ABR ile Yayın ve Çoklu Yayını Birleştirme: M-ABR

Broadpeak çözümün M-ABR (Multicast Adaptive Bitrate) Çoklu Yayın Uyarlamalı Bit Hızı adlı ilk anahtar unsurunu tasarladı. [14]. M-ABR yaklaşımında canlı içerikleri mümkün olduğu kadar çoklu yayın (multicast) ve yayın (broadcast) teknolojilerini kullanarak iletmek ve ardından tekli noktadan noktaya yayına çevirmek var. Böylece dağıtımın çoğu kısmı ölçeklendirilebilirken, ev içi Wi-Fi gibi yerel dağıtımda uyarlamalı bit hızıyla tekli yayın OTT protokollerinin avantajlarından yararlanılıyor. 

Cisco [15] bu fikri benimsedi ve Cable Labs SCTE tarafından standart hale getirilen öneriler [16]  oluşturdu. Yakında daha eksiksiz bir DVB standardının çıkması bekleniyor. 

Şekil 5. Çoklu Yayın ABR

Broadpeak yaklaşımı şu şekilde:

• Kaynak sunucunun yakınında bir yayın dönüştürücü (transcaster – OTT sunucudan aldığı kaynağı çoklu yayın paketine dönüştüren sunucu) bir çoklu yayın görüntü/ses akışının içerisine ABR içeriğini gömer.
• İletim klasik çoklu yayına benzer, fark olarak sadece görüntüyü MPEG-TS yerine standart ABR olarak gömer.
• Hizmetin işletmecisi hem sistemi sadeleştirmek hem de klasik yayına benzer işlevler isterse, sadece tek bir çözünürlük ve bit hızı kullanmayı tercih edebilir.
• Hizmetin işletmecisi birden fazla çözünürlük ve/veya bit hızı da gömebilir. Bu durumda ev Wi-Fi ağı içerisindeki değişken koşullarda farklı ekran çözünürlüklerine sahip mobil aygıtlara çoklu yayın görüntü akış dağıtımı mümkün olur.  
• İçerik dağıtım ağı (CDN) içeriği çoklu yayın kullanarak nanoCDN olarak da adlandırılan bir “çoklu yayından tekli yayın birimine” taşır. Bu ya konutlardaki ağ geçit yolları (gateway) ya da set üstü alıcılarda (STB) olur.
• nanoCDN protokolleri tekli yayına geri çevirir ve yayın/çoklu yayına uygun olmayan aygıtlar dahil her türlü ekrana ABR görüntü dağıtmak için bir mini http akış sunucusu kullanır.
• En son sunum aygıtının içindeki medya oynatıcı normal bir ABR istemci olduğu için, doğru çözünürlüğü ve bit hızını seçer. 
• Bir analiz sunucusu kullanımla ilgili geri bildirimleri toplar, bir deneyim kalitesi (Quality of Experience) analizi gerçekleştirir ve doğru işlemleri yapar.
• Bir görüntü dağıtım aracısı düşük kullanım oranlı içerik için tekli yayın ve çoklu yayın arasında bir hakem gibi karar verir.

M-ABR tekniğinde canlı içerikler yayın/çoklu yayın ağı yoluyla her son kullanıcıya sadece bir kez gönderilir: Hem sunucular hem de ağ altyapıları uygun ve orantılı olarak genişletilir.

Bu teknoloji çeşitli işletmecilerde Broadpeak tarafından ticari olarak uygulandı ve yenileri de gelecek. Technicolor ile Broadpeak çeşitli kurulumları önceden bütünleştirdi ve değerlendirdi:

Ağ geçit yolu kurulumu

Technicolor geniş bant ağ geçit yolu alanında piyasa lideri olduğu için, Broadpeak kendi çözümlerine M-ABR’ın başarılı olmasında ana etken olan Technicolor ağ geçit yolu aygıtlarını önceden bütünleştirdi. 

Ağ geçit yolu kurulumu bu aygıtta çoklu yayın iletimini durduruyor ve STB ile diğer istemci aygıtlara iletimde tekli yayın uyarlamalı bit hızı kullanıyor. Bu yeni protokol Wi-Fi için daha uygun ve set üstü alıcı aygıtlarda maliyet iyileştirmeye imkan veriyor.  

