Целевая задача любой новой технологии — заставить потенциального потребителя пускать слюни от вожделения и судорожно шарить по карманам в поисках бумажника. Неважно, нужна тебе вещь или нет, главное чтобы ты хотел ею обладать. И в самом низу мелким шрифтом: «Чем реже будешь обладать – тем дольше проживет вещь».
Тихо и незаметно прошла мода на модульно-блочные домашние медиацентры, где каждый компонент делал что-то одно, но делал это хорошо. Их место заняли напичканные дорогущей электроникой «комбайны», при виде пультов дистанционного управления которых рядовой пользователь желтеет, бледнеет и «сваливается в сугроб». Но менталитет незыблем – у соседа есть, а чем я хуже? И несутся в ночной тиши стоны: «оно написало — не выключать, идет обновление программного обеспечения, а я выключил, а оно теперь не включается…»
Ориентирующийся в страшных словах описаний функционала сразу задается вопросом, насколько приведенная информация соответствует действительности, штурмует интернет в поисках максимально дотошных лабораторных и пользовательских тестов, тратит время и нервы в дискуссиях с соратниками на специализированных форумах и пинает производителя в надежде получить конкретные ответы на вполне конкретные вопросы. Увы, проблемы индейцев вождя не тревожат и у производителя, в свою очередь, на повестке дня незыблемы три пункта: обогнать конкурентов, заработать деньги и чтобы никто не уразумел принцип действия выпущенного девайса. Как следствие, иногда возникают фееричные ситуации с поддержкой: «вы понимаете, у нас работали три программиста, они уволились и остался один, он никак не может разобраться с этой частью кода, да и вообще вам эта опция не нужна, лучше купите у нас эту «хрень», 90% ее функционала вам не нужны, но зато она уже умеет то, что вы хотите».
Умудренные практическим опытом и знатно покусанные в боях с службой поддержки инженерно-технические специалисты в один прекрасный день внезапно прозревают, вспоминают старое доброе время, когда каждый мог из отдельных кусочков сложить себе единственное и неповторимое счастье, чисто конкретно понимают, что миром правит платформа и предпочтение какого-либо вендора всем остальным сразу делает покупателя зависимым, и начинают фантазировать на избитую тему «вот бы Ивана Ильича да на Наталью Ивановну, а сверху тонким слоем Ирину Алексеевну — вот бы я повеселился».
Подобный подход успешно срабатывает при использовании в качестве основы домашнего медиакомплекса платформы PC на процессорах Intel или AMD, где:
а) все необходимые для нирваны компоненты можно свободно приобрести;
б) шины PCI и PCI-express не создают никаких проблем с интеграцией;
в) наработанное программное обеспечение и открытые API (application programming interfaces – описания интерфейсов взаимодействия) при наличии развитых рукоприкладства и соображалки открывают поистине безграничные возможности для творчества.
К сожалению, массогабаритные и шумовые показатели подобных конструкций в большинстве случаев не позволяют комфортно размещать их в планируемых точках домашнего очага. Да и суммарная стоимость готового комплекса в сравнении с теми же «комбайнами» явно в пользу последних.
Только ли стремление к личной выгоде мешает производителям объединиться и создать универсальную платформу для бытового сегмента, на которой стесненный в материальных активах потребитель может, как в доброе старое время, собрать блочно-модульный комплект исключительно под свои запросы? Почему при смене (или добавлении) нового формата или стандарта в большинстве случаев приходится покупать новое чудо враждебной техники и ломать голову, что делать со старым?
Техногенные кирпичики
Типовой состав современного домашнего медиацентра может быть следующий: устройство отображения (aka монитор), блок питания, модуль радиоканала, коммуникационный блок (wi-fi, ethernet, оптоволокно), модуль хранения данных (жесткие диски, внешние накопители usb), модуль управления, модуль декодирования медиаданных и модуль управления шиной взаимодействия вышеперечисленных компонентов.
