Nové směry v multimediální technice Dr. Ing. Petr Vítek 30. listopad 2006, ČVUT FEL
Nové směry • Interdisciplinární přístup • Softwarové aplikace • Rychlé obměny technologií • Obchodní modely
IP – Internet Protocol, TV - Television IP – In every nook and cranny Prevailing IPTV – Televize šířená pomocí internetového protokolu Webcasting, Video over the Internet, Media streaming/downloading over the Internet – Video šířené prostředím internetu Televize – definice - hromadný sdělovací prostředek - reprodukční systém přenášející pohyblivé (černobílé nebo barevné) obrazy a doprovodný zvuk na dálku bezdrátově, metalickým nebo optickým vedením - médium masové komunikace schopné přenosu zvukověobrazových, audiovizuálních sdělení
Televizní vysílání (broadcasting)– definice - prvotní šíření původních televizních programů a teletextu, určených k příjmu veřejností v kódované nebo nekódované formě, prostřednictvím zemských vysílacích radiových zařízení, kabelových systémů a družic, a to analogově a digitálně Další pojmy: Multicasting, Unicasting, Narrowcasting, Webcasting, Datacasting, Podcasting, Gridcasting, Anycasting
Provozovatel televizního vysílání – definice - právnická nebo fyzická osoba, která sestavuje program, je odpovědná za jeho obsah a pod zvukovým nebo obrazovým označením, jež program nezaměnitelně identifikuje, tento program šíří nebo prostřednictvím třetích osob nechává šířit.
Provozovatel televizního vysílání ze zákona – Česká televize - Česká televize poskytuje službu veřejnosti tvorbou a šířením televizních programů, popřípadě dalšího multimediálního obsahu a doplňkových služeb na celém území České republiky - Česká televize jako provozovatel veřejné služby sestavuje společně s Českým rozhlasem souhrnný datový tok a odpovídá za jeho správu a jeho předání k šíření zemskou sítí vysílacích radiových zařízení Širokopásmová televize (Broadband TV, IPTV) je sdělovací prostředek, kterým se šíří televizní programy nebo pořady na vyžádání (VOD – Video On Demand či NVOD – Near VOD) prostřednictvím obousměrné širokopásmové sítě elektronických komunikací určené k příjmu veřejnosti pomocí set top boxů a zobrazovačů (ploché displeje nebo projektory) nebo televizních přijímačů.
Širokopásmovost - definice -
200 kbps – FCC (Federal Communications Commission)
-
144 kbps – European Commission
-
256 kbps pro rok 2005 – Ministerstvo informatiky ČR (Národní politika pro vysokorychlostní přístup (Broandband strategie ČR)
Širokopásmový přístup – definice dle MIČR -
takový druh přístupu uživatelů k poskytovaným zdrojům a službám, který koncové uživatele neomezuje v tom, co a jak hodlají dělat, kdykoli to chtějí dělat (tj. není tzv. „úzkým hrdlem“ v celém řetězci mezi koncovým uživatelem a poskytovateli služeb a nejrůznějšími síťovými zdroji a je dostupný trvale, 24 denně, 7 dnů v týdnu)
Šíření pořadů prostřednictvím sítě internetu (mezi klientem a serverem) Tři módy pro přenos pořadů: 1. Mód přesunu pořadu (download mode) 2. Mód progresivního přesunu pořadu (progressive download mode) 3. Mód šíření pořadu „proudem“ (streaming mode) Potřebné zařízení pro šíření pořadů internetem: -
Servery pro streaming, kodéry, multiplexery, uživatelská PC s odpovídajícími přehrávači (dekodéry
