Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı

Transkript

1 Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Prof. Dr. Mehmet Şafak Hacettepe Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

2 Kapsam Analog ve Sayısal Yayıncılık MPEG standartları/ Advanced Audio Coding Yüksek Tanımlı TV Sayısal Radyo: DAB, DRM, DRM Plus, HD Radio DVB-T/T2, DVB-H, DVB-S/S2, DVB-SH, DVB-C/C2 Internet TV, IPTV, P2P ile video akışı Gezgin kullanıcılar için TV yayıncılığı (DVB-H ve WiMax) Sonuçlar M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

3 Analog vs Digital TV yamaç etkisi Kaynak: EBU Technical Review - Autumn A. Morello and V. Mignone Görüntü bozulmasının C/N ile değişimi Sayısal TV (QPSK-3/4); Analog FM/TV (Uydu kanalı. Analog alıcı bantgenişliği 36 MHz) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

4 MPEG Standartları M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

5 MPEG-4 Audio, video ve veri ile ilgili kısımlardan oluşur yayınlandı MPEG-4 içeriğinin kullanım alanları yayıncılık (MPEG-2 içeriği ile birlikte), etkileşimli uygulamalar (IP/UDP/RTP, web için AV veri), saklama (hard disk, CD-ROM, DVD). Bir tek veri akışı ile zaman, uzam ve kalitede ölçeklenebilirlik. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

6 Advanced Audio Coding (AAC) Sayısal audio için sıkıştırma standardı. MPEG-2 ve MPEG-4 standartlarının bir parçası. MP3 (MPEG-2) ve Dolby Digital (AC-3) a göre daha iyi başarım Geniş bir veri hızı aralığında MP3 ten daha kaliteli ses 96 kbit/s (stereo) de ses kalitesi CD ninkine yaklaşır. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

7 MPEG-4 Bit rate trends for SDTV video Kaynak: DVB Scene 18, June 2006 M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

8 Yüksek Tanımlı TV (HDTV) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

9 HDTV SDTV den daha kaliteli görüntü Piksel sayısı daha fazla HDTV yayınları DVB-T/T2 ve MPEG-2/4 ile gerçekleştirilebilir. Bir analog TV kanalından 2 HDTV kanalı yayın yapabilir. HDTV audio: AAC yada Dolby Digital (AC-3). M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

10 HDTV HDTV sistemleri üç parametre ile tanımlanır: Çerçeve boyutu: Dikey x yatay piksel sayısı: 1280 x 720 yada 1920 x En-boy oranı: 16/9 = 1280/720 = 1920/1080 Tarama sistemi: Progressive scanning (p) Interlaced scanning (i). Çerçeve hızı: Saniyedeki çerçeve sayısı: 25, 50,.. çerçeve/s. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

11 HDTV Resolution of various formats (Kaynak: ITEA2 HDTVNext projesi) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

12 HDTV HD Ready: Çözünürlük en az 1280 x 720 Ayrı bir TV üstü cihaz gerekir HD Ready 1080p (Full HD): Çözünürlük 1920 x 1080 Ayrı bir TV üstü cihaz gerekir HDTV, HD Ready ile aynı teknik özelliklere sahip Ayrı bir TV üstü cihaz gerekmez M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

13 Sayısal Radyo Sistemleri Eureka-147 DAB sistemi başarısız oldu Temel neden: yüksek veri hızı gereksinimi ve kalite düşüklüğü Digital Radio Mondiale (DRM) <30 MHz te çalışır. DRM Plus <120 MHz bandında çalışacak. OFDM, QAM ve FEC kullanılmakta. 10 khz lik kanalda kanal koşullarına göre 8-35 kbit/s hızlarını destekler. Audio sıkıştırma: MPEG-4 HE-AAC (AAC+) HD Radyo, DRM e benzer özelliklere sahip de ABD de DAB standardı olarak kabul edildi (FCC). Standart açık değil. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

