Mike Allan / CTO, Exterity 

Bu makalede görüntü-ses (AV) sektöründe farklı teknolojiler ve kullanımlarına bir göz atılıyor. Hem bu konuda yenilere hem de deneyimli uzmanlara, bütünleştiricilere ve son kullanıcılara yönelik bu kılavuz, bir dizi kullanım şeklinden hangisinin en uygun olduğunu anlamaya yardımcı olmak için IP görüntü teknolojileri konusunu açıklığa kavuşturuyor ve okuyucunun anlamasına yardımcı oluyor.

Ses-görüntü (AV) sektörü analogdan dijitale geçişi benimsedi ve bugün Informa’daki analistlere göre IP merkezli bir konuma doğru ilerliyor ve 2019 yılındaki toplam 247 milyar USD gelirin 2024’te 325 milyara çıkması tahmin ediliyor. Özellikle yeni binalara standart olarak Ethernet tabanlı ağlar kurulduğu için, IP tabanlı teknoloji eski teknolojilere göre güvenilirlik, esneklik, erişim ve maliyet gibi birçok avantaj sunuyor. Bugün görüntü ve dijital reklam kurulumlarının %95’i bir tür IPTV kullanıyor.

Ancak IP tabanlı görüntü teknolojilerinin uygunluğu, farklı kullanım durumlarına göre değişiyor. Ayrıca IPTV ile AVoIP (AV over IP) terimlerinin anlamlarındaki belirsizleşme eğilimi, hem teknik hem de uygulama düzeyinde biraz kafa karışıklığına yol açtı.

AV ve IP’ye yolculuk

İlk ticari AV kurulumları 1980’lerde ortaya çıktı ve çoğu koaksiyel kablo üzerinden bir yerdeki ekranlara bir kamera sinyalinin iletilmesi kadar basitti. Basit TV kanal dağıtımı ve isteğe bağlı görüntü (Video-on-Demand) 1990’larda analog RF yayın kullanılarak ortaya çıktı ve örneğin otelcilikte oda içi eğlence çözümü gibi alanlarda hızla benimsendi. HDMI matris anahtarlama sistemleri gibi ilk dijital ürünler, yüksek kaliteli ve düşük gecikmeli görüntü sunma gereksinimine yönelikti, fakat küçük bir mekanın ötesine ölçeklendirilebilme yeteneği sınırlıydı ve kurulması pahalıydı. 

2000’li yılların başında internetin ve Internet Protocol’ün gelişmesiyle endüstride önemli bir değişim yaşandı ve ilk IPTV hizmetleri başladı ve buna ilk defa geniş bant hizmetlerinin yanı sıra TV yayınları sunmanın bir yolu olarak internet servis sağlayıcıları öncülük etti. 

Orijinal IPTV teknolojisi, RTP (Real-time Transport Protocol), UDP (User Datagram Protocol) ve MPEG-2 kodekler ailesi tabanlı en yaygın sıkıştırma teknolojileri kullanılarak özel ağlar için tasarlandı. 

Halka açık internet bağlantısı için TCP (Transmission Control Protocol) protokolünün yanı sıra bu teknoloji dörtlüsü TV ve dizüstü bilgisayarda içerik, mobil aygıtlarda Netflix ve YouTube izlemek, Apple Facetime ile görüntülü sohbetler, dev denetim odalarındaki CCTV kamera gruplarının monitör grupları gibi her şeyde, ilgili uygulamalarda kullanılıyor. 

2000’lerde IPTV olgunlaştıkça RF ve daha az esnek matris anahtarlama masalarına dayalı eski analog teknolojilerinin yerini sistematik olarak almaya başladı. En büyük avantajlarından birisi, internet bağlantısı, uygulama verileri ve AV için tek bir paylaşımlı yapılı kablo ağı ve görece düşük fiyatlı IP anahtarları kullanmanın sadeliği ve esnekliği. Ayrıca son kullanıcı uç noktaları kolayca taşınabiliyor, eklenebiliyor ve değiştirilebiliyor. 

