ВОПРОСЫ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ IPTV

Андрианова Анна Владимирова

студентка 5 курса, кафедра телекоммуникационных систем ФГБОУ ВПО УГАТУ, г Уфа

E-mal: anka-russia@yandex.ru

Воронков Григорий Сергеевич

научный руководитель, ассистент кафедры телекоммуникационных систем ФГБОУ ВПО УГАТУ, г. Уфа

В настоящее время в современных системах связи нашла широкое применение технология IP. Главным достоинством IP-технологии является гибкое перераспределение пропускной способности канала, что позволяет значительно увеличить количество передаваемых данных, при этом не увеличивая скорость передачи. Еще одним достоинством технологии IP является ее восприимчивость к требованиям со стороны приложений реального времени. Примером служит успешно реализованная технология передачи телевизионного эфира в сетях с маршрутизацией пакетов IP.

Технология IPTV (IP-телевидение) – цифровое телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP. Технология IPTV позволяет получать изображение и звук в высоком качестве.

Отличительной особенностью IPTV является вещание по принципу «клиент-сервер» (one-to-one) на последней миле, тогда как кабельное телевидение вещает по принципу «один ко многим» (one-to-many). Еще одной особенностью IPTV является сервис видео по запросу (Video-on-demand) – абонент может заказать просмотр выбранного фильма и включить его не тогда, когда он будет транслироваться, а когда ему того захочется.

Одной из характерных особенностей IPTV является интерактивность, выводящая потребление телевизионного и видеоконтента на принципиально новый уровень. IPTV позволяет записывать передачи без участия пользователя, чему способствует возможность получения интерактивной программы телепередач.

Функциональность IPTV в каждом конкретном случае сейчас ограничена лишь платформами, на которых оператор строит собственный сервис.

Системы IPTV предъявляют очень жесткие требования к характеристикам передачи. Если канал передачи перегружен, то значительно ухудшается качество звука и изображения.

В соответствии с документом TS102034 при распространении цифрового телевизионного сигнала Digital Video Broadcasting (DVB) по сетям IP вариация задержки пакетов не должна превышать 40 мс, а порядок следования пакетов должен сохраняться. В этом документе сказано, что в течение часа допускается не более одного артефакта: число ошибочных пакетов для выполнения этого требования зависит от скорости потока, но желательно, чтобы пакеты вообще не терялись.

Причинами потерь пакетов обычно служат неверная настройка механизмов очередей и правил QoS, перегрузка интерфейсов, изменение маршрутов в сети и скачки задержки, причем качество видео существенно снижается даже при потере 0,5% пакетов. Статическая задержка не является столь критичной для видеосистем в отличие от ее вариации. Вариация задержки пакетов возникает при очередях на сетевом оборудовании, перегрузке интерфейсов и при смене маршрутов в сети [1].

Системы доставки видеоконтента используют протокол UDP, который не предусматривает повторной передачи потерянных пакетов. Поскольку кадр MPEG передается не одним IP-пакетом, а множеством таких пакетов (например, для доставки одного I-кадра могут потребоваться сотни IP-пакетов), то даже небольшой процент потерь последних приводит к высокому уровню потерь кадров (рисунок 1).

Рисунок 1 – Влияние потерь IP пакетов на потери кадров MPEG

Также возникают проблемы, связанные с перестановкой кадров, их дублированием, ошибками PSI (Program Specific Information), CRC, PCR (Program Clock Rate).

Качество восприятия видео (QoE) определяется на уровне контента. Самый известный показатель — оценка Mean Opinion Score Video (MOS_V), которая, как и в случае телефонного MOS, имеет субъективный характер. Комиссия экспертов оценивает качество видеокартинки по 5-балльной шкале: от 0 (неприемлемо) до 5 (отлично). Применяется и комбинированная оценка MOS-AV, характеризующая качество QoE с учетом синхронизации аудио- и видеопотоков.

Для автоматизации процесса разработано множество объективных методов оценки, которые позволяют анализировать сразу несколько потоков. Все методы делятся на две группы: методы, требующие наличия оригинала изображения и методы, которым оригинал изображения не нужен.

Указанные выше технологии реализованы в специальном контрольно-измерительном оборудовании (например, оборудование компаний Ixia и Agilent), обеспечивающим эмуляцию трафика абонентов IPTV и VoD (видео по требованию) в режиме одноадресной и групповой  доставки.

