UNIÃO EDUCACIONAL MINAS GERAIS S/C LTDA
FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS DE MINAS
Autorizada pela Portaria no 577/2000 – MEC, de 03/05/2000
ESPECIALIZAÇÃO EM REDES CONVERGENTES E
TECNOLOGIA DE VOZ SOBRE IP
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SERVIÇOS DE VÍDEO SOBRE REDE IP
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RONALDO ROSA DE CARVALHO
Uberlândia
2007
RONALDO ROSA DE CARVALHO
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SERVIÇOS DE VÍDEO SOBRE REDE IP
Trabalho de Conclusão de curso
submetido à UNIMINAS como parte
dos requisitos para a obtenção do
grau de Especialista em Redes
convergentes e Tecnologia de Voz
Orientador: Prof.
Theodoro
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sobre IP.
Uberlândia
2007
Msc.Luiz Cláudio
RONALDO ROSA DE CARVALHO
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SERVIÇOS DE VÍDEO SOBRE REDE IP
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Trabalho de Conclusão de curso
submetido à UNIMINAS como parte
dos requisitos para a obtenção do
grau de Especialista em Redes
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convergentes e Tecnologia de Voz
sobre IP.
Orientador: Prof. Msc. Luiz Cláudio
Theodoro
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N
Banca Examinadora:
Uberlândia, 06 de Novembro de 2008.
Prof. Msc. Luiz Cláudio Theodoro (Orientador)
Prof. Esp. Alexandre Campos
Prof. Esp. Adams Willians Alencar Zago
Uberlândia
2007
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Dedico mais esta importante conquista aos meus filhos Thiago e Felipe,
minha esposa Thais, a minha mãe, meu pai e todos os meus irmãos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus pela oportunidade de estar vivo e com saúde.
A minha mãe que sempre me estimulou, nunca deixou nada faltar e nem que eu
abandonasse os estudos.
A meu pai que por menos que tenha me acompanhado na vida, por ter partido
muito cedo, mas que sempre me incentivou.
A meus irmãos pelo apoio e estímulo, a CTBC Telecom que patrocinou metade
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dos custos, e proporcionou a oportunidade de praticar os conceitos obtidos em
sala.
RESUMO
Este trabalho tem como principal objetivo fazer um estudo sobre como funciona
o VoD – Vídeo On Demand, os principais tipos de vídeo (VoD, nVoD, PVR,
NPVR, DVR), através de Banda Larga, como é a sua estrutura funcional, os
protocolos e as funcionalidades VoD.
Com a evolução da Internet e conseqüentemente da velocidade de fluxo dos
S
dados, os usuários se sentiram motivados a assistir cada vez mais, programas
de vídeo no computador, porém a sensação de assistir aos filmes na TV ainda é
IN
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incomparável.
Isto significa que é necessário um dispositivo na casa do usuário para fazer a
conversão do sinal digital recebido para analógico.
A tendência é que haja oferta conjunta dos serviços de voz, vídeo e dados,
todos pela mesma operadora.
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Palavras Chave: VoD, nVoD, PVR, nPVR, DVR, CODEC
ABSTRACT
This work has as main objective to make a study on as the VoD functions Video On Demand, the main types of video (VoD, nVoD, PVR, NPVR, DVR),
through Broad band, as it is its functional structure, the protocols and the VoD
functionalities.
With the evolution of the Internet and thus speed the flow of data, users felt
motivated to attend increasingly, the video programs on the computer, but the
of
seeing
the
films
on
TV
is
still
unmatched.
S
feeling
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That means a device in the home of the user to make the conversion from
analog to digital signal received. The trend is that there is joint offer of services
of voice, video and data, all by the same operator.
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Keywords: VoD, nVoD, PVR, nPVR, DVR, CODEC
LISTA DE FIGURAS
p.
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Figura 1 Rede VoD - [2]..................................................................................... 16
Figura 2 Exemplo de Interface nVoD - [2] ......................................................... 17
Figura 3 Equipamento Personal Vídeo Recorder- PVR [9]................................ 18
Figura 4 Network Personal Vídeo Recorder - nPVR [3]..................................... 19
Figura 5 Equipamento DVR – Digital Vídeo Recorder Atual - [7] ...................... 20
Figura 6 Primeiro DVR- HS 100 [8] ................................................................... 20
Figura 8 Roteador Wireless [10]........................................................................ 24
Figura 9 Comparativo de Preços Banda Larga [18] .......................................... 26
Figura 10 Rede de Aceso VoD - [11]................................................................. 29
Figura 11 Elementos componentes da Rede [11] ............................................. 30
Figura 12 Exemplo Multicast [23] ...................................................................... 33
Figura 15 Cabeçalho RTP – [16] ....................................................................... 35
Figura 16 Usos do H.264 [21]............................................................................ 45
Figura 17 Software Mencoder – [22] ................................................................. 47
Figura 18 MPlayer for Windows – [22]............................................................... 48
LISTA DE TABELAS
p.
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Tabela 5.3 – Resultado dos Formatos de Vídeo após Conversão .................... 48
Tabela 5.4 – Resultado dos Formatos de Vídeo da Internet ............................. 49
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
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Average Bitrate
Asymmetric Digital Subscriber Line
Advanced Video Coding
Community Antenna Television
Constant Bitrate
Closed Circuit Television
Compact Disc
Companhia Energética De Minas Gerais
Canonical Name
Codificador/Decodificador
Companhia De Energia Elétrica Do Paraná
Contributing Source
Data Over Cable Service Interface Specifications
Digital Versatile Disc
Digital Subscriber Line Access Multiplexer
Digital Subscriber Line
Digital Signal Processor
Direct Sequence Spread Spectrum
Digital Video Recorder
Estados Unidos Da América
Flash Live Video
Frequência Modulada
Graphics Interchange Format
Hard Disk Recorder
High Definition Digital Versatile Disc
High Bit-Rate DSL
Integrated Access Device
International Data Corporation
International Electrotechnical Commission
Internet Engineering Task Force
Integrated Services Digital Network
International Organization for Standadization
Internet Protocol
Internet Protocol Television
International Telecommunications Union
Joint Photographic Experts Group
Joint Video Team
Kilobits Por Segundo
Local Area Network
Local Multipoint Distribution System
Modulador/Demodulador
Megabits Por Segundo
Serviço De Distribuição Multiponto Multicanal
Moving Pictures Experts Group
Mpeg-1/2 Audiolayer 3
Network Personal Video Recorder
Near Vídeo On Demand
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ABR
ADSL
AVC
CATV
CBR
CCTV
CD
CEMIG
CNAME
CODEC
COPEL
CSRC
DOCSIS
DVD
DSLAM
DSL
DSP
DSSS
DVR
EUA
FLV
FM
GIF
HDR
HD-DVD
HDSL
IAD
IDC
IEC
IETF
ISDN
ISO
IP
IPTV
ITU-T
JPEG
JVT
KBITS
LAN
LMDS
MODEM
MBPS
MMDS
MPEG
MP3
NPVR
NVOD
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TCU
TCP
TV
TVA
USB
UDP
UTP
VBR
VCR
VDSL
VHF
VOD
VOIP
VCEG
WAN
WLAN
WMV
Power Line Communications
Portable Media Players
Point Of Presence
Public Switched Telephone Network
Personal Tv Receiver
Personal Vídeo Recorder
Personal Video Station
Quality of Service
Rate Adaptative DSL
Rede Digital De Serviços Integrados
Real Data Transport
Request For Comments
Real Media Variable Bitrate
Real Time Control Protocol
Real Time Protocol
Real Time Streaming Protocol
Receiver Report
Source Description Items
Symmetric DSL
Session Initiation Protocol
Short Message Service
Society of Motion Picture And Television Engineers
Synchronization Source
Sender Report
Sveriges Television
Associação Brasileira De Prestadoras De Serviços De
Telecomunicações Competitivas
Tribunal De Contas Da União
Transfer Control Protocol
Television
Televisão Abril
Universal Serial Bus
User Datagram Protocol
Unshielded Twisted Pair
Variable Bitrate
Video Cassete Recording
Very High Bit-Rate DSL
Very High Frequency
Videon on Demand
Voice Over Ip
Video Coding Experts Groups
Wide Area Network
Wireless Local Area Network
Windows Media Video
IM
PLC
PMP
POP
PSTN
PTR
PVR
PVS
QOS
RADSL
RDSI
RDT
RFC
RMVB
RTCP
RTP
RTSP
RR
SDES
SDSL
SIP
SMS
SMTPRE
SSRC
SS
SVT
TELCOMP
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................... 12
1.1 CENÁRIO ATUAL..................................................................................................................... 12
1.2 MOTIVAÇÃO .......................................................................................................................... 12