Son on yılda port başına Ethernet anahtarlama maliyetleri düşerken hızların yükselmesi, AV kullanımlarında IPTV’yi baskın bir konuma ilerletmeye yardımcı oldu. Bugün dijital reklam kurulumlarının yüzde doksan beşinden fazlası IPTV’nin bir türünü kullanıyor ve dijital reklam koşullarının çok büyük çoğunluğu için ekonomik olarak en pratik seçenek. 

Ancak tıbbi görüntüleme ve canlı etkinlik çoklu yayını gibi görüntüde aslına en yüksek sadakat ve son derece düşük gecikme gerektiren belli AV kullanım koşulları her zaman var oldu. Geçmişte bunlar HDMI anahtarlama gibi teknolojilerin sürdürülmesine neden oldu, ama yeni düşük sıkıştırmalı kodekler ve yüksek hızlı, düşük maliyetli ağlar IP’nin bu tip kullanım durumlarına da hitap etmeye başlamasını sağladı. Bu kullanım koşulları, özel amaçlı HDMI anahtarlama çözümlerinin yerini almak üzere çeşitli AVoIP teknolojilerinin tasarlanması sonucunu doğurdu ama bazı ödünler de verildi ve bunlardan en önemlisi, ağ altyapısını yükseltmenin maliyeti.

IP tabanlı görüntü sistemleri nasıl çalışıyor?

IPTV veya AVoIP olarak tanımlanan IP tabanlı çözümler çok benzer şekilde çalışıyorlar. 

1.İçerik önceden sıkıştırılmış bir kaynaktan kaydediliyor. Bu uydudan, kablodan veya dijital televizyon yayınından gelen bir TV kanalı yayın sinyali ya da bir isteğe bağlı görüntü (Video on Demand) sunucusundan gelen sinyal olabiliyor. Alternatif olarak bu kaydedilen içerik HDMI veya SDI gibi bir taban bant görüntü kaynağı olabilir ve ardından bant genişliği miktarını azaltmak için sıkıştırılır.

2.Bu dijital sıkıştırılmış görüntü içeriği paketler haline dönüştürülüp büyük miktarlarda IP ağlar üzerinden iletiliyor. Bu iletim normalde birden çoğa (multicast) veya tekli yayın (unicast) olabiliyor ve paketler hedefe ulaşmak için ağ üzerinde anahtarlar aracılığıyla Ethernet kabloları veya Wi-Fi ağlarıyla akıyorlar. 

3.Hedef aygıtta paketler alınıyor, birleştirilip tekrar görüntü haline getiriliyor, sıkıştırılmış halden açılarak sıkıştırılmamış hale getiriliyor ve bir TV ekranı, görüntü duvarı, yansıtıcı ve hatta akıllı telefon gibi bir aygıt üzerinde görüntüleniyor.

Bu adımlardan her birisi kaynaktan iletimden hedefte görüntülenmeye kadar küçük bir zaman gecikmesi getiriyor. Ayrıca kaynak görüntü her sıkıştırılıp açıldığında görüntü kalitesinde bir bozulma oluyor; görüntü içeriği daha az bant genişliği kullanmak için matematiksel olarak değiştirilerek kaliteden ödün veriliyor. Çok basitçe bir tanımlama olsa da, bu yaklaşım IPTV, AVoIP, SDVoE (Software Defined Video Over Ethernet) ve diğer birçok uzmanlık alanı teknolojisi için yaklaşık olarak aynı. Farklı teknolojiler arsasındaki temel fark, sıkıştırmanın derecesi ve sonuçta oluşan gecikme.

Çeşitli IP tabanlı görüntü teknolojileri arasındaki farklar neler?

Değişen IP tabanlı görüntü teknolojileri, farklı kullanım durumlarına daha iyi hizmet verebilmek için bu dağıtım zincirinin farklı unsurları üzerinde odaklanma eğilimi gösteriyor. Özel kullanım durumlarına bağlı olduğu için her teknolojiyi birbiriyle karşılaştırmak zor. 

