GIGászok harca. Határokon túl, avagy stream manipuláció és feldolgozás Gbps adatsebesség felett. Tamás Gergely Péter. HFC Technics

Átírás

1 GIGászok harca Határokon túl, avagy stream manipuláció és feldolgozás Gbps adatsebesség felett HFC Technics

2 Áttekintés Enkódolás IP átvitel Chroma subsampling Összefoglalás Felbontások Tartalomtovábbítás Céleszközök Rendszertechnika

3 Áttekintés Az IP fejállomások forradalmasították a sok évig tartó műholdas átvitel egyeduralmát Mára minden nagyobb gyártó rendelkezik IP alapú vételi/streamer eszközzel A technológia megjelenésével és költséghatékonyságával egyre inkább előtérbe került ezen átviteli forma 1

4 Képernyő méretek / felbontások A tartalmak képmérete drasztikusan nő Jelenleg még mindig az SD tartalmak 4K UHD (2160p) vannak jelen legnagyobb mértékben Prémium tartalmak (külföldön) már elérhetőek 4K minőségben is, de főként VoD formában HD (1080p) HD(r) (720p) SD (576i) A növekvő felbontások egyre hatékonyabb képtömörítési eljárásokat igényelnek 2

5 Kódolási eljárások Az SD felbontású tartalmak jelentős arányban még mindig MPEG-2 kódolással érhetőek el A HD tartalmak már kizárólag H.264 / AVC kódolást alkalmaznak. A HD csatornák számának növekedésével egyre több SD tartalom is kezd áttérni az optimálisabb H.264-es kódolásra UHD tartalmak átvitele már H.264-es kódolással sem gazdaságos, a 4K felbontású videókat H.265 / HEVC kódolással terjesztik 3

6 Újgenerációs kódolási eljárások (HEVC) HEVC = Hatékonyabb tömörítési eljárás > 50% bitráta csökkenés a H.264- hez képest > 50% Ideális 4K UHD tartalmak kódolására Erőforrásigényes a kódolási oldalon, kevés erőforrás szükséges a dekódolási oldalon 3

7 Tartalomterjesztés A tartalomterjesztés formátuma jelentősen 1% 15% elmozdult az IP formátum irányába (műholdas átvitel költséges) Az elérhető sávszélességek robbanásszerű 84% 18% 3% növekedésével az IP hálózaton nincs akkora kényszer a tartalmak minimális sávszélességre történő tömörítésére 79% A jobb minőségű tartalmat igény szerint több fukcióra is fel lehet használni IP Műhold Földi dig. (broadcast DVB/IPTV, catch-up, VoD, OTT) 4

8 IP hálózatok új lehetőségei és kihívásai + IP hálózatok nyújtotta redundancia-lehetőségek kiaknázása (hatékony útválasztás, gyűrű topológián történő seamless switching) + Az elérhető Nx10 Gbps sávszélességek lehetőséget teremtenek tömörítetlen videó átvitelre is (SDI over IP) - IP hálózatokon történő adatlopás és visszaélések veszélyt jelenthetnek a terjesztett tartalmakra is - hatékony biztonsági megoldásokra van szükség, melyek a hagyományos IP védelmi megoldásokon túl biztosítják a videó tartalmak védelmét is (video firewall, scrambling) 5

9 Seamless Switching (SMPTE ) Adatfolyamok tükrözött kijátszása 2 különböző irányba X Bármely ág megszakadása esetén Headend csomagvesztés nélkül áll rendelkezésre az eredeti adatfolyam Az adatfolyam formátuma általában RTP, de HUB létezik eszköz, ami nem igényel módosítást, vagy kiegészítést, hagyományos UDP multicast MPEG-TS csomagokkal működik 5

10 Seamless Switching (SMPTE ) Seamless Switching capable receiver Transmitter Input buffer A Input stream Output buffer Path differential Reconstructed buffer Input buffer B Inter Packet Arrival Time 5

11 SDI over IP A hagyományos SDI interfész koaxiális kábelen keresztül üzemel, melynek skálázhatósága és áthidalható távolsága korlátokat állított mindeddig a tömörítetlen tartalmak továbbításának. Az optikai átvitelű SDI már a távolság kérdést megoldja, de saját, elkülönített hálózatot igényel Egy tömörítetlen UHD csatorna bitrátája a következőképp viszonyul ugyanazon csatorna hagyományos HD verziójához: Szélesség: 2x Magasság: 2x Váltottsoros átvitel megszűntetése: 2x Összesen: 8x-os bitráta növekedés Így a továbbítandó hasznos adatmennyiség 4K (3840 x 2160) esetében ~11.9 Gbps Annak érdekében, hogy 1 csatorna átvihető legyen egy 10 Gbps vonalon, általában veszteségmentes kódolást (TICO, JPEG2000) alkalmaznak a nyers adatfolyamra SMPTE /6 Az így előállított jelfolyamból veszteség nélkül visszanyerhető a tömörítetlen, eredeti 4K SDI formátumú adattartalom 5

12 Video firewall A hagyományos tűzfalak erősen limitált kapacitással rendelkeznek, míg a video firewall kimondottan nagysebességű video adatfolyamokra készült A hagyományos tűzfalak szoftveres működésűek, míg a video firewall-ok hardveres (általában FPGA) implementációjúak, ezáltal gyorsabbak A video firewall-ok képesek az MPEG TS folyamok mélyebb feldolgozására, ezáltal szabályok fogalmazhatóak meg az MPEG TS paraméterei alapján az adatfolyamokra Hagyományos tűzfalak szűrési feltételei: forrás/cél IP cím, forrás/cél port, protokoll, stb (IP szintű adatatok) Video firewall hozzáadott szűrési feltételei pl.: PID, Service ID, TS komponensek, stb 5