1.3 OBJETIVOS DO TRABALHO ....................................................................................................... 12
1.4 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ................................................................................................. 13
2 Sistema De Vídeo Sob Demanda......................................................................................... 14
2.1 VOD – VÍDEO ON DEMAND ..................................................................................................... 14
2.2 NVOD - NEAR VÍDEO ON DEMAND ........................................................................................... 16
2.3 PVR – PERSONAL VIDEO RECORDER ...................................................................................... 17
2.4 NPVR – NETWORK PERSONAL VIDEO RECORDER ..................................................................... 18
2.5 DVR - DIGITAL VÍDEO RECORDER ........................................................................................... 19
S
3. Banda Larga ........................................................................................................................ 21
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3.1 ISDN ................................................................................................................................... 21
3.2 ADSL .................................................................................................................................. 21
3.3 Modem a cabo (Cable Modem) ........................................................................................... 22
3.4 Wireless .............................................................................................................................. 23
3.5 Satélite................................................................................................................................ 24
3.6 PLC - Power Line Communications ..................................................................................... 24
3.7 Tecnologia 3G..................................................................................................................... 25
3.8 Banda Larga no Brasil ......................................................................................................... 25
4. Rede De Acesso Para Video On Demand........................................................................... 28
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4.1 MUDANÇAS DE CONCEITOS ..................................................................................................... 28
4.2 PRINCIPAIS QUESTÕES PARA PRESTAÇÃO DO SERVIÇO DE VÍDEO ............................................... 28
4.2.1 Servidores........................................................................................................................ 30
4.2.2 Rede ................................................................................................................................ 30
4.2.3 Modem ADSL................................................................................................................... 31
4.2.4 DSLAM ............................................................................................................................ 31
4.2.5 IAD................................................................................................................................... 31
5. IP Multicast.......................................................................................................................... 33
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5.1 SISTEMAS COMERCIAIS .......................................................................................................... 34
5.2 RTP – REAL TIME PROTOCOL ................................................................................................. 34
5.3 RTCP – REAL TIME CONTROL PROTOCOL ............................................................................... 37
5.4 CODEC ................................................................................................................................ 39
5.4.1 Codecs sem Perdas ......................................................................................................... 39
5.4.2 Codecs com Perdas ......................................................................................................... 39
5.4.3 Taxa de Bits ..................................................................................................................... 40
5.5 CODECS E PLAYERS MAIS UTILIZADOS ..................................................................................... 41
5.5.1 FLV (Flash Live Vídeo)..................................................................................................... 41
5.5.2 WMV (Windows Media Video) .......................................................................................... 42
5.5.3 MPEG-4 ........................................................................................................................... 42
5.5.4 H.263 ............................................................................................................................... 43
5.5.5 H.264/MPEG-4 AVC......................................................................................................... 44
5.5.6 Real Vídeo (RV-40).......................................................................................................... 45
6. Considerações Finais ......................................................................................................... 47
7. Trabalhos Futuros............................................................................................................... 51
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................... 52
12
1 INTRODUÇÃO
1.1 Cenário atual
Com a expansão das redes de computadores e com as novas tecnologias
em telecomunicações, a tendência é que surjam cada vez mais serviços e
conteúdos que sejam atrativos aos consumidores da grande rede.
Este trabalho vem demonstrar como está a tendência para vídeos,
programas e filmes na era digital, as vantagens, os aparelhos necessários e os
tipos de vídeo existentes. O usuário será capaz de visualizar seus vídeos e
S
programas favoritos a partir de qualquer lugar a qualquer hora, estando
conectado na Internet a partir de um dispositivo. Essa já é uma grande
vantagem, pois, as pessoas não querem ficar presas em um ambiente único,
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A
esperando as coisas acontecerem, para isso surgem novas técnicas e
tecnologias capazes de atender essas demandas.
1.2 Motivação
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A forma como a Internet e as redes vem sofrendo grandes alterações,
passando por uma convergência, onde os serviços serão entregues totalmente
sobre uma estrutura de rede IP e onde serviços como voz, vídeo e dados
tendem a ser ofertados por uma única prestadora. Surge então a necessidade
N
de estudar o condicionamento desta rede e quais os equipamentos e
U
tecnologias envolvidos e necessários para este novo cenário.
1.3 Objetivos do trabalho
O trabalho tem como objetivo, mostrar quais os principais modos de
entrega de vídeo que são transportados sobre a Rede IP, os principais
CODECS e fazer um estudo a fim de tentar determinar qual o mais adequado a
ser usado para garantir o melhor uso de banda e que tem a melhor qualidade.
13
1.4 Organização do Trabalho
Este trabalho está organizado em 7 capítulos, incluindo esta
introdução.
O Capítulo 2 fala sobre o que é propriamente Vídeo sob Demanda e os
principais modos de entrega de vídeo (VoD, nVoD, PVR, nPVR, DVR),
O Capítulo 3 fala um pouco sobre banda larga, sem a qual seria
impossível nos moldes atuais da grande rede, prover os serviços de Vídeo Sob
S
Demanda.
O Capítulo 4 trata sobre a estrutura da rede e como é condicionante
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A
para que o vídeo chegue à casa do assinante.
O Capítulo 5 vem descrever sobre Multicast IP e os principais
protocolos de comunicação RTP e RTCP, alguns codecs e players de vídeo,
como por exemplo, o MPEG e o Flash.
No capítulo 6, mostra-se o resultado de testes efetuados utilizando uma
ferramenta chamada “Mencoder”, capaz de codificar e decodificar um vídeo que
IM
está num determinado formato para outro, e o MPlayer for Windows, um player
opensource que roda praticamente qualquer tipo de codec e ainda traz as
informações sobre o codec tanto de áudio quanto de vídeo, tempo do vídeo,
etc.
N
E por finalmente no capítulo 7, propomos um estudo para trabalhos
U
futuros e discussões para melhorar ainda mais este tema.
14
2 Sistema De Vídeo Sob Demanda
Um sistema de vídeo sob demanda (VOD - Vídeo on Demand) é um
sistema onde um servidor envia a um cliente vídeo sob demanda, em tempo real,
sobre uma infra-estrutura de rede de comunicação.