Şekil 6. Çoklu ekran

STB kurulumu

Broadpeak M-ABR birimi önceden Technicolor set üstü alıcılarına bütünleştiriliyor ve tüm erişim yöntemleri (kablo, uydu, karasal mikrodalga, IP ağları) üzerinden canlı doğrusal kanallar sağlıyor. İçeriğin istek üzerine dağıtıldığı ve bu nedenle bir geri dönüş yolu (return path) gerektirdiği tekli yayından farklı olarak, çoklu yayın programların tüm kullanıcılara dağıtıldığı ve IP ağlarından başka ortamlarda taşınacak şekilde kolayca modüle edilebildiği bir dağıtım. 

Bu bağlamda STB aygıtlarında tipik olarak çeşitli radyo alıcıları (tuner) gömülüdür ve akıllı telefonlara, tabletlere, televizyonlara veya ikincil STB’lara bir ağ geçit yolu işlevi görürler; DASH ve HLS gibi tekli yayın protokollerini kullanarak rakipsiz bir deneyim kalitesiyle (QoE) sınıfının en iyisi olan üstün kaliteli içerikleri alırlar. 

Bu yöntem özellikle Technicolor STB bir Wi-Fi erişim noktası iken ağ geçit yolu üzerinden gereksiz yönlendirmeyi ortadan kaldırdığı için verimli. 

IPTV [17] yayın yapılması durumunda eski model bir ağ geçit yolu bir set üstü alıcıya Ethernet üzerinden M-ABR ulaştırabilir. STB M-ABR birimi Wi-Fi yoluyla ikincil ekran aygıtlara sinyal gönderir. Bu yöntem yeni model bir ağ geçit yolu kurmaktan daha kolay olabilir.

M-ABR ana ekrana ek olarak beraberindeki değiştirilmemiş ekranlı aygıtlara verimli iletimi mümkün kılıyor.

Düşük Gecikme: CMAF 

CMAF resmi olarak MPEG-A Part 19 olup, açılımı Common Media Application Format (Yaygın Medya Uygulama Formatı). ISOBMFF’ten türetilen, hem yayın hem http tabanlı dağıtımla uyumlu bir görüntü, ses, üstveri taşıyıcısını ayrıntılı olarak tanımlıyor. 

CMAF hakkında yazının sonundaki kaynaklardan [18] genel bilgi, [19] daha ayrıntılı bilgiler, [20] ise standardın kendisini içeriyor. CMAF düşük gecikmeli bir profil olan CMAF-LL içeriyor. THEOPlayer [21], Akamai [22] ve Bouqueau [23] açık yayınla karşılaştırıldığında kaynaktan ekrana (glass to glass) 1 saniyenin altında gecikmeyi hedeflemek konusunda görüş birliği içerisindeler:

• Kodlama GOP yapısı için katı kurallara bağlı olmalıdır.
• Segmentler tipik 0.2 saniye süreli daha küçük parçalara (chunk) ayrılmalıdır.
• İlk parçalar istemciye, kodlayıcı tarafında segment tamamlanmadan iletilebilir.
• Set üstü alıcılarda ve akıllı aygıtlarda sorun oluşturmayan ama uzmanlık ve yoğun karşılıklı çalışma uyumluluğu testleri gerektiren medya oynatıcının optimize edilmesi gerekir.

Şekil 7. CMAF-LL

CMAF-LL tamamen OTT yaklaşımıyla kullanılabiliyor, fakat internet yayını geniş tampon bellekler gerektirmeye devam ediyor, bu nedenle gecikme hala yüksek.

Aksine, bir yayın/çoklu yayın durumunda ödemeli TV işletmecisi yüksek deneyim kalitesi sunuyor. Kod çözücünün tampon belleğinde tutulan parçaların sayısı azaltılabiliyor. Broadpeak ile Technicolor işbirliği düşük gecikme sağladığını kanıtladı:

