Problemfelder, Forschungsaspekte und kommerzielle ...

UNIVERSITÄT DUISBURG-ESSEN Virtueller Weiterbildungsstudiengang Wirtschaftsinformatik (VAWi)

Masterarbeit

Problemfelder, Forschungsaspekte und kommerzielle Nutzungsmodelle von IPTV

Critical areas, research aspects and business cases of IPTV

Vorgelegt dem Fachbereich Wirtschaftswissenschaften der Universität Duisburg-Essen

Verfasser: Schüler, Stephan Helfkamp 15, 58454 Witten Matrikelnummer 2220098

Gutachter: Prof. Dr. Andreas Henrich (Otto-Friedrich-Universität Bamberg)

Abgabe: 21. Dezember 2007 Wintersemester 2007/2008

Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ...............................................................................................................I

Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... V

Tabellenverzeichnis ......................................................................................................... VI

Abkürzungsverzeichnis .................................................................................................. VII

1 Einleitung ......................................................................................................................1 1.1 Motivation ...............................................................................................................1 1.2 Einführung ..............................................................................................................1 1.3 Umfang und Struktur der Arbeit..............................................................................3 1.4 Begriffsdefinitionen.................................................................................................5

1.4.1 Definition IPTV aus Endkundensicht ............................................................5 1.4.2 Triple-Play-Dienste .......................................................................................6 1.4.3 Definition IPTV aus technischer Sicht...........................................................6 1.4.4 Breitbandzugang als Voraussetzung für IPTV..............................................7 1.4.5 Abgrenzung von IPTV zum Internet-TV........................................................8

1.5 IPTV-Marktbeteiligte und deren Sichtweisen und Aufgaben ..................................8 1.5.1 Aufteilung nach Marktsegmenten .................................................................9 1.5.2 Inhalteanbieter (Content Provider)................................................................9 1.5.3 Dienstanbieter (Service Provider) .................................................................9 1.5.4 Netzbetreiber (Network Provider) ...............................................................10 1.5.5 Endkunden..................................................................................................10 1.5.6 IPTV-Zulieferer und Interessengruppen .....................................................10

1.6 Marktsicht .............................................................................................................11 1.6.1 Derzeitige IPTV-Anwendungen und Nutzungsmodelle...............................11

1.6.1.1 Basisanwendungen......................................................................11 1.6.1.2 Zusätzliche Anwendungen...........................................................12

1.6.2 Derzeitige Verbreitung von IPTV ................................................................12 1.6.3 IPTV-Verbreitung in Europa........................................................................13 1.6.4 IPTV-Pioniere .............................................................................................14 1.6.5 IPTV-Marktentwicklung...............................................................................14 1.6.6 Geschäftsmodelle und Erlösquellen ...........................................................17

1.6.6.1 Erlösmodelle aus Sicht der Inhalteanbieter..................................17 1.6.6.2 Erlösmodelle aus Sicht der Service Provider und Netzbetreiber .18 1.6.6.3 Ausgaben für IPTV.......................................................................19

Inhaltsverzeichnis II

2 Stand der Forschung..................................................................................................20 2.1 Industrieforen zur IPTV-Standardisierung ............................................................20

2.1.1 Arbeitsgruppen und Standards ...................................................................20 2.1.2 Internet Streaming Media Alliance (ISMA)..................................................21

2.1.2.1 Bisherige Arbeiten........................................................................21 2.1.2.2 ISMA Implementierungsspezifikation ...........................................22 2.1.2.3 Medienarchitektur.........................................................................22 2.1.2.4 Medienformate und Profile ...........................................................23 2.1.2.5 Medientransport ...........................................................................24 2.1.2.6 Medienspeicherung......................................................................24 2.1.2.7 Aktuelle Aktivitäten.......................................................................24 2.1.2.8 Konformitätstests .........................................................................25

2.1.3 Digital Video Broadcasting Project (DVB Project).......................................25 2.1.3.1 Abgeschlossene IPTV-Arbeiten ...................................................25 2.1.3.2 Aktuelle IPTV-Arbeiten.................................................................27

2.1.4 Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS) .......................27 2.1.4.1 IPTV Interoperability Forum (IIF)..................................................28 2.1.4.2 Arbeitsphasen des IIF ..................................................................28 2.1.4.3 Die Arbeitsgruppen des IIF ..........................................................28 2.1.4.4 IIF-Standards ...............................................................................29 2.1.4.5 Zusammenarbeit mit andere Organisationen...............................31

2.1.5 DSL-Forum .................................................................................................31 2.1.5.1 IPTV-Arbeiten...............................................................................31

2.1.6 Weitere Foren und Organisationen.............................................................33 2.2 Heutige IPTV-Architektur......................................................................................34

2.2.1 Funktionale Komponenten und notwendige Erweiterungen .......................36 2.2.1.1 Anforderungen für die Inhalteanbieter..........................................37 2.2.1.2 Anforderungen für die Service Provider .......................................37 2.2.1.3 Anforderungen für die Netzbetreiber............................................38 2.2.1.4 Anforderungen für die Endkunden ...............................................39

2.3 Datenflüsse ..........................................................................................................39 2.3.1 Ende-zu-Ende Übertragung der Streaming-Daten .....................................39 2.3.2 Transportprotokolle.....................................................................................40

2.4 Kontrollflüsse........................................................................................................41 2.4.1 IP-Protokoll-Stack .......................................................................................41 2.4.2 Real-Time Streaming Protocol (RTSP).......................................................42 2.4.3 Real-Time Control Protocol (RTCP) ...........................................................42

Inhaltsverzeichnis III

2.4.4 Internet Group Management Protocol (IGMP)............................................43 2.5 Video Codecs, Fernsehnormen und Datenraten..................................................43

2.5.1 Parameter zur Videocodierung ...................................................................44 2.5.2 Datenraten für SDTV ..................................................................................45 2.5.3 Datenraten für HDTV ..................................................................................46

2.6 Breitbandzugänge ................................................................................................46 2.6.1 Anforderungen ............................................................................................47 2.6.2 Breitbandtechnologien ................................................................................48

2.6.2.1 DSL-Technologien und Standards ...............................................48 2.7 Quality Of Experience (QoE)................................................................................50

2.7.1 QoE-Anforderungen aus Benutzersicht ......................................................50 2.7.2 QoE-Empfehlungen ....................................................................................51 2.7.3 Auswirkungen von Paketverlusten..............................................................51

2.8 Quality of Service - Maßnahmen..........................................................................52 2.8.1 Priorisierung von Streaming-Daten.............................................................52 2.8.2 Untersuchungen zu den Kanalwechselzeiten.............................................52

2.9 Middleware ...........................................................................................................53 2.9.1 Definition und Anforderungen zur Middleware............................................53 2.9.2 Electronic Program Guide (EPG) und Metadaten.......................................55 2.9.3 Sicherheitsaspekte und Digital Rights Management (DRM).......................57

2.9.3.1 Existierende Arbeiten zum DRM..................................................58

3 Problemfelder und Lösungsansätze.........................................................................60 3.1 Koordination der globalen IPTV-Standardisierung ...............................................60

3.1.1 Aktuelle Situation zur IPTV-Standardisierung.............................................60 3.1.2 Bedarf nach offenen Standards ..................................................................61 3.1.3 Koordination aller bisherigen Organisationen.............................................62

3.1.3.1 Die Arbeitsgruppen der IPTV Focus Group .................................64 3.2 Optimierung der Netzwerkinfrastruktur.................................................................65

3.2.1 Definition NGN und Gremien ......................................................................67 3.2.2 Das NGN der British Telecom ....................................................................68 3.2.3 Herausforderungen bei der Migration zum NGN ........................................69

3.3 Datenflüsse und Protokolle ..................................................................................70 3.4 Video-Codecs und Datenraten .............................................................................71 3.5 Breitbandzugänge ................................................................................................72 3.6 Quality of Service .................................................................................................73

3.6.1 Fehlerkorrektur auf Anwendungsebene......................................................73 3.6.2 Reduzierung der Kanalwechselzeiten ........................................................74

Inhaltsverzeichnis IV

3.7 Middleware ...........................................................................................................75 3.7.1 Anforderungen an zukünftige Middleware-Lösungen .................................75 3.7.2 Zukünftige Anwendungen ...........................................................................76

4 Entwicklung der IPTV-Nutzung im Heimbereich......................................................78 4.1 Stand der Technik ................................................................................................78 4.2 Neue IPTV-Anwendungen....................................................................................79

4.2.1 Szenario zur Heimvernetzung ....................................................................80 4.3 Neue Anforderungen und Lösungsansätze..........................................................82

4.3.1 Transportmedien für das Heimnetzwerk.....................................................82 4.3.1.1 Ethernet-Verkabelung ..................................................................83 4.3.1.2 Wireless Local Area Network (WLAN) .........................................84 4.3.1.3 Power Line Transmission (PLT)...................................................85

4.3.2 Komplexes Heimnetzwerk mit Bandbreiten-Management ..........................86 4.3.2.1 Quality of Service Maßnahmen....................................................87

4.3.3 Erweiterungen im Residential Gateway......................................................88 4.3.4 Gerätemanagement....................................................................................90

4.3.4.1 Datenmodelle ...............................................................................91 4.3.5 Gerätekommunikation.................................................................................92

4.3.5.1 Universal Plug and Play (UpnP)...................................................93 4.3.5.2 Bestrebungen zu interoperablen Geräten ....................................94 4.3.5.3 DLNA-Zertifizierung......................................................................95

4.4 Mögliche weitere Entwicklung ..............................................................................95 4.4.1 Geräteintegration ........................................................................................96 4.4.2 Home Media Server....................................................................................97 4.4.3 Spielkonsole mit IPTV.................................................................................97

5 Zusammenfassung und Fazit ....................................................................................99

Literaturverzeichnis .......................................................................................................102

Eidesstattliche Versicherung ........................................................................................108

Abbildungsverzeichnis V

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1.1: Basis IPTV-Dienste und IPTV-Bereiche……………………………… 9 Abbildung 1.2: IPTV-Haushalte in Europa 2010……………………………………... 13 Abbildung 1.3: Globale IPTV Teilnehmerzahl…………………………………………15 Abbildung 1.4: Erwartete Erlöse aus IPTV-Diensten…………………………………16 Abbildung 1.5: Entwicklung der IPTV-Haushalte in Deutschland 2006-2010…...... 17 Abbildung 2.1: ISMA Medienarchitektur im Überblick…………………………..…… 23 Abbildung 2.2: DVB-IPTV Zeitplan………………………………………………..…… 27 Abbildung 2.3 Übersicht der IPTV-Arbeiten im DSL Forum………………...………32 Abbildung 2.4: IPTV-Architektur……………………………………………………….. 36 Abbildung 2.5: Funktionale Komponenten……………………………………………. 37 Abbildung 2.6: Ende-zu-Ende Video-Stream Übertragung…………………………. 40 Abbildung 2.7: Datenpaket als MPEG-2 Transport Stream………………………… 41 Abbildung 2.8: IP-Protokoll-Stack für IPTV nach DVB………………………………. 42 Abbildung 2.9: Auswirkungen von Paketverlusten…………………………………... 51 Abbildung 2.10: Verzögerungszeiten bei Kanalwechsel……………………………... 53 Abbildung 2.11: IPTV Middleware-Architektur………………………………………… 54 Abbildung 2.12: Beispiel EPG von T-Home…………………………………………… 56 Abbildung 2.13: Mögliche Metadaten / EPG-Architektur………………………….….. 57 Abbildung 2.14: Ende-zu-Ende DRM-Architektur nach ISMA……………………….. 59 Abbildung 3.1: IPTV Aktivitäten der verschiedenen Arbeitsgruppen………………. 63 Abbildung 3.2: Migration zum NGN…………………………………………………… 66 Abbildung 3.3: Kostenentwicklung bei einer Migration zum NGN…………………. 67 Abbildung 3.4: Transportprotokolle für IPTV-Streaming-Daten…………………….. 71 Abbildung 4.1: Heimnetzwerk am Beispiel des IPTV-Providers Alice Home TV…. 79 Abbildung 4.2: Referenzhaus nach Vorstellung der Home Gateway Initiative…….81 Abbildung 4.3: Datenübertragung über das Stromnetz……………………………... 86 Abbildung 4.4: Bandbreitenengpässe im komplexen Heimnetzwerk……………….87 Abbildung 4.5: Das CPE WAN Management Protocol……………………………… 90 Abbildung 4.6: Datenmodelle für Multimediageräte im Heimbereich……………… 92 Abbildung 4.7: Insellösungen im Heimbereich…………………………..…………… 93

Tabellenverzeichnis VI

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1: Veröffentlichte DVB-IPTV-Standards…………………………………… 26 Tabelle 2.2: IIF Arbeitsgruppen………………………………………………………... 29 Tabelle 2.3: Veröffentlichte IIF Standards……………………………………………. 30 Tabelle 2.4: Weitere Foren und Organisationen mit IPTV-Bezug………………….. 34 Tabelle 2.5: Dienste und Komponenten der Service Provider……………………… 38 Tabelle 2.6: Datenraten für SDTV……………………………………………………... 45 Tabelle 2.7: Datenraten für HDTV vor der Kapselung mit Transportprotokollen…. 46 Tabelle 2.8: Beispielrechnung: Benötigte Datenraten mit SDTV und HDTV……… 48 Tabelle 2.9: DSL-Standards und angebotene Datenraten………………………….. 49 Tabelle 3.1: Arbeitsgebiete der IPTV Focus Group…………………………………. 64 Tabelle 3.2: IIF Prioritätenliste nach Phasen…………………………………………. 77

Abkürzungsverzeichnis VII

Abkürzungsverzeichnis

21C GV 21C Global Venture 21C GV

21CN 21st Century Network

ACS Auto Configuration Server

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

ANSI American National Standards Institute

API Application Program Interface

ARCH Architecture

ARD Arbeitsgemeinschaft der öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalten der Bundesrepublik Deutschland

ATIS Alliance for Telecommunications Industry Solutions

AV Audio- und Video

AVC Advanced Video Coding

BCG Broadband Content Guide

BSF Broadband Service Forum

BT British Telecom

CATV Cable-TV

CBR Constant Bit Rate

CE Consumer Electronics

CEA Consumer Electronics Association

CIF Common Intermediate Format

CoS Class of Service

CPE Customer Premises Equipment

CRM Customer Relationship Management

CSP Content Service Provider

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

Diffserv Differenciated Services

DLNA Digital Living Network Alliance

DNS Domain Name System

DRM Digital Rights Management

DSCP Differentiated Services CodePoint

DVB Digital Video Broadcasting

DVB-C Digital Video Broadcasting -Cable

DVB-H Digital Video Broadcasting - Handhelds

DVB-S Digital Video Broadcasting - Satellite

DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial

DVD Digital Versatile Disc

Abkürzungsverzeichnis VIII

DVI-D Digital Visual Interface - Digital only

ECG Electronic Content Guide

ED End Device

EPG Electronic Program Guide

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FEC Forward Error Correction

FMC Fixed Mobile Convergence

FTTH Fiber to the Home

GOP Group Of Pictures

HD High Definition

HDMI High Definition Multimedia Interface

HDTV High Definition Television

HD-SDI High Definition Serial Digital Interface

HGI Home Gateway Initiative

ICG Interactive Content Guide

IETF Internet Engineering Task Force

IGMP Internet Group Management Protocol

IIF IPTV Interoperability Forum

IMS IP Multimedia Subsystem

IP Internet Protocol

IP-STB Internet Protocol Set-Top-Box

IPTV Internet Protocol Television

ISCP Internet Streaming Conformance Program

ISDN Integrated Services Digital Network

ISMA Internet Streaming Media Alliance

ISP Internet Service Provider

ITU International Telecommunication Union

ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector

JPEG Joint Photographic Experts Group

LAN Local Area Network

LPCM Linear Pulse Code Modulation

MPEG Moving Picture Experts Group

MRG Mutimedia Research Group

MTBP mean-time between packet losses

MTD Metadata

MTS MPEG Transport Stream

NAT Network Address Translation

Abkürzungsverzeichnis IX

NGN Next Generation Network

nPVR networked Personal Video Recorder

NTSC National Television Systems Committee

OECD Organisation for Economic Co-operation and Development

PAL Phase Alternating Line

PC Personal Computer

PDA Personal Digital Assistent

PIM Protocol Independent Multicast

PLT Power Line Transmission

PON Passive Optical Network

POTS Plain Old Telephone System

PVR Personal Video Recorder

QCIF Quater Common Intermediate Format

QoE Quality of Experience

QoS Quality of Service

QoSM Quality of Service Metrics

RFC Request for Comment

RG Residential Gateway

ROW Rest Of World

RTCP Real-time Transport Control Protocol

RTP Real-time Transport Protocol

RTSP Real Time Streaming Protocol

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SDI Serial Digital Interface

SDO Standard Development Organization

SDP Session Description Protocol

SDTV Standard Definition Television

SECAM Séquentiel couleur à mémoire

SRTP Secure Real-time Transport Protocol

SSM Source-specific Multicast

TCP Transmission Control Protocol

TR Technical Recommendation

TS Technical Specification

TV Television

UDP User Datagram Protocol

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UPnP Universal Plug and Play

Abkürzungsverzeichnis X

USB Universal Serial Bus

VBR Variable Bit Rate

VDSL Very High Speed Digital Subscriber Line

VLAN Virtual Local Area Connection

VoD Video-on-Demand

VoIP Voice over Internet Protocol

WAN Wide Area Network

WLAN Wireless Local Area Network

WT Working Text

WWW World Wide Web

xDSL Any of the various types of Digital Subscriber Lines (DSL)

XML eXtensible Markup Language

1 Einleitung 1

1 Einleitung

1.1 Motivation

Die vorliegende Masterarbeit ist eine theoretische, konzeptuelle Arbeit mit der Zielsetzung,

eine Gesamtsicht über das komplexe Thema IPTV1 zu erhalten. Dies ermöglicht es, vor

allem die aktuellen Problemfelder aufzuzeigen, die sich bei der technischen Realisierung

ergeben. Ausgehend von einer Analyse der aktuellen Nutzungsmodelle und dem Stand

der Forschungen werden anschließend Problemfelder herausgestellt, deren Lösung für

eine weite Verbreitung des IPTV und die Einführung von neuen Anwendungen

unabdingbar ist.

Der Schwerpunkt im zweiten Teil der Arbeit liegt in der Betrachtung der IPTV-

Anforderungen im Heimbereich des Endkunden. Neben den Mindestanforderungen und

dem aktuellen Stand der Forschung werden die Problemfelder und Anforderungen für

neue IPTV-Anwendungen analysiert und mögliche Lösungsansätze beschrieben.

1.2 Einführung

Bis in den neunziger Jahren war der Kommunikationsmarkt in den Ländern klar aufgeteilt.

Die Fernsehangebote wurden über Satellit, Kabel oder terrestrisch zum Endkunden

übertragen. Parallel dazu besitzen die Netzbetreiber ein Telefonnetz, das ursprünglich

zum Telefonieren aufgebaut wurde. Später kamen weitere Dienste hinzu, die eine

Datenübertragung mit niedrigen Datenraten benötigten, wie Faxübertragungen und die

Bereitstellung schmalbandiger Internetverbindungen mit Datenraten von einigen Kilobit pro

Sekunde.2 Die Entwicklung der ADSL-Technologie3 in den neunziger Jahren ermöglichte

dann die Einführung von breitbandigen Internetzugängen über die bestehenden

Telefonanschlüsse. In der ersten Generation betrugen die Datenraten bis zu 1 Mbit/s, mit

der Weiterentwicklung des ADSL-Standards sind aktuell (Stand: November 2007)

Datenraten 16 bis 24 Mbit/s möglich.4 Mit dieser Bandbreite ist es erstmalig möglich,

Fernsehübertragungen über Telefonleitungen mit der gleichen Qualität zu übertragen, wie 1 IPTV steht für Internet Protocol Television, einem neuen Dienst der

Telekommunikationsanbieter. Zur genauen Definition von IPTV und deren Kontext siehe Abschnitt 1.4.1

2 Vor der Einführung von Breitbandzugängen in den 90er Jahren wurden Internetzugänge in vielen Ländern typischerweise über analoge Telefonmodems mit bis zu 56 Kbit/s angeboten. Vgl. [Wiki07a]

3 Technische Details zur ADSL-Technologie und Datenraten sind in Abschnitt 2.6.2.1 erklärt. 4 Vgl. Abschnitt 2.6.2.1, S. 48

1 Einleitung 2

die bisher über Satellit, Kabel oder terrestrisch verbreiteten Fernsehangebote. Für die

Telekommunikationsanbieter, also die Netzbetreiber und die Service Provider, ist somit ein

neues Geschäftmodell ermöglicht worden, bei dem für den Endkunden neben einem

Telefonanschluss und einem Internetzugang ein dritter kostenpflichtiger Dienst angeboten

werden kann: Die Bereitstellung von Fernsehangeboten. Zusammen werden diese drei

Dienste unter dem Marketingbegriff „Triple-Play“5 vermarktet und der Fernsehdienst unter

dem Oberbegriff „IPTV“, eine Abkürzung für „Internet Protocol Television“. Es wird dabei

aus Sicht der Telekommunikationsanbieter die Übertragung von Fernsehsendungen über

das Internet auf das heimische Fernsehgerät des Endkunden verstanden und eine klare

Abgrenzung zu dem sogenannten „Internet-TV“ vorgenommen, bei dem Videos über eine

Internetverbindung auf dem PC des Endbenutzers angeschaut werden.6 Analysten

erwarten in den nächsten Jahren einen Boom für den IPTV-Markt.7

Die Möglichkeiten des IPTV gehen dabei über das passive Übertragen von

Fernsehsendungen hinaus, da durch den vorhandenen Rückkanal eine Interaktivität mit

dem Endkunden ermöglicht wird, was neue Anwendungen ermöglicht. So kann z.B. neben

der Live-TV Übertragung das sogenannte Video-on-Demand (VoD) vermarktet werden, bei

dem der Endkunde einen Videofilm oder eine Fernsehsendung zu einem beliebigen

Zeitpunkt abrufen kann. Die Telekommunikationsanbieter sehen deshalb einen neuen

großen Markt, den Sie für sich gewinnen können, in dem Sie den bisherigen Anbietern von

Fernsehprogrammen Kunden abgewinnen. Aus diesem Geschäftsinteresse heraus

werden seit einigen Jahren weltweit bei den IPTV-Beteiligten große Anstrengungen

unternommen, dies technisch umzusetzen. Die ersten Realisierungen der großen

Telekommunikationsanbieter beruhen zum Teil auf eigenen, proprietären Lösungen. Die

Netzwerke der Netzbetreiber müssen aufgerüstet werden, um die großen Datenmengen

zu bewältigen und für neue Anwendungen müssen neue Komponenten im Netzwerk

hinzugefügt werden. Um diese und weitere technische Hürden zu nehmen, haben sich die

IPTV-Beteiligten in verschiedenen Interessensgruppen zusammengeschlossen, um

gemeinsam Lösungen zu erarbeiten.

Für die weitere Entwicklung sind z.B. offene Standards notwendig, damit eine

Kompatibilität zwischen den verschiedenen Herstellern von IPTV-Komponenten besteht.

5 Vgl. [Wiki07e] „Triple Play ist in der Telekommunikation seit etwa 2005 ein Marketingbegriff für

das gebündelte Anbieten der drei Dienste Fernsehen, (IP-)Telefonie und Internet“ 6 Vgl. Abschnitt 1.4.5 7 Vgl. Abschnitt 1.6.5 zur Marktenwicklung von IPTV

1 Einleitung 3

Eine weitere große Aufgabe ist das Thema Migration und Konvergenz. Damit die neuen

Dienste auch rentabel angeboten werden können, sind einige technische Optimierungen

notwendig. Vorhandene Dienste und neue Dienste müssen nun zusammengeführt werden,

ansonsten wird der Betrieb des IPTV-Netzes auf Dauer zu teuer und rechnet sich nicht für

die Betreiber. Die Umsetzung dieser Aufgaben läuft unter dem Namen „Next Generation

Network“ (NGN).

Für den Endkunden sind diese technischen Aspekte transparent; er ist nur an den

Diensten interessiert und möchte nicht wissen, wie diese technisch ermöglicht werden. Für

die Anbieter sind die technischen Aspekte jedoch von existenzieller Bedeutung. Aus

diesem Grund werden im Rahmen dieser Masterarbeit die technischen Aspekte analysiert

und technische Herausforderungen identifiziert.

Neben den technischen Herausforderungen im Netzwerk der Netzbetreiber ist ein weiterer

wichtiger Forschungsaspekt die Erarbeitung und Umsetzung von Lösungen zur Integration

von IPTV im Heimbereich des Endnutzers. Die heute existierenden Standards und

Lösungen nehmen vereinfacht immer nur ein einzelnes TV-Gerät beim Endkunden an. In

der Praxis besitzt ein IPTV-Nutzer aber mehrere TV-Geräte innerhalb eines Haushaltes,

an denen er die angebotenen IPTV-Dienste gleichzeitig über einen einzelnen

Breitbandzugang nutzen möchte. Dazu kommen noch weitere Multimediageräte im

Haushalt, die ebenfalls den gleichen Breitbandzugang nutzen. Diese Kundenanforderung

erfordert nun weitere Forschungsarbeiten zur IPTV-Architektur speziell im Heimbereich zur

Erarbeitung von technischen Lösungen für ein Heimnetzwerk. Aus diesem Grund wird

dieser Themenschwerpunkt im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit betrachtet.

1.3 Umfang und Struktur der Arbeit

Das vorliegende Kapitel 1 führt den Leser in das Themengebiet IPTV ein. In der

Einführung wird zunächst ein Überblick über das Thema in Form einer Kurzfassung

gegeben. Danach werden wichtige Begriffsdefinitionen vorgenommen, die für das

Gesamtverständnis des Themas von Bedeutung sind. Nach der Identifikation der IPTV-

Marktbeteiligten mit ihren unterschiedlichen Sichtweisen und Aufgaben in Abschnitt 1.5

erfolgt in Abschnitt 1.6 eine Betrachtung des Themas IPTV aus Marktsicht, um die

Hintergründe und die Motivation für die nachfolgend betrachteten technischen Aktivitäten

und Forschungsaspekte herauszuarbeiten. Die betrachteten Marktaspekte sind IPTV-

Anwendungen und Nutzungsmodelle, die Prognosen zur Marktenwicklung in den nächsten

Jahren sowie neue Erlösmodelle.

1 Einleitung 4

In Kapitel 2 wird der Stand der Forschung zum Thema IPTV umfassend analysiert. In

Abschnitt 2.1 werden zunächst die Forschungsaktivitäten identifiziert, welche im

Wesentlichen in verschiedenen Industrieforen und Allianzen statt finden. Es werden die

Forschungsschwerpunkte, die bereits abgeschlossenen Aktivitäten und aktuelle Arbeiten

der Arbeitsgruppen herausgearbeitet und erläutert. Danach folgt in Abschnitt 2.2 ein

Überblick über die heutige IPTV-Architektur.

In den Abschnitten 2.3 bis 2.6 werden technische Aspekte für den Betrieb von IPTV-

Netzen im Detail betrachtet. Hierzu gehören IPTV-Komponenten und Datenflüsse, die

verwendeten IP-Protokolle, notwendige Video-Codecs mit den verschiedenen

Videoformaten und Datenraten sowie die technischen Aspekte zu Breitbandzugängen,

welche als Anbindung des IPTV-Netzes zum Heimnetzwerk des Endkunden notwendig

sind.

Die Abschnitte 2.7 und 2.8 beschäftigen sich mit architekturübergreifenden Aspekten. Das

für die Nutzerakzeptanz wichtige Thema der Dienstqualität (Quality Of Service) und der

subjektiven Video- und Ton-Qualität (Quality Of Experience) werden hier betrachtet. Es

werden dazu die Einflussfaktoren, notwendige Maßnahmen und der Stand der Forschung

beleuchtet.

Der nachfolgende Abschnitt 2.9 beschäftigt sich mit anwendungsrelevanten technischen

Aspekten. Hierzu gehören die Middleware, eine Software-Plattform, welche für die

Dienstbereitstellung benötigt wird, notwendige Sicherheitsaspekte und die Anforderungen

zur Bereitstellung von Metadaten, welche für eine Personalisierung und die Bereitstellung

einer elektronischen Programmzeitschrift (engl. Electronic Program Guide, EPG) benötigt

werden.

In Kapitel 3 werden die aus dem vorhergehenden Kapitel untersuchten Ansätze bewertet,

um zum einen festzustellen, welche Aspekte bereits gelöst sind und zum anderen, wo die

Problemfelder und Herausforderungen für die weitere Entwicklung von IPTV-Lösungen

liegen. Die Forschungsarbeiten zum Aufbau des Next Generation Network (NGN) gehören

dabei zu den besonderen Herausforderungen.

In Kapitel 4 erfolgt dann eine genauere Betrachtung der IPTV-Entwicklungen im

Heimbereich. Da die IPTV-Dienste beim Endkunden auf mehreren TV-Geräten

bereitgestellt werden sollen, ist auch im Heimbereich eine IPTV-Infrastruktur notwendig,

welche aus Komponenten wie z.B. einem DSL-Modem und einer IP-Set-Top-Box bestehen

sowie einem Netzwerk, das alle Komponenten miteinander auf geeignete Weise verbindet.

Die technischen Anforderungen und der Stand der Forschungsaktivitäten für die

Realisierung von Heimnetzwerken werden hier betrachtet. Im weiteren Verlauf werden

1 Einleitung 5

dann in den Abschnitten 4.3 und 4.4 die derzeitigen Lösungsansätze hinsichtlich ihrer

IPTV-Eignung bewertet und mögliche weitere Entwicklungen identifiziert.

Kapitel 5 schließt die Arbeit mit einer Zusammenfassung und dem Fazit ab.

1.4 Begriffsdefinitionen

Für das Verständnis des Begriffes IPTV aus Sicht der vorliegenden Arbeit und deren

Technologien und Dienste wie z.B. Triple-Play-Dienste, Video-on-Demand oder Live-TV,

werden in diesem Abschnitt einige Begriffserklärungen im Zusammenhang mit IPTV

durchgeführt. Weiterhin wird noch eine Abgrenzung zu dem sogenannten Internet-TV

vorgenommen.

