Εμπορία Εγκαταστάσεις Ηλεκτρονικών Συστημάτων Χονδρική-Λιανική 2108810450 CCTV & SECURITY EXPERTS

iptv


 

H Digitalnet διαθέτει μια μεγάλη σειρά συστημάτων  CCTV της DAHUA καλύπτοντας μεγάλο αριθμό εφαρμογών με σκοπό την επίτευξη του μέγιστου δυνατού αποτελέσματος σε ιδιαίτερα προσιτές τιμές.
Επίσης  διαθέτει μια πληρη σειρά καμερών και καταγραφικών HIKVISION καθώς και ολα τα υλικά που απαιτούνται γιά την εγκατάσταση ενός ολοκληρωμένου συστήματος CCTV όπως σκληρούς δίσκους τροφοδοτικά καλώδια κλπ.
Παραλληλα έχει σε άμμεση διαθεσιμότητα  μια μεγάλη σειρά συστημάτων συναγερμού καλύπτοντας μικρές μεσαίες η και αρκετά μεγάλες εγκαταστάσεις.Ολα τα υλικά προέρχονται από επώνυμους κατασκευαστές και καλύπτονται απο διετή εγγύηση Ελληνικής αντιπροσωπείας 

Τα υλικά που αφορούν τα συστήματα ασφαλείας ειναι άμμεσα διαθέσιμα ενώ υπάρχει δυνατότητα άμμεσης πρόσβασης και στάθμευσης στην έδρα μας με αυτοκίνητο για παραλαβή εμορευμάτων.Πραγματοποιούνται  αποστολές με μεταφορικές η courrier σε όλη την Ελλάδα, Κύπρο και Βουλγαρία.

Για  εγκαταστάτες συστημάτων ασφαλείας με επαγγελματικό ΑΦΜ η εμπορικές επιχειρίσεις με αντικείμενο τα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύουν ειδικές τιμές
χονδρικής Β2Β.  Εγγραφείτε στο Β2Β γιά τιμοκατάλογο χονδρικής.
 

 Τί είναι IPTV

Το Internet Protocol Television ή IPTV χρησιμοποιείται για να μεταφέρει τηλεοπτικό περιεχόμενο (βίντεο, εικόνα, ήχο) χρησιμοποιώντας το διαδίκτυο, προς κάποιες διευθύνσεις IP. Στην πραγματικότητα, όπως θα δούμε και παρακάτω, πολύ περισσότερα είδη αρχείων πέρα του τηλεοπτικού περιεχομένου μπορούν να σταλούν μέσω της IPTV. Χρησιμοποιώντας την IPTV μια εταιρεία μπορεί να μεταδώσει δορυφορικό σήμα τηλεόρασης και ραδιοφώνου, βίντεο/DVDs , digital videos on demand (VOD) και διάφορες πληροφορίες που συναντάμε στο διαδίκτυο κατά την περιήγησή μας μέσω του προσωπικού υπολογιστή. Αυτό το περιεχόμενο πολυμέσων μπορεί να μεταδοθεί είτε στην τηλεόραση μας(απλή ή HD) είτε σε προσωπικούς υπολογιστές. Παρακάτω βλέπουμε ένα σχήμα που δείχνει τον τρόπο λειτουργίας της.

eisagwgi1.JPG

1.2. Η ιστορία της IPTV

Το 1994 στο κανάλι ABC το πρόγραμμα «World News Now» , ήταν το πρώτο τηλεοπτικό πρόγραμμα που μεταδόθηκε μέσω του διαδικτύου. Ο όρος IPTV εμφανίστηκε αρχικά το 1995 με την ίδρυση του Precept Software από τη Judith Estrin και τον Bill Carrico. Το Percept σχεδιάστηκε και δημιουργήθηκε ένα προϊόν διαδικτυακού βίντεο που ονομάστηκε IPTV και ήταν ένα Mbone (multicast backbone) συμβατό με τα λειτουργικά Windows και Unix, που μετέφερε την τηλεοπτική πληροφορία σε ποιότητα χαμηλή έως και σε ποιότητα πολύ καλή(όπως τα DVD) χρησιμοποιώντας τα πρωτόκολλα RTP/RTCP. (οι όροι αυτοί περιγράφονται στα επόμενα κεφάλαια).

1.3. Εφαρμογές και είδη της IPTV

Ακόμα και αν δεν το καταλαβαίνουμε, η χρήση της IPTV έχει εισβάλει στην καθημερινή μας ζωή, αφού έχει πληθώρα εφαρμογών όπως:

• Εκπαίδευση

• Ψυχαγωγία

• Ιατρική φροντίδα

• Μεταφορές

• Επιχειρήσεις.

Υπάρχουν τα ακόλουθα είδη της IPTV:

• Internet iptv: Μεταφέρεται μέσω του διαδικτύου σε όλο τον κόσμο. Για παράδειγμα τα βιντεάκια που βλέπουμε στο YouTube. Αυτό το τηλεοπτικό περιεχόμενο συνήθως το βλέπουμε από τους browsers του υπολογιστή μας και σε χαμηλή ποιότητα.

• Telco iptv: Μεταδίδεται στο κινητό είτε μέσω ασύρματου δικτύου, είτε από τις υπηρεσίες των εταιρειών κινητής τηλεφωνίας.

• Broadcast iptv: Πρόκειται για τηλεοπτικές μεταδόσεις, συνήθως χαμηλής ποιότητας. Το τηλεοπτικό περιεχόμενο στέλνεται μέσω του διαδικτύου στον υπολογιστή μας. Δυστυχώς οι broadcasters δεν έχουν τον έλεγχο της ποιότητας της μετάδοσης του τηλεοπτικού περιεχομένου.

• Local iptv: Είναι γνωστή και ως Building IPTV και σχεδιάστηκε για να μεταφέρει τηλεοπτικό περιεχόμενα σε κτίρια και πανεπιστημιουπόλεις που είναι συνδεδεμένοι σε δίκτυο LAN (τοπικό δίκτυο).

2.Δίκτυο Διανομής Υπηρεσιών IPTV

Εξαιτίας της ίδιας της φύσης της IPTV, είναι απαραίτητη η ανάπτυξη μίας δικτυακής πλατφόρμας μετάδοσης του περιεχομένου της. Αυτή θα έχει ως στόχο την μεταφορά των bits μεταξύ του παρόχου της υπηρεσίας και της συσκευής του χρήστη, χωρίς να επηρεάζεται η ποιότητα του παρεχόμενου βίντεο. Η δομή του δικτύου της IPTV απαρτίζεται από το λεγόμενο ‘last mile’ και το ‘backbone’.Στο τελευταίο μίλι χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι δικτύων για την μετάδοση όπως ασύρματα δίκτυα, δορυφορικά, καλωδιακά κ.α καθένα από τα οποία παρουσιάζει πλεονεκτήματα και ιδιαιτερότητες. Σε αυτό το κεφάλαιο θα εξετάσουμε τα βασικά δίκτυα που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα. Αυτά είναι:

  • Δίκτυο οπτικών ινών
  • Δίκτυο DSL
  • Δίκτυο καλωδιακής τηλεόρασης
  • Δορυφορικό δίκτυο
  • Ασύρματο δίκτυο
  • Internet

2.1 Δίκτυο οπτικών ινών

Η ανάγκη για αυξημένο bandwidth σε συνδυασμό με το χαμηλό λειτουργικό κόστος, καθώς επίσης και η ανάγκη για ικανή θωράκιση έναντι των εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων οδήγησαν στην ανάπτυξη των δικτύων οπτικών ινών. Η χρήση των δικτύων αυτών για την παροχή υπηρεσιών IPTV έχει αυξηθεί σε πολύ μεγάλο βαθμό. Οι αρχιτεκτονικές που χρησιμοποιούνται είναι :

  • Οπτική ίνα μέχρι το τοπικό γραφείο του παρόχου του διαδικτύου (Fiber to the regional office - FTTRO)

Με αυτό τον όρο αναφερόμαστε στην εγκατάσταση οπτικής ίνας από τον πάροχο υπηρεσιών IPTV μέχρι το τοπικό γραφείο του παρόχου του διαδικτύου. Έπειτα χρησιμοποιείται η υπάρχουσα υποδομή για την παροχή της υπηρεσίας. Στην Ελλάδα για παράδειγμα αυτό είναι το γραφείο του ΟΤΕ της περιοχής και έχει ακτίνα περί τα 2 χλμ.

  • Οπτική ίνα μέχρι την γειτονιά (Fiber to the neighborhood - FTTN)

Αναφερόμαστε στην εγκατάσταση οπτικής ίνας μέχρι το ΚΑΦΑΟ. Σε αυτή την περίπτωση ο τελικός χρήστης έχει την δυνατότητα να χρησιμοποιήσει υπηρεσίες όπως τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας,(VoD) , κ.α

  • Οπτική ίνα μέχρι το πεζοδρόμιο (Fiber to the curb - FTTC)

Σε αυτή την περίπτωση η εγκατάσταση της οπτικής ίνας φτάνει μερικά μέτρα μακριά από κάθε σπίτι. Συνήθως χρησιμοποιείται ένα ομοαξονικό καλώδιο από εκεί που σταματά η οπτική ίνα μέχρι το εκάστοτε σπίτι.

  • Οπτική ίνα μέχρι το σπίτι (Fiber to the home - FTTH)

Με αυτή την δικτύωση όλη η διαδρομή για την μεταφορά των δεδομένων από τον πάροχο της IPTV μέχρι τον τελικό καταναλωτή γίνεται μέσω οπτικής ίνας. Το FTTH είναι ένα σύστημα αμφίδρομης επικοινωνίας το οποίο υποστηρίζει την διαδραστική φύση της IPTV.

  • Οπτική ίνα μέχρι το διαμέρισμα (Fiber to the apartment – FTTA)

Η εγκατάσταση ενός δικτύου FTTA συνεπάγεται την εγκατάσταση οπτικών ινών μεταξύ ενός κεντρικού hub που βρίσκεται στην πολυκατοικία και των διαμερισμάτων της.

2.1.1 Είδη Δικτύων

Η πραγματοποίηση των δικτύων που εξετάσαμε γίνεται μέσω δύο παραλλαγών, των παθητικών οπτικών δικτύων και των ενεργητικών.

Ο όρος παθητικά οπτικά δίκτυα ( Passive optical network - PON) αναφέρεται σε μία τοπολογία δικτύου point-to-multipoint η οποία κάνει χρήση οπτικών μέσων. Χρησιμοποιούνται σε αυτή την τοπολογία οπτικά κύματα διαφορετικών χρωμάτων με αποτέλεσμα να μην υπάρχει η ανάγκη ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Για την κατασκευή ενός τέτοιου δικτύου απαιτούνται ορισμένες προδιαγραφές. Η ITU πρότεινε το πρότυπο G983.Σύμφωνα με αυτό, ένα τυπικό PON αποτελείται από μια οπτική γραμμή τερματισμού (optical line termination - OLT), η όποια βρίσκεται στον πάροχο της IPTV, και από τα τερματικά (optical network terminals - ONTs) τα οποία είναι εγκατεστημένα στην πλευρά των τελικών χρηστών.Η OLT χρησιμοποιεί εξαρτήματα όπως οπτικές ίνες και οπτικά splitters για την δρομολόγηση των πακέτων. Οι οπτικές ίνες κατασκευάζονται από γυαλί και έχουν σχετικά μικρή διάμετρο. Τα splitters έχουν την δυνατότητα να διαμοιράζουν το εισερχόμενο σήμα σε πολλά εξερχόμενα χωρίς απώλεια. Το γεγονός ότι είναι παθητικά και δεν χρειάζεται οποιοδήποτε ηλεκτρονικό εξάρτημα για την μετάδοση, όπως οι ενισχυτές στα κοινά τηλεφωνικά δίκτυα, μειώνει το κόστος λειτουργίας και συντήρησης.

Στο σχήμα 2.1 βλέπουμε πως πραγματοποιείται μια δικτύωση PON image002.gif

Υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες PON όπως Broadband PON (BPON), Ethernet PON (EPON) και Gigabit PON(GPON) η σύγκριση των οποίων φαίνεται στον παρακάτω πίνακα:

Τα ενεργητικά οπτικά δίκτυα από την άλλη πλευρά χρησιμοποιούν ηλεκτρικά εξαρτήματα για την μετάδοση της πληροφορίας.

image004.jpg

2.2 Δίκτυο DSL

Τα τελευταία χρόνια οι εταιρίες παροχής τηλεπικοινωνιών έχουν εισέλθει στην αγορά της IPTV εκμεταλλευόμενες το εγκατεστημένο δίκτυο τους, καθώς το DSL επιτρέπει την μετάδοση υπηρεσιών υψηλού εύρους ζώνης με τις υπάρχουσες τηλεφωνικές γραμμές χαλκού.

Το εύρος ζώνης είναι ένα βασικό ζήτημα στην μετάδοση των υπηρεσιών της IPTV. Πολλά από τα ήδη υπάρχοντα δίκτυα DSL δεν μπορούν να ανταπεξέλθουν στην συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση αυτών των υπηρεσιών. Ωστόσο μπορεί να επιτευχθεί η ικανοποίηση των αναγκών των καταναλωτών μέσω της επέκτασης των τεχνολογιών DSL σε ADSL, ADSL2+, και VDSL. Ένας συγκριτικός πίνακας για τις δυνατότητες του ADSL φαίνεται παρακάτω:

00.jpg

Η ασυμμετρική ψηφιακή γραμμή συνδρομητών (Asymmetric Digital Subscriber Line - ADSL) είναι μια τεχνολογία point-to-point η οποία χρησιμοποιείται ευρέως στην σημερινή εποχή. Ονομάζεται “ασυμμετρική” επειδή η μετάδοση των δεδομένων από τις εταιρίες παροχής των υπηρεσιών internet στον τελικό χρήστη είναι ταχύτερες σε σχέση με την μετάδοση των δεδομένων από τον χρήστη στην εταιρία. Με την χρήση της ADSL έχουμε την δυνατότητα να μεταδώσουμε ταυτόχρονα δυο κανάλια ποιότητας MPEG-2 και μια σύνδεση internet υψηλής ταχύτητας.

Το μεγαλύτερο πρόβλημα όμως που αντιμετωπίζουμε με την ADSL είναι η εξάρτηση της ποιότητας από την απόσταση μεταξύ του συνδρομητή και του τοπικού γραφείου του παρόχου καθώς η κοινή τηλεφωνική γραμμή έχει σχεδιαστεί για την μετάδοση φωνής ~4kH. Ένα κύκλωμα ADSL παραχωρεί τα 4 kH για την υπάρχουσα τηλεφωνική υπηρεσία, ενώ για τα δεδομένα τα κανάλια καταλαμβάνουν από 26 kHz έως 1,1 MHz στο φάσμα συχνότητας όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

image006.gif

Οι δύο κυριότερες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για να διαμορφώσουν τα ψηφιακά δεδομένα IPTV, σε ένα αναλογικό σήμα για τη μετάδοση μέσω ADSL είναι η carrierless amplitude and phase (CAP) και η διακριτή πολυτονική διαμόρφωση (Discrete multi-tone modulation - DMT).H CAP ήταν η αρχική προσέγγιση που χρησιμοποιήθηκε για να διαμορφώσει τα ψηφιακά δεδομένα σε αναλογικό σήμα για τη μετάδοση μέσω ADSL. Ενώ το όνομα της υποδηλώνει ότι η διαμόρφωση είναι “carrierless ”, ένα φέρον χρησιμοποιείται για να μεταδώσει τα δεδομένα μέσω του τηλεφωνικού δικτύου. Η DTM πλέον προτιμάται έναντι της CAP και χρησιμοποιείται στα σύγχρονα modem.Χωρίζει το σήμα DSL σε μικρότερα κανάλια καθένα από τα οποία φέρει ένα ποσό του αρχικού σήματος.

2.3 Δίκτυο καλωδιακής τηλεόρασης

Οι πάροχοι καλωδιακής τηλεόρασης έχουν πραγματοποιήσει επενδύσεις για την αναβάθμιση των δικτύων τους ώστε να υποστηρίζουν υπηρεσίες όπως αυτή της IPTV. Το δίκτυο τους βασίζεται σε ένα μια υβριδική τεχνολογία ομοαξονικού καλωδίου και οπτικής ίνας (hybrid fiber/coax - HFC).Τα δίκτυα που έχουν χρησιμοποιούν HFC έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά τα οποία τα καθιστούν ιδανικά για υπηρεσίες IPTV.

  • Μπορούν να μεταδώσουν ταυτόχρονα αναλογικό και ψηφιακό σήμα.
  • Τα δίκτυα HFC καλύπτουν τις απαιτήσεις χωρητικότητας και αξιοπιστίας ενός συστήματος IPTV.
  • Τα φυσικά χαρακτηριστικά των ομοαξονικών και οπτικών ινών υποστηρίζουν ένα δίκτυο μετάδοσης αρκετών gigabits ανά δευτερόλεπτο.

Η τοπολογία ενός τέτοιου δικτύου φαίνεται στο σχήμα:

image008.gif

2.4 Δορυφορικό δίκτυο

Σε ένα δορυφορικό δίκτυο το αρχικό περιεχόμενο παραλαμβάνεται, κωδικοποιείται σε MPEG-2, MPEG-4, ή Windows Media format και κρυπτογραφείται στο κέντρο διαδικασιών βίντεο του δορυφόρου. Έπειτα αναμεταδίδεται σε διάφορους κόμβους οι οποίοι συνδέονται με τους οικιακούς δέκτες. Ωστόσο υπάρχει η δυνατότητα απευθείας μετάδοσης από τον δορυφόρο στον οικιακό δέκτη με την χρήση κατάλληλου εξοπλισμού όπως ειδικά δορυφορικά μόντεμ.

2.5 Ασύρματο δίκτυο

Το WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) είναι μία τεχνολογία παρεμφερής με το Wi-Fi η οποία χρησιμοποιείται αρκετά για την μετάδοση υπηρεσιών IPTV.Οι συχνότητες στις οποίες εκπέμπει κυμαίνονται μεταξύ 3400_3600 MHz.Έχει την δομή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

image010.gif

Ακόμα αξίζει να αναφερθούν στην μετάδοση μέσω ασύρματου δικτύου οι τεχνολογίες 3G.Δίκτυα κινητής τηλεφωνίας βασισμένα σε τεχνολογίες όπως το EV-DO και HSDPA είναι κατάλληλα για την μετάδοση φορητών εφαρμογών IPTV. Το EV-DO (Evolution-Data Optimized) είναι μια τεχνολογία ασύρματης μετάδοσης δεδομένων η οποία μπορεί να επιτύχει ταχύτητες μέχρι 4.9 Mbits/s. Το HSDPA ( High-Speed Downlink Packet Access ) μπορεί να επιτύχει μέχρι 14 Mbps.

2.6 Internet

Στην σημερινή εποχή υπάρχουν αρκετά τηλεοπτικά κανάλια τα οποία χρησιμοποιούν την μέθοδο του video streaming μέσω Internet.Σε αυτά τα κανάλια, το βίντεο μεταδίδεται από ένα server στην συσκευή του πελάτη η οποία έχει την δυνατότητα να το επεξεργαστεί και να το εμφανίσει. Ο τύπος συσκευής που χρησιμοποιείται στην πλειονότητα των περιπτώσεων είναι ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής ωστόσο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ένα κινητό τηλέφωνο με πρόσβαση στο internet.Μια σημαντική παράμετρος είναι ότι το βίντεο μεταδίδεται σε πραγματικό χρόνο. Αμέσως μετά την επιλογή του καναλιού από τον χρήστη, εκκινεί ο server που αντιστοιχεί σε αυτό το κανάλι και ‘τεμαχίζει’ το βίντεο σε IP πακέτα, τα συμπιέζει και ύστερα τα μεταδίδει στο Internet μέσω streaming στον πελάτη. Ο τελευταίος έχει πρόσβαση στο περιεχόμενο με την χρήση απλά του browser του ή κάποιου άλλου κατάλληλου προγράμματος. Ο χρόνος που μεσολαβεί από την επιλογή του καναλιού έως την μετάδοση του στον δέκτη είναι σχετικά μικρός και εξαρτάται από την σύνδεση μεταξύ τους. Ένας streaming server μπορεί να λειτουργεί με καλή απόδοση και αξιοπιστία όταν εξυπηρετεί μικρό αριθμό καναλιών καθώς επίσης και περιορισμένο αριθμό χρηστών. Από πλευράς ασφάλειας μπορούμε να πούμε ότι ανταποκρίνεται ικανοποιητικά καθώς το περιεχόμενο δεν αποθηκεύεται στην συσκευή του χρήστη. Τέλος οφείλουμε να τονίσουμε μια σημαντική διαφορά ανάμεσα στις προηγούμενες μεθόδους και αυτή. Τα site που φιλοξενούν την υπηρεσία δεν έχουν στην κατοχή τους ούτε μπορούν να ελέγξουν την υποδομή της μετάδοσης των πακέτων.

