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Redes e Serviços de Comunicação
Multimédia


IPTV

 Trabalho Realizado por:
         Tiago Estevão   nº28428
         Filipe Silva    nº27168
         Ricardo Valente nº26952
2

                                 IPTV   12/20/2007




Sumário
 Introdução
 Serviços IPTV
 Arquitectura IPTV
 Codificadores e Protocolos
 Transporte de vídeos em redes IP
 Problemas IPTV
 Futuro do IPTV
 Conclusões
3


Introdução
                                                      IPTV   12/20/2007




  O que é o IPTV?

    IPTV (Internet Protocol Television)

    o nome IPTV provém de IP e TV
       IP - protocolo utilizado ao nível da rede, e especifica o formato dos
        pacotes utilizados na transmissão
       TV - serviço tradicional de televisão

    Serviço de televisão digital oferecido sobre uma rede IP através de uma
     ligação de banda larga

    usa o DSL (Digital Subscriber Line) para fornecer serviço de televisão
     em casa

 Permite que cada utilizador escolha exactamente aquilo que quer ver
 Fornece outros serviços que não a televisão
 Tecnologia em crescimento
4


Serviços IPTV
                                              IPTV   12/20/2007




 Variam de acordo com o operador;

 Pode escolher:
  ▫ num canal de música uma música que queira ouvir;
  ▫ o filme que deseja ver, escolher as legendas, parar o filme,
    avançar ou recuar o filme, ver cenas extras.

 Videoconferência;

 Transmissão de vídeos posteriormente gravados a partir de
 equipamentos DVD’s, VHS, câmaras de filmar;

criação de play-list a partir de vídeos pré codificados;

 Chat público;

 Troca de mensagens privadas.
5


Arquitectura(1)
                                           IPTV   12/20/2007




 IPTV assenta nas infra-estruturas já existentes dos
 operadores de telecomunicações

  ▫ Redes de distribuição feitas apenas para o serviço
    telefónico e as redes de cobre têm assim baixos requisitos
    de largura de banda provocando um grande impacto nas
    redes de acesso.

 Criação de um novo tipo de arquitectura assente no
 conceito de SDV (Switched Digital Vídeo)

  ▫ Em arquitecturas SDV apenas os canais seleccionados
    são transmitidos até ao cliente.

 Protocolo usado para a mudança de canais é o IGMP
 (IP Group Membership Protocol).
6


Arquitectura(2)
                                             IPTV   12/20/2007




 Head End:
 ▫ Ponto onde o conteúdo linear (programação TV difundida) e o
   conteúdo a pedido (por exemplo VoD, Video on Demand) são
   capturados e formatados para distribuição na rede IP;

 ▫ Recebe transmissões de canais nacionais (conteúdo linear) via
   satélite ou directamente do produtor de conteúdos
    Cada canal individual é codificado usando o mesmo esquema de
     codificação (por exemplo o MPEG-2 ou o MPEG-4).

 ▫ Após a codificação de cada canal é encapsulado em pacotes IP
   e enviado pela rede;

 ▫ Utilização em multicast tem a vantagem de enviar uma única
   stream até à rede de acesso, mas apenas é vantajoso quando
   vários consumidores sintonizam o mesmo canal na mesma
   altura;

 ▫ Também pode ser usado unicast.
7


Arquitectura(3)
                                    IPTV   12/20/2007




 Rede core:
 ▫ Pertence ao fornecedor de serviços ou operador e
   fornece o suporte para o transporte de todos os
   canais codificados e encapsulados em pacotes IP

 Rede de acesso:
 ▫ Estabelece a ligação entre o fornecedor de
   serviço e o consumidor
 ▫ ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) ou
   VDSL (Very High Speed DSL), PON (Passive
   Optical Networking).
 ▫ Termina em casa do assinante num modem
8


Arquitectura(4)
                                                     IPTV   12/20/2007




 Rede doméstica:

 ▫ Distribui o conteúdo recebido no serviço IPTV em vários
   pontos da casa do assinante;

 ▫ Liga-se à rede local na STB;

 ▫ STB possui um sistema de gestão dos conteúdos e corre
   um middleware:

       • Capaz de interpretar os dados que lhe são enviados pelo servidor e
         gerar comandos de acordo com o formato aceite pelo servidor.

       • Usado para descrever os pacotes de software que permitem
         implementar o serviço IPTV;

       • Software cliente-servidor em que o cliente reside na STB e o servidor
         do lado do fornecedor.
9


Codificadores e protocolos(1)
                                       IPTV   12/20/2007




 Porquê codificar áudio e vídeo?

