1 Kommunikációs rendszerek alapjai 13. előadás VoIP, IPTV Wireless Home Gateway Takács György.

Az előadások a következő témára: "1 Kommunikációs rendszerek alapjai 13. előadás VoIP, IPTV Wireless Home Gateway Takács György."— Előadás másolata:

1 1 Kommunikációs rendszerek alapjai 13. előadás VoIP, IPTV Wireless Home Gateway Takács György

2 2 What is VoIP? VOIP is an acronym for Voice Over Internet Protocol, or in more common terms phone service over the Internet. If you have a reasonable quality Internet connection you can get phone service delivered through your Internet connection instead of from your local phone company. Some people use VOIP in addition to their traditional phone service, since VOIP service providers usually offer lower rates than traditional phone companies, but sometimes doesn't offer phone directory listings, or other common phone services. While many VoIP providers offer these services, consistent industry-wide means of offering these are still developing.

3 3 What is VoIP? VoIPSKYPE

4 4 Definíciók IPTV (Internet Protocol Television) is a system where a digital television service is delivered using Internet Protocol over a network infrastructure, which may include delivery by a broadband connection. IPTV is typically supplied by a service provider using a closed network infrastructure. This closed network approach is in competition with the delivery of TV content over the public Internet, called Internet Television. ITU -- IPTV: IPTV is defined as multimedia services such as television/video/ audio/text/graphics/data delivered over IP-based networks managed to support the required level of QoS/QoE, security, interactivity and reliability. QoS – Quality of Service QoE – Quality of Experience

5 5 További definíciók Channel: Content formatted as a selectable set of data and transported as part of a data stream Channel changing: The act of changing from one channel to another. Channel zapping: The act of fast changing from one channel to another Linear TV: A television service in which a continuous stream flows in real time from the service provider to the terminal device and where the user cannot control the temporal order in which contents are viewed Time shifting: A function which allows playback of content after its initial transmission. Push VoD: A TV service where multimedia content is packaged and delivered at the discretion of the service provider to the end-user's storage system. SCP: A combination of service protection and content protection

6 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 6

7 7 Mekkora a VoIP piac?

8 8

9 T.Gy. Intrernetes médiakommunikáció. 2009.05. 04. 9 Hol szaporodik a VoIP?

10 10 Kannibalizmus? Technológiák versenye ugyanazon a piacon? 2009-ben a háztartások fele nem tud nézni HírTV-t! Valamelyik technológiával bármely magyar otthon ellátható – elvileg! Van „fejőstehén” technológia, amelybe befektetni már nem kell, „csak” üzemeltetni és hozza a pénzt. Van „jövő csillaga” technológia, amelybe most befektetni kell, veszteséget termel, de egyszer „fejőstehén” lehet – az IPTV ma ilyen! Nem csak hálózat kell egy szolgáltatáshoz, hanem ügyfélszolgálati iroda, létesítő szerelői gárda, hibaelhárítás, számlázási rendszer – ez is egy drága és nehezen felfuttatható infrastruktúra. Ez a T-Home koncepció alapja.

11 11 What is VoIP? Hard Phones Cordless Hard Phones Dialup Hard Phones WLAN or WiFi Phones Hard Phones (voice and video) Soft Phones (voice only) Soft Phones (voice and video)

12 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 12 Hard Phones · Call Control: supports 3Com NBX platforms · Power over Ethernet: IEEE 802.3af support · Network Connectivity: 10/100 switched Ethernet port · Codecs: G.711, ADPCM, G729a/b (requires system software support · QoS: 802.1p, IP-ToS, and VLAN support · Jitter Buffer: Adaptive · DHCP: Supports option 184 · RTP Frame Size: 20/30 ms · Silence Suppression: Supported with G.729b codec

13 13

14 14 Cordless Hard Phones Cordless phones (e.g.DECT) with IP interface on their base station.