1.4.1 Definition IPTV aus Endkundensicht

Mit dem Begriff IPTV wird im Rahmen der Masterarbeit der Marketingbegriff aus der

Telekommunikationsbranche betrachtet. IPTV steht für „Internet Protocol Television“ und

meint dabei aus Endkundensicht das Angebot von Fernsehdiensten über die

Telefonleitung des Telefonnetzbetreibers.

Dieser neue Fernsehdienst steht in Konkurrenz zu den bisherigen Fernsehangeboten der

Kabelnetzbetreiber (engl. Cable-TV, kurz CATV)8, der Verbreitung über Satellit oder der

terrestrischen Verbreitung.

IPTV ermöglicht gegenüber den bisherigen Fernsehangeboten viele neue Anwendungen.

Eine erste Unterteilung der IPTV-Angebote kann dabei in zwei Kategorien erfolgen: Zum

einen die Live-Übertragung von Fernsehsendungen, wie es heute von klassischen

Fernsehanbietern üblich ist. Diese wird im Folgenden als „Live-TV“ bezeichnet. Die zweite

Kategorie wird unter dem Begriff „Video-on-Demand“ (VoD) eingeordnet und bezeichnet

das Abrufen von Fernsehdiensten durch den Endkunden zu einem beliebigen Zeitpunkt.9

Dies wird durch den vorhandenen Rückkanal vom Endkunden zum Service Provider

möglich, den es bei den bisherigen Fernsehangeboten nicht gibt.

8 Ein Beispiel für einen deutschen CATV-Anbieter ist die Unity Media GmbH. Vgl. Homepage

http://www.unitymedia.de 9 Vgl. [Wiki07f] „Der Begriff […] Video-on-Demand (VoD, dt. Video auf Nachfrage) ist ein Service,

der es Teilnehmern ermöglicht, zu jeder beliebigen Zeit aus einer Auswahl von Videofilmen einen Film abzurufen und abzuspielen. Derartige Videos werden als Abrufvideo bezeichnet“

1 Einleitung 6

1.4.2 Triple-Play-Dienste

Da die Netzbetreiber mit der Einführung des Fernsehdienstes IPTV nun neben dem

bisherigen Telefondienst und dem Internetzugang drei Dienste anbieten können, wird dies

unter dem Marketingbegriff „Triple-Play“10 angeboten. Ein konkretes Beispiel für ein Triple-

Play-Angebot mit IPTV ist z.B. das Angebot der Deutschen Telekom AG, das unter dem

Namen T-Home11 angeboten wird.

1.4.3 Definition IPTV aus technischer Sicht

Aus technischer Sicht beschäftigen sich verschiedene Industrieforen12 und

Standardisierungs-Organisationen mit der Definition von IPTV. Dazu gibt es von jeder

Organisation eine eigene Definition des Begriffes IPTV, um deren Bedeutung aus

technischer Sicht klarzustellen. Im Folgenden sind einige Definitionen aufgeführt.

Ein Vorschlag für eine allgemeine Definition von IPTV in der ITU-Focus Group IPTV

lautet:13

An IPTV service (or technology) is the new convergence service (or

technology) of the telecommunication and broadcasting through QoS

controlled Broadband Convergence IP Network including wire and wireless for

the managed, controlled and secured delivery of a considerable number of

multimedia contents such as Video, Audio, data and applications processed by

platform to a customer via Television, PDA, Cellular, and Mobile TV terminal

with IP-STB module or similar device.

Ein weiterer Vorschlag für eine allgemeine Definition von IPTV von der IPTV-

Arbeitsgruppe der ITU lautet:14

IPTV is defined as multimedia services such as television/ video/ audio/ text/

graphics/ data delivered over IP based networks managed to provide the

required level of QoS/ QoE, security, interactivity and reliability.

10 Vgl. [Tsys06] „In den Mittelpunkt neuer Geschäftsmodelle rückt das Bündeln von Telefonieren,

Internet und Fernsehen, was in der Telekombranche auch als Triple Play Services bezeichnet wird“

11 Vgl. Internetseite zum Produkt T-Home unter http://www.t-home.de 12 Die verschiedenen Industrieforen sind in Abschnitt 2.1 beschrieben 13 Vgl. [Inte06a], S. 1 14 Vgl. [Inte06b], Absatz „IPTV“

1 Einleitung 7

Das Industrie-Konsortium Digital Video Broadcasting (DVB)15 gibt eine allgemeine

Definition von IPTV im Bezug zu den DVB-Arbeiten im Rahmen der IPTV-Arbeitsgruppe

wie folgt an:16

DVB-IPTV is the collective name for a set of open, interoperable technical

specifications, developed by the DVB Project, that facilitate the delivery of

digital TV using Internet Protocol over bi-directional fixed broadband networks

Das Broadband Service Forum (BSF)17 erklärt IPTV folgendermaßen:18

IPTV services operate over a private IP network and not the public Internet. In

a private IP network specifically designed for IPTV, a service provider can

ensure quality of service (QoS) for consumers.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass ein IPTV-Dienst aus Sicht der

Telekommunikations-Industrie mindestens folgende technische Merkmale besitzt:

• Die IPTV-Dienste beinhalten die Übertragung von Video, Audio, Text und Bilder

• Die Übertragung erfolgt über Internet-Protokoll basierende Netzwerke

• IPTV-Dienste werden über ein privates, vom Netzbetreiber kontrolliertes IP-Netzwerk

übertragen und nicht über öffentliche, unkontrollierte Internet-Verbindungen

• Es sind Maßnahmen zur Sicherstellung einer geforderten Dienstqualität vorzusehen

(Quaility Of Service)

1.4.4 Breitbandzugang als Voraussetzung für IPTV

Für die Übertragung von IPTV-Diensten zum Endkunden wird der Breitbandzugang (engl.

Broadband Access) als Voraussetzung genannt, da hiermit die benötigten Datenraten von

mehreren Mbit/s19 übertragen werden können. Technisch ist dazu der ursprünglich für den

Internetzugang entwickelte ADSL-Anschluss20 geeignet, der eine Bandbreite von 16 bis 24

Mbit/s über eine herkömmliche Telefonleitung aus Kupfer zur Verfügung stellt und

inzwischen weltweit eine starke Verbreitung gefunden hat. Es gibt noch alternative

Breitbandzugänge, mit denen höhere Datenraten möglich sind. So hat z.B. die Deutsche 15 Vgl. Abschnitt 2.1.3 zum Digital Video Broadcasting-Project 16 Vgl. [DVBP07], S. 1 17 Vgl. Homepage des BSF unter http://www.broadbandservicesforum.org 18 Vgl. [Broa07], S. 1 19 Vgl. Abschnitt 2.5 zu Datenraten: Die Übertragung eines Programms im SDTV-Format benötigt

eine Datenrate von ca. 2-3Mbit/s 20 Vgl. Abschnitt 2.6.2.1 zu Details zum ADSL und VDSL-Standard

1 Einleitung 8

Telekom bereits damit begonnen, ihre Breitbandzugänge auf die VDSL-Technologie

(VDSL ist die Abkürzung für Very High Speed Digital Subscriber Line) aufzurüsten, mit der

Datenraten von 50 Mbit/s über eine Telefonleitung möglich sind.21

1.4.5 Abgrenzung von IPTV zum Internet-TV

In der vorliegenden Arbeit werden ausschließlich die IPTV-Dienste entsprechend der

Definition der Telkommunikationsunternehmen in Abschnitt 1.4.3 betrachtet.

Im Gegensatz zu diesen stehen die Internet-TV Angebote. Diese werden auch als Web-TV

bezeichnet. Es handelt sich dabei um die Übertragung von Videos über das öffentliche

Internet und deren Wiedergabe am PC des Endbenutzers. Im Unterschied zum IPTV

haben diese Dienste typischerweise eine deutlich geringere Bildqualität und Bildauflösung

sowie keine gesicherte Dienstqualität.22 Ein Beispiel ist der Abruf der letzten Tagesschau-

Sendung der Anstalt des öffentlichen Rechts (ARD).23

1.5 IPTV-Marktbeteiligte und deren Sichtweisen und Aufgaben

Die Hauptbeteiligten bei der IPTV-Realisierung sind die Industrieunternehmen der

Telekommunikationsbranche, welche verschiedene Dienste, Funktionalitäten und

Komponenten bereitstellen müssen. Das Geschäftsinteresse ist dabei die Erfüllung der

Kundenbedürfnisse, um mit der IPTV-Vermarktung und mit entsprechenden

Geschäftsmodellen gewinnbringende Einnahmen zu erzielen.

Die Aufgaben der Beteiligten sind sehr vielfältig und es bestehen einige Querbeziehungen

zwischen den Gruppen, um eine Gesamtlösung für den Endkunden anbieten zu können.

Um einen Überblick über die Beteiligten zu erhalten, wird in diesem Abschnitt zunächst

eine Aufteilung nach Marktsegmenten vorgenommen und die Aufgaben dieser Segmente

erläutert.

21 Siehe auch Beitrag in Heise Online [Heis07] 22 Vgl. [Schäf06], S. 8., der die Unterschiede zwischen IPTV und Internet-TV (hier bezeichnet als

PCTV) als Übersicht darstellt. 23 Die aktuellen Sendungen können auf der Internetseite http://www.tagesschau.de abgerufen

werden.

1 Einleitung 9

1.5.1 Aufteilung nach Marktsegmenten

Abbildung 1.1 zeigt die Hauptfunktionsbereiche, die bei der Bereitstellung von IPTV-

Diensten direkt beteiligt sind. Die Aufteilung erfolgt hier nach Dienstleister (engl. Provider)

und Endkunden (engl. End-User).

Abbildung 1.1: Basis IPTV-Dienste und IPTV-Bereiche24

Im Folgenden werden die Rollen der vier miteinander kommunizierenden

Funktionsbereiche mit ihrem Beitrag an der IPTV-Bereitstellung erläutert. 25

1.5.2 Inhalteanbieter (Content Provider)

Ein Inhalteanbieter (engl. Content Provider) besitzt das auszusendende Videomaterial, das

in digitaler Form als Dateien auf Servern oder analog auf Videobändern vorliegen kann. Er

bietet dieses den Service Providern gegen eine Lizenzgebühr an. Ein Beispiel für einen

Inhalteanbieter ist der Medienkonzern ProSiebenSat.1 Media AG.26

1.5.3 Dienstanbieter (Service Provider)

Die Aufgabe des Dienstanbieters (engl. Service Provider) ist die Bereitstellung von IPTV-

Dienste für seine Endkunden. Für IPTV-Dienste sind zwei Service Provider von

24 Quelle: [Jone06a], Folie 5 25 Vgl. [ATIS06], S. 9 26 Vgl. [Pros07] „Die ProSiebenSat.1-Gruppe ist mit 24 Free-TV, 24 Pay-TV und 22

Radionetzwerken in 13 Ländern in Europa einer der größten und erfolgreichsten pan-europäischen Medienkonzerne. Werbefinanziertes Free-TV ist das Kerngeschäft der Gruppe. Mit den Sendermarken Sat.1, ProSieben, kabel eins und N24 ist der Konzern das größte kommerzielle Free-TV-Unternehmen in Deutschland.“

1 Einleitung 10

Bedeutung, der Internet Service Provider (ISP) und der Content Service Provider (CSP).

Typischerweise erwirbt oder lizenziert der CSP den Inhalt vom Content Provider und

verpackt diesen in einen Dienst, den er an den Endkunden verkauft. Der ISP stellt für den

Endkunden den Internetzugang bereit.

1.5.4 Netzbetreiber (Network Provider)

Der Netzbetreiber (engl. Network Provider) bildet das Bindeglied zwischen dem Service

Provider und dessen Endkunden. Service Provider und Network Provider können auch

eine Instanz sein. Die Aufgabe des Netzbetreibers ist die gesicherte Übertragung der

Inhalte in Form von Video-Streams und Daten vom Service Provider zum Endkunden. Die

Übertragung erfolgt dabei vom Inhalteanbieter ausgehend über das Kernnetz (engl. Core-

oder Backbone Network). Die Verbindung zum Endnutzer erfolgt über einen

Breitbandzugang (engl. Access Network).27

Zu den Netzbetreibern in Deutschland gehört z.B. der Unternehmensbereich T-Com der

Deutschen Telekom AG.28

1.5.5 Endkunden

Der Endkunde (engl. End-User) ist der Konsument der IPTV-Dienste und muss dessen

Nutzung beim Service-Provider bezahlen. Die Nutzung kann dabei an einem einzelnen

Endgerät, bestehend aus einer IP-Set-Top-Box (IP-STB) und einem TV-Gerät erfolgen

oder über ein Heimnetzwerk an mehreren Endgeräten.29

1.5.6 IPTV-Zulieferer und Interessengruppen

Neben den direkt an der Bereitstellung von IPTV-Diensten beteiligten Unternehmen gibt es

noch die indirekt beteiligten IPTV-Zulieferer. Dazu gehören Industrieunternehmen, welche

die notwendigen Hardware- und Software-Komponenten an die Service Provider und

Nerzbetreiber liefern.

27 Vgl. Abschnitt 2.6.2 28 Vgl. [Deut07] „Netzzugänge, Kommunikations- und Mehrwertdienste stellt die Telekom über

Festnetz und Mobilfunk mit zunehmend hoher Bandbreite zur Verfügung. Im Bereich T-Com (Breitband/Festnetz) liegt der Schwerpunkt in der Ausrichtung auf den wachstumsstarken Breitbandmarkt mit einer optimalen Kundenbetreuung und Kundenbindung in der Sprachkommunikation.“

29 Für die Verbindung der verschiedenen Benutzerterminals benötigt der Endkunde ein Heimnetzwerk. Vgl. Abschnitt 4.3

1 Einleitung 11

Konkret sind hier folgende Zulieferer zu nennen:

• Chip-Hersteller: Liefern die Halbleiterchips, welche spezielle IPTV-relevante

Funktionen übernehmen, wie z.B. die Video-Codierung und die Verschlüsselung der

Video-Streams

• Hardware-Hersteller: Liefern die IPTV-Netzwerkkomponenten, z.B. IP-Set-Top-Boxen

• Software-Firmen: Liefern die sogenannte IPTV-Middleware30

Als weitere Interessengruppen an der Verbreitung von IPTV-Technologien sind noch die

Forschungsarbeiten der Universitäten und Forschungsinstitute zu nennen. Hier sind z.B.

Arbeiten und Vorträge des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-

Institut mit Arbeiten zur Videocodierung und Übertragung zu nennen. Das Institut

beschreibt ihre Forschungsziele folgendermaßen:31

Sowohl Unternehmen als auch Privatpersonen sollen in Zukunft zu jeder Zeit

und an jedem Ort in der Lage sein, die Vielfalt an Multimediadiensten in

Anspruch nehmen zu können, und zwar ohne größeren Aufwand und ohne

besondere Fachkenntnisse. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine enge

Zusammenarbeit zwischen Forschung auf der einen Seite und der

Konsumerelektronik-, Computer- und Kommunikationsindustrie sowie

Netzbetreibern und Inhalteanbietern auf der anderen Seite notwendig.

1.6 Marktsicht

1.6.1 Derzeitige IPTV-Anwendungen und Nutzungsmodelle

Aus Endkundensicht stehen für die IPTV-Nutzung die Anwendungen im Vordergrund. Im

Gegensatz dazu sind für die Service Provider und die Netzbetreiber die technischen

Aspekte von größerer Bedeutung. Im Folgenden werden die aktuellen Anwendungen

anhand von konkreten IPTV Service Providern herausgestellt, damit die technischen

Anforderungen daraus abgeleitet werden können.

1.6.1.1 Basisanwendungen

Die Basisanwendung der IPTV Service Provider ist das Angebot der klassischen, live

übertragenen TV-Programme (Live-TV). Damit können sie die gleiche Anwendung wie die

30 Die Middleware Komponenten und Funktionen sind in Abschnitt 2.9 beschrieben. 31 Vgl. [Frau07]

1 Einleitung 12

Kabelnetzbetreiber anbieten. Die zweite Basisanwendung ist das Video-on-Demand, bei

dem Filme wie in einer Videothek ausgewählt werden können und für eine Leihfrist zur

Verfügung stehen.32 So bietet z.B. der Service Provider 1&1 unter dem Produktnamen

maxdome33 ein VoD-Angebot an.

Der deutsche Anbieter Hansenet beschreibt sein IPTV-Angebot Alice homeTV34 wie folgt:

Alice homeTV ermöglicht den Empfang von Fernsehprogrammen und Filmen

auf Abruf (Video-on-Demand, kurz VoD) über den DSL-Anschluss auf dem

heimischen Fernseher. Neben ca. 60 frei empfangbaren Fernsehkanälen bietet

Alice homeTV zusätzlich ca. 40 Pay-TV-Sender mit unterschiedlichen

inhaltlichen Schwerpunkten.

1.6.1.2 Zusätzliche Anwendungen

Darüber hinaus werden bereits eine Reihe von zusätzlichen Anwendungen und

Nutzungsmodelle angeboten. Beispiele hierfür sind:

• Digital auf Festplatte aufnehmen; zeitversetzt fernsehen (engl. Timeshift)

• Eine elektronische Programmzeitschrift (engl. Electronic Program Guide, EPG)

ermöglicht es, direkt ins TV-Portal zu wechseln, um aktuelle programmbegleitende

Informationen abzurufen (Texte, Bilder, Videos)

• Bezahlfernsehen (engl. Pay-TV) direkt am Fernseher abonnieren

• Aktuelle Informationen benutzerfreundlich in einem TV-Web-Portal abrufen, statt

veralteter Teletext-Technik (auch als Videotext bezeichnet)

1.6.2 Derzeitige Verbreitung von IPTV

Nach den Marktanalysen der Multimedia Research Group35 haben in den letzten Jahren

zahlreiche Netzbetreiber in Westeueropa, Großbritannien, Nordamerika und in einigen

Ländern Ostasiens bereits die ersten Phasen zur Einführung von IPTV vollzogen.

Angefangen mit Laborversuchen über externe Feldversuche mit einer begrenzten Anzahl

32 Vgl. [Wiki07f] zur Definition von Video-on-Demand 33 Die Produktbeschreibung zu maxdome ist unter http://www.maxdome.de/abos/maxdome/

abrufbar. 34 Die Produktbeschreibung zu Alice homeTV ist unter https://www.alice-

dsl.de/alicehelp/index.jsp?showId=236&type=6 abrufbar. 35 Vgl. [Mult07a]

1 Einleitung 13

von Endkunden bis zur flächendeckenden Verbreitung von IPTV. In den genannten

Regionen sind weltweit die größten Verbreitungen von IPTV vorzufinden.

1.6.3 IPTV-Verbreitung in Europa

Die Verbreitung von IPTV-Angeboten in Europa ist in einer Pressemeldung der Goldmedia

GmbH vom 14. Dezember 2006 veröffentlicht:36

Wie aktuelle Untersuchungen der Unternehmensberatungen Goldmedia und

Screen Digest belegen, bleiben Frankreich, Italien und Spanien auch zukünftig

Europas führende IPTV-Märkte. Aber auch Großbritannien und Deutschland

finden mit neuen Angeboten den Anschluss an den europäischen IPTV-Trend.

Während HanseNet mit Alice homeTV37 im Mai und die Deutsche Telekom mit

T-Home38 im Oktober 2006 ihre IPTV-Angebote starteten, ist die British

Telecom mit ihrem Service BT Vision seit Dezember 2006 neu auf dem Markt.

In Abbildung 1.2 sind die Teilnehmerzahlen der fünf beschriebenen Länder im Überblick

dargestellt.

Abbildung 1.2: IPTV-Haushalte in Europa 201039

36 Vgl. Pressemeldung der Goldmedia GmbH [Gold06b], S. 1 37 Die Produktbeschreibung zu Alice homeTV ist unter https://www.alice-

dsl.de/alicehelp/index.jsp?showId=236&type=6 abrufbar. 38 Die Produktbeschreibung zu T-Home ist auf der Seite http://t-home.com abrufbar. 39 Quelle [Gold06b], S. 2

1 Einleitung 14

Goldmedia schreibt weiterhin in ihrer Pressemeldung über die Entwicklung in Frankreich

und Großbritannien:40

Mit immerhin fünf konkurrierenden Anbietern ist Frankreich derzeit der in

Europa mit Abstand am weitesten entwickelte IPTV-Markt. Ende 2006 werden

in Frankreich bereits über 900.000 Haushalte IPTV nutzen. Es folgen Spanien

und Italien mit etwa 450.000 bzw. knapp 400.000 IPTV-Kunden.

Dass Frankreich und Italien in Sachen IPTV anderen Ländern überlegen sind,

hat gute Gründe: So spielt das Kabel in beiden Märkten eine eher

untergeordnete Rolle. In Italien sind die Kabelnetze nur geringfügig ausgebaut

und in Frankreich überhaupt nur regional verfügbar. Damit sind die

Wettbewerbsbedingungen für neue TV-Dienste über Breitbandinternet

wesentlich günstiger als in anderen Ländern. Hinzu kommt, dass Frankreich

und Italien ein vergleichsweise kleines Free-TV-Angebot haben, was die

Chancen von Pay-TV auch über IPTV deutlich begünstigt.

1.6.4 IPTV-Pioniere

Die ersten IPTV-Angebote in Europa gab es bereits im Jahre 1999 in Großbritannien unter

dem Namen „Kingston Interactive Television“ (KIT) von Kingston Communications41 und

Homechoice von Video Networks. Beide konnten sich jedoch am Markt nicht etablieren.

Die Gründe liegen nach Goldmedia an dem hohen Digitalisierungsgrad des britischen TV-

Marktes und dem starken Wettbewerb im Pay-TV-Markt. Es gibt jedoch seit Dezember

2006 einen neuen großen IPTV-Anbieter in Großbritannien: Die British Telecom mit ihrem

Service „BT Vision“.40

1.6.5 IPTV-Marktentwicklung

Die Mutimedia Research Group (MRG)42 sagt voraus, dass die Zahl der DSL-Anschlüsse

weltweit von 218 Millionen im Jahr 2007 auf 353 Millionen im Jahr 2011 wachsen wird.

Das entspricht einer jährlichen Wachstumsrate von 13%. Diese Breitbandanschlüsse

bilden die technische Voraussetzung für die IPTV-Kunden, deren Teilnehmerzahl-

entwicklung in Abbildung 1.3 dargestellt ist. Es ist zu sehen, dass die Zahl der IPTV-

40 Vgl. Pressemeldung der Goldmedia GmbH [Gold06b] 41 Vgl. [Brit00], S 1: „This is the only ADSL-based interactive television service currently on the

market anywhere in the UK (excluding trials by telecoms and cable companies)“ 42 Vgl. Bericht der Multimedia Research Group [Mult07a]

1 Einleitung 15

Teilnehmer nach diesen Annahmen um jährlich 45% steigen wird. Europa ist dabei die

derzeit führende Region, dicht gefolgt von Asien. Die Verbreitung in Nordamerika ist

ebenfalls sehr groß. Die übrigen Länder sind in der Darstellung mit „Rest Of World“ (ROW)

bezeichnet.

Abbildung 1.3: Globale IPTV Teilnehmerzahl43

Die Abbildung 1.4 zeigt, dass die für 2007 vorhergesagten globalen Erlöse aus IPTV-

Diensten von 3,6 Milliarden US-Dollar auf 20,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2011 steigen

können, was einer jährlichen Wachstumsrate von 71% entspricht. Es ist anzumerken, dass

die Erträge in Asien im Verhältnis zu der Teilnehmerzahl geringer sind als in Nordamerika

und Europa, was auf die geringeren Durchschnittspreise in Asien zurückzuführen ist.

43 Quelle: Bericht der Multimedia Research Group [Mult07a], Figure 1-1

1 Einleitung 16

Abbildung 1.4: Erwartete Erlöse aus IPTV-Diensten44

Eine umfassende Analyse zur IPTV-Entwicklung auf dem deutschen Markt stammt vom

Medienunternehmen Goldmedia in der Veröffentlichung der Studie „IPTV 2010“.45 In der

Analyse wird prognostiziert, dass in Deutschland bis 2010 rund 1,3 Millionen Haushalte

Fernsehen über das Internet-Protokoll empfangen werden. In Abbildung 1.5 ist die

Entwicklung entsprechend der Studie grafisch dargestellt.

44 Quelle: Bericht der Multimedia Research Group [Mult07a], Figure 1-2 45 Laut Auszügen der Studie „IPTV 2010“ in der Pressemeldung vom 06.03.2006 [Gold06a]

1 Einleitung 17

Abbildung 1.5: Entwicklung der IPTV-Haushalte in Deutschland 2006-201046

1.6.6 Geschäftsmodelle und Erlösquellen

Durch die IPTV-Dienste ergeben sich neue Geschäftsmodelle und Erlösquellen für die drei

Marktsegmente der Inhalteanbieter, Service Provider und Netzbetreiber.

1.6.6.1 Erlösmodelle aus Sicht der Inhalteanbieter

Für die Inhalteanbieter ergibt sich durch IPTV die Möglichkeit, neben Free-TV und Pay-TV

als weiteren Dienst das Video-on-Demand anzubieten. Ein Beispiel ist das Video-on-

Demand-Portal maxdome des Medienkonzerns ProSiebenSat.1-Gruppe. Diese beschreibt

ihr Geschäftsmodell folgendermaßen:47

[…] Werbefinanziertes Free-TV ist das Kerngeschäft der Gruppe. […].

Deutschlands größte Video-on-Demand-Portal maxdome […] gehören zu den

Aktivitäten, mit denen die ProSiebenSat.1-Gruppe ihre Erlösquellen

zunehmend diversifiziert.

46 Quelle [Gold06a], S. 3 47 Vgl. [Pros07]

1 Einleitung 18

1.6.6.2 Erlösmodelle aus Sicht der Service Provider und Netzbetreiber

Nach Angaben von Goldmedia unterscheiden sich die Geschäftsmodelle der einzelnen

Service Provider deutlich voneinander:48

Während Fastweb in Italien, der französische Anbieter Free oder auch

Telefónica in Spanien mit Komplettpaketen im Markt präsent sind, tritt die

France Telecom vor allem als Pay-TV-Reseller auf und vermarktet über seine

Plattform die Pakete der inzwischen fusionierten Pay-TV-Anbieter Canal+ und

TPS. In den Niederlanden und in Belgien wiederum agieren mit Versatel und

Belgacom zwei Telekommunikationsanbieter auch als Programmanbieter.

Beide haben die jeweils exklusiven Lizenzen der ersten nationalen

Fußballligen erworben.

Der BT-Vison-Service [von der British Telekom] verzichtet hingegen vollständig

auf Abonnement-Gebühren und setzt auf Filme, Konzert- und Sportereignisse

per Einzelabruf, die preislich unter dem der Konkurrenz angesiedelt sind. Die

hierzu nötige Set-Top-Box, mit der zudem das frei empfangbare Digital-TV-

Paket Freeview empfangen werden kann, wird allen neuen Breitbandkunden

kostenfrei zur Verfügung gestellt. Mit dieser Strategie der

Endgerätesubventionierung hatte schon Free in Frankreich Erfolg. In nur zwei

Jahren konnte Free seine Kunden fast vollständig mit der für IPTV

notwendigen Empfangshardware ausstatten und wurde mit derzeit über

300.000 Pay-TV-Kunden zum bislang erfolgreichsten Anbieter in Europa.

Zusammenfassend lassen sich folgende Erlösquellen für IPTV-Angebote identifizieren:

• Einnahmen durch monatliche Grundgebühr für den Empfang freier Programme

• Einnahmen durch zusätzliche Gebühren für das Buchen von Pay-TV-Programmen

• Einnahmen durch zusätzliche Gebühren für Zusatzdienste

48 Vgl. [Gold06b], S. 2, oben

1 Einleitung 19

1.6.6.3 Ausgaben für IPTV

Gegenüber den zu erwartenden Erlösen stehen die Ausgaben für den Aufbau und die

Unterhaltung des IPTV-Netzes sowie für die Bereitstellung der Dienste. In einem

Kommentar über den IPTV-Anbieter Deutsche Telekom werden konkrete Kosten

herausgestellt: 49

Die Telekom hat allein für die VDSL- und Glasfaser-Infrastruktur rund drei

Milliarden Euro bezahlt. Bezahlt werden müssen aber auch der Zugriff auf

1200 namhafte Filme für das Video-on-Demand-Konzept inklusive

Abrechnungs- und Übertragungstechnik, die Rechte für die Bundesliga-

Übertragung und das Paket des Bezahlsenders Premiere sowie die

Einbindung von 100 Fernsehsendern inklusive ARD und ZDF. Weitere Kosten

entstehen durch Hard- und Software wie die Settop-Boxen und

Lizenzgebühren an Plattformanbieter Microsoft. Nach Berechnungen der

Analysten von Forrester Research wird die Deutsche Telekom jedoch bereits

auf Grund der aufwändigen VDSL-Infrastruktur in den nächsten zehn Jahren

mit jedem Triple-Play-Nutzer 1330 Euro Verlust machen.

Diese Angaben zeigen, dass die Anbieter zunächst mit ihren Geschäftsmodellen zur IPTV-

Vermarktung durch hohe Investitionen in Vorleistung gehen müssen. Diese müssen sich

durch entsprechend hohe Einnahmen mittelfristig amortisieren, damit aus dem

Geschäftsmodell auch ein langfristiger Geschäftserfolg wird.

Um dies zu erreichen, müssen die Endkunden mit attraktiven Zusatzdiensten überzeugt

werden, entsprechend hohe Beiträge zu zahlen, was auch im Beitrag von Diederichs50

bestätigt wird:

„Serviceprovider könnten den Durchschnittsumsatz pro Kunde (engl. Average Return Per

User,]ARPU) deutlich steigern, wenn sie ihre bestehenden VoIP- und Internetdienste mit

interaktivem Fernsehen und Video integrieren.“

49 Vgl. Kommentar von Hermann Gfaller in [Gfal06] 50 Vgl. Beitrag in [Died06], S. 32

2 Stand der Forschung 20

2 Stand der Forschung Im vorangegangenen Abschnitt wurden die verschiedenen IPTV-Beteiligten identifiziert

und deren Sichtweisen und Aufgaben erläutert. Es wird dabei deutlich, dass jeder der

Beteiligten teilweise voneinander unabhängige Aufgaben haben und dass für jeden nur

Teilaspekte der gesamten IPTV-Architektur von Interesse sind. Aus diesem Ansatz heraus

haben sich in den letzten Jahren mehrere Interessengruppen gebildet, die einzelne IPTV-

Aspekte erforschen und Lösungen entwickeln.