• Technicolor Android TV STB alıcılarına CMAF-LL ekliyor; Broadpeak tarafından kullanılan medya oynatıcı tamponları en iyi şekilde yöneterek, televizyon uygulamalarının yayın veya geniş bant protokollerini kullanarak CMAF-LL kapsüllü içerikleri düşük gecikmeyle görüntülemesine imkan veriyor. Örneğin bir SAT radyo alıcısı, CMAF formatında sinyalleri alabiliyor. 
• Broadpeak özellikle tampon boyutu olmak üzere gerçek hayattaki koşulları hesaba katarak CMAF-LL medya oynatıcının ince ayarlarını yapıyor. 
• CMAF-LL, CMAF ileten Technicolor ağ geçit yollarına açık.
• Broadpeak CMAF-LL uyumlu yayın dönüştürücü, görüntü akış sunucuları ve test alkışları sağlıyor. 
• Technicolor sunucular, ağ geçit yolları ve set üstü alıcılar arasındaki karşılıklı Wi-Fi çalışma uyumluluğunu test etmek için bir mikrodalga fırın, duvarlar, ağ topolojisi, tekrarlayıcıları hesaba katan, gerçek mobilyalı Wi-Fi Deneyim Evi adlı bir konut test ortamı kurup kullandı.
• Bu kurulum kaynaktan ekrana, uçtan uca gerçek yaşam testleriyle gecikmenin ve deneyim kalitesinin değerlendirilmesini sağladı.
• CMAF-LL çoklu yayın üzerinden iletiliyorsa, Wi-Fi yerine Ethernet tercih ediliyor; daha az iletim hatası, daha küçük tamponlar gerektiriyor. Deneyler çoğu durumda 200 milisaniyelik bir tamponun yeterli olduğunu gösteriyor. 
• CMAF-LL HTTP tabanlı protokollerle iletiliyorsa Wi-Fi kullanılabiliyor ve toplam gecikme 1 saniyenin altında olması gerekiyor.

Çoklu yayın/yayın üzerinden CMAF-LL ile ABR ve optimize edilen oynatıcı, canlı yayınların düşük gecikmeyle iletilmelerini ve sonsuz ölçeklendirme sağlıyor.

Sonuç olarak bu testler işletmecilerin MPEG-TS yerine yayın/çoklu yayın ortamında güvenle CMAF-LL kullanabileceklerini gösteriyor; Aynı altyapı canlı doğrusallaştırılmamış içerikleri yönetebiliyor. 

CMAF-LL ABR ile yayın/çoklu yayını birbirlerine yaklaştırıyor ve ISP (internet servis sağlayıcı) ağ optimizasyonu sağlıyor. 

Çalışma Çerçevesi: Android TV 

OTT VoD ve canlı görüntü hizmetlerinde patlama yaşanıyor. Şimdi OTT sağlayıcıların içeriklerini tüketicilerin mekanlarındaki donanımlara (Consumer Premises Equipment) dağıtmak için kullandıkları uygulamalara bakalım. Akıllı TV, Apple, Android, PS4 ve Roku’ya hizmet veren Disney iyi bir örnek. 

Bu çözümlerin geçen yılki satışları [24] bu seçeneğin mantıklı olduğunu açıklıyor; parçalanma nedeniyle Android ile karşılaştırıldığında hiçbir Linux + HTML-5 STB çözümü kayda değmez. Değişen tarayıcı teknolojileri, ara yazılım API’leri ve grafikleri, her OTT hizmetinin tek bir yapıda bütünleştirilmesine izin vermiyor. 

Bu durumda set üstü alıcılar için OTT uygulamaları fırtınasını yönetmek, endüstriyel bir şekilde kurulmalarına ve bakımlarına imkan vermek için tek ölçeklendirilebilir yol Android TV. Comcast’ın boyutu ve dev yatırımı sayesinde muhtemelen tek alternatif RDK. 

Ayrıca Android TV çok eksiksiz bir ara yazılım ve standart bir bütünleştirme çalışma çerçevesi. İşletmeci projeyi başlatmadan önce uçtan uca teste imkan vererek, tipik operasyonel kısıtlamaları aşmaya yardımcı oluyor. Çözüm ortakları performansı gerçekçi donanım, yazılım, kullanıcı arayüzü, hizmetler ve gerçek yaşam koşulları ile değerlendirebiliyorlar. Bu tür bütünleşme eski kapalı Linux sistemleri üzerinde mümkün değil.

Android TV’nin avantajlarından önemli bir tanesi, doğrusal görüntü akışlarını 3 katmanda yöneten TV Input Framework (TIF) [25]:

• İşletmecinin denetimi altındaki TV uygulaması sadece standart API’leri kullanıyor ve temelinde yatan M-ABR, CMAF-LL veya FDVB gibi teknolojilerden habersiz. 
• Android TV ara yazılımı TV uygulamalarını doğrusal TV kaynaklarından ilişkisizleştiren birleşik bir TIF soyutlama katmanı sağlıyor. 
• STB üreticisi her görüntü kaynağı için TIF’in altına bir TV girişi uyguluyor.