2.7 IPTV Backbone

Έπειτα από τις προηγούμενες παραγράφους ο αναγνώστης του αυτού του κεφαλαίου πρέπει να έχει κατανοήσει τις τεχνολογίες χρησιμοποιούνται στο last mile του δικτύου. Δεν έχουμε αναφέρει ωστόσο τι συμβαίνει στην πλευρά του backbone, δηλαδή από το κέντρο μετάδοσης του σήματος της IPTV έως το τοπικό γραφείο του παρόχου τηλεφωνίας – πρέπει να έχουμε κατά νου όταν μιλάμε για το τοπικό γραφείο του παρόχου τηλεφωνίας, τον OTE της γειτονιάς μας αν βρισκόμαστε στην Ελλάδα. Υπάρχουν τρείς κύριες τεχνολογίες backbone μετάδοσης οι οποίες χρησιμοποιούνται για την μετάδοση της IPTV.Αυτές είναι :

  • ATM over SONET/SDH
  • IP over MPLS
  • Μetro ethernet

ATM (Asynchronous Transfer Mode) over SONET/SDH

Η ασύγχρονη μετάδοση μπορεί να καλύψει τις ανάγκες των εφαρμογών τις IPTV οι οποίες απαιτούν υψηλές ταχύτητες μετάδοσης και χαμηλές καθυστερήσεις. Το Synchronous Optical Network (SONET) είναι ένα πρωτόκολλο το οποίο παρέχει υψηλή ταχύτητα μετάδοσης χρησιμοποιώντας οπτική ίνα. Ο όρος Synchronous Digital Hierarchy (SDH) αναφέρεται στην οπτική τεχνολογία που χρησιμοποιείται εκτός των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Το SONET χρησιμοποιεί διαμόρφωση στον χρόνο (TDM) για να στέλνει πολλά stream δεδομένων ταυτόχρονα. Τα slots που έχουν δεσμευτεί παραμένουν ενεργά είτε υπάρχει εκπομπή πακέτων είτε όχι.

IP over MPLS

Πολλές εταιρίες έχουν υιοθετήσει την χρησιμοποίηση του IP(Internet Protocol) σε συνδυασμό με το Multiprotocol Label Switching (MPLS) το οποίο επιτρέπει την αποτελεσματική μετάδοση διαφορετικών ειδών βίντεο μέσα από ένα κοινό μέσο.

Μetro ethernet

Τα δίκτυα αυτά εκμεταλλεύονται τα τεχνολογικά επιτεύγματα του Ethernet με αποτέλεσμα υψηλή απόδοση, καθώς οι ταχύτητες μετάδοσης φτάνουν μέχρι τα 100 Gbps σε αρκετά μακρινές αποστάσεις, και αξιοπιστία με την ύπαρξη ειδικών μηχανισμών επανάκτησης σε περίπτωση αποτυχίας σύνδεσης μεταξύ δυο κόμβων του δικτύου.

2.8 Περιορισμοί

Αν και η IPTV είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία παρουσιάζει ορισμένα μειονεκτήματα τα οποία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Αρχικά είναι ευάλωτη στην απώλεια πακέτων καθώς επίσης και σε καθυστερήσεις του δικτύου σε περίπτωση που το μεταδιδόμενο stream είναι αναξιόπιστο. Ακόμα έχει αυστηρούς περιορισμούς ως προς την ελάχιστη ταχύτητα μετάδοσης του δικτύου προκειμένου να εξασφαλιστεί η μετάδοση του απαιτούμενου αριθμού πλαισίων ανά δευτερόλεπτο. Αυτό σημαίνει ότι η περιορισμένη ταχύτητα δικτύου ή το μειωμένο εύρος ζώνης που μπορεί να προκύψει από τον διαμοιρασμό του στους πελάτες οδηγεί στην μείωση της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών.

Αν και μερικές χώρες έχουν τις απαιτούμενες ευρυζωνικές συνδέσεις, όπως η Νότιος Κορέα με 6 εκατομμύρια σπίτια να ξεπερνούν την ταχύτητα των 100Mbit/s, οι περισσότερες, ακόμα και οι πιο ανεπτυγμένες όπως η ΗΠΑ δεν διαθέτουν την απαραίτητη υποδομή στο τελευταίο μίλι-η οποία περιγράφεται στο κεφάλαιο 2- στο σύνολο του πληθυσμού τους. Οι ασύρματες συνδέσεις, που χρησιμοποιούνται κατά κόρον στην μετάδοση πακέτων φωνής, βίντεο κτλ μέσω του διαδικτύου αδυνατούν ακόμα να μεταδώσουν τόσο μεγάλο όγκο δεδομένων σε πολλούς χρήστες ταυτόχρονα με αποτέλεσμα την μείωση της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών. Αυτό έστρεψε τους παρόχους στην υιοθέτηση ενσύρματων τεχνολογιών. Ωστόσο ήδη πραγματοποιούνται βήματα στην δημιουργία του απαραίτητου εξοπλισμού.

Ακόμα απαιτείται πρόβλεψη της στατιστικής συμπεριφοράς των χρηστών στα ασύρματα δίκτυα με την έννοια της πρόβλεψης του ελάχιστου αριθμού των ταυτόχρονων χρηστών, του μέγιστου καθώς επίσης και του μέσου. Ακόμη πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και άλλες ιδιαιτερότητες του εκάστοτε δικτύου όπως για παράδειγμα αν βρίσκεται σε οικιστική περιοχή όπου υπάρχει υψηλή κινητικότητα κατά της απογευματινές ώρες ή σε περιοχή με υπηρεσίες και καταστήματα όπου η διαδικτυακή κινητικότητα παρατηρείται κατά της πρωινές ώρες.

2.8.1 Καθυστέρηση Δορυφορικού Δικτύου

Η καθυστέρηση που εισάγεται στην διάδοση του σήματος λόγω της χρήσης του δορυφορικού δικτύου θεωρείται συχνά ως ο λόγος για τον οποίο οι δορυφόροι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν επιτυχώς για μετάδοση της IPTV. Η δορυφορική μετάδοση χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο ARQ.Επειδή το πρωτόκολλο αυτό χρησιμοποιείται γενικότερα στα δίκτυα κρίνεται σκόπιμο να γίνει μια σύντομη αναφορά σε αυτό.

Βασικό στοιχείο του πρωτοκόλλου είναι η αποστολή από τον πομπό ενός σήματος και η επιβεβαίωση της λήψης του από τον δέκτη με ένα σήμα ACK (Acknowledgement).Στην εκδοχή κατά την οποία ο πομπός δεν διαθέτει μνήμη για την αποθήκευση των δεδομένων προς αποστολή, σε περίπτωση που ο πομπός δεν δεχτεί το σήμα ACK μετά από ένα ορισμένο διάστημα ή σε περίπτωση που δεχτεί από τον δέκτη ένα σήμα NACK -αναγνώριση της μη ορθής αποστολής του πακέτου- αποστέλλει ξανά το πακέτο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα βέβαια την καθυστέρηση της εκπομπής του πακέτου αφού ο πομπός ‘περιμένει’ το σήμα επιβεβαίωσης.

Για να καταλάβουμε λοιπόν το μέγεθος της καθυστέρησης θα κάνουμε ορισμένες παραδοχές, υποθέτοντας ότι τα μηνύματα έχουν σταθερό μήκος και εμφανίζονται στο σύστημα κατά Poisson.Η πράξη έχει αποδείξει ότι αυτά τα μοντέλα μπορούν να εφαρμοστούν ικανοποιητικά στα δίκτυα.Έστω ένα μήνυμα γίνεται αποδεκτό από το δέκτη με πιθανότητα P ενώ η επανεκπομπή του γίνεται με πιθανότητα 1-P.Αν υποθέσουμε ότι οι διαδοχικές επανεκπομπές είναι στατιστικά ανεξάρτητες τότε μπορούμε να προσεγγίσουμε την πιθανότητα επιτυχούς αποστολής του πακέτου ως εξής:

P(m)=Pr{success}=[(1-P)^(m-1)]P

Στην περίπτωση κατά την οποία η καθυστέρηση διάδοσης είναι σταθερή προκύπτουν οι σχέσεις:

k1=(t+T)/P k2=[(t+T)^2](2-P)/P2

όπου t είναι ο χρόνος μετάδοσης και Τ ο χρόνος αναμονής.

Αν αντικαταστήσουμε τα k1 και k2 στις εξιςώσεις Pollaczek-Khinchin και Little προκύπτει ότι ο χρόνος της συνολικής καθυστέρησης Ttotal είναι:

Ttotal=(k1+nk2)/2(1-nk1) Όπου n η παράμετρος του Poisson.Ο τρόπος με τον οποίο προκύπτουν οι παραπάνω εξισώσεις απαιτεί την γνώση ροπογεννητριών οι οποίες ξεφεύγουν από τα πλαίσια της παρούσας εργασίας.

Bέβαια έχουν αναπτυχθεί μηχανισμοί ώστε να αποθηκεύονται πακέτα στον πομπό με αποτέλεσμα την διαδοχική αποστολή πακέτων.

Μια υπηρεσία IPTV δεν απαιτεί πάντοτε τη μετάδοση σε πραγματικό χρόνο, όπως συμβαίνει με τις υπηρεσίες τηλεφωνίας ή συνομιλιών βίντεο με αποτέλεσμα η καθυστέρηση αυτή να μην διαδραματίζει τόσο σημαντικό ρόλο. Το πρόβλημα της καθυστέρησης εμφανίζεται με τα αιτήματα των συνδρομητών για την αλλαγή του καναλιού, κλπ και έχει μικρότερες επιπτώσεις στην δορυφορική IPTV απ ότι στην επίγεια IPTV. Η δορυφορική διανομή εμφανίζει καθυστερήσεις της τάξης των 0,25 δευτερόλεπτων και δεν μπορεί να μειωθεί. Εντούτοις, τα αποτελέσματα αυτής της καθυστέρησης μετριάζονται στα πραγματικά συστήματα χρησιμοποιώντας τη συμπίεση δεδομένων, την επιτάχυνση του TCP, και το HTTP pre-fetching. Η δορυφορική καθυστέρηση ωστόσο μπορεί να είναι καταστρεπτική ειδικά στις εφαρμογές που εξαρτώνται από τον παράγοντα χρόνο όπως τα on-line παιχνίδια .

3 IPTV Consumer Devices (IPTVCDs)

Σε αυτό το κεφάλαιο θα ασχοληθούμε με την συσκευή που υπάρχει στην πλευρά του οικιακού καταναλωτή (IPTV CONSUMER DEVICE - IPTVCD).Οι συσκευές μπορεί να είναι οικιακές gateways και IP set-top boxes όπως ονομάζονται.

3.1 Residential Gateway

Οι οικιακές πύλες (Residential Gateway - RG) βρίσκονται μεταξύ του δικτύου πρόσβασης στο Internet και του οικιακού δικτύου με στόχο να επιτρέψουν στις ψηφιακές συσκευές τις οικίας να μοιραστούν την ίδια IP που παρέχει το δίκτυο. Για να καταλάβουμε τι ακριβώς είναι η οικιακή πύλη πρέπει να εξετάσουμε την εξέλιξη της τον χρόνο.

Σχεδόν κάθε σπίτι έχει ένα δέκτη τηλεόρασης και ένα μόντεμ με το οποίο συνδέεται στο διαδίκτυο. Αυτές οι δυο ανεξάρτητες συσκευές αποτελούν ουσιαστικά την πρώτη γενιά των gateways.Στην δεύτερη γενιά προστέθηκαν δυνατότητες VOIP,υψηλών ταχυτήτων (ADSL2+) και εσωτερικής δικτύωσης εντός της οικίας. Η τρίτη γενιά των RGs υποστηρίζει τόσο την μετάδοση υψηλών ταχυτήτων και VOIP όπως η δεύτερη γενιά αλλά υποστηρίζει πλέον και υπηρεσίες IPTV.Συνδυάζει ουσιαστικά τις δυνατότητες ενός modem, ενός router και ενός hub για να έχει πρόσβαση στις υπηρεσίες της IPTV. Υπάρχουν δυο ειδών RGs οι απλές και οι ολοκληρωμένες.

  • Η απλή RG έχει περιορισμένη υπολογιστική δύναμη και εφαρμογέςκαθώς επίσης και περιορισμένη δρομολόγηση πακέτων.
  • Οι περισσότερες ολοκληρωμένες RGs περιλαμβάνουν ένα μόντεμ, firmware και λογισμικό που τους επιτρέπει την ανεξάρτητη λειτουργία σε σχέση με τον υπολογιστή.

3.1.1 Routing

Οι RGs είναι υπεύθυνες για τη σωστή δρομολόγηση των πακέτων στο δίκτυο.

Για την δρομολόγηση των πακέτων, τον διαχωρισμό μεταξύ των πακέτων που προορίζονται για την IPTV και αυτών που προορίζονται για άλλες υπηρεσίες internet έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες προσεγγίσεις. Θα εξετάσουμε έξι από αυτές.

  • Μέσω φυσικής πόρτας

Σε αυτή την περίπτωση κάθε ψηφιακή συσκευή του σπιτιού (τηλεόραση, τηλέφωνο, υπολογιστές ) συνδέονται σε διαφορετική φυσική πόρτα του RG. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ένα τέτοιο παράδειγμα.

index_clip_image002.gif

.

  • Μέσω διεύθυνσης MAC

Σε αυτή την περίπτωση η RG διατηρεί ένα πίνακα ο οποίος περιέχει την διεύθυνση του hardware κάθε ψηφιακής συσκευής.

  • Μέσω διεύθυνσης IP

Χρησιμοποιείται η διεύθυνση του προορισμού ή της πηγής που βρίσκεται στην κεφαλή του πακέτου.

  • Μέσω του μήκους του πακέτου

Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί το μήκος πακέτων για να καθορίζει τις ενέργειες. Παραδείγματος χάριν, το μήκος ενός πακέτου VoIP είναι χαρακτηριστικά μικρότερο από ένα πακέτο που χρησιμοποιείται για να φέρει περιεχόμενο web. Κατά συνέπεια, το RG μπορεί να προσθέσει τα μικρότερα πακέτα σε μια σειρά αναμονής που αποφεύγει την καθυστέρηση.

  • Μέσω του τύπου του πρωτοκόλλου

Είναι μια αρκετά γενική προσέγγιση και ταξινομεί τα πακέτα ως είτε ως TCP είτε ως UDP. Από αυτήν την ταξινόμηση η RG μπορεί έπειτα να εφαρμόσει τις κατάλληλες πολιτικές επεξεργασίας.

  • Μέσω διαχείρισης των IP διευθύνσεων

Τα περισσότερο σύγχρονα RGs υποστηρίζουν μια πιο περίπλοκη προσέγγιση για την διαχείριση των πολλαπλών IP υποδικτύων που λειτουργούν εντός της οικίας. Για να πετύχουν τη σωστή διαχείριση των διευθύνσεων IP σε έναν tripleplay περιβάλλον πρέπει να χρησιμοποιηθούν ορισμένα εξαρτήματα. Αυτά είναι ένας DHCP client για κάθε υπηρεσία, που επικοινωνεί μέσω VLAN1 με τον server, ο οποίος του δίνει μια μοναδική “εξωτερική διεύθυνση IP ” και ένας DHCP server που διαθέτει τις διευθύνσεις στα RGs.

Τέλος χρειαζόμαστε ένα πρόγραμμα Network Address Translation (NAT) το οποίο αλλάζει τις πληροφορίες των IP διευθύνσεων που περιλαμβάνονται στο header κάθε πακέτου. Οι αλλαγές περιλαμβάνουν την αντικατάσταση της διεύθυνσης προέλευσης καθώς τα πακέτα IPTV περνούν μέσω της RG. Τα κύρια οφέλη από αυτή την διαδικασία είναι δυο. Αρχικά επιτρέπει την λειτουργία πολλών συσκευών IP μέσα στην οικία ενώ παράλληλα εξασφαλίζει ότι οι IP διευθύνσεις των διάφορων IPTVCDs που έχουν εγκατασταθεί στο εσωτερικό δίκτυο του σπιτιού δεν είναι διαθέσιμες στους χρηστές του διαδίκτυο.

3.1.2 Μηχανισμοί ασφαλείας

Μία RG συνδυάζει διάφορους μηχανισμούς για την διασφάλιση της ασφάλειας του συστήματος.

Αρχικά χρησιμοποιείται ένα τείχος προστασίας (firewall) ο σκοπός του οποίου είναι να ελέγξει και να επιθεωρήσει τα headers των πακέτων. Έπειτα χρησιμοποιείται φιλτράρισμα. Ορισμένες πόρτες της RG ρυθμίζονται ώστε να αποκλείουν συγκεκριμένους τύπους πακέτων από το Internet.Έτσι μπορούν να απαγορευτούν εφαρμογές όπως το FTP,e-mail κλπ καθώς επίσης και να οριστεί γονικός έλεγχος του περιεχομένου. Τέλος χρησιμοποιούνται κλειδιά κρυπτογράφησης τα οποία βρίσκονται αποθηκευμένα στην RG.

3.2 Ψηφιακά SET-TOP BOXES

Ο κύριος σκοπός ενός ψηφιακού set-top box είναι να δώσει πρόσβαση στους καταναλωτές σε διαφορετικούς τύπους ψηφιακού ψυχαγωγικού περιεχομένου. Το περιεχόμενο ποικίλλει από προγράμματα στην τηλεόραση και ταινίες μέχρι μουσικά βίντεο και τα αθλητικά γεγονότα. Το περιεχόμενο μπορεί να παραδοθεί στο set-top box από:

  • Συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης
  • Δορυφορικά δίκτυα
  • Επίγεια ή ασύρματα δίκτυα
  • Δίκτυα τηλεπικοινωνιών
  • Κινητά ή κυψελοειδή δίκτυα
  • Ασύρματες δυναμικές ζώνες στοιχείων

Τα ψηφιακά set-top boxes είναι σύνθετες ηλεκτρονικές συσκευές. Υπάρχουν διεπαφές στο μπροστινό και στο πίσω μέρος της συσκευής για την επικοινωνία της με τα υπόλοιπα στοιχεία του περιβάλλοντος της. Τα ψηφιακά set-top boxes έχουν διάφορες χαρακτηριστικές ιδιότητες. Μερικές από αυτές είναι:

  • Φορητότητα: είναι αρκετά μικρά ώστε να μεταφέρονται από ένα μέσο άτομο.
  • Ευκολία χρήσης: είναι αρκετά απλά στην χρήση και δεν απαιτούν καμία ειδική εκπαίδευση πέρα από την ανάγνωση του εγχειρίδιου οδηγιών.
  • Οικονομικά προσιτά: δεν απαιτείται μεγάλο κόστος για την αγορά τους.
  • Υποστηρίζουν αμφίδρομες υπηρεσίες όπως είναι η διαδραστική τηλεόραση.
  • Δυνατότητα δικτύωσης με τις υπόλοιπες συμβατές συσκευές του σπιτιού

3.2.1 Ιστορική αναδρομή

Τα σημερινά ψηφιακά set-top boxes είναι πολύ διαφορετικά από τις συσκευές που ήταν διαθέσιμες στο παρελθόν. Στις αρχές της δεκαετίας του '70, οι περισσότεροι άνθρωποι χρειάζονταν μόνο μια τηλεόραση. Στις αρχές της δεκαετίας του '80, αυτό το απλό πρότυπο άρχισε να αλλάζει. Εισήλθε η έννοια της καλωδιακής και δορυφορικής τηλεόρασης. Μερικά έτη αργότερα, οι φορείς παροχής υπηρεσιών άρχισαν να κρυπτογραφούν τα σήματα τους με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν οι αποκωδικοποιητές. Στις αρχές της δεκαετίας του '90, η εξέλιξη των set-top boxes συνέχισε να αυξάνεται και οι φορείς παροχής υπηρεσιών άρχισαν να παρέχουν στους πελάτες τους ποιό προηγμένα αναλογικά set-top boxes που ήταν σε θέση να τρέξουν EPG και εφαρμογές pay-per-view. Στη μέσα της δεκαετίας του '90, η βιομηχανία τηλεόρασης άρχισε να δείχνει ενδιαφέρον για την αντικατάσταση των αναλογικών set-top boxes με ψηφιακά τα οποία μπορούσαν να αποκωδικοποιήσουν τις ψηφιακές μεταδόσεις σε μια μορφή κατάλληλη για την προβολή σε αναλογικούς τηλεοπτικούς δέκτες. Στα τέλη της δεκαετίας του '90,δημιουργήθηκαν set-top boxes τα οποία αύξησαν την χωρητικότητα στα υπάρχοντα δίκτυα παρέχοντας καλύτερη ποιότητα ήχου και εικόνας.