15 15 Dialup Hard Phones A dialup hard phone is a hard phone with a built- in modem instead of the Ethernet port. It will connect through the modem via a dialup internet service to a remote VoIP server and is therefore self contained. It does not require a personal computer nor any software to be run on a personal computer to make and receive VoIP phone calls. All that is required is a phone line and a dialup internet account. Dialup hard phones are popular in countries where there is very little broadband infrastructure yet.

16 16 WLAN or WiFi Phones A WLAN or WiFi phone is a hard phone with a built-in WiFi transceiver unit instead of an Ethernet port to connect to a WiFi base station and from there to a remote VoIP server. It does not require a personal computer nor any software to be run on a personal computer to make and receive VoIP phone calls. All that is required is access to a WiFi base station.

17 17 Hard Phones (voice and video) Hard phones with video telephony support.

18 18 Soft Phones (voice only) A soft phone is an IP telephone in software. It can be installed on a personal computer and function as an IP phone. Soft phones require appropriate audio hardware to be present on the personal computer they run. This can either be a sound card with speakers or earphones and a microphone, or, alternatively a USB phone set. Soft phones are inferior to hard phones but cheaper to obtain, many are available as a free download.

19 19

20 20 Skype A proprietary protocol VOIP system built using Peer-to-peer (P2P) techniques. Free for non commercial use when using softphones (PC to PC). Offers toll access to PSTN via SkypeOut and SkypeIn From the company that created KaZaA

21 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 21

22 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 22

23 23 free Pc-to-Pc VoIP calls Yahoo Messenger Skype ICQ MSN Wavigo Babble I Connect Here Glo Phone 3 W Tel Buddy Talk Pc-Telephone Rhino Bell Terra Call V Buzzer Microsoft Net Meeting

24 T.Gy. Intrernetes médiakommunikáció. 2009.05. 04. 24

25 25

26 26

27 27 További lényeges kérdések Áramellátás Telefonkönyv Tudakozó Törvényes lehallgatás Garantált minőség

28 28 Key issues in VoIP SIP Voice CODEC Packet Loss Control

29 29 SIP (Session Initiation Protocol) Creation and management of a session, where a session is considered an exchange of data between an association of participants. Users may: move between endpoints addressable by multiple names communicate in several different media - sometimes simultaneously.

30 30 SIP Numerous protocols have been authored that carry various forms of real-time multimedia session data such as voice, video, or text messages. The Session Initiation Protocol (SIP) works in concert with these protocols by enabling Internet endpoints (called user agents) to discover one another and to agree on a characterization of a session they would like to share. For locating prospective session participants, and for other functions, SIP enables the creation of an infrastructure of network hosts (called proxy servers) to which user agents can send registrations, invitations to sessions, and other requests. SIP is an agile, general-purpose tool for creating, modifying, and terminating sessions that works independently of underlying transport protocols and without dependency on the type of session that is being established.

31 31 SIP Functionality SIP is an application-layer control protocol that can establish, modify, and terminate multimedia sessions (conferences) such as Internet telephony calls. SIP can also invite participants to already existing sessions, such as multicast conferences. Media can be added to (and removed from) an existing session. SIP transparently supports name mapping and redirection services, which supports personal mobility (users can maintain a single externally visible identifier regardless of their network location).

32 32 SIP supports five facets of establishing and terminating multimedia communications: User location: determination of the end system to be used for communication; User availability: determination of the willingness of the called party to engage in communications; User capabilities: determination of the media and media parameters to be used; Session setup: "ringing", establishment of session parameters at both called and calling party; Session management: including transfer and termination of sessions, modifying session parameters, and invoking services.

33 33

34 34 VoIP CODECS Codecs are used to convert an analog voice signal to digitally encoded version. Codecs vary in the sound quality, the bandwidth required, the computational requirements, etc. Each service, program, phone, gateway, etc typically supports several different codecs, and when talking to each other, negotiate which codec they will use.