Важной является задача мониторинга функционирования сети. Она решается с помощью специальных анализаторов и/или зондов, устанавливаемых в сети (возможно интегрированных с другим оборудованием, в том числе абонентским) для просмотра «живого» пользовательского трафика. Мониторинг позволяет получать информацию о деградации качества видео при его передаче через централизованную систему управления. Такая технология используется, например, в оборудовании Sencore.

Мониторинг и тестирование сети важны, но они не позволяют повысить качество. Основной способ борьбы с потерями пакетов и с вариацией задержки пакетов является увеличение пропускной способности каналов передачи. Это достаточно дорогостоящий способ, который применим только в собственной сети. Также для борьбы с потерями пакетов можно использовать механизмы инжиниринга и приоритизации трафика, однако, по словам Эди Розенберга, технического директора компании VideoFlow, «реализуемые в настоящее время меры не могут гарантировать 100-процентной защиты от потерь пакетов».

Повысить качество передачи в сетях IP можно путем добавления избыточности в передаваемую информацию. Это достигается с помощью алгоритмов помехоустойчивого кодирования (FEC). Например, алгоритм ProMPEG FEC, который предусматривает обеспечение избыточности путем формирования специальных пакетов FEC. Эти пакеты и пакеты с основной информацией передаются на разные порты UDP, что гарантирует работу не только с приемниками, поддерживающими алгоритм FEC, но и с устройствами, в которых он не реализован. Приемники с поддержкой FEC могут использовать дополнительную информацию для восстановления любых потерянных или испорченных пакетов.

Методы помехоустойчивого кодирования достаточно эффективны, но и они не гарантируют полного восстановления пакетов. Компания VideoFlow разработала инновационный метод VFEC (FEC по запросу), при использовании которого, по утверждению представителей компании, достигается полное восстановление потерянных пакетов при незначительных накладных расходах.

Главной особенность метода VFEC является то, что дополнительная информация (пакеты FEC) передается не все время, а только в случае ухудшения качества передаваемого потока. Решение построено по схеме клиент-сервер и состоит из двух типов устройств: DVP100 Protector (защитник) и DVP100 Sentinel (контролер). Контролеры устанавливаются на принимающей стороне (рисунок 2) и постоянно отслеживают состояние видеопотоков. При возникновении проблем они информируют устройство DVP100 Protector, которое размещается на передающей стороне. Только получив соответствующий запрос, это устройство начинает пересылать пакеты FEC.

Рисунок 2 - Пример установки оборудования VideoFlow в сети

Технология IPTV представляет собой новое поколение телевидения. Такие особенности технологии как видео по запросу и интерактивность, выводят потребление телевизионного контента на принципиально новый уровень. Однако существует ряд проблем, которые невозможно просто проигнорировать. Наиболее существенными являются вопросы качества передачи, а точнее вопросы потери пакетов и вариации задержки пакетов. Решение этих вопросов должно являться главной задачей операторов IPTV.

Существует несколько эффективных способ повышения качества: увеличение пропускной способности и использование помехоустойчивого кодирования. Но и они не гарантируют полного восстановления потерянных пакетов, к тому же являются достаточно дорогостоящими.

При стоимости так называемого «входного билета» 5-6 тысяч рублей, абоненты ожидают картинку и звук высокого качества, однако их ожидания не всегда оправдываются. Некоторые операторы IPTV используют приоритизацию трафика: предоставляя одному абоненту большую часть полосы пропускания. Но и это не самый эффективный способ повышения качества, так как компания оператора рискует потерять клиентов.

Выгодным решением проблемы качества передачи при использовании технологии IPTV являются системы мониторинга с обратной связью, которые позволяют оперативно отслеживать и устранять технические проблемы. Эффективными решениями являются повышение качества активных и пассивных компонентов линий связи и оптимальная настройка длины IP-пакета.

Задержки могут также вноситься и при маршрутизации пакетов, а главное – при повторных прокладках маршрутов. В этом случае логичным кажется проведение экспериментов по настройке протоколов маршрутизации, обеспечивающей уменьшение задержки.

Список литературы:

1.Барсков А. Видео – под контроль // Журнал сетевых решений.‑2011.‑№ 11. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.osp.ru/telecom/2011/11/13011374/ (дата обращения 1.05.2012).

2.Иванцов И. Преобразование и транспорт видеоинформации // Журнал сетевых решений.-2008.‑№ 6. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.osp.ru/lan/2008/06/5221463/ (дата обращения 2.05.2012).

3.Половников С. IPTV: закат рассвета // Мир ПК.-2010.-№ 10. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.osp.ru/pcworld/2010/10/13004930/ (дата обращения: 1.05.2012).