3.2.2 Κατάταξη των set-top boxes

Οι κατηγορίες των set-top boxes είναι:

  • Dial-up digital set-top boxes: Αυτή η κατηγορία χρησιμοποιεί την κοινή τηλεφωνική γραμμή για να αποκτήσει πρόσβαση στο διαδίκτυο.
  • Entry level digital set-top boxes: Έχουν την δυνατότητα να μεταδίδουν ψηφιακά τηλεοπτικά σήματα, να υποστηρίξουν το pay per view καθώς επίσης παρέχουν και βασικά εργαλεία πλοήγησης. Χαρακτηριστικά τους είναι το χαμηλό κόστος και οι περιορισμένες δυνατότητες από μνήμης και επεξεργαστικής ισχύος.
  • Mid-range digital set-top boxes: Έχουν την διπλάσια υπολογιστική δύναμη σε σχέση με τα Entry level digital set-top boxes.Παρέχουν υψηλές ταχύτητες internet και ένα ποιο εξελιγμένο μενού πλοήγησης.
  • Next generation digital set-top boxes: Έχουν τις δυνατότητες σχεδόν ενός υπολογιστή καθώς η μνήμη τους φτάνει ακόμα και τα 64MB.Μπορούν να παρέχουν υπηρεσίες όπως teleconferencing, τηλεφωνία IP , DVD, VoD,υψηλές ταχύτητες Internet και υπηρεσίες τηλεόρασης.
  • IP digital set-top boxes:Είναι μια ψηφιακή συσκευή η οποία παρέχει μια διεπαφή μεταξύ ενός δικτύου internet και μίας τηλεόρασης.

3.3 IP set-top boxes

Ένα IP set-top box συνδέεται στην τηλεόραση και επιτρέπει στον καταναλωτή να δει IPTV σε συνδυασμό με VoD. Ένα IP set-top box εκτελεί τρεις λειτουργίες: λαμβάνει τα IP streams,τα αποκωδικοποιεί και τα προβάλει στην τηλεόραση. Πρέπει να τονίσουμε ακόμα ότι τα IP set-top boxes δεν χρειάζονται κεραία όπως συμβαίνει με την συμβατική τηλεόραση. Υποστηρίζουν υπηρεσίες όπως VoD, Web browsing, DVR, εσωτερική δικτύωση στην οικία, και VOIP.

3.3.1 Τύποι IP set-top boxes

Σε αυτή την παράγραφο θα εξετάσουμε τους διάφορους τύπους set-top boxes και τις υπηρεσίες τις οποίες υποστηρίζουν.

  • Multicast and Unicast IP Set-Top Boxes

Υποστηρίζουν τις εξής υπηρεσίες:

IP video multicast, IP-VoD, δικτύωση εντός της οικίας .

  • IP Set-Top DVRs (Digital Video Recorders)

Υποστηρίζουν τις εξής υπηρεσίες:IP video multicast, IP-VoD, δικτύωση εντός της οικίας ενώ περιλαμβάνουν ταυτόχρονα και σκληρό δίσκο για την αποθήκευση δεδομένων.

  • Υβριδικά επίγεια IP Set-Top Boxes

Υποστηρίζουν τις εξής υπηρεσίες:

Επίγεια τηλεόραση, IP-VoD, δικτύωση εντός της οικίας .

  • Υβριδικά δορυφορικά IP Set-Top Boxes

Υποστηρίζουν τις εξής υπηρεσίες:Δορυφορική τηλεόραση, IP-VoD, δικτύωση εντός της οικίας .

  • Υβριδικά καλωδιακά IP Set-Top Boxes

Υποστηρίζουν τις εξής υπηρεσίες:Καλωδιακή τηλεόραση, IP-VoD, δικτύωση εντός της οικίας

3.3.2 Αρχιτεκτονική IP set-top boxes

Σε αυτή την παράγραφο θα αναφέρουμε τα βασικά εξαρτήματά των set-top boxes.

Τα Multicast and Unicast IP Set-Top Boxes αποτελούνται από τα εξής εξαρτήματα:

  • Επεξεργαστή: Ο επεξεργαστής λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο όπως οι επεξεργαστές των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Δέχεται σήματα 0 και 1, τα επεξεργάζεται σύμφωνα με τις εντολές που διαθέτει και παράγει κάποιες άλλες αλληλουχίες 0 και 1.Οι λειτουργίες που πραγματοποιεί ένας επεξεργαστής σχετίζονται με την αναγνώριση του hardware του συστήματος, την ανάγνωση των πακέτων δεδομένων, την επεξεργασία τους σε πραγματικό χρόνο, την ανάγνωση και εγγραφή στη μνήμη την εκτέλεση των εντολών κ.α
  • Μνήμη: Η μνήμη χρειάζεται για την αποθήκευση των εντολών και των δεδομένων. Στα Set-Top Boxes υπάρχουν δύο ειδών μνήμες. Η RAM και η ROM.Η RAM χωρίζεται σε video Ram το μέγεθος της οποίας καθορίζει την ανάλυση του σήματος της τηλεόρασης, σε δυναμική RAM (DRAM) για την ανάκτηση των δεδομένων κατά την εκκίνηση του συστήματος και την αμετάβλητη (nonvolatile) RAM η οποία χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των προτιμήσεων του χρήστη, των αριθμών PIN και των καναλιών που έχει δει ο χρήστης την τελευταία φορά. Στην ROM,η οποία δεν μπορεί να μεταβληθεί, αποθηκεύεται το λειτουργικό σύστημα της συσκευής καθώς και ζωτικές πληροφορίες για την λειτουργία του.
  • Αποπολυπλέκτη του stream:Ο αποπολυπλέκτης χωρίζει τα πακέτα που έρχονται στην πόρτα του Ethernet όπως φαίνεται στο σχήμα:

index_clip_image004.gif

  • Μηχανισμό ασφαλείας: Κρυπτογραφεί το περιεχόμενο του stream.
  • Αποκωδικοποιητή βίντεο: Είναι υπεύθυνος για την επεξεργασία IPTV streams κανονικής και υψηλής ευκρίνειας χρησιμοποιώντας ειδικούς αλγορίθμους.
  • Αποκωδικοποιητή ήχου: Είναι υπεύθυνος για την επεξεργασία του ήχου.
  • Κάρτα γραφικών: Η κάρτα αυτή αντιμετωπίζει τα γραφικά με σαφώς απλούστερο τρόπο σε σχέση με μια κάρτα ενός υπολογιστή.
  • Διεπαφές και conectors: Οι διεπαφές χωρίζονται σε έξι κατηγορίες, εισόδου, αναλογικής εξόδου βίντεο, αναλογικής εξόδου ήχου, ψηφιακής εξόδου, δικτύωσης και infrared.
  • Περιφερειακές συσκευές: Υπάρχει μια ποικιλία περιφερικών συσκευών όπως ασύρματα πληκτρολόγια, τηλεκοντρόλ κ.α τα οποία επικοινωνούν με την συσκευή.

Ένα διάγραμμα της δομής ενός Multicast and Unicast IP Set-Top Box φαίνεται παρακάτω:

index_clip_image006.gif

Τα Set-Top DVRs έχουν τα παραπάνω εξαρτήματα αυτό όμως που τα διαφοροποιεί είναι η προσθήκη ενός σκληρού δίσκου.

Τα υβριδικά Set-Top Boxes έχουν επιπλέον μια κεραία η οποία τους επιτρέπει την μετάδοση τόσο της IPTV όσο και της επίγειας, καλωδιακής ή δορυφορικής τηλεόρασης ανάλογα με το είδος του δέκτη. Η αρχιτεκτονική τους φαίνεται στο σχήμα:

index_clip_image008.gif

3.3.3 Αρχιτεκτονική του λογισμικού ενός IP set-top box

Το Software που υπάρχει σε ένα IP set-top box χωρίζεται σε τρείς κατηγορίες:

  • Drivers
  • Ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου (embedded real-time operating system - RTOS)
  • Middleware

Οι drivers έχουν ως στόχο να παρέχουν πρόσβαση στο υλικό του συστήματος ( hardware).Κάθε εξάρτημα που ανήκει στο hardware πρέπει να έχει ένα driver.Ένας driver είναι ένα πρόγραμμα το οποίο μεταφράζει τις εντολές του λειτουργικού συστήματος σε εντολές η οποίες γίνονται κατανοητές από την εκάστοτε συσκευή του hardware.Συνήθως χρησιμοποιείται η γλώσσα προγραμματισμού assembly για την συγγραφή των drivers.

Το RTOS είναι το ποιο σημαντικό κομμάτι μιας συσκευής IPTV καθώς οι πόροι του συστήματος είναι περιορισμένοι με αποτέλεσμα ένα λειτουργικό ειδικά φτιαγμένο γι αυτό να είναι επιβεβλημένο. Τα RTOS είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να χρησιμοποιούν όσο το δυνατόν λιγότερους πόρους παρέχοντας παράλληλα απόκριση σε πραγματικό χρόνο. Ένα RTOS είναι υπεύθυνο για την διαχείριση της μνήμης, την κατανομή των διεργασιών και την αντιμετώπιση των διακοπών. Τα RTOS σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ‘ώστε να υποστηρίζουν multithreading και multitasking.

Το middleware είναι ένα κομμάτι software το οποίο λειτουργεί ως σύνδεσμος μεταξύ του λειτουργικού συστήματος και των εφαρμογών της IPTV. Το middleware χρησιμοποιείται για να απομονώσει τις διαδραστικές εφαρμογές της IPTV από τα κατώτερα στρώματα του hardware με αποτέλεσμα αυτές να τρέχουν χωρίς την ανάγκη να γνωρίζουν τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται στα κατώτερα αυτά στρώματα. Αυτό δίνει την δυνατότητα οι εφαρμογές που γράφονται να είναι μεταφέρσημες. Οι τυποποιήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για το middleware είναι οι:

  • MHP (Multimedia Home Platform)

Ο κύριος στόχος του MHP είναι η διαχείριση ορισμένων λειτουργιών όπως ο προγραμματισμός των διεργασιών, η διαχείριση της μνήμης, η πρόσβαση σε πόρους του hardware,η επικοινωνία του τηλεχειριστηρίου με το set-top box κ.α. Το MHP είναι ουσιαστικά μια ανοιχτού κώδικα διαδραστική πλατφόρμα η οποία βασίζεται στην πλατφόρμα της JAVA και περιέχει την JVM καθώς και κάποιες άλλες βιβλιοθήκες. Λόγω του ότι είναι ανοιχτού κώδικα προσφέρει την δυνατότητα της εύκολης δημιουργίας εφαρμογών που βασίζονται σε ελεύθερα standar.

  • GEM (Globally Executable MHP)

Η GEM είναι μια τυποποιημένη διαδραστική τηλεοπτική πλατφόρμα η οποία βασίστηκε στις τεχνολογίες τις MHP.

  • OCAP (OpenCable Applications Platform)

Η OCAP είναι μια ανοικτή πλατφόρμα middleware που σχεδιάστηκε για καλωδιακή βιομηχανία των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Επιτρέπει στους χειριστές να παρέχουν ποιο εξελιγμένες διαδραστικές υπηρεσίες βασισμένες σε δίκτυα HFC.

  • ACAP (Advanced Common Application Platform)

Η ACAP είναι ένα πρότυπο το οποίο ενσωματώνει δύο διαδραστικές πλατφόρμες middleware, την Digital Television Application Software Environment (DASE) και την OCAP.Η ACAP ακολουθεί τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην πλατφόρμα της GEM.

  • ARIB B23 (Application Execution Engine Platform for Digital Broadcasting)

Η ARIB, έχει υιοθετήσει και αυτή την GEM και χρησιμοποιείται κυρίως στην Ιαπωνία.

4. ΙPTV σε πραγματικό χρόνο.

 

4.1.Εισαγωγή

Στις μέρες μας, οι εταιρείες παροχής τηλεπικοινωνιών προσπαθούν να προσφέρουν διάφορες υπηρεσίες πέρα της τηλεφωνίας. Έτσι με την ανάπτυξη του ιντερνετ τα τελευταία χρόνια έχει δημιουργηθεί εύπορο έδαφος για την διάδοση της iptv, που σε συνδυασμό με την ανάπτυξη των μεθόδων συμπίεσης παρέχουν νέες υπηρεσίες και προϊόντα. Παρακάτω περιγράφουμε τις ικανότητες των τριών ισχυρότερων τεχνολογιών συμπίεσης που χρησιμοποιούνται από τα συστήματα IPTV.

Αρχικά θα ήταν χρήσιμο να περιγράψουμε τις διαδικασίες με τις οποίες το βίντεο φτάνει στο στάδιο της κωδικοποίησης. Η πρώτη διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση μιας κάμερα για να συλλάβει το τηλεοπτικό περιεχόμενο. Αυτό το περιεχόμενο είναι σε αναλογική μορφή και πρέπει να περάσει μέσα από μια διαδικασία που λέγεται ψηφιοποίηση για να μετατραπεί ένα συνεχές αναλογικό σήμα σε μια σειρά ψηφιακών κομματιών. Ένας εξειδικευμένος μετατροπέας, (A/D converter) χρησιμοποιείται για να εκτελέσει τη διαδικασία αυτή.

Οι τεχνικές δειγματοληψίας και κβαντοποίησης εφαρμόζονται κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας του σήματος. Η δειγματοληψία αναφέρεται στον αριθμό δειγμάτων που λαμβάνονται από το εισερχόμενο αναλογικό σήμα. Το ποσοστό των δειγμάτων μετριέται ανά-δεύτερη βάση. Η κβαντοποίηση είναι το δεύτερο μέρος της διαδικασίας μετατροπής και περιλαμβάνει την ανάθεση διάφορων κομματιών σε κάθε δείγμα που λαμβάνεται από το σήμα. Η ασυμπίεστη σειρά ψηφιακών κομματιών είναι έτοιμη για την κωδικοποίηση.

Η διαδικασία κωδικοποίησης σε ένα κέντρο δεδομένων iptv περιλαμβάνει τα παρακάτω 3 βασικά βήματα:

1. To βίντεο παραλαμβάνεται από μια συγκεκριμένη πηγή. Το είδος(format) του βίντεο μπορεί να ποικίλει από χαμηλής ποιότητας αναλογικά σήματα έως και στα υψηλής ποιότητας ψηφιακά σήματα.

2. Μόλις παραληφθεί, ο κωδικοποιητής εφαρμόζει ένα ιδιαίτερο σχέδιο συμπίεσης στο περιεχόμενο. Υπάρχουν μερικά δημοφιλή σχέδια συμπίεσης που χρησιμοποιούνται από τους κωδικοποιητές, τα οποία θα περιγραφούν παρακάτω.

3. Μόλις συμπιεστεί, το βίντεο προετοιμάζεται για τη μετάδοση, αφού χωριστεί σε πακέτα δεδομένων.

Η κωδικοποίηση του περιεχομένου βίντεο στα συστήματα iptv έχει κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα βασικά πλεονεκτήματα είναι τα ακόλουθα:

  • Μεγάλη μείωση του χώρου που απαιτείται για την αποθήκευση των αρχείων βίντεο.
  • Λόγω της μείωσης του όγκου του αρχείου βίντεο, μειώνεται παράλληλα και ο χρόνος που χρειάζεται για να μεταδοθεί αυτό το αρχείο.
  • Οι σχετικά χαμηλές ευρυζωνικές συνδέσεις ιντερνετ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μεταφέρουν το περιεχόμενο των συστημάτων IPTV. Για παράδειγμα, ένα κωδικοποιημένο πακέτο πληροφοριών για μετάδοση ενός καναλιού SDTV θα χρειαστεί περίπου 1.5 Mbps, ενώ ένα κανάλι HDTV θα χρειαστεί περίπου 8 Mbps. Όταν συγκρίνονται με τα παλαιότερα πρότυπα συμπιέσεων που απαιτούσαν 3.5 Mbps για SDTV και μεταξύ 20 και 25 Mbps για HDTV, τα οφέλη των σύγχρονων τεχνικών συμπίεσης είναι σαφή.

Ωστόσο υπάρχουν και κάποιο μειονεκτήματα από τις μεθόδους συμπίεσης που χρησιμοποιούν τα συστήματα iptv:

  • Η διαδικασία συμπίεσης και αποσυμπίεσης ενός σήματος δημιουργεί καθυστερήσεις.
  • Η ποιότητα του κωδικοποιημένου περιεχομένου θα είναι πιο χαμηλό από το αρχικό περιεχόμενο.
  • Η κωδικοποίηση κάποιου περιεχομένου από ένα είδος σε ένα άλλο μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ποιότητα.

4.2.Μέθοδοι κωδικοποίησης

Η συμπίεση επιτρέπει στους φορείς παροχής υπηρεσιών IPTV να μεταδώσει υψηλής ποιότητας τηλεοπτικά και ακουστικά κανάλια μέσω του διαδικτύου προς μια διεύθυνση IP. Αυτό επιτυγχάνεται με το να εκμεταλλευτεί τις ανεπάρκειες στα ανθρώπινα και ακουστικά συστήματα , χρησιμοποιώντας μαθηματικούς αλγορίθμους. Για παράδειγμα, το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να ανιχνεύσει όλα τα σχέδια εικόνας. Επομένως, η συμπίεση μειώνει το μέγεθος του αρχικού σήματος με την αφαίρεση αυτών των τμημάτων της εικόνας, έτσι μειώνεται και το μέγεθος του. Το επίπεδο συμπίεσης που εφαρμόζεται στο τηλεοπτικό περιεχόμενο καλείται «αναλογία συμπίεσης»(compression ratio) και μετριέται ως αριθμητική αναλογία. Για παράδειγμα, μια αναλογία συμπίεσης 100: 1 σημαίνει ότι το μέγεθος του αρχικού περιεχομένου έχει μειωθεί κατά έναν παράγοντα 100. Εμπειρικά γνωρίζουμε ότι για να αυξηθεί η αναλογία συμπίεσης θα πρέπει να μειωθεί η ποιότητα του προκύπτοντος τηλεοπτικού σήματος. Οι μέθοδοι συμπίεσης εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: χωρίς απώλειες και με απώλειες.