Даже в таком виде уже есть возможность играть конфигурацией. Представим, что интернета нет и нужен лишь эфир – смело выбрасываем коммуникацию и хранение данных. Только фильмы с «флешек» – выбрасываем радиоканал и коммуникацию! Только iptv – радиоканал и хранение данных долой! Хочется «полный фарш» – какие проблемы?
Требования к устройству отображения ясны как шоколад: монитор на любые цвет, вкус и диагональ с максимальным количеством всевозможных видеовходов (HDMI, SCART, RCA-компонент, RCA-композит). Имеет место быть звуковой тракт – добавляются два гнезда RCA-audio-in. Прочие звуковые навороты сомнительны, так как «домашних кинотеатров» на рынке в избытке.
Дальше начинаем фантазировать. Сразу понятно, что будет иметь место красивый корпус высотой 2U или 3U со встроенной материнской платой, на которой, помимо интерфейсов для модулей, будет смонтировано управление шиной. Выбор в качестве коммуникационной базы PCI-express (минимальная пропускная способность 2.5 Гбит/сек) сразу развязывает руки, поскольку готовых решений на момент написания данной статьи более чем предостаточно. Само управление шиной также можно сделать съемным – универсальность конструкции только увеличится.
Блоков питания (БП) делаем два, естественно импульсных и на собственных шинах с фиксацией. Очень возможно, что с активным охлаждением по месту установки. В зависимости от конфигурации комплекса, второй БП либо служит резервом и в базовой комплектации отсутствует, либо разгружает первый БП, увеличивая тем самым его моторесурс.
Радиоканал? Тоже не проблема. Может быть как дискретным (спутник, эфир и кабель отдельными блоками), так и комбинированным (кабель+спутник, эфир+кабель и т.д.), как с одним рабочим трактом, так и с двумя.
Коммуникационный модуль. Три варианта исполнения: gigabit ethernet, wi-fi и оптоволокно. Без сомнения, самым популярным будет первый, поскольку:
- украинских провайдеров, подключающих в оптических порт, можно по пальцам перечесть;
- стоимость включения в оптический порт выше, чем в медный;
- абонентская плата при включении в оптический порт выше, чем в медный;
- при повреждении оптики восстановительные работы по стоимости намного дороже;
- реальных потребностей в скоростях, которые обеспечивает оптоволоконный канал связи, пока не наблюдается.
«А как же вайфай?» — ехидно поинтересуется пытчивый потребитель.
«Загадостный» Wi-Fi
Да, именно такими простыми до неприличия словами можно охарактеризовать сложившуюся на рынке ситуацию. В одночасье набравшая популярность недорогая технология беспроводной передачи цифровой информации сегодня так и прет из всех щелей. «Люблю поговорить с умным человеком, с самим собой» — мужественно вещает седовласый отец семейства, шествуя в сортир с ноутбуком. «Обнаружено исчезновение кастрюли с борщом, четыре литра, чистый алюминий» — сообщает холодильник смартфону, на котором мать семейства в очередной раз закармливает на убой виртуальную корову. «Доступно свежее обновление программного обеспечения для вашего устройства» — тихо шепчет персональный планшетник дочери семейства и ненавязчиво интригует — «есть очень интересные фенечки». А сын семейства, взломав свежеустановленный пароль соседской сети, совмещает поедание борща и созерцание эротического чата между мужем привлекательной соседки и его начальником.
На самом деле далеко не все так радужно, как кажется на первый взгляд. И набирающее популярность оснащение телевизоров, плазменых панелей и медиаплееров беспроводными интерфейсами, как еще одним аргументом совращения потребителя на покупку, фактически привносит в жизнь последнего новые интересные ощущения, никоим образом не связанные с удобством пользования свежекупленным изделием. Как ни странно, причины кроются в самом стандарте IEEE 802.11, на базе которого функционирует wi-fi.