Este sistema consiste basicamente de um conjunto de equipamentos e
softwares próprios que permitem ao usuário através de uma interface em seu
equipamento terminal (Televisão ou Computador, por exemplo), controlar no
equipamento servidor de vídeo, que está nas instalações de uma empresa que
S
provê este tipo de serviço, como um Data Center, estabelecer que tipo de
conteúdo e programação deseja assistir. Para que haja essa comunicação, alguns
•
IN
A
requisitos são importantes:
O usuário deve ter total controle sobre a apresentação, como se
estivesse operando um aparelho de vídeo cassete ou DVD;
•
Desejável que os vídeos estejam no formato MPEG, devido este ser
o padrão para a TV Digital;
Que haja um serviço de pesquisa dos títulos que facilite a
IM
•
localização dos vídeos pelo usuário
•
E ainda, alguns equipamentos são fundamentais para que o uso do
serviço Vídeo On Demand se concretize. Descreveremos em
N
seguida sobre eles.
U
2.1 VoD – Vídeo On Demand
Sistemas de Vídeo on Demand (VoD) permitem aos usuários
selecionar e assistir o conteúdo de um vídeo sobre a rede, como parte de um
sistema interativo de televisão. Sistemas VoD, assim como conteúdo "stream“,
permitem visualizar o vídeo enquanto está sendo copiado para o equipamento
do usuário.
Todo download provê funcionalidades ao usuário como: pausa, avanço
rápido, retroceder rápido, avanço lento, retroceder lento, salto de frame/frame,
15
futuro etc. Para sistemas streaming isso requer mais esforço na parte de
servidor e pode requerer grande largura de banda na rede.
É possível colocar servidores de vídeo em LANs, com respostas mais
rápidas aos usuários. Servidor de vídeo streaming pode servir também uma
grande quantidade de usuários através da wan, nesse caso a receptividade
pode ser reduzida. Serviços VoD são práticos para casas equipadas com cable
modems ou conexões ADSL.
O primeiro serviço VoD comercial foi lançado em Hong Kong em torno
de 1990. A tecnologia não estava madura, a TV paga não era comum em Hong
S
Kong. A Hong Kong Telecom, perdeu uma grande quantidade de dinheiro e o
serviço foi adquirido pelo Pacific Century Cyberworks em 2000, que o
IN
A
interrompeu subsequentemente.
Os serviços VoD, foram primeiramente oferecidos no Hawai pela
“Oceanic Cable”, em janeiro de 2000, mas atualmente estão disponíveis em
todas as partes dos Estados Unidos. Sistemas VoD streaming estão disponíveis
por provedores de Cable que usam grande largura de banda “downstream” para
entregar filmes e shows de TV aos usuários finais que podem tipicamente,
IM
pausar, avançar-rápido, e retroceder filmes VoD, devido a baixa latência natural
da tecnologia cable. A larga distribuição de um único sinal, tornou o “streaming”
VoD pouco prático para a maioria dos sistemas de TV satélite, entretanto, a
Echostar, anunciou uma plano para oferecer “Vídeo on Demand” programado
N
para PVR (Personal Vídeo Recorder) - Próprio do usuário da Dish Network, um
serviço de TV via satélite. Após os programas serem automaticamente
U
gravados num PVR do usuário, ele ou ela pode; assistir, pausar, e buscar o que
lhe for conveniente. VoD é também completamente comum em hotéis mais
caros. Sistemas VoD que armazenam e provêem uma interface ao usuário para
conteúdo baixado diretamente da internet estão extensamente disponíveis.[1]
Em 1999, a Homechoice se tornou a primeira companhia britânica a
lançar os serviços VOD, mas ficou restrita a Londres. Após terem atraído
40.000 clientes, eles foram comprados pela Tiscali em 2006. Os fornecedores
de TV a cabo Telewest e NTL, finalmente lançaram seus serviços de VoD no
Reino Unido em 2005 na tentativa de arrebatar assinantes do distribuidor de TV
paga, Sky Digital, cuja rede baseada em satélite era incapaz de oferecer o
16
serviço nesse tempo.
O www.reeltime.com é um exemplo de serviço VoD que oferece total
recurso, onde é possível baixar e assistir filmes, trailers, independente dos
filmes e episódios de TV.
É possível programar VoD usando métodos como largura de banda
“skimming”, ou seja, aumentando a banda na escala em que o número de
usuários cresce. [1]
Vejamos um exemplo de como é basicamente a estrutura VoD, através
IN
A
S
da figura 1.
Ambiente IP
MPEG sobre
Fonte
Rec. Stream
IM
Receptores,
Multiplexadores,
Codificadores,
Faturame
Media
Serv.
N
Figura 1 Rede VoD - [2]
U
2.2 nVoD - Near Vídeo on Demand
O sistema, “Near Vídeo on Demand” - (nVoD), é baseado no consumo de
vídeo “Pay-Per-View”, uma técnica usada por multi-canais, usando um meio
com alta largura de banda, pelos mecanismos de distribuição como satélite e
TV a cabo.
As cópias múltiplas de um programa são transmitidas em intervalos
curtos do tempo (tipicamente intervalos entre 10-20 minutos) que fornecem a
conveniência para os expectadores, que podem assistir ao programa ao seu
tempo. Isto é uma forma de intensiva largura de banda e é geralmente fornecido
por grandes operadoras com grande capacidade redundante
17
O nVoD, consiste de um serviço de vídeo à distância. A principal
diferença em relação ao “Vídeo on Demand” é a limitação do controle da
apresentação. No sistema nVoD, o cliente limita-se á escolha da programação
disponível e ao encerramento da seção. [3]
IM
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S
Abaixo pode ser visto na figura 2, um exemplo de interface nVoD.
N
Figura 2 Exemplo de Interface nVoD - [2]
2.3 PVR – Personal Video Recorder
U
Personal Video Recorder é um termo genérico usado para um
dispositivo que é similar a um VCR, mas grava dados da televisão em formato
digital, oposto ao formato analógico do VCR. Os VCR´s utilizam fitas analógicas
para gravar e rodar programas transmitidos sobre a televisão, mas PVR´s
codificam os dados do vídeo em formatos MPEG-1 ou MPEG-2 e armazenam
os dados em um “Hard-Drive”. Os PVR´s tem todas as mesmas funcionalidades
que os VCR´s (gravação, reprodução, avanço rápido, rebobinar, pausar), mais a
habilidade de instantaneamente pular para qualquer parte do programa sem ter
que retroceder ou avançar rapidamente o fluxo dos dados.
18
Um PVR é essencialmente composto de dois elementos: o dispositivo de
“hardware” que armazena semelhante ao “Hard Disk Drive”, fonte e barramento,
e o software na forma de um serviço de assinatura que provê informação sobre
programação e a habilidade de codificar o fluxo dos dados. Dois sistemas
comuns PVR são TiVo e ReplayTV.
Um PVR é também referido como um “Hard Disk Recorder” (HDR),
“Digital Vídeo Recorder” (DVR), “Personal Vídeo Station” (PVS), ou “Personal TV
IN
A
S
Receiver” (PTR). [4] Na figura 3, temos exemplo de um equipamento PVR.
