Выиграй квартиру в Санкт-Петербурге!
 
«Триколор ТВ» ULTRA HD

BLANKOM — последнее поколение статических DVB-мультиплексоров

01.09.2014 > 06:47
В прошлом году исполнилось 20 лет со дня формирования конcорциума DVB.Несколько лет спустя были приняты первые транспортные стандарты DVB-S и -C. DVB-трансляции должны были вписаться в транспортную систему аналогового телевидения.
Вначале спутниковые DVB-потоки без всякого изменения конвертировались в формат DVB-С и отдавались в кабельную сеть. Такие конвертеры были реализованы на специализированных интегральных схемах (ASIC) определенных производителей. Первым вариантом преобразования стало добавление нулевых стаффинговых пакетов, позволяющих уравнять битовую скорость потока, принятого со спутника, со скоростью потоков, принятых в кабельной сети, для упрощения их приема абонентскими приставками. Затем появились статические мультиплексоры, позволяющие собирать многопро­граммный поток из разных источников.

В основе DVB-трансляций лежали и по сей день лежат транспортные потоки MPEG-2 TS, включающие специальные DVB-расширения. Рассмотрим их основные типы и характеристики.
В настоящее время используется несколько вариантов транспортных потоков MPEG-2 TS. Общим для них является то, что они состоят из так называемых транспортных пакетов (TSP — Transport Stream Packets) длиной 188 байт (рис. 1).

В реальной практике довольно часто встречается вариант с применением 204 байт, включающих контрольные биты системы помехозащитного кодирования. Каждый пакет начинается с 4-байтного заголовка, включающего фиксированный байт синхронизации, а также информацию самого заголовка. Часть заголовка составляет идентификатор пакета (PID), определяющий тип пакета. Пакеты одного типа имеют одинаковый PID.

Каждый сервис, передаваемый в транс­портном потоке, может включать собственные временные метки (PCR). Наряду с аудио- и видеоданными транспортный поток также содержит служебные таблицы PSI с информацией о структуре потоков и SI с информацией о контенте. Объединение отдельных транспортных потоков, полученных из разных источников, в единый поток и называется мультиплексированием. В принципе, нет никакой разницы, какого рода данные будут передаваться в качестве «полезной нагрузки». Так, контент, компрессированный в новой системе H.265, будет передаваться в тех же транс­портных пакетах MPEG-2.

Транспортный поток может переносить одну телепрограмму (сервис), в этом случае его называют SPTS (Single Program Transport Stream), или несколько — такой поток получил название MPTS (Multi Program Transport Stream) На рисунке 1 показан второй вариант. Разными цветами отображены составляющие его сервисы, а бесцветное поле соответствует нулевым пакетам. Это просто стафинг, определяющий запас по битовой скорости. Так как транспортный канал стоит немалых денег, то в реальных потоках число стафинговых пакетов минимально.
Как можно видеть, битовая скорость каждого сервиса заметно колеблется во времени, хотя общая скорость остается постоянной — СВR (Constant Bite Rate). поток сформирован статистическим мультиплексором, позволяющим оптимальным образом использовать имеющуюся транс­портную полосу. По IP-каналам сервисы обычно передаются в SPTS-формате. Если SPTS получен из статистически мультиплексированного транспортного потока, то он характеризуется значительными флуктуациями битовой скорости. Такая скорость обозначается аббревиатурой VBR (Variable Bit Rate).

Другой важной характеристикой является порядок следования пакетов во времени. На рисунке 3 приведен пример, иллюстрирующий возможные различия в следовании пакетов с разными сервисами.

Таким образом, на практике используются разные варианты транспортных пакетов, различающихся размерами пакетов, порядком их следования, типом битовой скорости и джиттером PCR. Так что же можно считать «хорошим» транс­портным пакетом? Практика показывает, что введение определенного количества стафинговых пакетов позволяет избежать проблем в любых мультиплексорах, равно как и в MPEG-декодерах.

Возвращаясь к рассмотренному выше статистическому мультиплексору, отметим, что из-за его высокой стоимости и сложности он в основном используется в спутниковом и эфирном вещании.