Самый распространенный стандарт 802.11g использует 13 частот с разносом 5 МГц в диапазоне 2.4 ГГц (самом по себе крайне зашумленном). Ширина полосы канала связи составляет 20 МГц и если не хочется создавать ощутимых проблем соседям – потребителю рекомендуется работать исключительно на первом, шестом и одиннадцатом каналах. Во всех остальных случаях неизбежно будут возникать взаимопомехи, что отнюдь не способствует увеличению скорости передачи данных. Мудрые головы это уразумели, несколько лет пошуршали серым веществом и родили стандарт 802.11n, где, помимо дополнительного использования диапазона 5 ГГц, рабочая полоса расширилась до 40 МГц и появилась параллельная работа на нескольких частотах.
Следующая наколка — математическая. Магические цифры 54 и 108 – это не пропускная способность в мегабитах, а скорость «сырого» потока данных (упакованные системой коррекции ошибок данные пользователя в прямом и обратном канале плюс служебная информация) из расчета на одну полосу в 20 или 40 мегагерц. Фактически это означает следующее: максимальная пропускная способность радиоканала стандарта 802.11g – 2.4 мегабайта в секунду, стандарта 802.11n – 5 мегабайт в секунду. Увеличением числа параллельно работающих каналов мы добиваемся увеличения пропускной способности соединения во столько же раз, и во столько же раз (при наличии параллельных сетей) увеличиваем взаимопомехи.
Достойный вклад в общий бардак внесли производители беспроводных роутеров. Руководствуясь только им ведомыми соображениями, они поставляют большинство своих изделий на рынок настроенными по умолчанию либо на первый, либо на шестой каналы. А учитывая, что 85% рядовых пользователей только шифруют беспроводную сеть, оставляя прочие параметры неизменными, несложно представить частотный спектр жилого дома, только в одном подъезде которого работает несколько роутеров и все на одном (или двух) одинаковых каналах. А что будет когда беспроводные сети обоснуются в каждой второй квартире?
Весьма немногие рядовые пользователи в курсе, что wi-fi не может работать в мультипоточном режиме: в случае подключения к точке доступа нескольких клиентов каждый из них обслуживается в порядке живой очереди. Мало того, если клиентское оборудование разных стандартов (b, g и n) – по умолчанию большинство точек доступа будет ориентироваться на самый «медленный» девайс. Можно принудительно перевести роутер в самый скоростной режим, но в этом случае обслуживаться будут исключительно клиенты стандарта n, а все прочие будут «в пролете». К тому же, если во время активного обмена данными в канале связи с одним из клиентов возникает помеха – роутер покорно ожидает возобновления соединения, напрочь игнорируя потребности прочих пользователей. Железная логика и не поспоришь!
Но и это еще не все. Очередная подлянка wi-fi в том, что количество передаваемых пакетов в радиоканале имеет конечное значение в единицу времени и увеличить объем передаваемой информации можно только увеличением размера самих пакетов. Именно поэтому горячо любимые народом торренты убивают наповал беспроводные сети: число пакетов в протоколе крайне велико, а размер их наоборот крайне мал. Так что если услышите в очередной рекламе про новейший беспроводной торрент-телевизор – имейте в виду.
У популярного среди iptv-провайдеров протокола UDP две «ахиллесовы wi-fi пяты». Первая: при передаче по беспроводным сетям он имеет наинизший приоритет. Вообразите ситуацию: вы смотрите кино, а в этот момент виртуальная корова в очередной раз умирает от обжорства. Мать семьи галопом мчится спасать бедное животное по протоколу TCP, а ваше кино начинает «плющить» изо всех сил. Чтобы избежать подобных эксцессов, клиентское оборудование также должно поддерживать приоретизацию траффика. И что делать пользователю, роутер которого это не умеет? Тратить деньги на новый девайс разумеется. Вторая уязвимость: UDP в мультикасте передается сразу всем клиентам, что напрочь убивает радиоканал. Компромиссные решения этой проблемы существуют, как правило — это использование максимально скоростного оборудования на максимальном числе параллельных полос. Самое время вспомнить про соседей с аналогичным оборудованием и амбициями и взгрустнуть ненароком.