13 Tartalmak felhasználási célja Felhasználás szempontjából a tartalmakra általában más-más formában és bitrátában van szükség, ezért a szolgáltatási lánc különböző pontjain eltérő eszközökkel célszerű a feldolgozást végezni: Tier 1: Broadcaster feladó, SNG, stúdió / műsorterjesztő rendszerek központjában a lehető legjobb minőség használata a cél (tipikus célhardver AppearTV X10/X20) Tier 2/3: MSO-k, DVB-x műsorelosztási rendszerek központjában a célzott előfizetői bázis irányában elérhető átviteli módszerre optimalizált továbbítás a fontos (pl. Arris ME7000) 5

14 Tartalmak felhasználási célja Tier 1 szolgáltások esetében: Tömörítetlen adatok átvitele IP felett - SDI over IP (pl. sportesemény - stúdió közti kapcsolat) - minőségromlás nélküli átvitel Tartalomelosztás a szolgáltató belső hálózatán, nagy bitrátájú formátumban (HEVC, H.264) Tier 2/3 szolgáltatások esetében: DVB / KTV szolgáltatások: a lehető legkisebb bitrátával még megfelelő minőségű kép továbbítása, többnyire statisztikus multiplexálással előállított MPEG MPTS formában (pl. DVB QAM-ok részére) IPTV szolgáltatások: jó minőségű H.264 MPEG SPTS-ek előállítása (általában rendelkezésre áll megfelelő előfizetői sávszélesség) OTT szolgáltatások: ABR formátumú, különböző minőségi lépcsőkben előállított H.264 adatfolyamok (bizonytalan az elérhető sávszélesség - 3G, LTE, Wi-Fi) 5

15 AppearTV X10/X20 Forradalmi kontribúciós fejállomás Rendkívül alacsony késleltetésű hardver (~1ms) 20 Gbps duplex kártyánkénti adatforgalom 140 Gbps switching kapacitás Dual vezérlő modul Emeltszintű biztonság és védelem HD-SDI, UHD-SDIoIP, JPEG2000, VC2, TICO 96 SDI / X20, 48 SDI / X10 keret HEVC UHD 4:2:2 és HD kódolás 6

16 AppearTV X10/X20 modulok Nagysebességű 10 Gbps IP kártya Seamless switching kompatibilis IP bemenet Tükrözött IP kimenet Tömörített, vagy akár tömörítetlen video átvitel Be- és kimeneti modulok SDI video ASI video 3 Gbps / port, 8 port / modul HEVC enkóder modul 8 HD BNC bemeneti csatlakozás 2xUHD / 1xUHD + 4xFHD/HD/SD / 8x FHD/HD/SD Scrambler modul 2000 csatorna / modul 6 Gbps+ titkosítási kapacitás 6

17 Arris ME7000 Moduláris IP alapú kóder / transzkóder SDI kóder kártya Bármely formátumról bármely formátumra Teljes dekódolás, újrakódolás NG statmux feldolgozás Rendszer redundancia (N+1) Kimagasló hatékonyság, rugalmasság Rendszeren belül kóder, transzkóder, statmux, scrambler* Gbps kapacitás (96 SD vagy 24 HD / 1RU) HEVC UDH 4:2:0 kódolás bemutatója ~1 hónap múlva az Anga show-n 6 *fejlesztés alatt

18 Arris ME7000 felépítése 6

19 Chroma subsampling (színkülönbségjelek alulmintavételezése) Az emberi szem sokkal érzékenyebb a fény intenzitásának változására, mint a színek eltérésére Ezt a tulajdonságot kihasználva optimalizálhatjuk a kódolt képek információtartalmát úgy, hogy a színinformációkat alacsonyabb felbontásban tároljuk/kódoljuk, mint a fényesség adatokat Eredeti kép Fényesség (luma) Szín (chroma) 7

20 Chroma subsampling (színkülönbségjelek alulmintavételezése) Az alulmintavételezést 4x2-es képpont- 4 : X : Y csoportokban végezzük A 4:X:Y jelzés azt mutatja meg, hogy a Fényesség adatok száma Szín adatok adatok száma vízszintesen Szín adatok adatok száma függőlegesen 4x2-es blokk felső sorában (X) és alsó sorában (Y) mennyi színinformációt Luma tartunk meg Jelentősége UDH 60 fps esetén: Chroma X = 2 Y = 0 X = 2 Y = 2 X = 4 Y = 4 4:4: Gbps 4:2: Gbps 4:2: Gbps 4:2:0 4:2:2 4:4:4 7

21 Kontribúciós rendszer Stúdió Adatközpontok IP Internet Külső telepített helyszínek IP Broadcaster Mobil kitelepülések (SNG) Fejállomások Video firewall 8

22 Egy rendszeren belüli IPTV / OTT / KTV transzkóder DVB-C System AppearTV X20 Stat-Mux MPTS output Edge QAM DVB-C ME7000 CCAP PON IPTV System ABR output SPTS output DOCSIS Segmenter CDN Node Middleware Multi-Screen OTT System OTT Clients 8

23 Összefoglalás Mára a tartalomkezelési rendszereknél alapkövetelmény a 10 Gbps adatfeldolgozási sebesség Az említett eszközök lefedik az igényeket a tartalomszolgáltatóktól egészen az OTT rendszerek üzemeltetőiig A tartalmak továbbítása teljes mértékben az IP-s megoldások felé tendál Létezik célberendezés, amely 1 egységben képes kiszolgálni különböző platformokat tartalommal akár 10 Gbps sebességgel 9

24 Áttekintés Enkódolás IP átvitel Chroma subsampling Összefoglalás Felbontások Tartalomtovábbítás Céleszközök Rendszertechnika

25 GIGászok harca Köszönöm a figyelmet!