Figura 3 Equipamento Personal Vídeo Recorder- PVR [9]
2.4 nPVR – Network Personal Video Recorder
IM
O nPVR é um acrônimo para “Network Personal Video Recorder”. Sua
função é análoga à de um gravador de vídeo digital com exceção de que ele
U
N
armazena conteúdo em uma rede, em vez de um disco rígido local. [5]
Ao contrário do TiVo, o nPVR não será um gravador ou ‘box’
que os telespectadores tenham de adquirir nas lojas. Consistirá
num serviço ao quais os consumidores irão aderir, distribuído
via TV digital sobre ligação ADSL, que permitirá a criação de
uma grelha personalizada dos programas televisivos. O
consumidor irá criar um perfil de interesses, que depois é usado
pelos operadores para perceber que tipo de conteúdos deve
oferecer.
Este sistema vai aprender gradualmente o que o consumidor
gosta de ver, tal segmentação ajudará os canais a perceber que
tipo de conteúdos deve adquirir. Trata-se da convergência entre
TV e informática, uma vez que a televisão será apresentada
como uma interface informático de interação “simples e suave”
para
o
utilizador.
(FÓRUM
NACIONAL
PELA
DEMOCRATIZAÇÃO DA COMUNICAÇÃO - 2008) [6]
Vejamos na figura 4, um exemplo de interface nPVR, onde é possível
selecionar a programação desejada.
S
19
IN
A
Figura 4 Network Personal Vídeo Recorder - nPVR [3]
2.5 DVR - Digital Vídeo Recorder
IM
Um Digital Vídeo Recorder (DVR) (ou Personal Vídeo Recorder - PVR) é
um dispositivo que grava vídeo, sem o “videotape”, para uma mídia de
armazenamento digital baseado num Hard-Drive. O termo inclui stand-alone,
set-top-box, Portable Media Players (PMP) e software para computadores
N
pessoais, os quais possibilitam a captura e reprodução de vídeo e gravação
para um disco. Alguns fabricantes de equipamento eletrônico têm começado a
oferecer televisões com hardware DVR e software construído na própria
U
televisão. Ele tem também se tornado a principal via para as companhias de
CCTV (“Closed Circuit Television”) para gravar sua vigilância, como ele provê
mais tempo de gravação do que os velhos VCR´s. [7]
O primeiro DVR foi testado em 1965, quando a CBS explorou as
possibilidades de pausa instantânea, câmera lenta e retroceder, para a
transmissão de esportes. A Ampex liberou o primeiro Hard-Disk comercial para
gravar vídeo em 1967. O HS-100 gravou um vídeo análogo, composto dentro
de um Hard-Disk de 14 polegadas de diâmetro, usando modulação FM. Ele
poderia armazenar um máximo de 30 segundos, mas poderia gravar
20
continuamente, e gravar 2x a velocidade normal, para manter a estrutura. [8]
Em 1985, um empregado do centro de ciências físicas de Honeywell,
David Rafner, descreveu primeiro, uma unidade baseada em DVR, projetada
para gravação da TV, time-slipping e skipping commercial. Focada em
multicanal para permitir simultaneamente gravação e reprodução independente.
Amplamente antecipando os desenvolvimentos do DVR, David descreve
possíveis aplicações semelhantes, como compressão “streaming”, edição,
captura, monitoração segura de multi-canais e veículos pilotados remotamente.
[7]. Na figura 5, temos um exemplo de equipamento DVR atual e na figura 6
IN
A
S
como foi o primeiro DVR desenvolvido.
U
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Figura 5 Equipamento DVR – Digital Vídeo Recorder Atual - [7]
Figura 6 Primeiro DVR- HS 100 [8]
21
3. Banda Larga
Banda larga é o nome usado para definir qualquer conexão à Internet
acima da velocidade padrão dos modems analógicos (56 Kbps). Usando linhas
analógicas convencionais, a velocidade máxima de conexão é de 56 Kbps. [10]
Para obter velocidade acima desta, tem-se obrigatoriamente de optar por
uma outra maneira de conexão do computador com o provedor. Atualmente
S
existem inúmeras soluções no mercado.
IN
A
3.1 ISDN
Utilizam as redes de telefonia convencionais para transmitir dados em
velocidades que variam de 64 a 128 Kbps (ISDN). No Brasil, foi conhecido por
conexão ou link dedicado, mas foi superado pela rede xDSL, mais usada
atualmente. Para uma rede de telefonia transmitir dados através destas
tecnologias, ela precisa ser 100% digital além das companhias de telefone
IM
terem que adaptar uma aparelhagem que viabilize a conexão. Requer do
usuário um modem apropriado. É possível ampliar esta tecnologia desde que as
N
redes sejam substituídas por cabo de fibra óptica.
3.2 ADSL
U
ADSL é um tipo de conexão DSL e, comparada a outras formas desta, o
ADSL tem a característica principal de que os dados podem trafegar mais
rápido em um sentido do que em outro. Geralmente, os provedores anunciam o
ADSL como um serviço onde a velocidade de "download" é mais rápida do que
a velocidade usada para "upload". A grande vantagem do ADSL é que o usuário
é conectado ponto a ponto com a central telefônica, sem precisar compartilhar
sua linha com outros usuários, contrariamente ao modem a cabo. O modem ou
roteador ADSL pode ser ligado ao computador via uma placa ethernet, através
de uma porta USB ou ainda em modo wireless (sem fio). A família xDSL ainda
tem como componentes, o HDSL, RADSL, SDSL e VDSL
22
3.3 Modem a cabo (Cable Modem)
Esta tecnologia, utiliza as redes de transmissão de TV por cabo
convencionais (chamadas de CATV - Community Antenna Television) para
transmitir dados em velocidades que variam de 70 Kbps a 150 Mbps, fazendo
uso da porção de banda não utilizada pela TV a cabo. Pesquisas americanas
mostraram que, entre 2004 e 2005, houve um aumento de 29% no número de
usuários de Internet via cabo. [10]
partilham a mesma largura de banda.
S
Utiliza uma topologia de rede compartilhada, onde todos os utilizadores
Para este tipo de acesso à Internet utiliza-se um cabo coaxial e um
IN
A
modem. O computador do usuário deve estar equipado com placa de rede
Ethernet. Nela, conecta-se um cabo par-trançado (UTP). A outra extremidade
deste cabo deve ser ligada ao modem. Ao modem, também é conectado o cabo
coaxial da TV, que servirá para conectar o usuário à Internet. Outra forma de
conexão é através de um conector USB, cujo modem de rede conecta-se ao
computador através de um cabo.
cabo:
IM
Há, atualmente, quatro normas aplicáveis à transmissão de dados via
DOCSIS 1.0/EuroDOCSIS 1.0
•
DOCSIS 1.1/EuroDOCSIS 1.1
N
•
DOCSIS 2.0/EuroDOCSIS 2.0
•
DOCSIS 3.0/EuroDOCSIS 3.0
U
•
A diferença entre os diversos padrões DOCSIS/EuroDOCSIS refere-se
com a forma como se utiliza o espectro de frequências no cabo, estando a
norma EuroDOCSIS mais direcionada ao mercado europeu. A norma DOCSIS
foi no entanto a primeira a ser desenvolvida. As normas DOCSIS 1.0 e 1.1 são
atualmente as mais utilizadas. A norma DOCSIS 2.0 exige alterações
importantes nos equipamentos do ISP. A norma DOCSIS 3.0 exige também
alterações nos equipamentos dos ISP´s e normalmente a troca de modems de
clientes, para utilização da mesma. Mais recentemente foi desenvolvida a
23
norma PacketCable (e a correspondente EuroPacketCable) que define a forma
como se pode implementar telefone no cabo.
