Televisão por IPTV Alan Oliveira de Souza Alex Guerra de Souza
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Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO ETEC “JORGE STREET” TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÃO Televisão por IPTV Alan Oliveira de Souza Alex Guerra de Souza Diógenes Ferreira Juliano Ramos de Oliveira Professor(es) Orientador(es): Luiz Carlos São Caetano do Sul / SP 2013 Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Técnico de Telecomunicação da Escola ETEC Jorge Street São Caetano do Sul como requisito parcial à obtenção do CREA de Técnico em Telecom. Orientador: Professor Luis Carlos. SÃO CAETANO DO SUL 2013 Um carinho exclusivo aos meus amigos do curso, pelo apoio eles sempre me deram na hora de elaborar o TCC e que sofreram e sorriram junto comigo durante a concretização deste trabalho. Estou muito feliz com eles... amigos. Agradecimentos Á Deus, que através da força do teu espírito, fez eu superar as dificuldades encontradas no caminho. E consegui mais uma conquista ao concluir este trabalho, acrescentando, assim, ainda mais a minha paixão por viver. Para que a concretização deste estudo se efetivasse: agradeço às inúmeras pessoas que foram incentivadoras neste processo e seus ensinamentos serão a partir de agora essenciais em minha caminhada pessoal e profissional. Então, por estes extraordinários exemplos, expresso meus reais agradecimentos. Ao Professor Luis Carlos, que com sua capacidade e empenho de coordenar o Curso de Telecomunicação, sempre esteve disposto a melhor atender, me proporcionou chegar até aqui. Aos professores mestres e doutores que a mim repassaram seus conhecimentos, fazendo que meu desenvolvimento fosse o melhor possível. Aos voluntários que foram fundamentais para a realização desta pesquisa. Aos meus colegas de curso e disciplinas que compartilharam comigo seus conhecimentos. [...] não pergunte o que realmente sou; qual o meu verdadeiro eu; o que de essencial existe em mim. Pergunte, como posso descreve, de maneira a viver uma vida melhor ou mais bela. (RORTY, apud COSTA, 1994, p. 21). Resumo IPTV são as iniciais de “Internet Protocol Television” é um sistema no qual o serviço de televisão digital é disponibilizado aos assinantes através do protocolo IP, usando o seu protocolo através de uma conexão de Banda larga. A IPTV não é, Televisão na internet. A IPTV é representada por um sistema de televisão de perfil fechado, com distribuição sobre uma rede não pública, ao contrário do que acontece com a internet. Nas Redes convencionais todos os canais são enviados para o consumidor, estando presentes à entrada do receptor. No IPTV os canais são disponibilizados a pedido. Em situações mais favoráveis de compressão estarão presentes dois canais, o que permite o visionamento de um e a gravação de outro. O IPTV opera, portanto de forma diferente que os sistemas tradicionais de televisão (cabo, satélite e terrestre), dado que só os programas selecionados e os conteúdos a pedido são distribuídos ao consumidor. O IPTV dispõe sempre de duas vias de comunicação, oferecendo uma verdadeira interatividade entre o utilizador e o sistema. Sumário Figura 1 – Exemplo de codificação ........................................................................... 14 Figura 2 – Uso comum do Set-top Box ..................................................................... 15 Figura 3 – Set-top Box .............................................................................................. 15 Figura 4 – Arquitetura do IPTV .................................................................................. 16 Figura 5 – Decodificador Set-top Box........................................................................ 18 Figura 6 – Topologia da plataforma de distribuição de conteúdos digitais via IP.........18 Figura 7 – Telas de interface com o usuário da plataforma Microsoft ....................... 20 Figura 8 – Arquitetura Microsoft ................................................................................ 20 Figura 9 – Gerenciador de programas ...................................................................... 21 Figura 10 – Arquitetura de rede baseada em ADSL .................................................. 23 Figura 11 – Arquitetura de IPTV através do cabo coaxialErro! definido.23 Indicador não Figura 12 – Relação fibra / cobre presente em diferentes topologias de uma rede IPTV .......................................................................................................................... 24 Figura 13 – Esquema representativo da ligação entre a central Office e a casa do utilizador, através da fibra óptica. .............................................................................. 25 Figura 14 – Sistema MMDS ...................................................................................... 27 Figura 15 – Sistema HFC .......................................................................................... 28 Figura 16 – Software Wireshark ................................................................................ 29 7 Sumário Introdução ................................................................................................................. 10 Algumas definições; .................................................................................................. 11 Justificativa ................................................................................................................ 11 Objetivos ................................................................................................................... 11 Modelo de negócio .................................................................................................... 11 Vantagens e desvantagens da IPTV ......................................................................... 