Μια χωρίς απώλειες μέθοδος συμπίεσης επιτρέπει σε έναν πελάτη IPTVCD( iptv communication model) να αναδημιουργήσει τέλεια την αρχική εικόνα σε μια οθόνη. Κατά συνέπεια, καμία απώλεια ποιότητας εικόνας δεν υπάρχει κατά τη διάρκεια της συμπίεσης και της μεταφοράς του περιεχομένου. Αυτό είναι ένα σπάνιο περιστατικό στα δίκτυα IPTV επειδή ουσιαστικά σε όλες τις τεχνικές συμπίεσης εισάγεται ένα συγκεκριμένο ποσό απώλειας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κωδικοποίησης. Κατά συνέπεια, οι χωρίς απώλειες αλγόριθμοι συμπίεσης χρησιμοποιούνται κυρίως για να κωδικοποιήσουν τις εικόνες και όχι τα βίντεο.

Πολλές από τις μεθόδους συμπίεσης που χρησιμοποιούνται στα συστήματα IPTV εμπίπτουν στην κατηγορία με απώλειες συμπίεσης. Κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης μιας με απώλειες μεθόδου συμπίεσης κάποιες πληροφορίες του περιεχομένου του βίντεο καταστρέφονται. Κατά συνέπεια, ο αποκωδικοποιητής IPTVCD είναι ανίκανος να αναδημιουργήσει πλήρως την αρχική εικόνα που ήταν πριν από τη διαδικασία της ψηφιοποίησης. Εντούτοις, οι σύγχρονοι αλγόριθμοι συμπίεσης με απώλειες κατασκευάζονται για να εξασφαλίσουν ότι μόνο περιορισμένα ποσά στοιχείων καταστρέφονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κωδικοποίησης. Οι δημοφιλέστερες και κυρίαρχες με απώλειες μέθοδοι συμπίεσης που χρησιμοποιούνται από τους εμπορικούς προμηθευτές IPTV είναι οι τεχνολογίες MPEG και vc-1.

4.3.MPEG κωδικοποίηση

Η τεχνολογία MPEG χρησιμοποιείται ευρέως στα δορυφορικά, καλωδιακά και επίγεια συστήματα τηλεόρασης. Το ακρωνύμιο MPEG έχει βγει από τις λέξεις Moving Pictures Experts Group, και αντιπροσωπεύει έναν οργανισμό που δημιουργήθηκε για να βοηθήσει στην ανάπτυξη των τεχνικών συμπίεσης κατάλληλων για την τηλεοπτική μετάδοση. Η ομάδα δημιουργήθηκε αρχικά από τον οργανισμό διεθνής τυποποίησης (ISO) με τη διεθνή κοινοπραξία εφαρμοσμένης μηχανικής (IEC) για να εργαστεί στην ανάπτυξη των τηλεοπτικών και ακουστικών προτύπων συμπίεσης. Από την ίδρυσή της, η ομάδα έχει παραγάγει μια οικογένεια προτύπων συμπίεσης όπως τα MPEG-1, MPEG -2, MPEG -4 (part2 and 10), MPEG -7, και MPEG -21.

  • MPEG-1: η mpeg-1 μορφή αρχείου αναπτύχθηκε αρχικά το 1988 και χρησιμοποιήθηκε για να συμπιέσει τα τηλεοπτικά στοιχεία σε σειρές δυαδικών ψηφίων των 1.5 Mbps. Το Mpeg-1 χρησιμοποιείται για υπηρεσίες DAB(Digital Audio Broadcasting). Είναι επίσης η βάση για τα πρότυπα MP3, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μουσική στο διαδίκτυο.
  • Mpeg-2: τα mpeg-2 στηρίζονται στις ισχυρές ικανότητες συμπίεσης των mpeg-1 προτύπων. Τα Mpeg-2 χρησιμοποιούνται ευρέως στην μετάδοση broadcast-quality television και αποθήκευση του τηλεοπτικού περιεχομένου σε DVDs. Διάφορα διεθνή τηλεοπτικά πρότυπα είναι βασισμένα σε αυτό το πρότυπο συμπίεσης.
  • Mpeg-4 (part2):το mpeg-4, του οποίου ο επίσημος προσδιορισμός ISO/IEC είναι ISO/IEC 14496, οριστικοποιήθηκε τον Οκτώβριο του 1998 και έγινε διεθνή πρότυπο το 2000. Το μέρος 2 του προτύπου διαιρείται σε έναν αριθμό από προφίλ που εξετάζουν τις απαιτήσεις των διαφόρων εφαρμογών βίντεο που κυμαίνονται από τα κινητά τηλέφωνα ως τις φωτογραφικές μηχανές.
  • Mpeg-4 part 10 :το mpeg-4 part 10 επίσης αποκαλούμενο H.264/AVC σχεδιάστηκε για να παραδώσει το broadcast βίντεο και DVD-quality με τα ελάχιστα ποσοστά δεδομένων.

Από τα παραπάνω το Mpeg-2 και το Mpeg-4 part 10(H.264/AVC) χρησιμοποιούνται ευρέως από τους παρόχους υπηρεσιών iptv. Εμείς θα αναπτύξουμε την τεχνολογία Mpeg-2.

MPEG-2

Η τεχνολογία του MPEG-2 είναι άκρως επιτυχημένη και αποτελεί πρότυπο για την μεταφορά και την συμπίεση του περιεχομένου της ψηφιακής τηλεόρασης μέσω των δικτύων επικοινωνίας. Η τεχνολογία του MPEG-2 μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες κωδικοποίησης, σε βίντεο και ήχου.Συμπίεση Βίντεο: το βίντεο σε μια πιο βασική μορφή είναι μια ακολουθία εικόνων, η οποία προβάλλεται σε μια διαδοχική σειρά. Ο τεχνικός όρος για μια από αυτές τις εικόνες βίντεο είναι «ένα πλαίσιο»(frame) . Το ανθρώπινο μάτι μπορεί να ξεχωρίσει στην τηλεόραση περίπου σε 25 πλαίσια ανά δευτερόλεπτο(fps). Άρα δεν υπάρχει νόημα να μεταδίδεται τηλεοπτικό σήμα γρηγορότερα, αφού ο άνθρωπος δεν μπορεί να αντιληφθεί τη διαφορά. Έτσι μπορούμε να μειώσουμε το μέγεθος του αρχικού αρχείου βίντεο μέσω της συμπίεσης, διατηρώντας την ποιότητα των εικόνων σε υψηλό επίπεδο.

Η πρώτη φάση της συμπίεσης περιλαμβάνει μια διαδικασία αποκαλούμενη subsampling, η οποία μειώνει του μεγέθους κάθε πλαισίου. Η μείωση του μεγέθους των πλαισίων, γίνεται μέσω της αφαίρεσης ορισμένων bits, τα οποία μειώνουν το εύρος ζώνης που απαιτείται για να φέρει το σήμα. Αυτή η διαδικασία έχει τα μειονεκτήματά της. Για παράδειγμα, η μείωση μεγέθους πλαισίων μπορεί συχνά να προκαλέσει προβλήματα μετάδοσης για λόγους διάστασης της εικόνας, όταν προβάλλεται σε μια τηλεόραση με χαμηλή ανάλυση.

Το δεύτερο στάδιο της συμπίεσης ενός τηλεοπτικού σήματος είναι η δημιουργία ομάδας 8×8 pixels σε ένα τμήμα ενός πλαισίου εικόνας ,που είναι η μικρότερη μονάδα κωδικοποίησης στον αλγόριθμο MPEG. Οι ομάδες δεδομένων μπορούν να είναι ένας από τρεις τύπους ευκρίνειας: grayscale luminance (Y), red chrominance (Cr), or blue chrominance (Cb). Οι τύποι chrominance φέρνουν τις πληροφορίες για τα διαφορετικά χρώματα εικόνων ενώ η luminance φέρνει το ασπρόμαυρο μέρος της εικόνας.

Μόλις ολοκληρωθεί ,καλείται μία μαθηματική ακολουθία, η Discrete Cosine Transform (DCT) σε κάθε ομάδα δεδομένων βίντεο ανεξάρτητα. Η αρχή πίσω από την DCT περιλαμβάνει το χωρισμό της τηλεοπτικής ομάδας δεδομένων στα μέρη διαφορετικής σπουδαιότητας. Τα σημαντικά μέρη της ομάδας δεδομένων διατηρούνται για περαιτέρω επεξεργασία ενώ τα υπόλοιπα μέρη απορρίπτονται. Αυτή η προσέγγιση στηρίζεται στο ότι το ανθρώπινο μάτι δεν παρατηρεί την αφαίρεση των λιγότερων σημαντικών μερών της τηλεοπτικής ομάδας κατά την μείωση του bit rate.Το επόμενο βήμα στην συμπίεση αρχείων mpeg λέγεται quantization(κβαντοποίηση). Δηλαδή, η μείωση του αριθμού δυαδικών ψηφίων που απαιτούνται για να αντιπροσωπεύσουν τις διάφορες ομάδες δεδομένων που περιλαμβάνονται στο πλαίσιο εικόνων. Το επίπεδο κβαντοποίησης που εφαρμόζεται σε ένα τηλεοπτικό σήμα είναι σημαντικό. Εάν το επίπεδο είναι υψηλό, το bit rate αυξάνεται επειδή ένας μεγάλος αριθμός εικονοστοιχείων έχει αφαιρεθεί. Τα μειονεκτήματα των υψηλών επιπέδων κβαντοποίησης εντούτοις θα γίνουν εμφανή στην οθόνη τελικών χρηστών IPTV λόγω της υποβάθμισης στην ποιότητα εικόνας.

Αφού ολοκληρωθεί η συμπίεση όλων των ομάδων πλαισίων το mpeg σπάει τα πλαίσια εικόνας σε ομάδες που ονομάζονται macroblock. Κάθε macroblock αποτελείται από μια σειρά 16×16 σειρές pixel luminance and chrominance.Εάν υπάρχει διαφορά μεταξύ των αρχικών και των παρόντων πλαισίων εικόνας, ο εξοπλισμός συμπίεσης MPEG μετακινεί τις νέες ομάδες δεδομένων βίντεο σε μια νέα θέση στο παρόν πλαίσιο. Αυτό εξασφαλίζει ότι δεν χρειάζεται να μεταδοθεί ένα πλήρες νέο πλαίσιο εικόνας , μειώνοντας έτσι τις απαιτήσεις εύρους ζώνης. Υπάρχουν δύο τρόποι για να γίνει αυτό:

  • Spatial compression (χωρική συμπίεση) : Η χωρική συμπίεση αναφέρεται στην μείωση των bits ενός frame. Αυτό επιτυγχάνεται, γιατί τα bits που βρίσκονται δίπλα-δίπλα σε ένα frame συνήθως έχουν παρόμοιες τιμές. Έτσι, παρά την κωδικοποίηση κάθε μεμονωμένου pixel, η χωρική συμπίεση κωδικοποιεί τη διαφορά μεταξύ γειτονικών pixels. Το μέγεθος των δεδομένων που απαιτούνται για να πραγματοποιηθεί η κωδικοποίηση της διαφοράς μεταξύ γειτονικών pixels, είναι συνήθως μικρότερο από την κωδικοποίηση κάθε pixel ξεχωριστά.
  • Temporal compression(χρονική συμπίεση) : Η χρονική συμπίεση αναφέρεται στην μείωση των bits μεταξύ διαδοχικών frames. Σε μερικές τηλεοπτικές παραγωγές υπάρχουν πληροφορίες που αναπαράγονται μεταξύ των διαδοχικών πλαισίων. Έτσι, αντί να στέλνονται όλα τα δεδομένα ξανά από την αρχή, στέλνονται μόνο πληροφορίες για τις προβλέψεις των κινήσεων μεταξύ των εικόνων των frames.

Η τεχνολογία mpeg ορίζει 3 τύπους εικόνας:

  • Intra frames (I-frames): Ένα i-frame κωδικοποιείται ως αυτόνομη εικόνα, χωρίς αναφορά σε προηγούμενα ή επόμενα frames. Χρησιμοποιείται ίδια σχέδιο συμπίεσης με την τεχνολογία jpeg. Είναι ανεξάρτητα αυτά τα frames και χρησιμοποιούνται ως βάση για να δημιουργηθούν άλλα frames.
  • Forward predicted frames (P-frames): Τα p-frames είναι βασίζονται σε κάποιο παλιότερο i-frame. Στην πραγματικότητα δεν είναι μια κωδικοποιημένη εικόνα, όμως περιέχουν πληροφορίες που επιτρέπουν στο σύστημα να ανακτήσει το frame. Τα p-frames χρειάζονται λιγότερο εύρος ζώνης από τα i-frames.
  • Bi-directional predicted frames (B-frames): Ένα b-frame κατασκευάζεται από πληροφορίες και των δύο παραπάνω τύπων frame. Η κωδικοποίησή τους δεν διαφέρει από τα p-frames, εκτός του ότι τα διανύσματα κινήσεων αναφέρονται και στα μελλοντικά frames. Επίσης χρειάζονται λιγότερο χώρο απ’ ότι τα άλλα δύο είδη. Αυτό σημαίνει ότι τα συστήματα iptv που στέλνουν το τηλεοπτικό περιεχόμενο χρησιμοποιώντας b-frames, απαιτούν λιγότερο εύρος ζώνης. Βασικό τους μειονέκτημα όμως είναι ότι προκαλούν καθυστερήσεις, γιατί τα συστήματα που τα λαμβάνουν θα πρέπει να εξετάσουν δύο πλαίσια αναφοράς, προτού αναδημιουργήσουν το αρχικό frame.

Υπάρχουν τα ακόλουθα προφίλ του mpeg-2 στηριζόμενα στα παραπάνω frames:

  • Simple: Κανένα b-frame δεν χρησιμοποιείται αν το προφίλ του mpeg-2 ορισθεί ως απλό. Η απουσία των b-frames σημαίνει ότι η ξαναπαραγγελία εικόνων που συνήθως παίρνει 120 ms, δεν απαιτείται.
  • Main profile: Χρησιμοποιεί και τα 3 είδη frames που περιγράψαμε παραπάνω. Αυτό το προφίλ χρησιμοποιείται για multicast μετάδοση των υπηρεσιών iptv.
  • SNR: (Signal-to-noise) Αυτό το προφίλ προσθέτει την υποστήριξη για τα αυξημένα layers του DCT για τον καθορισμό του συντελεστή, χρησιμοποιώντας το εργαλείο “SNR ratio scalability”. Αυτός ο τύπος σχεδιαγράμματος ταιριάζει ιδανικά στην μετάδοση ποιοτικών εικόνων με τις ενισχυμένες υπηρεσίες δεδομένων.
  • Spatial: Σε αυτό το προφίλ χρησιμοποιείται το εργαλείο “spatial scalability” ώστε να βελτιωθούν τα χαρακτηριστικά των εικόνων.
  • High profile: Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές HD TV σε 4:2:0 και 4:2:2 formats.

4.4. VC-1 κωδικοποίηση

Πρόκειται για μία τεχνολογία συμπίεσης νέας γενιάς, που τυποποιήθηκε από τους μηχανικούς Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE). Οι προδιαγραφές του δημοσιεύτηκαν το 2006, καθώς επίσης και δύο έγραφα που περιγράφουν τον τρόπο μεταφοράς του περιεχομένου σε μορφή VC-1 και σχετικές οδηγίες προσαρμογής. Μία από τις κυριότερες εφαρμογές αυτού του τρόπου συμπίεσης είναι η υιοθέτησή του από την πλατφόρμα της Microsoft Windows Media Video (WMV) 9, ενώ τον ανακήρυξε ως επίσημο μετατροπέα βίντεο στην παιχνιδομηχανή Xbox 360. Εκτός από την υποστήριξη της Microsoft, και διάφορα άλλα διεθνή πρότυπα, συμπεριλαμβανομένων των HD-DVD και των δίσκων blu-ray, έχουν υιοθετήσει επίσης το vc-1.

4.5.Packetizing and encapsulating του τηλεοπτικού περιεχομένου

 

4.5.1. Εισαγωγή

Για να μπορούμε να στέλνουμε και να λαμβάνουμε το τηλεοπτικό περιεχόμενο, πρέπει να οργανώνουμε τα δεδομένα σε πακέτα. Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις να επιτευχθεί αυτό, όπως η mpeg over ip, η vc-1 over ip.

4.5.2. IPTV Communications Model (IPTVCM)

Tο πρότυπο επικοινωνιών IPTV είναι ένα πλαίσιο δικτύωσης που αποτελείται από επτά (και ένα προαιρετικό) εννοιολογικά επίπεδα που συσσωρεύονται το ένα πάνω από το άλλο(όπως το βλέπουμε στο ακόλουθο σχήμα.)

codec1.JPG<br />
 Το τηλεοπτικό περιεχόμενο περνάει από το ένα στρώμα στο επόμενο στη συσκευή αποστολής, έως ότου μεταδοθεί μέσω του δικτύου από τα πρωτόκολλα φυσικού στρώματος. Το στοιχείο φθάνει στο τελευταίο στρώμα του IPTVCM στη συσκευή προορισμού και ταξιδεύει προς τα επάνω στο IPTVCM. Αν ένας κωδικοποιητής έχει το τηλεοπτικό περιεχόμενο που θα μεταφέρει σε μια IPTV συσκευή, πρέπει να περάσει μέσω της παραπάνω δομής στρωμάτων IPTVCM και στις δύο συσκευές. Κάθε στρώμα στο πρότυπο επικοινωνιών είναι ανεξάρτητο και έχει συγκεκριμένες ευθύνες. Μόλις εκπληρωθούν οι υποχρεώσεις του κάθε στρώματος, το τηλεοπτικό περιεχόμενο περνάν στο επόμενο στρώμα του IPTVCM. Κάθε στρώμα προσθέτει ή τοποθετεί κάποιες πρόσθετες πληροφορίες ελέγχου στα τηλεοπτικά πακέτα κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Αυτές οι πληροφορίες ελέγχου περιλαμβάνουν τις συγκεκριμένες οδηγίες και είναι χαρακτηριστικά σχηματοποιημένες ως είτε headers είτε ως trailers. Τέλος το περιεχόμενο περνά στο πρότυπο επικοινωνιών στη λαμβάνουσα εφαρμογή. Σύμφωνα με αυτήν την προσέγγιση μια λογική σύνδεση επικοινωνιών μεταξύ των αντίστοιχων ή όμοιων στρωμάτων επιβάλλεται. Τα επτά και σε μερικές εφαρμογές οκτώ στρώματα IPTVCM μπορούν να ταξινομηθούν ευρέως σε δύο κατηγορίες: ανώτερα και χαμηλότερα στρώματα. Τα ανώτερα στρώματα ενδιαφέρονται για να εξετάσουν τις συγκεκριμένες εφαρμογές IPTV και τις μορφές αρχείου, ενώ τα χαμηλότερα επίπεδα των πρότυπων ασχολούνται με την μεταφορά του περιεχομένου.

4.5.3. IPTVCM and MPEG Content Transportation

codec2.JPG<br />
 Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε τι γίνεται στο περιεχόμενο του βίντεο όταν αυτό έχει συμπιεστεί και εν συνεχεία διέρχεται μέσα από την στοίβα του πρωτοκόλλου ΙPTVCM. Στη συνέχεια θα περιγράψουμε αυτή τη διαδρομή μέσα από τα διάφορα επίπεδα.

1) Video Encoding Layer.

Η διαδικασία επικοινωνίας αρχίζει στο στρώμα κωδικοποίησης όπου ένα ασυμπίεστο αναλογικό ή ψηφιακό σήμα συμπιέζεται και ένα στοιχειώδες MPEG stream στέλνεται από τον κωδικοποιητή. Ένα stream καθορίζει ένα συνεχές σε πραγματικό χρόνο ψηφιακό σήμα. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι streams. Παραδείγματος χάριν, η ηχητική κωδικοποίηση που χρησιμοποιεί MPEG καλείται «ηχητικό stream.» Ένα stream είναι η ακατέργαστη έξοδος από τον κωδικοποιητή. Το stream οργανώνεται σε τηλεοπτικά πλαίσια σε αυτό το στρώμα του μοντέλου IPTVCM. Το είδος των πληροφοριών που περιλαμβάνονται σε ένα stream περιλαμβάνουν:

  • Frame type and rate .
  • Positioning of data blocks on screen .
  • Aspect ratio .