Ağınız üzerinde sıkıştırılmamış görüntü taşımayı düşünüyorsanız, tüketeceği bant genişliğinin farkında olmanız gerekiyor. 1080p, 60Hz, YUV 4:2:2, 10 bit sıkıştırmasız görüntü, 2.49 Gbps civarında tüketir. Gereken bit hızı (Gbps) çözünürlük, kare hızı, renk alt örnekleme, kanal başına bit derinliği ve HDR formatı gibi birçok etkene bağlıdır. Bu durumda bir 4K görüntü 18 Gbps’a kadar bit hızları gerektirebiliyor, ama tipik olarak 9-10 Gbps hız gerektiriyor.

Şekil 1. Farklı görüntü formatlarının bant genişliği karşılaştırması

Son 5 yıl içinde kurulan uç noktaların çoğu Category 5 UTP kablolu 1000Base-T (IEEE 802.3ab) Gigabit Ethernet yoluyla bağlanıyor ve eski 100Base-T bağlantılı eski uç noktaların sayısı hala yüksek. Port başına maliyet düştüğü için 10GBase-T (802.3.an) portlar giderek yaygınlaşıyor olsa da, bir masa üstü veya uç nokta bağlantısı için çok az avantaj sundukları için tipik olarak çekirdek ağlar ve sunucudan sunucuya bağlantılar için kullanılıyorlar. Çoğu Ethernet uç noktasına sıkıştırılmamış görüntü ulaştırmanın mümkün olmadığı açıkça görülüyor. 

Şekil 2. Farklı Ethernet kategorileri

Sıkıştırma teknolojileri görüntü iletiminin bant genişliği tüketimini azaltmak için kullanılıyor ve 2:1 oran sunan MJPEG gibi kayıpsız formatlardan 1000:1 oranına kadar yüksek sıkıştırmaya erişebilen daha yeni HEVC çeşitlerine kadar değişiyor. Bununla birlikte, sıkıştırma oranı arttıkça resim kalitesi düşebiliyor ve her karenin sıkıştırılması ve açılması zaman aldığı için gecikme oluşuyor. Bir izleyicinin kalite algısı üzerindeki sıkıştırmanın etkisi, büyük ölçüde kullanım durumuna, görüntü kaynağına ve çıkış aygıtına bağlı. 

Birleşik Krallıkta BBC HD ve Sky gibi kanalların HD yayınladıkları ve UK HD TV yayını için dağıttıkları içeriklerin 16:9 görünüş oranında 1920 x 1080 piksel, saniyede 25 kare (50 alan), yani 4:2:0 oranıyla renk alt örneklemeli 1080i/25 olması gerekiyor. Bu HD formatı ITU-R BT.709-5 Part 2’de eksiksiz tanımlanıyor. 

Ancak BBC HD yayınlarında kanalları uydu ile karasal yayınlar için H.264/MPEG-4 AVC, kablolu yayınlar için MPEG-2 formatlarında kodlanıyor. Bu sıkıştırmanın sonucunda, tipik bir 55 inç televizyonda seyredilirken kalitede önemsiz bir etki yaratan, 8-12 Mbps bant genişliği tüketen bir HD kanalı ortaya çıkıyor. 

Çözünürlükler, kare hızları, renk derinlikleri ve sıkıştırma tekniklerinin olası permütasyonları, farklı kombinasyonlar farklı kullanım durumlarına hizmet edebildiği için IP tabanlı görüntü dağıtımını inanılmaz güçlü kılıyor. Örneğin uç noktanın 100 Mbps olduğu tipik bir otel odası bilgi-eğlence sistemindeki 720p/25/4:2:0 MPEG2 sıkıştırma, kanal başına 4 Mbps’tan az bant genişliği tüketimi sonucunu veriyor. Tam tersi, 1000MB Gigabit Ethernet bağlantılı 4 geniş ekrana sahip bir spor barı HEVC sıkıştırmalı 2160p 4:4:2 görüntülerle 20 Mbps tüketirken, büyük bir stadyumdaki IPTV tabanlı bir dijital reklam çözümü durağan resimler ve basit animasyonlarla WiFi yoluyla bağlanabiliyor. 