12 Conceitos básicos ..................................................................................................... 12 Equipamentos necessários ....................................................................................... 13 Codificadores ............................................................................................................ 14 Set-top-box (conversor) ............................................................................................. 14 Arquitetura da IPTV ................................................................................................... 15 Head End .................................................................................................................. 16 Core IP ...................................................................................................................... 16 Rede de transporte e agregação ............................................................................... 17 Rede de acesso ........................................................................................................ 17 Rede doméstica ........................................................................................................ 17 Middleware ................................................................................................................ 17 DRM (Digital Rights Management) ............................................................................ 17 Servidores Vídeo on Demand (VoD) ......................................................................... 18 Cenário ...................................................................................................................... 18 Soluções e provedores de serviço de IPTV .............................................................. 19 Microsoft TV IPTV Edition ......................................................................................... 19 Cisco IPTV solution ................................................................................................... 20 Orca Interactive Rightv .............................................................................................. 21 Transporte ................................................................................................................. 22 xDSL ......................................................................................................................... 22 DOCSIS..................................................................................................................... 23 Fibra .......................................................................................................................... 23 Protocolos de Internet em IPTV ................................................................................ 25 DTH – Direct To Home .............................................................................................. 26 MMDS – Serviço de distribuição multiponto multicanal ............................................. 26 HFC – HIBRID FIBER COAX .................................................................................... 27 8 Soluções propostas para aperfeiçoamento do sistema IPTV .................................... 29 Custos ....................................................................................................................... 30 Conclusão ................................................................................................................. 32 Bibliografia............................................................................................................... 303 9 Introdução IPTV significa Internet Protocol Television e é considerado um novo meio de transmissão de sinais televisivos. No sistema de IPTV, o conteúdo é enviado através de streaming, com garantia de qualidade e as informações podem ser recebidas através de um set-top-box (decodificador) ou mesmo através de softwares, como Windows Media Player. Não devemos confundir o sistema de IPTV com os sistemas de web-tv, pois no mesmo a transmissão é feita pela internet pública, já no IPTV, a transmissão é fechada, assemelhandose a uma rede institucional. Podemos utilizar a tecnologia de IPTV para várias outras utilidades, como gerenciamento de conteúdo de vídeos, entrega de TV digital, filmes sob encomenda e a possibilidade de controlar a programação. Devemos lembrar que como o conteúdo se trata de streaming, o sinal é digital e não sofre perdas na qualidade, o que significa que a mesma qualidade que se tem na saída do servidor de streaming é a mesma que será nos usuários do sistema. Lembramos também que é perfeitamente viável enviar este conteúdo por redes wireless ou mesmo por redes ethernet. A funcionalidade da IPTV não é nada mais do que fornecer uma nova tecnologia que permite o fornecimento de vídeo e/ou de televisão através da Internet. Por norma a recepção de vídeo ou televisão durante a transmissão de ondas seria feita por cabo ou através de linha de serviço de satélite, com a IPTV a televisão está meramente ligada diretamente à Internet através de um router de banda larga, recebendo assim diretamente da Internet o sinal digital. 