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. je použita 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 znamená, 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 způsobem 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 než 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 rostoucímu počtu zákazníků Kuki je nutné se kontinuálně věnovat výkonové optimalizaci. O celé řešení se stará několik prvků, zejména streamery, které jsou součástí CDN a rychlé Tier 1 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 uložena 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 1 storage je od začátku roku 2020 pro Kuki novinkou, 20 nejsledovanějších kanálů se 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 kdykoliv 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 chyb. 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. Je zřejmé, že doručení obrázků natočených ve studiích po celém světě k tobě do obýváků je všechno, ale jen ne „jednoduché“ . :-)