Porovnání módů
Streaming
Přesun (Download)
Použití
živé přenosy
Přehrávání
Okamžitě (po naplnění vyrovnávací paměti) UDP/IP (User Datagram Protocol) RTP/RTSP
nedostatečná kapacita linky, potřeba záznamu Po přesunu celého souboru TCP/IP (Transmission Control Protocol) HTTP
Možné ztráty paketů
Bez ztráty paketů
Adaptace ke kapacitě linky (kapacita linky = QoS) (více formátů – více verzí s celkovými bitovými toky Servery pro streaming
Adaptace ke kapacitě linky (většinou jedna verze formátu)
Použité síťové protokoly Použité aplikační protokoly Přenášené pakety Použité pásmo
Použité servery
Standardní webové servery
Aplikace
Aplikační protokol
Přenosový protokol
E-mail
SMTP
TCP
Web
HTTP
TCP
FTP
TCP
Streaming media
RTSP
UDP
Vzdálený přístup k terminálu Management sítě
Telnet
TCP
SNMP
UDP
RIP
UDP
Přenos souborů
Protokol pro směrování
Internetové protokoly pro streaming: RTSP (Real Time Sreaming Protocol), RTCP (Real Time Control Protocol), RSVP(Resource ReserVation Protocol), RTP (Real time Transport Protocol), SDP (Session Description Protocol), UDP (User Datagram Protocol)
Internet Protokol (IP) - síťový komunikační protokol (vrstva 3 ISO OSI modelu) Nevýhody pro streaming media: - variabilní síťové zpoždění - příjem paketů v odlišném uspořádání než jak byly vyslány - možnost ztráty nebo poškození paketů Tyto nedostatky musí odstranit protokoly ve vyšších vrstvách: V přenosové a aplikační vrstvě jsou to protokoly UDP a RTP (TCP protokol poskytuje vysokou spolehlivost přenosu ale není vhodný pro streaming z důvodu silné orientace na obousměrný provoz a propojení klient – server)
IP paket pro přenos komprimovaného signálu ve formátu MPEG-2 IP (20 bytes)
UDP (8 bytes)
RTP (12 bytes)
nx188 bytes
Porovnání přenosových protokolů TCP a UDP TCP
UDP
Nutné zavedení spojení před přenosem dat
Bez nutnosti navázání spojení
Obousměrná komunikace
Jednosměrná komunikace, bez interaktivity
Robustní protokol – retransmise
Nerobustní protokol
Protichybové zabezpečení FEC
Detekce chyb
Řízení datového toku
Bez řízení datového toku
Formáty pro streamovaná media Apple QuickTime formát, přípona: *.mov Microsoft Media formát, přípona: *.wma, *.wmv RealNetworks formát: přípona: *.ra, *.rm Flash a další Přenosové módy pro streamovaná media Unicasting – šíření jednoho streamu k jednomu uživateli, VOD služba Multicasting – šíření jednoho streamu do určitých „větví“ sítě – možnost připojení více uživatelů, není VOD služba, bez VTR funkcí, vyžaduje sofistikované směrovače, vyšší efektivita využití přenosového pásma v síti (na rozdíl od módu Unicasting) „Broadcasting“ – šíření jednoho streamu v celé síti, možnost použití pouze v malých LAN sítích, vyloučeno v síti internet
Přenosové módy pro streamovaná media P2P live streaming – uživatelé přijímají streamovaná data od jednoho zdroje a zároveň je odesílají dalším uživatelům – stromová struktura Gridcasting – využití upstream kapacity jako u P2P live streamingu, mřížková struktura, stream rozdělen na několik podstreamů, nezávislost na aktivním účastníkovi, aktualizace aktivních účastníků, 97% úspora pásma při účastí více než 300 účastníků, Octoshape řešení Serverová řešení šíření streamovaných medií - lokální media servery - farmy media serverů - CDN (Content Delivery Network) – koncepce distribučních serverů