Финальный аккорд марлезонского балета – переменный битрейт, с которым для экономии потока вещается сегодня 95% видеоконтента. Казалось бы, в чем проблема? А вот в чем: в случае резкой смены статичной сцены на динамичную всплеск битрейта зачастую превышает пропускную способность радиоканала в единицу времени. Выручает буферизация, но она имеет разумные пределы. И если при просмотре видео стандартного разрешения еще можно поиграть с размером буфера под транспортный поток в проигрывателе, то в HD рано или поздно все-равно придется перейти на кабельное соединение, так как «нервы не железные, а жить хочется и дальше».
Следовательно, наш модуль, помимо собственно обеспечения канала связи, должен уметь работать с потоками IP-телевидения, как по TCP, так и по UDP. А здесь тоже ситуация достаточно пикантная.
TCP и UDP: где же собака порылась?
IPTV – общее название технологии передачи объединенных аудио- и видеоданных по протоколу IP. Информации по этому вопросу достаточно много (в том числе весьма противоречивой) и почему-то бытует мнение, что эта область весьма и весьма трудоемка в изучении и освоении. Дым не без огня, но совсем по другой причине.
Итак, существует два транспортных протокола, TCP и UDP. Первый с гарантированной доставкой пакетов, второй – с негарантированной. Что такое гарантированная доставка пакетов? Это механизм, предоставляющий адресату поток данных с предварительной установкой соединения, повторным запросом в случае потери данных, устранением дублирования в случае получения двух одинаковых пакетов, дающий гарантию целостности передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.
Негарантированная доставка пакетов не подтверждает доставку данных, не заботится о корректном порядке доставки и не делает повторов. Поэтому аббревиатуру UDP иногда расшифровывают как unreliable datagram protocol (протокол ненадежных датаграмм). Но и здесь не без достоинств: отсутствие соединения, дополнительного трафика и в особенности — возможность организации широковещательных рассылок.
Широковещательная рассылка сама по себе интересная штука. При традиционной технологии IP-адресации каждому получателю информации необходимо послать свой пакет данных — одна и та же информация передается много раз. Технология групповой адресации (мультикаст) позволяет направить одну копию пакета от источника сразу множеству адресатов, добавление новых пользователей не влечет за собой увеличение пропускной способности канала связи, а нагрузка на вещательный сервер, которому не нужно поддерживать множество двухсторонних соединений, значительно сокращается.
Именно благодаря последнему аргументу оборудование IPTV первого поколения стало раздавать видеопотоки исключительно по UDP. Суровая реальность быстро внесла свои коррективы – интеграция новой услуги встретила множество препятствий, повлекших за собой в большинстве случаев весьма и весьма существенные материальные затраты.
Прежде всего, сразу встал вопрос управления доступом пользователя к услуге. Не мудрствуя лукаво, было решено ограничивать абонента в доступе к потокам по месту подключения к услуге — на порту операторского коммутатора. Для этого последний должен «дружить» с UDP (без потерь пропускать пакеты на все порты), уметь выполнять приоретизацию трафика, быть «умным» (удаленное управление с помощью биллинга и поддержка протокола IGMP для организации сетевых устройств в группы) и иметь высокоскоростной канал связи с ядром сети для обеспечения беспрепятственного получения UDP-пакетов даже в «часы пик». Известны реальные случаи, когда операторам приходилось менять все коммутаторы в своей сети и заказывать их производителям персональные прошивки исключительно для обеспечения возможности функционирования IPTV.
Следующий момент – топология. Хорошо, когда все объекты — многоэтажные жилые дома и удобно сгруппированы. Во всех остальных случаях — компромисс в размещении оборудования и прокладке магистралей, для UDP уже может быть критичен и одной заменой магистрального оборудования проблему не решить, необходима перестройка сети. А это тоже затраты, и походу — немаленькие.