Τα αρχικά stream είναι η βάση για τη δημιουργία των mpeg streams.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτό το στρώμα διαιρείται σε δύο υποστρώματα με την προδιαγραφή H.264/AVC: Video Coding Layer (Τηλεοπτικό στρώμα κωδικοποίησης -VCL) και Network Abstraction Layer στρώμα αφαίρεσης δικτύων (NAL). Tο υπόστρωμα VCL φροντίζει τη συμπίεση του τηλεοπτικού περιεχομένου. Η παραγωγή από αυτό το στρώμα είναι μια σειρά από κομμάτια εικόνων. Το bit stream στο στρώμα NAL οργανώνεται σε διάφορα πακέτα αποκαλούμενα μονάδες NAL. Το σχήμα μιας μονάδας NAL φαίνεται παρακάτω.

codec3.JPG

Το NAL που χρησιμοποιείται από το H.264/AVC παρέχει την υποστήριξη τόσο για υποδομές δικτύωσης με ip όσο και χωρίς ip.

2) Video Packetizing Layer .

Για κάθε είδος stream, ήχο, δεδομένα ή βίντεο, το stream κωδικοποιείται σε ένα πακέτο Packetized Elementary Stream (PES), που περιέχει μόνο ένα είδος από τα δεδομένα την πηγής. Ένα τέτοιο πακέτο έχει όγγκο 65536 bytes per packet. Στο ακόλουθο σχήμα βλέπουμε πως χωρίζονται αυτά τα bytes.

codec4.JPG

Εξ αιτίας της φύσης της δικτύωσης , η ακολουθία τηλεοπτικών πλαισίων από το κέντρο δεδομένων IPTV μπορεί να είναι διαφορετικός σε περίπτωση που παραλαμβάνονται από το IPTVCD. Έτσι, για να βοηθήσει το συγχρονισμό, τα συστήματα που βασίζονται στο MPEG συχνά σφραγίζουν τα διάφορα PES πακέτα που είναι μέρος ενός συγκεκριμένου video stream. Υπάρχουν δύο τύποι χρονικών γραμματοσήμων που μπορούν να εφαρμοστούν στα PES πακέτα. Presentation Time Stamps (PTS) and Decode Time Stamp (DTS).

  • PTS-το PTS είναι μια 33-bit χρονική τιμή, η οποία τίθεται στο PES τομέα επιγραφών. Ο σκοπός ενός PTS σε κάθε πακέτο είναι να καθοριστεί πότε και σε ποια σειρά το βίντεο πρέπει να παρουσιαστεί στο θεατή.
  • DTS-σκοπός ενός DTS σε κάθε πακέτο είναι να καθοδηγηθεί ο αποκωδικοποιητής IPTVCD ώστε να γνωρίζει πότε να επεξεργαστεί τα πακέτα.

3) Transport Stream Construction Layer.

Αυτό το πλαίσιο σχηματίζει ένα transport stream που περιέχει ένα συνεχόμενο stream πακέτων που ονομάζεται TS packets. Αυτά τα πακέτα σχηματίζονται, αφού σπάσουν το pes packet σε Ts των 188 bytes. Επίσης χρησιμοποιούν ανεξάρτητες χρονικές βάσεις ώστε να μειώσουν το θόρυβο και τις απώλειες των δεδομένων. Τα Ts packets περιέχουν μόνο αρχεία audio, data, ή video τα οποία και μεταφέρουν. Όμως μπορούν να μεταφέρουν και είδη πακέτων που δεν υποστηρίζουν.

4 )RTP Layer (Optional) .

Αυτό το επίπεδο χρησιμοποιείται από απλές εφαρμογές iptv. Το RTP πρωτόκολλο ουσιαστικά αποτελεί τον πυρήνα αυτού του επιπέδου και υποστηρίζει real-time streaming σε ip δίκτυα. Δηλαδή μεταφέρει end-to-end streams από audio και video, τα οποία κωδικοποιεί σε πακέτα. Αυτά τα πακέτα περιλαμβάνουν μια επικεφαλίδα σχετική με το περιεχόμενο του βίντεο, καθώς και το ίδιο το περιεχόμενο του βίντεο.

5) Transport Layer.

Αυτό το επίπεδο έχει σχεδιαστεί για να κρύβει τις περιπλοκές της αρχιτεκτονικής του δικτύου ip από τα επίπεδα που βρίσκονται πιο πάνω. Αυτό το επίπεδο παρέχει αξιοπιστία και ακεραιότητα στις συνδέσεις end-to-end, καθώς αν δεν μεταδοθεί σωστά κάποιο πακέτο βίντεο, το συγκεκριμένο επίπεδο ζητάει επαναποστολή. Διαφορετικά ενημερώνει τα επίπεδα που βρίσκονται πάνω από αυτό ώστε να κάνουν τις απαραίτητες ενέργειες. Τα πιο σημαντικά πρωτόκολλα σε αυτό το επίπεδο είναι το TCP και το UDP.

6) IP Layer.

Το συγκεκριμένο επίπεδο είναι γνωστό και ως internetworking layer. Ο αρχικός στόχος του είναι να μετακινεί τα δεδομένα προς συγκεκριμένες θέσεις δικτύων. Σκοπός του είναι να στέλνει τα δεδομένα μέσα από συγκεκριμένες διαδρομές στον προορισμό τους, δηλαδή μεταφέρει πακέτα δεδομένων σε όλες τις υπηρεσίες iptv. Αυτές οι υπηρεσίες διαφέρουν, αν έχουμε ένα unicast σύστημα, δηλαδή 1 πηγή που στέλνει τα δεδομένα και 1 προορισμός, από ένα σύστημα multicast, δηλαδή 1 single encoder/straming server προς πολλαπλούς iptvcds.

Το πιο γνωστό πρωτόκολλο σε αυτό το επίπεδο είναι το ipv4, το οποίο μεταφέρει bits δεδομένων σε πακέτα.

Παρακάτω βλέπουμε πώς χωρίζεται ένα τέτοιο πακέτο βίντεο ipv4.

codec5.JPG

  • Version: ορίζει την έκδοση που χρησιμοποιείται—IPv4 or IPv6.
  • Header length: περιγράφει το μέγεθος του header. Αυτό βοηθάει να γνωρίζουμε πότε είναι ο χρόνος έναρξης του περιεχομένου του βίντεο.
  • Type of service : είναι γνωστό και ως differentiated services code point (DSCP) είναι σημαντικό όταν μεταφέρει κάποιο περιεχόμενο IPTV επειδή επιτρέπει στους φορείς παροχής υπηρεσιών να ορίσουν τον τύπο του περιεχομένου που έχει το πακέτο. Αυτές οι πληροφορίες υποβάλλονται έπειτα σε επεξεργασία από τους δρομολογητές IP που βρίσκονται στο δίκτυο. Αυτό επιτρέπει στους δρομολογητές να προσαρμόσουν τα επίπεδα ποιότητας εξυπηρέτησης για τους διαφορετικούς τύπους κυκλοφορίας.
  • Total length: πληροφορεί για το μέγεθος του περιεχομένου του πακέτου IPTV. Αυτή η μεταβλητή έχει μέγεθος 16 bits, που σημαίνει ότι ένα πακέτο μπορεί να έχει μέγιστο μέγεθος 65,535 bytes .
  • Identification : Αυτό το πεδίο χρησιμοποιείται από τους δρομολογητές για να σπάνε όποιο μεγάλο πακέτο σε μικρότερα. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας το ίδιο πεδίο μπορούν οι δρομολογητές να φτιάξουν το αρχικό πακέτο από τα μικρότερα κομμάτια στα οποία είχε διασπαστεί.
  • Flags: Χρησιμοποιείται για τα διαφορετικά είδη τεμαχισμού των πακέτων. Δηλαδή πότε ένα πακέτο μπορεί να σπάσει σε μικρότερα, αν είναι το τελευταίο κομμάτι του πακέτου, ή αν δεν υπάρχουν άλλα κομμάτια.
  • Fragment offset : Μόλις τεμαχιστεί ένα πακέτο IPTV και παραδοθεί μέσα από ένα δίκτυο ευρέως φάσματος είναι η λειτουργία του IPTVCD να συγκεντρώσει εκ νέου τα τεμάχια στη σωστή σειρά. Αυτοί οι αριθμοί των τομέων για κάθε ένα από τα τεμάχια, επιτρέπουν στο IPTVCD να συγκεντρώσει τα τεμάχια σωστά.
  • Time-to-live : Δεδομένου ότι ένα πακέτο IP διατρέχει ένα δίκτυο ευρέως φάσματος, ο τομέας time to live εξετάζεται από κάθε δρομολογητή σχετικά με την τιμή που έχει. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου η τιμή του τομέα time to live να γίνει μηδέν. Μόλις συμβεί αυτό, το πακέτο έχει λήξει και απορρίπτεται. Η κύρια λειτουργία αυτού του τομέα είναι να αποβληθούν τα πακέτα IPTV στο δίκτυο που είναι ανίκανα να φθάσουν στον προορισμό τους και έτσι μειώνεται η συμφόρηση των δικτύων. Μια αξία μεταξύ 30 και 32 χρησιμοποιείται χαρακτηριστικά για να μεταφέρει το περιεχόμενο IPTV πέρα από ένα δίκτυο ευρέως φάσματος.
  • Protocol : Αυτός ο οκτάμπιτος τομέας δείχνει τον τύπο πρωτοκόλλου που τοποθετείται μέσα στο διάγραμμα δεδομένων IP. Εάν η τιμή της μεταβλητής είναι 1, τότε to πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου Διαδικτύου (ICMP) χρησιμοποιείται, δύο αντιπροσωπεύουν το διοικητικό πρωτόκολλο ομάδας Διαδικτύου (IGMP), έξι χρησιμοποιούνται για την κυκλοφορία TCP, και δεκαεπτά χρησιμοποιούνται για τις εφαρμογές UDP.
  • Header Checksum: Αυτός ο τομέας επιτρέπει σε IPTVCDs να ανιχνεύσει διαγράμματα δεδομένων με αλλοιωμένες επιγραφές. Τα αλλοιωμένα πακέτα απορρίπτονται ή καταστρέφονται από το IPTVCD.
  • Source address :η διεύθυνση IP της μηχανής που έστειλε το πακέτο IPTV. Σε ένα περιβάλλον IPTV αυτό είναι ένας κεντρικός υπολογιστής VoD ή κωδικοποιητής.
  • Destination address: Πρόκειται για την IP διεύθυνση του προοριζόμενου δέκτη του πακέτου.
  • Options and padding: Αυτό το πεδίο χρησιμοποιείται από τους προμηθευτές IPTV για να παρέχει κάποια πρόσθετα χαρακτηριστικά γνωρίσματα.
  • Data: Αυτό είναι το περιεχόμενο του βίντεο.

Το μέλλον του ip addressing.

Όταν η αρχιτεκτονική των διευθύνσεων IP του Διαδικτύου σχεδιάστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1980 , προορίστηκε για να ικανοποιηθούν οι ανάγκες των τρεχόντων και μελλοντικών χρηστών. Οι 32-bits διευθύνσεις που χρησιμοποιούνται από τη τρέχουσα έκδοση της IP (IPv4) μπορούν να απαριθμήσουν πάνω από 4 δισεκατομμύρια οικοδεσπότες, δηλαδή 16.7 εκατομμύρια διαφορετικά δίκτυα. Η πρόσφατη αύξηση της χρήσης του Διαδικτύου, εξαντλεί γρήγορα την υπάρχουσα ομάδα των διευθύνσεων IP που προβλέπονται από IPv4. Η κλίμακα και η ταχύτητα της αύξησης των τελευταίων χρόνων δεν θα μπορούσαν να έχουν προβλεφθεί από τους αρχικούς υπεύθυνους για την ανάπτυξη του πρωτοκόλλου IP , καθώς ο αριθμός δικτύων που συνδέονται με το Διαδίκτυο αυξάνεται σε μηνιαία βάση. Για να βρεθεί μια λύση στους περιορισμούς του υπάρχοντος σχεδίου διευθύνσεων IP, η ομάδα εργασίας εφαρμοσμένης μηχανικής Διαδικτύου προώθησε το IPv6 (έκδοση 6 πρωτοκόλλου Διαδικτύου). Το IPv6 καθορίζει μια 128- bits διεύθυνση IP που είναι συμβατή με τις τρέχουσες εφαρμογές της IP. Αυτό καθιστά το IPv6 σε ένα εξελικτικό βήμα, γιατί εκτός από την συμβατότητα προς τα πίσω, το IPv6 αυξάνει το διαθέσιμο χώρο διευθύνσεων. Ο αριθμός των διευθύνσεων που θα παρέχει το IPv6 είναι πιθανόν να φτάνει τα τέσσερα δισεκατομμύριο φορές τα τέσσερα δισεκατομμύρια. Το IPv6 περιλαμβάνει ικανότητες που θα παρέχουν την υποστήριξη για την επικύρωση, την ακεραιότητα QoS, την κρυπτογράφηση και την εμπιστευτικότητα. Κατά τη διάρκεια των επόμενων πέντε έως δέκα ετών το IPv6 αναμένεται να αντικαταστήσει βαθμιαία το IPv4.

7 )Data Link Layer.

Σκοπός αυτού του επιπέδου είναι να παίρνει τα ακατέργαστα δεδομένα από το ip layer και να σχηματίζει πακέτα που είναι έτοιμα για μεταφορά μέσω του διαδικτύου. Πρέπει να προσέξουμε ότι σε αυτό το επίπεδο υπάρχουν διαφορές ανάλογα με τα networks protocols που χρησιμοποιούνται. Το πιο γνωστό πρωτόκολλο σε αυτό το επίπεδο είναι το Ethernet. Οι λειτουργίες που πραγματοποιούνται σε αυτό το επίπεδο, βασισμένες στο Ethernet είναι :

  • encapsulation: αυτό το επίπεδο προσθέτει μια επιγραφή στα πακέτα IPTV. Οι επιγραφές Ethernet είναι ο πιο κοινός τύπος encapsulation που εμφανίζεται στα στοιχεία του επιπέδου data link .
  • addressing: το Data Link Layer εξετάζει τις φυσικές διευθύνσεις των καταναλωτικών συσκευών δικτύωσης IPTV και των κεντρικών υπολογιστών. Τα σχέδια εξέτασης ποικίλλουν ανάλογα με τις τοπολογίες δικτύων. Ένας (media access control) έλεγχος προσπέλασης μέσων (MAC) χρησιμοποιείται από το Ethernet και επιτρέπει σε κάθε συσκευή που συνδέεται με ένα δίκτυο IPTV ,να έχει ένα μοναδικό προσδιοριστικό. Το μήκος μιας διεύθυνσης MAC είναι 48 bits και αντιπροσωπεύονται από 12 δεκαεξαδικά ψηφία. . Από τα 12 δεκαεξαδικά ψηφία , τα πρώτα προσδιορίζουν τον κατασκευαστή της συσκευής IPTV και τα υπόλοιπα ψηφία προσδιορίζουν την πραγματική διεπαφή δικτύων.
  • error checking: Η λειτουργία ελέγχου σφάλματος χρησιμοποιείται σε όλα τα IPTVCM layers. Τα αλλοιωμένα πακέτα είναι ο πιο κοινός τύπος σφάλματος που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της μετάδοσης του τηλεοπτικού περιεχομένου σε ένα IP δίκτυο. Ένα σχέδιο διορθώσεων σφάλματος , που ονομάζεται cyclic redundancy check (κυκλικό έλεγχο πλεονασμού) (CRC) χρησιμοποιείται για να ανιχνεύσει και να απορρίψει τα αλλοιωμένα τηλεοπτικά πακέτα. Το CRC εκτελεί έναν μαθηματικό υπολογισμό στο πακέτο και καταχωρεί την προκύπτουσα αξία στο πακέτο. Ο ίδιος υπολογισμός εκτελείται πάλι από τη λαμβάνουσα συσκευή IPTV όταν παραλαμβάνεται το πακέτο. Εάν οι τιμές είναι οι ίδιες, το πακέτο υποβάλλεται σε επεξεργασία όπως κανονικό. Αν οι τιμές είναι διαφορετικές, το πακέτο περιέχει σφάλματα και απορρίπτεται. Ένα νέο τηλεοπτικό πακέτο δημιουργείται στη συνέχεια και αναμεταδίδεται από τη συσκευή μετάδοσης.
  • flow control: Στα πλαίσια ενός περιβάλλοντος δικτύωσης IPTV η χρήση του ελέγχου ροής εξασφαλίζει ότι ο κεντρικός υπολογιστής που μεταδίδει δεδομένα δεν θα «συντρίψει» μια IPTV συσκευή λήψης, με πλεόνασμα περιεχομένου. Το data link layer εκτελεί οποιεσδήποτε απαραίτητες απαιτήσεις ελέγχου ροής από κοινού με το transport layer.

8 )Physical Layer.

Περιλαμβάνει τους κανόνες συντονισμού για την μεταφορά των ψηφιακών bits που μεταδίδονται μέσω του διαδικτύου. Ενδιαφέρεται για να πάρει στοιχεία από συγκεκριμένο τύπο φυσικού δικτύου, όπως DOCSIS, xDSL, wireless. Επίσης καθορίζει τις φυσικές δομές των δικτύων(τοπολογίες), μηχανικές και ηλεκτρικές προδιαγραφές, για τη χρησιμοποίηση του μέσου μετάδοσης.

5 Video streaming

Τρείς λόγοι οδήγησαν στην ανάπτυξη του video streaming : η εξέλιξη των streaming servers, η πρόοδος στους αλγορίθμους κωδικοποίησης καθώς επίσης και οι βελτιώσεις στο last mile του δικτύου που επέτρεψαν την μεταφορά μεγάλου όγκου δομένων σε μικρό χρονικό διάστημα.

