Организация студийных IP-структур для вещания

Вот уже более пятнадцати лет как телевещание в сетях Интернет (глобальное) и IPTV (локальное) «тихой сапой», то есть медленно, но уверенно завоевывает себе «жизненное пространство» в медиасреде.

Можно смело утверждать, что день «Х», когда телевещатели смогут использовать IP-технологии на всех стадиях от съемки до распространения, уже наступил.

Проникновение сетевых технологий в производственные студии длится еще дольше — это обусловлено следующими техническими и экономическими ограничениями:

— пропускной способностью линий связи — лишь в последние годы скорость передачи данных превысила 10 Гб/с;

— несовершенством алгоритмов маршрутизации транспортных потоков и защиты данных;

— дороговизной физических линий связи: сетевые IPрешения были доступны только ограниченному кругу крупных компаний.

А началось все еще в прошлом веке, с началом перехода телекомпаний на нелинейные технологии в сферах производства и вещания, когда остро встал вопрос сетевой интеграции. Вначале разрозненные монтажные станции соединялись посредством стандартной офисной сети Ethernet.Так как изначально эти сети разрабатывались для передачи компьютерных пакетов данных, их транспортные возможности очень скоро исчерпались. Необходимо было искать новые решения, ведь для того чтобы интегрировать цифровой видеоконтент, имеющий потоковую сущность, с пакетной природой IP-сетей, необходимо было преодолеть несколько технологических барьеров.

«Временное дрожание» (Jitter) — изменение во времени задержки между пакетами данных выражается в «рваной», неравномерной передаче видеосигнала. Допустимое значение этой величины для потокового видео — не более 50 нс, тогда как в сети Ethernet он может достигать 100 мс.
Потеря пакетов — обычное, в сущности, явление в сети, случающееся в моменты пиковой нагрузки, — выражается в появлении видимых «дыр» в видеоряде.
Нарушение логического и временного порядка в следовании пакетов видеоданных возникает вследствие того, что пакеты пересылаются разными маршрутами, отличающимися разной скоростью и количеством сетевых узлов.

Поскольку телевизионное производство и вещание переходит на файловый обмен, а с учетом распространения видеоконтента в формате высокой четкости объемы данных растут лавинообразно, это предъявляет повышенные требования к пропускной способности, быстродействию и надежности транспортных сетей.

Для решения этих проблем было создано несколько альтернативных, но дополняющих друг друга сетевых технологий: Gigabit Ethernet, Infiniband, Fibre Channel и др., а также разработано несколько вариантов топологии — «кольцевая», «точкаточка», «звезда» и т. д. В общем случае IP-инфраструктура в рамках телекомпании строится для решения двух задач: управления и обмена большими объемами данных (доступа к ним). Охарактеризуем частные случаи построения IT-структур различной сложности и функциональности.

Недостатки:

— проблема синхронизации данных, когда пользователь рабочей станции «Х» не может быть уверен в том, что использует результаты последней сессии обработки на рабочей станции «Y»;

— увеличение количества подключенных подсистем никак не сказывается на производительности системы в целом, то есть растет не производительность, а количество ошибок вследствие неправильных манипуляций пользователей;

— необходимость использования массивов DAS общей емкостью в несколько раз большей, чем та, которая необходима для размещения всех файлов проектов в условиях одного, общего массива.

Сеть.

Самый простой случай: несколько рабочих станций объединяются в сеть (по схеме «звезда»). При этом каждая станция оснащена своим локальным дисковым массивом DAS (подключается по схеме «точка-точка»). При этом на каждой рабочей станции накапливается определенное количество медиафайлов, часть из которых предназначена для внутреннего использования, другая импортируется с соседних станций, а третья предназначена для экспорта. Совместное использование результатов работ достигается путем передачи данных между массивами DAS рабочих станций в виде копий файлов. Вполне естественно, что обмен медиафайлами и метаданными должен происходить в единой файловой упаковке (контейнере), что улучшает эффективность всей системы в части целостности и синхронизации данных. Бесспорное преимущество реализации IP-структуры данного типа — простота и дешевизна, но при этом она не лишена некоторых недостатков (см. выше).

Массив данных и сервер.

На следующей ступени производственных IP-структур находятся системы на основе разделяемого массива данных и/или единого сервера приложений. В отличие от предыдущей системы, здесь все медиаданные хранятся на едином массиве в одном экземпляре. Это, как правило, сетевые массивы NAS или SAN. Все рабочие станции имеют равные возможности доступа к данным в реальном времени в рамках архитектуры «клиент-сервер». Файлы, являющиеся предметом и продуктом совместной работы, имеют единое описание в форме метаданных, создаются и модифицируются единообразно на всех рабочих станциях клиентов. Проверенным решением является использование стандартных файловых контейнеров по спецификациям AAF и MXF. Спецификация AAF обеспечивает широкие возможности по протоколированию монтажных решений в процессе производства. Спецификация MXF предназначена для обмена готовыми медиапродуктами как внутри одной производственной системы, так и между телекомпаниями. Обе спецификации не накладывают ограничений на используемые алгоритмы компрессии и способы описания аудиовидеоряда метаданными.