 ▫ Duas normas principais para a televisão analógica:
    PAL europeu e o NTSC dos Estados Unidos.

 ▫ Necessitavam de grandes débitos:
    216Mbps e os 168Mbps para cada sistema excluindo o
     HDTV.

 ▫ Codificação de vídeo e áudio para comprimir os sinais
   de televisão em bit-rates mais aceitáveis;

 ▫ Soluções de IPTV estão altamente dependentes da
   utilização de bons codificadores de vídeo.
10


Codificadores e protocolos(2)
                                              IPTV   12/20/2007




 Codecs:

 ▫ H.262/MPEG-2:

    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;

    Apresenta conteúdos audiovisuais com alta qualidade a
     débitos baixos;

 ▫ H.264/MPEG-4 AVC ou MPEG-4 parte10:

    Permite ter uma qualidade bastante mais elevada para os
     mesmos débitos do H.262/MPEG-2;

    Flexibilidade suficiente para funcionar com uma grande
     diversidade de aplicações e dispositivos.
11


Codificadores e protocolos(3)
                        IPTV   12/20/2007




 Serviço IPTV com
 ligações de acesso
 de débitos menores,
 aumenta a
 cobertura do
 serviço.
12

                                    IPTV   12/20/2007



Transporte de vídeo(1)
 MPEG-2 Transport Stream (TS):

 ▫ Primeiras soluções de IPTV basearam-se na norma
   MPEG-2;

 ▫ Codificador de áudio e vídeo produzem Packetized
   Elementary Streams (PES) que são multiplexados em
   conjunto com informação de programa em tramas de
   transporte de 188 bytes.
13

Transporte de vídeo(2)                  IPTV   12/20/2007




 Para o encapsulamento em protocolos do stack IP é
 normalmente usado UDP como protocolo de transporte
 devido aos requisitos de tempo real do serviço;

 O datagrama UDP contém várias tramas TS consoante
 o MTU;

 Problemas nesta solução?
  ▫ Acrescenta overhead na comunicação, que traz
    implicações na robustez do método de transporte em
    relação aos erros.

 A melhor alternativa é usar Real Time Protocol (RTP);
14

                                       IPTV   12/20/2007



Transporte de vídeo(3) - RTP
 Vantagens:

 ▫ Menor overhead;

 ▫ É possível através da monitorização das perdas e
   erros na transmissão, adaptar essa qualidade, tirando
   partido dos mecanismos de codificação escalável que
   a norma permite;

 ▫ Protocolo RTP usado em conjunto com RTCP tem o
   objectivo de prover informações sobre a qualidade de
   recepção dos pacotes RTP por cada participante.
15

                                IPTV   12/20/2007



Penetração no mercado




 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.
16


Problemas IPTV
                                             IPTV   12/20/2007




 Necessários requisitos temporais para a codificação do
 vídeo e áudio;

 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.
     Como enviar uma trama quando se muda de canal se este
      depende de tramas anteriores?

 Estrutura GOP (group of pictures):
  ▫ São inseridos pontos de sincronização durante a transmissão,
    tramas Intra (I-frames);
  ▫ É enviada informação de uma frame no meio de um stream de
    vídeo mesmo que esta seja informação irrelevante.
17


Futuro IPTV
                                                  IPTV   12/20/2007




 O que mudou com o aparecimento do IPTV?

  ▫ Personalizar a televisão que temos em casa;

  ▫ Maior concorrência no mercado

  ▫ Novos serviços e conteúdos (videogravadores pessoais,
    compras online, eBanking e até serviços mais personalizados e
    interactivos como os jogos que possuem canais de chats)

 O que se pode fazer para melhorar o IPTV?

  ▫ Ultrapassar o problema da banda larga e esperar que no futuro
    surjam ligações fibra óptica.

 Oferecer serviço de TV Digital sobre IP sem limitações
 geográficas, através da Internet, dando origem ao Internet TV
18

                                      IPTV   13/01/2009



Conclusões(1)
 O serviço é limitado pela localidade atendida pela
 rede de acesso.

 Transmissão dos fluxos de multimédia e dados
 sobre IP pela linha telefónica, através de tecnologia
 DSL.

 IPTV é considerado a quarta plataforma de TV
 Digital.