5.1 Η αρχιτεκτονική του streaming

Υπάρχουν τέσσερα στάδια που απαιτούνται για την μετάδοση ενός stream:

  • Σύλληψη του και κωδικοποίηση

Η διαδικασία της σύλληψης και κωδικοποίησης μετατρέπει τα κανονικά σήματα ήχου και εικόνας σε ένα αρχεία streaming.Υπάρχουν τρία βήματα σε αυτή την διαδικασία:

Η σύλληψη σε κάποιο αναγνωρίσιμο φορμάτ, η συμπίεση του περιεχομένου του και η πακετοποίηση του. Ένα τηλεοπτικό σήμα δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί από το λογισμικό έως ότου κωδικοποιηθεί σε ένα συμβατό φορμάτ, όπως για παράδειγμα AVI. Μια κάρτα σύλληψης βίντεο η οποία είναι εγκατεστημένη στην πλευρά της αποστολής, κάνει την μετατροπή του αναλογικού ή ψηφιακού σήματος σε AVI και έπειτα μειώνει το μέγεθος της εικόνας. Ο αλγόριθμος συμπίεσης ενσωματώνεται σε μια εφαρμογή λογισμικού η οποία ονομάζεται συμπιεστής-αποσυμπιεστής (compressor - decompressor), ή codec για συντομία. Η εφαρμογή παίρνει το ακατέργαστο ακουστικό ή τηλεοπτικό αρχείο και μειώνει το ποσοστό των δεδομένων για να τα ταιριάξει με το διαθέσιμο εύρος ζώνης. Ο αποσυμπιεστής βρίσκεται στην πλευρά της λήψης και αποκωδικοποιεί το stream των δεδομένων σε εικόνα και ήχο. Ο κωδικοποιητής ενσωματώνει επίσης στα δεδομένα ειδικά μεταδεδομένα (metadata) ή δείκτες που ο κεντρικός υπολογιστής χρησιμοποιεί για να ελέγξει τη μετάδοση σε πραγματικό χρόνο. Η διαδικασία φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

001.jpg

  • Εκπομπή του από ένα server

Το κωδικοποιημένο αρχείο φορτώνεται σε έναν κεντρικό υπολογιστή (server) για την μετάδοση στο διαδίκτυο.Ο κεντρικός υπολογιστής θεωρείται μια εφαρμογή λογισμικού, όπως ένας κεντρικός υπολογιστής δικτύου (web server). Ένας streaming server ελέγχει σε πραγματικό χρόνο την μετάδοση των stream γεγονός που τον διαφοροποιεί από ένα απλό κεντρικό υπολογιστή δικτύου. Το ‘κατέβασμα’ (downloading) είναι ο ποιο συνήθης τρόπος να παραλάβουμε αρχεία μέσω του Διαδικτύου. Έχουμε συνηθίσει να κάνουμε μια αίτηση σε μια ιστοσελίδα και να περιμένουμε ένα άγνωστο διάστημα για να μεταφορτωθούν τα αρχεία της σελίδα στον browser. Η ανάκληση των σελίδων δεν έχει καμία ειδική απαίτηση σε ότι αφορά το εύρος ζώνης. Ένας δίκτυο μεγάλου εύρους ζώνης θα επιτρέψει τη γρήγορη μετάδοση ενώ αντίθετα, ένα μεγάλο αρχείο θα μεταδοθεί αργά από ένα δίκτυο στενής ζώνης (narrow band network) των28 Kbps. Η διαδικασία είναι ασύγχρονη. Ο όρος bursting χρησιμοποιείται για να περιγράψει το γρήγορο ‘κατέβασμα’ χαμηλού bit rate αρχείων από ευρυζωνικά κυκλώματα. Ένα streaming αρχείο πρέπει να κωδικοποιηθεί σε τέτοιο data rate που να μπορεί να μεταδοθεί από το κύκλωμα. Αν θέλουμε για παράδειγμα να κάνουμε streaming μέσω αναλογικού modem τότε πρέπει να κωδικοποιήσουμε στα 40 kbit/s. Το πρόβλημα λοιπόν που προκύπτει είναι το εξής, δεν γνωρίζει ο αποστολέας τι συμβαίνει στο last mile του δέκτη. Μπορεί ο δέκτης να έχει μια σύνδεση υψηλών-προδιαγραφών ADSL, ή ένα 56k modem.Έτσι οι αρχικοί codec δημιουργούσαν αρκετά αντίγραφα του προς μετάδοση αρχείου με διαφορετικά bit rates.

Το προοδευτικό ‘κατέβασμα’ (progressive download) είναι ένα ενδιάμεσο βήμα μεταξύ του downloading&play (πρώτα ο χρήστης κατεβάζει αυτό που θέλει και ύστερα το βλέπει) και του πραγματικού streaming. Ο χρήστης αντί να περιμένει να κατέβει ολόκληρο το αρχείο στον τοπικό δίσκο και μετά να το δει, μπορεί να το δει όσο το υπόλοιπο αρχείο που απομένει, κατεβαίνει. Υπάρχουν δυο ειδών streaming. To ζωντανό(live) streaming όπως η τηλεόραση και το VoD.Η διαδικασίες που ακολουθούνται φαίνονται στο σχήμα και θα αναλυθούν εκτενέστερα σε επόμενο κεφάλαιο.

003.jpg

  • Διανομή

Στην θεωρία, η διανομή είναι απλή. Εφ' όσον υπάρχει σύνδεση μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή και του player, τα ζητούμενα πακέτα φθάνουν στο player. Στην πράξη, αυτό δεν είναι εύκολο. Το πρόβλημα είναι ότι το Διαδίκτυο δεν σχεδιάστηκε αρχικά για να υποστηρίξει τη συνεχή ροή πακέτων. Είναι βασικά ένα packet-switched σύστημα για τα ασύγχρονα δεδομένα. Ωστόσο η βελτίωση των δικτύων μετάδοσης κάνει δυνατή την μετάδοση.

  • Αναπαραγωγή

Η αναπαραγωγή γίνεται από players οι οποίοι όπως αναφέρθηκε προηγουμένως αποκωδικοποιούν το stream σε εικόνα και ήχο.

5.2. Προεπεξεργασία

 

5.2.1. Εισαγωγή

Τα δεδομένα τα οποία στέλνονται μέσω streaming, υφίστανται κωδικοποίηση. Η ποιότητά τους, μπορεί να βελτιωθεί, εάν υποστούν μια προ-επεξεργασία. Προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η εικόνα, ακολουθούνται κάποια βήματα , τα οποία βελτιώνουν το οπτικό και ακουστικό σήμα, πριν από την συμπίεση. Υπάρχουν όμως και κάποια προβλήματα στην κωδικοποίηση, που δυσκολεύουν το έργο της συμπίεσης, αλλοιώνοντας την τελική ποιότητα, όπως ο θόρυβος, ή η μείωση των fps στο παραγόμενο βίντεο προς μετάδοση.

5.2.2. Επεξεργασία βίντεο

Η χωρική συμπίεση μειώνει τον όγκο των δεδομένων σε ένα συγκεκριμένο frame. Αντίθετα, η χρονική συμπίεση αφαιρεί τις πληροφορίες που επαναλαμβάνονται ανάμεσα σε πολλά frames. Αυτό περιλαμβάνει τυπικά το back-round και τα στατικά στοιχεία σε μία εικόνα. Δηλαδή οι πληροφορίας που αλλάζουν μεταξύ των frames μεταδίδονται ως νέα δεδομένα. Αν το αρχικό τηλεοπτικό υλικό είναι χαμηλής ποιότητας, ίσως εμφανισθεί θόρυβος κατά τη διάρκεια της συμπίεσης. Ο αλγόριθμος συμπίεσης θα τον ερμηνεύσει ως πληροφορίες που αλλάζουν ανάμεσα στα frames και θα τον κωδικοποιήσει ως στοιχεία. Συνεπώς θα καταναλώσει σημαντικό μέρος του εύρους ζώνης που διατίθεται για την μετάδοση, καθώς και θα επιδράσει αρνητικά στην τελική ποιότητα της εικόνας κατά τη διάρκεια της αποκωδικοποίησης.

Διάφορες τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως προ-επεξεργασία, που περιλαμβάνουν την μείωση του θορύβου και τη διόρθωση του χρώματος. Ομοίως και ο ήχος μπορεί να χρειαστεί επεξεργασία, προκειμένου να ταιριάξει και να αναπαράγεται σε συγκεκριμένες περιοχές.

1. Video levels

Η 8-bit τηλεοπτική κωδικοποίηση δεν χρησιμοποιεί και τις 256 τιμές για τη σειρά από μαύρο σε λευκό. Η αναλογική τηλεόραση, χρησιμοποιεί μία αρνητική διαδικασία του μαύρου για τον συγχρονισμό. Το σύνθετο σήμα (NTC and PAL) έχει διαμορφώσει τις πληροφορίες των χρωμάτων μέσω του επιπέδου του άσπρου. Τα όρια του λευκού και του μαύρου ενσωματώθηκαν επίσης και στην ψηφιακή κωδικοποίηση, ορίζοντας 220 επίπεδα από μαύρο σε άσπρο. Το βίντεο στους υπολογιστές είναι πιο απλό, γιατί το μαύρο έχει την τιμή 0, ενώ το άσπρο την τιμή 255. Προκειμένου να αναπαράγεται η πλήρη κλίμακα των χρωμάτων στους media players, το video range των 220 βημάτων σχεδιάστηκε σε 255 βήματα. Προκειμένου να έχουμε το βέλτιστο range, το μαύρο επίπεδο μπορεί να ρυθμιστεί. Αυτό καλείται lift(ανάλογα με την φωτεινότητα της οθόνης). Έπειτα ο έλεγχος κέρδους θέτει το μέγιστο άσπρο επίπεδο στη σωστή τιμή.

vs1.jpg

2. Gamma

Η gamma ρυθμίζει τα μέσα των εικόνων σχετικά με το μαύρο και το άσπρο. Υπάρχουν 2 προεπιλογές. Οι υπολογιστές της APPLE που χρησιμοποιούν Macs , χρησιμοποιούν την τιμή 1.8, ενώ οι υπολογιστές σε Windows την τιμή 2. Αυτό σημαίνει ότι ένα κωδικοποιημένο περιεχόμενα θα εμφανισθεί σκοτεινότερο σε υπολογιστή που χρησιμοποιεί Windows. Εάν δεν γνωρίζουμε το λειτουργικό που χρησιμοποιεί το σύστημα στο οποίο στέλνεται το τηλεοπτικό περιεχόμενο, αναγκαστικά θα χρησιμοποιήσουμε την τιμή 2.

vs2.jpg

3. De-interlacing

Η τηλεόραση χρησιμοποιεί συμπεπλεγμένη ανίχνευση (interlaced scan), ενώ ο υπολογιστής προοδευτική ανίχνευση (progressive scan). Όλα τα είδη δεδομένων βίντεο προς μετάδοση χρησιμοποιούν προοδευτική ανίχνευση. Επομένως, η τηλεοπτική συμπεπλεγμένη πηγή, πρέπει να τα μετατρέπει σε προοδευτική. Ένα συμπεπλεγμένο frame περιλαμβάνει 2 πεδία, ένα με άρτιες αριθμημένες γραμμές και ένα με περιττές. Προκειμένου να παραχθεί το προοδευτικό frame, τα δύο αυτά πεδία συνδυάζονται. Δυστυχώς, εάν υπάρχουν κινούμενα αντικείμενα στη σκηνή, το αποτέλεσμα θα είναι μία οριζόντια γραμμή. Κατά τη διαδικασία της αποσύμπλεξης, χρησιμοποιείται ένα φίλτρο, ώστε να βελτιώσει την απόδοση των γρήγορων αντικειμένων. Το φίλτρο απαιτείται μόνο για το συμπεπλεγμένο βίντεο.

4. Cropping

Ένας εύκολος τρόπος για να μειώσεις το μέγεθος των δεδομένων, είναι να καλλιεργηθεί η εικόνα. Οι άκρες των frames σπάνια περιέχουν χρήσιμες πληροφορίες της εικόνας. Στις αρχικές τηλεοράσεις (CRT) το μέγεθος των εικόνων ήταν αντιστρόφως ανάλογο της φωτεινότητας. Για να καλυφθεί αυτή η αλλαγή στο μέγεθος, η εικόνα έπρεπε να υποστεί overscan, γιατί το ράστερ ήταν μεγαλύτερο από την εικόνα που μπορούσε να καλύψει η οθόνη της τηλεόρασης. Έτσι ο θεατής έβλεπε μόνο το κεντρικό 90% περιεχόμενο της εικόνας. Επίσης ο cameraman θα έπρεπε να ήταν σίγουρος ότι δεν υπάρχει σημαντικό περιεχόμενο στις άκρες της εικόνας. Συνεπώς, οποιαδήποτε γραφική παράσταση έχει σκοπό να ταιριάξει με την πραγματική περιοχή επίδειξης στην οθόνη του τηλεθεατή. Αυτό ονομάζεται safe text area. Οι συσκευές αναπαραγωγής πολυμέσων επιδεικνύουν ολόκληρη την εικόνα, έτσι η άκρη - που χάνεται συνήθως σε μια τηλεόραση - επιδεικνύεται επίσης. Αυτό σημαίνει ότι μια εικόνα μπορεί να καλλιεργηθεί στην ασφαλή περιοχή δράσης πριν κωδικοποιηθεί, χωρίς την απώλεια χρήσιμων πληροφοριών. vs3.jpg<br />

5. Μείωση θορύβου

Ο θόρυβος λαμβάνει διάφορες μορφές. Μπορεί να είναι ηλεκτρικός θόρυβος ή να προκαλείται λόγω της κακής ποιότητας του φιλμ της ταινίας(παλιότερα σε βιντεοκασέτες). Επίσης υπάρχει και θόρυβος FM λόγω των δορυφορικών συνδέσεων. Αν το υλικό έχει ήδη συμπιεστεί και αποσυμπιεστεί, μπορεί να προκύψουν λάθη λόγω θορύβου στους φραγμούς. Επίσης οι σειρές χρωμάτων και ευκρίνειας που παράγονται, καταλαμβάνουν σημαντικό ποσοστό του εύρους ζώνης που απαιτείται για την μετάδοση των δεδομένων.

Κάθε είδος θορύβου, χρειάζεται διαφορετική αντιμετώπιση. Μερικές φορές ο θόρυβος είναι δύσκολο να αφαιρεθεί σε ικανοποιητικό βαθμό, χωρίς την εισαγωγή μιας ομάδας χειροποίητων αντικειμένων(artifacts). Για παράδειγμα, φιλτράρισμα υψηλού βαθμού, παράγει κινούμενα artifacts, τα οποία προκαλούν προβλήματα στα αντικείμενα που κινούνται γρήγορα, στις εναλλαγές των εικόνων.

Υπάρχουν 3 γνωστά είδη φίλτρων για τον καθαρισμό του βίντεο. Αυτά είναι τα spatial filters, median και brick wall, και το temporal recursive filter.

  • Median filter: χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση του impulse noise, όπως για παράδειγμα σε δυσλειτουργίες μετατροπής, ή σε κάποιες παραλείψεις λόγω αλλοίωσης στην ταινία μιας κασέτας. Αυτός ο θόρυβος είναι συνήθως άσπρος ή μαύρος. Ένας ανιχνευτής κάτω ορίων, χωρίζει τον θόρυβο από τις πληροφορίες της εικόνας. Στη συνέχεια, ένα μεσαίο φίλτρο(median filter) αντικαθιστά τα pixels του θορύβου με τη διάμεσο(όχι τον μέσο όρο) ενός παραθύρου των γειτονικών pixels. Ονομάζεται επίσης και sliding window spatial filter. Το πλεονέκτημά του είναι ότι δεν παραμορφώνει τις άκρες ενός αντικειμένου.
  • Brick wall filter: επιτρέπει τόσο στην οριζόντια όσο και στην κάθετη χωρική ανάλυση να φιλτραριστεί σε υψηλό βαθμό, σε σχέση με ένα σημείο συχνότητας που έχει οριστεί. Αυτό επιτρέπει να μειωθούν οι λεπτομέρειες που απαιτούν υψηλή συχνότητα για την μετάδοσή τους, και δεν μπορούσαν να μειωθούν με την μείωση της ποιότητας των εικόνων σε ένα χαμηλό bit rate. Επίσης, ο ηλεκτρικός θόρυβος έχει υψηλή συχνότητα, επομένως αφαιρείται με αυτό το φίλτρο. Πρώτα εφαρμόζεται το Median filter και στη συνέχεια το Brick wall filter, για το δεύτερο επεμβαίνει και παραμορφώνει τον impulse noise.
  • Recursive filter: χρησιμοποιείται για να αφαιρέσει τον ηλεκτρικό θόρυβο σε διαδοχικά frames, αφήνοντας όμως τις επαναλαμβανόμενες πληροφορίες αμετάβλητες. Οι πληροφορίες που δεν επαναλαμβάνονται είναι τα κινούμενα αντικείμενα μέσα σε μία σκηνή. Ένας ανιχνευτής κινήσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για να διαχωρίσει αυτά τα αντικείμενα από το θόρυβο. Το επαναλαμβανόμενο φιλτράρισμα μπορεί να προσαρμόζεται και να εφαρμοστεί σε στάσιμους τομείς μιας εικόνας. Με αυτόν τον τρόπο αποφεύγεται η αλλοίωση της εικόνας, μέσω της αλλοίωσης των κινούμενων αντικειμένων, αν απαιτείται υψηλός βαθμός φιλτραρίσματος.

vs4.jpg<br />

5.2.3. Inverse telecine and 3:2 pull-down

Όταν η ταινία μεταφέρεται στο βίντεο (μια διαδικασία αποκαλούμενη telecine), για να διατηρήσει σωστό τηλεοπτικό timebase, ένα μέρος της ταινίας που αποτελείται από 24 frames ανά δευτερόλεπτο πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία και να μεταβληθεί σε 30 frames ανά δευτερόλεπτο. Κανονικά κάθε πλαίσιο ανιχνεύεται δύο φορές, δίνοντας 2 συμπλεγμένα πεδία. Στην περίπτωση της ταινίας, θα έδινε ένα field rate 48, ενώ στο βίντεο 60. Για να διορθωθεί το field rate, τα εναλλασσόμενα frames ανιχνεύονται 3 φορές, δηλαδή τα πρώτα και τα τρίτα πεδία αναπαράγονται. Αυτό δίνει μία ακολουθία 3:2:3:2 στην ανίχνευση, έτσι ώστε τα 24 frames γίνονται 60 πεδία, που είναι και το κανονικό ποσοστό για το βίντεο. Ένα τηλεοπτικό πλαίσιο, μπορεί να δημιουργηθεί από πεδία, 2 διαφορετικών frames της ταινίας. Εάν αυτό το τηλεοπτικό σήμα πρέπει να κωδικοποιηθεί αποτελεσματικά, ο διπλασιασμός ενός πεδίου με συχνότητα 5, είναι περιττές πληροφορίες που θα έπρεπε να αφαιρεθούν. Αυτή η διαδικασία δεν είναι τόσο απλή όσο φαίνεται, γιατί το επαναλαμβανόμενο πεδίο δεν κρατάει κάποια ετικέτα ώστε να δηλώνει τον διπλασιασμό του. Επομένως είναι δύσκολο να εντοπιστεί, σε συνδυασμό με τον αναλογικό θόρυβο που υπάρχει. Ένα ακόμα πρόβλημα είναι ότι, αν ένα περιεχόμενο βίντεο που έχει μεταδοθεί, τροποποιηθεί, σημαίνει ότι η ακολουθία 3:2:3:2 ίσως έχει αλλοιωθεί. Αυτό σημαίνει ότι μόλις βρεθεί ένα πεδίο που είναι διπλασιασμένο, το επόμενο πεδίο που αναζητάμε ίσως δεν ακολουθεί τη συχνότητα της ακολουθίας. Η διαδικασία της αναζήτησης των πεδίων που είναι διπλασιασμένα και αφαιρούνται ονομάζεται inverse telecine.

vs5.jpg

6 Ασφάλεια

Σε αυτό το κεφάλαιο θα ασχοληθούμε με ένα σημαντικό ζήτημα που ανακύπτει από την χρησιμοποίηση της IPTV, αυτό της ασφάλειας. Το περιεχόμενο της IPTV υπόκειται σε πνευματική ιδιοκτησία. Για την προστασία του λοιπόν απαιτούνται ορισμένοι μηχανισμοί.

.

6.1 Κρυπτογράφηση

Η προστασία του ψηφιακού περιεχομένου είναι βασισμένη σε δύο διαφορετικές μεθόδους κρυπτογραφίας στην συμμετρική και την ασύμμετρη.

Στην συμμετρική κρυπτογράφηση ένα μυστικό κλειδί χρησιμοποιείται τόσο για την κρυπτογράφηση όσο και για την αποκρυπτογράφηση του περιεχομένου. Το κλειδί διαμοιράζεται, χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους ή κανάλια από το περιεχόμενο. Χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι συμμετρικής κρυπτογράφησης όπως ο RSA, DES, 3DES, RC6, Twofish και Rijndael. Οι τελευταίοι θεωρείται ότι δεν μπορούν να ‘σπάσουν’ με την υπάρχουσα υπολογιστική δύναμη λόγω του μεγάλου ποσού του χρόνου και πόρων που απαιτούνται. Η συμμετρική κρυπτογράφηση έχει διάφορα πλεονεκτήματα συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας (τουλάχιστον 10 φορές γρηγορότερη από την χρησιμοποίηση ενός ασυμμετρικού κλειδιού ), της δύναμης των αλγορίθμων και της διαθεσιμότητας σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών. Το κύριο πρόβλημα με αυτήν την τεχνολογία είναι η διαχείριση, η διανομή και οι αναπροσαρμογές του κλειδιού.