35 35 VoIP CODECS As an example, a Cisco ATA-186 supports these codecs: G.723.1, G.711a, G.711u, G.729a As an example, a Cisco 7960 supports (Firmware P0S3-06-0-00): G.711a, G.711u, G.729a

36 36 VoIP CODEC Family GIPS Family - 13.3 Kbps and up GSM - 13 Kbps (full rate), 20ms frame size iLBC - 15Kbps,20ms frame size: 13.3 Kbps, 30ms frame size ITU G.711 - 64 Kbps, sample-based Also known as alaw/ulaw ITU G.722 - 48/56/64 Kbps ADPCM 7Khz audio bandwidth ITU G.722.1 - 24/32 Kbps 7Khz audio bandwidth (based on Polycom's SIREN codec) ITU G.722.1C - 32 Kbps, a Polycom extension, 14Khz audio bandwidth ITU G.722.2 - 6.6Kbps to 23.85Kbps. Also known as AMR-WB. CELP 7Khz audio bandwidth ITU G.723.1 - 5.3/6.3 Kbps, 30ms frame size ITU G.726 - 16/24/32/40 Kbps ITU G.728 - 16 Kbps ITU G.729 - 8 Kbps, 10ms frame size Speex - 2.15 to 44.2 Kbps LPC10 - 2.5 Kbps DoD CELP - 4.8 Kbps

37 37 To use G.729 or G.723.1 you may need to pay a royalty fee!!!!!!!!!! this code is available for you to download for education purposes only!!!!!!!!!!!!

38 38 In VoIP networks, codecs are used to compress regular audio (16 bit signed linear audio, usually sampled at 8000Hz). Codecs are usually `lossy'. This means that the output data does not have to be perfectly identical to the source data, it just has to sound the same when converted to sound. If your VoIP network is on an office LAN and the signal doesn't ever traverse a WAN connection (internet, VPN, DSL, etc), then compression isn't critical. If your VoIP signals may need to traverse a WAN, then you need to compress the signal as much as possible. This allows you to fit more simultaneous phone calls into a single WAN connection. Compression also creates smaller packets. Smaller packets means less audible delay and lower risk of packet loss.

39 39 Many devices offer only 1 or 2 low bit rate codecs, usually G.729 and one other or just G.729. If you have bought phones that only support G.729, then you have little choice. Some gateway providers will only allow you to talk to their gateway with G.729. A good G.729 implementation uses less bandwidth and less CPU power than other low bit rate codecs such as iLBC. G.729 uses 8kbps, iLBC uses 13kbps. Some people have observed their CPU performing up to 50% better when doing G.729 compression compared to iLBC.

40 40 Few phones implement iLBC (one such phone is Budgetone 101 and 102). Many others - Cisco 7940, Snom, Swissvoice - only offer G.729 Most phones offer G.711 (ulaw/alaw) as well - that is actually 64kbps, eight times the bandwidth required by G.729. It is only for use on LANs. G.723.1 is used for similar reasons to those just listed, but gives the benefit of using even less bandwidth but with a more noticable degradation of sound quality.

41 41 Features of G.729, G.729A & G.729AB Vocoder Compresses 8 kHz CODEC or linear audio data to 8 kbps. Operates on 10ms frames with short algorithm delays. Short-term synthesis filter is based on a 10th order Linear Prediction (LP) filter. Long-term, or pitch synthesis, filter is implemented using the adaptive-code book approach.

42 42 IPTV Domains

43 T.Gy. Intrernetes médiakommunikáció. 2009.05. 04. 43

44 44 A T-Home IPTV szolgáltatással elérhetô legfontosabb kényelmi funkciók: Interaktív műsorújság (EPG) Kép a képben Filmek, vagy akár teljes sorozatok rögzítése video- vagy DVD-lejátszó nélkül Felvett műsorok és időzített műsorok kezelése Kedvenc csatornák összeállítása Keresés (műsorokban, videotékában, alkotók között) Videotéka – már több mint 700 film akár a tévépremier előtt Az éppen nézett műsor előre- és visszatekerése, megállítása Beállítások, testreszabás Gyermekzár és korhatár szerinti szűrés PIN kód megadásával NEM LÉTEZŐ FONTOS FUNKCIÓ – Felhasználói visszajelzés

