IPTV Internet Protocol Television

3. TECNOLOGIAS: COMPRESSÃO/CODIFICAÇÃO

 

O IPTV lida com limitações em termos de rede, pelo que é necessário ter ferramentas de codificação\compressão. Essas ferramentas são as normas de codificação que conseguem reduzir a largura de banda ocupada pelos conteúdos de vídeos, conseguindo qualidade elevada de vídeo e áudio, ou seja, sem alterar o prazer do utilizador em usufruir de tal serviço. Como tecnologia end-to-end, os codificadores encontram-se no head-end enquanto que os descodificadores encontram-se no lado do cliente, ou sejas nas STB.
Para o Codificador de Vídeo, ferramenta de codificação/compressão, esta irá actuar sobre o sinal de vídeo que é considerado como uma sequência de imagens no tempo (25 imagens/s na Europa e 30 imagens/s nos EUA). Cada imagem está dividida em pixéis, que por sua vez organizam-se em linhas e colunas, tendo cada um desses pixéis associado valores de luminância e de crominâncias. Também é preciso ter-se noção de resolução, esta é definida pela quantidade de linhas e de colunas, que por sua vez implica um maior ou menor número de pixéis. Na figura seguinte compara-se os diferentes tipos de resolução de vídeo.

 

 

 

 

 

 

Figura 3 – Resoluções de vídeo

O IPTV oferece canais de diferentes resoluções entre as quais a Standard (SDTV, resolução 576×720) e alta definição (HDTV, resolução 720×1280 e 1080×1920).
Como referido anteriormente o problema da rede é ter capacidade para transmitir os conteúdos de elevada qualidade. Para se ter uma ideia de que débitos se tratam, calcula-se com auxílio da equação geral (1) o débito binário que é necessário para transportar os canais.

Sendo FCY e FCC respectivamente os factores de compressão da luminância e das crominâncias, I o número de imagens/s (25 imagens/s caso Europeu) e A a quantidade de bit/amostra (normalmente 8 bits/amostra).
Para o caso de bits PCM, os factores de compressão são igual a 1, pois é o exemplo em que cada amostra é codificada com 8bits, não fazendo uso de técnicas de codificação/compressão.
Tendo em atenção que, a resolução de um canal SDTV é 576×720 e que para um sinal HDTV se tem 1080×1920, considerando a resolução das crominâncias como sendo metade das colunas (4:2:2), tem-se para os vários casos os seguntes débitos binários: rb(SDTV) ≈ 166 Mbit/s e rb(HDTV) ≈ 829 Mbit/s.
Como esperado os débitos são demasiado altos, o que origina um grande problema devido a incapacidade por parte das tecnologias de transporte existentes de transmitir tal informação.
Para resolver tal problema, a solução passa pela compressão.
Para sinais de vídeo e áudio, a técnica de compressão mais usual é a compressão com perdas, uma vez que se pode explorar a redundância perceptiva (irrelevância), eliminando assim componentes que o sistema audiovisual humano não capta, tal como utilizar ferramentas que exploram tanto a redundância espacial e temporal.
As técnicas de compressão de vídeo mais usadas são o MPEG-2 (pertencente ao grupo MPEG – Moving Picture Experts Group, ISO), no qual se tem factores de compressão na ordem dos 40 e o H.264/AVC (resultante da fusão entre as normas MPEG-4 AVC da ISO e H.264 do ITU-T) conseguindo esta norma, um factor de compressão mínimo duas vezes superior ao obtido pelo MPEG-2.

Utilizando a fórmula (1) atrás descrita, chega-se á tabela 1 que espelha bem a capacidade de compressão de ambas as normas:

Tabela 1 – Comparação débitos binários necessários, consoante a qualidade da imagem em função dos diferentes codecs.

 

Em relação ao Codificador de Áudio e no que diz respeito ao áudio, a norma MPEG-2 é dividida em duas grandes partes [2]:
- Áudio, (parte 3) – Codifica 5 canais mais um canal de baixa frequência, com elevada qualidade, de 384 kbits/s ou menos por canal, usando os seguintes ritmos de amostragem: 16, 22.05 e 24 kHz; oferece compatibilidade com o MPEG-1.
- Advanced Audio Coding (AAC), (parte 7) – Deixa de ser compatível com o áudio do MPEG-1, aumentando o desempenho do ritmo de distorção – maior qualidade para o mesmo ritmo; codifica de 1 a 48 canais, com ritmos de amostragem de 8 a 96kHz.

Já para a norma MPEG-4 o codificador usa o Advanced Audio Coding (AAC) que apareceu associado ao MPEG-2(parte 7).