Codificadores e Protocolos

Codificadores de Vídeo e de Áudio

Dadas as limitações ao nível da rede de distribuição, as soluções de IPTV estão altamente dependentes da utilização de bons codificadores de vídeo. Esta é a razão principal para que os serviços de vídeo digital tenham sido os últimos a ser oferecidos neste tipo de redes. Um vídeo em PCM (Pulse Code Modulation) necessita de um débito de tal maneira elevado que nunca seria considerado para distribuição generalizada através das redes já existentes. Por isso, surge a necessidade de utilizar codificadores de fonte que permitam obter uma boa qualidade dos conteúdos ao mesmo tempo que diminuem fortemente os débitos necessários para a sua transmissão. Neste sentido, a norma MPEG-2 veio permitir a generalização da televisão digital por conseguir cumprir os requisitos atrás enunciados. Mais recentemente, a norma MPEG-4/H.264 AVC (Advanced Video Coding) veio trazer alguns benefícios que a tornam especialmente indicada para a oferta do serviço de IPTV.

A utilização de codificadores MPEG-2 surgiu como uma das primeiras soluções ao nível do codificador de fonte a ser utilizado no Head-End. Esta permite, actualmente, débitos binários na ordem dos 3Mbps [5] (para televisão de resolução normal) que são comportáveis utilizando as redes de acesso ADSL. Para além disso tem sido vastamente utilizada ao longo dos últimos anos pelos fornecedores e distribuidores de conteúdos de vídeo digital, pelo que é considerada uma tecnologia madura.

No entanto, a recente norma H.264/MPEG-4 Part 10 define um codificador de vídeo (AVC) cujos principais objectivos o tornam particularmente interessante para IPTV:

  • Providenciar codificação de vídeo com boa qualidade a débitos substancialmente mais baixos que normas anteriores (nomeadamente, MPEG-2).
  • Permitir flexibilidade suficiente para funcionar com uma grande diversidade de aplicações e dispositivos.
  • Procurar, ao nível do codificador, definir medidas que permitam adaptar a codificação ao meio de transmissão. Esta funcionalidade é dada pela Camada de Abrastracção da Rede (NAL - Network Abstraction Layer).

    • O codificador AVC fornece, para soluções IPTV, um conjunto de vantagens que o tornam uma melhor escolha em relação a outros codificadores. A primeira prende-se com os maiores factores de compressão para a mesma qualidade, sendo que em relação a MPEG-2 representam cerca de metade do débito (o ganho é menor em relação a MPEG-4 Part 2, ASP). Por um lado, a utilização deste codificador de fonte permite fornecer um maior número de canais para a mesma ligação de acesso (Fig. 3).

    Figura 3 – Comparação de débitos

    Por outro, permite fornecer o serviço IPTV a clientes com ligações de acesso de débitos menores, aumentando a cobertura do serviço (Fig. 4).

    Figura 4 – Cobertura do serviço (Fonte: Envivio, Inc., 2003)

    A incorporação da camada de abstracção da rede (NAL) oferece flexibilidade ao nível do transporte, permitindo a utilização de diferentes soluções de distribuição do vídeo. Adicionalmente, possui mecanismos de resistência a erros que são úteis num cenário de perdas na rede. Alguns destes aspectos irão ser abordados no capítulo 4, referente ao transporte de vídeo em redes IP.


    IP Multicast

    De forma a garantir os requisitos enunciados no capítulo 2, principalmente o conceito de Vídeo Multiplexado e a possibilidade de rapidamente mudar de canal, definiu-se que a difusão de canais seria efectuada em modo multicast. Dado que seria também vantajoso para o fornecedor de serviço poder especificar a quem e como seriam os dados enviados, foi escolhido o Internet Group Multicast Protocol (IGMP) como protocolo de gestão de grupos [6].

    Para o IGMP, cada Set Top Box sintonizada para um canal pertence a um determinado grupo, sendo que quando muda de canal, o que no fundo faz, é mudar de grupo. Nesta lógica de grupos torna-se então possível fazer zapping não possuindo localmente todos os canais em simultâneo. Na comunicação IGMP o BSR, é fornecedor do serviço em multicast, o Routing Gateway (RG) agrega os vários pedidos dos clientes e a STB é o cliente que efectua os pedidos IGMP. O papel do DSLAM de ponte entre o RG e o BSR, podendo ter um papel activo, funcionando como proxy-IGMP, melhorando o processo de mudança de canal.

    Nas três versões que existem do IGMP, são usadas em IPTV a v3 e, tipicamente, a v2. Podem-se definir 3 conceitos fundamentais na troca de mensagens da STB, o cliente IGMP, para o BSR, o router IGMP:

  • JOIN: um pedido realizado quando o cliente se quer juntar a um grupo, ou seja, na perspectiva IPTV, sintonizar um determinado canal.
  • LEAVE: utilizado para abandonar um grupo do qual se recebia o fluxo de dados, equivalente a deixar de ter o canal sintonizado.
  • QUERY: devolve uma lista de grupos da qual o cliente faz parte. Útil para verificar se um pedido de JOIN ou LEAVE foi recebido ou para recuperação de uma falha.

    • Apesar de as mensagens diferirem entre as versões do protocolo, as funções mantém-se. As diferenças existentes entre as duas versões utilizadas em IPTV prendem-se pelo tipo de rede e pela possibilidade de agrupar ou não mensagens. Enquanto que o IGMPv2 se destina a redes Any Source Multicast (ASM), nas quais é possível receber dados de qualquer dispositivo na rede, o que se pode tornar numa vulnerabilidade, no IGMPv3 por sua vez opta-se por uma rede SSM (Single Source Multicast), na qual só aparelhos específicos podem enviar dados. Já ao nível do agrupamento de mensagens, na 3ª versão é possível agrupar mensagens de forma a eliminar o overhead existente na 2ª versão no envio de um LEAVE seguido de um JOIN, tal como mostra a figura  5.

    Figura 5 - Exemplo de interacção em IGMPv3



     
     

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