45 45 Interaktív műsorújság Időpont szerint – csatorna szerint Az aktuális műsor kiválasztható és lejátszható vagy felvehető Műsorinformáció, stáblista Keresés

46 46 Kép a képben

47 47 Filmek, vagy akár teljes sorozatok rögzítése Felvett műsorok Felvételre váró műsorok Új felvétel beállítása

48 48 Videotéka cím korhatár leírás, tartalom szereposztás rendezô a kölcsönzés ára kölcsönözhetôség idôtartama

49 49 Internetes hírportál Ingyenes böngészés

50 50 WebRádió

51 System architecture of audience rating system

52 52 Izgalmas kérdések a hálózat és végberendezés szempontjából Szolgáltató felelősséghatára – IPTV képes TV készüléket veszek a boltban vagy STB-ot bérelnem kell a szolgáltatótól? Egy előfizetéshez hány TV kapcsolható és hányféle műsor nézhető/rögzíthető egyidejűleg? Hol tároljuk a felvételt vagy a megszakított lineáris programot? Szerverben – új egyéni stream? STB-ben merevlemezes tárolón? Otthoni hálózatok, Home Gateway kérdések -- mennyiben része ez az IPTV szolgáltatásnak?

53 53 IP alapú átvitel hibalehetőségei –Csomag bithibával érkezik – a bithibák jellemzője BER (Bit Error Rate), további jellemzője, hogy mennyire egyenletesen vagy csomósodva fordul elő –Csomag elvész (Packet Loss), további jellemzője, hogy mennyire egyenletesen vagy csomósodva fordul elő – fontos, hogy milyen átlagidőre számítjuk a csomagvesztést (ha ritka és nem csomós) –Csomag késve érkezik (delay, Latency) –A csomag késleltetési ideje ingadozik (jitter) –Csatornaváltás ideje, bekapcsolási idő (Channel change times „zapping times” and startup times)

54 54 Csomagvesztés hallható hatásai hangnál Packet loss of audio can be exhibited as dropouts (kimaradás), squeaking (nyikorgás), chirping (frekvencia ugrás), or skipping.

55 55 Csomagvesztés látható hatásai képnél With video the characteristic mild result is pixelization or blocking, with stuttering, freeze frame, and STB lockup or rebooting as major examples. For video the degree of impact is also dependent upon the frame of video affected. Since I-frames (IDR frames in MPEG-4) serve as the reference for all frames in a group of pictures (GOP), loss of part or all of an I-frame propagates and can persist for the entire GOP (typically 0.5-1 seconds). Similarly, P- and B-frames can be referenced by other frames, such that issues with these being corrupted can also persist but usually to a lesser extent and less long (potentially up to 1 second). The more flexible inter-picture prediction of MPEG-4 can worsen this effect. Packet loss of as little as 1x10-4 (or one lost packet per minute on a MPEG-4 SD program) is generally considered unviewable and one lost packet per hour (or 2x10-6) is considered unacceptable per the DVB standard.

56 56 Because the very efficient compression processes, a loss of a single packet can result visible and audible effects including "tiling", frozen frames, retained images and error blocks that remain on the display for several seconds.

57 57 FEC alapelve Alapelv: megbecsüli a csomag elvesztések számát és megelőzi azt redundáns adatok küldésével, amelyek lehetővé teszik, hogy a vevő helyreállítsa a hiányzó csomagokat –egy adott darabszámig

58 58

59 59 FEC és a megbízható kézbesítés A FEC önmaga nem biztosítja a megbízható kézbesítést, hacsak a redundáns csomagok számát nem emeljük a végtelenig De ha megfelelő kódolást választunk, a vevő megmaradt PLR- je tetszőlegesen kicsi lehet az átviteli költségek növekedése árán Ezek a megmaradt elveszési esetek - ha egyáltalán szükséges - kezelhetőek egy ARQ protokoll használatával