Στη ασυμμετρική κρυπτογράφηση ένας ζεύγος κλειδιών παράγονται από μια συνάρτηση. Παράλληλα η συνάρτηση μειώνει την πιθανότητα να εντοπιστεί το ένα κλειδί μέσω του άλλου. Κάθε χρήστης έχει δυο κλειδιά, ένα ιδιωτικό και ένα δημόσιο. Αν δέκτης θέλει να λάβει μια πληροφορία, ο πομπός στέλνει ένα αντίγραφο του δημόσιου κλειδιού χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε τεχνολογία. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, η μετάδοση του δημόσιου κλειδιού μέσα από ένα μη ασφαλές δίκτυο να μην είναι επικίνδυνη. Η αποκρυπτογράφηση γίνεται μόνο με την χρησιμοποίηση και του ιδιωτικού κλειδιού. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει αυτή η μέθοδος είναι η εύκολη διαχείριση και διανομή του κλειδιού ωστόσο μειώνεται η ταχύτητα της διαδικασίας.

Ο συνδυασμός των δυο αυτών μεθόδων κρυπτογράφησης οδηγεί σε μια υβριδική μέθοδο κατά την οποία παράγεται τυχαία ένα συμμετρικό κλειδί το οποίο κρυποτγραφείται με το δημόσιο κλειδί του δέκτη.

6.2 Συστήματα για την προστασία του περιεχομένου.

Στην IPTV χρησιμοποιούνται τρεις τύποι συστημάτων για να προστατεύσουν τα δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας.

6.2.1Content protection systems (CPSs)

Το περιεχόμενο μεταδίδεται στα δίκτυα σε κρυπτογραφημένη μορφή για να προστατευτεί από την κλοπή ή την αναρμόδια πρόσβαση. Τα συστήματα προστασίας περιεχομένου χρησιμοποιούνται δηλαδή για να εξασφαλίσουν ότι το περιεχόμενο μπορεί να παρακολουθηθεί μόνο από εξουσιοδοτημένους συνδρομητές. Τόσο στο VoD όσο και στη ζωντανή μετάδοση IPTV, οι εισβολείς μπορούν εύκολα να έχουν πρόσβαση στα multicast και unicast streams. Ο σκοπός των CPS είναι να εξασφαλιστεί ότι οι μη εξουσιοδοτημένοι χρήστες δεν θα μπορέσουν να αποκρυπτογραφήσουν και να αναδιανείμουν το αρχικό περιεχόμενο. Στην περίπτωση της multicast εκπομπής το head κρυπτογραφεί το περιεχόμενο με μια από τις προηγούμενες μεθόδους μετά την κωδικοποίηση. Το κλειδί μπορεί να αφορά μόνο το συγκεκριμένο stream,ή το συγκεκριμένο κανάλι ή μπορεί να μεταβάλλεται χρονικά.

Στην περίπτωση του VoD όλο το περιεχόμενο κρυπτογραφείται με ένα τυχαίο συμμετρικό κλειδί το οποίο είναι διαθέσιμο μόνο στον συνδρομητή.

6.2.2 Conditional access systems (CASs)

Το CAS βοηθά και αυτό να εξασφαλιστεί ότι μόνο εξουσιοδοτημένοι συνδρομητές έχουν πρόσβαση στο περιεχόμενο. Πραγματοποιείται είτε με απλές μετατοπίσεις συχνότητας και παραγωγή ηλεκτρονικού θορύβου είτε με κρυπτογράφηση. Η λειτουργία αυτών των συστημάτων είναι παρόμοια με αυτή των CPS.

6.2.3 Digital rights management systems (DRM)

Για VOD γενικά συνιστάται το περιεχόμενο να είναι κατατετμημένο και κρυπτογραφημένο χρησιμοποιώντας ένα συμμετρικό κλειδί. Το κλειδί μπορεί να αλλάξει αρκετές φορές σε μια ταινία για να αυξηθεί η προστασία. Κάθε set-to box έχει το ιδιωτικό κλειδί του συνδρομητή, και ο κεντρικός υπολογιστής VOD στέλνει το κρυπτογραφημένο περιεχόμενο και τα κρυπτογραφημένα συμμετρικά κλειδιά στο set-to box για την αποκρυπτογράφηση και την αναπαραγωγή.

Στην περίπτωση της ζωντανής μετάδοσης ακολουθείται μια παρόμοια διαδικασία. Το περιεχόμενο κρυπτογραφείται στην πηγή με ένα συμμετρικό κλειδί. Το set-to box στέλνει ένα αίτημα για το τρέχον κλειδί, και κεντρικός υπολογιστής στέλνει ένα κρυπτογραφημένο συμμετρικό κλειδί το οποίο χρησιμοποιείται από το set-to box για να ανακτήσει το περιεχόμενο.

6.2.3.1 Τα στοιχεία του DRM

Τα στοιχεία που απαρτίζουν ένα τέτοιο σύστημα είναι:

  • Το σύστημα DRM που φιλοξενεί τα κλειδιά, τις άδειες και τις πληροφορίες εξουσιοδότησης
  • Οι πελάτες DRM που ζητούν τα κλειδιά
  • Οι κεντρικοί υπολογιστές (servers) middleware που συντονίζουν τη ροή πληροφοριών
  • Η ‘αποθήκη’ που φιλοξενεί το κρυπτογραφημένο περιεχόμενο και λαμβάνει τις πληροφορίες κρυπτογράφησης από τον κεντρικό υπολογιστή DRM.

Αυτά φαίνονται στο σχήμα:

2.GIF

6.2.3.2 Η διαδικασία του DRM στο VoD

Η διαδικασία που απαιτείται για να προετοιμαστεί και να μεταδοθεί το περιεχόμενο VOD περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια:

• Κρυπτογράφηση του αρχικού περιεχομένου

Η συνάρτηση κρυπτογράφησης του συστήματος DRM απαιτεί το κλειδί και τον αλγόριθμο από το σύστημα διαχείρισης κλειδιών. Μετά την παραλαβή του κλειδιού γίνεται η κρυπτογράφηση.

• Αποθήκευση ή μετάδοση του κρυπτογραφημένου περιεχομένου VOD

Το κρυπτογραφημένο περιεχόμενο αποθηκεύεται σε μια βάση η οποία δέχεται αιτήσεις από τους συνδρομητές. Το περιεχόμενο είναι ασφαλές γιατί τα κλειδιά είναι αποθηκευμένα σε ένα άλλο σύστημα. Το αποθηκευμένο περιεχόμενο καταχωρείται με την υπηρεσία διαχείρισης καθώς επίσης και με το απαραίτητο middleware για τη δημιουργία του ηλεκτρονικού οδηγού προγράμματος.

• Αίτημα από το set-top box του κλειδιού

Μόλις ο συνδρομητής δει τον ηλεκτρονικό οδηγό προγράμματος και επιλέξει ένα συγκεκριμένο κομμάτι VOD, ένα αίτημα θα σταλεί στον κεντρικό υπολογιστή middleware σχετικά με εκείνο το ιδιαίτερο κομμάτι των δεδομένων. Οι συνδρομητές δεν έχουν καμία πληροφορία για το περιεχόμενο ακόμα, και πρέπει να επικυρωθούν για να έχουν πρόσβαση στο περιεχόμενο.

• Έγκριση από το middleware

Το middleware θα επιβεβαιώσει την εξουσιοδότηση του συνδρομητή. Με βάση τους επιχειρησιακούς κανόνες, τα πακέτα και άλλους μηχανισμούς επικύρωσης, ο middleware server θα διαβιβάσει το αίτημα στο σύστημα διαχείρισης κλειδιών μέσω της συνάρτησης DRM για το κλειδί που διανέμεται στο συνδρομητή.

• Aποκρυπτογράφηση του περιεχομένου από το set-top box.

Μετά και την λήψη του κλειδιού το αρχείο ή το stream μπορεί να αποκρυπτογραφηθεί από το set-top box.

6.3 Αυθεντικοποίηση

.

Εκτός από το DRM υπάρχουν και άλλοι μηχανισμοί ταυτοποίησης του χρήστη στην IPTV.Η ταυτοποίηση του χρήστη μπορεί να γίνει σε επίπεδο δικτύου και middleware.

Σε επίπεδο δικτύου χρησιμοποιείται ένας broadband remote aggregation server (B-RAS). Σε μικρά δίκτυα ένας κεντρικός B-RAS ελέγχει την κίνηση. Σε μεγαλύτερα δίκτυα λόγω της συσσώρευσης που δημιουργείται υπάρχει ένα διανεμημένο σύστημα B-RAS

Σε επίπεδο middleware τα set-top boxes πρέπει να παρέχουν τα πιστοποιητικά και τα στοιχεία επικύρωσης στον κεντρικό υπολογιστή middleware. Aυτά μπορούν να είναι υπό μορφή ζευγαριού αίτησης-απάντησης, ψηφιακού πιστοποιητικού και ψηφιακών υπογραφών ή κωδικών πρόσβασης που χρησιμοποιούνται μόνο μια φορά. Το middleware θα ελέγξει εσωτερικά εάν το set-top box αντιπροσωπεύει ένα συνδρομητή και θα παράσχει επίσης τις πληροφορίες στο συνδρομητή για τα πακέτα που έχουν εγκριθεί για χρήση.

7 High definition TV (ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ ΥΨΗΛΗΣ ΕΥΚΡΙΝΙΑΣ)

Ο κύριος στόχος αυτού του κεφαλαίου είναι να εξηγηθεί πώς λειτουργεί η τεχνολογία της HDTV.

7.1 SDTV και HDTV

Η SDTV (Standard definition TV) είναι ένα ψηφιακό σύστημα μετάδοσης τηλεόρασης που παρέχει στους καταναλωτές καλύτερη εικόνα και τα πλουσιότερα χρώματα σε σχέση με τα αναλογικά συστήματα τηλεόρασης. Η ψηφιακή τεχνολογία είναι επίσης σε θέση να παράγει εικόνες HDTV με περισσότερες πληροφορίες εικόνας από τα συμβατικά ανάλογά σήματα, με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός αποτελέσματος που συναγωνίζεται τη κινηματογραφική αίθουσα ως προς τη σαφήνεια και την αγνότητα των χρωμάτων (color purity). Αν και τα δύο συστήματα είναι βασισμένα στις ψηφιακές τεχνολογίες, η HDTV προσφέρει γενικά στους θεατές σχεδόν έξι φορές την οξύτητα των εκπομπών της SDTV.

7.1.1 Ανάλυση

Η ανάλυση ορίζεται ως το ποσό της λεπτομέρειας ή των pixel που περιλαμβάνεται σε μια εικόνα που προβάλλεται σε μια οθόνη - στην τηλεόραση σε ότι αφορά την iptv.Μια τυπική ανάλυση τηλεόρασης είναι 644×483 pixels αν και συνήθως αναφερόμαστε σε αυτή ως 640×480.Ωστόσο ούτε αυτή είναι η πραγματική ανάλυση μιας συμβατικής τηλεόρασης. Για τους τεχνικούς λόγους, οι περισσότεροι θεατές είναι δεν μπορούν να δουν τα περιθώρια που περιβάλλουν την περίμετρο των τηλεοπτικών οθονών τους. Συνεπώς, οι περισσότεροι εμπειρογνώμονες της βιομηχανίας υπολογίζουν την πραγματική περιοχή θέασης αφαιρώντας τις οριακές περιοχές. Τέτοιοι υπολογισμοί οδηγούν σε μια πραγματική περιοχή θέασης της τάξης των 620×440 pixels σε μια τυπική τηλεόραση. Για να υπολογίσουμε την ανάλυση μίας τηλεόρασης μπορούμε να μετρήσουμε των αριθμό των γραμμών βίντεο που φαίνονται στην οθόνη. Οι γραμμές αυτές παράγονται από ένα ‘όπλο’ που βρίσκεται στον καθοδικό σωλήνα (στις παλαιότερες τηλεοράσεις που δεν είναι επίπεδες). Ως γενικό κανόνα μπορούμε να πούμε ότι ,όσο περισσότερες γραμμές δημιουργούνται , τόσο υψηλότερη ανάλυση έχουμε. Η ανάλυση μιας εκπομπής IP HDTV εξαρτάται από το μέγεθος της τηλεόρασης και των αριθμό των γραμμών. Καθαρότερες εικόνες είναι διαθέσιμες στους ιδιοκτήτες νέων HD τηλεοράσεων, καθώς οι HD είναι σε θέση να προβάλλουν 1080 γραμμές σε αντίθεση με τις 525 γραμμών που προβάλλονται από τις συνηθισμένες τηλεοράσεις.

7.1.2 Συμπεπλεγμένη και προοδευτική σάρωση

Η διαδικασία της σάρωσης καθορίζει πώς οι γραμμές προβάλλονται από μια οθόνη τηλεόρασης. Υπάρχουν δύο διαφορετικές μέθοδοι σάρωσης, η συμπεπλεγμένη (Interlaced) και προοδευτική σάρωση (Progressive). Η πρώτη μέθοδος σχεδιάστηκε για να ξεπεραστεί η αδυναμία των πρώτων τηλεοράσεων να εμφανίζουν ολόκληρη την εικόνα προτού ξεθωριάσει το πάνω μέρος της. Με την μέθοδο αυτή η εικόνα δημιουργείται με την στιγμιαία εκπομπή της δέσμης κάθε δεύτερη γραμμή. Όταν τελειώσει αυτή η διαδικασία οι υπόλοιπες γραμμές εμφανίζονται άμεσα. Αυτό συμβαίνει με τέτοια ταχύτητα ώστε το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να το εντοπίζει. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται κατά κόρον στις παλαιότερες αναλογικές τηλεοράσεις

Στην προοδευτική σάρωση η οθόνη ανανεώνεται γραμμή - γραμμή. Αυτό γίνεται συγχρόνως επομένως η εικόνα εμφανίζεται ομαλή στο ανθρώπινο μάτι και μένει ακριβής κατά τη διάρκεια της κίνησης των τηλεοπτικών εικόνων. Η προοδευτική ανίχνευση είναι δημοφιλής στις HDTVs και στις οθόνες των υπολογιστών.

7.1.3 Λόγος διάστασης (Aspect Ratio)

Ο λόγος διάστασης καθορίζει τη σχέση μεταξύ του οριζόντιου πλάτους και του κάθετου ύψους μιας οθόνης. Ο λόγος διάστασης μιας παραδοσιακής οθόνης τηλεόρασης είναι 4: 3. Η HDTV χρησιμοποιεί έναν λόγο διάστασης 16: 9.Στον παρακάτω πίνακα εμφανίζονται τα δημοφιλέστερα πρωτόκολλα της HDTV όπου p αναφέρεται στο progressive και i αναφέρεται στo Interlaced.

1.GIF

7.2 HDTV μέσω IP

Το ακρωνύμιο IP HDTV χρησιμοποιείται για να περιγράψει την μετάδοση υψηλής ανάλυσης βίντεο μέσα από μια ευρυζωνική σύνδεση. Τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση της HDTV μέσω του διαδικτύου είναι παρεμφερή με αυτά που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση της SDTV.Το hardware που απαιτείται για την λήψη έως και την προβολή της HDTV είναι το εξής:

  • Ψηφιακές κάμερες HD

Οι ψηφιακές κάμερες HD χρησιμοποιούνται από έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό επιχειρήσεων παραγωγής ταινιών. Αυτές οι κάμερες έχουν 5 φορές μεγαλύτερη ανάλυση από τις συμβατικές.

  • HDTV Servers

Ο HDTV server συνδέεται μέσω ενός υψηλής ταχύτητας ευρυζωνικού δικτύου με ένα HD set-top box ή με ένα κοινό PC. Η κύρια λειτουργία της είναι η ψηφιακή αποθήκευση του περιεχόμενου σε μια συσκευή αποθήκευσης υψηλής χωρητικότητας.

  • Κωδικοποιητές (Encoders)

Το MPEG-2 χρησιμοποιείται συνήθως για την συμπίεση στην SDTV. Αντίθετα στην HDTV χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο το MPEG-4 και το VC-1 όπως έχουμε αναφέρει.

  • Ένα δίκτυο υψηλής χωρητικότητας

Ένα αρχείο HD μπορεί να περιλαμβάνει μέχρι και πέντε φορές περισσότερες πληροφορίες από ένα αρχείο SDTV. Για αυτό απαιτούνται δίκτυα μεγάλης χωρητικότητας όπως αυτά περιγράφηκαν στο κεφάλαιο 2.

  • Σύστημα προβολής HDTV

Ένα σύστημα προβολής HDTV αποτελείται από τρία συστατικά: ένα IP set-top box , μια οθόνη (LCD ή πλάσματος για παράδειγμα), και ένα σύστημα πολυκάναλου ήχου.

Τα HDTV set top boxes μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως εξής:

HD Multicast Only Boxes

Αυτά τα set top boxes έχουν την δυνατότητα να προβάλλουν κανάλια HD

HD Set-tops with Hard Drives

Αυτά τα set top boxes πέρα από την υποστήριξη της παραπάνω λειτουργίας μπορούν να εγγράφουν το περιεχόμενο στο σκληρό δίσκο που διαθέτουν.

HD Set-tops with Integrated Recording Unit

Αυτές οι συσκευές υποστηρίζουν την εγγραφή σε δίσκους Blu-ray και HD-DVD.

8. VIDEO ON DEMAND (VOD) OVER IP DELIVERY NETWORKS

 

8.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η νέα τεχνολογία του VOD, έρχεται για να αλλάξει τα σημερινά δεδομένα στον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι βλέπουν και χρησιμοποιούν την τηλεόραση. Με αυτή την υπηρεσία, οι πελάτες μπορούν να έχουν πρόσβαση σε μία ηλεκτρονική βιβλιοθήκη, όπου θα είναι αποθηκευμένες οι ταινίες και οι τηλεοπτικές σειρές που θέλουν να δουν και θα μπορούν να τις επιλέξουν όποια στιγμή θέλουν. Επίσης επιτρέπει στους πελάτες να παρακολουθήσουν τηλεόραση σύμφωνα με κάποιο πρόγραμμα που θα έχει ο πάροχος τους. Έχει επεκταθεί ευρέως από τον τομέα της βιομηχανίας καλωδιακής τηλεόρασης και χρησιμοποιείται για να ανταγωνιστεί τις προσφορές από τους προμηθευτές δορυφόρων και τηλεπικοινωνιών.

vod_photo.jpg

8.2. ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ PAY PER VIEW (PPV)

Αυτή η επιχείρηση, δηλαδή να πληρώνεις για να δεις κάποιο τηλεοπτικό περιεχόμενο ξεκίνησε την δεκαετία του 70 στις ΗΠΑ. Ο πρώτος λογαριασμός για μια ζωντανή μετάδοση PPV ήταν στην πόλη Columbus στην πολιτεία Ohio των ΗΠΑ.

8.3. ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΤΟ PPV

Ένα σύστημα PPV επιτρέπει μόνο στους εξουσιοδοτημένους χρήστες (συνδρομητές)να παρακολουθήσουν ένα γεγονός όπως μία ταινία ή ένα ποδοσφαιρικό παιχνίδι, χρησιμοποιώντας ένα set-top box(αποκωδικοποιητή) που τους παρέχει η εταιρεία PPV. Μία interactive εφαρμογή χρησιμοποιείται για την ενημέρωση των πελατών για τα προγράμματα που θα μεταδοθούν. Αυτή η εφαρμογή PPV επιτρέπει στον πελάτη να αναζητήσει προγράμματα που θα μεταδοθούν συγκεκριμένη μέρα και ώρα, το εβδομαδιαίο πρόγραμμα καθώς και οι καλύτερες μεταδόσεις που θα γίνουν σύντομα. Η οθόνη επιλογής είναι επεξεργάσιμη και μπορεί να είναι μοναδική για κάθε πελάτη, σύμφωνα με τις ανάγκες του. Για να επιλέξεις κάποιο πρόγραμμα χρησιμοποιείς ένα τηλεκοντρόλ και εισάγεις και τον προσωπικό σου κωδικό. Οι εφαρμογές PPV επιτρέπουν στους πελάτες να πληρώνουν με προπληρωμένες κάρτες ή με μηνιαία συνδρομή .Τα βήματα που ακολουθεί ο πελάτης για να δει κάποιο πρόγραμμα είναι τα ακόλουθα:

(1) ο συνδρομητής επιλέγει το πρόγραμμα VoD από την interactive εφαρμογή που τον ενδιαφέρει .

