MultiProbe и MultiScreen: мониторинг, который идет в ногу с эволюцией ТВ-рынка

Системы мониторинга параметров представляют собой инструменты для наблюдения и анализа различных характеристик и параметров в системах, устройствах или процессах. Они используются для непрерывного сбора данных о состоянии и работе объектов и их окружения.

Сегодня системы мониторинга сигналов в телевидении играют ключевую роль в обеспечении качества передачи и надлежащего функционирования сетей доставки контента до зрителя.

Эволюция телевидения: от аналога к цифре до приложений (app)

Телевидение прошло долгий путь с момента своего появления, претерпевая значительные технологические и структурные изменения. Рассмотрим ключевые этапы его развития, от аналогового вещания до современных стриминговых платформ, а также развитие технологий, качества изображения и сетевых технологий.

Переход от аналогового к цифровому телевидению в 90-х годах 20 века стал значительным шагом вперед. Цифровое телевидение предложило зрителям лучшее качество изображения и звука, возможность передачи большего количества каналов и внедрение новых сервисов, таких как электронные программы передач, Hbb, субтитры.

С развитием цифрового кабельного телевидения зрители получили доступ к большему количеству каналов и улучшенному качеству передачи сигнала. Кабельное телевидение также позволило внедрить платные каналы и премиум контент.

С приходом Интернета и сетевых протоколов телевидение начало переходить на IP-технологии, что позволило доставлять контент через глобальную сеть или сеть оператора связи. С появлением стриминговых сервисов, таких как Netflix, Hulu и Okko, зрители получили возможность смотреть контент на своих условиях, без привязки к телевизионным сетям. Смарт-приложения (app) для смарт-телевизоров, компьютеров и мобильных устройств изменили способы потребления контента.

Сейчас телевизионные программы и фильмы можно смотреть не только на телевизорах, но и на смарт-телевизорах и мобильных устройствах с операционной системой через установленные приложения (app). Смартфоны и планшеты стали полноценными платформами для потребления видео, что позволяет зрителям оставаться на связи с любимым контентом в любое время и в любом месте.

Лозунг “Выше качество и больше каналов” подтолкнуло мировое сообщество к разработке и внедрению в сфере телевидения новых стандартов и технологий, как в производстве, методов сжатия, так и в транспортировке и отображении контента.

Возможность передавать несколько каналов в одном потоке называется мультиплексированием, а сам поток называется транспортным. Это позволяет операторам предлагать пакеты каналов, что в свою очередь дает использовать одну радиочастоту. Сегодня зрители могут выбирать из сотен каналов, предлагающих разнообразный контент.

Качество изображения прошло путь от стандартного разрешения (SD) до высокого разрешения (HD) и до премиум ультравысокого разрешения (UHD). Современные телевизоры поддерживают разрешение 4K и 8K, что обеспечивает невероятно четкое и детализированное изображение. Частота кадров также значительно увеличилась. От стандартных 25 кадров в секунду телевидение перешло к частоте 50, 60, 100 и даже 120 кадров в секунду, что делает изображение более плавным и реалистичным. Технология High Dynamic Range (HDR) позволяет передавать изображения с большим динамическим диапазоном, что делает цвета более яркими и насыщенными.

Все это привело к тому, что современные телевизионные каналы требуют значительной полосы пропускания. Для передачи одного сжатого канала 4K может потребоваться до 30 Мбит/с, а несжатые видеопотоки и группы каналов требуют ещё большей полосы пропускания до 1-12 Гбит/с. Современные кодеки, такие как H.265, H.266, AV1 и VP9, позволяют сжимать видеопотоки, сохраняя высокое качество изображения при меньшей полосе пропускания, а специальные стриминговые протоколы позволяют передавать видеопотоки с минимальными задержками и максимальным качеством.

Для чего нужны телевизионные системы мониторинга 

На сегодняшний день системы мониторинга параметров являются важным инструментом для отслеживания и анализа различных параметров работы систем и приложений. Традиционные аспекты и принципы таких систем: измерение параметров, сбор и хранение данных, визуализация и отображение данных, оповещения и уведомления, анализ и оптимизация.