Şekil 8. TV Input Framework

Broadpeak ile Technicolor çoklu yayın ve tekli yayın ABR’yi dinamik olarak yöneterek canlı içerik için CMAF-LL’yi destekleyen özel bir TV Input oluşturmak için işbirliği yaptılar. Google’ın değiştirilmemiş standart Live Channels uygulaması kullanılarak test edildi, böylece işletmeci kendi TV uygulamasının çalışacağını biliyor.

Bu sayede Android TV çalışma çerçevesi Broadpeak ile Technicolor ön bütünleştirmelerini kolaylaştırarak, ödemeli TV işletmecilerine dağıtımı garantiliyor ve eski yayın formatlarından ABR’ye geçişi kolaylaştırıyor. 

Ortak Vizyon: İşbirliği İçinde Liderler

İşletmeci tarafındaki son zorluk daha az teknik, ama çok önemli. Farklı sağlayıcıların geliştirdiği tüm teknik unsurların karşılıklı çalışma uyumlu olmaları nasıl garantilenerek uyumlu bir uçtan uca sistem oluşturulabilir ve bu yeni hizmetler nasıl güvenle işletilip sürdürülebilir?

Bu sorunun önemi, OTT ile Android TV’nin ortak baskısı altında sağlayıcı işletmelerin hızlı yeniden yapılandırılmalarıyla arttı. 

• Sadece büyük ölçekli projeler için karlı olabilecek ve küçük rakipleri yok edecek büyük yatırımlar yapmak için Android TV’nin önemli teknoloji (SoC, CAS, STB, ara yazılım, uygulama, kullanıcı arayüzü) sağlayıcılara gereksinimi var. 
• Her endüstrinin farklı bir yatırım yaşam döngüsü, ar-ge organizasyonu ve ürün kullanım ömrü var, bu nedenle şirketler kendi ana işleri üzerinde yoğunlaşıyorlar.

Ödemeli TV işletmecilerinin yeni Android ekosistemini benimsemiş olan geleceğe dönük sağlayıcılarla işbirliği üzerinde yoğunlaşmaları gerekiyor. 

Technicolor 

Kırktan fazla ödemeli TV işletmecisi ile çalışan Technicolor, Android TV set üstü alıcılarda lider.  Technicolor başlıca tüm özelliklerin Android TV sürümlerini bütünleştirdi, kurdu ve bakımlarını yaptı:

• Ağlar: DVB C/S/T, ATSC, ISDB-T, multicast IPTV, OTT.
• Güvenlik: PlayReady, Widevine, Nagra, Conax, Synamedia, Viaccess-Orca, Irdeto, Verimatrix vb.
• Netflix. Technicolor Android TV üzerinde en fazla sayıda Netflix kurulumuna sahip (on sekizden fazla).
• Amazon Prime Video. Technicolor tamamladığı 7 Prime Video sertifikası ile Pazar payının yüzde sekseninden fazlasına sahip. 

Broadpeak 

Broadpeak IPTV, kablo, uydu, OTT ve mobil hizmetleri vererek, içerik sağlayıcılar ve ağ hizmet sağlayıcılar için görüntü dağıtım elemanları tasarlıyor ve üretiyor. 

Çözümler ve teknolojiler portföyü filmlerin, televizyon programlarının ve diğer içeriklerin her türlü aygıt üzerinde izlenmeleri için denetimli ağlar ve internet üzerinden dağıtımlarını güçlendiriyor. Şirketin sistemleri ve hizmetleri işletmecilere pazar paylarını arttırmada ve üstün deneyim kalitesiyle abonelerin sadakatini yükseltmede yardımcı oluyor. 

Broadpeak basit kurulumlardan aynı anda milyonlarca görüntü akış kapasitesine erişen büyük dağıtım sistemlerine kadar dünya çapında tüm müşterilerini destekliyor. Broadpeak’in tüm dünyaya yayılan yüzden fazla müşterisi olan işletmeciler sürekli 220 milyondan fazla kullanıcıya hizmet veriyorlar, bu da her ay 6.000 Petabayttan fazla görüntü akışı yapılması anlamına geliyor.