10 Algumas definições; O serviço de IPTV, quando é configurado para atender uma rede wireless ou ethernet, não utiliza nenhum link de internet, ou seja, não é necessário ter nem link para funcionar. O conteúdo é gerado localmente, através do servidor e repassado diretamente aos usuários do serviço. Só devemos atentar a alguns detalhes apresentados aqui, pois devemos considerar alguns aspectos da rede, como o jitter e mesmo o troughtput da rede. Justificativa O crescimento da oferta de televisão em redes IP ao redor do mundo e a possibilidade das operadoras brasileiras, através da aprovação do PL 29, explorar esse mercado justificam o estudo do tema. Ao ensejo do lançamento do Plano Nacional de Banda Larga (PNBL) pelo governo federal, Jorge Bittar, deputado federal e membro do conselho consultivo do Instituto Telecom, falou sobre o IPTV e sua consonância com o Plano Nacional de Banda Larga (PNBL): Objetivos Entender o funcionamento de IPTV. Saber quais os novos e potenciais serviços que são oferecidos aos utilizadores. Compreender e criticar o modelo de negócio de um operador de IPTV. Modelo de negócio Os fornecedores de internet viram na IPTV o serviço ideal para expandir os seus negócios. Assim nasceram pacotes de serviços como o Triple Play, o Quadruple Play, entre outros que combinam serviços de voz fixa/móvel, Internet fixa/móvel e também televisão. Dada à competitividade do mercado, esta foi à solução encontrada pelos operadores para aumentarem as suas cotas de mercado e receitas, oferecendo aos clientes serviços bastante variados e em constante evolução. Com um sistema interativo como a IPTV, os operadores criaram serviços, em que alguns tentaram aproximar o serviço de televisão equivalente ao serviço internet, como por exemplo, consulta de notícias, ou até visualizar as suas contas do facebook ou twiter, e ainda serviços de entretenimento, como jogos e música, mas também serviços pagos como o VoD e ainda a compra de canais avulso ou conjuntos de canais temáticos para juntar aos pacotes de canais existentes disponíveis aos clientes quando subscrevem o serviço IPTV. Outros serviços que apareceram posteriormente como o Digital Video Recorder (DVR) serviço que permite a gravação de conteúdos em formato digital, para a qualquer altura serem acedidos, ou ainda o Time Shifting que tem como funcionalidade é permitir ao utilizador fazer pause ou rewind a programas transmitidos em direto. 11 A publicidade direcionada ao cliente é um modelo de negócio cada vez mais implementado pelas operadoras, que consiste em analisar a informação inerente ao cliente como, por exemplo, canais e programas preferidos, gênero de filmes alugados e horário habitual de uso do sistema, que permite ao operador direcionar e vender com mais qualidade um serviço que agrade ao cliente. A receita gerada pelos subscritores dos serviços é distribuída pelo operador e pelos fornecedores de conteúdos. A IPTV apresenta modelos de negócios atrativos, e a prova disso é que o número de subscritores tem vindo a aumentar. Vantagens e desvantagens da IPTV No que toca a vantagens, estas superam em grande parte as desvantagens, de salientar: A integração e a convergência digital, ou seja, é permitido no acesso à televisão, dados e voz através de apenas um único fornecedor; Vantagem para os clientes em termos de custo dos serviços; Maior interação dos utilizadores com a televisão; Proporciona a capacidade de criar e desenvolver inúmeros canais; A IPTV dispõe sempre de duas vias de comunicação, oferecendo uma vasta interatividade entre o sistema e o utilizador; Capacidade de realizar transmissões a partir de unidade móveis, e em tempo real, abrangendo todos os recursos de colaboração; Capacidade para gravadores de vídeo digital permitindo gravar transmissões múltiplas de uma só vez; A IPTV usa um padrão de compressão melhor do que o atual padrão de televisão digital; Utiliza sistemas simples de gestão dos conteúdos. Praticamente tal como tudo o que é tecnologia, a IPTV tem também algumas desvantagens: As limitações em termo de atraso e perdas de pacotes no caso da ligação que lhe serve de suporte não for suficientemente rápida, pois é um sistema baseado no Internet Protocol (IP); O suporte de HDTV em sistemas IPTV ainda não é uma realidade, isto devido à limitação no nível de largura de banda; Nem toda a rede telefônica suporta este serviço; Exige um grande investimento por parte dos operadores de modo a permitir uma renovação da rede já existente. Conceitos básicos Bit Rate: Velocidade de transmissão de dados numa rede de computadores. BNC: Conector usado em broadcast de áudio e vídeo. 12 Broadband: Rede de alto desempenho, que suporta taxas elevadas de transmissão de dados. Broadcast: Quando os dados são enviados simultaneamente para vários locais na rede. Buffer: Espaço alocado em memória (RAM) onde os dados são guardados temporariamente até serem transferidos para outra parte do sistema. Buffering: Quando um player de streaming guarda as várias porções vindas da rede até ser possível o playback. A maioria dos players realizam uma pequena percentagem de buffer no inicio da execução. Codec: Método de compressão/descompressão de dados, tipicamente realizado com áudio/vídeo, de forma a reduzir o tamanho dos dados permitindo a sua reprodução por parte das aplicações. Firewire: Padrão que permite a componentes externos (como câmeras de vídeo) transferir dados para um computador a taxas de transferência elevadas (até 400Mbps). Mini-jack: Conector de 1/8’ usualmente usado em entradas de PC (line in, mic, phones). Multicast: Tecnologia que permite um servidor enviar um stream para múltiplos clientes. PAL: Protocolo para envio e receber vídeo usado na Europa (Phase Alternation Line) e no Brasil um derivado chamado PAL-M. RCA: Conector de áudio mais usado em entradas e saídas analógicas de áudio. Normalmente são constituídas por um par nas cores branca e vermelha (áudio esquerdo e áudio direito) ou na cor amarelo (vídeo). RTSP: Real-Time Streaming Protocol, método de transmitir áudio e vídeo pela Internet. Descendente do UDP Streaming: Tecnologia que permite receber áudio, vídeo e multimídia de uma forma continua pela Internet. Os dados são transmitidos por um servidor aplicacional e recebidos por aplicações cliente em tempo real. Estas aplicações cliente possibilitam a visualização do vídeo e áudio assim que os dados em buffer sejam suficiente para reproduzir o stream. S-Video: Pequeno conector multi-pino cujo transporte de brilho e cor são efetuados de modo separado. Normalmente utilizado