Şekil 3. Almanya TSG Hoffenheim’de maçların canlı görüntü alkışları için IPTV kullanılıyor. 

IPTV’yi anlamak

IPTV en olgunlaşmış IP tabanlı görüntü teknolojisi olup, birçok yönden “TV” adı modern çağda yanlış bir isimlendirme. IPTV için en yaygın kullanım durumlarının çoğunluğu, isteğe bağlı hizmetlerle televizyonu karıştıran karma hizmetlere yönelik. Örneğin dünyanın büyük otel zincirlerinin çoğu, aynı sistemin TV, isteğe bağlı filmler, hizmetlerin rezervasyonu ve faturaların kontrol edilmesi için kullanıldığı oda içi eğlence için IPTV kuruyor. Bu teknoloji hızlı yemek satış noktalarındaki elektronik menüler, spor barlarındaki geniş ekranlar ve alışveriş merkezlerindeki kurulumlarda da yaygın olarak kullanılıyor. 

Bu teknolojinin asıl gücünün nedeni olan olgunlaşmış olması, piyasada bir düzeyde her yerde bulunur olmasına yol açtı. Bu durağanlık anlamına gelmiyor; IPTV 4K gibi yüksek çözünürlükleri destekleyecek kadar ilerledi ve diğer IP tabanlı sistemlerle bütünleşebiliyor. Esneklik diğer bir güç nedeni. Teknoloji üçüncü on yılına girerken, büyüyen bir teknolojiler ekosistemi IPTV’yi oluşturan protokoller ve kodekler kombinasyonunu destekliyor. Samsung, LG, Philips, Sony gibi markaların modern ekranları, ek yerel donanım gerektirmeden IPTV akışlarını doğrudan görüntüleyebiliyorlar.

Bu esneklik, çok çeşitli uygulamalarla IPTV akışlarını görüntüleyebilen tabletler ve akıllı telefonlar gibi yeni aygıt kategorilerine de genişliyor.

IPTV’de ödünler, çok düşük gecikmeyle sıkıştırmasız görüntülerin gösterilmesinin gerektiği kullanım durumlarında ortaya çıkıyor. Endoskopi gibi tıbbi bir işlemi düşünelim; böyle bir senaryoda sıkıştırma nedeniyle oluşabilecek resim bozulması veya cerrahın ekranda gördüğüyle sesli yorum arasındaki gecikme kritik sonuçlar doğurabiliyor. 4K’dan fazla çözünürlükte görüntü kaynaklarının onlarca metre boyutlu görüntü duvarlarında gösterildiği çalışmalar, çok sıkıştırmalı görüntünün uygun olmadığı diğer bir alan. Bu senaryoda kaynak sıkıştırılıp sonra genişletilirse görüntünün kalitesi etkilenebilir. Doğal sahneler için IPTV için kullanılan kodekler çok daha uygun; ancak küçük metinler ve ayrıntılı diyagramlar için az sıkıştırmalı görüntü daha uygulanabilir. Diğer bir avantaj, bir uzaktan kumanda uygulaması gibi etkileşim gerektiğinde gecikmenin azaltılmasının daha kolay ve sorunsuz denetim sağlayabilmesi.

AVoIP ve SDVoE

En üst düzeyde SDVoE dahil AVoIP, yüksek kalite ve düşük gecikmenin ana gereksinimler olduğu kullanım durumlarına hizmet eden bir teknoloji olarak baskın hale geldi. AVoIP işlevsel olarak IPTV’ye birçok açıdan benzese de, tipik 1Gb Ethernet ağı düzeyinde az sıkıştırılmış görüntüleri iletme yeteneği, en cazip avantajı. Fakat tipik amatör tüketici sınıfı 55 inç LED akranlı uç noktalar için bu avantaj TV, film, spor izlerken görsel olarak yaşanamıyor, çünkü ekran çözünürlükteki yükselmeyi yansıtacak kadar büyük değil. Ama küçük yazı ve hassas diyagramlar gibi ayrıntıların önemli olduğu durumlarda yüksek görsel kalite avantaj sağlayabiliyor.