Die folgende Analyse zum Stand der Forschung erfolgt aus einer übergeordneten

Sichtweise. Es werden Aspekte wie die Ende-zu-Ende-Übertragung betrachtet, bei der alle

beteiligt sind. Ziel ist die Erstellung eines Gesamtbildes, welches den einzelnen Beteiligten

fehlt bzw. aus deren Arbeiten nicht ersichtlich ist.

2.1 Industrieforen zur IPTV-Standardisierung

2.1.1 Arbeitsgruppen und Standards

Eine Reihe von Standards, Spezifikationen und Richtlinien wurden in den letzten Jahren in

verschiedenen Standard-Entwicklungs-Organisationen (engl. Standard Development

Organizations, SDO) und Industrieforen erarbeitet, um die technischen Grundlagen für die

Realisierung von IPTV-Diensten festzuschreiben. Jede dieser Organisationen hat dabei

einen Interessenschwerpunkt und deckt nur einen Teilbereich der benötigten IPTV-

Komponenten und Verfahren ab.

Die maßgeblichen Arbeiten zum IPTV wurden dabei vor allem in den Jahren 2005 bis

2007 von folgenden SDOs geleistet bzw. deren IPTV Arbeitsgruppen:

• ISMA (siehe Abschnitt 2.1.2): Internationale Allianz, definiert IPTV-Rahmenwerke zur

Anwendung existierender Standards durch Festlegung von Nutzungsoptionen.

• DVB Project (siehe Abschnitt 2.1.3): Das DVB Project definiert Standards für den

digitalen Rundfunk (engl. Digital Boradcasting) und hat Standards zum Schutz von

Inhalten und zum Rechte-Management erstellt. Die Veröffentlichung erfolgt durch das

European Telecommunications Standards Institute (ETSI).

• ATIS (siehe Abschnitt 2.1.4): Die Arbeiten zielten ursprünglich auf den

nordamerikanischen IPTV-Markt ab. Seit 2006 besteht eine internationale

Zusammenarbeit mit anderen Organisationen wie ANSI und ITU. Die Allianz definiert

IPTV-Architekturen und Anforderungen.


• DSL-Forum (siehe Abschnitt 2.1.5): Beschreibung von Anwendungen, Architekturen

und Management-Protokollen zur Verwaltung der Netzwerkkomponenten im Zugangs-

und Heimbereich. Für IPTV speziell das Management der IPTV-Komponenten im

Heimbereich und Definition von QoS-Maßnahmen.

• MPEG und ITU-T (siehe Abschnitt 2.1.6): Definiert Videokompressionsstandards,

welche von den IPTV-Standards genutzt werden.

• IETF (siehe Abschnitt 2.1.6): Definiert Internet-Protokoll-Standards, welche von den

IPTV-Standards genutzt werden.

Im Folgenden werden die Ergebnisse verschiedener Arbeitsgruppen analysiert, die

relevante Anteile in den aktuellen IPTV Arbeiten haben.51

2.1.2 Internet Streaming Media Alliance (ISMA)

Die Internet Streaming Media Alliance (ISMA) wurde im Jahr 2000 als eine globale Allianz

führender Industrieunternehmen gegründet, welche die Anpassung und Entwicklung

offener Standards im Bereich Multimedia IPTV (Audio, Video und zugehörige

Transportprotokolle) vorantreibt.52 Die Gründe für die Entwicklung standardbasierter

Lösungen liegen vor allem in Vermarktungsaspekten der Mitglieder, wie eine

Vergrößerung der Produktauswahl, Kostenreduzierungen, eine schnellere Erzielung der

Marktreife (engl. time-to-market) und eine bessere Dienstqualität.53

2.1.2.1 Bisherige Arbeiten

Während zum Gründungszeitpunkt der ISMA bereits die grundlegenden Standards für

Audio- und Video-Codecs (z.B. MPEG-Standards) und für die Echtzeitübertragung über IP

Netzwerke (z.B. das RTP-Protokoll) existierten, fehlten jedoch speziell für die IPTV-

Übertragung genaue Vorgaben, welche der vielen Optionen konkret zu verwenden sind

und welche spezifischen Erweiterungen notwendig sind. Deshalb hat die ISMA zunächst

ein Rahmenwerk erarbeitet, um hier konkrete Vorgaben zu machen.

51 Eine detaillierte Übersicht über die verschiedenen SDOs, die einen Beitrag zum IPTV leisten, ist

in [Inte06] enthalten. 52 Liste der Mitglieder siehe http://www.isma.tv/about_isma/roster.html 53 Vgl. Whitepaper der ISMA „Planning the Future of IPTV with ISMA“ [ISMA06], S. 2 und

Homepage der ISMA unter http://www.isma.tv/


2.1.2.2 ISMA Implementierungsspezifikation

Die erste Spezifikation, die von der ISMA im Jahr 2001 veröffentlicht wurde, ist die „ISMA

Implementation Specification Version 1.0“.54 Es ist ein Rahmenwerk, in dem die Nutzung

von existierenden offenen Standards für den Aufbau eines kompatiblen IPTV-Systems

empfohlen wird. Es beschreibt im Wesentlichen, wie Video-Streams, die nach dem

Standard MPEG-4 Teil 2 Video (Simple Profile and Advanced Simple Profile) komprimiert

sind, über IP-Netzwerke zu übertragen sind. In der Spezifikation wird zwar noch nicht der

Begriff IPTV verwendet, sie zielt aber genau darauf ab.

Im Jahr 2005 hat die ISMA die Version 2.055 der Spezifikation veröffentlicht. Die Motivation

war die Erweiterung des bestehenden Rahmenwerkes der Version 1.0 um die neuen,

effizienteren Audio- und Video-Codecs MPEG-4 Teil 10 (Advanced Video Coding / H.264)

und HE AAC Audio, welche die Realisierung wettbewerbsfähigerer Produkte

ermöglichen.56

Im Januar 2007 hat die ISMA ein weiteres Rahmenwerk unter der Kurzbezeichnung

ISMACryp57 veröffentlicht, in dem die Verfahren für eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung

von Media-Streams über ein IPTV-System nach ISMA 1.0 und ISMA 2.0 vorgegeben

werden. Das Dokument umfasst die Themen Datenverschlüsselung, Dienste zum

Integritätsschutz sowie Datenformate für die Übertragung vorverschlüsselter Inhalte.

2.1.2.3 Medienarchitektur

Die ISMA deckt mit ihren Rahmenwerken die Bereiche Medienformate,

Medienspeicherung sowie Medientransport und Medienspeicherung ab, wie in Abbildung

2.1 dargestellt. Diese werden im Folgenden genauer beschrieben.

54 Vgl. Implementation Specification Version 1.0, Kurzbezeichnung ISMA 1.0 [ISMA01] 55 Vgl. Implementation Specification Version 2.0, Kurzbezeichnung ISMA 2.0 [ISMA05] 56 Vgl. [ISMA05], S. 3: „The main motivation for version 2.0 is the availability of advanced audio

and video codecs that provide significant improvements in coding efficiency and enable new and improved services. Therefore, these codecs are […] allowing vendors to build more competitive products while still benefiting of the interoperability provided by ISMA 1.0“

57 Vgl. [MaDo+07]


Abbildung 2.1: ISMA Medienarchitektur im Überblick58

2.1.2.4 Medienformate und Profile

Die ISMA hat in ihren Rahmenwerken verschiedene Profile für die zu verwendenden

Medienformate festgelegt, die es ermöglichen, nach den Anforderungen und Fähigkeiten

der Mediensender und Empfänger unterschiedliche Datenraten und Codes zu verwenden.

In ISMA 1.0 wurden dazu zunächst die Profile 0 und 1 erstellt. In ISMA 2.0 kamen dann

die Profile 2 bis 4 hinzu, welche die Profile 0 und 1 ersetzen. Wie in Abbildung 2.1

ersichtlich, unterscheiden sich die drei Profile durch die benötigte Datenrate. Damit sollen

verschiedene Markanforderungen abdeckt werden. Aus technischer Sicht werden mit den

drei Profilen die Videoformate CIF59, SDTV und HDTV (siehe auch Abschnitt 2.5 zu

Bildformaten) abgedeckt.60

58 Quelle: [ISMA05], S. 5 59 Common Intermediate Format (CIF) ist im Standard ITU-T H.261 [ITUT93] definiert 60 Vgl. [ISMA05], S. 7: „The selected ISMA 2.0 profiles are intended to match certain market

requirements and complexity constraints […].ISMA 2.0 Profile 2 covers low-resolution


2.1.2.5 Medientransport

Für den Medientransport hat die ISMA festgeschrieben, dass das Real-time -Transport

Protokoll (RTP) für den Transport der Audio- und Video-Streams verwendet werden soll.

Die Übertragung soll dabei über das verbindungslose UDP-Protokoll61 erfolgen. Die

Übertragung von Steuerinformationen und Zusatzinformationen muss dagegen über das

gesicherte TCP-Protokoll erfolgen.

2.1.2.6 Medienspeicherung

Um eine Interoperatibilität zwischen den Produkten bei der Speicherung der Inhalte zu

ermöglichen, hat die ISMA in der ISMA 2.0 Spezifikation folgende zu nutzende

Speicherformate festgelegt:

• ISO basiertes Mediendatenformat: ISO/IEC 14496-12:2003 | 15444-12:2003 [ISOI03]

• MPEG-4 MP4 Dateiformat, ISO/IEC 14496-14:2003 [ISOI03a]

• MPEG-4 AVC Dateiformat, ISO/IEC 14496-15:2003(E) [ISOI04]

2.1.2.7 Aktuelle Aktivitäten

Seit September 2006 gibt es bei der ISMA die IPTV Work Group. In der Arbeitsgruppe wird

an aktuellen technischen Problemen im Zusammenhang mit dem Mediastreaming

gearbeitet, die zu neuen Standard-Dokumenten führen sollen. Dazu gehört z.B. die

Spezifikation „Fast RTP Tune-In“, in der verschiedene Verfahren zur Reduzierung der

Kanalwechselzeiten beschrieben werden. In weiteren Dokumenten werden konkrete

Implementierungshinweise sowie Transcoding-Verfahren und Synchronisations-

mechanismen für RTP-Streams beschrieben. Außerdem gibt es Arbeiten zur

Beschreibung von Verfahren, um Werbung in RTP-Datenströme einfügen zu können.62

Obwohl die grundlegenden Spezifikationen intern in der ISMA Arbeitsgruppe erarbeitet

werden, wird die Forschungsarbeiten regelmäßig mit anderen Standardisierungs-

Organisationen wie der ITU oder DVB (siehe Abschnitt 2.1.3) in sogenannten Liaisons

abgestimmt, um gemeinsame Synergien zu nutzen. Dieses Vorgehen ist typisch für SDOs

und ist damit begründet, schnell zu nutzbaren Ergebnissen zu kommen. Würde hingegen

audio/video; ISMA 2.0 Profile 3 covers standard definition, and ISMA profile 4 covers high definition.“

61 Zu den verwendeten Internet-Protokollen siehe auch Abschnitt 2.4.1 62 Vgl. [ISMA06c], S. 3


der Teilnehmerkreis von Anfang an zu groß gewählt, dann wären die Anforderungen und

der Abstimmungsbedarf zu vielfältig.

2.1.2.8 Konformitätstests

Neben den Standardisierungsarbeiten hat die ISMA das Internet Streaming Conformance

Program (ISCP)63 eingeführt. Damit soll den Industrieunternehmen die Möglichkeit

gegeben werden, die Kompatibilität ihrer IPTV-Produkte mit anderen Herstellern zu testen.

Dazu hat die ISMA Testmaterial und Referenzprodukte veröffentlicht. Erfolgreich getestete

Produkte dürfen dann als „ISMA approved” vermarktet werden. Der Vorteil für die Service

Provider ist dabei eine schnellere Marktverbreitung; der Nutzer hat die Garantie, dass

dieses Produkt mit Komponenten anderer Hersteller kompatibel ist.

2.1.3 Digital Video Broadcasting Project (DVB Project)

Das Digital Video Broadcasting Project (DVB Project)64 wurde bereits im Jahr 1993 als

Konsortium europäischer Organisationen der Fernsehindustrie gegründet und hat

inzwischen weltweit über 250 Mitgliedsfirmen.65 Das gemeinsame Ziel ist die globale

Verbreitung von digitalem Fernsehen und Datendiensten. Die Dienste, welche DVB-

Standards nutzen, sind heute mit mehr als 120 Millionen DVB-Empfängern weltweit

verfügbar.66 In den ersten Arbeiten wurden diverse Standards für die Übertragung von

digitalem Fernsehen über Satellit (DVB-S), Kabel (DVB-C), terrestrischen Rundfunk

(DVB-T) und Mobilfunk (DVB-H) erarbeitet.67 Die Veröffentlichung als offizielle Standards

erfolgt jedoch nicht durch das DVB Project, sondern in den meisten Fällen als „Technical

Specification“ (TS) durch die ETSI.68

2.1.3.1 Abgeschlossene IPTV-Arbeiten

Mit der Ausbreitung der Breitbandzugänge begann das DVB Project mit der Erarbeitung

von Standards für die Übertragung von digitalem Fernsehen über bidirektionale,

drahtgebundene Breitbandzugänge unter Verwendung des Internet-Protokolls. Die

63 Vgl. ISMA Conformance Program (ISCP) unter http://www.isma.tv/conformance/overview.html 64 Hompage des DVB-Project unter http://www.www.dvb.org 65 Vgl. Mitgliederliste unter http://www.dvb.org/membership/list_of_members/index.xml 66 Vgl. http://www.dvb.org/about_dvb/ und http://www.dvb.org/about_dvb/history/#4 67 DVB-S, DVB-C, DVB-T und DVB-H gehören zu den Markennamen des DVB-Project, zu denen

es jeweils ein Logo gibt. Eine Liste aller DVB-Markennamen und der zugehörigen Standards ist unter http://www.dvb.org/technology/standards/ abrufbar.

68 Alle DVB-Standards stehen zum Download von den Web-Seiten der ESI unter http://www.etsi.org bereit.


Arbeiten liefen dabei in den Jahren 2005 bis 2007 unter dem Projektnamen DVB-IPTV. Die

„Phase 1.x“ befindet sich gerade in der Abschlussphase (Stand: August 2007).69 Die

Ergebnisse der Arbeiten wurden durch die ETSI als „Technical Specification“ (TS) und

„Technical Recommendation“ (TR) veröffentlicht. Die bisherigen Arbeiten beschränkten

sich dabei auf die Beschreibung von Verfahren zum Transport von Streaming-Daten unter

Nutzung des MPEG-2 Standards.70 Die bisher veröffentlichten DVB-IPTV-Spezifikationen

sind in der folgenden Tabelle 2.1 zusammengefasst.

Tabelle 2.1: Veröffentlichte DVB-IPTV-Standards

Standard Titel / Inhalt

TS 102 034 [ETSI06]

„Transport of MPEG-2 Based DVB Services over IP Based Networks“ /

Spezifiziert den Transport von MPEG-2 basierten DVB Diensten über IP basierte Netzwerke und definiert RTSP Profile für Live-TV (Bezeichnung hier: Live Media Broadcast), Video-on-Demand (Bezeichnung hier: Content-On-Demand) und „Media Broadcast with Trick Modes“.

TS 102 539 [ETSI06b]

„Carriage of Broadband Content Guide (BCG) information over Internet Protocol (IP)“ /

Beschreibt den Transport von Broadband Content Guide (BCG) Informationen über das Internet Protokoll. Der BCG entspricht einer elektronischen Programmzeitschrift.

TR 102 542 [ETSI06a]

„Guidelines for DVB IP Phase 1 Handbook“ /

Handbuch zur Phase 1.x

In der folgenden Abbildung 2.2 sind die Arbeitsinhalte der Phase 1.x und Phase 2

aufgelistet. Die Ergebnisse der Arbeiten wurden dabei jeweils durch Erweiterungen des

Standards TS 102 034 veröffentlich, wobei nur die Versionsnummer erhöht wurde.

69 Vgl. [DVBP07]. Die DVB-IPTV Spezifikationen verwenden folgendes Logo: 70 MPEG-2 bezieht sich hierbei auf den Standard ISO/IEC 13818.


Abbildung 2.2: DVB-IPTV Zeitplan71

2.1.3.2 Aktuelle IPTV-Arbeiten

Derzeit (Stand: November 2007) laufen die letzten Arbeiten der Phase 1.x, um zusätzliche

Funktionen wie das Remote Managment von Set-Top-Boxen oder Maßnahmen zur

Fehlerbehandlung durch Retransmission zu definieren. Gleichzeitig wurden die Arbeiten

der Phase 2 begonnen, da im DVB Project erkannt wurde, dass derzeit bei der Verteilung

audiovisueller Inhalte eine schnelle Weiterentwicklung stattfindet. Arbeitsschwerpunkte

sind dabei die Schnittstellendefinition zu n-Play-Lösungen als Erweiterung von Triple-Play

um weitere Dienste und die Verteilung kommerzieller Inhalte über das öffentliche Internet.

Die Zusammenarbeit mit anderen SDOs in Form von Liaisons wird dabei als

Schlüsselaufgabe betrachtet.71

2.1.4 Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS)

Die „Alliance for Telecommunications Industry Solutions“ (ATIS)72 ist eine Allianz von ca.

300 US-amerikanischen Kommunikationsfirmen. Ihre Mission ist die schnelle Entwicklung

und die weltweite Verbreitung von technischen Standards für die Telekommunikations-

und die zugehörige IT-Industrie. Die ATIS-Mitglieder wollen mit den Standards eine

schnelle Verbreitung neuer Produkte und Dienste auf dem Kommunikationsmarkt

erreichen. Die Arbeiten erfolgen in verschiedenen Komitees und Arbeitsgruppen, die sich

mit Themen wie Interoperatibilität von drahtgebundenen und drahtlosen Netzwerken,

Internettelefonie, Next Generation Networks (NGN), die Abrechnung von Diensten (engl.

71 Quelle: DVB-Fact-Sheet, [DVBP07], S. 2 72 Vgl. Homepage der ATIS unter http://www.atis.org/about.shtml, Abschnitt „Our Mission“


billing), Netzwerksicherheit und auch IPTV beschäftigen. In den folgenden Abschnitten

wird speziell auf die Arbeiten zum IPTV eingegangen.

2.1.4.1 IPTV Interoperability Forum (IIF)

Im Juni 2005 hat die ATIS das “IPTV Interoperability Forum” (IIF)73 gegründet, um sich mit

Experten auf die Probleme zu konzentrieren, die für eine Einführung von IPTV hinderlich

sein können. Die Aufgabe des IIF ist es, die Entwicklung der IPTV-Standards

entsprechend den Geschäftszielen der ATIS-Mitgliedsfirmen voranzutreiben und den

weltweiten Marktanforderungen gerecht zu werden. Die Standards sollen die

Implementierung und die Interoperatibilität von IPTV-Systemen und Diensten ermöglichen.

Das IIF ist inzwischen mit acht veröffentlichten Standards weltweit führend in der IPTV-

Standardisierung und besteht aus mehr als 50 ATIS-Mitgliedsfirmen.

2.1.4.2 Arbeitsphasen des IIF

Da die Entwicklung von IPTV-Standards viele Themenbereiche umfasst, hat das IIF

zunächst den Standard ATIS-0800003 [ATIS05] erstellt, in dem alle umzusetzenden IPTV-

Dienste identifiziert werden. Daraus wurde eine Prioritätenliste erstellt, bei der die

verschiedenen Dienste einer von drei Phasen zugeordnet wurden. Die Erarbeitung der

Standards erfolgt nacheinander in diesen drei Phasen (vgl. Tabelle 3.2, S. 77). In der

ersten Phase werden dabei zunächst die Basisfunktionen erarbeitet, die auch bei den

bisherigen Fernsehangeboten über Kabel und Satellit zur Verfügung stehen. Dazu

gehören das Live-TV, Musikübertragungen, die Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben wie

die Übertragung von Notfallinormationen, Rundfunkwerbung sowie eine elektronische

Programmzeitschrift (EPG).74

2.1.4.3 Die Arbeitsgruppen des IIF

Die Standardisierungsarbeiten innerhalb der IIF sind in Arbeitsgruppen (engl. Task Force,

TF) aufgeteilt, welche die in Tabelle 2.2 aufgelisteten Arbeitsgebiete bearbeiten.

73 Vgl. Homepage der ATIS IIF unter http://www.atis.org/IIf 74 Vgl. [ATIS05], S. 3


Tabelle 2.2: IIF Arbeitsgruppen75

Name der Arbeitsgruppe Arbeitsgebiet

IIF Architecture (ARCH) TF Erstellung einer allgemeingültigen IPTV-Referenzarchitektur

IIF Digital Rights Management (DRM) TF Rechte-Management

IIF Metadata (MTD) TF Metadaten

IIF Quality of Service Metrics (QoSM) TF Definition von Metriken zur Dienstqualität

IIF Testing and Interoperability (T&I) TF Definition von Testanforderungen für Komponenten und Erarbeitung von Interoperatibilitäts-Standards

2.1.4.4 IIF-Standards

Die ATIS IIF hat in zwei Jahren sieben Standards veröffentlicht. Der achte Standard steht

kurz vor der Veröffentlichung. In Tabelle 2.3 sind diese zum Überblick aufgelistet und die

Inhalte kurz erläutert. Die Standards konnten ursprünglich nur entgeltlich von der ATIS

bezogen werden. Durch die Zusammenarbeit mit anderen Standardisierungs-

Organisationen sind die Standards jedoch inzwischen über diese kostenlos öffentlich

verfügbar.

75 Quelle: Vortrag „ATIS IPTV Standards Development“ [Farg07], S. 7


Tabelle 2.3: Veröffentlichte IIF Standards

ATIS Standard Titel / Inhalt

ATIS-0800001 [ATIS06a]

„IPTV DRM Interoperability Requirements“ /

Definiert die Anforderungen für die Interoperatibilität von Systemen und Komponenten in einer IPTV DRM / Sicherheitsumgebung. Diese Anforderungen sollen die Grundlage für die Erstellung einer DRM-Spezifikation in der nächsten Phase bilden, welche dann durch die IIF DRM Task Force erstellt wird.

ATIS-0800002

[ATIS06]

„IPTV Architecture Requirements“ /

Beschreibung der Anforderungen für eine Ende-zu-Ende-IPTV-Architektur

ATIS-0800003 [ATIS05]

„IPTV Architecture Roadmap“ /

Zeitplan zur Standard-Entwicklung als Begleitspezifikation zu ATIS-0800002. Es werden Prioritäten und Inhalte, aufgeteilt in drei Phasen festgelegt.

ATIS-0800004 [ATIS06b]

„A Framework for QoS Metrics and Measurements in Support of IPTV Services“ /

Umfang, Definitionen und Hilfsmittel zur Erstellung von QoS-Metriken und Messungen innerhalb des IIF.

ATIS-0800005 [ATIS06c]

„IPTV Packet Loss Issue Report“ /

Technischer Report, der potentielle Lösungen zum Problem von Paketverlusten untersucht und Empfehlungen bezüglich der Eignung für IPTV-Dienste gibt.

ATIS-0800006

„IIF Default Scrambling Algorithm“ /

Bereitstellung eines Verwürfelungsalgorithmus für den MPEG-2 Transport Stream und eines zugehörigen Signalisierungsverfahrens

ATIS-0800007 [ATIS06d]

„IPTV High Level Architecture“ /

Allgemeines Architektur-Rahmenwerk zum Netzwerkdesign für die Implementierung von Ende-zu-Ende-Systemen

IPTV Service Metrics and Measurements

„IPTV Service Metrics and Measurements for Linear/Broadcast IPTV“ /

Der Standard ist kurz vor der Fertigstellung durch die QoSM Task Force und beschreibt Metriken und Verfahren für Linear- und Broadcast-TV


2.1.4.5 Zusammenarbeit mit andere Organisationen

Die IIF hat Verbindungen zu allen anderen IPTV-Standardisierungs-Organisationen (engl.

Liaisons). Ziel ist der Austausch von Dokumenten für gegenseitige Bewertungen und um

sicherzustellen, dass sich die Arbeitsergebnisse ergänzen und keine Konflikte entstehen.76

2.1.5 DSL-Forum

Das DSL-Forum77 wurde 1994 als ein Konsortium von heute ca. 200 Industrieunternehmen

aus der Telekommunikations- und IT-Branche gegründet.78 Das gemeinsame Ziel ist es,

die Entwicklung der DSL-Technologie79 voranzutreiben, um die Anforderungen des

Massenmarktes an Breitbandzugängen zu erfüllen. Die laufenden Arbeiten des DSL-

Forums werden von den Mitgliedern zunächst als nicht öffentliche „Working Text“ (WT)

bearbeitet und die Ergebnisse der Arbeiten werden dann zur Nutzung durch die

Industrieunternehmen als „Technical Report“ (TR)80 veröffentlicht. Während die DSL-

Standards von anderen Organisationen (z.B. ADSL Standard von der ITU-T als G.992.1)

veröffentlicht werden, beschreiben die TRs im Wesentlichen die Anwendungen,

Architekturen und Management-Protokolle zur Verwaltung der Netzwerkkomponenten im

Zugangs- und Heimbereich.

2.1.5.1 IPTV-Arbeiten

Die Bereitstellung von IPTV-Diensten zu den Endkunden wird eine zunehmend größer

werdende Anwendung für die DSL-Breitbandzugänge. Aus diesem Grund befasst sich das

DSL-Forum unter dem Markennamen „Broadband Suite“ mit den speziellen Anforderungen

der Industrie zur Einführung von IPTV. Die Arbeitsschwerpunkte sind dabei das

Management der Netzwerkkomponenten und Netzwerkressourcen sowie die Definition von

Maßnahmen zur Sicherstellung der IPTV-Dienstqualität.81 Die Abbildung 2.3 enthält eine

Übersicht der bisher veröffentlichten TRs und WTs zur Bereitstellung von IPTV und die

Zuordnung zu den betroffenen IPTV-Komponenten. Die Arbeiten fokussieren sich dabei

auf die Steuerung und Überwachung des Breitbandzugangs zum Endkunden (im Bild: 76 Vgl. Pressemitteilung zur Liaison mit dem DVB-Project

http://www.atis.org/PRESS/pressreleases2006/071106.htm und Vortrag „ATIS IPTV Standards Development“ [Farg07], S. 25 zu weiteren Liaisons

77 Vgl. Homepage des DSL-Forum unter http://www.dslforum.org 78 Vgl. About the DSL Forum, http://www.dslforum.org/about/whoweare.shtml 79 Zu den verschiedenen Varianten der DSL-Technologie siehe Abschnitt 2.6.2.1 80 Eine Übersicht über die bisher veröffentlichten TRs ist unter

http://www.dslforum.org/techwork/treports.shtml abrufbar. 81 Vgl. http://www.dslforum.org/learndsl/aboutiptv.shtml


ACCESS, Markenname BroadbandAcess) und der IPTV-Komponenten im Heimbereich

des Endkunden (im Bild: HOME, Markenname BroadbandHome). Die zur Steuerung und

Überwachung dieser Bereiche notwendigen Server und Managementsysteme der Service

Provider werden ebenfalls durch die Spezifikationen berücksichtigt (im Bild: CONTROL,

Markenname BroadbandControl).

Abbildung 2.3 Übersicht der IPTV-Arbeiten im DSL Forum82

Die IPTV-Spezifikationen der drei Hauptarbeitsgebiete sind im Folgenden erläutert.

Sicherstellung der Dienstqualität:

Im Report TR-12683 sind die Anforderungen zur Sicherstellung der Dienstqualität für die

Ende-zu-Ende-Übertragung der drei Dienste Telefonie, Video und Audio definiert. Diese

Anforderungen werden hier als „Quality of Experience“ (QoE) bezeichnet. Die

Anforderungen sind bereichsübergreifend.

BroadbandControl:

Der Bereich „BroadbandControl“ übernimmt die Aufgaben der Überwachung und

Steuerung der zur IPTV-Übertragung benötigten Netzwerk- und Anwendungsressourcen.

Die Arbeiten hierzu erfolgen im WT-134 und sind noch nicht abgeschlossen. Im WT-134

wird ein „Policy Information Model“ definiert, welches eine sichere Kommunikation

zwischen Applikationen und Netzwerk-Ressourcen bereitstellen soll.

82 Quelle: http://www.dslforum.org/learndsl/aboutiptv.shtml, Bild oben 83 Siehe [RaFi+06]


BroadbandAccess:

In TR-101 “Migration to Ethernet Access Aggregation” werden Empfehlungen für

Netzbetreiber bei der Migration zu neuen Netzwerkarchitekturen im Zugangsbereich

(ACCESS) gegeben.

BroadbandHome:

Für die speziellen IPTV-Anforderungen im Heimbereich wurden bereits mehrere TRs vom

DSL-Forum veröffentlicht. Diese sollen die Service Provider dabei unterstützen, die für

IPTV genutzten Heimnetzwerke des Endkunden zu managen. Konkret sind hier beim

Endkunden der DSL-Router (engl. Residential Gateways, siehe Abbildung 2.3: RG) und

die für jedes TV-Gerät benötigte IP-Set-Top-Box (siehe Abbildung 2.3: IP-STB) zu

managen. Dies erfolgt über einen Access Control Server (ACS) im Control-Bereich. Das

Übertragungsprotokoll zur Steuerung und Überwachung der Komponenten durch den ACS

ist im Standard TR-6984 “CPE WAN Management Protocol” beschrieben. Die damit zu

übertragenden Informationsdaten sind im Standard TR-10685 definiert. Weitere IP-STB-

spezifische Daten werden derzeit im Standardentwurf WT-135 “Data Model for a TR-069

Enabled Set Top Box”86 erarbeitet.