No Brasil, as duas maiores companhias de TV a cabo NET, e TVA,
disponibilizam o serviço. Requer do usuário um modem apropriado. Em
Portugal, todas as companhias de TV a cabo disponibilizam Internet a cabo:
TVCabo, Cabovisão, Bragatel, TVTEL, Pluricanal.
S
3.4 Wireless
Utiliza ondas de rádio-freqüência para transmitir os dados. Há várias
tecnologias em uso no Brasil, sendo bastante comum confundi-las. Por
IN
A
exemplo, rádio MMDS/LMDS/DSSS - tecnologia que está se espalhando pelo
interior do Brasil, devido ao baixo custo de manutenção e boas taxas de preço e
velocidade. Consiste em distribuir o sinal da Internet captado por uma linha E1
utilizando antenas e o distribuindo através de POPs (Point of Presence)
espalhados pela cidade, formando uma grande rede de usuários. É muito
comum haver grupos de assinantes - condomínios por exemplo - que juntos
IM
custeam e dividem o custo de todo o equipamento necessário para levar o sinal
até suas residências, tornando o preço individual ainda mais baixo. A
velocidade de acesso corresponde à contratada pelo assinante com o provedor.
N
Wireless WiFi - tecnologia também chamada de Wi-Fi, consiste em jogar
um sinal de rede numa determinada área para que assinantes com modems
adequados em seus computadores captem o sinal e acessem a Internet sem
U
usar um fio sequer. Todos os laptops fabricados a partir de 2003 já vem
preparados para este tipo de acesso, bem como todos os modelos de
Macintosh. Os pontos que disponibilizam o sinal são chamados Hotspots alguns públicos (cafés, aeroportos) e outros privados. A velocidade varia de 256
Kbps até 108 Mbps. A figura 8 mostra um exemplo de roteador Wireless.
24
Figura 8 Roteador Wireless [10]
S
3.5 Satélite
Usada em menor escala por empresas e instituições financeiras, esta
IN
A
tecnologia utiliza satélites de comunicação para transmitir o sinal diretamente
aos computadores que os captam através de antenas parabólicas comuns e
receptores. A grande vantagem é que se pode estabelecer conexão em
qualquer parte do mundo, até mesmo em áreas remotas. A velocidade depende
do satélite envolvido e do serviço. No Brasil, a Embratel oferece o serviço pela
Star One - bidirecional completo - tanto para usuários residenciais como
IM
corporativos. Nos anos 90, a DIRECTV tentou emplacar um serviço desse tipo a
consumidores residenciais nos EUA, mas não obteve sucesso, principalmente
pela banda de transmissão ser unidirecional - era capaz de apenas receber
U
N
informações, sendo necessário um modem simples para a transmissão.
3.6 PLC - Power Line Communications
Ainda no campo da pesquisa por mais de oito anos nos EUA, consiste
em transmitir os sinais de Internet através da rede elétrica. Existem estudos
para implementação comercial e um dos seus maiores problemas é que quanto
maior a distância da casa do usuário aos servidores do provedor, pior fica a
recepção e a velocidade. Atualmente vem sendo testada no Brasil nos estados
de São Paulo , Paraná , Minas Gerais , (pela Eletropaulo , Copel e CEMIG,
respectivamente).
25
O maior problema é a presença dos transformadores. O sinal até poderia
ser transmitido a longas distâncias, porém os dados se perdem quando chegam
aos transformadores. O caso mais próximo do sucesso deu-se na Alemanha,
onde os transformadores não ficam nos postes, mas nas próprias residências.
Porém, o sucesso não foi absoluto, devido à dificuldade de lidar com a alta
tensão encontrada antes dos transformadores. [10]
S
3.7 Tecnologia 3G
A tecnologia 3G é usada pela terceira geração de telefonia móvel. A
primeira foi a dos celulares analógicos e a segunda dos digitais. Como
IN
A
proporciona uma transmissão de dados muito veloz, a tecnologia 3G torna
possível às empresas oferecer pacotes de serviços complexos a custos
acessíveis. Mais de 260 operadoras no mundo já fazem isso.
Entre os serviços prestados estão internet banda larga, TV no celular,
jogos tridimensionais e download de músicas e vídeos com mais rapidez.
IM
Enquanto com a tecnologia de segunda geração de telefonia móvel (2G) o
tempo para baixar uma música pode chegar a 18 minutos, com a 3G, é de
cerca de um minuto. No Japão, 3,5 milhões de celulares com TV foram
N
vendidos em um ano. [29]
U
3.8 Banda Larga no Brasil
Em 2007, a Banda larga no Brasil, embora venha crescendo bastante em
número de usuários e velocidade, é quase 400 vezes mais cara que em outros
países. Principalmente devido a falta de concorrência, falta de regras claras e
alta carga de impostos, além do fato de ainda ser mais lenta que em alguns
outros lugares. Existem 10 milhões de conexões banda larga no Brasil (dados
de Junho de 2008). O número impressiona porque essa era a previsão para
2010. O Barômetro Cisco de Banda Larga, entidade responsável pela pesquisa,
havia publicado uma nova previsão para 2010, de 15 milhões de conexões. Mas
26
frente a esse último resultado, declarou que pretende rever essa meta. No que
diz respeito ao volume de dados, houve aumento de 5600% de 2002 a 2007.
Até 2012 o tráfego deve aumentar mais 800%. [10]
O Megabit por segundo do País chega a custar 716,50 reais, enquanto
no Japão sai pelo equivalente a 1,81 real, aponta TelComp. Os preços pagos
pelo acesso em banda larga no Brasil são centenas de vezes maiores que em
outros países.
A TelComp (Associação Brasileira de Prestadoras de Serviços de
Telecomunicações Competitivas) divulgou em (03/09/07) levantamento de
S
preços de banda larga, tomando como base 1 megabit por segundo (Mbps) e
comparando operadoras brasileiras e empresas que atuam em países da
IN
A
Europa, no Japão e nos Estados Unidos. Veja gráfico abaixo através da figura
U
N
IM
9.
Figura 9 Comparativo de Preços Banda Larga [18]
O alto custo, segundo a entidade, é conseqüência da falta de
concorrência na oferta de banda larga. Outro fator apontado pela pesquisa
como determinante para os brasileiros pagarem uma das maiores taxas para a
banda larga em todo mundo é a pouca competitividade no mercado.
Como resultado dos valores praticados pelas operadoras nacionais,
apenas uma pequena parcela da população, 0,7%, possui acesso à internet de
mais de 1 Mbps. A União Internacional de Telecomunicações, estabelece banda
27
larga como igual ou acima de 2 Mbps.
Segundo a TelComp, a concorrência só será possível se houver uma
significativa otimização da rede pública e diversificação do controle das
plataformas para, assim, aumentar a quantidade de soluções disponíveis aos
consumidores, o que teria efeito direto nos custos do Mbps.
No dia 4 de setembro de 2006, cerca de 100 empresas apresentaram
propostas, mas o Tribunal de Contas da União (TCU) suspendeu o processo
U
N
IM
IN
A
S
para apurar a fórmula de cálculo dos preços mínimos. [17]
28
4. Rede De Acesso Para Video On Demand
Pôde ser visto até aqui, quais são os tipos de VoD existentes, alguns
dos equipamentos envolvidos no processo Vídeo on Demand, quais tecnologias
possibilitam estes acessos e a seguir descreveremos um pouco sobre o
condicionamento da rede para que o usuário possa ter acesso ao conteúdo que
deseja armazenar ou assistir, de que forma está armazenado, e como chega
4.1 Mudanças de Conceitos
S
até o usuário.