14 DVB Standartları M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

15 DVB-T2 Standart ETSI ye Haziran 2008 de sunuldu. İlk aşamada sabit/taşınabilir terminallere hizmet. Gelişmelere uyumlu Varolan DVB-T altyapısı kullanılabilir İyileştirilmiş SFN başarımı Bantgenişliğini daha esnek kullanım DVB-T ye göre veri hızında ~ % 45 artış Farklı hizmetleri farklı düzeyde koruma özelliği M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

16 DVB-T2 vs DVB-T DVB-T ve DVB-T2 özelliklerinin karşılaştırılması Kaynak: DVB-T2 Fact Sheet M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

17 DVB-T vs DVB-T2 - Sistem Kapasitesi DVB-T ve DVB-T2 nin kapasitelerinin karşılaştırılması (AWGN kanal) Kaynak: DVB-SCENE 27 (49% increase) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

18 DVB-S2 vs DVB-S DVB-S2 nin önemli özellikleri: Farklı modülasyonları kullanabilme Güçlü hata düzeltme kodları Uyarlanabilir modülasyon ve kodlama Ölçeklenebilir bantgenişliği DVB-S ile birlikte çalışabilme DVB-DSNG ve profesyönel uygulamalar DVB-S e göre daha yüksek başarım M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

19 DVB-S2 vs DVB-S 2 DVB-S ve DVB-S2 nin TV yayınları için karşılaştırması (Kaynak: EBU Technical Review 10/04) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

20 DVB-SH Geniş kapsama alanı olan bir uydu/karasal sistem S-bant (2.2 GHz) Video, audio ve veri hizmetleri Elde taşınabilir terminallere hizmet TDM ve OFDM karışımı iki farklı mimari Standart 2008 de yayınlandı. İlk DVB-SH uydusu 2009 da fırlatılacak M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

21 DVB-SH Kaynak: DVB-SH standardı DVB-SH Network Architecture M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

22 DVB-C DVB-C standardı Aralık 1994 te yayınlandı. CABLETV ve SMATV sistemleri için geçerli DVB-C2 nin DVB-C ye göre en az %30 kapasite artışına sahip olması öngörülüyor. DVB-C2, DVB-C ile uyumlu olmak zorunda değil. DVB-C2 nin özelliklerinin 2009 başlarında kesinleşmesi bekleniyor. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

23 DVB-C DVB-C ile DVB-C2 nin olası özellikleri (CfT ye göre) DVB-C2 Fact Sheet August 2008 M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

24 Internet Tabanlı TV Yayıncılığı M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

25 IP-tabanlı TV Internet üzerinden video akışı günümüzde Açık Internet üzerinden (QoS garantisi yok) IPTV (son uzantı, QoS ve erişim denetlenmekte) P2P yöntemi ile sağlanmaktadır. Daha yetenekli sıkıştırma algoritmaları ile bir TV kanalı için gerekli veri hızı düşürüldüğünde açık Internet in kullanılması yaygınlaşabilir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

26 Ekonomik Etkenler Farklı hizmetler bir tek bağ (link) üzerinden tümleştirilerek sunulduğundan, IP tabanlı servis sağlayıcılar için çekicidir: Gelir artışı Video hizmetleri alanında yeni fırsatlar Geniş bantlı hizmet fırsatları İşletme maliyetinde azalma Her farklı hizmet için ayrı bir altyapı ihtiyacını ortadan kaldırmak Hizmet sunumunda iyileşme M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

27 Ekonomik Etkenler IP-tabanlı TV yayıncılığının sunabildiği hizmetler: Standart tanımlı TV (SDTV) hizmetleri, Öde-izle (pay-per-view) hizmetleri, Yüksek tanımlı TV (HDTV), VoD, Sayısal video kayıtlama (DVR) hizmetleri Kişisel video kayıtlama (PVR) Ağda video kayıtlama (NVR) Etkileşimli hizmetler. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

28 Teknik Etkenler Klasik TV yayıncılığında, tüm TV kanalları birlikte ve gerçek zamanlı olarak izleyiciye ulaştırılır. Son uzantı tüm kanalların işgal ettiği toplam bant-genişliğine sahiptir. IPTV hizmetlerinde ise son uzantının (DSL) sınırlı bant genişliği nedeniyle herhangi bir anda alıcıya sadece tek bir TV kanalı ulaştırılabilir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