2.1.6 Weitere Foren und Organisationen

Es gibt noch eine Reihe weiterer Foren und Organisationen, die sich mit dem Thema IPTV

beschäftigen, die jedoch für die vorliegende Arbeit nicht vertieft werden, da sie entweder

nur Marketingziele verfolgen oder als IPTV-unabhängige Standards von anderen IPTV-

Foren zur Nutzung referenziert werden. Die wichtigsten sind in Tabelle 2.4 aufgeführt. Der

IPTV-Bezug wird kurz erläutert.

84 Vgl. TR-69 CPE WAN Management Protocol, [BeSp04] 85 Vgl. TR-106, Data Model for a TR-069 Enabled Device, [BeSp+05] 86 Vgl. WT-135, [QuLu+07]


Tabelle 2.4: Weitere Foren und Organisationen mit IPTV-Bezug

Forum / Organisation

Arbeitsschwerpunkt

ISO/IEC MPEG87

Folgende Standards der Moving Picture Experts Group (MPEG) zur Video- und Audio-Komprimierung sind für das Streaming von IPTV-Daten relevant und werden z.B. von DVB Project (ETSI-Standards) oder ATIS-Standards referenziert:

MPEG-2 (ISO/IEC 13818) – Generic coding of moving pictures and associated audio information

MPEG-4 (ISO/IEC 14496) – Coding of audio-visual objects

ITU-T88 Der ITU-T Standard H.264/AVC zur Video- und Audio-Komprimierung wird für IPTV verwendet und entspricht dem MPEG-4 Standard nach ISO/IEC 14496

H.264 : Advanced video coding for generic audiovisual services

H.264.1 : Conformance specification for H.264 advanced video coding

H.264.2 : Reference software for H.264 advanced video coding

IETF89 Die IETF hat eine Vielzahl von Internet-Standards in RFCs (Request for Comments) veröffentlicht, die Internet-Protokolle zum Transport und zur Steuerung beschreiben. Folgende RFC-Gruppen sind für den Transport von IPTV-Streams und die Steuerung von IPTV-Komponenten relevant:

RTP (Real-Time Transport Protocol)

RTCP (Real-Time Transport Control Protocol)

SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

PIM (Protocol Independent Multicast)

SSM (Source-Specific Multicast)

IGMP (Internet Group Management Protocol)

RTSP (Real Time Streaming Protocol)

2.2 Heutige IPTV-Architektur

Für den Aufbau einer IPTV-Lösung ist die Erweiterung bestehender Infrastrukturen und

Komponenten in der gesamten Kette vom Inhalteanbieter bis zum Endkunden notwendig.

Die von den Netzbetreibern getriebenen, teilweise proprietären Lösungen werden nun in

87 Vgl. Homepage der Moving Picture Experts Group (MPEG) unter

http://www.chiariglione.org/mpeg/ 88 Vgl. Homepage der International Telecommunication Union. Telecommunication

Standardization Sector (ITU-T) unter http://www.itu.int/ITU-T/ 89 Vgl. Homepage der Internet Engineering Task Force (IETF) unter http://www.ietf.org/


den verschiedenen SDOs offengelegt mit dem Ziel, eine allgemeine IPTV-Architektur für

die Implementierung in existierenden Netzen festzulegen. Die umfassendste Beschreibung

der Anforderungen für eine Ende-zu-Ende-IPTV-Architektur hat bisher die ATIS in dem

Standard ATIS-0800002 „IPTV Architecture Requirements“ [ATIS06] veröffentlicht. Es

werden hier die zu realisierenden Dienste identifiziert und priorisiert, um daraus die zu

entwickelnde IPTV-Architektur abzuleiten. Diese Architekturen sollen als Basis für die

weitere Entwicklung von IPTV-Lösungen dienen. Da die Anzahl der zu realisierenden

Dienste sehr umfangreich ist, kann die Architektur nicht in einem Bild dargestellt werden.

Es sind dabei mehrere Sichtweisen und Teilbereiche separat zu betrachten. Ausgehend

von den zu realisierenden Diensten ist zunächst eine Gesamtübersicht über alle

Beteiligten, also Inhalteanbieter, Service Provider, Netzbetreiber und Endkunde

notwendig, um die Komponenten dieser Gruppen und deren Schnittstellen zu

identifizieren. In Abbildung 2.4 ist die von der ATIS erstellte IPTV-Architektur dargestellt.

Es wird bereits deutlich, dass eine Vielzahl von Komponenten und Schnittstellen

notwendig sind. Die dargstellten Schnittstellen sind dabei logische Schnittstellen, über die

verschiedene Dienste übertragen und gesteuert werden. Die Architektur verdeutlicht, dass

es Komponenten und Schnittstellen innerhalb der einzelnen Provider- und Kunden-

Netzwerke gibt, als auch Schnittstellen zwischen diesen. So werden z.B. vier Schnittstellen

vom Service Provider zum Endkunden (engl. Consumer) identifiziert sowie eine

Schnittstelle zwischen dem Content Provider und dem Consumer.

Bei den Standardisierungsarbeiten ist zu beachten, dass zunächst die externen

Schnittstellen zwischen den Providern und dem Endkunden standardisiert werden

müssen, damit eine Gesamtlösung über die voneinander unabhängig arbeitenden

Beteiligten überhaupt realisiert werden kann. Als weiteres fällt in dem von der ATIS

definierten Architekturbild auf, dass bei dem Service Provider und bei dem Network

Provider bereits Komponenten für ein Next Generation Network (NGN) dargestellt sind.

Diese Architektur befindet sich jedoch erst gerade im Aufbau. Auf das NGN wird in

Abschnitt 3.2 noch eingegangen.


Abbildung 2.4: IPTV-Architektur90

Die von der ATIS erstellten Architekturanforderungen sind 2006 bei der ITU-T Focus

Group IPTV (vgl. Abschnitt 3.1.3) veröffentlicht worden und dienen dort als Basis für

Diskussionen und notwendige Erweiterungen, welche von den Mitgliedern, vor allem den

Netzwerk- und Service Providern, vorgeschlagen werden. Im folgenden Abschnitt wird

genauer auf die einzelnen Komponenten, deren Schnittstellen und notwendige

Erweiterungen eingegangen.

2.2.1 Funktionale Komponenten und notwendige Erweiterungen

In Abbildung 2.5 werden die Komponenten herausgestellt, die für die IPTV-Realisierung

benötigt werden. Die meisten Komponenten existieren bereits, da diese für vorhandene

Telekommunikations- und Internetdienste genutzt werden. Es sind jedoch zumindest

Erweiterungen in Form von zusätzlichen physikalischen Komponenten als auch Software-

Komponenten notwendig. Diese werden im Folgenden beschrieben.

90 Quelle: [ATIS06], S. 12


Abbildung 2.5: Funktionale Komponenten91

2.2.1.1 Anforderungen für die Inhalteanbieter

Der Inhalteanbieter muss seine Medien in digitaler Form, entweder als Live-Stream oder in

gespeicherter Form, als Datei für den Service Provider bereitstellen. Da die meisten

Anbieter ihre Inhalte bereits für andere Dienste wie digitales Sattelitenfernsehen

bereitstellen, sind hier keine zusätzlichen Komponenten oder Funktionen erforderlich. Hier

besteht vor allem der Bedarf, die Dateiformate festzulegen, um eine interoperable Nutzung

durch verschiedene Service Provider zu ermöglichen (vgl. 2.1.2.6 zur Standardisierung

von Formaten zur Medienspeicherung).

2.2.1.2 Anforderungen für die Service Provider

Der Service Provider nutzt die IPTV-Plattform für Aufgaben wie den Empfang, die

Veränderung, wertsteigernde Verarbeitungen und die Übertragung von Inhalten. Diese

Aufgaben lassen sich nach Subsystemen aufteilen, wie in Tabelle 2.5 dargestellt.

91 Quelle: [Jone06a], Folie 9


Tabelle 2.5: Dienste und Komponenten der Service Provider

Aufgabe / Dienst Benötigte Komponente / Funktionalität

Verarbeitung der Streaming-Daten

Empfang der Streaming-Daten vom Inhalteanbieter oder Programmanbieter über Satellit, Kabel, terrestrisch oder IP Netzwerk. Eine weitere Aufgabe ist die Überwachung der Signalverteilung durch den Hauptsteuerraum.

Aufbereitung der Streaming-Daten

Im Veränderungs- und Übertragungssystem werden die empfangenen Signale in geeignete Formate wie H.264, MPEG-2 oder VC1 komprimiert und mit weiteren Informationsdaten gemultiplext. Danach erfolgt eine Verwürfelung (engl. scrambling), die IP-Paketisierung und die Übertragung über das Netzwerk.

Wertsteigernden Verarbeitungen

Zu den wertsteigernden Verarbeitungen gehört die Anreicherung der reinen Videoübertragung um zusätzliche Daten zum Zweck der Information, Vermarktung, Kommunikation Unterhaltung und zum Lernen. Dies wird durch Middleware und Applikations-Plattformen ermöglicht, die als Software-Komponenten auf verschiedenen Servern laufen.

Zugriffssteuerung und Verschlüsselung

Die Funktionen des Sicherheitssystem umfassen die Zugriffssteuerung durch das Digital Rights Management (DRM) System, die Verschlüsselung von Echtzeit-Broadcast-Kanälen und die Vorverschlüsselung von VoD Inhalten, um die Daten vor einem unautorisierten Zugriff durch den Endkunden zu sichern.

Koordination und Steuerung der Interaktionen

Das Management-System koordiniert und steuert die Interaktionen zwischen den einzelnen Subsystemen und im gesamten System. Weiterhin übernimmt es die Verwaltung und Zeitplanung der Programme, Inhalte und Medien. Eine weitere Aufgabe ist die Überwachung des Teilnehmerstatus und die Abrechnung.

Weitere Anforderungen für die Service Provider sind die Bereitstellung eines

Kundenmanagement-Systems (engl. Customer Relationship Management, CRM), die

Bereistellung von Serverleistung zur Abrechnung der Dienste mit dem Endkunden (engl.

billing), die Verwaltung von Kundenprofilen (engl. identitiy management) und die

Bereitstellung von Portalen.

2.2.1.3 Anforderungen für die Netzbetreiber

Die Netzbetreiber (siehe Abbildung 2.5: Network Provider) besitzen meistens schon die

benötigte Infrastruktur und die Komponenten zur Übertragung der Streaming-Daten, da

diese für die Bereitstellung von Internetdiensten benötigt werden. Hier sind jedoch für die

Übertragung von IPTV-Diensten Erweiterungen in den bestehenden

Netzwerkkomponenten zur Sicherstellung der Dienstqualität (QoS) notwendig. Dies erfolgt

durch die Unterstützung von bestimmten IP-Protokollen in den Switchen und Routern


sowie einem Management-System zur Steuerung und Überwachung der Dienstqualität.

Eventuell ist noch ein Ausbau der Übertragungskapazität für die Streaming-Daten

notwendig. Weitere notwendige Erweiterungen sind die Unterstützung von Protokollen

Steuerung und Verteilung der Streaming-Daten. Speziell für die Live-Übertragung von

Streams an eine große Zahl von Endkunden müssen die Netzwerkkomponenten

multicastfähig sein.92 Für VoD-Dienste muss das RTSP-Protokoll93 unterstützt werden.

2.2.1.4 Anforderungen für die Endkunden

Der Endkunde benötigt zur Nutzung von IPTV-Diensten mindestens die zwei

Komponenten Home Gateway (kurz HG, auch Residential Gateway genannt, RG) als

Schnittstelle zum Netzbetreiber und eine IP-Set-Top-Box (IP-STB) zum Anschluss des

Fernsehgerätes. Die IP-STB übernimmt die Dekodierung und Steuerung der Streaming-

Daten und ermöglicht den Anschluss der vorhandenen Fernsehgeräte des Endkunden. In

Abschnitt 4.1 werden die Anforderungen für die Endkunden noch genauer betrachtet.

2.3 Datenflüsse

2.3.1 Ende-zu-Ende Übertragung der Streaming-Daten

In Abbildung 2.6 ist der Datenfluss der Streaming-Daten von der Videoquelle bis zum

Endgerät dargestellt. Die Streams müssen auf ihrem Weg verschiedene

Applikationsschichten und Transportschichten durchlaufen. Da das Quellenmaterial eine

viel höhere Datenrate hat (bis zu 1,5 Gbit/s für HDTV) als die verschiedenen

Transportschichten zur Verfügung stellen können, müssen die Streaming-Daten zunächst

komprimiert werden (z.B. mittels MPEG-2, MPEG-4 AVC oder VC-1 auf 8-12 Mbit/s für

HDTV oder 3-8 Mbit/s für SDTV). Danach erfolgt eine Paktetisierung der komprimierten

Daten mittels IP-Protokollen wie UDP/IP, welche als Transport-Container für die

Übertragung über die Transport- und Zugangs-Netzwerke der Netzbetreiber notwendig ist.

Zur Sicherstellung der Dienstqualität erfolgen innerhalb der Transportnetzwerke

entsprechende Priorisierungen gegenüber anderen Datenflüssen (siehe auch Abschnitt

2.8.1). Im Heimnetzwerk des Endkunden erfolgt eine Dekodierung der Streaming-Daten in

der IP-STB und die Bereitstellung als analoges Signal (z.B. S-Video, SCART, Component

92 Vgl. Abschnitt 2.4.4 93 Vgl. Abschnitt 2.4.2


oder Composite) oder digitales Signal (z.B. SDI, HD-SDI, DVI-D oder HDMI) zum

Anschluss eines Fernsehgerätes.94

Abbildung 2.6: Ende-zu-Ende Video-Stream Übertragung95

2.3.2 Transportprotokolle

Für den Transport der Streaming-Daten, also bei IPTV die MPEG-2 oder H.264/MPEG-4-

AVC komprimierten Media-Streams, hat sich bisher noch kein einheitliches Verfahren

etabliert. Die ISMA definiert z.B. in der Spezifikation ISMA 2.0 [ISMA05], dass die

Streaming-Daten mittels RTP-Protokoll (Real-time Transport Protocol) [ScCa96]

zusammen mit einem standardisierten Nutzdatenformat für MPEG-1/MPEG-2 Video

[RFC2250] über das UDP/IP-Protokoll zu übertragen sind.

Bei Implementierungen nach dem DVB Project-Standard ETSI TS 102 034 [ETSI06]

müssen die Streaming-Daten hingegen zusätzlich in einem MPEG-2 Transport Stream

(MPEG-2 TS) gekapselt werden. Dieser ermöglicht es, mehrere 188 Byte lange MPEG-2

Transport Streams in einem Paket zu kapseln, wie in Abbildung 2.7 dargestellt.

94 Vgl. [RaFi+06], S. 21 95 Quelle: [RaFi+06], S. 21: „Figure 5“


Abbildung 2.7: Datenpaket als MPEG-2 Transport Stream96

Während beim klassischen digitalen TV über Satellit, Kabel oder terrestrisch immer

mehrere Programme in einem MPEG-2-Transport-Stream verpackt sind, wird bei IPTV nur

ein Programm pro Transport-Stream verpackt. Dadurch wird bei der Übertragung auch nur

die Bandbreite für das gerade selektierte Programm benötigt.

2.4 Kontrollflüsse

Für die Bereitstellung von IPTV-Diensten sind eine Reihe von Kontrollflüssen zwischen der

IP-STB beim Endkunden (Client) und den Servern beim Service Provider notwendig. Die

IP-STB muss einen Dienst immer bei einem Server anfordern, beispielsweise den Start

einer VoD-Übertragung vom Streaming-Server zur IP-STB. Zur Steuerung werden beim

IPTV vorhandene, standardisierte IP-Protokolle genutzt, die in 2.4.1 beschrieben sind.

Die Übertragung und Steuerung der Video- und Audio-Daten (engl. Streaming-Daten) über

das Netzwerk vom Inhalteanbieter bis zum Endkunden erfolgt mit Hilfe von existierenden

Internet-Protokollen. Für die Steuerung werden dabei andere Protokolle verwendet als für

das Streaming.

2.4.1 IP-Protokoll-Stack

In Abbildung 2.8 ist der IP-Protokoll-Stack für IPTV nach DVB-Richtlinien dargestellt. Es

kommen eine Reihe von Protokollen zum Einsatz, die alle auf das Internet-Protokoll in der

Version 4 (IPv4)97 basieren. In den folgenden Abschnitten werden die für das Streaming

und die Steuerung der Streaming-Daten relevanten Protokolle erläutert. Diese sind in

Abbildung 2.8 in den Farben Grün und Blau dargestellt.

96 Quelle: [RaFi+06], S. 21 97 Das Internet Protokoll Version 4 ist als Standard RFC791 veröffentlicht. Vgl.

http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt


Abbildung 2.8: IP-Protokoll-Stack für IPTV nach DVB98

2.4.2 Real-Time Streaming Protocol (RTSP)

VoD-Übertragungen müssen vom Endkunden bzw. der IP-STB angefordert werden, da

diese individuell in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung von einem Streaming-Server zum

Teilnehmer übertragen werden. Die IPTV-Standards der ISMA und der DVB haben dazu

das Real-Time Streaming Protocol (RTSP) als das hierfür geeignete Protokoll festgelegt.99

Es wird bei VoD-Übertragungen zur Steuerung des Servers durch die IP-STB verwendet

und ist in RFC 2326 [ScRa98] "Real Time Streaming Protocol" spezifiziert. RTSP ist ein

textbasiertes Protokoll. Mögliche Steuerbefehle sind z.B. PLAY zum Starten der

Wiedergabe oder PAUSE zum Anhalten der Wiedergabe.

2.4.3 Real-Time Control Protocol (RTCP)

Das Real-time Control Protocol (RTCP) ist als Bestandteil des RTP-Protokolls in RFC

3550 [ScCa96] spezifiziert. Es dient zur Überprüfung der Dienstqualität. Die enthaltenen

Feedbackinformationen können z.B. zur Anpassung des Streaming-Datenrate an die

Verbindungsverhältnisse genutzt werden.100

98 Vgl. [ETSI06], S. 19 99 Vgl. [ISMA05], S. 10 und [ETSI06], S. 41 100 Vgl. [ETSI06], S. 50


2.4.4 Internet Group Management Protocol (IGMP)

Live-Übertragungen werden kontinuierlich über IP im Multicast übertragen. Die

Übertragung eines Streams ist dabei gleichzeitig an eine Vielzahl von Endkunden möglich.

Im Gegensatz zu VoD-Diensten muss hierbei nicht der Start der Übertragung angefordert

werden, sondern der Endkunde bzw. der IP-STB muss die Teilnahme an der Multicast-

Übertragung beim Service Provider beantragen.

Um sich als Endkunde an einen Multicast Stream (IPTV Kanal) zu verbinden und um einen

Wechsel des Multicast-Streams (Kanalwechsel) zu ermöglichen, schreibt der von dem

DVB Project erstellte IPTV-Standards ETSI TS 102 034 deshalb die Nutzung das Internet

Group Management Protocol (IGMP) nach RFC3376 [CaDe02] vor.101

IGMP stellt drei Grundfunktionen für IP Multicast Netzwerke bereit:

JOIN/LEAVE: Ein IGMP Host (bei IPTV die IP-STB) meldet sich hiermit, um die

Mitgliedschaft einer Multicast-Gruppe zu beantragen bzw. zu beenden

QUERY: Ein IGMP Router kann hiermit Anfragen an die Hosts stellen, in welchen

Gruppen sie gerade angemeldet sind. Dies dient zur Verifizierung der

JOIN/LEAVE Anfragen und Fehlerkontrolle.

2.5 Video Codecs, Fernsehnormen und Datenraten

Bei der Betrachtung der Datenraten für die Übertragung von Videodaten über IPTV ist

zunächst eine Einordnung der hierfür relevanten Fernsehnormen notwendig, da diese

einen Einfluss auf die benötigten Datenraten haben.

Die heute weltweit am meisten verbreiteten Fernsehnormen sind PAL, SECAM und NSTC.

Für die erst Phase der IPTV-Standardisierungen muss also mindestens die Übertragung

dieser Formate unterstützt werden. Da die Bildauflösungen dieser Fernsehnormen ähnlich

sind, hat sich hierfür der Oberbegriff „Standard Definition Television“ (SDTV)102 etabliert.

101 Vgl. [ETSI06], S. 52. Die ATIS verweist in [ATIS06], S. 66 auf [ETSI06] zur Nutzung von IGMP 102 Vgl. [Wiki07g]: “Standard-definition television oder SDTV ist ein Sammelbegriff für Fernseh-

bzw. Videonormen, deren Auflösungen geringer sind als bei HDTV. Folgende Auflösungen sind typisch: NTSC (insbesondere die USA, Japan und Südkorea): 640 × 480 Pixel bei 59,94 Hertz Bildfrequenz (d. h. Bilder pro Sekunde); PAL, SECAM (Rest der Welt): 768 × 576 Pixel bei 50 Hertz Bildfrequenz“


Die zweite Kategorie Fernsehnormen, die bereits bei der heutigen IPTV-Standardisierung

zu berücksichtigen ist, ist das High Definition Television (HDTV)103. Dieses ermöglicht im

Vergleich zu SDTV deutlich höhere Bildauflösungen, was jedoch auch mit entsprechend

höheren Datenraten bei der Übertragung verbunden ist.

Die Video- und Audiodaten werden bei IPTV wegen der begrenzten Bandbreite der

Transportnetze in komprimierter Form übertragen. Es gibt dazu eine Vielzahl verfügbarer

Video-Codecs, doch für die IPTV-Implementierungen haben sich die Codecs MPEG-2104,

MPEG-4 AVC105 (auch bekannt als MPEG-4 Part 10 oder H.264) und SMPTE VC-1106

durchgesetzt.107 Mit MPEG-4 AVC und VC-1 wird eine deutlich stärkere Komprimierung

des Videomaterials bei subjektiv gleicher Qualität erreicht als bei MPEG-2. Ermöglicht wird

dies durch leistungsfähigere Hardware-Unterstützung. Der Einsatz der stärkeren

Komprimierung ist vor allem wegen der begrenzten Bandbreite der Breitbandzugänge (vgl.

Abschnitt 2.6.2) notwendig.

Das DSL-Forum hat im Technischen Report TR-126 die Datenraten für verschiedene

Video-Codes analysiert, wobei die Videoformate SDTV und HDTV betrachtet werden. Die

Ergebnisse sind in den folgenden Abschnitten zusammengefasst, da diese zur

Berechnung der Bandbreitenanforderungen für Breitbandzugänge benötigt werden (vgl.

Abschnitt 2.6.2).

2.5.1 Parameter zur Videocodierung

Das zu komprimierende Videomaterial hat abhängig von der Komplexität des Bildinhaltes

und der Veränderungsgeschwindigkeit des Videos ständig variierende Datenraten. Für die

Komprimierung bestehen nun zwei Möglichkeiten:108

• Variable Bit Rate (VBR) am Ausgang des Kodierers: Mit diesem Verfahren wird die

Videoqualität konstant gehalten; die Datenrate ändert sich jedoch in Abhängigkeit vom

Bildinhalt. Dieses Verfahren wird üblicherweise bei der Übertragung über Kabel und

Satellit angewandt, da hier genügend Bandbreite zur Verfügung steht.

103 Vgl. [Wiki07g]: „HDTV arbeitet dagegen mit Auflösungen von 1280 × 720, 1920 × 1080 oder

2048 × 1152 Pixel, bei Frequenzen von 24, 50, 60 oder seit neustem auch wieder mit 100 Hertz und bei Halb- („interlaced (scan)“) oder Vollbildübertragung („progressive (scan)“.

104 Vgl. http://www.chiariglione.org/mpeg/standards/mpeg-2/mpeg-2.htm 105 Vgl. http://www.chiariglione.org/mpeg/standards/mpeg-4/mpeg-4.htm 106 VC-1 ist Standardisiert in [SMPT06]. Vgl. auch „VC-1 Technical Overview“ unter

http://www.microsoft.com/windows/windowsmedia/howto/articles/vc1techoverview.aspx 107 Vgl. [RaFi+06], S. 38 108 Vgl. [RaFi+06], S. 38


• Constant Bit Rate (CBR) am Ausgang des Kodierers: Mit diesem Verfahren variiert die

Videoqualität abhängig vom Bildmaterial; die Datenrate bleibt jedoch konstant. Diese

deterministische Eigenschaft ermöglicht es den Netzbetreibern, Maßnahmen zum

Bandbreitenmanagement durchzuführen. Das CBR-Verfahren wird deshalb bei der

Übertragung über DSL-Verbindungen angewandt, da hier die Bandbreite im

Gegensatz zu Kabel oder Satellit begrenzt ist. Mit der VBR-Methode könnte bei

komplexen Bildern die Videodatenrate die verfügbare Datenrate schnell überschreiten,

was sofort zu sichtbaren Bildfehlern führen würde.

2.5.2 Datenraten für SDTV

In Tabelle 2.6 sind die in TR-126 empfohlenen Datenraten bei einer Komprimierung von

Videomaterial im SDTV-Format angegeben. Hierbei wurde eine Bildauflösung von 720 ×

480 Pixel bei 29,97 fps109 für Nordamerika bzw. 720 × 576 Pixel für Europa

zugrundegelegt. Neben den typischen Datenraten, die für Live-TV verwendet werden

sollen (Standardqualität), sind noch die Werte für Premiumqualität angegeben, bei der

eine bessere Qualität durch eine geringere Komprimierung bei der CBR-Kodierung erreicht

wird. Anwendungen für die Kodierung in Premiumqualität sind die Übertragung von

Premium-Inhalten wie Video-on-Demand (VoD), für die der Endkunde extra bezahlen

muss und deshalb eine bessere Qualität gegenüber den Standardprogrammen erwartet.110

Tabelle 2.6: Datenraten für SDTV111

Codec Datenrate

SDTV, Standardqualität

Datenrate

SDTV,

Premiumqualität (VoD)

MPEG-2, Main profile, Main level (MP@ML)

2,5 Mbit/s, CBR 3,18 Mbit/s, CBR

MPEG-4 AVC, Main profile, Level 3.0 1,75 Mbit/s, CBR 2,1 Mbit/s CBR

SMPTE VC-1 1,75 Mbit/s, CBR 2,1 Mbit/s CBR

Stereo: MPEG Layer II 128 kBit/s 128 kBit/s

Dolby: Dolby Digital (AC-3) 384 kBit/s 384 kBit/s

109 Die Abkürzung „fps“ steht für „frames per second“, also die Anzahl der Bilder pro Sekunde 110 Vgl. [RaFi+06], S. 43 111 Vgl. [RAFI+06], S. 41-44


2.5.3 Datenraten für HDTV

In Tabelle 2.7 sind die Datenraten für die Komprimierung von Videomaterial in HDTV-

Qualität angegeben. Es wurden dabei folgende Parameter zugrunde gelegt:

• 50 bzw. 60 Bilder pro Sekunde, interlaced (i) oder progressive (p)

• Bildauflösung: 720p60 oder 720p50 (DVB): 1280 × 720 Pixel bei 50, 59.94, 60 fps

oder 1080i60 oder 1080i50 (DVB): 1920 × 1080 Pixel bei 50, 59.94, 60 fps

Tabelle 2.7: Datenraten für HDTV vor der Kapselung mit Transportprotokollen112

Codec Datenrate

MPEG-2, Main profile, Main level (MP@ML) 15 Mbit/s, CBR

MPEG-4 AVC, Main profile, Level 3.0 10 Mbit/s, CBR

SMPTE VC-1 10 Mbit/s, CBR

Stereo: MPEG Layer II 128 kBit/s

Dolby: Dolby Digital (AC-3) 384 kBit/s

Ein Vergleich der Datenraten von HDTV zu SDTV zeigt, dass für HDTV ca. die 5-fache

Datenrate benötigt.

2.6 Breitbandzugänge

Wie bereits in der Einführung erläutert, ist ein Breitbandzugang zum Endkunden die

Grundvoraussetzung für die Bereitstellung von IPTV-Diensten. Der Begriff „Breitband“ wird

heute meistens im Marketing der Telekommunikationsindustrie für Internetzugänge in

Relation zu schmalbandigen Netzzugängen wie ISDN113 verwendet. Eine einheitliche,

standardisierte Definition der minimalen Bandbreite für einen Breitbandzugang gibt es

nicht. Die OECD114 definiert z.B. Verbindungen mit mindestens 256 kbit/s im Download als

112 Vgl. [RaFi+06], S. 45-47 113 Integrated Services Digital Network (ISDN) ist ein internationaler Standard für ein digitales

Telekommunikationsnetz. 114 Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD, engl.

Organisation for Economic Co-operation and Development) ist eine Internationale Organisation mit Sitz in Paris. Vgl. Homepage der OECD unter http://www.oecd.org


Breitband, um bei Statistiken eine internationale Vergleichbarkeit zu ermöglichen.115 Im

Kontext von IPTV-Angeboten muss der Begriff Breitband bzw. Breitbandzugang jedoch

genauer definiert werden. Es ergeben sich dabei Anhängigkeiten zwischen der

verfügbaren Bandbreite und den damit möglichen IPTV-Diensten. Im folgenden Abschnitt

werden die derzeit verbreiteten Breitbandzugänge und Technologien mit ihren Datenraten

erläutert und den benötigten IPTV-Datenraten gegenübergestellt. Daraus lässt sich der

Stand der zurzeit möglichen IPTV-Realisierungen sowie die Anforderungen für zukünftige

Breitbandzugänge ableiten.

2.6.1 Anforderungen

Aus Endkundensicht muss ein konkurrenzfähiges IPTV-Angebot mindestens die

Funktionen bieten, welche heute übliche Fernsehangebote über Kabel oder Satellit bieten.

Bei diesen handelt es sich üblicherweise um Fernsehen in SDTV-Qualität (vgl. Abschnitt

2.5). Innerhalb eines Haushaltes kann das Fernsehangebot dabei gleichzeitig an mehreren

TV-Geräten genutzt werden und gleichzeitig ein anderes Programm mit einem

Videorekorder aufgenommen werden. Daraus ergeben sich bereits die

Mindestanforderungen für die benötigte Bandbreite über den Breitbandzugang. Tabelle 2.8

enthält eine Beispielberechnung für die benötigte Bandbreite bei der Übertragung von drei

IPTV-Programmen in SDTV- und HDTV-Qualität. Da neben den Streaming-Daten auch

noch weitere Anwendungen über den gleichen Anschluss angeboten werden, ergibt sich in

der Beispielberechnung bereits für SDTV-Qualität ein Bandbreitenbedarf von 11,3 Mbit/s in

Downstream-Richtung. Da neben den Streaming-Daten die Nutzung von Internet-Diensten

(Browsing, Dateitransfer) und das Telefonieren mittels VoIP-Technologie über den

gleichen Anschluss erfolgt (welches dann als „Triple-Play-Angebot“ vermarktet wird), muss

weiterhin durch entsprechende QoS-Maßnahmen sichergestellt werden, dass die

benötigte Bandbreite für IPTV von 7,5 Mbit/s immer garantiert ist.