Koncept širokopásmové televize: PSTN DSLAM
Modem
Dodatečné služby Kompresní systém
Telefon ATM/IP síť PC
Internet STB TV přijímač
Širokopásmová televize (broadband TV) - čtvrtá platforma pro digitální televizi (vedle terestrické, kabelové a satelitní) - možnost kompenzace ztrát z úbytku uživatelů hlasových služeb u pevných linek - 1.1mil. domácností používalo služeb IPTV ke konci roku 2004 - ke konci roku 2007 se očekává penetrace okolo 15 mil. uživatelů - nejvíce rozšiřující se služba v hustě osídlených městských zástavbách - služba spojená s nabídkou tzv. Triple Play služby (hlasové služby + komunikační služby, vysokorychlostní internet, širokopásmová televize včetně interaktivity)
Služby širokopásmové televize : Interaktivní služby: EPG, interaktivní hry, elektronické služby státní správy (e-government), cílená reklama, síťový osobní recorder, videokonference VOD – streaming nebo downloading ve spojitosti s PVR (Personal Video Recorder) NVOD, plánovaný VOD – film je distribuován uživateli nebo skupině uživatelů v nočních hodinách, kdy je „slabý provoz“ na síti Video podcasting – možnost přehrávání videa (televizních pořadů) na přenosných přijímačích přes STB, který je vybaven záznamem Multicasting televizních programů
Širokopásmová televize (broadband TV) – používané technologie
ADSL (Asymmetric Digital Subsriber Line) Downstream – 8.1 Mbit/s, Upstream – 640 kbit/s ADSL 2 Downstream – 12 Mbit/s, Upstream – 1 Mbit/s ADSL + Downstream – 24 Mbit/s, Upstream – 1 Mbit/s VDSL (Very High Bitrate DSL) Downstream – 52 Mbit/s, Upstream – 3 Mbit/s FTTH (Fiber To The Home) – optická síť, 10 – 100 Mbit/s
Srovnávací tabulka Dosah
Širokopásmová televize lokální
Video streaming přes internet celosvětový
Obrazová kvalita
garantována
negarantována
Obrazový formát
MPEG-2, MPEG-4 kap.2, MPEG-4 kap.10 (H.264, AVC), Microsoft VC1 Obrazové rozlišení SDTV
Apple QuickTime, Windows Media, RealNetworks, Flash QCIF/CIF
Přijímací zařízení
STB + TV přijímač
PC
Bitová rychlost
1-4 Mbit/s
Pod 1 Mbit/s
Ochrana proti kopírování
Chráněno
Většinou nechráněno
Širokopásmová televize (broadband TV) Současná omezení: - nízká přenosová propustnost sítí - ve většině případů nerealizovatelnost současného příjmu více jak jednoho videostreamu, a tím nemožnost záznamu jednoho streamu při paralelní reprodukci jiného streamu nebo současné reprodukci více streamů na různých tv přijímačích - stále poměrně vysoká cena za poskytování Triple Play služeb Prohlášení p. Andrew Burkeho, British Telecom, březen 2005 „ BT vidí příležitost šířit televizi s vysokou rozlišovací schopností prostřednictvím sítí elektronických komunikací (širokopásmových sítí) dříve než se objeví tato služba v běžném vysílání“ (http://news.bbc.co.uk)
Příklady širokopásmové televize v Evropě Fastweb, RAI Click (Itálie) - Triple Play služby od roku 2000 včetně VOD služeb - FTTH (10 Mbit/s) a ADSL (6 Mbit/s) použitá technologie, 180 tis. domácností s BTV službami, 0,5 mil. domácností s vysokorychlostním přístupem do internetu (Fastweb) - volné a placené tv kanály, interaktivní služby (Quizové hry, interaktivní filmy), EPG, TV kamera, videokonference, „videozprávy“ - RAI Click koncept nabízí pořady z archivu RAI v počtu 3500 z toho 1500 jich je k dispozici i přes internet. - RAI Click nabízí všechny tv kanály, které vyrábí RAI (MPEG-2 – 4 Mbit/s) - RAI Click, RAI Digit (DVB-T), RAI Sat (DVB-S), RAI Net (Internet)