Развитие данного варианта построения производственной IP-структуры идет обычно по пути включения в нее единого сервера приложений, в котором концентрируется разделяемая функциональность обработки данных. Дальнейшее развитие сетевых ТВ-комплексов движется по пути наращивания функциональности и вычислительных/транспортных возможностей — для обеспечения каждого клиента всеми ресурсами единой производственной системы, в которой большинство функций выполняется автоматически

Стало возможным использовать IP-технологии в качестве:

— канала для доставки видеоматериалов при производстве программ, когда сюжеты, снятые, например, новостными мобильными группами или спортивными репортерами посредством общедоступных сетей Интернет, передаются в центральную студию для монтажа и вещания;

— основной транспортной сети для видеоматериалов между студиями — как замена устаревающего способа передачи по коаксиальным линиям связи;

— базовой структуры для систем архивирования и хранения материалов на основе разветвленной, многоуровневой иерархии серверов и накопителей;

— основного инструментального средства для организации коллективной работы над проектами в рамках одной студии или корпорации студий.

Ньюсрум.

Типичный пример построения высокоразвитой IP-структуры производственной студии являются комплексы автоматизированного производства новостей — ньюсрумы. В такой системе каждый пользователь получает в свое распоряжение клиентскую часть интегрированного монтажно-редакционного программного обеспечения, выполненную, в большинстве случаев, по принципу портала информационно-поисковых систем.

Передача данных.

В рамках одной телекомпании существует несколько аппаратно-программных сред для передачи данных — все зависит от требуемых характеристик соединения конкретных источника и приемника информации. Используются линии передачи компрессированного и некомпрессированного видео и звука SDI, SDTI, AES, DVB-ASI, TCP/IP, Fiber Channel, ATM. Для управления микшерами, коммутаторами, рекордерами и серверами используются интерфейсы RS-232/422/485. Обмен данными между клиентами и базами данных реализуется на базе протоколов XML, SQL, SOAP, HTTP. Такое обилие стандартов, а главное, большое разнообразие физических линий связи (кабелей) не добавляет удобства в процессе эксплуатации и обслуживания оборудования.

Тенденцией последних нескольких лет стало появление на задней коммутационной панели студийных устройств разъема RJ-45 интерфейса Gigabit Ethernet, позволяющего напрямую интегрировать оборудование в IP-системы. В некоторых специфических устройствах используют более мощные интерфейсы 10 Gigabit Ethernet, Thunderbolt (подробно см. в «625» №6, 2011, стр. 43-47), Infiniband, Fibre Channel, PCI-Express — к таким устройствам относятся станции цветокоррекции и нелинейного монтажа некомпрессированного HD-видео, вещательные и архивные серверы, рендер-кластеры, сетевые массивы дисковых накопителей.

Пропускная способность этих интерфейсов — от 4 Гб/с и выше, что позволяет им работать с некомпрессированным HD-видео с полным цветовым профилем RGB 4:4:4. Однако и пропускной способности стандартного интерфейса Gigabit Ethernet вполне хватает для передачи видео, компрессированного в таких популярных кодеках «без потерь», как Apple ProRes 422 и Avid DNxHD (и их модификациях), а также в распространенных форматах DVCPro HD, AVC Intra, XDCAM HD MXF, QuickTime MOV (H.264). Подключиться к Gigabit Ethernet сетям IP-системы может и «классическое» студийное оборудование, не имеющее этого интерфейса, для чего в ассортименте целого ряда производителей имеются IP-конвертеры или IP-адаптеры.

Изменение сознания.

Буквально на глазах целого поколения телевизионщиков произошли коренные изменения в идеологии и технологиях построения производственных и вещательных студий. Постепенно уходят в прошлое вереницы тележек с кассетами в коридорах студий, бесконечные стеллажи в архивах и громоздкие ленточные рекордеры-«монстры» в монтажных студиях. Старая добрая магнитная лента уже кажется архаикой в современных IT-системах телекомпаний. Высокая производительность при перемещении файлов, кодирование в необходимые форматы и рабочая IT-структура со сложной организацией — все эти составляющие будут определять будущее вещания.

Но, несмотря на то что в последние годы отмечены огромные перемены в инструментах и методах работы создателей медиаконтента, многие старые подходы сохраняются до сих пор. Это удивительно, но дело в том, что гораздо проще обновить технологии, чем изменить психологию. Инновации в IT-технологиях в течение последнего десятилетия создали новые сложности для пользователей, и возникла необходимость того, чтобы люди, которые управляют компаниями и сотрудниками редакций, изменили образ мышления и, главное, саму основу организации процессов.

Современные производственные комплексы телекомпаний — это не только технологии, но и гибкие рабочие процессы, позволяющие эффективно создавать и распространять медиаконтент. Прежде всего, требуется интеграция систем и процессов, которые когда-то были разрознены. ПТС, стационарные АСБ, системы ньюсрум, подразделения архивирования и хранения контента, инструменты постпроизводства, различные типы автоматизации, а также инструменты для создания и управления рабочими процессами должны быть связаны в единую IT-среду и обеспечены необходимым уровнем резервирования.

В России для распространения и доставки ТВ-программ сейчас развиваются два типа услуг IPTV: абонентское спутниковое IPTV DTH (directtohome) и технология, реализующая протокол Video over IP.

Стандартный пакет услуг абонентского IPTV включает в себя:

— головную телевизионную станцию, позволяющую кодировать и передавать в многоадресном потоке сигналы ТВ-каналов в реальном времени;

— платформу «видео-по-запросу» (VOD — video-on-demand), позволяющую хранить видеоматериал и транслировать его в виде одноадресного IP-потока при получении запроса от пользователя;

— интерактивный портал, предоставляющий пользователю возможность навигации по различным услугам IPTV, например, «видео-позапросу»;

— сеть с пакетной коммутацией, предлагающую пользователям как одноадресную передачу, так и широковещательный пакет IPTV.