Telka Kuki trochu jinak

27. 07. 2020 |

Když se řekne Kuki (čti: ku-ki), je to jednoduché krátké slovo složené jen ze čtyř písmen, stejně tak IPTV (čti: aj-pí-tý-ví) a telka (čti: tel-ka). Zkrátka nikdo z nás za těmito slovy nehledá nic komplikovaného a náročného. Všichni jsme si zvykli, že televize je s námi v České Republice už více jak 67 let a dávno jsme ji přestali vnímat jako technologicky sofistikovanou službu, která vyžaduje velmi drahé zařízení a hromadu sil, aby fungovala. Za těch 67 let se toho hodně změnilo a Kuki dnes patří, s drobnou nadsázkou, mezi světovou technologickou elitu. Jak se dostanou obrázky natočené v televizních studiích po celém světě až k tobě do obýváku? Nabízí se slovo „jednoduše“  ale posuď sám, cesta je to dlouhá.

Internetová televize, jak ji možná neznáš

 

Autorská práva

Kuki získává televizní kanály na základě uzavřených smluv s vlastníky autorských práv na jednotlivé televizní stanice - na televizní obsah. Každá televizní stanice má svá specifika, pravidla, omezení a cenu. Velmi často si nemůžeme vybírat, jaké kanály a za jakou cenu nabídne svým zákazníkům.

Zdroj televizního signálu

Samotný televizní signál, který je na začátku celé cesty, Kuki získává hned z několika zdrojů.

Nejkvalitnější a nejnákladnější způsob je přímé propojení s televizním studiem, kde se konkrétní televizní obsah vyrábí. Toto lze samozřejmě relativně jednoduše realizovat u nás v ČR, nebo na Slovensku. Mít linky do zahraničních studií, zejména do těch zámořskýc,h je finanční sebevražda.

Proto se nabízí další způsob, a tím je satelitní příjem přes DVB-S či DVB-S2. Každé televizní studio umísťuje své televizní kanály na oběžnou dráhu, ze které je možné získat obraz po celém světě. O příjem se stará tzv. headend, který si lze představit jako střechu plnou satelitních parabol, téměř jako v NASA. :-) Kuki má tento satelitní headend v Brně a využívá jej jako zálohu pro své primární zdroje přímo ze studií.

Posledním způsobem je možnost získat zdroj obrazu od technického distributora televizního signálu, který je schopen je předat přímo přes „internet“ nebo vyhrazenou linku. Všechna získaná data má Kuki zálahovaná vždy minimálně dvakrát, někdy i vícekrát z důvodu zálohy nebo v případě výpadku primárního zdroje.

Muxing

Získaná obrazová data libovolnou z cest se převedou v Kuki headendu na IP (Internet Protokol), pokud už v IP nejsou k dispozici přímo ze zdroje. Následně jsou jednotlivé obrazové data multiplexovány resp. muxovány. Muxing v Kuki zajišťuje to, aby ze všech dostupných zdrojů (studia, satelit, atp.) byla vybrána ta správna data, tedy obrazové, správné audio stopy - především originální stopy, české a titulkové stopy, data pro teletext apod. Muxer hlídá i aktivitu jednotlivých televizních zdrojů a v případě výpadku je schopen automaticky vybrat záložní zdroj tak, aby zákazník Kuki nebyl postižen dlouhým výpadkem obrazu.

Výstupem z muxingu jsou jednotlivé televizní kanály, které jsou upraveny dle potřeb Kuki a převedeny do tzv. IP streamů/toků, které se následně dále zpracovávají v encodérech. Muxer aktuálně distribuuje do dalších technologických komponent cca 150 televizních kanálů, které dnes konzumují cca 1.2 Gbp/s šířky pásma.

Encoding

Veškerý výstup z muxingu se dostává do encodovací farmy, která má za úkol další úpravu televizních kanálů pro široké použití na internetu. Kuki má encondig vyvinutý speciálně pro účely IPTV. Pro tvou představu: každý televizní kanál, který je tzv. prokládaný*, tedy vysílaný například v 50 půl snímcích a je upraven resp. použit deinterlace a z 50 půl snímků převeden na 50 plných snímků. Kanály, které ze studií mají už 25, 50 nebo 60 plných snímků, není třeba dále upravovat a používat deinterlace. Hlavním důvodem převodu na plné snímky jsou moderní koncová zařízení, jako mobilní telefony, tablety a webové prohlížeče, které prokládaný obraz neumí zobrazit tak, aby byl obraz pěkný a dívatelný.

 

* Prokládání je jeden ze způsobů analogové komprese obrazu. Spočívá v tom, že v jednom okamžiku se nepřenáší celý obraz, ale pouze jeho liché řádky, v dalším okamžiku pouze sudé.

 

Kuki encodér pracuje s následující kvalitou obrazu na zdrojích resp. kvalitou, kterou je možné dnes získat od jednotlivých televizních studií:

 

  • SD - 576 pixelů na výšku
  • HD Ready - 720 pixelů na výšku,
  • Full HD - 1080 pixelů na výšku
  • 4K nebo-li Ultra HD - 2160 pixelů na výšku

Dle kvality zdroje se následně každý televizní kanál upravuje do několika dílčích streamů (profilů). Kuki podporuje HTTP Live Streaming (HLS). To znamený, že dle kvality internetové linky koncového zařízení zákazníka si Kuki umí vybrat konkrétní profil tak, aby televizní kanál běžel plynule, bez sekání a v maximální možné kvalitě obrazu.