IN
A
Através da idéia de Temporalidade, ou seja, qualidade de Temporal ou
Provisório, a programação a que estamos acostumados, passa a ser sob
demanda, como na Internet, que já se utiliza deste conceito.
Os pacotes passarão a ser personalizados, de acordo com a vontade
de cada usuário. Vivenciaremos também o efeito da digitalização, onde as
IM
cópias serão perfeitas e em contra partida deverá ocorrer uma maior
preocupação e combate à pirataria.
N
4.2 Principais Questões para Prestação do Serviço de Vídeo
Os serviços de vídeo não admitem atrasos ou perda da informação. Os
usuários se sentirão motivados a assistir cada vez mais programas de vídeo no
U
computador, porém, a sensação de assistir aos filmes na TV ainda é
incomparável. Isso significa que é necessário um dispositivo na casa do usuário
para fazer a conversão do sinal digital recebido para analógico, conforme
descritos no capítulo 2. E, além disso, ainda podemos ter outros serviços
combinados, como:
•
Identificador de chamada na TV;
•
Programar VoD/PPV/PVR usando Computador/PDA/Telefone;
•
Interação da programação da TV com o Computador;
•
SMS na TV/Computador;
29
•
TV em Grupo (Comunidades Virtuais) – Computador/Telefone;
•
Histórico de Chamadas/Histórico de Vídeos.
É necessário um grande esforço técnico, com a realização de
investimentos significativos em toda planta, para ampliar e adequar toda
estrutura de redes da empresa visando viabilizar a prestação de serviços em
tempo real com a qualidade necessária.
O conteúdo também é um dos principais itens a ser resolvido
efetivamente junto às produtoras de vídeo e redes de televisão. Sem conteúdo
atrativo o produto não será viável comercialmente. [11] Vejamos um exemplo
S
simples de como seria o caminho percorrido pelo vídeo até chegar ao usuário,
IN
A
como nos mostra a Figura 10.
IM
Rede
U
N
Servidores
Internet
Voz
Vídeo
Gerenciador
de Banda
DSLAM
ADSL
IAD
Residência do
Figura 10 Rede de Aceso VoD - [11]
30
4.2.1 Servidores
Os servidores são equipamentos como computadores dotados de
grande capacidade de armazenamento e processamento onde são mantidos os
filmes, vídeos, comerciais ou outro tipo qualquer de mídia visual que
possibilitam ao usuário final receber em sua casa ou em seu equipamento
através da rede e assistir a qualquer tempo. Esses servidores geralmente ficam
alocados em um Data Center – Local físico, geralmente da operadora de
Telecom ou provedora do serviço VoD, com toda infra-estrutura necessária para
a continuidade do serviço, como no-breaks, segurança, redundância para caso
S
de falhas e monitoramento 24x7, ou seja, 24 horas por dia 7, dias por semana.
IN
A
4.2.2 Rede
A rede, é um dos mais importantes elementos no contexto VoD, pois,
não adiantaria nada termos os Servidores, os vídeos, os equipamentos na casa
do usuário se não tivermos esse elo chamado rede.
Podemos compreender como rede, toda estrutura de cabos de cobre,
IM
fibras, equipamentos de rádio freqüência, switches, roteadores, etc, que têm a
responsabilidade de interligar o usuário a um ponto onde estejam armazenados
os vídeos, conforme descrevemos no tópico anterior, um Data Center, por
U
N
exemplo. Vejamos na figura 9.
Figura 11 Elementos componentes da Rede [11]
31
4.2.3 Modem ADSL
Na residência ou escritório do usuário é instalado um modem ADSL
(Asymmetric Digital Subscriber Line) – para conexão com um PC. O modem é
geralmente conectado a uma placa de rede do micro. Este micro pode servir de
servidor para uma pequena rede local. Divisores de Potência e filtros colocados
na residência do usuário e na estação telefônica permitem a separação do sinal
de voz da chamada telefônica do tráfego de dados via ADSL.
S
4.2.4 DSLAM
Na estação telefônica cada par telefônico é conectado a um
IN
A
multiplexador de acesso DSL (DSLAM – Digital Subscriber Line Access
Multiplexer). A função do DSLAM é concentrar o tráfego de dados das várias
linhas com modem DSL e conectá-lo com a rede de dados. O DSLAM pode ser
comparado a um roteador, pois, faz a distribuição da conexão com a internet
para os assinantes de telefone que optarem por esse serviço. A rede de dados a
que se conecta o DSLAM poderá ser a rede do provedor de conexão a Internet
IM
ou qualquer outro tipo de rede de dados. [12]
U
N
4.2.5 IAD
De acordo com NENO (2005), IAD - Integrated Access Device
(ou ATA): Dispositivo que permite ao usuário utilizar o serviço
com telefones analógicos ou PABX da sua empresa, sem a
necessidade de um computador ou telefone IP. Voltada para
planos corporativos, custa em torno de US$ 50 por porta. [13]
De acordo com STECKBENBILLER (2003), o IAD é uma
alternativa aos modems DSL, que são normalmente usados
para conexões Internet de banda larga. Isto permite continuar
utilizando normalmente o telefone, pois o DSL funciona
paralelamente à linha telefônica, sem ocupá-la.
A vantagem do IAD é conceder prioridade à transmissão de voz
em relação a outras informações. O hardware baseia-se numa
combinação do processor de protocolo (VoIP) e processores de
sinais digitais (DSP). O sistema possui entradas analógicas
para microfones; os sinais acústicos da voz são transformados
em informação digital e transmitidos imediatamente. As outras
informações que estiverem sendo transmitidas na rede terão de
esperar. [14]
32
No próximo capítulo descreveremos um pouco sobre Multicast IP e os
principais protocolos de comunicação RTP e RTCP, além da codificação de
U
N
IM
IN
A
S
vídeo, como por exemplo, o MPEG, um tipo de codec usado no serviço de
Vídeo on Demand.
33
5. IP Multicast
Há muitos anos que inúmeros cientistas e pesquisadores vêm
buscando alternativas viáveis com intuito de resolver definitivamente o
problema de escalabilidade de um serviço de transmissão de mídia na Internet.
O IP Multicast foi proposto para melhorar a eficiência na comunicação
de um-para-muitos e de muitos-para-muitos na Internet. No IP Multicast os
dados só passam por um enlace de comunicação uma única vez e são
replicados nos roteadores para os clientes que desejam receber o conteúdo.
S
Essa arquitetura fornece a robustez necessária para prover a escalabilidade
que os usuários de serviços multimídia requerem atualmente na internet. [15]
IN
A
Através da figura 12 é possível visualizar o exemplo de como os dados
U
N
IM
passam pelos enlaces até chegar ao solicitante da sessão.
Figura 12 Exemplo Multicast [23]
Multicast IP é um protocolo que manda pacotes eficientemente para
múltiplos pontos distintos, ao mesmo tempo, em redes TCP/IP, usando um
endereço Multicast, de 224.0.0.0 a 239.255.255.255 [RFC1112]. É comumente
34
associado com aplicações de áudio/vídeo, por exemplo, RTP. [24]
5.1 Sistemas Comerciais
Conforme já visto anteriormente a tendência é que haja cada vez mais
demanda por serviços multimídia, dada a convergência das redes e o
crescimento dos acessos em banda larga. Os usuários buscam por novidades e
conteúdos atrativos na grande rede.