Ekranlar yüz inçi geçmeye başlayıp onlarca metrelik görüntü duvarlarına kadar büyüdüğünde, görüntü kalitesindeki bu yükselme daha fark edilebilir olmaya başlıyor. Bugüne kadar AVoIP kurulumlarının çoğunluğu özel uzmanlık kullanım durumları üzerinde yoğunlaştı. SDVoE’nin baskın olduğu daha üst düzeyde gecikme en büyük etken olduğu için neredeyse hep sıkıştırılmamış 4K içerikle çalışılıyor. Yarım saniyelik bir gecikme bir stadyumun ana görüntü duvarında veya tıbbi görüntü uygulamasında çok önemli bir dezavantaj iken, eğlence içeriği izleyen bir otel konuğu için hiç fark etmez. Drone uçurmak gibi uzaktan kumandalı uygulamalar için de SDVoE’nin kalite ve gecikme avantajları önemli bir artı puan. SDVoE’nin çıkmasıyla aynı zamanda, IP üzerinden görüntü taşımak için tasarlanan bir dizi SMPTE standardının geliştirilmesine de şahit olduk. Kabul edilen bir standart kurulu tarafından standart olarak geliştirilen, başlangıçta yayın endüstrisine yönelik olan bu SMPTE standartları, bir IP ağı üzerinden sıkıştırılmamış veya az sıkıştırılmış görüntülerin dağıtımı için gereken yolu sunabilirdi. 

Daha çok SDVoE için olmak üzere her iki teknolojinin de doğasından kaynaklanan en büyük ödün, sıkıştırmasız görüntü dağıtmak için daha gelişmiş bir ağın gerekmesi. Bunun anlamı, çok sayıda akışı taşımak isteyen müşterilerin 10Gb Ethernet’e geçmek için önemli yatırım yapmak ve potansiyel olarak sadece anahtarları değil tüm tesisteki kabloları da değiştirmek zorunda olmaları. 

Şekil 4. Bir spor karşılaşması arenasında AVoIP çalışması

Özet

IP tabanlı görüntü piyasasında bir dizi seçenek var, fakat en önemli nokta kullanım durumunun her zaman teknoloji seçeneğinde belirleyici olarak maliyetleri, gerçek ihtiyaçları ve gelecekte esnekliği yansıtabilmesi.

Geniş bant ile dağıtılan TV hizmetleri, dijital reklam, canlı TV tekrar yayını ve görüntü tabanlı eğitimde IPTV bugün endüstri standardı. Çoğu kullanım durumunda IPTV daha fazla esneklik, düşük maliyet, kolay kurulum ve yeni gereksinimlere göre uyarlamak için daha fazla özgürlük sunuyor.

Geriye kalan koşullarda AVoIP/SDVoIP sıkıştırmasız görüntü, çok düşük gecikme ve sıra dışı kullanım durumları için gereken önemli avantajları sağlayabiliyor. 500 milisaniyelik bir gecikme bir spor tesissinin görüntü duvarı, uzaktan kumandalı drone, laparoskopik ameliyat için çok önemli olabilir, ama dijital reklam gibi genel bir görüntü ve grafik karışımını izleyen çoğu kuruluş için önemi yoktur. Bugün AVoIP çözümlerinin birçoğunun hala olgunlaşmamış olması, destekleyenlerin ve mevcut alternatiflerin sayısını sınırlı tutuyor. Bu da çözüm bileşenlerinin fiyatlarının yüksek olmasına neden oluyor ve neredeyse kesin olarak ağda bir yenileme gerektiriyor. AV teknolojileri ve kullanım durumları evirildikçe bu durum da değişebilir, ama öngörülebilen bir gelecekte BIPTV çoğu kullanım durumunda kuruluşların çoğunluğunun gereksinimlerini karşılıyor.