Pro SD kanály Kuki vyrábí dva nižší profily s 396 pixely na výšku při datovém toku 0.5 Mb/s a vyšší profily s 576 pixely na výšku při datovém toku 1 Mb/s. U Full HD se jedná už o 5 profilů a u Ultra HD o 7 profilů s tím, že nejvyšší profil má 2 160 pixelů na výšku při datovém toku 7 Mb/s v kodeku HEVC. Kuki encodér pochopitelně umí pracovat s kodekem h.264, který je dnes nejrozšířenější a nově i s h.265/HEVC, který je schopen při stejné kvalitě obrazu snížit datový tok na cca polovinu. 

Ingesting a Digital Rights Management (DRM)

Hotové televizní streamy jsou následně odeslány do ingestoru, který každý stream resp. profil rozdělí na pěti vteřinové díly tzv. chunky. Jednotlivé chunky jsou následně zašifrovány DRM klíči a uloženy do úložiště - storage. DRM resp. digitální ochrana televizních práv je jednou z podmínek u prémiových kanálů. DRM data zašifruje tak, aby je nebylo možné zcizit na neautorizovaném zařízení a žádným způsob nelegálně využít či distribuovat. Pro představu se toto všechno realizuje pro 150 TV kanálů, které se následně, jak jsme si řekli, dále upravují do jednotlivých profilů. Jedná se tedy o obrovský datový tok, který je potřeba každou vteřinu uložit v čase a hlavně i každou vteřinu smazat.

Storage - úložiště

Kuki využívá pro ukládání veškerých dat objektovou storage, která je postavena jako jeden velký cluster z mnoha serverů. Tuto storage příkladně využívá CERN pro ukládání výsledků svých testů na LHC urychlovačích. Celý cluster si lze představit jako velké množství rackových skříní na několika místech v České Republice, plných serverů a pevných disků s daty. Veškerá data jsou uložena vždy minimálně dvakrát, jelikož hardware odchází, pevné disky věčně nevydrží a o žádná data si nemůžeme dovolit přijít. Pro představu, dnes má Kuki na storage uloženo 630 TB dat na více jak 300 rotačních discích.

Streaming

Veškerá uložená data je potřeba dostat k zákazníkům. O to se starají streamery zapojené do kaskády CDN uzlů, playlist generátory a remuxery. Remuxer je technologie, která je schopna na základě požadavků koncových zařízení měnit v reálném čase použitý kontejner pro transport dat.

Kuki dnes potřebuje v prime time - každý den mezi 20 a 22 hodinou - doručit svým zákazníkům každou vteřinu spoustu unikátních dat s rostoucím trendem. To by bez důmyslného řešení mezipamětí tzv. cache nešlo zvládnout. Storage postavená na rotačních discích má dost práce s uložením dat a ještě mnohonásobně více práce se čtením = daty pro zákazníky. Vzhledem ke stále rostoucím počtu zákazníků Kuki je nutné se kontinuálně věnovat výkonové optimalizaci a cache toho dokáže elegantně vyřešit a významně celé storage ulehčit. O celé řešení se stará několik prvků, zejména streamery, které jsou součástí CDN a rychlé Tier storage postavené na SSD discích.

Každý streamer je v podstatě server vybavený větším množstvím paměti, například 512 GB. Jakmile vznikne zákaznický požadavek na televizní data, streamer zkontroluje, jestli je nemá uložené u sebe v paměti. Pokud ano, hned je odešle a uspokojí požadavek zákazníka resp. jeho koncového zařízení. Pokud ne, tak si je streamer vyžádá z nadřazené storage. V tomto případě se využívá efektu, kdy mnoho zákazníků sleduje stejný pořad v jeden okamžik, tedy data jsou stažena pouze jednou ze storage a doručována tisícům zařízení, bez nutnosti storage dále zatěžovat. Efektivita cache se pohybuje vysoko nad 80 % a tím významně přispívá k plynulosti celého streamingu televizních dat napříč českým internetem. Tier storage je od začátku roku 2020 pro Kuki novinkou, kdy se 20 nejsledovanějších kanálů po dobu 24 hodin ukládá duplicitně na velmi rychlé SSD disky, které dokáží odbavit obrovské množství požadavků, zejména při čtení, aniž by bylo nutné číst data z velké storage. Tímto dokázala Kuki uspořit dalších cca 40 % výkonu celé storage a doručit zákazníkům požadovaná televizní data rychleji než kdy dříve. Toto řešení nám mimochodem velmi pomohlo bez problémů přestát nároky zákazníků během situace COVID-19 v ČR.

 

Co nám z toho plyne?

Z výše uvedeného je zřejmé, že se jedná o sofistikovaný proces výběru a doručení požadovaných obrazových dat desítkám tisícím zákazníkům v jeden moment. Nic nesmí selhat, vše musí být doručeno včas a bez chyby. A o to se snažíme v netboxu v Brně, abychom udrželi hladký chod tvé televize. Jsme česká firma, která nabízí zákazníkům vlastní IPTV, která přinese do domácnosti radost ze sledování telky. Myslíme, že nyní je zřejmé, že doručení obrázků natočených ve studiích po celém světě k tobě do obýváků je všechno, ale jen ne „jednoduché“ . :-)