S
Esta nova geração de redes permite também o surgimento de novas
aplicações, aumentando o leque de ofertas por parte de provedores de serviço
e de conteúdo, e também possibilitando mais conforto e opções aos assinantes.
IN
A
O serviço de TV por assinatura através de redes IP (IPTV), admite novas
funcionalidades como PVR, VoD, acesso ao sistema bancário (t-banking), entre
outras. [15]
IM
5.2 RTP – Real Time Protocol
O RTP é um protocolo utilizado para o transporte de mídias contínuas
de tempo real em uma conexão ponto a ponto, como áudio, vídeo ou dados de
uma simulação. Pode ser usado não somente em uma comunicação ponto a
N
ponto, mas também pode ser usada em uma comunicação multidestinatária
utilizando um endereço IP da faixa reservada para grupos multicast
U
(transmissão multidestinatária). Este protocolo não reserva recursos nem
garante qualidade de serviço (QoS), porém ele é freqüentemente utilizado em
paralelo com o RTCP (RTP Control Protocol) permitindo que haja uma certa
monitoração da comunicação. O uso deste protocolo será descrito na sessão
seguinte deste documento. RTP e RTCP são utilizados paralelamente, mas os
pacotes de cada protocolo são transmitidos de forma independente.
Diferentes tipos de mídia serão enviados em diferentes sessões de
RTP mesmo que façam parte da mesma comunicação. Por exemplo, em uma
videoconferência são transmitidos dois tipos de mídia (áudio e vídeo), os
35
pacotes de áudio serão transmitidos por uma sessão RTP enquanto os pacotes
contendo as imagens serão transmitidos por uma sessão RTP completamente
diferente e independente.
O protocolo RTP ainda leva em consideração a possibilidade de haver
receptores que queiram receber a mídia em um formato diferente dos demais.
Alguns podem ter a sua disposição maiores bandas ou conexões de alta
velocidade, não seria adequado forçá-los a receber vídeos e áudios de
qualidade reduzida por causa da conexão dos demais participantes. Nestes
casos o protocolo usa um Misturador (Mixer). Este é posicionado perto de locais
S
da rede com banda passante reduzida. Ele toma as mídias dos pacotes que
chegam neste ponto, ressincronizá-os e gera um único pacote com as mídias
reconstruídas, mantendo uma identificação das fontes que contribuíram para
receptores corretos.
IN
A
esta comunicação, de modo que as informações corretas sejam recebidas pelos
Outro componente utilizado pelo RTP é um tradutor (Translator). Este é
utilizado quando um usuário se encontra bloqueado para pacotes, como por
exemplo, atrás de um firewall ou em comunicações entre participantes
IM
utilizando IP e UDP. Um tradutor é posicionado de cada lado da barreira, o
primeiro receberá o pacote e o traduzirá para um formato que tenha permissão
de passar, o segundo tomará esta forma traduzida, a transformará da forma
necessária para entendimento dos receptores e transmitirá adiante seja para
N
um único destino (unicast) ou multidestinatária (multicast). A figura 15 mostra o
U
cabeçalho RTP com seus campos.
Figura 15 Cabeçalho RTP – [16]
36
Abaixo se verifica as informações contidas no cabeçalho RTP:
•
V (Versão) - 2 bits
Identifica a versão de RTP utilizada. Este item descreve a versão "dois"
do protocolo. A versão 0 foi inicialmente desenvolvida para o VAT (ferramenta
de transmissão de áudio).
•
P (Acolchoamento ou Padding) - 1 bit
Este bit é "um" quando existem um ou mais octetos adicionais ao final do
S
pacote que não fazem parte dos dados. Estes deverão ser ignorados, pois, está
ali apenas devido a certos algoritmos de encriptação necessitarem um tamanho
IN
A
fixo dos blocos. O último octeto de acolchoamento possuirá a informação de
quantos octetos foram inseridos.
•
X (Extensão) - 1 bit
Se este bit for "um", o cabeçalho fixo será seguido de apenas uma
extensão de cabeçalho.
Conta de CSRC - 4 bits
IM
•
Quantidade de identificadores CSRC presentes no cabeçalho. Este será
explicado mais à frente. O número de CSRC's está limitado entre 0 e 15.
M (Marcador) - 1 bit
N
•
Este bit pode ser usado pela aplicação para marcar determinados
pacotes.
Tipo de dados - 7 bits
U
•
Este campo define que tipo de dados há no pacote e como devem ser
interpretados pela aplicação.
•
Número Seqüencial - 16 bits
Este campo serve para ordenar os pacotes de uma comunicação, sendo
que o primeiro pacote recebe um número seqüencial aleatório e os seguintes
recebem o número seqüencial do pacote imediatamente anterior incrementado
de um.
37
•
Carimbo de Tempo - 32 bits
Ilustra o momento em que o primeiro octeto dos dados foi gerado.
•
Identificador SSRC (Fonte de Sincronização ou Synchronization Source)
- 32 bits
Identifica as fontes de sincronização. Cada participante de uma sessão
RTP escolhe de forma aleatória um identificador SSRC que irá identificá-lo
dentro desta sessão frente aos outros participantes. A probabilidade de duas
fontes escolherem o mesmo SSRC é quase nula, mas mesmo assim, todas as
•
S
aplicações RTP devem estar preparadas para detectar e solucionar colisões.
Identificador CSRC (Fonte Contribuinte ou Contributing Source) - 32 bits
IN
A
Identifica as fontes que contribuíram para a formação dos dados contidos
no pacote. Este identificador se aplica a pacotes gerados por Misturadores.
5.3 RTCP – Real Time Control Protocol
IM
O protocolo RTCP é muito utilizado em paralelo ao RTP contribuindo
para que a distribuição dos dados ocorra de uma maneira escalável ao ponto de
permitir grandes transmissões multidestinatárias e também provendo certo
controle e identificação dos participantes da comunicação.
N
Sendo a transmissão multidestinatária, se mostra importante haver
relatórios do recebimento dos pacotes de modo que se possa identificar falhas
U
na distribuição dos mesmos. Alguém observando os relatórios deve ser capaz
de avaliar se um problema é local ou global. Pode-se inclusive ter uma entidade
cuja única função é monitorar a distribuição sem participar da comunicação.
Já que há uma previsão de que todos os participantes estarão
enviando pacotes RTCP a todo o momento, é necessário restringir a taxa de
transmissões dos mesmos de acordo com o número de participantes de modo a
não sobrecarregar a rede, de modo que este problema não restrinja o número
de participantes na comunicação RTP. Ao iniciar-se uma sessão RTP cada
participante deve enviar um pacote de controle a todos os outros de forma que
38
cada participante saberá quantos outros fazem parte desta sessão e calculará
qual deverá ser a taxa de seus pacotes de controle baseado neste número.
Estas considerações são obrigatórias em uma comunicação multidestinatária.
O RTCP também será responsável por distribuir o nome canônico dos
participantes (CNAME), este deve ser único para cada um dos participantes. O
identificador das fontes de sincronização (SSRC) pode mudar caso haja
conflito, mas não é permitido escolher CNAME's conflitantes, e o participante
continuará a ser reconhecido através deste. Também em transmissões
multimídias, cada tipo de mídia é transmitido em uma sessão RTP
S
independente e, portanto uma mesma fonte pode ter identificadores SSRC
diferentes para cada uma, já que este é escolhido aleatoriamente para cada
sessão. O CNAME garantirá que as diferentes mídias serão reconhecidas como
IN
A
parte de uma única comunicação daquele participante, tornando possível, por
exemplo, sincronizar áudio e vídeo.