In einem zweiten Schritt ist das Ziel der IPTV-Anbieter, Fernsehprogramme in HDTV-

Qualität anzubieten. Damit steigt der Bandbreitenbedarf weiter an. Bei dem oben

angenommen Szenario werden dann ca.10,5 Mbit/s pro HDTV-Stream benötigt, also 31,5

Mbit/s bei drei gleichzeitig übertragenen HDTV-Programmen.

115 Vgl. Homepage der OECD unter http://www.oecd.org/sti/ict/broadband: „Broadband connections

included in OECD data must have download speeds equal to or faster than 256 kbit/s.“


Tabelle 2.8: Beispielrechnung: Benötigte Datenraten mit SDTV und HDTV116

Anwendung Benötigte Downstream-Datenrate mit SDTV

Benötigte Downstream-Datenrate mit HDTV

3 gleichzeitige Fernsehsendungen117 (MPEG-4 komprimiert, Datenrate für Video+Audio ohne IP-Encapsulation)

7,5 Mbit/s 31,5 Mbit/s

2 gleichzeitige Telefonverbindungen

VoIP (ITU-T G.711 kodiert)

0,18 Mbit/s 0,18 Mbit/s

Dateitransfer 1 Mbit/s 1 Mbit/s

Internet-Surfen 0,1 Mbit/s 0,1 Mbit/s

20% Zuschlag für Transport-Protokolle (RTP, UDP, IP, Ethernet, DSL: ATM)

2 Mbit/s 6 Mbit/s

Summe 11,3 Mbit/s 37,8 Mbit/s

2.6.2 Breitbandtechnologien

Es gibt verschiedene Technologien, um dem Endkunden einen Breitbandzugang zur

Verfügung zu stellen. Dazu gehören Kabel, Satellit, passive optische Netze (engl. Passive

Optical Network, PON) und die Digital Subscriber Line (DSL). Weltweit hat dabei die DSL-

Technologie mit 65% Marktanteil118 die größte Verbreitung erreicht. Für die Übertragung

von IPTV-Diensten wird derzeit als Breitbandzugang ausschließlich ein DSL-Anschluss

genutzt. Deshalb wird nachfolgend im Zusammenhang mit Breitbandzugängen nur die

DSL-Technologie betrachtet.

2.6.2.1 DSL-Technologien und Standards

Es wurden in den letzten Jahren verschiedene Varianten der DSL-Technologie entwickelt

und standardisiert, die einen Breitbandzugang über die bestehende Telefonleitung des

Endkunden ermöglichen. Die erzielbaren Datenraten sind dabei mit fortschreitender

116 Zu den Video-Datenraten siehe auch Abschnitt 2.5 117 Nach einer Studie der GSDZ besitzt ca. ein Drittel der TV Haushalte mehr als ein TV Gerät.

Acht Prozent verfügen sogar über drei oder mehr Geräte. Quelle: [Bund06], Folie 3 118 Vgl. [DSLF07], S. 2


Entwicklung stetig gestiegen.119 Die Standards legen jedoch keine definierten Datenraten

fest. Diese hängen von der Signaldämpfung der bestehenden Telefonleitung ab und

werden deshalb von den Internet Service Providern (ISPs) als maximal mögliche

Datenrate je Übertragungsrichtung120 angegeben. Die Dämpfung wird dabei im

Wesentlichen durch die Leitungslänge und die Dicke der Kupferleitung bestimmt.121 In der

Praxis können die maximalen Datenraten bei ADSL-Verbindungen nur bis zu einer

Leitungslänge von ca. 2 km erreicht werden; bei VDSL-Verbindungen sogar nur bis zu 500

m. In Tabelle 2.9 sind exemplarisch die typischerweise von den ISPs angegebenen

maximalen Datenraten für verschiedene DSL-Standards aufgelistet.

Tabelle 2.9: DSL-Standards und angebotene Datenraten122

DSL-Variante / DSL-Standard Max. Upstream-Datenrate

Max. Downstream-Datenrate

ADSL (Asymmetric DSL) / ANSI T1.413 Issue 2 0,6 Mbit/s 6 Mbit/s

ADSL2 (Asymmetric DSL 2) / ITU-T G.992.3/4 Annex J 3 Mbit/s 12 Mbit/s

ADSL2plus (Asymmetric DSL 2plus) / ITU-T G.992.5 1 Mbit/s 16..24 Mbit/s

VDSL (Very High Speed DSL) / ITU-T G.993.1 34 Mbit/s 34 Mbit/s

VDSL (Very High Speed DSL) / ITU-T G.993.1

(Angebot der Deutschen Telekom, T-DSL 50/10)

10 Mbit/s 50 Mbit/s

VDSL2 (Very High Speed DSL2) / ITU-T G.993.2 100 Mbit/s 100 Mbit/s

Die tatsächlich erreichbare Datenrate kann wegen der zuvor beschriebenen

Signaldämpfung der Telefonleitung also nur individuell für jeden DSL-Kunden berechnet

werden.

119 Vgl. [Wiki07b] über Details zur DSL-Technologie und [Wiki07c] über Details zur VDSL-

Technologie 120 Es werden zwei Übertragungsrichtungen unterschieden. Upstream: Vom Endkunden zur

Vermittlungsstelle. Downstream: Von der Vermittlungsstelle zum Endkunden 121 Vgl. [Wiki07b] Abschnitt Dämpfung 122 Vgl. [Wiki07d] unten, Abschnitt ADSL-Normen


2.7 Quality Of Experience (QoE)

Aus Sicht des Endkunden muss die Qualität der IPTV-Dienste mindestens genau so gut

sein wie die alternativen, digitalen Fernsehangebote über digitales Kabelfernsehen,

digitales Satellitenfernsehen oder digitales Fernsehen über Antenne (DVB-T).123 Um diese

Anforderungen zu erfüllen, hat das DSL-Forum den Begriff Quality of Experience (QoE)

definiert und bezieht sich damit auf Gesamtleistung des IPTV-Systems aus der Dienste-

bzw. Anwendungssicht. Zur Erfüllung und Einhaltung dieser QoE-Anforderungen sind

verschiedene technische Maßnahmen notwendig, die als Quality of Service (QoS)-

Maßnahmen bezeichnet werden. Sie beschreiben die Qualitätsanforderungen aus der

Netzwerksicht.

2.7.1 QoE-Anforderungen aus Benutzersicht

Es gibt eine Vielzahl von QoE-Anforderungen, die aus Benutzersicht erfüllt werden

müssen, damit ein IPTV-Dienst gegenüber alternativen Angeboten konkurrenzfähig wird.

Im Folgenden sind die wichtigsten Anforderungskategorien aufgelistet:124

• Dialog-Reaktionszeiten: Verzögerungen beim Kanalwechsel, Reaktionszeiten bei der

Steuerung von VoD- und PVR-Funktionen

• Qualität des Videobildes. Mögliche Beeinträchtigungen: Blockierungen, Unschärfe,

Kantenverzerrungen, Bildruckeln, Bildrauschen, fehlerhafte Bilddaten durch Verluste,

u.s.w.

• Tonqualität: Zusammenspiel von Bild und Ton (Medien-Synchronisation)

• Benutzerfreundlichkeit der Anwendungen

• Zuverlässigkeit (Sicherheit, Verfügbarkeit)

• Sicherheit und Datenschutz für Endkunden, Telekom- und Inhalteanbieter, Einflüsse

durch Sicherheitsmaßnahmen wie Verzögerungen durch Ver-/Entschlüsselung

• Angebot der Inhalte: Der Endkunde erwartet eine hohe Qualität und Popularität der

Inhalte, speziell für VoD-Dienste

123 Vgl. [RaFi+06], S. 18 124 Vgl. [RaFi+06], S. 20


2.7.2 QoE-Empfehlungen

Da die Grenzwerte für die zuvor genannten QoE-Anforderungen nur als subjektive Werte

festgelegt werden können, hat das DSL-Forum im Standard TR-126 Empfehlungen

herausgegeben, um die QoE-Anforderungen der Endkunden zu erfüllen. Es werden hier

z.B. maximale Verzögerungszeiten vorgegeben. Ein Kanalwechsel soll dabei nicht länger

als 2 s dauern, die Reaktion auf Benutzeraktionen wie das Drücken der Pause-Taste bei

einer VoD-Übertragung soll nach max. 200 ms erfolgen und eine IP-STB soll bereits 10 s

nach dem Einschalten betriebsbereit sein. Für die Mediensynchronisation ist die Vorgabe,

dass der Ton dem Bild nicht mehr als 15 ms voreilt und nicht länger als 45 ms nacheilt.125

2.7.3 Auswirkungen von Paketverlusten

Neben den Anforderungen und Empfehlungen werden in TR-126 außerdem Auswirkungen

auf Paktverlusten auf die QoE der Video-Streams analysiert. Bedingt durch die

Komprimierungsverfahren, die bei MPEG-2 oder MPEG-4 angewandt werden, kann ein

einzelner Datenfehler in der Übertragung bereits sichtbare und hörbare Auswirkungen auf

die Bildqualität haben. Im ungünstigsten Fall ist ein Totalverlust von Bild und Ton von

einigen Millisekunden möglich. Abbildung 2.9 zeigt ein Beispiel eines einzelnen IP

Paketverlustes bei Verlust eines B- oder I-Frames. Da ein I-Frame im Beispiel die Vollbild-

Informationen für 14 folgende Frames enthält und jedes Bild 33 ms sichtbar ist, gehen hier

Information von ca. einer halben Sekunde verloren. Im Beispiel findet im Dekoder keine

Fehlerkorrektur statt (engl. Loss Concealment).126

Abbildung 2.9: Auswirkungen von Paketverlusten126 125 Vgl. [RaFi+06], Tabelle 3 auf S. 34 126 Quelle: [RaFi+06], S. 50


2.8 Quality of Service - Maßnahmen

Zur Sicherstellung der aufgestellten QoE-Empfehlungen sind eine Reihe von QoS-

Maßnahmen notwendig, welche auf der gesamten Strecke der Ende-zu-Ende-Verbindung

von der Videoquelle bis zum Endkunden angewandt werden müssen. Wenn nur in einer

Teilkomponente die QoS-Maßnahmen fehlen, sind die Auswirkungen beim Endkunden

direkt sichtbar und können auch nicht durch andere Maßnahmen kompensiert werden. Zu

den wichtigsten QoS-Maßnahmen für IPTV gehören die Priorisierung der Streaming-Daten

gegenüber anderen Daten und Maßnahmen zur Erzielung von kurzen Kanalwechselzeiten,

die nachfolgend erläutert werden.

2.8.1 Priorisierung von Streaming-Daten

Die Priorisierung von Streaming-Daten ist auf mehreren Protokollebenen möglich. Hierzu

können existierende Standards verwendet werden. Auf IP-Ebene wir die Priorisierung

durch Klassifikation nach IETF Standard RFC2474127 erreicht. Die Priorisierung erfolgt

dabei durch Eintrag von Differentiated Services CodePoint (DSCP)-Werten im IP-Header.

Das DVB Project hat hierzu im Standard ETSI TS 102 034, S. 71 genaue Vorgaben für die

zu verwendenden Einstellungen definiert.

2.8.2 Untersuchungen zu den Kanalwechselzeiten

Bei den Fernsehangeboten über Kabel oder Satellit ist es der Endkunde gewohnt, ohne

merkliche Wartezeiten den Sender zu wechseln. Somit ist ein schnelles Durchschalten

über alle verfügbaren Sender möglich (engl. zapping). In TR-126 wurde eine maximale

Kanalwechselzeit von bis zu zwei Sekunden als akzeptabel festgelegt. Dieser Wert

erscheint zunächst relativ hoch, in Abbildung 2.10 ist jedoch zu erkennen, dass sich hier

viele Faktoren bei einem Kanalwechsel aufsummieren. Es zeigt die typische Verzögerung

(engl. Delay) von 600 ms bei einer angenommenen Group Of Pictures (GOP)=15 und 25

Bildern pro Sekunde128, wenn ein vorhergehender I-Frame gerade ausgesendet wurde und

die gesamte GOP gesendet werden muss. Zur Optimierung der Laufzeit ist ein

Kompromiss zwischen der GOP-Größe und der Kodierungseffizienz notwendig. Je länger

127 Die Priorisierung auf IP-Ebene kann durch Eintrag eines Prioritätswertes in IP-Header erfolgen

und ist in RFC2474 unter dem Namen Diffserv standardisiert. Vgl. http://www.ietf.org/rfc/rfc2474.txt

128 Bei der MPEG-Komprimierung werden mehrere Bilder zu einer Group Of Pictures zusammengefasst, wobei nur der erste Frame, der I-Frame, die gesamte Bildinformation enthält.


die GOP, umso höher ist die Effizienz bei der Kodierung (geringere Bitrate), aber umso

länger wird die Zeit zwischen zwei I-Frames, was längere Kanalwechselzeiten zur Folge

hat.

Abbildung 2.10: Verzögerungszeiten bei Kanalwechsel

2.9 Middleware

In den vorangegangenen Abschnitten wurden die Hardware-Komponenten, physikalische

Architekturen, Codecs und Protokolle zur Realisierung der IPTV-Dienste beschrieben.

Diese bilden die technische Grundlage zur Realisierung von Anwendungen, welche ein

IPTV-Kunde zur Nutzung der IPTV-Dienste benötigt. Zu den grundlegenden Anwendungen

gehören z.B. die Auswahl eines Fernsehprogramms bei Live-TV und VoD über eine

grafische Benutzeroberfläche oder eine elektronische Programmzeitschrift.129 Da

bestimmte Dienste gegen Gebühr angeboten werden sollen, müssen die Anwendungen

Möglichkeiten zur Abrechnung bieten (engl. billing). Weiterhin ist eine Verwaltung der

Benutzerdaten und Konten notwendig.

2.9.1 Definition und Anforderungen zur Middleware

Die Realisierung der Anwendungen erfolgt bei IPTV mit Hilfe der sogenannten

Middleware. Diese ist eine Software-Schicht zwischen Anwendungen und System-

129 Vgl. Abschnitt 2.9.2


Ressourcen, die es ermöglicht, mehrere Funktionalitäten auf einem oder mehreren

Geräten innerhalb eines IPTV-Systems über ein Netzwerk interagieren zu lassen.130 Die

Middleware ist typischerweise eine Client-/Server-Architektur, wobei sich der Client in der

IP-STB des Endkunden (engl. Customer) befindet und auf den Application-Server131 und

den Metadaten-Server beim Service Provider zugreift (siehe Abbildung 2.11). Die

Middleware steuert die Benutzer-Interaktionen mit dem IPTV-Dienst. So wird dem

Endkunden erst durch die Middleware die Benutzer-Schnittstelle zur Nutzung der IPTV-

Dienste bereitgestellt.

Damit die Anwendungsentwickler neue IPTV-Anwendungen entwickeln können, muss eine

Programmier-Schnittstelle (engl. Application Program Interface, API) zwischen den

Anwendungsschichten und den IPTV-Diensten vorhanden sein. Diese ist Bestandteil der

Middleware und ermöglicht eine Kapselung der Anwendungen.

Abbildung 2.11: IPTV Middleware-Architektur132

130 Die generische Middleware-Architektur wurde bereits von der ITU-T im Standard J.200 definiert

und wird nun von der ITU-T Arbeitsgruppe IPTV um IPTV-spezfische Funktionen erweitert. Vgl. [Inte07b], S. 3

131 Der Application-Server stellt Dienste für Anwendungen wie DRM, Benutzer-Authentifizierung, EPG oder das Einspielen von Werbung bereit, die von der IPTV-Middleware in der IP-STB angefordert werden.

132 Quelle: [Inte07c], S. 10


Weitere Funktionen der Middleware sind Software zur Audio- und Video-Kodierung im AV

Client, die im den nächsten Abschnitten beschriebene Verwaltung von Metadaten und die

Verwaltung und Steuerung der Rechte und Inhalte.

Beispiele für IPTV-Middleware-Produkte sind Mediaroom133 von Microsoft und SmartVision

TV134 von Thomson. Eine Liste führender Middleware-Anbieter wurde von der MRG

veröffentlicht [Mult07].

Es gibt inzwischen eine Reihe von IPTV-Middleware-Anbietern, die eigene proprietäre

Lösungen anbieten. Die Wahl der IPTV-Middleware durch den Service Provider hat

deshalb Einfluss auf die IPTV Netzwerk-Architektur.

Die ITU-T Arbeitsgruppe IPTV, WG6 beschäftigt sich mit der Standardisierung der

Middleware und trägt dazu zunächst die bisherigen Architekturen und Lösungsansätze

zusammen. In einem Bericht der Arbeitsgruppe wurde dazu folgender Status

aufgenommen:135

Es gibt mindestens zwei komplett unterschiedliche Ansätze der IPTV-Applikationen. Die

eine ist Web-Server-orientiert, wobei die Middleware-Anwendung im Terminal

hauptsächlich zur Darstellung genutzt wird. Die Anwendung kommt vom Server und die

Kommunikation erfolgt über HTML, JavScript und ECMAScript136. Der andere Ansatz ist

Terminal-Middleware orientiert, wobei die Anwendungen wie der EPG auf der IP-STB

laufen.

Die bisher veröffentlichten Dokumente beschränken sich hauptsächlich auf die

Identifikation und Definition von benötigten APIs für die verschiedenen Anwendungen,

wobei die APIs für den EPG mit den zugehörigen Metadaten und die Rechteverwaltung im

Fokus stehen. Diese werden in den folgenden Abschnitten genauer erläutert.

2.9.2 Electronic Program Guide (EPG) und Metadaten

Zu den Middleware-Anwendungen gehört u.a. eine elektronische Programmzeitschrift

(engl. Electronic Program Guide, EPG), mit der sich der Endkunde am Bildschirm

Informationen zum Programmangebot über mehrere Tage und Wochen im Voraus abrufen

133 Vgl. Produktbeschreibung zu Mediaroom unter http://www.microsoftmediaroom.com. 134 Vgl. Produktbeschreibung zu Smartvision unter

http://www.smartvisiontv.com/solutions/video/iptv.html. 135 Vgl. [Inte06c], S. 6 136 ECMAScript ist eine Scripting-Sprache und bildet die Basis für JavaScript. JavaScript ist eine

Erweiterung von ECMAScript. ECMAScript ist im standard ECMA-262 standardisiert. Vgl. http://www.ecma-international.org/publications/files/ecma-st/ECMA-262.pdf


kann. Es werden verschiedene Bezeichnungen für EPGs genutzt, wie Interactive Content

Guide (ICG), Electronic Content Guide (ECG) und Broadband Content Cuide (BCG).137

Die benötigten EPG-Informationen zu den angebotenen Inhalten, wie Titel, Regisseur,

Schauspieler, Beschreibung, Spielzeit und Kosten zu einem Film, sind dabei in Metadaten

enthalten und werden von dem in Abbildung 2.11 dargestellten Metadata Server

abgerufen. In Abbildung 2.12 ist ein Beispiel für eine EPG zur Veranschaulichung

abgebildet. Hier werden die Metadaten Titel, Filmbeschreibung, Startzeit, Dauer und

Programmanbieter der TV-Angebote zur Darstellung der EPG genutzt. Es können noch

viele weitere Informationen enthalten sein, wie ein Index von Programmszenen eines

Filmes, Vermarktungshinweise zum Wiedergabeformat, Kopierregeln oder

Verkaufsmodelle.

Die ITU-T Arbeitsgruppe WG6 befasst sich derzeit mit der Bestandsaufnahme der

bisherigen Standardisierungen zu Metadaten und EPG-Architekturen, um daraus einen

einheitlichen Standard zu erarbeiten. Ein Vorschlag ist dabei, die Metadaten nach

Empfehlungen den der ITU-T F.750 in XML (Extended Markup Language) zu codieren.138

Abbildung 2.12: Beispiel EPG von T-Home139

137 Das DVB-Project hat den BCG im Standard ETSI TS 102 822 spezifiziert. Er basiert auf dem

XML Schema, welcher ursprünglich in der Arbeitsgruppe TV-Anytime unter http://portal.etsi.org/radio/TVAnytime/TVanytime.asp definiert wurde.

138 Vgl. [Inte06c], S. 6 139 Quelle: http://www.iptv-anbieter.info/Bilder/provider/t-home/menu/2.html


In Abbildung 2.13 ist eine mögliche Architektur zur Realisierung einer EPG-Funktionalität

in einem IPTV-System skizziert, die derzeit in der ITU-T diskutiert wird und auf vorhandene

Definitionen der ITU-T J.98 basiert. Der EPG wird hier am IPTV-Receiver über den EPG

Browser dargestellt. Die Metadaten befinden sich auf dem EPG-Server und werden über

die IPTV-Middleware im IPTV-Receiver (IP-STB) abgerufen. Die Metadaten werden durch

den Service Provider aus den Daten des Inhalteanbieters extrahiert und auf dem EPG-

Server zum Abruf gespeichert.

PP

ACAP

Contents Providers Service Provider IPTV Receiver

ACAP/ OCAP/MHP Stream

SI Tables

MPEG- 2 TS

EPG Document

IPTV Middleware

EPGBrowser

… …GEM

Extended API

SI ExtractorSI Extractor

SI Extractor

EPGServer

PP

ACAP

Contents Providers Service Provider IPTV Receiver

ACAP/ OCAP/MHP Stream

SI Tables

MPEG- 2 TS

EPG Document

IPTV Middleware

EPGBrowser

… …GEM

Extended API


SI Extractor


SI Extractor

EPGServer

Abbildung 2.13: Mögliche Metadaten / EPG-Architektur140

2.9.3 Sicherheitsaspekte und Digital Rights Management (DRM)

Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Middleware-Anwendungen ist das Rechte-

Management (engl. Digital Rights Management, DRM). Das DRM ermöglicht den

Inhalteanbietern die Nutzung und Verbreitung der von ihnen bereitgestellten digitalen

Medien (Film- und Tonaufnahmen) zu kontrollieren. Das Ziel ist es, die unautorisierte

Nutzung von Inhalten und das Erstellen von Kopien zu verhindern, um die daraus

resultierenden Einnahmeverluste bei der Vermarktung zu verhindern.141 Das DRM

ermöglicht neue Abrechnungsmöglichkeiten, um sich beispielsweise mittels Lizenzen und

Berechtigungen Nutzungsrechte an Daten vergüten zu lassen. Die Verwaltung kann dabei

sehr komplex werden, da der Inhalteanbieter seine Inhalte über verschiedene

Transportwege anbieten kann und für jeden Weg unterschiedliche Rechte verwalten muss.

140 Quelle: [Inte07d], S. 6 141 Vgl. [Digi07], S. 18 oben


So erwartet ein Nutzer z.B. dass ein Inhalt, den er per VoD vom Anbieter heruntergeladen

und lokal gespeichert hat, auf beliebigen, eigenen Abspielgeräten wiedergeben kann. Die

Wiedergabe an Geräten eines anderen Nutzers soll hingegen nicht möglich sein.

Zur Realisierung dieser Sicherheitsanforderungen sind als technische Maßnahmen eine

Benutzer-Authentifizierung und die Verschlüsselung und Entschlüsselung der Streaming-

Daten notwendig.

2.9.3.1 Existierende Arbeiten zum DRM

Die Sicherheits-Anforderungen und das DRM-Verfahren wurden schon in verschiedenen

IPTV-Arbeitsgruppen spezifiziert, so dass hier ebenfalls ein Bedarf zur Harmonisierung der

Standards besteht. Diese Aufgabe hat ebenfalls die ITU-T Arbeitsgruppe IPTV

übernommen. In den bisher veröffentlichten Dokumenten werden jedoch zunächst nur die

Sicherheits-Anforderungen analysiert und allgemeine Rahmenwerke beschrieben, wie z.B.

in der 2006 veröffentlichten Spezifikation der ATIS.142 Konkrete Implementierungs-

Empfehlungen sind bisher nur von der ISMA in der Spezifikation "ISMACryp"143

veröffentlicht worden. In dem Dokument werden die anzuwendenden Verfahren zur

Verschlüsselung und Authentifizierung von IPTV-Streaming-Daten definiert, die konform

zum ISMA 1.0 bzw. 2.0 Standard sind. Abbildung 2.14 zeigt die in ISMACrypt spezifizierte

DRM-Architektur. Hier werden beim Mastering durch den Inhalteanbieter ein Schlüssel und

eine Rechte-Spezifikation an ein Key-/License-Management-System übergeben. Die

Streaming-Daten werden dann mit diesem Schüssel verschlüsselt. Der Nutzer (Receiver)

kann sich nach erfolgter Authentifizierung den benötigten Schlüssel vom Key/License-

Management-System abholen um damit die Daten wieder zu entschlüsseln.

142 Vgl. IPTV DRM Interoperability Requirements, ATIS-0800001 [ATIS06a] 143 Vgl. [ISMA06b]


Abbildung 2.14: Ende-zu-Ende DRM-Architektur nach ISMA144

Es werden im Weiteren folgende Sicherheitsverfahren in der ISMACrypt Spezifikation

empfohlen:

• Die Authentifizierung und der Integritätsschutz der Streaming-Daten zwischen

„Sender“ und „Receiver“ soll mittels dem SRTP-Protokoll145 erfolgen

• Die Verschlüsselung der Streaming-Daten soll mittels dem AES-Algorithmus146 im

„Counter Mode“ erfolgen

• Das Verfahren zur Schlüsselverteilung zwischen dem Key-/License-Management und

den beteiligten Einheiten ist nicht Bestandteil der Spezifikation147

144 Vgl. [ISMA06b], S. 11 145 Vgl. [ISMA06b], S. 13. Das SRTP-Protokoll ist in RFC3711 [BaNa+04] standardisiert 146 Vgl. [ISMA06b], S. 14. AES (Advanced Encryption Standard) ist ein verbreiteter Standard zur

Verschlüsselung von Nachrichten. AES wurde 2001 im Standard FIPS PUB 197 [FIPS01] veröffentlicht

147 Vgl.. [ISMA06b], S. 12 unten

3 Problemfelder und Lösungsansätze 60

3 Problemfelder und Lösungsansätze Nachdem in Kapitel 2 der Stand der Forschung zum Thema IPTV umfassend analysiert

wurde, werden im Folgenden die Problemfelder und Herausforderungen bei der weiteren

Entwicklung von IPTV identifiziert und mögliche Lösungsansätze hierzu aufgezeigt. Ein

Hauptproblem sind dabei die unkoordinierten Standardisierungsaktivitäten, bei denen ein

dringender Bedarf zur engeren Zusammenarbeit besteht. Die Aktivitäten zur möglichen

Lösung dieser Herausforderung werden dazu in Abschnitt 3.1 analysiert. Die zweite große

Herausforderung ist die Migration der bestehenden Netze zu einem Next Generation

Network (NGN), welche in Abschnitt 3.2 beschrieben wird. Anschließend werden die

weiteren Forschungsaktivitäten zu einzelnen technischen Komponenten und Teilnetzen

bewertet, um Problemfelder zu identifizieren und mögliche Lösungsansätze aufzuzeigen.

3.1 Koordination der globalen IPTV-Standardisierung

Die in Abschnitt 2.1 beschriebenen Arbeitsgruppen decken alle nur Teilbereiche der

gesamten IPTV-Architektur ab. Dies liegt zum einen an der Komplexität der

Gesamtarchitektur und an den zum Teil unterschiedlichen Interessen der verschiedenen

Arbeitsgruppen. Es gibt jedoch zwischen den Gruppen gewisse Überschneidungen der

Arbeiten und auch Schnittstellen.

3.1.1 Aktuelle Situation zur IPTV-Standardisierung

Die „Internet Streaming Media Alliance“ (ISMA) beschreibt die aktuelle Situation zum

Stand der IPTV-Standardisierungen wie folgt:148

Der IPTV-Markt wird durch Ende-zu-Ende Implementierungen basierend auf

konkurrierenden, proprietären Lösungen, einer Ansammlung aus offenen Standards, der

Verwendung von veralteten Technologien und vielen Bedenken über das Rechte-

Management und Middleware-Lizensierung behindert.

Wegen der fehlenden Standards haben die IPTV-Anbieter in der Zwischenzeit ihre

eigenen proprietären Lösungen umgesetzt, um mit der Vermarktung von IPTV beginnen zu

148 Übersetzung aus [ISMA06c], S. 1: „Nevertheless, the IPTV marketplace is hampered by end-to-

end implementations based on competing, proprietary solutions, a patchwork of open standards, use of outdated legacy technology and many concerns about DRM and middleware licensing.“


können. Die heute auf dem Markt vorhandenen IPTV-Lösungen werden als Ende-zu-

Ende-Lösungen angeboten. Sie sind größtenteils proprietär und nur teilweise offengelegt.

3.1.2 Bedarf nach offenen Standards

Aus der zuvor beschriebenen Situation heraus und den damit verbundenen Problemen

haben sich in der letzten Zeit mehrere Allianzen von Industrieunternehmen gebildet, um

hierfür Lösungen zu erarbeiten, welche letztendlich zu IPTV-Standardisierungen führen

sollen.

Die ISMA als eine der führenden Allianzen, ließ dazu im März 2006 durch die Multimedia

Research Group eine Umfrage zu den Aktivitäten in der IPTV-Standardisierung

durchführen, an der sich 24 IPTV-Service Provider und Systemanbieter beteiligten. Dabei

wurden folgende technische Anforderungen identifiziert, die von besonderem Interessen

sind:149

• Eine hohe „Quaility of Service“ und „Quaility of Experience“ wurde als

Grundvoraussetzung für den Erfolg von IPTV-Diensten gesehen.

• Für die Realisierung von IPTV-Diensten sollen bereits standardisierte

Transportprotokolle und Kodierungsstandards genutzt werden. Es müssen jedoch

Nutzungsoptionen für diese festgelegt werden, um eine Interoperatibilität zwischen

den Teilsystemen sicherzustellen.