В кабельном телевидении чаще всего применяют статические мультиплексоры. Этот тип мультиплексоров никак не влияет на скорость аудио- и видеопотоков — кодеры компрессии работают независимо от такого мультиплексора. Рисунок 4 иллюстрирует принцип работы этого мультиплексора. Сначала PID-фильтром убираются все ненужные компоненты потока, в частности нулевые стафинговые пакеты. Оставшиеся компоненты поступают в FIFO-буфер1. Внутренняя логика мультиплексора определяет момент передачи каждого пакета на соответствующий выход. Редактирование компонентов потока (например, таблиц NIT или EIT), если оно необходимо, обычно выполняется внешним процессором, и отредактированные потоки направляются в мультиплексор по отдельному каналу. Так как порядок следования пакетов меняется, то может понадобиться также корректировка PCR. Первые процессоры, появившиеся на рынке, имели очень ограниченную память и, как следствие, очень небольшой FIFO-буфер. И что же происходило, когда такие мультиплексоры обрабатывали потоки с неравномерным распределением пакетов от разных услуг и/или содержащих небольшое количество стафинговых пакетов? Очевидно, что FIFO-буфер мог оказаться переполненным и, как следствие, часть пакетов — потерянными.

Новое поколение статистических мультиплексоров должно уметь работать со всеми типами транспортных потоков. На выходе мультиплексора, работающего в вещательной сети, как правило, требуется поток с фиксированной битовой скоростью. Но, как было замечено выше, большинство транспортных потоков имеют переменную скорость, причем у потоков из разных источников флуктуации скорости не согласованы между собой. На рисунке 5 показаны примеры переполнения канала при поступлении в мультиплексор VBR потоков из разных источников.
Это неизбежно влечет за собой потери пакетов и, в зависимости от объема и характера потерь, может приводить к тем или иным искажениям видео и аудио. Если не принять мер, то могут оказаться пораженными все передаваемые в мультиплексе сервисы. Это серьезный недостаток статических мультиплексоров по сравнению со статистическими.

Простейшим, но наименее эффективным способом избежать этого недостатка является передача на каждый выход только одного потока данных. Более элегантным решением выглядит приоритизация услуг. Как это работает? В гальванике существует термин «жертвенный анод» — это некий слой, который периодически выходит из строя, сохраняя фрагмент машины от коррозии. В статических мультиплексорах последнего поколения также заложен принцип «жертвенного анода». Каждой мультиплексируемой услуге назначается определенный приоритет. В случае превышения на выходе заданного уровня битовой скорости выкидываются пакеты услуги с низшим приоритетом. Если этого окажется недостаточно, то исключаются пакеты услуги, имеющей приоритет второй с конца. Этот гарантирует, что услуги с высшим приоритетом будут адекватно защищены от появления артефактов. Причем, если «жертвенной» услугой окажется какой-то телеканал, то надо исключить пакеты так, чтобы абонент не смог увидеть их потерю напрямую.

Еще одним критерием качества статического мультиплексора является поддержка редактирования всех служебных таблиц DVB, в том числе EIT.
Преимущества мультиплексоров последнего поколения каждый может оценить сам, протестировав оборудование от компании BLANKOM, предлагающей различные варианты статических мультиплексоров собственной разработки.

Кратко представим две модели этого семейства.
Восьмиканальный трансмодулятор QAMOS имеет интегрированный ремультиплексор последнего поколения 9-на-8. Телепрограммы из 8 высокоскоростных спутниковых транспондеров и информационный канал могут быть в произвольном сочетании мультиплексированы в 8 новых MPTS-потоков, которые будут отправлены в кабельную сеть.

Второй продукт — пограничный модулятор QAMOS-IPM. В это устройство интегрирован ремультиплексор последнего поколения 64-на-16. Оно может получить до 62 потоков через интерфейс Ethernet/IP и также имеет ASI-вход. Как и спутниковый трансмодулятор, это устройство имеет плеер транспортных потоков, формирующий 64 входа для мультиплексора. Транс­портные потоки с этих 64 входов могут в произвольной форме быть преобразованы в 16 новых MPTS и отправлены в кабельную сеть.
2-я Международная конференция «Digital TV&Video in Russia. 4K&HDR»
Все Обзоры

Комментарии
Авторизоваться
Выиграй квартиру в Санкт-Петербурге!