IPTV  
   
Codificação usada em IPTV
 

O vídeo é dos conteúdos multimédia mais ricos devido à quantidade de informação que cada segundo de vídeo contem. Essa característica faz do vídeo um elemento que necessita de elevadíssima largura de banda e que seria impossível pensar na sua transmissão nas redes IP para fornecimento de televisão. Claro que essa largura de banda extremamente elevada é necessária quando falamos em vídeo sem nenhuma compressão, como por exemplo, Pulse Code Modulation (PCM) com 8 bits por amostra necessitaria de um débito de 166Mbit/s.

 
Formato Factor de comopressão Débito necessário para canal SD (Mbit/s) Débito necessário para canal HD (Mbit/s)
PCM 1 x 166 369
MPEG-2 40 x 4,2 9,2
H.264/AVC 80 x 2,1 4,6

Tabela 1: Factores de compressão e débito necessário aproximado para conteúdo a uma resolução SD (576 linhas e 720 colunas de luminância e metade das colunas nas crominâncias) e HD (720 linhas e 1280 colunas de luminância e metade das colunas nas crominâncias).

 

Como é fácil de perceber este débito é inconcebível para transmissão de vídeo, por exemplo, sobre a Internet, uma rede extremamente heterogénea e de baixo débito nas velocidades contratadas pelos clientes. Assim a solução passa pela codificação do vídeo para que este possa ser transmitido a um ritmo bastante inferior ao que o PCM necessita. O áudio também é uma componente da televisão, mas quando se tem entre mãos a necessidade de transmissão de vídeo a principal preocupação está na codificação do vídeo com factores de compressão elevados, pois em comparação com o áudio, necessita de uma largura de banda muito superior.

Tendo como objectivo a criação de um standard de codificação que fosse uma evolução do MPEG-1, com taxas de compressão elevadas, que ao mesmo tempo satisfizesse os requisitos da televisão analógica como por exemplo a codificação de vídeo entrelaçado e a necessidade de adaptação ao mundo cada vez mais heterogéneo nos meios de reprodução criando vários níveis de escalabilidade o Moving Picture Experts Group (MPEG) e o comité de standards da International Telecommunication Union (ITU-T) juntaram-se para desenvolver o MPEG-2. Este standard de codificação tem um factor de compressão na ordem de 40 vezes, o que significa que a transmissão de vídeo a uma resolução igual à descrita acima para PCM necessitaria apenas de, aproximadamente, 4 Mbit/s de débito.

Apesar de não ter sido feito a pensar na transmissão de TV sobre a Internet, o MPEG-2 é um dos protocolos usados em IPTV dado que tem características úteis à transmissão de TV como a já referida codificação de vídeo entrelaçado, a existência de especificações para os fluxos de transporte, as tabelas de mapeamento de programas (PMT) que permitem a mudança entre canais e ainda o baixo débito necessário para a transmissão de conteúdos.

Além do MPEG-2, o H.264/AVC é o outro protocolo de codificação de vídeo usado em soluções IPTV. Também desenvolvido em conjunto pelo grupo MPEG e pela ITU-T, o H.264/AVC consegue taxas de compressão duas vezes superiores ao MPEG-2 com a mesma qualidade. A alta eficiência de codificação deve-se a novas ferramentas adoptadas no H.264 em relação ao MPEG-2 como por exemplo ao nível do codificador entrópico. Outra característica que faz do H.264/AVC o codec mais apelativo para uso em IPTV é a capacidade de se definir objectos dentro de cenas de vídeo. Estes objectos podem ser usados para que o utilizador interaja com o vídeo, seguindo o crescente aumento do paradigma da interactividade do audiovisual.