• Festlegung von Nutzungsoptionen für die Sitzungsverwaltung (engl. Session-

Management) mittels RTSP-Protokoll.

Die Befragten nannten weiterhin folgende Gründe, um in Standardisierungs-

Organisationen mitzuwirken:150

• Marktführende Unternehmen wollen durch ihre Arbeiten vor allem die technologische

Richtung weisen und die Arbeitsschwerpunkte nach ihren eigenen Interessen

beeinflussen.

• Interesse an der Erarbeitung von internationalen, statt nationalen Standards als

Grundvoraussetzung für die globale Interoperatibilität.

• Kleinere Firmen wollen sich Informationen aus den Arbeiten verschaffen, um ihre

IPTV-Produkte entsprechend den Standardisierungsergebnissen zu entwickeln. Auch

149 Vgl. [LaSc06], S. 5 150 Vgl. [LaSc06], S. 6


die anderen Firmen wollen die Arbeit nutzen, um bereits in frühen

Entwicklungsphasen gegenseitig neue Technologien kennenzulernen.

Als Ergebnis der Umfrage ergeben sich die Schlussfolgerungen, dass das Interesse an der

Entwicklung offener Standards sehr hoch ist. Der Hauptgrund ist dabei in der angestrebten

Interoperatibilität der Teilsysteme verschiedener Anbieter zu sehen, welche als

Voraussetzung für den weltweiten Markterfolg und eine starke Verbreitung von IPTV

gesehen wird. Zur Erzielung dieser Interoperatibilität sehen die Befragten vor allem die

Notwendigkeit zur Definition von Ende-zu-Ende-Architekturen in Form von

Rahmenwerken, in denen der Funktionsumfang einzelner Teilsysteme festgelegt wird

sowie die Definition von einheitlichen Schnittstellen zwischen den Teilsystemen.

Aus Sicht der ISMA sind offene Standards notwendig, um ein Ökosystem der besten

Produkte aus dem Angebot unterschiedlicher Hersteller zu schaffen. Ein solches

Ökosystem wird den Endkunden nutzen und zu einem schnellen Markwachstum führen,

was letztendlich den Herstellern zu Gute kommt. 151

Diese Einschätzung teilen inzwischen alle Industrieunternehmen. Das zeigt die Beteiligung

an der ITU-T Arbeitsgruppe IPTV.

3.1.3 Koordination aller bisherigen Organisationen

Abbildung 3.1 gibt einen Überblick über die derzeit im Bereich IPTV aktiven SDOs. Es wird

hier sichtbar, dass sich die Arbeiten teilweise überschneiden. Es gibt dabei

Organisationen, die sich auf einen Teilbereich beschränken. So sind z.B. mehrere SDOs

speziell im Heimbereich aktiv. Andere SDOs versuchen hingegen, mehrere

Funktionsbereiche mit eigenen Standards abzudecken. Die ATIS ist die einzige

Organisation, die alle Funktionsbereiche mit ihren Arbeiten abzudecken versucht.

151 Vgl. [ISMA06c], S. 1: „Open standards are necessary in order to create an ecosystem of best-

of-breed products offered through a variety of manufacturers. Such an ecosystem will benefit consumers and lead to rapid market growth, benefiting all manufacturers.“


Abbildung 3.1: IPTV Aktivitäten der verschiedenen Arbeitsgruppen152

In dieser aktuellen Situation entstehen doppelte Arbeiten und es werden verschiedene

Standards entwickelt, die nicht miteinander kompatibel sind. Deshalb besteht hier ein

dringender Bedarf zur Harmonisierung. In einem ersten Schritt führen die verschiedenen

SDOs teilweise bereits seit einiger Zeit einen Informationsaustausch in Form von Liaisons.

Mit diesen Maßnahmen kann jedoch das Problem der immer komplexer und

umfangreicher werdenden Anzahl voneinander unabhängiger IPTV-Standards nicht gelöst

werden. Die ITU-T (International Telecommunications Union) hat deshalb diese

Herausforderung auf sich genommen und im Frühjahr 2006 die IPTV Focus Group

(Kurzbezeichnung FG IPTV) geschaffen, um alle bisherigen Aktivitäten der verschiedenen

Organisation zu koordinieren.153 Die Mission dieser IPTV-Arbeitsgruppe wurde auf dem

ersten Zusammentreffen der Mitglieder wie folgt festgelegt:154

The mission of FG IPTV is to coordinate and promote the development of

global IPTV standards taking into account the existing work of the ITU study

groups as well as Standards Developing Organizations, Fora and Consortia.

152 Quelle: Vortrag von Schäfer [Scha06], Folie 4: „IP video related activities of the various

standardization bodies“ 153 Vgl. Homepage der ITU-T IPTV Focus Group, http://www.itu.int/ITU-T/IPTV 154 Die Mission wurde auf dem „TSB Director’s consultation meeting on IPTV standardization“ am

4-5 April 2006 in Genf festgelegt. Vgl. http://www.itu.int/ITU-T/IPTV/events/042006/index.phtml


Das sinngemäße Ziel ist es also, die verschiedenen internationalen

Standardisierungsaktivitäten zu bündeln.

Weiterhin wurden beim ersten Treffen folgende Arbeitsziele festgelegt:155

• Festlegung einer Definition für IPTV (Identifikation von Szenarien, Treibern und

Beziehungen zu anderen Diensten und Netzwerken, Identifikation von Anforderungen

und Definition von Architektur-Rahmenwerken)

• Überprüfung und Analyse von Lücken in bestehenden Standards und laufenden

Arbeiten und davon ausgehend die Identifikation von Aktivitäten, welche die ITU-T mit

anderen Organisationen betreiben kann

• Koordination von existierenden Standardisierungsaktivitäten

• Harmonisierung bei der Entwicklung neuer Standards

• Förderung der Interoperatibilität mit existierenden Systemen

3.1.3.1 Die Arbeitsgruppen der IPTV Focus Group

Die Standardisierungsarbeiten innerhalb der IPTV Focus Group sind in Arbeitsgruppen

(engl. Work Group, WG) aufgeteilt, welche die in Tabelle 3.1 aufgelisteten Arbeitsgebiete

bearbeiten.

Tabelle 3.1: Arbeitsgebiete der IPTV Focus Group156

Arbeitsgruppe Arbeitsgebiet

WG 1 Architecture and Requirements

WG 2 QoS and Performance Aspects

WG 3 Service Security and Content Protection

WG 4 IPTV Network Control

WG 5 End Systems and Interoperability Aspects

WG 6 Middleware, Application and Content Platforms

155 Vgl. http://www.itu.int/ITU-T/IPTV/events/042006/index.phtml, Abschnitt „Goals of IPTV FG“ 156 Quelle: Vortrag „ATIS IPTV Standards Development“ [Farg07], S. 7


Die Ergebnisse der Arbeitsgruppen sollen nach Abschluss der Arbeiten zu sog. „ITU-T

Recommendations“ führen.

Bisher hat die FG IPTV sechs Treffen veranstaltet, in denen die Arbeiten der

verschiedenen Arbeitsgruppen einer Überprüfung unterzogen wurden und zu

Ergebnisdokumenten führten. Die Dokumente sind über die Internetseiten der FG IPTV

öffentlich zugänglich.157 Bisher sind jedoch aus den Arbeiten noch keine Standards

hervorgegangen. Dies wird erst nach dem geplanten Abschluss der Arbeiten erfolgen.

Die Analyse der bisher erzeugten Ergebnisdokumente zeigt bereits, wie schwierig eine

Harmonisierung der bereits existierenden Teilstandards ist. Zudem kommen laufend neue

Anforderungen hinzu, die ebenfalls mit in die neuen Standards einfließen sollen.

Inzwischen (Stand: 02.11.2007) sind in 16 Monaten aus 1009 Beiträgen 180 Dokumente

hervorgegangen und ein Abschluss der Arbeiten ist noch nicht geplant. Es ist eher

anzunehmen, dass die Ergebnisse in die Standards der einzelnen SDOs einfließen

werden.

3.2 Optimierung der Netzwerkinfrastruktur

In Abschnitt 2.2 wurde die heutige IPTV-Architektur beschrieben. In den bisherigen

Arbeiten wurde zunächst eine allgemeine IPTV-Architektur für die Implementierung in

existierende Netze als Rahmenwerk festgelegt. Die Arbeiten sind damit noch nicht

abgeschlossen. Mit der Aufzeichnung der existierenden IPTV-Architektur wird vielmehr ein

erstes Gesamtbild von den heute existierenden Netzwerken skizziert. Daran lässt sich

erkennen, dass die Gesamtarchitektur sehr komplex ist, womit für den Betreiber hohe

Betriebskosten entstehen. Weiterhin zeigt sich, dass eine Migration mit den parallel

existierenden Mobilfunknetzen erforderlich ist.

Der erste Schritt, die existierenden Netze für IPTV zu erweitern, war notwendig um schnell

eine vermarktungsfähige Lösung bereitstellen zu können. Es ist aber inzwischen eine

gewachsene Architektur bei den Netzbetreibern entstanden, die ursprünglich für die

analoge Sprachübertragung konzipiert wurde und schrittweise über viele Jahre um neue

Datendienste erweitert wurde. Die heute üblichen Dienste zur Datenübertragung in

Weitverkehrsnetzen wie ATM und Frame Relay werden typischerweise über separate

Netzwerkarchitekturen übertragen (siehe Abbildung 3.2, oben: Verteilte Netzstruktur). Für

den Mobilfunk gibt es ebenfalls ein separates Netzwerk. Jetzt kommt mit IPTV ein vierter

157 Vgl. http://www.itu.int/ITU-T/IPTV/


Dienst hinzu, der ebenfalls eine eigene Infrastruktur benötigt. Die Folgen daraus sind

naheliegend: Es entstehen hohe Investitions- und Betriebskosten für jedes Netzwerk und

es ergeben sich doppelte Entwicklungen in Bereichen überlappender Dienste.

Abbildung 3.2: Migration zum NGN158

Das Ziel der Netzbetreiber ist es deshalb, die bestehenden Netzwerke in ein neues,

gemeinsames und einheitliches Netzwerk umzubauen, über das alle bisherigen Sprach-

und Datendienste transportiert werden können (siehe Abbildung 3.2, unten: Horizontale

Integration der Dienste). Dadurch soll eine deutliche Reduzierung der Kapital- und

Betriebskosten erreicht werden.159 Außerdem soll es damit leichter sein, neue Dienste in

die Netzstruktur einzubringen. Dieser Netzwerkumbau wird von den Netzbetreibern als

Migration zum „Next Generation Network“ (NGN) bezeichnet. In Abbildung 3.3 ist die

angenommene Kostenentwicklung bei einer Migration zum NGN dargestellt. Die

Berechnung zeigt, dass durch die Migration zum NGN langfristig die Betriebskosten

unabhängig von der Migrationsgeschwindigkeit um ca. 30% gesenkt werden. Dieser Effekt

wird sowohl bei einer proaktiven Migration also auch bei einer bedarfsweisen Migration

erreicht. Bei der proaktiven Migration sind jedoch höhere Anfangsinvestitionen notwendig.

158 Quelle: [TSys06], S. 4 159 Vgl. [Bail06], S. 1


Abbildung 3.3: Kostenentwicklung bei einer Migration zum NGN160

In den folgenden Abschnitten wird zunächst die Definition des NGN aus Sicht der SDOs im

Bezug zu IPTV beschrieben. Anschließend wird der Stand der Forschung bei der

Umsetzung des NGN analysiert.

3.2.1 Definition NGN und Gremien

Die Standardisierung der NGN-Architektur wird von unterschiedlichen SDOs

vorangetrieben. Der Ursprung stammt aus den Arbeiten zur Integration der Mobilfunknetze

der dritten Generation (UMTS) in die bestehenden Netze, welches als IP Multimedia

Subsystem (IMS) bezeichnet wird und von der 3GPP161 Organisation erarbeitet wurde.

160 Quelle: [Bail06], S. 1 161 Das „3rd Generation Partnership Project“, kurz 3GPP, ist eine weltweite Kooperation von

Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk. Vgl. http://www.3gpp.org/


Basierend auf diesen Arbeiten hat die ETSI in ihrem TISPAN Projekt162 und die ITU das

auf Mobilfunknetze ausgelegte IMS Konzept verallgemeinert und damit begonnen,

notwendige Maßnahmen zur Integration von IPTV im NGN zu definieren.

Die ITU-T hat dazu zunächst folgende allgemeine Definition für ein NGN aufgestellt:163

A Next Generation Network (NGN) is a packet-based network able to provide

services including Telecommunication Services and able to make use of

multiple broadband, QoS enabled transport technologies and in which service-

related functions are independent from underlying transport-related

technologies. It offers unrestricted access by users to different service

providers. It supports generalized mobility which will allow consistent and

ubiquitous provision of services to users.

Sinngemäß soll ein NGN Netzwerk also die angebotenen Dienste unabhängig von der

zugrunde liegenden Transporttechnologie machen. Ein Nutzer kann damit also einen

Dienst wie IPTV über alle verfügbaren Transportnetze wie z.B. über einen Breibandzugang

im Haus oder auch von einem mobilen TV-Gerät über ein drahtloses Medium nutzen.

3.2.2 Das NGN der British Telecom

Das Telekommunikationsunternehmen British Telecom (BT) hat bereits mit der Migration

zum NGN begonnen. In einem Artikel der BT wird das Großprojekt wie folgt

beschrieben:164

In Großbritannien umfasst das 21st Century Network (21CN) von [der British

Telecom] BT die Umstellung von 30 Millionen Kundenanschlüssen und die

Ablösung der traditionellen Sprachtelefonie-Plattform ([Plain Old Telephone

System], PSTN). 21CN wird vorhandene und zukünftige Services über ein

dediziertes IP-Netzwerk zur Verfügung stellen. Das Programm mit einem

Umfang von zehn Milliarden Pfund Sterling soll bis Ende des Jahrzehnts

abgeschlossen sein und ab 2008/09 Kosteneinsparungen von einer Milliarde

Pfund Sterling pro Jahr bringen. Das 21CN von BT wird die Grundlage der

weltweit leistungsfähigsten, wettbewerbsfähigsten und produktivsten

162 ETIS TISPAN steht für European Telecommunications Standards Institute, Telecoms & Internet

converged Services & Protocols for Advanced Network. Vgl. Homepage http://www.etsi.org/tispan/

163 Quelle: http://www.itu.int/ITU-T/ngn/definition.html 164 Vgl. Artikel der BT Group zum Aufbau ihres Next Generation Networks [Brit07]


Kommunikationslandschaft darstellen und ist eine der größten Investitionen,

die von einem Privatunternehmen bisher in der wirtschaftlichen Infrastruktur

Großbritanniens getätigt wurden.

In dem neu gegründeten Geschäftsbereich 21C Global Venture (21C GV) will die BT nun

die einzigartigen Erfahrungen bündeln, die das Unternehmen bei der Entwicklung seines

21st Century Network bisher gesammelt hat und damit Kommunikationsanbieter in aller

Welt bei der Realisierung von Next Generation Networks unterstützen.164

3.2.3 Herausforderungen bei der Migration zum NGN

In einem Artikel der Fachzeitschrift Funkschau werden die Herausforderungen für die

Migration zu einem NGN verdeutlicht:165

Die Konvergenz von Sprache, Daten, Multimedia und Inhalten erfordert mehr

als nur eine Betrachtung der Netzinfrastruktur. Einhergehend mit den

Veränderungen im Marktumfeld muss die Strategie, das Marketing, die

Dienste-Entwicklung und auch der Netzbetrieb betrachtet werden. Erst nach

Prüfung aller dieser Parameter können Netzbetreiber ein sinnvolles Konzept

zur Migration ihres Netzes erstellen. Ein generell gültiges Konzept, wie Netze

auf ein konvergentes NGN migriert werden, gibt es allerdings nicht – dazu sind

die technische Ausgangsbasis wie auch die Geschäftsmodelle der

Netzbetreiber zu unterschiedlich.

Es wird also ein ganzheitliches Konzept für die Migration zum NGN benötig. Die

Erfahrungen der BT mit ihrem Geschäftsbereich 21C Global Venture können dazu sehr

hilfreich sein. Mit ihrem Wissensvorsprung gegenüber den Mitbewerbern können sie nun

ihre Monopolstellung auf diesem Gebiet ausnutzen, um ihre eignen Interessen und

Lösungen durchzusetzen.

Ziel ist es jedoch, einen offenen Standard auch für das NGN zu erhalten. In den Arbeiten

der SDOs, insbesondere in den Architektur-Dokumenten der ITU-T FG IPTV finden sich

bisher nur Rahmenwerke. Hier sind in den nächsten Jahren noch einige

Forschungsarbeiten notwendig, um die vielen existierenden Schnittstellen der heute noch

getrennten Netzwerke zu harmonisieren. Da man die heute aktiven Netze nicht einfach

abschalten kann und ein neues NGN installieren kann, ist hier eine schrittweise Migration

über mehrere Jahre notwendig. Das bedeutet, dass die bisherigen Schnittstellen und

165 Vgl. [Died06], S. 1 rechts


Komponenten weiterhin unverändert betrieben werden müssen und Adaptionsschichten

notwendig sind, um die unterschiedlichen Netze miteinander zu koppeln.

3.3 Datenflüsse und Protokolle

Der in Abschnitt 2.3 beschriebene Transport der Streaming-Daten ist bei den

standardisierten Lösungen der ISMA und des DVB Project sehr ähnlich. Beide nutzen zur

Übertragung der Daten das RTP-Protokoll. Der DVB-Standard sieht jedoch zusätzlich

noch eine Bündelung mehrerer Streams mit dem MPEG-2-TS Protokoll vor. Dieses

Verfahren ist aus den verwandten DVB-Standards entstanden, bei denen z.B. für DVB-C

mehrere Streaming-Kanäle (Fernsehprogramme) gleichzeitig übertragen werden. Dies ist

jedoch für die heutigen IPTV-Lösungen nicht notwendig, da zur besseren Ausnutzung der

begrenzten Bandbreite immer nur die jeweils von der IP-STB angeforderten Video-

Streams übertragen werden (vgl. Abschnitt 2.4 zur Anforderung von Video-Streams mittels

IGMP-Protokoll für Live-TV bzw. RTSP-Protokoll für VoD). Mit der Lösung der ISMA ergibt

sich deshalb hier der Vorteil einer weiteren Optimierung der verfügbaren Bandbreite, da

hier die Kapselung mit MPEG-2-TS entfällt.

Neben der standardisierten Lösung von der ISMA gibt es noch weitere Möglichkeiten, die

Übertragung der Streaming-Daten für IPTV zu optimieren. So könnte man die Streaming-

Daten auch ohne RTP-Protokoll übertragen, wie in

Abbildung 3.4 dargestellt. Zur Identifikation der Streaming-Daten auf der Empfängerseite

kann dabei die UDP-Port-Nummer genutzt werden, die zuvor ausgehandelt werden muss.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die benötigte Bandbreite weiter verringert wird. Das

Verfahren wird derzeit als proprietäre Lösung umgesetzt, wobei es Varianten mit und ohne

MPEG-2-TS-Protokoll gibt.


Abbildung 3.4: Transportprotokolle für IPTV-Streaming-Daten166

Bei den in Abschnitt 2.4 beschriebenen IP-Protokollen zur Steuerung der Streaming-Daten

werden bereits existierende Standards der IETF genutzt, so dass hier kein grundlegender

Bedarf zu weiteren Standardisierungen besteht. Die Herausforderung liegt hier in der

Festlegung einheitlicher Nutzungsparameter. Für die Netzbetreiber besteht die

Herausforderung darin, die vorhandenen Bandbreiten optimal auszunutzen, damit es nicht

zu Engpässen bei der Übertragung kommt.

3.4 Video-Codecs und Datenraten

Für die Komprimierung der Streaming-Daten hat sich die Verwendung von MPEG-2 und

MPEG-4 AVC durchgesetzt, wie Abschnitt 2.3 beschrieben. Die aktuellen IPTV-

Implementierungen verwenden nur noch die effektiveren Standards MPEG-4 AVC und

VC-1. Die derzeitigen IPTV-Angebote beschränken sich dabei zunächst auf die

Übertragung in SDTV-Qualität. Mit den von ISMA und DVB Project definierten Profilen

besteht jedoch bereits die Grundlage zur Übertragung von Streaming-Daten mit

unterschiedlichen Datenraten und Qualitäten. Somit ist eine flexible Erweiterung der IPTV-

Dienste z.B. auf mobile Geräte mit geringer Bandbreite und geringer Rechenleistung

möglich. Außerdem ist eine Übertragung in HDTV-Qualität ebenso standardisiert. Derzeit

scheitert die Umsetzung nur an der fehlenden Bandbreite.

166 Quelle: [Scha06], Folie 12


3.5 Breitbandzugänge

Die in Abschnitt 2.6.1 beschriebenen Anforderungen zur Nutzung eines

Breitbandzuganges für IPTV-Dienste hat gezeigt, dass die derzeit am meisten verbreitete

ADSL-Technologie mit einer maximal möglichen Datenrate von 24 Mbit/s ausreichend ist,

um IPTV-Dienste in SDTV-Qualität anzubieten. Es werden jedoch auch die

Schwachstellen deutlich. Zunächst lässt sich die angegebene maximale Datenrate wegen

der beschriebenen Leitungsdämpfung nicht bei allen ADSL-Kunden erreichen, so dass

hier in jedem Einzelfall geprüft werden muss, ob der vorhandene ADSL-Zugang für IPTV

geeignet ist. Hinzu kommt noch der steigende Bandbreitenbedarf für weitere

Multimediadienste, wie in der Beispielrechnung in Abschnitt 2.6.2.1 dargestellt.

Durch den derzeitigen Stand der Technik ergeben sich folgende Einschränkungen für die

Bereitstellung von IPTV-Diensten:

• Nicht jedem Kunden kann IPTV angeboten werden

• Die Streaming-Daten können nur in SDTV-Qualität übertragen werden

Aus dieser Situation heraus wird mittelfristig der Bedarf nach höheren Bandbreiten steigen.

Mit der Einführung von effizienteren MPEG-4 Komprimierungsalgorithmen und der

Optimierung der ADSL-Technlologie mit dem ADSL2plus-Standard sind jetzt keine

weiteren Verbesserungen mit der existierenden Technologie möglich.

Es sind also weitere Forschungen und Investitionen in neue Technologien zur Erhöhung

der Bandbreite notwendig. Eine direkt umsetzbare Maßnahme ist die Umstellung auf die

VDSL-Technologie. Damit wird die Grundlage geschaffen, um IPTV-Dienste in HDTV

anzubieten. Da die mit VDSL erreichbaren Datenraten jedoch nur auf sehr kurzen

Strecken bis etwa 500 m zwischen der Vermittlungsstelle und dem Haus erreicht werden,

ist ein Umstieg von ADSL auf VDSL für viele Endkunden derzeit nicht möglich. Hierzu

muss der Netzbetreiber zunächst einen neuen Übergabepunkt in direkter Nähe des

Endkunden installieren, der über Glasfaserleitungen an die Vermittlungsstelle angebunden

wird. Somit kann das Reichweitenproblem von VDSL gelöst werden, da nur noch die

sogenannte „Letzte Meile“ vom Übergabepunkt bis zum Haus über die Kupfer-

Telefonleitung geführt wird. Der Ausbau bedeutet jedoch für die Netzbetreiber erhebliche

Investitionen.167

167 Siehe auch Beitrag in Heise Online [Heis07]


3.6 Quality of Service

In Abschnitt 2.7.3 wurden die Auswirkungen von Paketverlusten in den Streaming-Daten

erläutert. Der Verlust eines einzelnen Paketes kann demnach bereits zu deutlich

sichtbaren Bildausfällen führen, die vom Nutzer nicht akzeptiert werden, wenn diese in

einer bestimmten Häufigkeit auftreten. Der Einsatz von QoS-Maßnahmen zur

Sicherstellung der Übertragungsqualität ist deshalb sehr wichtig, um eine hinreichende

Nutzerakzeptanz für IPTV zu erreichen. Das DSL-Forum hat mit dem Standard TR-126

bereits eine gute Grundlage geschaffen, indem sie die zu erfüllenden

Kundenanforderungen, die „Quality of Experience“-Anforderungen, definiert haben.

Für die Umsetzung der QoS-Maßnahmen ist jedoch zu beachten, dass deren Wirksamkeit

nur gegeben ist, wenn alle Komponenten und Teilstrecken von der Videoquelle bis zum

Endkunden diese Maßnahmen umsetzen und die QoE-Anforderungen einhalten. Dies ist

also eine große Herausforderung für alle IPTV-Beteiligten. Die notwendigen Standards

und Hardware-Komponenten zur Umsetzung der QoS-Maßnahmen wie die Priorisierung

zeitkritischer IP-Pakete sind bereits in jeder der Teilkomponenten vorhanden. Die

Schwierigkeit ist es jedoch, alle Komponenten abgestimmt auf die IPTV-Anforderungen zu

konfigurieren. Dies kann nur funktionieren, wenn die gesamte Kontrolle vom IPTV Service

Provider als zentrale Instanz übernommen wird. Mit dem TR-69-Protokoll hat das DSL-

Forum eine wichtige Voraussetzung geschaffen, damit der Service Provider die

Konfiguration und Kontrolle aller Geräte innerhalb der gesamten Übertragungsstrecke vom

Inhalteanbieter bis zur IP-STB des Endkunden übernehmen kann. Jetzt besteht die

Herausforderung für den IPTV Service Provider, diese Aufgabe optimal durchzuführen.

Dieser ist dabei mit einer Vielzahl unterschiedlicher Komponenten verschiedener

Hersteller konfrontiert. Dabei ist es wichtig, dass alle Geräte vollständig konform zum TR-

69-Standard und den zugehörigen Datenmodellen sind.

3.6.1 Fehlerkorrektur auf Anwendungsebene

Da durch die im TR-69-Standard beschriebenen QoS-Maßnahmen eine 100-prozentige

Verlust- und Fehlerfreiheit der Datenübertragung nicht sichergestellt werden kann, hat das

DVB Project in Zusammenarbeit mit anderen SDOs zusätzliche Maßnahmen zur

Fehlerkorrektur auf Anwendungsebene spezifiziert. Ziel ist es, maximal einen sichtbaren

Bildfehler pro Stunde (engl. mean-time between artefacts, MTBA) zu haben.168 Die ATIS

168 Vgl. [DVBP07a], S. 4, oben


fordert für IPTV sogar einen MTBA von mindestens vier Stunden.169 Der Vorschlag liegt

derzeit als Arbeitspapier im DVB Project und der ITU-T Arbeitsgruppe IPTV zur Diskussion

und soll Bestandteil des ETSI Standards TS 102 034 Version 1.3.1 werden. In dem

Dokument werden existierende Verfahren zur Fehlerkorrektur (Forward Error Correction,

FEC) wie SMPTE 2022-1 (Pro-MPEG COP3) evaluiert, um daraus ein neues, für IPTV-

Anwendungen optimiertes FEC-Verfahren abzuleiten. Die ATIS verweist in ihrem Standard

ATIS-0800005170 IPTV PACKET LOSS ISSUE REPORT bereits auf die DVB-Arbeiten und

empfiehlt deren Anwendung, sobald die Arbeit als Standard veröffentlicht wird.

Weitere QoS-Maßnahmen könnten auf physikalischer Ebene implementiert werden. Diese

sind jedoch nicht standardisiert, sondern werden herstellerspezifisch in den einzelnen

Komponenten wie Loss-Concealment im Decoder der IP-STB oder Jitterbuffer-

Mechanismen in den Switch- und Router-Komponenten implementiert.

3.6.2 Reduzierung der Kanalwechselzeiten

Nach den Untersuchungen des DSL-Forums im Standard TR-126 ergeben sich aus den in

Abschnitt 2.8.2 beschriebenen technischen Gegebenheiten relativ lange

Kanalwechselzeiten und es wurde ein Maximalwert von bis zu zwei Sekunden als noch

akzeptabel festgelegt. Für ein schnelles Durchschalten durch alle Sender, wie es ein

typischer Nutzer häufig macht, ist dieser Wert jedoch nicht zufriedenstellend. Als erster

Lösungsansatz wurde bereits in Abschnitt 2.8.2 eine Verkürzung der Zeit zwischen den

I-Frames bei der MPEG-Komprimierung beschrieben, wodurch jedoch die

Kodierungseffizienz reduziert wird. Es wird deshalb an besseren Lösungsmöglichkeiten

zur Reduzierung der Kanalwechselzeiten geforscht. Einen ersten Entwurf gibt es dazu

inzwischen von der ISMA; im Dokument „Fast channel changing in RTP“171 werden nach

einer Problemanalyse verschiedene Lösungsansätze vorgeschlagen, um einen

schnelleren Kanalwechsel zu ermöglichen. Eine der am einfachsten zu realisierenden

Lösungsvorschläge ist das „Predicitve Tuning“.172 Bei diesem Verfahren wird versucht

vorauszusagen, welchen Kanal der Endkunde als nächstes auswählen wird und kann auf

dieser Basis den vorausgesagten Kanal frühzeitig bereitstellen. Da beim Durchschalten

das vorherige und nächste Programm des Nutzers immer das gleiche ist, müssen bei

diesem Verfahren also diese zwei Programme zusätzlich übertragen werden. Dies benötigt

169 Vgl. [ATIS06c], S. 27 und [Inte07a], S. 6 170 Vgl. [ATIS06c], S. 19 171 Vgl. [ISMA06a] 172 Vgl. [ISMA06a], S. 8


jedoch zusätzliche Bandbreite für jedes Endgerät und ist damit nicht für die derzeit

verwendeten Breitbandzugänge mit ADSL-Technik geeignet. Für zukünftige Anwendungen

unter Nutzung der VDSL-Technologie könnte dieses Verfahren jedoch eingesetzt werden.

Der Vorteil ist dabei die einfache Umsetzung, da hierzu lediglich Anpassungen auf der

Teilnehmerseite notwendig sind und keine zusätzlichen Protokolle erforderlich sind.

