Системы статистического мультиплексирования

Главная / Каталог продукции / Цифровое Телевидение / Системы статистического мультиплексирования

Системы Статистического Мультиплексирования DiviTrackXE™ и DiviTrackIP™

Для разных вещателей (операторов спутникового телевидения, кабельных и других операторов цифрового телевидения) основная задача – максимальное увеличение списка транслируемых видео сервисов, которые могут быть доставлены в фиксированной полосе при сохранении высокого качества видео изображения. Решением, позволяющим оптимизировать качество видео и эффективность использования полосы, является Система Статистического Мультиплексирования. Эта технология позволяет участвовать нескольким кодерам в процессе интеллектуального мультиплексирования. Компания Harmonic Inc. является признанным лидером в цифровых системах кодирования и мультиплексирования видео. Компания первой использовала технологию Статистического Мультиплексирования DiviTrack™ и ее расширенную версию для работы с видео высокой четкости DiviTrackXE™. Компания Harmonic Inc. поставила на мировой рынок более десяти тысяч VBR кодеров. Вместе с тем, Harmonic Inc. открыла эру использования технологий кодирования видео в формате MPEG-2 и его доставки по протоколам IP/GbE и IP/ATM (GbE – здесь и далее Gigabit Ethernet). В этих случаях сети GbE и ATM выступают в качестве опорных транспортных сетей для связи нескольких «Головных Станций». Это используется при перераспределении контента. Сегодня эта технология используется во всем мире.

Ниже приводится описание Системы Статистического Мультиплексирования видео по IP. Это новый метод эффективной агрегации видео контента, который включает в себя как преимущества коммутирующих IP сетей, так и эффективность использования полосы при статистическом мультиплексировании. Используя эту технологию, операторы могут создавать «Виртуальные Головные Станции». В этом случае любой кодер, расположенный на любом участке сети, может являться частью любого процесса мультиплексирования. Это дает операторам значительное снижение операционных издержек и увеличивает эффективность использования полосы. Ниже приведен обзор технологии статистического мультиплексирования, концепцию и преимущества решений Harmonic Inc., основанных на технологии DiviTrackXE™ по IP, названной в последствии DiviTrackIP™.

Традиционная Система Статистического Мультиплексирования DiviTrackXE™

Данный раздел описывает статистическое мультиплексирование и принцип его реализации в решении DiviTrackXE™. Система Статистического Мультиплексирования – это технология высокоэффективной агрегации контента, позволяющая операторам обеспечивать максимальное количество видео сервисов в заданной полосе. Система Статистического Мультиплексирования обобществляет имеющуюся полосу для нескольких сервисов. Мультиплексор предоставляет каждому сервису ровно столько полосы, сколько ему требуется в данный конкретный момент времени. Таким образом, сервисам с более сложными сценами в данный момент времени предоставляется больше полосы. Такая технология обобществления позволяет обеспечить минимально возможную полосу для каждого сервиса. Система DiviTrackXE™ позволяет организовать статистическое мультиплексирование уже при наличии одного мультиплексора и двух кодеров. Данная система основана на архитектуре LookAhead™, которая была разработана исключительно для создания Систем Статистического Мультиплексирования. Архитектура LookAhead™ анализирует поступающий видео контент и создает статистику по сигналу. Далее кодер направляет эту статистику в мультиплексор в том же транспортном потоке ASI, что и видео сервис. Мультиплексор, получив число подключенных кодеров, вычисляет оптимальную полосу для каждого из них и посылает сообщение со значением текущей выделяемой полосы каждому кодеру по обратному каналу ASI, как показано ниже.

Рисунок 1. DiviTrackXE™ Статистическое Мультиплексирование

Распространение видео вещательного качества по IP

Доставка видео сервисов в формате MPEG-2 по IP влечет за собой инкапсуляцию транспортных потоков MPEG-2 в стандартную схему UDP/IP. Транспортный уровень может быть представлен как сетью GbE, так и сетью ATM. Возможна инкапсуляция как в режиме unicast, так и в режиме multicast, которые определяются значением IP-адреса и UDP-порта точки назначения. Для повышения надежности и снижения количества ошибок необходимо максимально снизить количество неисправных пакетов, а также минимизировать некорректную обработку пакетов и их потерю. Кроме того, необходимо ограничить задержку и джиттер для каждого приема. Harmonic Inc. является первой компанией, которая разработала и внедрила оборудование инкапсуляции транспортных потоков MPEG-2 в IP-пакеты, что впервые позволило транслировать видео вещательного качества по сети IP. Имея огромный успех, это решение стало началом полноценного перехода от кабельной индустрии к Gigabit Ethernet. К началу 2005 года более миллиона MPEG-2 видео потоков передавались с использованием продуктов Harmonic Inc., основанных на IP. В этой связи, Harmonic Inc. приступил к внедрению протокола IP во все свои решения и начал поддерживать своих партнеров в подобных начинаниях. В результате, большинство соединений оборудования в «Головной Станции» можно осуществить по протоколу IP. Это позволяет создать более гибкую, масштабируемую и дешевую архитектуру, нежели ранее.

Концепция современной Системы Статистического Мультиплексирования DiviTrackIP™

DiviTrackIP™ – это реализация Системы Статистического Мультиплексирования DiviTrackXE™, которая преимущественно использует коммутирующую сеть IP, нежели соединения DVB-ASI, для обмена информацией между кодерами и мультиплексорами (см. рис. 2). При разных методах подключения нет разницы в используемых алгоритмах DiviTrackXE™, поэтому и нет разницы в качестве видео и эффективности использования полосы при использовании IP. Более того, так же, как и DiviTrackXE™, DiviTrackIP™ поддерживает как видео стандартного разрешения (SD), так и видео высокой четкости (HD). Кроме того, поддерживаются такие форматы сжатия, как MPEG-4 AVC (H.264) и SMPTE VC-1. Несмотря на это, DiviTrackIP™ имеет множество преимуществ, которые будут указаны ниже.