Ну и, пожалуй, самый весомый аргумент – стоимость абонентского приемного устройства. Увы, нижний порог в 120-140 американских долларов для нашей страны оказался слишком высок для изделия, которое кроме проигрывания UDP-видеопотоков реально больше ничего не умеет.
Убедившись, что технология представляет из себя не что иное, как банальное выколачивание производителями денег из операторов, энтузиасты пошли по другому пути – реализации передачи транспортных потоков по протоколу TCP (протокол прикладного уровня HTTP технологии «клиент-сервер»): пользователь отправляет запрос, сервер генерирует поток и отправляет его пользователю. К этому времени очень кстати подешевело оптоволокно и многопортовые сетевые карты с интерфейсами под медь и оптику, что позволило смягчить влияние единственного «подводного камня метода TCP» — генерации каждому пользователю персонального потока.
Во всем остальном IPTV по TCP уделало конкурирующую технологию вдребезги и пополам: контроль доступа к услуге элементарно осуществляется посредством единой комбинации «логин-пароль-IP-Mac», шифрование транспортного потока легко и просто позволяет удовлетворять требованиям дистрибьюторов контента, топология и магистральное оборудование сети может быть какое угодно (при условии обеспечения необходимой пропускной способности), смотреть IPTV можно как на экране компьютерного монитора, так и по телевизору с помощью любого мультиформатного бытового медиаплеера (которых, к слову, на рынке появляется все больше и больше). И главное: у операторов появилась реальная возможность эффективного мониторинга популярности услуги у абонентов.
Дальше был шок. Нет, не так – ДАЛЬШЕ БЫЛ ШОК! Выяснилось, что IPTV в принципе не пользуется спросом у 95% аудитории: из каждой тысячи человек более-менее регулярно (час в сутки) кино смотрит всего 45-50, какие бы «крышесносящие» каналы не транслировались. И это в тесте, что подразумевает бесплатное пользование услугой. При начале коммерческих продаж количество желающих уменьшается еще на порядок (3-4 человека на тысячу).
Ситуация зашла в тупик. С учетом информации Нацсовета о том, что на сегодняшний день 23 компании в стране имеют лицензии на IPTV и еще 21 компания подала документы, возникает закономерный вопрос: как господа хорошие предполагают монетизировать услугу, если она банально не пользуется спросом? Или технология так и останется бесплатной «нагрузкой» к коммерческим интернет-предложениям и средством заработка на рекламе пиратских интернет-кинозалов?
Будем посмотреть, будем посмотреть…
«Жестокие» диски
Следующий пункт меню — модуль хранения данных. Здесь вариации могут быть самые разнообразные. Прежде всего, это разъемы для подключения usb-портов с передней или боковых панелей корпуса (они там обязательно будут, даже не сомневайтесь). Не следует забывать и про необходимость подведения достаточной мощности электропитания к usb-портам, поскольку в пользовательской среде стало доброй традицией запитывать внешние накопители по тому же кабелю, по которому бегают данные. А потребление там (в сравнении с той же «флешкой») достаточно высокое.
Теперь сами накопители. Их сейчас два типа – с вращающимися магнитными «блинами» и SSD (solid-state-drive) на микросхемах памяти (по сути – высокоемкие скоростные «флешки»).
Первый тип представлен двумя форм-факторами: 2.5 дюйма и 3.5 дюйма. 2.5-дюймовые широко используются в медиаплеерах и ноутбуках, 3.5 – в домашних компьютерах и профессиональных серверах. Поскольку данное устройство без проблем функционирует как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, вполне логично расположить на плате модуля sata-интерфейс и закладные под крепеж 2.5-дюймового винчестера (даже двух, с разных сторон платы).
Со вторым типом ситуация достаточно паршивая. Поскольку технология производства микросхем для SSD даже на сегодняшний день все еще совершенствуется — диски неизбежно «дохнут» по прошествии определенного временного периода с момента начала эксплуатации. «Фирменные» алгоритмы контроллеров (максимально равномерное использование каждой ячейки памяти) позволяют продлить срок жизни диска, но ненадолго. Так что заглядываться на SSD диски в качестве носителя нашего медиацентра очень и очень рано.