Příklady širokopásmové televize v Evropě Free (Francie) - Triple Play služba, zahájení prosinec 2003 - 2 Mbit/s vysokorychlostní přístup do internetu, tv signál kódován v MPEG-2 o rychlosti 3,5 Mbit/s - bez VOD, bez síťové paměti pro záznam, EPG - STB s Wi-Fi rozhraním - poplatek za telefonní a internetové služby je 30 EUR/měsíc, tv služby jsou zadarmo v rámci tohoto poplatku - více jak 100 tv kanálů je k dispozici z toho 25 je v základní nejnižší nabídce -200 tis. STB je v užívání MaLigne (Francie) plánuje BTV (ADSL2) ve formátu HD v polovině roku 2006 s použitím AVC (H.264) kódováním
Příklady širokopásmové televize v Evropě HomeChoice (UK), provozováno společností BT - obtížný start od roku 2000 - 25 tis. uživatelů BTV, 1,25 mil. uživatelů vysokorychlostního internetu - VOD služba, 1 Mbit/s přístup do internetu - poplatek je 35 liber/měsíc - k dispozici jsou filmy na vyžádání + BBC kanály, Discovery, Eurosport a další Vyjádření OFCOMu: „Je třeba připustit, že tradiční lineární vysílání není budoucností. Ke zlomu dojde do roku 2010. Potřebujeme stanovit nový model“ (David Harrison, Head of Broadcasting and New Media) - hybridní služby s DTT a DSAT
Vývoj v multimediální technice (oblast přenosových soustav) • HDTV (2k), SHDTV (4k), UHDTV (8k) • Ochrana nelegální distribuce obsahu: HDCP (HDMI) • Nové standardy: DVB-AMT (DVB-T2), DVB-SH • Mobilní televize (DVB-H, T-DMB, DAB-IP, MBMS (UMTS), MBS (WiMAX)) • DVB – SSU implementace • DVB Project – 45 standardů, 270 společností, 130 mil. přijímačů, implementace na 6-ti kontinentech • Interaktivní aplikace
Nový standard pro pozemní televizi – DVB-AMT Důvody pro vývoj: • HDTV vysílání po ASO • Potřeba nových STB pro HDTV – příležitost pro DVB-AMT (obdobně jako u DVB-S2) • Předpoklady: HDTV v DTT, kmitočtové pásmo, dvojnásobek kapacity než u DVB-T • Vyšší robustnost, vyšší mobilita, zvětšení SFN sítí, vyšší flexibilita pro IP služby • Implementace nových metod: Kanálové kódování (aplikace protichybových systémů: LDPC, SCCC, turbo kódy), MIMO koncept, časové prokládání, odstranění ochranného intervalu, Burst mode pro vysílání atd. • Doba vývoje: max 2 roky
Nový standard pro hybridní pozemně-satelitní televizi – DVBSH • verze DVB-H pro použití ve vyšších kmitočtových pásmech • plánované užití v pásmech L-band a S-band (šířky kanálů: 1,7 MHz a 5 MHz) • Použití systémů z DVB-S2 (FEC, modulace), DVB-H (Time slicing, MPE-FEC) a DVB-IPDC (ESG, CDP atd.) • Specifikace: únor 2007 • Příjem signálu buď satelitní cestou nebo z pozemních opakovačů • Použití OFDM a TDM u satelitní modulace a OFDM u opakovačů
Vývoj v mediální oblasti: • Digitální dividenda • Univerzální pokrytí, universální služba • Analýzy relevantních trhů – trh č. 18 • Frekvenční plánování, GE06, WRC 2007 • Licenční politika (MPEG 4, DVB –MHP) • Must-carry pravidlo • Anti-dumpingová opatření EK (kamery z Japonska) • Regulace v mediích (regulace přenosu, regulace obsahu)
Děkuji za pozornost
[email protected]