como interface nas placas de captura de vídeo e em câmeras. Unicast: Tecnologia que exige que um cliente estabeleça uma conexão ao servidor para receber um stream.aplicacional e recebidos por aplicações cliente em tempo real. Estas aplicações cliente possibilitam a visualização do vídeo e áudio assim que os dados em buffer sejam suficiente para reproduzir o stream. Equipamentos necessários 1 computador com processador de no mínimo 1,5ghz (duron, athlon, p4, etc) 1gb de memória RAM Placa de vídeo de 128mb Placa de captura (placa de TV da encore ou pixaview) Placa de som onboard Sistema operacional Windows XP 13 Software Windows Media Encoder (é gratuito) Fonte de vídeo (vídeo, DVD, Sky, parabólica, etc) Cabos para interligar o sistema (fonte de vídeo a placa de captura) Codificadores Codificadores Codificadores são equipamentos físicos ou softwares instalados em plataformas PC, que servem para modificar as características de um sinal, de forma a torná-lo mais apropriado para a transmissão. Neste caso, utilizamos a codificação para transformar sinais analógicos para streaming, tornando possível o tráfego e a entregas destes sinais nas redes. Este artigo trata-se do simples codificador Windows Media Encoder, pois é bem simples de usar e operar conforme a figura 1. Figura 1 – Exemplo de codificação Set-top-box (conversor) Set-top Box (STB) ou conversor é um termo que descreve um equipamento que se conecta a um televisor e a uma fonte externa de sinal, e transforma este sinal em conteúdo no formato que possa ser apresentado em uma tela. A fonte deste sinal pode ser um cabo ethernet, uma antena de satélite, um cabo coaxial, uma linha telefônica (incluindo conexões DSL), ou até mesmo uma conexão de uma antena VHF ou UHF. O conteúdo, descrito acima, pode abranger vídeo, áudio, páginas da Internet, interatividade e jogos, entre outros conforme a figura 2. 14 Figura 2 – Uso comum do Set-top Box Um Set-top Box digital se faz necessário para a recepção de transmissões de TV Digital uma vez que os televisores atuais não possuem ainda um sintonizador específico para esta recepção. O Set-top Box é também reconhecido no mercado pelo nome de IRD. Em redes IPTV, o Set-top Box é nada mais que um pequeno computador que provê comunicação de via dupla (ida e volta) em uma rede IP, e decodifica a mídia de vídeo e áudio transmitida em streaming. A figura 3 mostra modelo de Set-top Box. Figura 3 – Set-top Box O gravador de vídeo digital (DVR), que pode também ser chamado de gravador de vídeo pessoal (PVR). Trata-se de um aparelho de vídeo que permite aos usuários capturar a programação televisiva para armazenamento em disco rígido (HD), para visualização posterior. Alguns Set-top Boxes possui esta funcionalidade de PVR já integrada. Arquitetura da IPTV As maneiras de implantar a arquitetura da IPTV são algumas, pois essas diferenças variam devido aos serviços prestados pelas empresas de telecomunicações. No entanto apesar das diferenças, os elementos básicos não podem escapar na arquitetura. A figura a baixo mostra-os: 15 Figura 4 – Arquitetura do IPTV Head End O Head End é o ponto crucial na arquitetura da IPTV, pois é ai que os sinais de televisão são recebidos para uma separação e posteriormente serem distribuídos para a rede IP. O Head End é a área primária onde o conteúdo é adquirido e tratado para alimentar a rede IPTV. Assim como nas soluções de TV a Cabo ou por Satélite, um serviço de IPTV requer um Head End. Head End é o ponto da rede onde os canais de transmissão broadcast e os conteúdos sobre demanda são recebidos, comprimidos, tratados e formatados sendo, depois, entregue ao backbone IP, no qual todo sinal é encapsulado por meio do protocolo IP e distribuído aos usuários. O Head End deve possuir, também, conexões com operadoras de TV convencionais para exibição do conteúdo ao vivo. A localização do Head End pode ser centralizada ou distribuída. Numa arquitetura centralizada, o vídeo é enviado do Head End central até o set-top-box do usuário. Todo o tráfego de vídeo vai fluir a partir de um link conectado ao Head End esse link deve ser capaz de suportar picos elevados de tráfego. Core IP Agrupa os canais de vídeo codificados, transportando sobre a rede IP do fornecedor de serviço (backbone IP da operadora). São redes preparadas para a transmissão de vídeo, garantido uma QoS (Quality of Service) que reflita uma QoE (Quality of Experience) aceitável pelo usuário, sendo sua qualidade comparada ou superior à das TV a cabo ou via satélite. O core IP ainda contempla os protocolos de transporte em modos unicast e multicast e a sinalização. O core IP é uma rede, cuja estrutura física de transporte é baseada 16 em fibras ópticas ou em outras redes de transporte como o DWDM. O core deve ser dotado de implementações de QoS. O core poderá transportar simultaneamente centenas de canais de TV que poderão ser visualizados pelos vários assinantes. O número de canais aos quais os assinantes poderão ter acesso simultâneo estará diretamente ligado à capacidade de banda da rede de acesso. Em um acesso de última milha baseado em fibra óptica essa limitação deixa de ser significativa como no caso de acesso via ADSL. Rede de transporte e agregação Responsável pela recepção, encaminhamento dos pacotes IP vindo do HeadEnd pela rede, fornecendo também serviços de QoS permitindo que o transporte seja eficiente, prevenindo a degradação do conteúdo dos pacotes. Rede de acesso A rede de acesso representa a ligação do fornecedor do serviço de IPTV, a operadora de telecomunicações e a casa do usuário. Esse acesso é denominado última milha. A conexão do usuário pode ser realizada com a utilização de várias tecnologias de rede de acesso. O meio de acesso predominante atualmente é a tecnologia DSL (linha digital de assinante), porém observa-se um grande crescimento na adoção de fibra óptica em redes PON (Passive Optical Network) e Metro Ethernet, permitindo estender distâncias e aumentar velocidade. Rede doméstica Tem como função levar o sinal da IPTV recebido na casa do utilizador, até aos aparelhos televisivos. A Ethernet, o Wireless, são algumas das tecnologias utilizadas para o transporte. Middleware O middleware tem como responsabilidade a integração dos vários componentes da arquitetura, gestão de conteúdos (ingestão, propagação), de serviços (canais Premium, pacotes) e de clientes (identificação e aprovisionamento de clientes), faz também a averiguação e a ligação dos sistemas de faturamento e provisionamento. Existe uma necessidade para que este serviço tenha que ser inteligente, pois tem que garantir a autorização e contabilidade para cada utilizador, devendo gerir o negócio de maneira lógica. O preço deste elemento está normalmente associado ao licenciamento por utilizador. DRM (Digital Rights Management) Encriptar conteúdos ao nível visual é a função que este elemento executa, tal como fazer as autorizações das STBs ou gestão de chaves. O método utilizado pelo DRM é o método de Watermarking, que consiste em 17 identificar o conteúdo da transmissão entre o fornecedor e o cliente, permitindo combater a pirataria. Como acontecia no middleware o custo principal deste elemento está associado ao licenciamento por utilizador. Servidores Vídeo on Demand (VoD) Os servidores VoD contêm os conteúdos para os serviços que o cliente deseja, serviços estes que são pagos. Têm uma grande capacidade de armazenamento e de streaming, onde a transmissão dos conteúdos é feita apenas em unicast. Cenário O conteúdo gerado, que passa pelo servidor de streaming, que passa por nosso servidor da rede e é entregue ao usuário final através de um set-topbox (decodificador) ou através de um software de visualização no computador. Figura 5 – Decodificador Set-top Box A figura abaixo demonstra o cenário mais próximo da nossa realidade atual. IPTV em rede cabeada e wireless (wi-fi ou wimax). Figura 6 – Topologia da plataforma de distribuição de conteúdos digitais via IP. 18 Como demonstra esta sugestão, que pode atender clientes via wireless 2.4GHz, 5.GHz e rede cabeada. Algumas considerações sobre o Windows Media Encoder, o Windows Media Encoder 9 Series é uma ferramenta potente para os produtores de conteúdo que pretendem tirar partido das muitas inovações do Windows Media 9 Series, incluindo som de multicanais de elevada qualidade, vídeo de alta definição, novo suporte para o modo misto de voz e música, etc. Soluções e provedores de serviço de IPTV Alguns fabricantes de software e hardware desenvolveram soluções para os provedores de serviço, em geral empresas de telecomunicações e de TV a cabo, montarem uma infra-estrutura para a oferta do serviço de TV sobre suas redes IP. Outras soluções são voltadas para utilização interna em uma organização, através de sua rede corporativa. Em geral, essas soluções possuem os seguintes componentes: Codificadores de vídeo Servidores de vídeo ao vivo Servidores de vídeo sob demanda Plataformas de gerenciamento de usuários Dispositivos de visualização do cliente A seguir são apresentadas algumas soluções para o serviço de IPTV. Microsoft TV IPTV Edition Microsoft TV IPTV Edition [Micr05a] é uma plataforma de software integrada desenvolvida especificamente para a oferta de vídeo com qualidade de TV tradicional e de novos serviços de TV em redes de banda larga. A plataforma inclui funcionalidades como troca instantânea de canais (ICC – Instant Channel Change) e múltiplo PIP (Picture-In-Picture), além de serviços tradicionais como programação ao vivo (canais de TV), vídeo sob demanda e gravação de vídeo no equipamento do cliente (DVR – Digital Ví- deo Recording). Há ainda o suporte ao serviço de Home Media, que é o acesso a conteúdos (fotos, músicas, etc.) armazenados em computadores da rede doméstica, diretamente da TV. Testes comerciais do software já foram completados ou estão sendo realizados com provedores de acesso em banda larga ao redor do mundo (tomando como referência novembro de 2005). Entre os clientes desta plataforma estão Bell Canada, BellSouth SBC Communications, Verizon Communications, British Telecom, Sw isscom e Telecom Itália. No desenvolvimento da solução, há parceria com Alcatel, Tandberg e Intel, entre outros. A Figura 7 apresenta algumas telas da interface do cliente. 19 Figura 7 – Telas de interface com o usuário da plataforma Microsoft A figura 8 apresenta a arquitetura da solução da Microsoft. Ela é composta por servidores de aquisição de conteúdo (codificadores para vídeo ao vivo ou sob medida); Figura 8 – Arquitetura Microsoft Cisco IPTV solution A solução de IPTV da cisco e voltada para utilização em redes corporativas, com acesso a partir de computadores . As aplicações incluem transmissão ao vivo,vídeo sob demanda treinamento baseado em 20 computadores, ensino á distância, comunicações corporativas, monitoração de processos e sistemas de vigilância. A solução consiste em três componentes de visualização, o gerenciador de programas e o servidor de IPTV. A ferramenta de visualização IPTV é o softw are cliente instalado no computador do usuário, que mostra a programação dos canais ou a lista de programas disponíveis sob demanda, e permite a visualização do programa selecionado pelo usuário. Ele obtém a informação sobre as programações do gerenciador de programas e exibe programas transmitidos pelo servidor de IPTV de Cisco ou por outros servidores. Ele também é capaz de exibir servidores que transmitem em formato compatível com o MBone. A figura 9 mostra um modelo de gerenciador de programa. Figura 9 – Gerenciador de programas O gerenciador de programas (IPTV program Manager) é executado em um equipamento da Cisco.Ele gerencia os programas nos servidores de IPTV e provê aos clientes a informação sobre as programações . Os servidores de IPTV são disponibilizados como um software, que é executado em computadores de terceiros ou como um dispositivo de hardware específico (Cisco IPTV 3400 Series Server) com o software pré-instalado. Ele grava os programas e provê aos clientes o acesso, os servidores de IPTV de uma mesma rede transferem arquivos de conteúdo entre si, de acordo com os agendamentos definidos no gerenciador de programas. Orca Interactive Rightv A solução Rightv, da empresa Orca Interactive, é um pacote de software voltado para operadoras de re e provedores de serviço, para o gerenciamento de um serviço de TV interativa sobre uma rede IP, a ser oferecido a seus clientes. O pacote é composto pelas seguintes aplicações: XVOD,XBIP,XPVR e Core. 21 O Rightv XVOD permite a criação e o gerenciamento de um serviço de vídeo sob demanda. O Rightv XBIP permite que os provedores de serviços ofereçam e gerenciem a transmissão de canais de TV em multicast. A aplicação inclui ferramentas de de gerencia para a criação de canais, geração da grade de programação e definição de pacotes de serviços a serem oferecidos aos usuários. O Rightv Core é uma plataforma de execução, desenvolvimento e manutenção de aplicações para a oferta de serviços de TV interativa. Os outros componentes da solução (XVOD,XBIP e XPVR) e aplicações externas integradas ao sistema são construídos sobre esta plataforma. Ela inclui as seguintes aplicações: Rightv Sui Sdk, um ambiente de desenvolvimento de software para a construção e manutenção da interface do com APIs para integração com sistema externa e o ambiente de execução responsável por gerar as páginas Web para acesso ao serviço. A solução da Orca Interactive foi feita para ser integrada a outros componentes fabricados por terceiros, como servidores de vídeo, codificadores e set-top boxes. Transporte Tendo em conta a estrutura de rede, antes da casa do utilizador é possível observar as três soluções tecnológicas que irão ser explicadas de seguida. XDSL Esta tecnologia tem como suporte a linha telefônica. Designa-se de xDSL, devido às evoluções que já sofreu. No que diz respeito à IPTV, utilizam-se duas destas evoluções, o ADSL2+ e o VDSL2. Através destes, tornou-se possível a integração de serviços de voz, vídeo (em SD e HD) e dados na linha telefônica. A QoE neste tipo de serviço não é medida apenas com base na largura de banda da rede, que quando comparada com as soluções de cabo ou fibra é significativamente inferior. É a interação entre as várias camadas OSI. A figura 10 representa arquitetura ADSL. 22 Figura 10 – Arquitetura de rede baseada em ADSL DOCSIS Uma alternativa ao xDSL como meio de distribuição de conteúdos IPTV até casa dos subscritores é o cabo. Após a recepção dos conteúdos através de solução terrestre, satélite ou cabo, estes são distribuídos localmente recorrendo ao protocolo DOCSIS QAM. A utilização de splitters em casa dos clientes permite dividir o sinal por múltiplas TV’s. Existem três formas dos fornecedores de IPTV prestarem o serviço aos seus clientes: CMTS (Cable Modem Termination System) – responsável pela entrega do stream IPTV. Moduladores QAM. Gateways baseados em QAM, com capacidade de encapsular conteúdos de vídeo digital em serviços orientados ao IP. A figura 11 arquitetura de cabo coaxial Figura 11 – Arquitetura de IPTV através do cabo coaxial 23 Fibra Com o aparecimento da fibra óptica, passou a ser possível transportar grandes quantidades de dados, atualmente na ordem dos 10Gbit/s, numa única fibra. Em 26 de Novembro de 2010,a Portugal Telecom realizou pela primeira uma ligação em Portugal (entre Lisboa e Porto) com o débito binário de 100Gbit/s numa única fibra. Hoje em dia, devido à publicidade levada a cabo pelas operadoras, o consumidor associa a fibra óptica à IPTV. Existem várias topologias possíveis de implementação de uma rede IPTV, tais como FFTC (fiber to the curb), FTTN (fiber to the node), FTTB (fiber to the building), FTTH (fiber to the home), entre outras. Na figura 1 é possível observar a relação entre a quantidade de fibra e cabos de cobre (coaxial ou par de cobre) que se utiliza em cada tipologia. Em Portugal são utilizadas duas destas tipologias. A figura 11 representa fibra e cobre em IPTV Figura 12 – Relação fibra / cobre presente em diferentes topologias de uma rede IPTV. FTTB – Tipologia de rede na qual a fibra óptica vai desde a central da operadora (central local ou, na designação anglo-saxónica, central office) até ao edifício onde é colocada uma ONU (Optical Network Unit). Desta, sai um cabo coaxial que irá ligar a cada uma das set-top-boxes (de agora em 5 diante designadas apenas por STB) dos subscritores presentes no edifício. FTTH – Tipologia semelhante à FTTB, com a única diferença que nesta a fibra vai até casa do subscritor onde é colocada uma ONU. A diferença entre FTTB e FTTH é agora fácil de perceber. Na primeira um subscritor partilha uma ONU com os vários outros subscritores que habitam no mesmo edifício, enquanto com FTTH cada subscritor tem um par ONU/STB só para si, com uma distância entre a ONU e a STB reduzida e reduzindo assim a atenuação do sinal (introduzida pelo cabo coaxial/par). Na figura 2 encontra-se um esquema de quatro topologias de rede, sendo que a FTTB e a FTTH estão representadas no esquema mais à direita. A figura 13 representa ligação de fibra óptica. 