Несколько слов о картах памяти (SD, CompactFlash и прочие): по статистике они практически не используются в быту для переноса медиаданных и по этой причине не вижу смысла добавлять их поддержку в данный модуль.
Hardware vs. Software
Существует два принципиальных подхода к решению задач декодирования компрессированных медиаданных: аппаратный и программный.
Аппаратный метод: имеется микрочип, только и умеющий качественно декодировать входящие медиапотоки, сжатые по определенным алгоритмам, но зато умеющий это делать хорошо. В случае любых изменений в алгоритме декомпрессии – теряет волю и мутирует в черный квадрат Малевича. Выгодное преимущество: каков бы ни был объем производимых вычислений, результат всегда выводится в реальном времени.
Программный метод: имеется микрочип, которому все-равно какую математику обсчитывать, поскольку он работает по программе. Скорость вычислений определяется внутренней архитектурой, тактовой частотой, размером кэшей, скоростью обмена данными с оперативной памятью и еще черт знает сколькими параметрами. Любые изменения в алгоритме декомпрессии цинично игнорируются, поскольку это отражено в программе. Если объем производимых вычислений не укладывается в реальное время – зритель рискует учуять паузу в программе.
Практически все бытовые ресиверы сегодня исполнены аппаратно – ядром конструкции служит мультифункциональный чип, объединяющий в одном корпусе не только сами декодеры, но и управляющий процессор, знакогенератор, контроллеры USB, e-SATA, Ethernet, дисплея, управляющих клавиш, шину обмена данными и прочие вкусности. На иллюстрации 1 приведена блок-схема одного из таких чипов, а на иллюстрации 2 – типовое построение бытового медиацентра на его основе.
С первого взгляда эйфория полная. По мере погружения в предмет восторги сменяются задумчивостью, поскольку частота ядра управления всего 450 МГц, размеры кэшей не позволяют развернуть фантазию во всю глубину глубин и компромисс – упрощение дисплейной графики и минимизация рабочих алгоритмов — неизбежен. И как быть, к примеру, с платным сервисом на платформе flash, когда для парсинга и декодирования прибегающих медиапотоков необходима скоростная математика и поддержка actionscript? А никак – такой чип банально не будет успевать. Следовательно, для обеспечения максимальной интеграции нашего медиацентра с большинством действующих сервисов (не только на flash, но и, скажем, на silverlight или java) – модули управления и декодирования медиаданных должны быть разнесены на отдельные платы, частота процессора ядра управления должна быть не менее 2 ГГц, размер кэша второго уровня – не менее 2 мегабайт. А интегрировать в модуль декодирования обязательный в подобных устройствах common interface (или два) для подключения CAM-модулей особых проблем не составит.
Конечно, это всего лишь фантазия. Но согласно именно вышеописанным принципам построена и успешно функционирует мультисервисная кабельно-эфирная головная станция, которую имеет удовольствие обслуживать автор данной статьи. И основные достоинства подобного метода — минимальная стоимость адаптации под новые форматы и максимальная поддержка существующих сервисов – в кризисный период дают о себе знать особенно четко.
Тонкий намек на толстые обстоятельства (вместо эпилога)
Новые технологии падают вниз стремительным домкратом в то самое время, когда старые себя даже не окупили. Что нас ждет завтра? В середине прошлого века фантаст Илья Варшавский написал рассказ «Тараканы». Там есть такие строки: «Больше ешьте, больше пейте, чаще меняйте одежду, обувь, мебель. Следите за модой, мода — зеркало эпохи. Женщины, старайтесь всегда нравиться мужчинам. Мужчины, следите за своей внешностью. Посетите Центральный магазин, там все товары пониженной прочности. Неограниченный кредит. Не жалейте вещи, не привыкайте к вещам. Помните, что, надев лишний раз костюм, вы нарушаете ритм работы Главного Конвейера. Все, что послужило один раз — в утилизатор!»