60 60 Minta közbeszúrás (Interleaving) Pl: 20 ms-os hanganyagok egyenként 160 mintát tartalmaznak Ha egy csomag elveszik, 20 ms-nyi hang kimarad Legyen A és B két egymás után 20 ms-os anyaghoz tartozó mintaállomány 5 ms-es szakaszonként vegyesen készítik el az első csomagot, majd ugyanezt teszik a B és a soron következő C mintakészlet bevonásával Ha kimarad egy csomag, csak 5 ms-es kiesések vannak, ami csak kisebb recsegést jelent

61 61 Közbeszúrás

62 62 Interleaving This technique distributes the effect of the lost packets in order to reduce the impact on quality. The information of a speech part is distributed in multiple packets. The data units are regrouped in a crossed form before transmission such that they are distributed, and at the receiver they are rearranged in their original form. Thus, instead of losing the whole packet small parts from distributed packets are lost

63 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 63

64 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 64

65 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 65

66 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 66

67 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 67

68 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 68

69 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 69

70 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 70

71 71 Wireless Home Gateway

72 72 A felhasználók bármely eszközzel hozzá kívánnak férni a szélessávú szolgáltatásokhoz, ami azt jelenti, hogy valamennyi eszközt bele kell integrálni a szélessávú otthoni hálózatba és a szolgáltatásoknak idomulniuk kell, az egyes eszközök képességeihez. Jó alkalom ez ahhoz, hogy az összes otthoni eszközt a szélessávú otthoni hálózathoz igazodó harmonizált eszközcsaládra cseréljék le. Az új szolgáltatás generáció lehetővé teszi az otthonokban másfajta kijelzők, hangszórók használatát (kiemelkedő minőségű kép- és hang) és új alapokon nyugvó (hálózatról letöltött) műsoranyagok élvezetét. Felajánlható továbbá a felhasználóknak, hogy ezen a rendszeren keresztül megosszák egymással a multimédia tartalmakat.

73 73 Meg kell oldani a nem hálózat alapú eszközökkel is valamilyen kapcsolatot (TV készülék, HiFi torony). Lehetnek olyan felhasználók, akik lépésről lépésre térnek át az új generációra. Lesznek olyanok is, akik távolról (szállodából, nyaralóból) is hozzá akarnak férni az otthoni környezethez. Ennek érdekében számos képességet hálózatfüggetlenné kell tenni (könyvtárak, authentikációs eljárások) és egyben eszközfüggetlenné is (pl. bármilyen kijelző alkalmazható legyen).

74 74 A home gateway eszköz, az otthoni hálózat és a hálózatba kapcsolt eszközök legyenek távolról menedzselhetők. Tegye lehetővé, hogy az adott eszközök a hozzájuk illeszkedő szolgáltatási platformhoz csatlakozzanak alkalmas szolgáltatási osztállyal vagy szolgáltatásminőséggel. Ismerje fel és hangolja össze az eszközök képességeit. Fogja össze az egyes eszközök képességeit és ezáltal kínáljon jobb integrált otthoni környezetet.

75 75 Hálózati hozzáférés és hívásátadás „kétéltű” készülékkel

76 Komm. rendsz. 13. előadás 2008. december 8. komea1308 76 Hálózati hozzáférés és hívásátadás „kétéltű” készülékkel IMS alapon

77 77 A kétéltű telefon éltei közötti hívásátadásokon túlmenően a VCC át tud tenni egy folyó hívást egészen más eszköznek is. Például egy felhasználó elkezd egy telefonbeszélgetést az asztali számítógépéről az irodájában és át tudja adni a mobiltelefonjának megszakítás nélkül és kimehet vele az autójához folyamatosan beszélgetve. A VCC át tudja adni a hívást a legkedvezőbb ágnak: a legolcsóbbnak, a legjobb minőségűnek stb. Mivel a VCC a hívásirányítást jelzésrendszer segítségével vezérli, tehát a média forgalom nem is megy át a VCC szerveren, ezért az IMS eleve kiküszöböli a skálázási problémákat az UMA egységek gateway alapú tervezésénél.