Digitales Videostreaming IPTV-Signale messen und analysieren

Videosignale via IP-Netze zu übertragen wird immer beliebter. Jedoch gibt es für IPTV keinen einheitlichen Standard. Mit Zunahme solcher Angebote wächst die Anforderung, IP-Verbindungen zu überwachen und zu analysieren. Um IPTV-Signale auszumessen, hat Rohde & Schwarz die Option Gigabit-Ethernet-Internet für das Digital Video Measurement System R&S DVM 400 herausgebracht.

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IP-basierte Netze aus der Telekommunikation werden immer mehr zum Verteilen von TV-Programmen genutzt. Und zwar nicht nur für die Übertragung direkt zum Konsumenten oder zum TV-Sender oder zur Kabelkopfstation, sondern auch für die lokalen Verbindungen von Geräten der Betriebstechnik untereinander. Dabei ist die Frage interessant, was IPTV (Internet Protocol Television) ist. Eine eindeutige Definition oder einen einheitlich anerkannten Standard gibt es allerdings nicht. Dabei gibt es bereits ein heterogenes Angebot: Es reicht vom Streaming kurzer Video-Clips mit geringer Auflösung per Internet auf einen PC bis zur Übertragung von TV-Programmen auf breitbandigen DSL-Verbindungen zu Settop-Boxen mit Ethernet-Anschluss. Weiterhin nutzen Netzbetreiber diese Technik in ihren Backbones, um beispielsweise Sender oder Kabelkopfstationen mit TV-Signalen zu versorgen. Als kleine Vorbetrachtung soll eine kurze Einführung in die Grundlagen der Datenübertragung in IP-Netzen dienen.

Datentransport in IP-Netzen erfolgt aufgeteilt

IP-Netze übertragen die Daten aufgeteilt in einzelne Pakete. In der Regel werden über ein und dasselbe Netz Daten unterschiedlicher Anwendungen geschickt, sie müssen sich also gegebenenfalls einzelne Netzabschnitte dynamisch teilen. Weiterhin können einzelne Pakete einer Anwendung auch auf unterschiedlichen Wegen (über verschiedene Knoten) durch das Netz transportiert werden. Beim Übertragen von Daten über IP-Netze kann es also vorkommen, dass die Pakete einer Anwendung unregelmäßig eintreffen, sich die Reihenfolge der Pakete ändert und eventuell, bei lokaler, temporärer Überlastung eines Netzes, sogar einzelne Pakete verloren gehen.

Je nach Belastung und Situation in einem Netz können diese Effekte hinsichtlich Intensität und Häufigkeit schwanken. Für den Transport von Daten über IP-Netze in Echtzeit, beispielsweise Video- oder Audio-Programmen, wird fast ausschließlich das User Datagram Protocol (UDP) verwendet. Dieses Protokoll hat den Vorteil eines geringen Overheads und benötigt als verbindungsloses Protokoll im Gegensatz zu TCP (Transmission Control Protocol) keine Steuerungsmechanismen wie Paketwiederholungen. Es garantiert dafür aber auch nicht die Vollständigkeit der Datenpakete beim Adressaten.

Um zumindest gewissen Unregelmäßigkeiten wie vertauschten IP-Paketen auf Empfangsseite oder sehr ungleichmäßigen Übertragungsraten entgegenzuwirken, setzt die Anwendungsschicht meist noch ein Steuerungsprotokoll ein. Das ist in diesem Fall in der Regel das RTP (Real-time Transport Protocol), ein Protokoll für die Zwischenpufferung und gegebenenfalls Sortierung der Datenpakete. Die Grafik gibt einen Überblick über die Protokoll-Schichten.

Endgeräte mit individuellen Signalen versorgen

Die Netztechnologie erlaubt es, jedes Endgerät mit einem individuellen Signal zu versorgen; jeder Konsument kann also ein individuelles TV-Programm erhalten. Die Netzlast steigt damit proportional mit der Anzahl der Zuschauer. Um Überlastungen vorzubeugen, wird das Multicast-Verfahren genutzt, das die Programme für mehrere Konsumenten auf gemeinsame Netzabschnitte nur einmal überträgt. Dies lässt sich allerdings nur über einheitliche Startzeitpunkte realisieren. Also wenn die Programme gleichzeitig angeschaut werden. Zum Empfang solcher Programme muss das Endgerät einer Multicast-Gruppe beitreten können. Dies ermöglicht das IGMP (Internet Group Management Protocol).

Zum Steuern von VoD-Anwendungen, bei denen jeder Zuschauer ein eigenes Signal erhält, wird RTSP (Real Time Streaming Protocol) genutzt. Entsprechende Programme werden für einen Konsumenten als Unicast gesendet.

Gigabit-Ethernet-Interface überwacht und analysiert

Die Option überwacht und analysiert IP-Verbindungen und darin enthaltene Transportströme. (Contribution), oder für die Analyse der Signale an IP-Schnittstellen von Geräten zur Signalverarbeitung für digitales Fernsehen wie Encodern oder Multiplexern.

Bei der Schnittstelle handelt es sich um eine Hardware-Option, die vollständig in die Überwachungs- und Analyseanwendung des Messgerätes eingebunden ist. Somit steht die gesamte Signalisierungs- und Alarmierungsfunktionalität des Systems zur Verfügung. Dazu gehören Reporteinträge, Fehlerzähler, SNMP-Traps und die entsprechende Anzeige am Display.

Zahlreiche Signaleigenschaften wie MDI (siehe Bild), Jitter und Datenrate werden in Echtzeit analysiert. Das System überwacht automatisch alle Signale eines Gigabit-Ethernet bis zur vollen Bandbreite und zeigt die Messwerte in einer Tabelle an. Außer der Überwachung der IP-Verbindungen stellt es die ermittelten Messwerte eines ausgewählten IP-Datenstroms grafisch dar.

Die Option kann die Transportströme von drei IP-Verbindungen gleichzeitig extrahieren. Die Transportströme können beispielsweise zur weiteren Analyse durch den R&S DVM400 oder andere Geräte an den drei integrierten ASI-Schnittstellen abgegriffen werden. Eine Besonderheit ist die Möglichkeit, Transportströme über die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle zu streamen, sie also an beliebige Orte im Netz, beispielsweise zur weiteren Analyse oder zur Decodierung der enthaltenen Programme, zu schicken. Das können per IP-Netz empfangene oder auch lokal über die ASI-Schnittstelle zugespielte Transportströme sein. Somit lassen sich auch Transportströme streamen, die das Gerät über die HF-Optionen empfangen hat (beispielsweise DVB-T oder DVB-S2). Das Messgerät lässt sich auch mit einem Transportstrom-Generator ausstatten. Somit ist es als TS- (Transport Stream-) über IP-Generator einsetzbar. Für dieses Funktion werden das RTP über das UDP (User Datagram Protocol) als auch das reine UDP unterstützt.

*Thomas Tobergte ist Produktmanager für Rundfunk- und TV-Messtechnik bei Rohde & Schwarz in München.

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