3.7 Middleware

3.7.1 Anforderungen an zukünftige Middleware-Lösungen

Die heutigen Middleware-Lösungen sind typischerweise rein proprietäre Lösungen, die

speziell für die Anforderungen eines konkreten IPTV-Anbieters entwickelt wurden und auf

eine begrenzte Nutzerzahl ausgelegt sind. Dieses Vorgehen war in einem ersten Schritt

auch notwendig, da nur so eine schnelle Lösung entwickelt werden konnte.

Für die zukünftigen Middleware-Lösungen sind jedoch eine Reihe von Richtlinien zu

beachten, um für den Einsatz bei verschiedenen Anbietern gerüstet zu sein und um

flexibel an die ständig wachsenden Markanforderungen angepasst werden zu können. In

einem Interview mit Joly Benoit vom Middleware-Anbieter Thomson werden hierzu

konkrete Anforderungen aufgezählt:173

Zu den aktuellen Entwicklungen zählen neue Technologiestandards […] [wie]

das optimierte Management [von] EPGs und [das] schnelle Senderumschalten.

Ein Hauptkriterium bei der Auswahl der IPTV-Middleware sollte eine hohe

Skalierbarkeit sein. Nur so lassen sich steigende Nutzerzahlen ebenso

bewältigen wie neu hinzukommende erweiterte, interaktive Dienste. Lösungen,

die auf offenen Standards basieren, sind für Netzbetreiber hier eindeutig die

klügste Investition. Kurzfristig gesehen bedeutet das eine IPTV-Middleware,

die sich schnell an die Informations- und Abrechnungssysteme der TK-

Anbieter anbinden lässt sowie an Drittanbieter-Anwendungsserver für die

Bereitstellung von Komplettpaketen wie Triple Play. […] Wir konnten

außerdem beobachten, dass zu den wichtigsten Auswahlfaktoren der

Endkunden für ein bestimmtes IPTV-Angebot die Anwenderfunktionen, Grafik

und Bedienerfreundlichkeit des TV-Portals zählen.

173 Vgl. [Witz07a], S. 3. Aussagen im Interview mit Joly Benoit vom Middleware-Anbieter Thomson


3.7.2 Zukünftige Anwendungen

Durch den bei IPTV über den Breitbandzugang vorhandenen Rückkanal vom Endkunden

zum Service Provider werden eine Vielzahl neuer Anwendungen möglich. Deren

Umsetzung ist die Aufgabe der Middleware-Anbieter. Auf diesem Gebiet sind deshalb

weitere Forschungsarbeiten und Standardisierungen notwendig, insbesondere die

Definition einheitlicher Programmier-Schnittstellen (APIs). Nur so können eine Vielzahl von

neuen Anwendungen unterschiedlicher Software-Firmen miteinander kombiniert werden.

Bei den heute von einem IPTV Service Provider angebotenen IPTV-Lösungen kommt die

zugehörige Middleware mit allen benötigten Anwendungen wie EPG, PVR und VoD noch

von einem einzigen Midleware-Anbieter. Dies ist bei der begrenzten Zahl der

Anwendungen noch möglich. Mit einer steigenden IPTV-Teilnehmerzahl und neuen

Anwendungen wird aber bald der Punkt erreicht sein, an dem die APIs als offene

Standards zur Verfügung stehen müssen. Erst dann können verschiedene Middelware-

Anbieter zusammenarbeiten und einzelne Middleware-Komponenten für den gleichen

Service Provider anbieten. Damit wird die Monopolstellung der großen Middleware-

Anbieter aufgehoben und kleinere Anbieter haben die Chance einzelne Software-

Komponenten anzubieten.

Neben den bereits heute neben den TV-Programmen angebotenen zusätzlichen

Anwendungen (vgl. Abschnitt 1.6.1.2) gibt es bereits viele Ideen für mögliche neue

Middleware-Anwendungen und Nutzungsmodelle. Im Folgenden sind einige Beispiele

aufgelistet:174

• Mediatheken und Web-Portale, z.B. von TV-Sendern oder Fußballvereinen (TV-Club-

Portal) auf dem Fernseher einsehen

• Medieninhalte problemlos im TV-Programm, in der Online-Videothek oder in den

aufgenommenen TV-Sendungen suchen

• Direkt über die Fernbedienung interaktiv abstimmen oder Quizfragen beantworten

• E-Mail, Chats oder eingegangene Anrufe direkt am Fernseher einsehen und abrufen

• Lotto-TV-Portal: Lottoscheine am Fernseher ausfüllen und nach Ziehung der

Lottozahlen dort auch die Gewinne abfragen

• Suchmaschinen wie Google und Angebote wie Ebay am Fernseher nutzen

174 Vgl. [Witz07a], S. 1


Die ATIS hat ebenfalls bereits eine Reihe neuer Anwendungen identifiziert (siehe Tabelle

3.2, Phase 2 und 3), zu denen weitere Forschungsarbeiten und Standardisierungen

notwendig sein werden. Ein besonderes Interesse ist dabei in der Kategorie Werbung

(engl. Advertising) zu erkennen, da hier der größte wirtschaftliche Nutzen durch neue

Einnahmequellen aus Sicht der Anbieter vorhanden ist.

Tabelle 3.2: IIF Prioritätenliste nach Phasen175

175 Quelle: [ATIS05], S. 3

4 Entwicklung der IPTV-Nutzung im Heimbereich 78

4 Entwicklung der IPTV-Nutzung im Heimbereich Im Kapitel 2 wurde der Stand der Forschung beschrieben, der derzeit für die Realisierung

von IPTV angewandt wird. Parallel dazu gibt es weitere Forschungsaktivitäten mit den

Zielen, den Umsatz mit neuen IPTV-Diensten auszubauen und den Erlös zu steigern. Die

Forschungen konzentrieren sich dabei derzeit vor allem auf die folgenden Bereiche:

• Optimierung der Netzwerkinfrastruktur der Netzbetreiber

• IPTV-Erweiterungen im Heimnetzwerk

Die Forschungen zur Optimierung der Netzwerkinfrastruktur der Netzbetreiber wurden

bereits in Abschnitt 3.2 mit den Arbeiten zum Next Generation Network beschrieben. Im

vorliegenden Kapitel werden speziell die aktuellen und zukünftigen IPTV-Entwicklungen im

Heimbereich analysiert.

Ausgehend vom Stand der Technik in Abschnitt 4.1 werden in Abschnitt 4.2 die zu

erwartenden, neuen Anwendungsszenarien analysiert. Daraus ergeben sich eine Reihe

neuer Anforderungen an die Geräte im Heimbereich. Weiterhin wird der Aufbau eines

komplexen Heimnetzwerkes erforderlich, zu dem geeignete Technologien standardisiert

werden müssen. In Abschnitt 4.3 werden dazu die aktuell von den Industrieunternehmen

und Forschungsbereichen diskutierten Lösungsansätze aufgezeigt und bezüglich ihrer

Eignung für IPTV-Anwendungen bewertet. Abschließend werden in Abschnitt 4.4

Lösungsvorschläge für die mögliche zukünftige Entwicklung gemacht.

4.1 Stand der Technik

Die heute vermarkteten IPTV-Angebote beschränken sich zunächst nur auf die

Grundfunktionalität zur Bereitstellung von Fernsehdiensten als Live-TV oder VoD über

einen Breitbandzugang. Als Übertragungstechnik wird in den meisten Fällen die in

Abschnitt 2.6.2.1 beschriebene ADSL-Technologie verwendet. Aus Marketingsicht müssen

die IPTV-Angebote konkurrenzfähig zu bestehenden Fernsehangeboten über Kabel oder

Satellit sein. Deshalb erfolgt die Übertragung von Fernsehprogrammen mindestens in

SDTV-Qualität (vgl. Abschnitt 2.5.2), wobei im Falle von Live-TV die gleichzeitige Nutzung

an mehreren Fernsehgeräten innerhalb eines Haushalts möglich sein soll. In Abbildung 4.1

ist eine heute typische Installation für ein Heimnetzwerk am Beispiel des deutschen IPTV-

Anbieters Hansenet dargestellt. Der vorhandene Telefonanschluss wurde dabei zwischen


der TAE-Telefondose176 und dem Telefon durch einen sogenannten Splitter aufgeteilt, um

die Breitbandsignale aus dem Telefonsignal herauszufiltern.

Das Residential Gatway (kurz RG, im Bild als Modem bezeichnet) übernimmt

anschließend die Demodulation der Daten und die Bereitstellung als Ethernet-Daten.

Diese werden über ein Ethernet-Kabel direkt mit der IP-Set-Top-Box und dem PC

verbunden. Die Installation von weiteren IP-Set-Top-Boxen und Szenarien zu deren

Vernetzung in mehrere Räume wird hier noch nicht betrachtet.

Die IP-STB übernimmt die hier Dekodierung und Steuerung der Streaming-Daten stellt die

Videodaten für das TV-Gerät bereit.

Es ist anzumerken, dass die derzeitigen IPTV-Lösungen wie im diesem Beispiel immer ein

sehr einfaches Heimnetzwerk skizzieren. Es wird dabei nur der Anschluss eines einzigen

TV-Gerätes angenommen. Weiterhin wird angenommen, dass die zu vernetzenden Geräte

räumlich nahe zusammenstehen, so dass eine direkte Verkabelung möglich ist.

Abbildung 4.1: Heimnetzwerk am Beispiel des IPTV-Providers Alice Home TV177

4.2 Neue IPTV-Anwendungen

Durch das Angebot neuer Breitbanddienste wie IPTV, VoIP oder Onlinespiele gibt es eine

Reihe weiterer Geräte im Haushalt, die einen Breitbandanschluss benötigen. Zu den

Hauptanwendungen zählt das Angebot von IPTV-Diensten, bei denen das Endgerät nicht

der PC ist, sondern die IP-STB, an der ein TV-Gerät angeschlossen ist. Weiterhin ist es

auch denkbar, neue Dienste über den Breitbandanschluss an mobile Geräte oder an eine

Spielkonsole zu übertragen. Durch diese neuen Anwendungen ergeben sich neue

Herausforderungen für deren Vernetzung und Koexistenz im Heimbereich, da ein

176 „Die Telekommunikations-Anschluss-Einheit (TAE) ist eine in Deutschland […] benutzte

Steckerart bei analogen Telefonanschlüssen […].“ Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/TAE 177 Quelle: http://www.iptv-anbieter.info/iptv-provider/alice-hometv-iptv.html


Breitbandanschluss nun nicht mehr nur für den Internetzugang von einem PC genutzt wird,

sondern von vielen unterschiedlichen Geräten mit unterschiedlichen Eigenschaften wie

z.B. der Rechenleistung oder Videoauflösung des Bildschirms.

4.2.1 Szenario zur Heimvernetzung

Damit neue IPTV-Lösungen für den Heimbereich entwickelt werden können, muss

zunächst analysiert werden, welche Anwendungsszenarien es in einem typischen

Haushalt zur Nutzung von IPTV-Diensten zukünftig bestehen. Bei der Analyse können

jedoch die IPTV-Anwendungen nicht alleine betrachtet werden, da in einem Haushalt

neben einem oder mehreren TV-Geräte typischerweise weitere Multimedia-Geräte

vorhanden sind, die einen Breitbandzugang nutzen. Die Industrie-Organisation Home

Gateway Initiative (HGI)178 hat deshalb eine Spezifikation mit technischen Anforderungen

für Home Gateways (HGs) veröffentlicht.179 Hier werden zunächst konkrete

Anwendungsfälle zur Nutzung verschiedener Multimedia-Dienste beschrieben, aus denen

dann die technischen Anforderungen für die Integration des HGs mit den Heimgeräten,

Netzwerken, Diensten, öffentlichem Netzwerkzugang und Server abgeleitet und

beschrieben werden. In dieser Spezifikation werden unter anderem auch IPTV-

Anwednungen betrachtet. Die beschriebenen Anwendungsfälle basieren dabei auf einer

konkreten Situation: Eine Familie, bestehend aus zwei Erwachsenen und zwei Kindern

wohnt in einem Haus wie in Abbildung 4.2 dargstellt und nutzt einen Breitbandzugang von

einem Netzbetreiber.

178 Die Home Gateway Initiative (HGI) ist eine gemeinnützige Organisation, die gegründet wurde,

um Richtlinien und Spezifikationen für Breitband-Netzübergänge (engl. Broadband Home Gateways ) zu definieren. Vgl. Homepage der HGI unter http://www.homegatewayinitiative.org

179 Vgl. [Home06]. Auf die Funktionen des Home Gateways wird in Abschnitt 4.3.3 eingegangen.


Abbildung 4.2: Referenzhaus nach Vorstellung der Home Gateway Initiative180

In dem Dokument werden folgende konkrete Anwendungsfälle für IPTV beschrieben:181

• Mehrere IPTV Kanäle werden gleichzeitig von unterschiedlichen Familienmitgliedern

und von unterschiedlichen Geräten (zwei TV-Geräte, ein PC) innerhalb des Hauses

genutzt.

• Wiedergabe eines zuvor aufgenommen Films. Der Film wurde dabei auf einer IP-STB

aufgenommen, wird aber an einem Gerät abgerufen, das nicht direkt über eine digitale

Video-Schnittstelle, z.B. HDMI (High Definition Multimedia Interface) mit dieser IP-STB

verbunden ist.

• Das Home Gateway soll die Funktion eines Media Servers182 übernehmen. Auf

diesem können Multimedia-Inhalte wie Bilder oder Videos gespeichert werden, die von

unterschiedlichen Geräten im Haus abgerufen werden können.

180 Vgl. [Home06], S. 11 181 Vgl. [Home06], S. 12


• Externer Zugriff auf gespeicherte Multimediadaten. Der Sohn der Familie möchte die

Möglichkeit haben, auf seinem PC gespeicherte Fotos von dem PC seines Freundes

an einem entfernten Ort zuzugreifen. Das Home Gateway soll dabei die notwendigen

Sicherheitsmaßnahmen bereitstellen.

4.3 Neue Anforderungen und Lösungsansätze

Durch die zu erwartenden neuen IPTV-Anwendungen, die im vorigen Abschnitt 4.2

beschrieben wurden, ergeben sich eine Reihe neuer Anforderungen und

Herausforderungen für das Heimnetzwerk:

• Bereitstellung geeigneter Transportmedien mit garantierter Übertragungsqualität

• Zentrales Bandbreiten-Management für ein komplexes Heimnetzwerk

• Erarbeitung von Verfahren zum Gerätemanagement zur Vereinfachung der

Konfiguration und Überwachung

• Erweiterungen im Residential Gateway

• Entwicklung von Methoden zur Kommunikation unterschiedlicher Multimediageräte

untereinander innerhalb des Heimnetzwerkes

In den folgenden Abschnitten werden diese neuen Anforderungen hinsichtlich der IPTV-

Realisierung analysiert und geeignete Lösungsansätze aufgezeigt.

4.3.1 Transportmedien für das Heimnetzwerk

Zu den grundlegenden Anforderungen für die IPTV-Verbreitung in einem Heimnetzwerk

zählt die Bereitstellung geeigneter Transportmedien mit garantierter Übertragungsqualität.

Die Herausforderung ist dabei, die physikalische Verbindung zwischen dem Residential

Gateway als zentralen Vermittlungspunkt des Breitbandzugangs und den Endgeräten wie

der IP-STB herzustellen. Während das RG typischerweise in der Nähe des

Breitbandzugangs installiert wird und die IP-STB in direkter Nähe des TV-Gerätes, sind

das RG und die IP-STB meistens nicht am gleichen Ort bzw. im gleichen Raum. Hier sind

deshalb größere Entfernungen innerhalb eines Hauses zu überbrücken.

182 Zum Media Server siehe auch Abschnitt 4.4.2


Als Lösungsmöglichkeiten zum Aufbau des benötigten Heimnetzwerkes bieten sich

mehrere Lösungen an. Die Datenübertragung ist technisch über verschiedene

standardisierte physikalische Übertragungsmedien möglich, z.B. über eine Ethernet-

Verkabelung, Funk, Stromnetz, Telefonleitungen, Antennenkabel oder Glasfaser. Für die

Übertragung von Multimedia-Daten, speziell die hier betrachteten IPTV-Video-Streams,

bestehen dabei besondere Anforderungen an die Übertragung, wie eine gesicherte

Übertragung mit geringer Fehlerrate und eine garantierte Mindestbandbreite. Im

Folgenden werden mögliche Lösungsansätze zur Heimvernetzung beschrieben und

bezüglich der Eignung speziell für IPTV-Anwendungen analysiert.

4.3.1.1 Ethernet-Verkabelung

Bei dem in Abschnitt 4.1 dargestellten Stand der Technik besteht das Netzwerk nur aus

einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen dem RG und einer einzelnen IP-STB. Diese

wird mit einem Ethernet-Kabel nach IEEE Standard 802.3183 hergestellt. Das RG

ermöglicht dabei prinzipiell die Verbindung mehrerer Geräte in Stern-Topologie, bei dem

nach heutigem Stand der Technik über jede Verbindung die Daten typischerweise mit

einer festen Datenrate von 100 Mbit/s184 übertragen werden. Jedes angeschlossene Gerät

hat somit eine garantierte Datenrate mit einer niedrigen Fehlerwahrscheinlichkeit auf

dieser Teilstrecke.

Für die Übertragung von Streaming-Daten zur IP-STB ist diese Verbindung optimal

geeignet, da hier selbst bei einer HDTV-Auflösung nur ca. 12 Mbit/s185 für ein Gerät

benötigt werden. Für den Endnutzer ist diese Lösung jedoch nicht ideal. Eine Ethernet-

Verkabelung wir heute typischerweise in Bürogebäuden zur Vernetzung von PCs

eingesetzt. In einem Haushalt existiert eine solche Verkabelung jedoch nicht, so dass mit

dieser Lösung zur Heimvernetzung zunächst eine komplette Verkabelung im gesamten

Haus installiert werden muss, was für den Nutzer mit zusätzlichen Aufwänden und Kosten

verbunden ist. Deshalb wird an der Erforschung und Standardisierung von alternativen

Lösungen zur Vernetzung der Multimediageräte in einem Haushalt gearbeitet. Zu den

derzeit priorisierten Technologien für die IPTV-Übertragung zählen dabei die im Folgenden

beschriebene Funkübertragung und die Übertragung über das Stromnetz.

183 Ethernet ist eine kabelgebundene Datennetztechnik für lokale Datennetze und ist in der

Standard-Familie IEEE 802.3 standardisiert. Vgl. http://www.ieee802.org/3/ 184 Ethernet-Übertragungen mit 100 Mbit/s werden auch als Fast-Ethernet bezeichnet 185 Vgl. Abschnitt 2.5.3: 10Mbit/s für HDTV bei MPEG-4 AVC + 20% IP-Kapselung


4.3.1.2 Wireless Local Area Network (WLAN)

Die derzeit priorisierte Lösung zur Datenübertragung über eine Funkverbindung ist mit

einem Wireless Local Area Network (WLAN)186 möglich. WLAN-Verbindungen werden

bisher häufig zur Anbindung eines PCs an den Router genutzt, wenn eine Ethernet-

Verkabelung nicht möglich ist. Bei einer heute üblichen WLAN-Verbindung nach dem

WLAN-Standard IEEE Std 802.11g187 beträgt die maximale Datenrate ca. 54 Mbit/s.188

Diese reduziert sich jedoch in Abhängigkeit von den Gegebenheiten der

Übertragungsstrecke wie Entfernung und Dämpfungen durch Hindernisse wie Wände. Es

kann deshalb bei ungünstigen Übertragungsbedingungen zu einer Unterschreitung der für

IPTV benötigten Mindestbandbreite kommen und somit zu sichtbaren Bildstörungen. Ein

weiteres Problem bei dem 802.11g Standard ist, dass in diesem keine QoS-Maßnahmen

standardisiert sind, so dass eine Priorisierung für Video-Streams nicht möglich ist. Da die

damit zu erwartenden Qualitätseinbußen vom Endkunden nicht akzeptiert werden, ist eine

WLAN-Verbindung mit dem aktuellen 802.11g-Standard nicht hinreichend für IPTV

geeignet.

Eine besser geeignete Lösung zur IPTV-Übertragung wird jedoch gerade von der IEEE mit

dem Nachfolgestandard 802.11n189 erarbeitet. Auf deren Basis sind bereits seit kurzem

erste Produkte auf dem Markt, obwohl der Standard noch nicht endgültig abgeschlossen

ist. Dieser ermöglicht gegenüber 802.11g deutlich höhere Datenraten mit bis zu 540 Mbit/s

sowie die benötigten Erweiterungen zur Sicherstellung der QoS und eignet sich deshalb

für die IPTV-Übertragung. Die Wifi-Alliance beschreibt die Eigenschaften des neuen

Standards wie folgt:190

The 802.11n standard promises to achieve as much as 5x the throughput and

up to double the range over legacy 802.11 a/b/g technology. At this level of

throughput and range performance, 802.11n is expected to support multimedia

applications in the home, with the ability to transport multiple high-definition

186 WLANs sind von der IEEE 802.11 Familie standardisiert. Vgl.

http://grouper.ieee.org/groups/802/11 187 Vgl. [Inst03] 188 Vgl. http://www.wi-fi.org/knowledge_center_overview.php?type=3 zur Definition von 802.11g:

„An IEEE standard for a wireless network that operates at 2.4 GHz Wi-Fi with rates up to 54Mbps.“

189 Vgl. http://www.wi-fi.org/knowledge_center_overview.php?type=3 zur Definition von 802.11n: „A taskgroup of the IEEE 802.11 committee whose goal is to define a standard for high throughput speeds of at least 100Mbps on wireless networks. The standard is expected to be ratified by 2007. Some proposals being fielded by the taskgroup include designs for up to 540 Mbps.“

190 Vgl. http://www.wi-fi.org/files/kc/WFA_802_11n_Industry_June07.pdf, S. 2


(HD) video streams through the house, while at the same time accommodating

Voice over Internet Protocol (VoIP) streams and data transfers for multiple

users with high Quality of Service (QoS) and latest generation security

protections in place.

4.3.1.3 Power Line Transmission (PLT)

Eine weitere Möglichkeit zum Aufbau eines Heimnetzwerkes bietet der HomePlug AV

Standard.191 Mit diesem Standard ist eine Datenübertragung über die Stromleitungen des

Hauses möglich (engl. Power Line Transmission, PLT). Die Eigenschaften der HomePlug

AV Technologie werden auf der Homepage der Homeplug Powerline Alliance

folgendermaßen zusammengefasst:192

HomePlug AV was designed to support the high-bandwidth and low-latency

demands of several simultaneous streams of HDTV and VoIP, made

concurrently available in over 90% of power outlets in a home. The target

applications are in-home distribution of audio-video in home-theater and data-

networking environments. […] After overhead considerations, the MAC layer

will support over 100Mbps.

Die genannte Datenrate eignet sich somit für die Übertragung von IPTV-Daten zu den

Geräten in verschiedenen Räumen. Die Firma devolo bietet dazu bereits ein geeignetes

Produkt an, das vom portugiesischen IPTV-Anbieter Sonaecom eingesetzt wird:193

Das portugiesische Telekommunikationsunternehmen Sonaecom - Teil der

Sonae Group - hat sich für die devolo dLAN Highspeed Inhouse Powerline

Adapter entschieden, um künftig ihre ClixSmarTV-Kunden daheim mit IPTV zu

versorgen. Die dLAN Adapter von devolo transportieren die IPTV Signale vom

DSL-Modem durch das hauseigene Stromnetz zu einer TV Set-Top Box. […].

devolo Adapter basieren auf der HomePlug Technologie. Dies ist ein

internationaler Standard, der von Unternehmen wie u.a. Sony, Samsung, Intel

und Motorola unterstützt wird.

In Abbildung 4.3 ist das Funktionsprinzip dargestellt. Die Ethernet-Verbindung zwischen

dem RG (im Bild: Modem) und der IP-Set-Top-Box wird dabei aufgetrennt und zwischen

191 Vgl. http://www.homeplug.org/home 192 Vgl. http://www.homeplug.org/about/faqs 193 Vgl. http://www.devolo.de/de_DE_bs/presse/2007-04-17-537.html


den zwei dLAN-Adaptern über das Stromnetz übertragen, welche jeweils in eine

Steckdose im Haus gesteckt werden.

Abbildung 4.3: Datenübertragung über das Stromnetz194

4.3.2 Komplexes Heimnetzwerk mit Bandbreiten-Management

Die Abbildung 4.4 stellt gegenüber dem in Abschnitt 4.1 stark vereinfachten Heimnetzwerk

einen Lösungsansatz für ein Heimnetzwerk dar, mit dem die in 4.2.1 beschriebenen

Anwendungsszenarien realisiert werden können. Wie dargestellt müssen unterschiedliche

Multimediageräte wie Spielkonsolen, PCs, VoIP-Telefone und IP-Set-Top-Boxen

gleichzeitig über das Residential Gateway auf einen Dienst über das Internet zugreifen.

Die hier aufgezeigten Datenpfade verdeutlichen die Komplexität der Heimvernetzung.

Hierbei ist vor allem zu beachten, dass die von jedem Gerät geforderte Mindestbandbreite

zu jeder Zeit garantiert ist und es nicht zu Engpässen bei der Übertragung kommt. So ist

z.B. für die Übertragung von Live-TV bei IPTV eine garantierte Mindestbandbreite

erforderlich. Wird diese auch nur kurzzeitig unterschritten, sind die Auswirkungen sofort

durch Bildfehler sichtbar (vgl. Abschnitt 2.7.3).

Das Problem bei der gleichzeitigen Nutzung mehrerer Geräte an einem gemeinsamen

Breitbandanschluss ist dabei insbesondere die begrenzte Bandbreite, die nicht

ausreichend ist, um alle Anwendungen gleichzeitig mit der maximalen Bandbreite zu

bedienen. Während auf den Teilstrecken innerhalb des Heimnetzwerkes die Datenrate

durch die Ethernet-Verkabelung auf 100 Mbit/s begrenzt ist, hat der Breitbandzugang eine

deutlich geringere Bandbreite (vgl. Abschnitt 2.6.2). Es ist somit möglich, dass die Summe

aller angeforderten Datenraten die verfügbare Datenrate des Breitbandzugangs bei

weitem überschreitet.

194 Quelle: http://www.devolo.de/de_DE_cs/produkte/dlan/dlan200avsk.html


PLT: Power Line Transmission HG: Home Gateway (erweitertes Residential Gateway) Access: Breitbandzugang

Abbildung 4.4: Bandbreitenengpässe im komplexen Heimnetzwerk195

4.3.2.1 Quality of Service Maßnahmen

Zur Lösung des Bandbreitenproblems ist es erforderlich, dass im Residential Gateway

eine Bandbreitenverwaltung implementiert wird. Diese ermöglicht es, eine

Bandbreitenreservierung für kritische Dienste wie IPTV und gleichzeitig Begrenzungen für

andere Dienste festzulegen. Die Konfiguration dieser Werte kann dabei mit Hilfe des in

Abschnitt 4.3.4.1 beschriebenen Datenmodells TR-104 vom Service Provider

vorgenommen werden.

Zur technischen Umsetzung der QoS-Maßnahmen gibt es verschiedene Möglichkeiten:196

• Priorisierung von Datenpaketen auf Schicht 2 (MAC-Ebene) mittels VLAN-Tagging

(IEEE802.1p-Standard)

195 Quelle: [Home06], S. 38 196 Vgl. [Home06], S. 39-42


• Priorisierung von Datenpaketen auf Schicht 3 (IP-Ebene) mittels DSCP-Markierungen

(siehe Abschnitt 2.8.1)

• Priorisierung von Datenströmen nach Diensten auf Anwendungsebene

Die bisher eingesetzten QoS-Maßnahmen basieren auf den ersten zwei Verfahren der

Priorisierung auf Schicht 2 und 3 des ISO/OSI-Schichtenmodells. Diese sind jedoch nicht

geeignet, um eine hinreichende Priorisierung bestimmter Streaming-Daten bzw. Dienste

wie IPTV sicherzustellen. Bei dem DSCP-Verfahren besteht das Problem, dass

verschiedene Dienste den gleichen DSCP-Wert benutzen könnten. Es ist somit keine

Klassifizierung nach Diensten möglich. Weiterhin erfolgt die Konfiguration in jedem

Endgerät separat und kann jederzeit vom Benutzer geändert werden, womit der

Mechanismus versehentlich oder auch absichtlich gestört werden kann. Bei der

Priorisierung durch Einfügen von VLAN-Tags kommt zusätzlich noch das Problem hinzu,

dass damit die Ethernet-Pakete länger werden und somit die benötigte Datenrate erhöht

wird. Außerdem werden Ethernet-Paktete mit VLAN-Tags nicht von allen Ethernet-

Switches weitergeleitet und es kommt in diesem Fall keine Datenverbindung zustande.

Zur Lösung des Problems ist also eine Priorisierung von Datenströmen nach Diensten

(z.B. VoIP, IPTV, FTP, HTTP) auf Anwendungsebene notwendig (engl. Traffic

Classification). Diese muss im RG als zentrale Instanz im Heimnetzwerk implementiert

werden. Es werden dabei alle Datenströme der verschiedenen Geräte auf

Anwendungsebene anhand verschiedener Datenfelder wie TCP/UDP-Portnummer,

Protokolltyp, IP-Quellen- und Zieladresse analysiert. Danach erfolgt eine Zuordnung in

Warteschlangen mit unterschiedlicher Priorität. Mit diesem Verfahren können im RG

genaue Priorisierungen nach Diensten und Geräten vorgenommen werden und

Grenzwerte wie eine minimal garantierte Bandbreite konfiguriert werden.

4.3.3 Erweiterungen im Residential Gateway

Ursprünglich war für einen Breitbandzugang im Heimbereich lediglich ein Modem197

notwendig, an welches ein einzelner PC angeschlossen werden konnte. Mit dem Bedarf,

am Breitbandanschluss auch mehrere PCs nutzen zu können, ist als erweiterte Funktion

ein Router198 notwendig, der die öffentliche IP-Adresse, die vom Service Provider

197 Mit einem Modem werden die digitalen Daten in für eine analoge Leitung geeignete Signale

umgewandelt (Modulation) und auf der anderen Seite wieder in digitale Daten umgewandelt (Demodulation).