(2) το IPTVCD αποδέχεται την εντολή και στέλνει την οδηγία στο κέντρο δεδομένων.

(3) το σύστημα πρόσβασης ταυτοποιεί τα στοιχεία του συνδρομητή ώστε να παρακολουθήσει το περιεχόμενο του VoD.

(4) μόλις η πρόσβαση εγκριθεί, ένα unicast stream ξεκινά από τον πάροχο προς τον συνδρομητή .

(5) το IP stream ελέγχεται από το συνδρομητή.

Τα οφέλη για τους πελάτες των συστημάτων VOD περιλαμβάνουν τα ακόλουθα στοιχεία:

  • μπορείς να παρακολουθήσεις όποιο πρόγραμμα θες την στιγμή που το θες, χωρίς να χρειάζεται να επισκεφτείς κάποιο κατάστημα με DVD.
  • επιτρέπει στους τηλεθεατές να σταματάνε την προβολή, να την προχωράνε προς τα εμπρός ή να προς τα πίσω.
  • παρέχει άμεση πρόσβαση σε μια μεγάλη ποικιλία και υψηλής ποιότητας τηλεοπτικού περιεχομένου.
  • μπορείς να δεις το τηλεοπτικό περιεχόμενο σε οποιαδήποτε συσκευή που είναι συνδεδεμένη στο διαδίκτυο μέσα στο σπίτι του συνδρομητή.

8.4. ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ IP-VOD

 

1) PUSH VOD

Βασίζεται στην έννοια ότι το τηλεοπτικό περιεχόμενο στέλνεται από τον VOD server σε έναν IPTVCD σκληρό δίσκο. Αυτή η μεταφορά δεν γίνεται σε ώρες αιχμής, αλλά συνήθως αργά το βράδυ τα Σαββατοκύριακα. Αυτή η ιδέα εφαρμόζεται για να μειώσει τις δυσχέρειες εύρους ζώνης που μπορούν να εμφανιστούν όταν μεγάλος αριθμός των πελατών VoD IPTVCD βλέπει ταυτόχρονα το ίδιο τηλεοπτικό περιεχόμενο. Το ποσό του περιεχομένου VOD που θα αποθηκευτεί στο σκληρό δίσκο, εξαρτάται από το είδος συμπίεσης που χρησιμοποιείται και το μέγεθος του σκληρού δίσκου.

2)MOVIE ON DEMAND

Πρόκειται για την πιο γνωστή VOD εφαρμογή και περιλαμβάνει την κατά απαίτηση διανομή υψηλής ποιότητας τηλεοπτικού περιεχομένου(dvd-quality) μέσα από ένα ψηφιακό δίκτυο. Ανάλογα με το ποσό που πληρώνεις στον πάροχό σου, καθορίζεται και οι λίστα των ταινιών που θα είναι διαθέσιμες, καθώς και το χρονικό διάστημα που θα είναι διαθέσιμες.

3) SUBSCRIPTION VOD(SVOD)

Η υπηρεσία SVoD χρησιμοποιεί την ίδια υποδομή δικτύωσης και διανομής με την υπηρεσία MOD. Σε αυτή την περίπτωση οι συνδρομητές χρεώνονται σταθερά με ένα μηνιαίο ποσό και έτσι έχουν τη δυνατότητα να δουν ένα πακέτο ταινιών που επιθυμούν. Για παράδειγμα ένας κύκλος κάποιας σειράς, όπως το Lost από το κανάλι της Αμερικής που το μεταδίδει, μπορεί να γραφτεί και να αποθηκευτεί στον VOD server και να είναι διαθέσιμο για κάποια περίοδο. Έπειτα ο συνδρομητής στην υπηρεσία SVoD έχει την άδεια να παρακολουθήσει το τηλεοπτικό περιεχόμενο που τον ενδιαφέρει.

4)TELEVISION ON DEMAND

Πρόκειται για έναν νέο τρόπο με τον οποίο μπορούμε να βλέπουμε τηλεόραση. Με αυτή την υπηρεσία, η ζωντανή μετάδοση ενός προγράμματος μπορεί να εγγραφεί, να κωδικοποιηθεί και να αποθηκευτεί στους video servers. Τότε, τα διάφορα κανάλια των υπηρεσιών VOD μπορούν να μεταδώσουν κάποιο τηλεοπτικό περιεχόμενο οποιαδήποτε στιγμή ζητηθεί από τον συνδρομητή. Σε αυτή την υπηρεσία οι πάροχοι των υπηρεσιών πρέπει να έχουν τον απαιτούμενο χώρο για αποθήκευση καθώς και τον εξοπλισμό για την κωδικοποίηση των ψηφιακών σημάτων από τις διάφορες πηγές real-time.

5) HIGH DEFINITION ON DEMAND (HDVOD)

Η υπηρεσία αυτή επιτρέπει στους συνδρομητές της να «κατεβάζουν» ταινίες σε ποιότητα HD για να τις απολαμβάνουν σε επίπεδες ή κανονικές τηλεοράσεις.

6) SUBSCRIPTION MUSIC ON DEMAND(SMOD)

Μια μηνιαία συνδρομή σε μία υπηρεσία μουσικής προσφέρεται από μερικούς παρόχους τηλεπικοινωνιών ως τμήμα μιας προσφοράς IPTV. Εκτός από τη δημιουργία μιας βιβλιοθήκης μουσικής, προτεραιότητα των φορέων παροχής υπηρεσιών είναι να δημιουργήσουν ένα μουσικό κατάστημα που θα είναι διαθέσιμο μέσω του διαδικτύου. Έτσι, οι πελάτες θα μπορούν να αγοράζουν και στη συνέχεια να «κατεβάζουν» το μουσικό περιεχόμενο που τους ενδιαφέρει.

7) NETWORK BASED DIGITAL VIDEO RECORDING (NVDR)

Αυτή η υπηρεσία επιτρέπει στους πελάτες να γράψουν κάποιο πρόγραμμα και στη συνέχεια να έχουν τη δυνατότητα να το ξανά δουν, να πάνε γρήγορα προς τα εμπρός σε κάποιο σημείο που τους ενδιαφέρει ή προς τα πίσω. Η διαφορά του με το VOD είναι ότι το περιεχόμενο του βίντεο αποθηκεύεται σε κάποιον server στο IPTV data center.

8) FREE ON DEMAND(FOD)

Οι υπηρεσίες FOD παρέχουν στους καταναλωτές ελεύθερη πρόσβαση σε μία βιβλιοθήκη που περιλαμβάνει προγράμματα, ταινίες, μουσική και άλλα τηλεοπτικά περιεχόμενα.

9) BANDWIDTH ON DEMAND(BOD)

Πρόκειται για μία νέα υπηρεσία on-demand και επιτρέπει στους πελάτες της να αυξήσουν την ταχύτητα του δικτύου τους «on the fly» για συγκεκριμένες εφαρμογές, όπως για να «κατεβάζουν» ταινίες HD.

10) INTERNET VOD(IVOD)

Τα τελευταία χρόνια, με τη ραγδαία αύξηση της ευρυζωνικότητας, έχει αναπτυχθεί η χρήση του διαδικτύου για την πρόσβαση σε on-demand τηλεοπτικό περιεχόμενο. Η βιβλιοθήκη του τηλεοπτικού περιεχομένου σχεδιάζεται από τη συνεργασία παραγωγών και διανομέων των ταινιών. Αυτό το περιεχόμενο παρέχεται στους συνδρομητές pay-per-view και ο συνδρομητής έχει πρόσβαση μέσω προσωπικού υπολογιστή ή μέσω digital ip set-top box.

11 ) ADVERTISING ON DEMAND(AOD)

Πρόκειται για μία νέα προσέγγιση προκειμένου να συμπεριληφθούν διαφημίσεις στο τηλεοπτικό περιεχόμενο VOD. Η διάρκεια τους είναι από 10 δευτερόλεπτα έως 1 λεπτό και προβάλλονται πριν ή μετά την προβολή του τηλεοπτικού περιεχομένου VOD.

12) EXTENDED VIDEO ON DEMAND (EVOD)

Σε αυτή την υπηρεσία είναι δυνατόν το τηλεοπτικό περιεχόμενο που στέλνεται στο set-top box στο σπίτι του συνδρομητή, να κωδικοποιείται σε τέτοια μορφή που να είναι κατάλληλη για κάποιες φορητές ηλεκτρονικές συσκευές που έχουν πρόσβαση στο ιντερνέτ(πχ κινητά τηλέφωνα). Έτσι μέσα από κάποιες υπηρεσίες όπως 3g , γίνεται εφικτό να παρακολουθούμε video-on-demand «on the move». Το παράδειγμά μας το βλέπουμε και στην επόμενη εικόνα.

vod1.JPG

. .

13) EVERYTHING ON DEMAND(XOD)

Όλοι οι συνδρομητές θα μπορούν να πάρουν τον έλεγχο της τηλεόρασης στα χέρια τους, αφού θα μπορούν να αγοράζουν κάποιο τηλεοπτικό περιεχόμενο και να το λαμβάνουν μέσω του διαδικτύου οπουδήποτε, όχι μόνο στο σπίτι τους, χρησιμοποιώντας έναν προσωπικό κωδικό.

14) NEAR VIDEO ON DEMAND (NVOD) SERVICES

Σε αυτή την περίπτωση ένα τηλεοπτικό πρόγραμμα μπορεί να μεταδίδεται από περισσότερα κανάλια με μία χρονική διαφορά(πχ ανά 10 λεπτά). Έτσι, ο καταναλωτής μπορεί να επιλέξει να προχωρήσει προς τα εμπρός ή προς τα πίσω την εκπομπή που βλέπει, ανάλογα με τις διαφορές στους χρόνους μετάδοσης στα διαφορετικά κανάλια, χωρίς εκείνος να αλλάξει κανάλι. Το μόνο μειονέκτημα είναι ότι θα πρέπει να περιμένει να γίνει η φόρτωση του τηλεοπτικού περιεχομένου κάθε φορά που θα γίνεται ένα «άλμα».

8.5. IP-VOD STREAMING SERVERS

Εκτός από τις διάφορες διαδικασίες που εκτελούνται στα κέντρα δεδομένων IPTV, δηλαδή, η κωδικοποίηση, η διαμόρφωση και ο πολλαπλασιασμός, ένας αριθμός μεγάλης χωρητικότητας computers servers είναι εγκατεστημένος έτσι ώστε να παρέχουν τις υπηρεσίες ip-vod στους καταναλωτές. Η βασική λειτουργία των vod streaming servers είναι να ανακτούν και να μεταφέρουν το περιεχόμενο που ζητά ο πελάτης κατόπιν παραγγελίας. Οι ip vod servers είναι σχεδιασμένοι με κάποια βασικά χαρακτηριστικά, όπως μεγάλη δύναμη επεξεργασίας, γρήγορη είσοδο και έξοδο των συστημάτων και μεγάλος χώρος αποθήκευσης. Ευτυχώς, για τους φορείς παροχής υπηρεσιών IPTV οι τιμές για την επίτευξη αυτών των χαρακτηριστικών συνεχίζουν να πέφτουν, ενώ οι ικανότητές τους συνεχίζουν να αυξάνονται. Ένας video server τυπικά περιλαμβάνει παροχή ρεύματος, σκληρούς δίσκους και πολλές κεντρικές μονάδες επεξεργασίας. Είναι ικανός να χειριστεί διαφορετικά είδη συμπίεσης του τηλεοπτικού περιεχομένου, όπως mpeg,avc και vc-1. Μια έξοδος Gigabit Ethernet παρέχει τη σύνδεση προς το διαδίκτυο. Πληθώρα ταινιών και προγραμμάτων είναι αποθηκευμένα στους servers. Οι servers δέχονται requests από κάθε καταναλωτή ξεχωριστά σχετικά με το πρόγραμμα που τον ενδιαφέρει, ο server αναζητά το αντικείμενο που έχει ζητηθεί και το στέλνει πίσω στον καταναλωτή. Οι πιο διαδεδομένοι servers υποστηρίζουν τα εξής χαρακτηριστικά:

  • Advanced streaming capabilities (προηγμένη ικανότητα ροής δεδομένων): περιλαμβάνει την ανάκτηση του περιεχομένου, την μεταφορά μέσα από ένα δίαυλο και την προώθησή του μέσα από το διαδίκτυο προς συγκεκριμένη ip διεύθυνση. Η μεταφορά αυτή πρέπει να έχει πάντα την μέγιστη αποδοτικότητα.
  • Resilience (ανθεκτικότητα): Η ανθεκτικότητα αποτελεί πρωτεύον γνώρισμα, αφού οι servers λειτουργούν καθημερινά και όλες τις ώρες. Έτσι πρέπει να παρέχουν αξιοπιστία και να ελαχιστοποιούν τα σφάλματα.
  • High capacity storage capabilities (υψηλή ικανότητα αποθήκευσης): Οι προηγμένοι servers vod μπορούν να αποθηκεύσουν εκατοντάδες terabytes ψηφιακού περιεχομένου και πρέπει να είναι ικανοί να υποστηρίζουν μια συνεχώς αυξανόμενη βάση δεδομένων.
  • Monitoring (έλεγχος): το λογισμικό των servers περιλαμβάνουν τις λειτουργίες που χρειάζονται για να επιβλέπουν την λειτουργία του και να μας ειδοποιούν όταν τα επίπεδα απόδοσης δεν μας ικανοποιούν.
  • Scalable (εξελικτικός): Οι vod servers πρέπει να είναι σε θέση να παρέχουν την ταυτόχρονη πρόσβαση σε εκατοντάδες πελάτες την ίδια στιγμή, καθώς και διάφορες επιλογές σχετικά με την προβολή του βίντεο, όπως pause, rewind, fast forward. Πρέπει να μπορούν να χειριστούν από χιλιάδες έως και εκατομμύρια συμπιεσμένα video streams.
  • Multiple formats (πολλαπλά είδη συμπίεσης): Οι vod servers πρέπει να μπορούν να στείλουν διάφορα είδη συμπίεσης του τηλεοπτικού περιεχομένου, όπως mpeg, vc-1.
  • Interoperability (Διαλειτουργικότητα): Ο vod server είναι ενσωματωμένος με διάφορα άλλα στοιχεία κλειδιά στο δίκτυο , όπως το σύστημα τιμολόγησης για να επιτρέψει για τις αγορές ταινιών, η υπό όρους πρόσβαση και τα ψηφιακά συστήματα διαχείρισης δικαιωμάτων για να προστατεύσει το αποθηκευμένο περιεχόμενο και οι κωδικοποιητές για να συμπιέσει τα εισερχόμενα ψηφιακά σήματα TV.
  • Real time ingesting of content (λήψη του περιεχομένου σε πραγματικό χρόνο): Οι vod servers πρέπει να λαμβάνουν και να γράφουν το τηλεοπτικό περιεχόμενο σε πραγματικό χρόνο. Οι πιο πρόσφατοι servers είναι σε θέση να συλλάβουν, να καταγράψουν, και να μεταδώσουν το περιεχόμενο στους VoD χρήστες εντός δευτερολέπτων.

8.6. ΠΩΣ ΣΤΕΛΝΕΤΑΙ ΕΝΑ VOD STREAM

vod2.JPG

Τα βήματα με τα οποία πραγματοποιείται μία μετάδοση vod stream μεταξύ του set-top box και του vod server είναι τα εξής :

  • Αρχίζει η επικοινωνία με το CA system. Όταν το σύστημα λαμβάνει ένα αίτημα από κάποιο ip set-top box , το λογισμικό του server επικοινωνεί με το CS system για να επιβεβαιώσει αν ο πελάτης είναι εξουσιοδοτημένος να παρακολουθήσει το περιεχόμενο του βίντεο που ζητάει.
  • Προσδιορισμός του κατάλληλου ip-vod server. Αφού έχει επιβεβαιωθεί η ταυτοποίηση του χρήστη, το λογισμικό προσδιορίζει ποιος server είναι κατάλληλος για να ικανοποιήσει το αίτημα του πελάτη. Η θέση αυτού του server θα εξαρτηθεί από τη διεύθυνση του set-top box που υποβάλει το αίτημα.
  • Aποστολή κλειδιών κρυπτογράφησης μέσω του δικτύου. Μόλις βρεθεί ο διαθέσιμος και επιθυμητός server , το λογισμικό ή το CA system στέλνει ένα κλειδί κρυπτογράφησης στο set-top box ώστε να διευκολυνθεί η αποκρυπτογράφηση του τηλεοπτικού περιεχομένου.
  • Αποστολή ip παραμέτρων. Πρωτόκολλα μεταφοράς ip παραμέτρων, καθώς και η διεύθυνση του vod server στέλνεται στο ip set-top box του καταναλωτή.
  • Αρχίζει η μετάδοση του ip vod streaming. Το εύρος ζώνης είναι διαθέσιμο πλέον και αρχίζει η μετάδοση των δεδομένων. Το ip set-top box χρησιμοποιεί ένα πρωτόκολλο που ονομάζεται Real-Time Streaming Protocol (RTSP) για να διαχειριστεί τη ροή των δεδομένων.

Όταν η ροή των δεδομένων πραγματοποιείται, είναι ευθύνη του λογισμικού του server να συνεχίσει την ροή των δεδομένων χωρίς διακοπή, ακόμα και αν προκύψει κάποιο σφάλμα.

8.7. IP VOD ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ

  • RTP-RTCP: To Real-time Transport Protocol καθορίζει ένα τυποποιημένο είδος πακέτων για την παράδοση του τηλεοπτικού και του ακουστικού περιεχομένου μέσω του Διαδικτύου. Αναπτύχθηκε από την ομάδα εργασίας μεταφοράς video-audio του οργανισμού IETF (Internet Engineering Task Force) και δημοσιεύθηκε αρχικά το 1996 ως RFC 1889, και προωθήθηκε ως RFC 3550 το 2003. Το πρωτόκολλο RTP χρησιμοποιείται ευρέως στα συστήματα επικοινωνίας και ψυχαγωγίας που περιλαμβάνουν ροή δεδομένων (streaming) . Το πρωτόκολλο RTP χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το πρωτόκολλο ελέγχου RTCP (RTP Control Protocol). Όταν το RTP μεταφέρει τα δεδομένα, το RTCP ελέγχει τη διαδικασία της μετάδοσης και είναι υπεύθυνο για την ποιότητα των υπηρεσιών αυτών.
  • RTSP: Το Real Time Streaming Protocol είναι ένα πρωτόκολλο ελέγχου διαδικτύου που χρησιμοποιείται στην επικοινωνία και την ψυχαγωγία, για να ελέγχει τους streaming media servers που χρησιμοποιούνται από τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Το πρωτόκολλο χρησιμοποιείται για να ενώσει και να ελέγξει τη ροή των δεδομένων μεταξύ των τελικών σημείων αποστολής. Οι πελάτες των υπηρεσιών που χρησιμοποιούν το συγκεκριμένο πρωτόκολλο έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν κάποιες εντολές στην αναπαραγωγή του τηλεοπτικού ή του ακουστικού περιεχομένου, όπως το play,pause, rewind, έτσι ώστε να διευκολύνουν την real-time μετάδοση. Δουλειά του RTSP δεν είναι να μεταφέρει το τηλεοπτικό περιεχόμενο, γι’ αυτό χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το RTp που περιγράψαμε παραπάνω.