IPTV

4. PROCESSAMENTO

4.1. Televisão digital

Uma realidade em todos os países é que os canais generalistas analógicos ocupam o espectro atmosférico quase todo, impedindo o uso de sinal digital muito mais eficiente (excepção feita à região de Berlim). As TVs analógicas não conseguem também descodificar sinais digitais pelo que a regra de interoperabilidade é violada (necessitam de um conversor set-top digital). O primeiro problema não existe em IPTV, porque esta está a ser construída de raiz possibilitando aos ISPs (Internet Service Provider) usar quaisquer especificações que desejar.

As vantagens da televisão digital são várias [2]:

·    Uma imagem, mesmo numa televisão pequena tem melhor qualidade;

·    Esta pode suportar uma resolução mais elevada, pelo que a imagem continuará com boa qualidade numa televisão grande;

·    O vídeo pode ser construído progressivamente em vez de entrelaçado (o ecrã mostra a imagem inteira em cada trama ao invés de toda a outra linha de pixeis);

·    Estações de TV podem transmitir vários sinais usando a mesma largura de banda (multicasting);

·    É possível transmitir genericamente mais informação em menor largura de banda possibilitando novos conteúdos e informações interactivos;

·    Permite a HDTV (High-definition television).

4.2. HDTV

A HDTV [2] é um sistema de broadcast de televisão digital com uma resolução significativamente mais alta que os formatos tradicionais (NTSC, SECAM, PAL). Apesar de ter chegado a haver HDTV analógico, esta é usualmente digital por ocupar uma largura de banda muito menor. As diferenças para SDTV (Standard-definition television) são:

·    A relação de aspecto (proporção horizontal - vertical) passa de 4:3 para 16:9, como no cinema;

·    Uma maior resolução que pode no seu maior extremo ter 10 vezes mais pixeis que em SDTV;

4.3. Transmissão

Hoje, a transmissão de um canal standard em IPTV [3] exige uma largura de banda de 4Mbps (podendo chegar a 2,5Mbps, em breve, com novos formatos de compressão e equipamentos mais robustos).

A transmissão de um canal de Alta Definição exige, entre 7 e 8Mbps reais, o que implica acessos de cerca de 25Mbps reais na casa dos utilizadores. A não fiabilidade das ligações não ajuda no entanto, por exemplo a perda de 1% de pacotes emitidos pelos servidores corresponde à deterioração de 30% das tramas recebidas em casa do cliente, o que resulta num fenómeno, designado na gíria por pixelização da imagem. Isto implica uma reformulação da arquitectura da rede e na forma de estar dos servidores de IPTV.

4.4. H.264

Todo este processamento do conteúdo em vídeo em IPTV é tipicamente feito em MPEG-2 e 4 estando no entanto a convergir rapidamente para o segundo, pela norma H.264 [4], [5]. Esta norma consegue ganhos de eficiência até 50% em relação a normas anteriores pelo que será explicada em pormenor. Baseia-se em vários aspectos vencedores do MPEG-4, como por exemplo em dividir as tramas em objectos. Estas representações independentes dos objectos (visuais e de áudio, naturais e sintéticos) permitem a sua manipulação de forma independente.

Devido às inúmeras ferramentas em cada uma das partes do MPEG-4 é necessário criar soluções adequadas a cada grupo de aplicações (cada um com o seu perfil). Deste modo é possível criar bons compromissos entre a interoperabilidade e a complexidade, sendo os mais importantes para o nosso estudo:

·     Baseline (BP): Usado principalmente para aplicações de baixo custo com recursos computacionais limitados, como por exemplo videoconferência e aplicações móveis;

·    Main (MP): Intencionado para consumo mainstream em aplicações broadcast e de armazenamento perdeu importância com a criação do perfil High;

·    Extended (XP): Construído para stream de vídeo este perfil tem uma capacidade de compressão relativamente elevada e alguns truques extra para resistência a perdas de dados e mudança do stream no servidor.

·    High (HiP): O perfil principal em aplicações broadcast e de armazenamento, em particular para televisões de alta definição, como por exemplo HD DVD e Blu-ray Disc.

 

A diferença da norma H.264 deve-se a diversas razões sendo as principais:

·    Compensação de movimento com blocos de tamanho variável tão grandes como 16x16 e tão pequenos como 4x4, permitindo uma segmentação muito eficiente de regiões em movimento;

·    Mais tramas de referência. Ao contrário de normas anteriores onde o limite era tipicamente uma trama ou no caso de "B pictures" convencionais, duas, é possível agora referenciar até 32. Esta característica em particular permite melhoramentos modestos em bit rate e qualidade na maioria das cenas;

·    Transformada com blocos de referência. Usa três transformadas, variando com o tipo de resíduo de predição a ser codificado:

à        Hadamard transform 4 4 para os coeficientes DC de luminância em macroblocos codificados com o modo Intra 16 16;

à        Hadamard transform 2 2 para os coeficientes DC de crominância em qualquer macrobloco;

à        Transformada inteira 4 4 baseada na DCT para todos os restantes blocos; 

·    Filtro deblocking no loop de predição. Este tipo de filtro permite que uma diferença grande entre amostras junto à fronteira de 2 blocos só seja filtrada se a quantificação a explicar, senão essa diferença supostamente faz parte da imagem (ao contrário do que é comum em técnicas de compressão baseadas na DCT);

·    Codificação entrópica melhorada:

à        Context-adaptive binary arithmetic coding (CABAC), que é uma maneira inteligente de comprimir sem perdas elementos no stream de video sabendo as probabilidades dos elementos num dado contexto.

à        Context-adaptive variable-length coding (CAVLC), que tem menor complexidade mas é mais elaborado e mais eficiente que os métodos usados nas normas anteriores.

à        Uma simples e altamente estrutural técnica VLC (variable length coding) para a maioria dos elementos não codificados pelo CABAC or CAVLC, referido como Exponential-Golomb coding (ou só Exp-Golomb).

Esta normal oferece igualmente para ambientes móveis e Internet fixa e wireless uma boa flexibilidade nos compromissos entre eficiência e bom desempenho (robustez a erros).

Todas estas razões permitem que seja usada em múltiplos sistemas e redes (por exemplo broadcast, DVD, RTP/IP packet networks).