198 Ein Router ist eine Netzwerkkomponente, die mehrere Rechnernetze miteinander koppelt


bereitgestellt wird, in mehrere lokale IP-Adressen umsetzen kann. Somit können in

Verbindung mit einem Ethernet-Switch und einem WLAN-Anschluss prinzipiell beliebig

viele Geräte über diesen Router mit dem Breitbandzugang verbunden werden und diesen

gleichzeitig nutzen. Die Kombination aus Modem und Router wird dabei auch als Internet-

Gateway oder Residential Gateway (RG) bezeichnet.

Durch diese neuen Möglichkeiten und die gleichzeitige Einführung neuer Dienste wie IPTV

oder VoIP-Telefonie ergeben sich nun erweiterte Anforderungen für das Residential

Gateway. Einen ersten Ansatz zur Standardisierung dieser speziellen Anforderungen für

das RG hat die HGI deshalb in der Spezifikation HGI V1.0 gemacht und dem RG den

Namen Home Gateway (HG) gegeben. Der Hauptunterschied zu einem RG ist dabei, das

die Verwaltung und die Sicherstellung der QoS vom Service Provider übernommen wird.

Das Home Gateway muss nach den Vorgaben der HGI unter anderem folgende

Anforderungen erfüllen:

• Bereitstellung von Fernverwaltungsfunktionen mittels TR-69-Standard (siehe Abschnitt

4.3.4)

• Proxy-Funktion (Proxy steht für engl. Stellvertreter) für Heimgeräte, die nicht direkt mit

dem Internet kommunizieren können

• Fernzugriffs-Funktion: Ein sicherer Zugriff auf Geräte im Heimbereich von außerhalb

des Heimbereiches ist mittels standardisierter Authentifizierungs-Mechanismen

möglich. Ein Zugriff ist so z.B. durch autorisierte Personen und den Service Provider

möglich

• QoS-Funktionen zur Priorisierung von Datenströmen wie z.B. die Video-Stremams für

IPTV-Dienste

Die Residential Gateways der neusten Generation unterstützen bereits diese Funktionen,

womit die technische Basis für neue IPTV-Dienste im Heimbereich geschaffen wurde. Die

Service-Provider haben nun die Möglichkeit, die Fernverwaltung mittels TR-69 anzubieten.

Durch den Fernzugriff wird es für den Heimnutzer möglich, seine Daten vom Home Media

Server auch von einem anderen Ort abzurufen. Damit ergeben sich eine Reihe neuer

Nutzungsmöglichkeiten. Der Nutzer könnte z.B. vom Breitbandzugang eines Freundes

einen Videofilm von seinem Home Media Server abrufen, um diesen gemeinsam

anzusehen.


4.3.4 Gerätemanagement

Die Erweiterungen zu einem Heimnetzwerk mit einer Vielzahl von Multimediageräten

stellen den Endkunden vor immer komplexere Aufgaben. Jedes Gerät benötigt eine

individuelle Konfiguration und muss überwacht werden. Der Nutzer möchte jedoch die

neuen IPTV-Dienste nutzen, ohne ein technisches Wissen über die Komplexität des

Heimnetzes und deren Konfiguration haben zu müssen. Das DSL-Forum beschäftigt sich

deshalb, wie bereits in Abschnitt 2.1.5.1 beschrieben, in der Arbeitsgruppe

„BroadbandHome“ mit der Fernwartung von Geräten im Heimbereich (engl. Customer

Premises Equipment, CPE). Ziel ist es, die Installation und den Support der Vielzahl neuer

Multimediageräte, die mit dem Internet verbunden sind, zu vereinfachen. Die gesamte

Steuerung, Konfiguration und Überwachung der Heimgeräte, darunter auch die IPTV-

Komponenten, soll dabei vom Service Provider übernommen werden.199 Das Rahmenwerk

dazu bildet der Standard TR-6984, in dem ein Protokoll zur Übermittlung von Informationen

zwischen einem Auto Configuration Server (ACS) beim Service Provider und den Geräten

beim Endkunden definiert wird, wie in Abbildung 4.5 dargestellt. Der ACS kann dabei auf

das Residential Gateway (in Abbildung 4.5 als B-NT bezeichnet) des Endkunden zugreifen

als auch direkt auf die Geräte hinter dem RG (in Abbildung 4.5 als LAN-Devices

bezeichnet).

Abbildung 4.5: Das CPE WAN Management Protocol200

Mit TR-69 stehen dem Service Provider folgende Funktionen zur Verfügung:

• Automatische Gerätekonfiguration während des Betriebs

199 Vgl. http://www.dslforum.org/learndsl/aboutiptv.shtml 200 Quelle: [BeSp04], S. 8


• Erstinstallation von Heimgeräten

• Konfiguration von anbieterspezifischen Parametern

• Versionsidentifikation und Software-Updates

• Diagnosefunktionen

4.3.4.1 Datenmodelle

Das Datenformat und die über das TR-69-Protokoll zu übertragenden Inhalte sind im

separaten Standard TR-10685 definiert. Soll ein Service Provider nun verschiedene

Heimgeräte der Endkunden wie z.B. IP-STB, Spielkonsole, VoIP-Telefon, DVD-Player

oder einen Home-Server verwalten, sind dabei jeweils unterschiedliche Daten

auszutauschen. Das DSL-Forum hat deshalb für verschiedene Heimgeräte eigene

Standards veröffentlicht, in denen die Datensätze (engl. Object Models) beschrieben

werden. In Abbildung 4.6 sind die Object Models im Überblick dargestellt. So sind die

Daten für das Residential Gateway im Standard TR-104 definiert und die Datensätze für

eine IP-STB werden gerade im Standardentwurf WT-135201 festgelegt.

Während die Steuerung (z.B. Gerätekonfiguration) automatisch über den ACS erfolgt,

kann der Service Provider jederzeit die Daten der Kundengräte vom Call Center über den

ACS abrufen (siehe Abbildung 4.6) und ggf. manuell steuernd eingreifen, um Probleme zu

beheben.

201 Vgl. [QuLu+07]


Abbildung 4.6: Datenmodelle für Multimediageräte im Heimbereich202

4.3.5 Gerätekommunikation

In Abbildung 4.7 ist die derzeitige Situation der Multimediageräte im Heimbereich

dargestellt. Es ist zu sehen, dass es zur Zeit drei Insellösungen gibt:

• Mobile Welt (engl. Mobile World): PDAs, Handys und Notebooks können

untereinander über Standards wie Bluetooth203 kommunizieren und Multimedia-Daten,

z.B. Fotos oder Video-Clips austauschen.

• Rundfunkgeräte-Welt (engl. CE Broadcast World): TV-Geräte,

Festplattenvideorekorder, DVD-Player und Stereoanlage sind miteinander verbunden.

• PC-/Internet-Welt: Der Heim-PC kann über die Universal Serial Bus (USB)-

Schnittstelle mit Peripheriegeräten wie Drucker oder einer digitalen Fotokamera

kommunizieren. Der Datenaustausch mit einer digitalen Videokamera erfolgt

typischerweise über die Firewire204 Schnittstelle.

202 Quelle: [Bouc06], S. 13 203 Bluetooth ist ein Industriestandard gemäß IEEE 802.15.1 für die drahtlose Funkvernetzung von

Geräten über kurze Distanz. 204 Vgl. http://www.firewire-infos.de/: „Der Industriestandard IEEE-1394 wurde 1995 festgelegt und

ist am Markt auch unter den Bezeichnungen Firewire (Apple) und Sony i.Link bekannt.“


Abbildung 4.7: Insellösungen im Heimbereich205

Innerhalb dieser Inseln gibt es bereits Standards und Protokolle zur Kommunikation dieser

Geräte untereinander. Zwischen den drei Welten gibt es jedoch noch keine Verbindung.

Es ergibt sich aus der dargestellten Situation die erweiterte Anforderung zur Entwicklung

von Methoden zur Kommunikation unterschiedlicher Multimediageräte untereinander

innerhalb des Heimnetwerkes. Mit der angestrebten Medienkonvergenz eröffnen sich neue

Möglichkeiten. Es können somit z.B. Multimediainhalte wie gespeicherte Bilder oder

Videos von einem Gerät zum anderen übertragen werden.

Zur Erarbeitung der technischen Lösungen haben sich zwei Industrie-Allianzen gebildet:

• Universal Plug and Play (UpnP) Forum

• Digital Living Network Alliance (DLNA)

Die von diesen Allianzen erarbeiteten Lösungsvorschläge und Standards werden im

Folgenden erläutert und hinsichtlich des Nutzens bei dem Einsatz für IPTV bewertet.

4.3.5.1 Universal Plug and Play (UpnP)

Das UpnP-Forum206 als Zusammenschluss verschiedener Industrieunternehmen hat eine

Reihe von Standards zur Vernetzung unterschiedlicher Geräte im Heimbereich

geschaffen: UpnP-fähige Computer, Fernseher, Multimedia- und Haushaltsgeräte

erkennen sich dabei automatisch ohne aufwändige Konfiguration durch den Anwender.

205 Quelle [Digi07], S. 3 206 Siehe Homepage des UpnP-Forum unter http://www.upnp.org


Ein weiteres verbreitetes Einsatzfeld von UpnP ist die Verteilung von Multimediainhalten

im lokalen Netzwerk. Die Bereitstellung erfolgt dabei mit Hilfe eines UPnP-Media-Servers.

Entsprechende Endgeräte, die UPnP-Media-Renderer, können die Inhalte des Servers

durchsuchen, filtern, sortieren und wiedergeben. Welche Formate wiedergegeben werden,

hängt dabei vom Endgerät ab.

Die ursprünglichen Anwendungen sind bisher der Austausch kleiner Datenmengen wie

Bilder oder Kurzvideos. UpnP könnte aber auch als Basis für neue IPTV-Anwendungen

genutzt werden, wobei die IPTV-Streams z.B. wie bei VoD auf der IP-STB gespeichert

werden und mittels UpnP von einem mobilen Gerät abgerufen werden.

Eine konkrete Lösung zur Anwendung des UpnP-Standards hat das Fraunhofer-Institut

FOKUS bereit 2004 entwickelt:207

Das Fraunhofer-Institut FOKUS hat in Kooperation mit der TwonkyVision

GmbH einen Media- Server entwickelt, den UPnP-AV-Stack, der, installiert auf

jedem Gerät, die geräte- und herstellerunabhängige Kommunikation von

Settop-Boxen, MP3-Playern oder Videorekordern gewährleistet. Der Nutzer

kann nun z.B. auf verteilt abgelegte Multimediadaten zugreifen – die Settop-

Box im Wohnzimmer holt sich Bilder vom PC im Arbeitszimmer, der wiederum

auf Videos der Settop-Box zugreift, während der MP3-Player im Kinderzimmer

MP3-Dateien vom PC des großen Bruders abspielt. Zusätzlich wird die

formatunabhängige Verwaltung von Multimedia-Dateien im UPnP-Netz

möglich.

4.3.5.2 Bestrebungen zu interoperablen Geräten

Die Digital Living Network Alliance (DLNA)208 ist eine Industrie-Organisation führender

Unterhaltungselektronik-Hersteller, der Computerindustrie und Hersteller mobiler Geräte.

Diese teilen die Vision eines Netzwerks bestehend aus drahtgebundenen und drahtlosen

Unterhaltungselektronik-Geräten, die untereinander interoperabel sind. Mit diesem

vereinheitlichten Netzwerk soll es möglich sein, digitale Medien auszutauschen und

Multimediadienste auf beliebigen Geräten zu nutzen. Die DLNA konzentriert sich bei ihren

Arbeiten auf die Erstellung von Leitfäden, die auf offenen Industriestandards basieren, um

207 Vgl. http://www.iuk.fraunhofer.de/index2.html?Dok_ID=70&Sp=1&MID=294 208 Siehe auch Hompage der DLNA http://www.dlna.org/en/industry/home


eine industrieübergreifende Konvergenz der Dienste zu ermöglichen.209 So wird z.B. für

Erkennung und Steuerung von Multimediageräten auf die Standards der UpnP verwiesen.

Mit den Geräten, die den DLNA-Vorgaben entsprechen, eröffnen sich neue Möglichkeiten

der herstellerunabhängigen Multimedia-Kommunikation. Ein Videofilm könnte z.B. per VoD

auf der Festplatte des Media-Servers gespeichert werden und später mit einem DLNA-

fähigen TV-Gerät vom Media-Server abgerufen werden. Die DLNA hat ein eigenes

Dokument erstellt, in dem eine Reihe möglicher Anwendungsfälle beschrieben sind.210

Dieses bildet eine Grundlage für die Erstellung der technischen Anforderungen, die jedoch

noch nicht veröffentlich wurden bzw. nicht existieren. Es wird auch nicht im speziellen auf

die Anforderungen von IPTV-Diensten mit einer IP-STB eingegangen, sondern es steht

hier ein Media-Server im Zentrum. Hier sind also weitere Forschungsarbeiten zur

Integration von IPTV-Anwendungen zusammen mit den DLNA-fähigen Geräten und dem

Media-Server notwendig. So wäre ein mögliches Szenario für IPTV z.B., dass ein

Endkunde eine Fernsehsendung sowohl auf den TV-Gerät im Wohnzimmer sehen kann

also auch auf einem mobilen Endgerät, z.B. einem Handy.

4.3.5.3 DLNA-Zertifizierung

Zu den weiteren Aktivitäten der DLNA zählt die Zertifizierung von Produkte, die den DLNA-

Zertifizierungs- und Testanforderungen entsprechen. Hierzu gehören u.a. die

Unterstützung zur Wiedergabe bestimmter Medienformate wie JPEG211 für Bilder, LPCM212

für Audio und MPEG-2 bzw. MPEG-4 AVC213 für Video. Auf der DLNA-Homepage können

alle Produkte abgerufen werden, die das DLNA-Zertifikat haben. Für IPTV relevante

Produkte sind z.B. Home-Server, Festplatten-Videorekorder oder DVD-Player. Der Zugriff

kann dabei z.B. über eine LAN-, WLAN- oder eine Bluetooth-Verbindung erfolgen.

4.4 Mögliche weitere Entwicklung

Die in Abschnitt 4.3 beschriebenen Ansätze der Industrie-Allianzen HGI, DLNA und UpnP

bilden mit ihren Spezifikationen zu technischen Anforderungen eine gute Basis, um ein

Heimnetzwerk mit Multimediageräten aufzubauen. Die Forschung steht hier aber noch am

209 Vgl. [Digi07], S. 12 mit einer Übersicht bisher von der DLNA veröffentlichten Guidelines 210 Die Anwendungsfälle für DLNA-fähige Geräte sind in [Digi04] beschrieben 211 JPEG steht für Joint Photographic Experts Group und ist eine gebräuchliche Methode zur

Kompression von digitalen Bildern 212 LPCM (engl. Linear Pulse Code Modulation) ist eine Methode zur digitalen Kodierung von

Audio-Informationen 213 Vgl. [Digi07], S. 15


Anfang. Es sind bisher hauptsächlich Anforderungen identifiziert worden und bei den

spezifizierten Lösungen werden oftmals nur Architekturkonzepte beschrieben.

Insbesondere sind bisher nur wenige Szenarien beschrieben, welche die speziellen

Anforderungen für die Verteilung von IPTV-Inhalten beschreiben. Hierzu sind noch weitere

Forschungen notwendig. Von den Herstellern von IPTV- und Multimediageräten werden

hingegen derzeit eine Reihe neuer Lösungsansätze vorgestellt die zum Teil sogar schon

als Produkte vermarktet werden. Aus diesen kann man bereits einen Trend für die

mögliche Weiterentwicklung bei der Heimvernetzung erkennen. Einige dieser

Lösungsansätze werden im Folgenden aufgeführt.

4.4.1 Geräteintegration

Eines der grundsätzlichen Probleme ist die Vielzahl der Geräte, die der Endkunde zur

Nutzung eines Multimedia-Dienstes benötigt. Betrachtet man nur die Anforderungen zur

IPTV-Bereitstellung, so benötigt man neben einem Home Gateway für jedes TV-Gerät eine

IP-STB. Hinzu kommt noch ein digitaler Video-Rekorder (PVR), wenn man auch Filme

lokal speichern möchte. Ein möglicher nächster Entwicklungsschritt wäre deshalb eine

Integration mehrerer Geräte in einem Gerät. So könnte man z.B. in dem Home Gateway

einen PVR und eine IP-STB integrieren.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Gerätevielfalt ist die Bereitstellung eines

networked PVR (nPVR), eine Videorekorder-Funktion, die der Service Provider bereitstellt.

Somit spart der Nutzer den PVR ein.

Neben den Multimediageräten benötigt der Nutzer noch zusätzliche Komponenten

zumAufbau des Heimnetzwerkes wie WLAN-Adapter zur Funkübertragung oder die

Stromadapter bei einer Datenübertragung über das Stromnetz. Der nächste Schritt zur

Geräteintegration ist deshalb die Integration der wichtigsten Adapter direkt in die

Multimediageräte. Erste Produkte wurden dazu bereits angekündigt:214

Allerdings geht devolo noch einen Schritt weiter […]. Denn neben dem reinen

dLAN-Stromdatenadapter soll die HomplugAV-Technik auch in Settop-Boxen

integriert werden, was den Weg frei machen würde für ein HDTV-Vergnügen

via Stromnetzwerk.

214 Quelle: http://www.hdtv-online.de/hdtv-und-iptv-uber-die-stromleitung-streamen/03/2006/, unten


4.4.2 Home Media Server

Eine alternative Lösung für den Einsatz eines Home Gateways und der IP-STB könnte

zukünftig auch mit einem „Home Media Server“ realisiert werden. Es gibt bereits erste

Produkte am Markt, z.B. den Microsoft Home Server215 oder den Media-Receiver

Fritz!Media von AVM.216 Der Einsatzzweck dieser Geräte ist momentan die Bereitstellung

einer Server-Funktionalität im Heimbereich, auf dem Multimedia-Daten gespeichert

werden, die von beliebigen Heimgeräten abgerufen werden können. Der Fritz!Media

Server besitzt außerdem bereits die IP-STB-Funktion. Diese Entwicklung ist ein zweiter

Schritt zum Ausbau eines Heimnetzwerkes. Durch die Integration mehrerer Funktionen in

einem Gerät wird der Aufbau eines Heimnetzwerkes für den Nutzer vereinfacht, da nur

noch ein vorkonfiguriertes Gerät und das Home Gateway benötigt wird. Ein Media-Server

in Form eines PCs ist somit nicht notwendig.

Als nächster Schritt wäre auch die Integration des Home Gateways mit dem Media-Server

denkbar. Der Nutzer würde dann nur noch ein Gerät benötigen, um neben IPTV-Diensten

eine Reihe weiterer Dienste einfach nutzen zu können.

Der Nachteil bei dieser Lösung ist jedoch, dass das TV-Gerät am gleichen Ort wie der

Media-Server stehen muss. Bei einem Anschluss mehrerer TV-Geräte innerhalb eines

Haushaltes werden weiterhin zusätzliche IP-STB Geräte benötigt. Eine mögliche Lösung

für dieses Szenario wäre, die IP-STB-Funktion direkt in die TV-Geräte zu integrieren.

4.4.3 Spielkonsole mit IPTV

Eine weitere Entwicklung bei der Geräteintegration ist von den Entwicklern der

Spielekonsolen getrieben. Da die Geräte bereits alle technischen Voraussetzungen für

IPTV besitzen, ist es durch die Integration der IPTV-Middleware möglich, die IP-STB-

Funktion in die Spielekonsole zu integrieren. Die erste Produktankündigung wurde dazu

kürzlich von Microsoft bekannt gegeben:217

Auf der Intenational Consumer Electronics Show (CES) 2007 hat Microsoft

heute eine neue Technologie vorgestellt, die zwei seiner wegweisenden

Entertainment-Produkte, die Spielkonsole Xbox 360 und seine Software-

Plattform TV IPTV Edition, miteinander verknüpft. Auf diese Weise soll ein

215 Vgl. http://www.microsoft.com/windows/products/winfamily/windowshomeserver/features.mspx?

tab=At%20a%20glance 216 Vgl. http://www.avm.de/de/Produkte/FRITZ_Media/FRITZ_Media/index.html 217 Vgl. http://www.ffpress.net/Kunden/XBX/Meldungen/XBX87357/XBX87357.pdf


bislang einzigartiges digitales Entertainmentangebot entstehen, das Nutzern

voraussichtlich Ende 2007 zur Verfügung stehen wird. Programmanbieter

werden Unternehmen sein, die TV-Services über Breitbandnetzwerke auf der

Basis der TV IPTV Edition Software entwickeln. […]

Als größtes Online-Netzwerk im Heimbereich wird Xbox Live den Kunden eine

riesige Palette von Community-Features zur Verfügung stellen, wie etwa Voice

Chat, das Senden und Empfangen von Text- und Sprachbotschaften sowie

den Zugang zum Xbox Live Marketplace – all das, während man dabei

gleichzeitig fernsieht.

Durch die hier beschriebene Integration der verschiedenen Multimedia-Anwendungen

entsteht also ebenfalls ein Home Media Server. Für einen IPTV-Provider entsteht nun ein

Vermarktungsvorteil, da er zusätzlich zu seinem IPTV-Angebot eine Spielekonsole

anbieten kann und gleichzeitig keine separate IP-STB bereitstellen muss.

5 Zusammenfassung und Fazit 99

5 Zusammenfassung und Fazit Mit der weltweiten Verbreitung der Breitbandzugänge zum Endkunden durch die DSL-

Technologie ist für die Telekommunikationsanbieter die technische Grundlage geschaffen

geworden, Fernsehdienste über ihre Netze anzubieten. Zur besseren Vermarktung wurde

dazu der Marketingbegriff IPTV eingeführt und konkurriert nun mit den etablierten

Fernsehangeboten über Kabel, Satellit oder Antenne. Nach den Prognosen der

Marktforschungsinstitute ist dabei in den nächsten Jahren globalen gesehen mit einem

starken Wachstum der IPTV-Teilnehmerzahlen zu rechnen. Da die IPTV-Technologie noch

sehr jung ist, fehlt es jedoch in Teilbereichen noch an technischen Standards zu deren

Umsetzung. Die durchgeführten Untersuchungen haben ergeben, dass die IPTV-Anbieter

deshalb mittlerweile ihre eigenen, größtenteils proprietären Lösungen entwickelt haben,

womit sie unter Beweis stellen konnten, dass ein konkurrenzfähiges Fernsehangebot auch

über die vorhandenen Telefonleitungen möglich ist. Mit der weiteren Verbreitung der IPTV-

Angebote ergeben sich jedoch nun weitere Anforderungen. Neben den Grundfunktionen

wie dem reinen Angebot von Fernsehprogrammen als Live-TV und VoD möchten die

IPTV-Anbieter nun weitere Zusatzdienste anbieten, wie z.B. interaktive Funktionen oder

Premiumdienste. Außerdem besteht der Bedarf nach kompatiblen, standardisierten

Schnittstellen zwischen den verschiedenen Beteiligten eines IPTV-Dienstes. Erst damit

wird es möglich, Teillösungen unterschiedlicher Anbieter zu kombinieren und neue

Geschäftsmodelle zu etablieren. Getrieben durch diese Anforderungen haben die

Industrieunternehmen in den letzten Jahren damit begonnen, in Arbeitgruppen erste IPTV-

Standards zu erarbeiten. Die genauere Analyse zu den Arbeitsfortschritten der IPTV-

Arbeitsgruppen hat gezeigt, dass die Arbeiten noch große Lücken aufweisen. Alle der

bisher veröffentlichten IPTV-Standards decken nur Teilbereiche zur technischen

Realisierung von IPTV-Lösungen ab oder die Lösungen sind auf einen speziellen Markt

zugeschnitten. Diese Einschränkungen haben inzwischen alle Beteiligten in den

verschiedenen Arbeitsgruppen erkannt und haben mit einem Austausch ihrer

Arbeitergebnisse in sogenannten Liaisons begonnen. Die erste umfassendste IPTV-

Standardisierung wurde im Jahr 2006 mit der ITU-T Arbeitsgruppe IPTV geschaffen. Mit

der weltweiten Beteiligung aller bisherigen Standardisierungs-Organisationen und IPTV-

Arbeitsgruppen soll nun ein internationaler IPTV-Standard erarbeitet werden, der alle

Bereiche abdeckt. Damit könnten erstmalig die Anforderungen nach international

standardisierten Schnittstellen umgesetzt werden. Nach über einem Jahr der

Zusammenarbeit in den ITU-T Arbeitsgruppen sind bisher jedoch noch keine Ergebnisse

sichtbar, sondern eine Sammlung einer Vielzahl von Arbeitsdokumenten. Bei einer

Analyse der Inhalte dieser Dokumente entsteht der Eindruck, als würden die Beitragenden


versuchen, auf ihre Anwendungen zugeschnittene Problemlösungen zu beschrieben statt

allgemeingültige Lösungen. Es zeigt sich auch, dass die Anforderungen sehr vielfältig sind.

Einige Aspekte sind schon durch bestehende Standards gut ausgearbeitet; in anderen

Bereichen gibt es noch gar keine einheitlichen Lösungen, so dass sich die Arbeitgruppen

hier noch in der Phase der Bestandsaufnahme bisher realisierter Lösungen befinden. Es

ist jetzt schon absehbar, dass es nicht möglich ist, bis zum geplanten Abschluss der

Arbeiten Ende 2007 einen einheitlichen Standard zu erarbeiten. Der Nutzen der SDO ist

trotzdem gegeben, da hier erstmalig alle bisherigen Lösungen gemeinsam diskutiert

werden und sich so die Lösungen langsam annähern können. In einem einzelnen

Standard kann eine IPTV-Lösung nicht spezifiziert werden. Es wäre aber schon ein gutes

Ergebnis, wenn sich bestimmte Teilstandards international durchsetzen würden. Bis dahin

werden aber voraussichtlich noch einige Jahre vergehen. Verschiedene Organisationen

haben bereits Anforderungslisten zusammengestellt und Zeitpläne veröffentlicht, in denen

die noch zu erarbeitenden bzw. zu standardisierenden Lösungen aufgeführt sind. Die

Entwicklung soll dabei nach Prioritäten in verschiedenen Phasen erfolgen.

Zusammenfassend lässt sich hier festhalten, dass mit den ersten veröffentlichten

Standards und Lösungen am Markt die technischen Grundlagen für eine weitere globale

Ausbreitung von IPTV geschaffen wurden. Mit diesem ersten Schritt hat die Industrie

jedoch erst einmal den aktuellen Stand der Technik erfasst, der teilweise aus proprietären

Lösungen der IPTV-Anbieter besteht welche bei den Netzwerkbetreibern durch eine

Erweiterung der bestehenden Infrastruktur realisiert wurde. Als nächster Schritt ist jedoch

bei den Netzwerkbetreibern ein Umbau zum beschriebenen Next Generation Network

zwingend notwendig, den die British Telecom bereits gestartet hat. Nur so können

langfristig die Betriebskosten gesenkt und IPTV-Angebote rentabel werden. Für das NGN

sind jedoch noch einige Forschungsarbeiten notwendig, denn in den aktuellen Arbeiten

sind bisher nur grobe Architekturen beschrieben.

Die zweite große Herausforderung für die nächsten Jahre ist der Ausbau der

Heimvernetzung. Die durchgeführte genauere Betrachtung zur Vernetzung des

Heimbereiches im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit hat ergeben, dass hier unbedingt

ein Handlungsbedarf zur Erarbeitung neuer technischer Lösungen besteht. In einem

typischen Haushalt werden bereits heute eine Vielzahl von unterschiedlichen

Multimediageräten und Diensten genutzt. Mit der Einführung von IPTV kommt nun für den

Nutzer ein weiterer Multimedia-Dienst mit zusätzlichen Geräten hinzu. Die heute

angebotenen IPTV-Lösungen mit einem sehr vereinfachten Netzwerk sind deshalb für

diese neuen Anwendungsszenarien nicht geeignet. Die aufgezeigten Konzepte der HGI für

ein komplexes Heimnetzwerk sind hierzu eine geeignete Lösungsmöglichkeit.


Die Arbeit hat weiterhin gezeigt, dass der Nutzer mit der Vielzahl von technischen Geräten

überfordert wird und dass in einem Haushalt mehrere Insellösungen entstehen, die

untereinander nicht kompatibel sind. Die von den Industrie-Organisationen HGI, DLNA und

DSL-Forum erarbeiteten Lösungsansätze sind dabei ein guter erster Schritt, um die neuen

Herausforderungen der Gerätevielfalt im Haushalt zu bewältigen. Insbesondere das von

der DLNA beschriebene Ziel, dass jeder Multimedia-Dienst auf jedem beliebigen Gerät an

jedem beliebigen Ort genutzt werden kann, ist jedoch derzeit noch eine Vision. Die

Analyse der bisherigen Forschungen zeigt jedoch, dass es keine technischen Hindernisse

gibt, diese Vision umzusetzen. Die grundlegenden Standards wie TR-69 oder UpnP

existieren bereits. Die Herausforderungen liegen hier wie bei der IPTV-Standardisierung in

der Harmonisierung und weiteren Detaillierung der verschiedenen Lösungsansätze.

Abschließend lässt sich festhalten, dass sich die Evolution der IPTV-Dienste noch in einer

sehr frühen Phase befindet, auch wenn seit mehreren Jahren erste Lösungen unter dem

Namen IPTV angeboten werden.

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[YaCh05] YARALI, Abdulrahman ; CHERRY, Ann ; IEEE COMPUTER SOCIETY (Hrsg.): Internet Protocol Television (IPTV)

Eidesstattliche Versicherung 108

Eidesstattliche Versicherung

Ich versichere an Eides statt durch meine Unterschrift, dass ich die Masterarbeit

„Problemfelder, Forschungsaspekte und kommerzielle Nutzungsmodelle von IPTV“

selbständig und ohne fremde Hilfe angefertigt und alle Stellen, die ich wörtlich oder

annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen habe, als solche kenntlich

gemacht habe, mich auch keiner anderen als der angegebenen Literatur oder sonstiger

Hilfsmittel bedient habe. Die Arbeit hat in dieser oder ähnlicher Form noch keiner anderen

Prüfungsbehörde vorgelegen.

Witten, 21.12.2007 Stephan Schüler

Ort, Datum Unterschrift

Problemfelder, Forschungsaspekte und kommerzielle ...

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