29 Teknik Etkenler Aşağı yönde veri hızı (Mb/s) Yankee Group, Broadband Access Technologies, Telco Take on Cable with Video Delivery Son uzantı hattı uzunluğu (kft) Çeşitli DSL teknolojilerinin bir çift bakır kablo üzerinde sundukları veri hızının hat uzunluğu iledeğişimi M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

30 Peer-to-Peer Protokolu (P2P) ile Video İletimi M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

31 P2P ile Video İletimi P2P protokolu Internette çoğa-gönderim ve dosya paylaşımını desteklemek üzere geliştirilmiştir. P2P denkler arası IP iletişimini olanaklı kılar. IPTV ise klasik istemci-sunucu modeli ile çalışır. Tipik bir P2P kullanıcısı kişisel bilgisayarından istediği bir video içeriğini hizmet sunucuya yükler yada belirli bir kullanıcı gurubuna dağıtır. Bu tür bir kullanıcı hem üretici hem de tüketicidir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

32 P2P ile Video İletimi P2P teknolojisinin en iyi örneklerinden birisi Skype dir. P2P ile, konutlardaki ADSL abonelerinin veri hızlarındaki asimetri nedeniyle, gecikmeye duyarlı olan yüksek kaliteli canlı video içeriklerinin yüklenmesi kolay olmayabilir. Ancak, gecikmenin çok kritik olmadığı VoD gibi uygulamalar için yeterli sayılabilir. P2P ile IPTV kalitesinde canlı TV yayınlar son uzantıda fiber kablo kullanılması durumunda gerçekleştirilebilir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

33 IPTV M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

34 IPTV Mimarisi Son uzantı (last mile) (DSL) Temel IPTV mimarisi Kaynak: M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

35 IPTV İçerik genişbantlı Internet altyapısı üzerinden IP kullanılarak gerçek zamanlı olarak izleyiciye ulaştırılır. IPTV hizmetlerinde hizmet sağlayıcının sahip olduğu yada denetlediği son uzantıyı kullanılır. Son uzantının denetimi, hizmet sağlayıcı tarafından QoS in garanti altına alınması, faturalandırma, elektronik program rehberi, etkileşimli hizmetler, erişimin denetlenmesi, vb. hizmetlerin sunulmasına da olanak sağlar. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

36 IPTV Video içeriklerinin iletimi için IPTV sistemleri belli bir QoS sağlamak zorundadırlar. IPTV de QoS konusunda göz önünde bulundurulması gereken bazı parametreler: gecikme, gecikme değişimi, paket kaybı, verideki hata miktarı, ve sağlanan net bant genişliği (veri hızı) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

37 IPTV nin Özellikleri M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

38 Etkileşim IPTV kullanıcı odaklı bir systemdir Geleneksel TV yayıncılığı hizmet sağlayıcı odaklıdır Etkileşim için iki yönlü asimetrik iletişim gerekir Multimedia Home Platform (MHP) etkileşimli DVB için bir açık ara yazılım (middleware) standardıdır. Etkileşimli TV uygulamaları audio ve video hizmetleri ile birlikte aynı kanal üzerinden gerçekleştirilebilir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

39 Etkileşim Tipik bir IPTV arayüzü Kaynak:A. Al-Hezmi et al., Int. Conf. Digital Commun. 2006, M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

40 Gezgin Kullanıcılar için IPTV M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

41 Gezgin Kullanıcılar için IPTV Fiber, eşeksenli yada fiber-burgulu kablo topolojisine sahip olan kablo TV sistemlerinde son uzantının tasarım, kurulum ve bakım masrafları oldukça yüksektir. IPTV için kullanılan son uzantının (DSL) kapasitesi ise sınırlıdır. Bu nedenle, son uzantı telsiz ortamda gerçekleştirilebilir. Bu durumda erişim ağları (access networks) da çekirdek ağlar (core networks) gibi IP tabanlı olmalıdır. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