Система DiviTrackIP™ требует наличие трех видов трафика между кодерами и мультиплексорами: транспортные потоки MPEG, содержащие закодированный видео контент, потоки статистики и сообщения о текущей скорости. Для динамического распределения сервисов по выходным транспортным потокам кодеры и мультиплексоры используют IP multicast. Обмен информацией о текущей сложности изображения и о текущей скорости потока позволяет кодеру и мультиплексору синхронизировать свои выходы для наиболее эффективного сжатия и наилучшего статистического мультиплексирования, даже, несмотря на то, что этот обмен осуществляется по сети, которая иногда подвержена джиттеру и задержкам. На рисунке 2 сеть между системными компонентами DiviTrackIP™ изображена в виде облака. Может быть использована любая коммутирующая сеть, с заданной пропускной способностью, как например GbE или ATM. Система DiviTrackIP™ способна работать на любой топологии сети IP, созданной для передачи видео. Эти сети обычно имеют QoS, что способствует хорошей работе DiviTrackIP™.

Рисунок 2. Архитектура DiviTrackIP™

Преимущества DiviTrackIP™

Система DiviTrackIP™ имеет значительные преимущества в сравнении с традиционными решениями статистического мультиплексирования:

«Любой сервис на любой мультиплексор» - возможность осуществления соединения кодер-мультиплексор «каждый с каждым». Данная Система Статистического Мультиплексирования не требует постоянного контроля общей топологии соединений. Так как используются коммутационные технологии IP, то это позволяет достаточно просто осуществлять маршрутизацию входящих сервисов по мультиплексорам. Затем каждый мультиплексор автоматически настраивается, посредством протокола IGMP он получает команды относительно принимаемого сервиса от каждого подключенного к нему кодера. Это упрощает начальную настройку и любое последующее изменение системной конфигурации. Более того, эти изменения могут осуществляться динамически и автоматически в соответствии с сеткой вещания оператора.
Нет ограничений на длину соединений. IP сети исключают ограничения на длину соединений, которые ассоциируются с инфраструктурами маршрутизации ASI. Таким образом, операторы могут строить «Виртуальные Головные Станции» с удаленным статистическим мультиплексированием, при котором все кодеры и мультиплексоры могут быть территориально распределены.
Усовершенствованная технология эффективного использования полосы. При использовании оптимизированных VBR пулов в распределенных архитектурах агрегации контента значительно увеличивается эффективность использования занимаемой полосы.
Низкая стоимость. В связи с широкой распространенностью сетей Ethernet, которые в настоящее время обширно представлены в качестве домовых и офисных локальных сетей, все компоненты сети (кабели, маршрутизаторы и коммутаторы) гораздо дешевле ASI аналогов.
Самонастраивающаяся архитектура маршрутизации. Используя multicast и IGMP, мультиплексор может динамически запрашивать потоки, создаваемые подключенными к нему кодерами, без необходимости перенастройки оборудования коммутации и маршрутизации. Инфраструктуры маршрутизации, основанные на ASI, напротив требуют детальной настройки маршрутизаторов.
Гибкая сетевая архитектура. Используя multicast, операторы могут сделать доступными потоки кодеров любым мультиплексорам в сети. Маршрутизация ASI напротив требует дополнительного аппаратного оборудования (распределители, усилители и др.) для решения подобной задачи.
Усовершенствованная системная масштабируемость. Наращивание дополнительных сервисов осуществляется просто подключением новых кодеров к свободным Ethernet портам коммутатора и правильной настройкой системы управления NMX Digital Service Manager™.
Низкая стоимость подключений и простота. Свойство двунаправленности всех подключений IP позволяет посылать информацию о назначении скорости от мультиплексора к кодеру по тому же физическому кабелю, что и сам контент, что по существу уменьшает количество кабелей в 2 раза.
Улучшенная система резервирования. Обычно операторы выбирают схему резервирования N:1. Таким образом, M мультиплексоров требуют наличия M резервных кодеров. Используя гибкость IP сетей, можно организовать пул резервирования кодеров. В этом случае, будет достаточно одного или двух кодеров для резервирования всего оборудования перекодирования целой «Головной станции». В архитектурах же ASI необходим как минимум один резервный кодер на каждый мультиплексор, что является неэффективным использованием оборудования резервирования.
Самовосстанавливающаяся сеть. IP сети имеют такие опции, как автоматическое определение путей и маршрутов, что позволяет сети самостоятельно восстанавливать свою работоспособность при обрыве составляющих ее каналов без вмешательства пользователя.
Поддержка многочисленных сервисов и пулов. DiviTrackIP™ поддерживает до 24 сервисов на одном пуле и до трех пулов статистического мультиплексирования в одном транспортном потоке. Это еще одно преимущество DiviTrackIP™ по сравнению с DiviTrackXE™.
Компактные размеры. По сравнению с традиционными статистическими мультиплексорами, которые требуют наличия двух ASI портов для каждого кодера в пуле, мультиплексоры DiviTrackIP™ используют один вход Gigabit Ethernet для обслуживания всех входов. В результате, размер мультиплексора уменьшается с 4RU до 1RU. Это экономит около 75% места, которое в ином случае было бы зарезервировано под мультиплексирование.