 IPTV tem vantagem de oferecer serviços de dados,
 voz e vídeo bem como um grande leque de ofertas
 de novos serviços através do mesmo meio físico.
19

                                IPTV   12/20/2007



Conclusões(2)

 A quantidade de canais oferecidos não é
 limitada nem pelo espectro de frequências nem
 pelo largura de banda, uma vez que só é
 enviado o canal que está a ser assistido pelo
 utilizador;

 Uso de multicast permite um melhor
 aproveitamento da capacidade da rede.
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  • 1. Redes e Serviços de Comunicação Multimédia IPTV Trabalho Realizado por: Tiago Estevão nº28428 Filipe Silva nº27168 Ricardo Valente nº26952
  • 2. 2 IPTV 12/20/2007 Sumário  Introdução  Serviços IPTV  Arquitectura IPTV  Codificadores e Protocolos  Transporte de vídeos em redes IP  Problemas IPTV  Futuro do IPTV  Conclusões
  • 3. 3 Introdução IPTV 12/20/2007  O que é o IPTV?  IPTV (Internet Protocol Television)  o nome IPTV provém de IP e TV  IP - protocolo utilizado ao nível da rede, e especifica o formato dos pacotes utilizados na transmissão  TV - serviço tradicional de televisão  Serviço de televisão digital oferecido sobre uma rede IP através de uma ligação de banda larga  usa o DSL (Digital Subscriber Line) para fornecer serviço de televisão em casa  Permite que cada utilizador escolha exactamente aquilo que quer ver  Fornece outros serviços que não a televisão  Tecnologia em crescimento
  • 4. 4 Serviços IPTV IPTV 12/20/2007  Variam de acordo com o operador;  Pode escolher: ▫ num canal de música uma música que queira ouvir; ▫ o filme que deseja ver, escolher as legendas, parar o filme, avançar ou recuar o filme, ver cenas extras.  Videoconferência;  Transmissão de vídeos posteriormente gravados a partir de equipamentos DVD’s, VHS, câmaras de filmar; criação de play-list a partir de vídeos pré codificados;  Chat público;  Troca de mensagens privadas.
  • 5. 5 Arquitectura(1) IPTV 12/20/2007  IPTV assenta nas infra-estruturas já existentes dos operadores de telecomunicações ▫ Redes de distribuição feitas apenas para o serviço telefónico e as redes de cobre têm assim baixos requisitos de largura de banda provocando um grande impacto nas redes de acesso.  Criação de um novo tipo de arquitectura assente no conceito de SDV (Switched Digital Vídeo) ▫ Em arquitecturas SDV apenas os canais seleccionados são transmitidos até ao cliente.  Protocolo usado para a mudança de canais é o IGMP (IP Group Membership Protocol).
  • 6. 6 Arquitectura(2) IPTV 12/20/2007  Head End: ▫ Ponto onde o conteúdo linear (programação TV difundida) e o conteúdo a pedido (por exemplo VoD, Video on Demand) são capturados e formatados para distribuição na rede IP; ▫ Recebe transmissões de canais nacionais (conteúdo linear) via satélite ou directamente do produtor de conteúdos  Cada canal individual é codificado usando o mesmo esquema de codificação (por exemplo o MPEG-2 ou o MPEG-4). ▫ Após a codificação de cada canal é encapsulado em pacotes IP e enviado pela rede; ▫ Utilização em multicast tem a vantagem de enviar uma única stream até à rede de acesso, mas apenas é vantajoso quando vários consumidores sintonizam o mesmo canal na mesma altura; ▫ Também pode ser usado unicast.
  • 7. 7 Arquitectura(3) IPTV 12/20/2007  Rede core: ▫ Pertence ao fornecedor de serviços ou operador e fornece o suporte para o transporte de todos os canais codificados e encapsulados em pacotes IP  Rede de acesso: ▫ Estabelece a ligação entre o fornecedor de serviço e o consumidor ▫ ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) ou VDSL (Very High Speed DSL), PON (Passive Optical Networking). ▫ Termina em casa do assinante num modem
  • 8. 8 Arquitectura(4) IPTV 12/20/2007  Rede doméstica: ▫ Distribui o conteúdo recebido no serviço IPTV em vários pontos da casa do assinante; ▫ Liga-se à rede local na STB; ▫ STB possui um sistema de gestão dos conteúdos e corre um middleware: • Capaz de interpretar os dados que lhe são enviados pelo servidor e gerar comandos de acordo com o formato aceite pelo servidor. • Usado para descrever os pacotes de software que permitem implementar o serviço IPTV; • Software cliente-servidor em que o cliente reside na STB e o servidor do lado do fornecedor.