42 Gezgin Kullanıcılar için IPTV Olası sorunlardan bazıları: Canlı video iletiminde gecikmelerin belli bir düzeyin altına çekilebilmesi; Etkin veri hızının bir minimum değerin üstünde tutulabilmesi; Paket kayıplarının en aza indirilmesi; Cep telefonu ile alınan bir görüntünün daha yüksek çözünürlüğe sahip olan bir ekranda görüntülemesi; Alınan bir görüntünün sahip olduğu en-boy oranından (aspect ratio) farklı bir aygıtta gösterilmesi. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

43 WiMAX Üzerinden IPTV WiMAX gezgin kullanıcılara IPTV hizmetlerini sunmak için bir erişim ağı olarak kullanılabilir: Görüş dışı menzillerde (<30 km) yüksek veri hızları (<50 Mb/s). Lisanslı ve lisanssız frekans bantlarında çalışabilir. Bant genişliği ölçeklenebilir ve yönetilebilir. Değişebilen çerçeve boyutlarını destekler. İçerik güvenli iletim için şifrelenmiştir. Telli erişim sistemlerine göre çok daha düşük kurulum ve bakım masrafları. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

44 DVB-H DVB-H ile IP kullanılarak ilk aşamada sabit ve taşınabilir (portable) kullanıcılara aşağıdaki hizmetler sunulabilir: canlı TV, canlı ve isteğe bağlı video, and Internet erişimi. DVB-H standardı (ETSI EN ) Kasım 2004 te yayınlandı. DVB-T sinyalleri ile aynı çoklayıcıyı kullanabilir. DVB-T2 nin bir sonraki sürümüne dahil edilebilir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

45 DVB-H Düşük güç tüketimi Hücresel ortamda yüksek başarım ve dayanıklılık Gezgin kanalda C/N Gezgin kanalda Doppler kayması Vuru gürültüsü (impulse noise) Gezgin terminal için ağ tasarım kolaylığı Tek antenli gezgin terminalin orta- büyük kapsama alanlı SFN de çalışması Gezgin terminal ekranının boyu; düşük veri hızı ihtiyacı M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

46 DVB-H Üzerinden IP Teke Gönderim Kaynak: DVB-H standard MPE: multi-protocol encapsulation TPS: transmission parameter signaling M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

47 DVB-H DVB-H aşağıdaki frekans bantlarında çalışmak üzere tasarlanmıştır: VHF-III ( MHz, tümü yada kısmen) UHF-IV/V ( MHz, tümü yada kısmen) L ( GHz) M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

48 Sonuçlar M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

49 Sonuçlar Sayısallaşma süreci hızla devam etmektedir. DVB-T2, DVB-S2, DVB-C2, DVB-SH ve DVB-H hizmet ve teknolojileri yakınsamaktadır. Video/audio/veri, telli/telsiz, uydu/karasal/kablo hizmetleri yakınsamaktadır. Etkileşimli hizmetlere talep artmaktadır. Çoklu-ortam hizmetleri yaygınlaşmakta, çeşitlenmektedir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

50 Sonuçlar Üçlü hizmet ve telli/telsiz sistemlerin yakınsaması kullanıcı merkezli olan IPTV nin yaygınlaşmasını çabuklaştırabilir. Internet omurgasının ve DSL ortamında son uzantının bantgenişliğinin artırılması gerekir. Internet ortamında verimlilik, güvenlik, akıllı ağ yönetimi, TCP/IP ötesi protokoller, yeni ağ mimarileri, yönlendirme ve adresleme gibi konularda gelişmelere ihtiyaç vardır. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

51 Sonuçlar Telsiz kanallarda IP kullanımından kaynaklanan sorunların çözülmesi gerekmektedir. HDTV, IPTV, DVB-T2, DVB-S2, DVB-H, DVB-SH ve MPEG-4 e geçiş çalışmalar paralel yürütülmelidir. Bu bağlamda teknolojinin doğru seçimi ve zamanlaması çok önemlidir. Frekans planlaması ihtiyacı acildir. M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım

52 Sayısal TV ye Geçişin Zamanlaması MPEG-2 MPEG-4 M. Şafak Sayısal Video ve Audio Yayıncılığı Kasım