IPTV: UMA VISÃO GERAL
Codificação de áudio e vídeo
Para que a IPTV tenha sucesso no mundo televisivo é imperativo fornecer um serviço audiovisual com qualidade igual ou melhor a da televisão analógica e digital presentes no mercado. Deste modo os codificadores e descodificadores (codecs) de vídeo e áudio são a base de todo o serviço. Iremos de seguida apresentar os codecs mais promissores para um serviço de IPTV com qualidade, bem como os factores mais importantes para a sua utilização.
Porquê codificar o áudio e vídeo
Existem duas normas principais para a televisão analógica, o PAL europeu e o NTSC dos Estados Unidos. Estes dois sistemas apresentam respectivamente 25 e 30 imagens por segundo. Ambos estes sistemas, se fossem enviados digitalmente até ao utilizador final como estão, necessitavam de uma enorme quantidade de débito. Estes valores rondam os 216Mbps e os 168Mbps para cada sistema. É claro que estes valores são absurdos para as infra-estruturas presentes hoje em dia, piorando se considerarmos a difusão de televisão de alta definição (HDTV) que tem um débito superior a 1Gbps. [8]. Desta forma, recorre-se à codificação de vídeo e áudio para comprimir os sinais de televisão em bit-rates mais manuseáveis.
O H.262/MPEG-2
O codificador H.262/MPEG-2 tem como principal objectivo multiplexar STREAMS de vídeo, áudio e alguns tipos de dados em um ou mais STREAMS apropriados para a transmissão ou armazenamento com qualidade de televisão. Este foi apresentado no início do vídeo digital (meados de 1991) e junto com a sua elevada capacidade de apresentar conteúdos audiovisuais com alta qualidade a débitos baixos se tornou a norma mais utilizada na transmissão digital de conteúdo audiovisual.
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H.264/MPEG-4 AVC - Codificador para o futuro
Actualmente o codificador MPEG-2 está a dar lugar a um novo codec o H.264/MPEG-4 AVC (advanced vídeo coding, também conhecido como MPEG-4 parte 10), isto pois a permite ter uma qualidade bastante mais elevada para os mesmos débitos do H.262/MPEG-2. O H.264/MPEG-4 AVC, como se pode ver pelo próprio nome, é uma versão do MPEG-4 original proposta pelo grupo “Motion Picture Expert Group”. Esta versão (versão 10) designa-se por Advanced Video Encoding (AVC) e conta não só como o grupo MPEG para a sua estandardização mas também como o grupo ITU-T, resultando no grupo Joint Vídeo Team (JVT). [9].
Como se pode ver pela figura 5 para a mesma qualidade, o H.264/MPEG-4 necessita de menos de metade do débito face ao seu predecessor o MPEG-2. Isto é bastante importante pois permite que dado um metade do débito binário é possível transmitir a mesma qualidade por outro lado para o mesmo débito é possível transmitir para dois televisores conteúdos diferentes.
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Figura 5 – Performance objectiva de um stream de vídeo HDTV (1080p@24Hz) codificado com H.264/MPEG-4-AVC (utilizando as suas variantes) comparado com o MPEG-2.
Este é um factor bastante importante para o sucesso do IPTV em Portugal pois 61.5% da população portuguesa possui dois ou mais aparelhos de televisão (ver tabela 1) Considerando também o acesso disponível às redes de banda larga, o H.264/MPEG-4 permite que IPTV esteja ao alcance de quase toda a população.
Tabela 1 – Número de famílias que dispõem de aparelhos de televisão em Portugal, por região e segundo número de televisores. (Fonte Instituto Nacional de Estatística)
Penetração do mercado do H.262/MPEG-2 e H.264/MPEG-4 AVC
Outro factor da escolha do H.264/MPEG-4 AVC como codificador de vídeo digital para IPTV no futuro foi a sua cada vez maior penetração no mercado – apesar de actualmente o standard com maior presença ser o MPEG-2. O H.264/MPEG-4 tem sido cada vez mais utilizado em produtos de codificação de vídeo, principalmente pelo facto de este se adaptar a um vário leque de aplicações. As suas aplicações vão desde a vídeo-conferência (antigamente dominado por codecs da ITU-T), passando por aplicações de vídeo móvel e até televisão digital (Dominado por codecs do MPEG). [11]. Existem diversos factores que permitem esta adaptabilidade aos vários meios que os implementam. Os principais são:
- Ambas as normas são agnósticas ao meio que os transportam [12].
- Possibilitam formatos de vídeo interlaced e progressive, permitem codificação escalável (que vai desde os 5 kbps passando os 1Gbps no caso do MPEG-4).
- Consequentemente permitem resoluções variadas (no MPEG-4 variam desde o sub-QCIF (128 x 96) até às resoluções de estúdio (4000 x 4000) ). [13]
- Dado o investimento na norma MPEG-2 (que impulsionou o advento do vídeo digital) o grupo MPEG reviu o standard MPEG-2 para que o MPEG-4 pudesse ser transmitido na mesma stream de MPEG-2 (ISO/IEC 13818-1:2000).
Um serviço importante no IPTV é a possibilidade de transmitir programas pré-gravados (Vídeo-on-demand), conteúdos televisivos em directo (LiveTV) assim como outros conteúdos interactivos. Ao contrário de conteúdos de VOD, a LiveTV apresenta requisitos temporais muito importantes para a codificação do vídeo e áudio. Isto significa que a codificação terá que respeitar restrições de tempo bastante apertados, ao mesmo tempo permitindo factores de compressão elevados.
Outra questão que se apresenta é facto que o IPTV deverá ter a capacidade de suportar sintonização por parte de um cliente a um canal de televisão em qualquer altura da sua difusão. Em vídeo digital a maior parte da compressão é conseguida através da análise de semelhanças de uma imagem com imagens anteriores e retirar a redundância de informação entre elas.
Este modo de comprimir os dados em cada imagem impossibilita o acesso aleatório ao stream de vídeo, portanto coloca-se o problema como enviar uma trama quando se muda de canal se este depende de tramas anteriores. A resposta clássica a este problema, disponível nos codecs MPEG-2 e H.264/MPEG-4, é a de fornecer “pontos de entrada” no meio do restante fluxo de vídeo. Este conceito é conhecido como uma estrutura GOP (group of pictures) em que são inseridos pontos de sincronização durante a transmissão. A estes pontos dá-se o nome de tramas Intra (I-frames). [14] Estas tramas intra são bastante ineficientes no que toca à compressão pois têm que enviar informação de uma frame no meio de um stream de vídeo mesmo que esta seja informação irrelevante. Considerando que um utilizador deverá esperar meio segundo para começar a usufruir de um conteúdo vídeo, as tramas do tipo Intra deverão ser enviados, no pior dos casos de meio em meio segundo. Levando este facto em consideração, é fácil perceber que para débitos iguais (4 a 5 mbps para MPEG-2 e 2 a 3 mbps para H.264/MPEG-4 AVC) a transmissão de tramas Intra no fluxo de vídeo implica uma menor qualidade de vídeo. Sabendo também que um utilizador, em média, muda de canal 5 vezes por hora [15], a transmissão em difusão de tramas I apresenta um desperdício de largura de banda. Este aspecto é bastante importante em IPTV especialmente se se considerar a procura do mercado por televisão de alta definição (HDTV) – muito mais rico visualmente e por consequência necessitando de uma maior largura de banda.