  • 9. 9 Codificadores e protocolos(1) IPTV 12/20/2007  Porquê codificar áudio e vídeo? ▫ Duas normas principais para a televisão analógica:  PAL europeu e o NTSC dos Estados Unidos. ▫ Necessitavam de grandes débitos:  216Mbps e os 168Mbps para cada sistema excluindo o HDTV. ▫ Codificação de vídeo e áudio para comprimir os sinais de televisão em bit-rates mais aceitáveis; ▫ Soluções de IPTV estão altamente dependentes da utilização de bons codificadores de vídeo.
  • 10. 10 Codificadores e protocolos(2) IPTV 12/20/2007  Codecs: ▫ H.262/MPEG-2:  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;  Apresenta conteúdos audiovisuais com alta qualidade a débitos baixos; ▫ H.264/MPEG-4 AVC ou MPEG-4 parte10:  Permite ter uma qualidade bastante mais elevada para os mesmos débitos do H.262/MPEG-2;  Flexibilidade suficiente para funcionar com uma grande diversidade de aplicações e dispositivos.
  • 11. 11 Codificadores e protocolos(3) IPTV 12/20/2007  Serviço IPTV com ligações de acesso de débitos menores, aumenta a cobertura do serviço.
  • 12. 12 IPTV 12/20/2007 Transporte de vídeo(1)  MPEG-2 Transport Stream (TS): ▫ Primeiras soluções de IPTV basearam-se na norma MPEG-2; ▫ Codificador de áudio e vídeo produzem Packetized Elementary Streams (PES) que são multiplexados em conjunto com informação de programa em tramas de transporte de 188 bytes.
  • 13. 13 Transporte de vídeo(2) IPTV 12/20/2007  Para o encapsulamento em protocolos do stack IP é normalmente usado UDP como protocolo de transporte devido aos requisitos de tempo real do serviço;  O datagrama UDP contém várias tramas TS consoante o MTU;  Problemas nesta solução? ▫ Acrescenta overhead na comunicação, que traz implicações na robustez do método de transporte em relação aos erros.  A melhor alternativa é usar Real Time Protocol (RTP);
  • 14. 14 IPTV 12/20/2007 Transporte de vídeo(3) - RTP  Vantagens: ▫ Menor overhead; ▫ É possível através da monitorização das perdas e erros na transmissão, adaptar essa qualidade, tirando partido dos mecanismos de codificação escalável que a norma permite; ▫ Protocolo RTP usado em conjunto com RTCP tem o objectivo de prover informações sobre a qualidade de recepção dos pacotes RTP por cada participante.
  • 15. 15 IPTV 12/20/2007 Penetração no mercado  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.
  • 16. 16 Problemas IPTV IPTV 12/20/2007  Necessários requisitos temporais para a codificação do vídeo e áudio;  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.  Como enviar uma trama quando se muda de canal se este depende de tramas anteriores?  Estrutura GOP (group of pictures): ▫ São inseridos pontos de sincronização durante a transmissão, tramas Intra (I-frames); ▫ É enviada informação de uma frame no meio de um stream de vídeo mesmo que esta seja informação irrelevante.
  • 17. 17 Futuro IPTV IPTV 12/20/2007  O que mudou com o aparecimento do IPTV? ▫ Personalizar a televisão que temos em casa; ▫ Maior concorrência no mercado ▫ Novos serviços e conteúdos (videogravadores pessoais, compras online, eBanking e até serviços mais personalizados e interactivos como os jogos que possuem canais de chats)  O que se pode fazer para melhorar o IPTV? ▫ Ultrapassar o problema da banda larga e esperar que no futuro surjam ligações fibra óptica.  Oferecer serviço de TV Digital sobre IP sem limitações geográficas, através da Internet, dando origem ao Internet TV
  • 18. 18 IPTV 13/01/2009 Conclusões(1)  O serviço é limitado pela localidade atendida pela rede de acesso.  Transmissão dos fluxos de multimédia e dados sobre IP pela linha telefónica, através de tecnologia DSL.  IPTV é considerado a quarta plataforma de TV Digital.  IPTV tem vantagem de oferecer serviços de dados, voz e vídeo bem como um grande leque de ofertas de novos serviços através do mesmo meio físico.
  • 19. 19 IPTV 12/20/2007 Conclusões(2)  A quantidade de canais oferecidos não é limitada nem pelo espectro de frequências nem pelo largura de banda, uma vez que só é enviado o canal que está a ser assistido pelo utilizador;  Uso de multicast permite um melhor aproveitamento da capacidade da rede.