В телевидении системы мониторинга параметров и функционирования инфраструктуры играют ключевую роль в обеспечении качества создания, передачи, надлежащего функционирования телевизионных сетей и доставки контента. Здесь к традиционным аспектам и принципам систем мониторинга добавляются специфичные для отрасли аспекты и характеристики:

1. Мониторинг качества видео и аудио: Системы мониторинга включают в себя инструменты для измерения качества видео и аудиосигнала. Это включает параметры, такие как разрешение, частота кадров, уровень сигнала, а также оценку различных артефактов и искажений, которые могут повлиять на восприятие зрителя.
2. Мониторинг сетевых параметров: Системы отслеживают сетевые параметры, такие как задержки, потери пакетов и пропускную способность, что критически важно для передачи телевизионных сигналов через IP-сети или сети передачи данных.
3. Мониторинг мультимедийных потоков (Transport Streams): Системы мониторинга фокусируются на анализе и контроле транспортных потоков Transport Streams (TS). TS используются для передачи множества аудио- и видеопотоков, а также дополнительной информации, такой как субтитры и метаданные. Системы мониторинга анализируют TS на предмет правильной структуры, соответствия стандартам (например, MPEG-2, MPEG-4), а также для выявления любых ошибок или несоответствий стандартам (например, ETSI TR 101 290), которые могут повлиять на качество воспроизведения.
4. Анализ качества обслуживания (QoS) и качестве восприятия (QoE): Системы также оценивают качество обслуживания (QoS) и качестве восприятия (QoE) телевизионных услуг. QoS относится к техническим параметрам, в то время как QoE измеряет удовлетворение зрителей от просмотра, их восприятие качества изображения и звука.
5. Мониторинг устройств и систем резервирования и переключения сигналов: Важным аспектом является мониторинг резервирования сигналов и автоматического переключения на резервные каналы в случае сбоев или неисправностей в основном телевизионном сигнале.

Системы мониторинга параметров в телевидении позволяют специалистам быстро обнаруживать и устранять проблемы, улучшать качество обслуживания, тем самым повышать удовлетворенность зрителей. В эпоху цифровизации и распространения контента через множество платформ и сетей связи такие системы стали ключевым элементом телевизионной инфраструктуры.

Решения для мониторинга MultiScreen и MultiProbe от “Стрим Лабс”

Разработанное компанией Стрим Лабс программно-аппаратного решение для мониторинга качества вещания MultiScreen в начале 2000-х годов представляет собой универсальную систему многоканального инструментального и визуального мониторинга неограниченного количества источников видео, аудиосигналов, ТВ-сервисов и ТВ-каналов. 

Основной функционал данной системы — это инструментальный мониторинг параметров принимаемых сигналов, визуальное представление принимаемых сигналов с отображением их состояния и оповещение пользователей при обнаружении ошибок в принимаемых сигналах.

Система мониторинга MultiScreen была единственным простым и быстрым решением в 2018-2022 гг. отображения множества каналов (мультивьювер) и уведомления об ошибках на экранах дежурных операторов в студиях телеканалов, операторов связи и операторов кабельного\спутникового телевидения. Интеграция с системой видеозаписи MultiRec позволяла расширить функционал системы до создания архива видеозаписей телеканалов.

Система MultiScreen зарекомендовала себя надежным решением для мониторинга вещания на российском и зарубежном рынке и широко используется в проектах крупнейших телекомпаний, эфирных, спутниковых, кабельных операторов, а также провайдеров интернет-вещания и OTT-операторов.

Расширение количества каналов, использование при различных методах распространения, внедрение новых кодеков сжатия и несжатых сигналов высокого разрешения, применение новых стандартов вещания и передачи, добавление вспомогательных сервисов (таких как телетекст, субтитры, многоканальные аудиодорожки, метки SCTE, EPG), а также использование системы разными пользователями и стремление поддерживать несколько точек мониторинга с визуализацией всех этапов распространения в одном интерфейсе – все эти тенденции и запросы достигли предела текущей программной платформы.

Для дальнейшего развития системы мониторинга, внедрения нового функционала, реализации визуализации, а также возможности агрегирования, анализа и оповещения, и соответствовать современным требованиям рынка мониторинга, было принято решение эволюционировать продукт. Новая система мониторинга получила название MultiProbe.

Система MultiProbe представляет собой гибко-настраиваемый и масштабируемый комплекс для обеспечения контроля метрик телевизионных сигналов и мониторинга качества предоставления услуг. Комплекс состоит из пробников для сбора метрик и центрального ядра обеспечивающего принятие решения о статусе доставки сигналов по заданным пользователем, логическим правилам.

Таблица 1 - Отличительные характеристики систем мониторинга компании “Стрим Лабс”

Система MultiProbe в отличии MultiScreen имеет ряд преимуществ и ношеств для мониторинга телевизионных сигналов. Давайте остановимся подробнее на этом.

Добавлена поддержка новых и перспективных типов сигналов:

• SMPTE ST 2110, который представляет собой набор стандартов для передачи мультимедиа, включая цифровое видео, аудио и метаданные по IP-сетям;
• SMPTE ST 2022-6 - передача высокоскоростных медиасигналов по IP-сетям, так называемый “SDI over IP”;
• ОTT сигналы c адаптивным вещанием: HLS и MPEG-DASH;
• SRT (Secure Reliable Transport) - транспортный протокол потоковой передачи видео, отличающийся низкой временной задержкой.