İşbirliğinin avantajları

• Ortak vizyon ve olgunlaşan süreçler. Technicolor ile Broadpeak, Google, Netflix, Amazon, NAGRA, Irdeto, Verimatrix, Broadcom ile uzun süreli işbirlikleri oluşturdular ve sürekli bütünleştirmeler yapıyorlar. Technicolor ve Broadpeak uygun ar-ge, kalite ve sertifikasyon yöntemlerine yatırımlar gerçekleştirdiler. Ekipleri yetenekli ve deneyimli olup, ödemeli televizyonun geliştirilmesi hakkında ortak bir anlayışa sahipler. 
• Projelerden çok ürünler. Android TV’nin kullanım imkanları sayesinde Technicolor ile Broadpeak birlikte piyasa gereksinimlerini öngörebiliyorlar ve Technicolor bir jenerik platformlar yol haritası geliştirip ön sertifikalandırma donanımı, CAS & DRM, Broadpeak M-ABR & CMAF-LL, DVB C/S/T/IPTV, Android TV, Netflix, Amazon Prime Video ve uçtan uca test performansları gerçekleştirebiliyor.
• Endüstriyel uygulama. Android TV tabanlı STB alıcılar donanım ve yazılım bileşenlerini mümkün olduğu kadar paylaşıyorlar. Bu sayede Technicolor üretim sürecini endüstriyelleştirebiliyor. Bu sürecin karakteristik özellikleri; standartlaştırılmış modüller kullanarak ortak bağlantı, sertifikalandırma ve bakım, tamamen otomatik test araçları, özel amaçlı ekipler, net yalıtılmış müşteriye özel kod. 

Sonuç 

OTT hizmetleri görüntü hizmetleri için teknolojiyi ve Pazar beklentilerini değiştirirken aynı zamanda geleneksel ödemeli TV işletmeciliğine büyük darbe vurdular. Ödemeli TV işletmecileri güçlü varlıklarını kullanarak tepki verdiler; müşteri tabanı, marka, ağ, popüler canlı içerik ve yenilik yapma özgürlüğü. Bu devrim başlıca sağlayıcılar için birçok teknik zorluk yarattı. Technicolor ile Broadpeak ABR ile yayın/çoklu yayın arasında yakınlaşmaya dayanan ortak bir yanıt geliştirdiler. Android TV çalışma çerçevesi bu çalışmayı tamamlamaya yardımcı oldu ve ön bütünleştirme, uçtan uca test, ürün yol haritaları içeren, işletmeciler için çok avantajlı bir endüstriyel paradigma sağlıyor. Ödemeli TV işletmecileri artık yeni etkileşimli hizmetler önererek canlı görüntü hizmetlerinin erişimini genişletebiliyorlar ve internet servis sağlayıcılarını üçüncü tarafların OTT hizmetlerine doğru avantajlı bire konuma yerleştirebiliyorlar. Yeni tip içeriklerin ve hizmetlerin artması, ödemeli TV işletmecilerinin toplayıcı rolünü güçlendiriyor, tüketicilere uçsuz bucaksız hizmet ormanında yolunu bulmalarına yardımcı oluyor ve işletmeci markayı güçlendiriyor.  

Dipnotlar

[14] https://broadpeak.tv/solutions/multicast-abr/ 
[15] https://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/video/open-media-distribution/datasheet-c78-740369.pdf 
[16] https://apps.cablelabs.com/specification/ip-multicast-adaptive-bit-rate-architecture-technical-report/
[17] https://www.theiabm.org/broadpeak-at-nab-show-2019/
[18] https://bitmovin.com/what-is-cmaf-threat-opportunity/   
[19] https://www.slideshare.net/EricaBeavers/cmaf-101-by-cyril-concolato   
[20] https://mpeg.chiariglione.org/standards/mpeg-a/common-media-application-format/text-isoiec-cd-23000-19-common-mediaapplication    
[21] https://www.theoplayer.com/blog/low-latency-chunked-cmaf 
[22] https://speakerdeck.com/stswe/cmaf-low-latency-streaming-by-will-law-from-akamai?slide=25
[23] https://parisvideotech.com/wp-content/uploads/2017/07/Bouqueau-Weil_UltraLowLatencyWithCMAF.pdf
[24] https://www.statista.com/statistics/273268/worldwide-tablet-sales-by-operating-system-since-2nd-quarter-2010/  https://www.statista.com/statistics/266219/global-smartphone-sales-since-1st-quarter-2009-by-operating-system/   https://www.statista.com/statistics/263401/global-apple-iphone-sales-since-3rd-quarter-2007/  https://news.strategyanalytics.com/press-release/intelligent-home/strategy-analytics-samsungs-tizen-os-leads-global-smart-tv-market 
[25] https://source.android.com/devices/tv