24 Figura 13 – Esquema representativo da ligação entre a central Office e a casa do utilizador, através da fibra óptica. Protocolos de internet em IPTV O envio de dados através da internet é normalmente feito com recurso ao TCP ou UDP. Na tabela seguinte, são apresentadas as principais diferenças entre estes dois protocolos. No que diz respeito à IPTV, o protocolo escolhido por excelência é o UDP, pois mesmo não sendo fiável, devido à sua simplicidade é o único que permite transmissão de conteúdos audiovisuais em tempo real. Por ser um protocolo não orientado à conexão, este não garante a ordem pela qual os pacotes chegam aos receptores. As tramas de transporte de MPEG-2 e MPEG-4 podem ser do tipo UDP/RAW ou UDP/RTP. No caso de UDP/RAW, várias condições de erro podem ser detectadas, incluindo: Mudança do destinatário; Falta de bits de sincronização; Tamanho incorreto do pacote; Time-out; Jitter excessivo; Taxa de bits UDP imprópria; Contudo, este protocolo por si só não garante o funcionamento da IPTV. Para tal, é necessário acrescentar o Real-time Transport Protocol (RTP) ao UDP. Este novo protocolo permite adicionar campos como Timestamp e Sequence Number ao UDP, garantindo assim o funcionamento do serviço. A 25 adição deste protocolo ao UDP aumenta o número de condições de detecção de erro às já existentes no UDP/RAW, sendo estas as seguintes: Identificação dos pacotes recebidos fora de ordem; Detecção de pacotes duplicados; Determinação da perda de pacotes; Determinação do tamanho incorreto de pacotes; Em conjunto com o RTP, pode utilizar-se o RTCP unicamente com o objetivo de controlo e obtenção de dados estatísticos sobre do funcionamento deste, não efetuando transporte de qualquer tipo de dados relativos aos conteúdos. O RTCP permite obter informação sobre os participantes na sessão e informação estatística, como o número de octetos transmitidos e a contagem de pacotes enviados, pacotes perdidos, jitter e atrasos. Uma aplicação pode fazer uso deste tipo de informação para controlar o nível da Qualidade de Serviço (QoS), por exemplo, através da limitação do fluxo ou utilização dum codec diferente. DTH – Direct To Home O site Wikipédia define DTH como modalidade de transmissão de conteúdo televisivo oriundo de satélite e recebido pelo cliente através da utilização de antena receptora (WIKIPEDIA, 2010). De maneira geral o funcionamento do DTH dá-se através de três componentes do sistema: fonte de programação, central de transmissão e antena. Basicamente a fonte de programação é composta pelos canais que fornecem a programação, enquanto a central de transmissão, centro do sistema, é a entidade que recebe a programação das fontes de transmissão e emite o sinal de transmissão para os satélites que repetirão o sinal que, enfim, será coletado pela antena e passado para o receptor nas dependências do usuário do serviço. Um dos fatores positivos à tecnologia DTH é sua alcançabilidade. O investimento de cabeamento de determinadas regiões poderia não ser financeiramente vantajoso para as operadoras e, nesse caso, a utilização de tecnologias wireless poderia ser a solução. Os avanços da tecnologia para transmissões sem fio, como a transmissão e recepção com múltiplas antenas (MIMO) e modulação OFDM, permitem que requisitos de QoS sejam atendidos. Entre as principais tecnologias aptas a serem utilizadas em transmissões IPTV podemos citar o Wi-Max, o LTE e o WiFi. Isto posta, o IPTV poderia atingir maior alcance, mesmo em regiões não cabeadas, através da utilização de tecnologias sem fio. MMDS – Serviço de distribuição multiponto multicanal O serviço de distribuição multiponto multicanal MMDS, adotado ainda por algumas operadoras de TV a cabo brasileiras é, segundo a ANATEL, uma “modalidade de serviço especial, que se utiliza de faixa de micro-ondas para transmitir sinais a serem recebidos em pontos determinados dentro de uma área de prestação”. O funcionamento do MMDS é resumido na figura 14. 26 Figura 14 – Sistema MMDS A entrega de conteúdo televisivo via MMDS é uma alternativa utilizada pelas operadoras de TV a cabo para alcançar regiões onde ainda não dispõe de cabos. Esse tipo de arquitetura apresenta desvantagens quanto à vulnerabilidade a interferências além de possuírem uma taxa de upstream baixa o que dificulta a interatividade. Ainda, em relação ao MMDS, a faixa de frequência utilizada pelo sistema no Brasil, 2.5 GHz, é disputada com as operadoras de telecomunicações que pretendem utilizá-la com a tecnologia LTE (RTI, 2009). HFC – Hibrid Fiber Coax Uma popular arquitetura de rede, conforme, é criada com a combinação de fibras ópticas e cabo coaxial. Denominada HFC essas redes são utilizadas por operadoras de TV a cabo para provimento de serviços Triple Play aos seus assinantes. Uma rede HFC tem grandes vantagens como, por exemplo, menor custo de implantação e possibilidade de elevadas taxas de transmissão. Porém algumas desvantagens existem. Uma das desvantagens de uma arquitetura de rede baseada em HFC é sua sensibilidade às descargas elétricas. O cabo funciona como um pára raios e, numa tempestade, a chance de danos a equipamentos como fontes e amplificadores são grandes. Outro fator negativo a destacar é que existe sempre a possibilidade interferência de sinais externos que podem criar ruídos na rede e prejudicar a qualidade do sinal de radiofrequência. A figura 14 representa um sistema HFC. 27 Figura 15 – Sistema HFC Uma solução híbrida traria ao consumidor a necessidade de instalação de uma antena externa e utilização de um equipamento para converter o sinal recebido do satélite e enviá-lo ao aparelho de TV e pelo da operadora o investimento em hardwares e softwares destinados ao DTH, além da licença necessária para uso do satélite o que, de certa forma, vai à contramão da tendência de redes convergentes na qual todos os serviços estão baseados na mesma infraestrutura. A convergência em uma rede IP é, em tese, a melhor opção para a entrega de TV pelas operadoras de telecomunicações, uma vez que as mesmas já dispõem de grande experiência com redes de dados, além de possuírem anéis ópticos, redundância e uma infraestrutura quase pronta para o serviço de IPTV. A proposta desse capítulo foi comparar o IPTV com dois outros sistemas de transmissão de conteúdo televisivo, MMDS, DTH e HFC, com o objetivo de apresentar vantagens de um sistema IPTV. 28 Soluções