Для контроля качества поставщиков услуг IPTV и работы головных станций к инструментальному контролю добавлены характеристики доставки видео по IP-сетям. согласно методикам RFC 4445. Принцип оценки качества услуг на основе MDI, описанный в RFC 4445 подразумевает формирование интегральной оценки качества по совокупности нескольких факторов, связанных с качеством транспортной сети. Измеряются параметры: параметр задержки DF (Delay Factor), уровень потерь пакетов MLR (Media Loss Rate), MLS (Media Loss Seconds), MLT (Media Loss Total) и другие параметры. 

Для контроля стороннего оборудования системой MultiProbe поддерживаются открытые протоколы взаимодействия: REST, JSON-RPC, SNMP. Например, в систему можно добавить мониторинг устройств, которые обрабатывают потоки. Это дает полную картину контроля, так как причиной деградации потоков может стать именно сбойное оборудование.

Переход на WEB-интерфейс позволяет пользователям системы использовать в работе web-браузеры, и не находится непосредственно в точке мониторинга. Это позволяет работать удаленно и на компьютерах с любой операционной системой. А разграничение прав доступа позволит выполнять задачи и контролировать сигналы в своей зоне ответственности.

Улучшена визуализация в системе. Так, например, можно создать мозаики для трансляции в локальные и публичные сети, создать мозаики с минимальной задержкой для непосредственного контроля на мониторе и организовать формирование динамической визуализации из удаленных точек мониторинга

Встроенный модуль видеозаписи позволил отказаться от системы MultiRec. Считаем, что запись является неотъемлемой функцией систем мониторинга видеосигналов. Модуль записи включает в себя функцию записи исходных потоков, а для сжатия используется транскодирование с широким выбором настроек транскодирования и возможности прожига метаданных. Для экономии аппаратных ресурсов применена функция записи по расписанию и тревожным событиям.

Система стала поддерживать от 2 и более пробников мониторинга, что потребовалось создать новое ядро системы по хранению и анализу данных и улучшить работу пользователя с множеством пробников в части визуализации и дополнительных инструментов.

В части визуализации тракта передачи или распространения сигналов добавлена возможность создания топологий трактов, построения произвольных логических группировок, возможность назначения связностей логических объектов, данный модуль получил название Схемы. Это позволяет кастомизировать и максимально визуализировать тракт передачи под свои задачи.

По сравнению с MultiScreen в MultiProbe добавлена визуализация метрик на графиках и диаграммах, разработан модуль подсчета SLA, модуль формирования тревожных событий и модуль отчетов.

Для удобства применения всех функций и полной возможности системы мониторинга, учитывая пользовательский опыт, интерфейс системы создавался понятным и удобным, в котором сможет разобраться практически любой человек. Внедрены юзабилити-инструменты, кастомизация и персонализация для работы пользователей в UI. Среди них, виртуальные сервисы корреляции, пользовательские рабочие пространства, настраиваемые представления объектов, преднастройки, групповые операции и шаблоны тревожных событий. Постоянно ведется работа по улучшению UI.

MultiProbe обладает широким набором функционала и покрывает все потребности для мониторинга услуг телерадиовещания операторами связи (кабельные, спутниковые, эфирные, OTT, и др.) и телекомпаниями любой величины. 

MultiProbe уже сейчас выходит за рамки систем мониторинга, что позволяет использовать её в других сферах где начинает широко использоваться мультимедийная составляющая, например телемедицина.

Дальнейшие планы по развитию MultiProbe

Развивать продукт означает следить за тенденциями среди производителей медиаконтента, учитывать запросы клиентов и внедрять новейшие технологии в областях, связанных с мультимедиа. Это предполагает практическое использование передовых технологий в продукте, расширение его функционала, повышение удобства использования и предоставление ощутимых результатов для наших клиентов.

В ближайшем будущем нас ждут следующие тенденции в телевидении, такие как DVB-I, 8К и использование 5G и 6G сетей. Пока это планы и в любой момент, стрим развития отрасли может направиться совсем в другую сторону.

В систему MultiProbe активно дополняются новые форматы и протоколы сигналов, необходимые для текущих клиентов. Ведутся работы по переводу системы MultiProbe на кроссплатформенность, в связи разнообразием операционных систем и аппаратных платформ.

Большое влияние в телевидении окажет искусственный интеллект (ИИ). ИИ будет использоваться для обработки больших массивов видео и аудио файлов с целью улучшения их качества. ИИ будет формировать live-субтитры на нескольких языках и даже live-звуковой перевод на основных языках для аудитории. Появятся виртуальные дикторы и контент, создаваемый ИИ.

В системе мониторинга MultiProbe искусственный интеллект уже применяется для фиксации артефактов. Разрабатывается концепция обработки и управления тревожными событиями, управление сценариями по локализации сбоев, восстановления сервиса и услуг в кратчайшие сроки, с применением ИИ.