicast DRM-codering worden vergeleken.

Multicast? Unicast? Of allebei?

Hopelijk heb je nu een beter begrip van de verschillen tussen multicast- en unicast IPTV-systemen.

Als u zich geen zorgen maakt over de zware vereisten voor bronnen, waaronder computergebruik en bandbreedte, is unicast de voor de hand liggende keuze omdat het meer functies biedt.

Maar als u een efficiënte installatie wilt en u zich geen zorgen maakt over mooie functies, dan is multicast logischer, aangezien uw netwerkapparatuur multicast-bewust is.

Of een gecombineerde aanpak kan ook worden aangepast door lineaire tv via multicast te leveren en unicast te gebruiken voor andere functies, zoals inhaal-tv.

Laat het me weten als je nog vragen hebt in het commentaargedeelte hieronder.

By admin

Leave a Reply

Your email address will not be published.