propostas para aperfeiçoamento do sistema IPTV Sites como MegaTV e SuperCanais oferecem a possibilidade de assistirmos via Internet canais abertos como Rede Globo e por assinatura como SporTV com qualidade razoável. Em experiência realizada, utilizando conexão de 1Mbps e um Notebook Dell Latitude 510 com 512 MB de memória RAM e placa de vídeo Intel 915GM, observou-se que o delay entre a recepção do conteúdo via Internet e a via rede HFC da NET variando entre 30 até cerca de 90 segundos. Um delay de 90 segundos não pode ser considerado normal ou ideal, mas capturando com o software Wireshark® os pacotes recebidos durante a recepção. Figura 16 – Software Wireshark Como visto na figura anterior, o protocolo utilizado na camada de transporte é o TCP. O protocolo TCP possui em relação ao UDP um overhead de 20 bytes por programar técnicas de controle de fluxo e garantia de entrega. Em aplicações multimídia um pacote não entregue não convém ser retransmitido, pois o mesmo não terá mais importância dentro do contexto. A perda de um pacote em uma transmissão multimídia pode gerar o picotamento do som ou a falha em alguma imagem na tela e sua retransmissão de maneira nenhuma viria a corrigir a falha a tempo. A opção pelo protocolo UDP na camada quatro por si só já faria com que o delay fosse reduzido. Outro aspecto a se destacar é a utilização de QoS. Ao acessar o conteúdo disponibilizado por esses sites o conteúdo normalmente precisa atravessar redes de distintas operadoras e, portanto, a marcação de pacotes visando QoS pode não ser eficiente, pois um pacote classificado com prioridade máxima – EF, em um determinado ponto da rede pode não receber essa priorização em outros pontos da rede como ao ingressar na rede de outra operadora (KUROSE, 2006). Na arquitetura proposta o conteúdo ao vivo seria recebido diretamente, via satélite, por exemplo, pela operadora do serviço e enviado aos assinantes através de rede própria facilitando a eficiência da priorização de pacotes e melhorando muito a Qualidade de Serviço (QoS). 29 Custos Enquanto a melhoria das redes custa muito dinheiro para as empresas prestadoras de serviço IPTV, os clientes não estão dispostos a pagar tão caro pelos serviços de alta velocidade. Mesmo sem esta disposição, os usuários estão cada vez mais exigentes com as necessidades de tecnologias mais velozes e com menor preço. Comparando as diversas tecnologias existentes, as tecnologias que apresentam melhor características para transmissão IPTV são sem dúvida aquelas com maiores velocidade de transmissão, mas nem sempre estas tecnologias apresentam preços que o mercado pode acolher para serem utilizados. No caso da transmissão via Satélite, a tecnologia em si já é muito cara, sem contar com os equipamentos que teriam que ser adquiridos para ter acesso a esta transmissão que também é muito cara. Na tecnologia DSL o custo é um fator a favor, pois devido a já existente infraestrutura presente na maioria da casa dos utilizadores, este apenas terá o custo em adquirir um modem que fará a modulação do sinal para que este possa trafegar em uma rede analógica. Comparando com o DSL, a tecnologia a Cabo se torna um pouco mais cara, pois necessita de cabeamento de televisão e modem específico para esta aplicação, à alternativa encontrada pelas empresas prestadoras na hora de concorrerem com a tecnologia DSL é a utilização deste modem de forma emprestada, ou seja, o assinante não é dono do modem que está em sua residência. Já o wireless apresenta uma vantagem em relação a este parâmetro, pois ele é o que apresenta menor custo de equipamento e de tecnologia de implementação. A tabela abaixo apresenta alguns custos de instalação de algumas tecnologias. Tecnologia DSL Cabo 3G FTTH Wireless Instalação (x 1000) R$ 540,00 R$ 130,00 R$ 810,00 R$ 186,00 R$ 6,00 Instalação Domiciliar R$ 60,00 - R$ 100,00 R$ 2.400,00 R$ 100,00 R$ 2.500,00 R$ 16,00 O fator mais desgastante para o prestador de serviço destas tecnologias mais caras é o fato de que após um investimento de muitos bilhões para tender uma pequena região, uma operadora Wireless pode entrar no mercado por um custo muito menor. 30 A tabela abaixo apresenta o custo dos equipamentos necessários para utilização do sistema de IPTV. Equipamento Computador com processador de no mínimo 1,5ghz Memória RAM 1GB Placa de vídeo de 128mb Placa de captura (placa de TV da encore ou pixaview) Placa de som onboard Sistema operacional Windows XP Software Windows Media Encoder (é gratuito) Fonte de vídeo (vídeo, DVD, Sky, parabólica, etc) Cabos para interligar o sistema (fonte de vídeo a placa de captura) Codificadores Valor R$ 2.200,00 R$ 300,00 R$ 90,00 R$ 70,00 R$ 40,00 R$ 90,00 R$ 150,00 R$ 50,00 R$ 300,00 R$ 3.290,00 31 Conclusão A utilização de uma rede IP para oferecer serviços de TV digital aos usuários está em amplo crescimento no mundo, em particular na Europa. Atualmente, em geral os serviços de IPTV são prestados de forma fechada sobre a rede de acesso das empresas de telecomunições, sem acesso global pela internet convencional. Dessa forma o serviço e geograficamente limitado a localidade atendida pela rede de acesso do provedor. O modelo é semelhante á TV a cabo, porem com transmissão dos fluxos de mídia e de dados sobre IP pela linha telefônica, através de tecnologia DSL. 32 Bibliografia http://www.ic.uff.br/ - Acessado em 20 de outubro de 2012. http://www.netup.tv - Acessado em 15 de setembro de 2012. http://vicouto.wordpress.com - Acessado em 16 de setembro de 2012. http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialiptv/pagina_1.asp - Acessado em 27 de março de 2013. http://pt.wikipedia.org/wiki/DTH - Acessado em 02 de abril de 2013. http://faptech.wordpress.com/iptv/iptv/ - Acessado em 02 de abril de 2013. 33 Anexos Placa mãe Placa de captura Servidor 34 Antena de transmissão Servidor com antena de transmissão 35