Segundo as indicações do fórum aberto de IPTV (OIPF) os protocolos de codificação de áudio que podem ser usados em soluções IPTV são o MPEG-4 AAC, MPEG-1 Layer 2 e Layer 3 (vulgos mp2 e mp3 respectivamente). O MPEG-4 AAC é o codificador recomendado para conteúdo áudio dado que com uma frequência de amostragem idêntica consegue melhor qualidade que os restantes. O MPEG-1 Layer 2 pode ser usado se houver problemas de compatibilidade entre equipamentos ou restrições contratuais com os fornecedores de conteúdos multimédia. Para conteúdos de áudi,o como música, pode ser usado o mp3.

 
Descodificação
 

Do lado do receptor não há mais que uma STB. Estes aparelhos são mais simples que os codificadores ou emissores. Têm por norma uma interface simples e fácil para qualquer utilizador, têm também um grande poder de armazenamento para que os clientes possam gravar os conteúdos que mais gostam. As STBs apenas descodificam o sinal que é enviado pela operadora, assim sendo não têm qualquer trabalho a nível de processamento extra. O único problema que um descodificador pode ter é quando se depara com erros de transmissão e então terá de decidir como proceder. Essa decisão pode tornar melhor ou pior a QoE do cliente e é um factor de diferenciação entre STBs.

 
Vídeo sobre codificação MPEG2 e H.264
EPGs e meta-dados
 

As STBs disponibilizam o EPG que permite ao cliente, a partir de meta-dados, saber o horário dos seus programas preferidos ou então gravar um determinado programa. Esta funcionalidade apareceu devido a não ser prático fazer zapping em muitos canais de televisão.

O VoD é também um serviço disponibilizado pelas operadoras e acedido a partir da interface das STBs IPTV. Este serviço permite pedir à operadora determinados conteúdos (por exemplo filmes) que agradem a um determinado cliente e a transmissão apenas é feita para esse cliente (unicast). Este serviço deixa desde logo um problema, a largura de banda. Na televisão por cabo, a transmissão é feita em broadcast, o que implica uma limitação significativa em IPTV. Geralmente, numa solução IPTV sobre ADSL, os fornecedores permitem apenas duas STBs (Full HD) por subscrição. Por outro lado a televisão por cabo, que tem a vantagem de ser difundida em broadcast pode ser ligada a várias STBs em casa do subscritor. Uma vantagem desta solução da IPTV, relativamente à TV por cabo, poderá ser a quantidade de canais (número total) que o fornecedor pode fornecer aos seus clientes. A TV por cabo está limitada à largura de banda existente pois leva até casa do cliente todos os canais em simultâneo, enquanto que a IPTV como só traz até casa do cliente três canais de cada vez (no máximo), poderá oferecer uma escolha mais alargada de canais. Deve ser reforçado que estes serviços apenas são possíveis a partir da transmissão de meta-dados. Os meta-dados são portanto essenciais para um serviço de IPTV mas também não deverão ser um problema a nível da diminuição da largura de banda disponível para transmitir o sinal digital de televisão.

Camuflagem de erros e resolução de problemas
 

Normalmente na transmissão digital os codificadores são mais evoluídos que os descodificadores. Por vezes acontecem erros de transmissão, onde o maior problema que pode surgir é o efeito de bloco. Há duas maneiras possíveis de resolver este problema, ou o descodificador pede a retransmissão ou então tenta resolver o problema com o auxilio a códigos de correcção de erros. Normalmente o código mais usado é o de Reed-Solomon. Esta é também uma solução mais inteligente, uma vez que não precisa de ocupar mais banda com retransmissões e pode ser resolvida com a inteligência dos descodificadores, nomeadamente recorrendo a imagens anteriores sem erros, que foram recebidas antes das que contêm erros.

 

Figura 1: Efeito de bloco em IPTV

 
 

Raul Filipe Mendes André

Nº Aluno 55878

Email: raul.andre@ist.utl.pt

Fábio Ferreira Gameiro

Nº Aluno 57695

Email: fabio.gameiro@ist.utl.pt

André da Costa Fernandes

Nº Aluno 55928

Email: andre.fernandes@ist.utl.pt

 

IST - Comunicação Audio e Video - 2010.