Para contribuir com o protocolo RTP o RTCP utiliza os seguintes 5
tipos de pacote:
SR (Sender Report)
IM
Este pacote contém um relatório de envio e recebimento de pacotes
RTP por participantes que são fontes ativas, ou seja, participam ativamente
contribuindo para o envio de pacotes.
N
RR (Receiver Report)
Este pacote contém um relatório de recebimento de pacotes RTP por
participantes que não são fontes ativas, ou seja, não participam ativamente
U
contribuindo para o envio de pacotes.
SDES (Source Description Items)
Este é um pacote descritivo do participante e inclui a informação do seu
CNAME.
BYE
Indica a saída deste participante da comunicação e precisa conter a
SSRC/CSRC para sua identificação
39
APP
Contém funções específicas da aplicação
É aceitável concatenar estes pacotes em um único para diminuir o
tráfego, porém um pacote concatenado precisa impreterivelmente iniciar-se com
um SR ou RR e caso um BYE seja transmitido nele, esta deverá ser a última
informação contida neste pacote. [16]
S
5.4 CoDec
CoDec é o acrônimo de Codificador/Decodificador, dispositivo de
codecs:
IN
A
hardware ou software que codifica/decodifica sinais. Existem dois tipos de
•
Sem perdas
•
Com Perdas
IM
5.4.1 Codecs sem Perdas
Os codecs sem perdas são os que codificam som ou imagem para
comprimir o arquivo sem alterar o som ou imagem originais. Se o arquivo for
N
descomprimido, o novo arquivo será idêntico ao original. Esse tipo de codec
normalmente gera arquivos codificados que são entre 2 a 3 vezes menores que
os arquivos originais. São muito utilizados em rádios e emissoras de televisão
U
para manter a qualidade do som ou imagem. Para vídeo temos como exemplo
HuffYUV, H.264 e Ffmpeg. Será descrito mais adiante sobre alguns dos
principais Codecs utilizados em VoD.
5.4.2 Codecs com Perdas
Os codecs com perdas são codecs que codificam som ou imagem,
gerando uma certa perda de qualidade com a finalidade de alcançar maiores
40
taxas de compressão. Essa perda de qualidade é balanceada com a taxa de
compressão para que não sejam criados artefatos perceptíveis.
Por exemplo, se um instrumento muito baixo toca ao mesmo tempo que
outro instrumento mais alto, o primeiro é suprimido, já que dificilmente será
ouvido. Nesse caso, somente um ouvido bem treinado pode identificar que o
instrumento foi suprimido.
Os codecs com perdas foram criados para comprimir os arquivos de som
ou imagem a taxas de compressão muito altas. Por exemplo, o Vorbis e o Mp3
são codecs para som que facilmente comprimem o arquivo de som em 10 a 12
S
vezes o tamanho original, sem gerar artefatos significativos. Exemplos de
codecs com perdas para vídeo, temos o Xvid, DivX, RMVB, WMV, Theora e
5.4.3 Taxa de Bits
IN
A
Sorenson. E para imagens temos o JPEG, JPEG 2000 e GIF.
A taxa de bits ou bitrate, em inglês, é uma das medidas da qualidade
IM
de um arquivo comprimido. A taxa de bits representa o tamanho final desejado
para o arquivo e, normalmente, é apresentada como Kbit/s. 1 Kbit/s significa
que a cada segundo, o codec tem 1000 bits do arquivo final para utilizar, ou
seja, se um arquivo de som tem 8 segundos e é comprimido a uma taxa de 1
N
Kbit/s, o arquivo final terá 8 Kbits ou 1 Kbyte. Conclui-se, então, que quanto
maior for a taxa de bits, melhor será a qualidade do arquivo final, já que o codec
U
terá mais espaço para poder comprimir o arquivo original, necessitando
descartar menos informações do arquivo.
Com a popularização do MP3, a taxa de bits de 128 Kbits/s (128000
bits/s = 16 Kbytes/s) foi muito utilizada, já que, no início, essa era a menor taxa
de bits que o MP3 poderia utilizar para gerar um arquivo final com boa
qualidade. Hoje em dia, com os codecs mais avançados, pode-se gerar
arquivos com 64 Kbits/s de qualidade semelhante aos primeiros MP3.
As taxas de bits podem ser divididas em três categorias principais:
•
CBR (constant bitrate)
41
O codec utiliza uma taxa de bits constante em toda a duração do arquivo.
Isso significa que em momentos de silêncio provavelmente haverá
desperdício de espaço, enquanto que em momentos de muita
intensidade sonora haverá perda maior de informação acústica.
•
VBR (variable bitrate)
O codec utiliza uma taxa de bits variável, dessa forma otimizando a
utilização do espaço, ao permitir maior uso deste para os momentos
mais necessários e reduzindo a taxa de bits ao mínimo nos momentos de
•
ABR (average bitrate)
S
silêncio. A maioria dos codecs sem perdas utiliza esse formato.
Um tipo específico de VBR que garante que ao final do processo de
IN
A
compressão o arquivo terá uma taxa de bits média pré-definida. [19]
5.5 Codecs e Players Mais Utilizados
IM
Como existe uma grande diversidade de Codecs de vídeo e players no
mercado fica impraticável descrever sobre todos, faremos um apanhado sobre
alguns dos principais que são utilizados e veremos no teste prático como é o
seu comportamento, quais são os maiores consumidores de banda e quais têm
N
melhor qualidade, os quais explicaremos seu conceito a seguir:
U
5.5.1 FLV (Flash Live Vídeo)
O FLV é o formato de arquivo de vídeo originário do Adobe Flash
Player utilizado a partir da versão 6 do software [25]. O mais recente
lançamento público do Flash Player suporta H.264, além deste, suporta também
VP6, MPEG4 ASP e Sorenson H.263. Este formato tornou-se muito comum na
Internet em sites como Youtube, Google Video, Reuters.com, o Yahoo! Além
destes muitas operações de canais de notícias de televisão também estão
42
usando flash vídeo em seus sites, pois é possível inserir Flash Vídeo em
páginas da web e visualizar o vídeo dentro de um navegador [20].
Devido à grande popularidade que sites como o Youtube ganharam na
Internet, podemos dizer que o FLV é um dos formatos mais utilizados
atualmente.
5.5.2 WMV (Windows Media Video)
S
Windows Media Vídeo é um formato de arquivo de vídeo comprimido
por diversos codecs proprietários desenvolvidos pela Microsoft. [26] O codec
original, conhecido como WMV foi desenhando originalmente para Internet para
IN
A
aplicações Streaming como um competidor ao RealVídeo. Outros codecs, tais
como WMV Screen e WMV Image, servem para conteúdos especializados.
Através da padronização do SMTPE (Society Of Motion Picture and Television
Engineers), o WMV ganhou aprovação para entrega física de formatos em disco
como o HD-DVD e Blue-ray. O WMV parou na versão 9 e a Microsoft alega que
o WMV-9 fornece uma taxa de compressão que é duas vezes melhor do que o
IM
MPEG-4 e três vezes melhor do que o MPEG-2. [20]
A grande vantagem de se utilizar esse formato é a integração dos vídeos
com programas notadamente conhecidos da Microsoft como Windows Media
N
Player. Vale destacar ainda outros players, como KMPlayer, Power DVD,
RealPlayer, VLC Media Player, Zoom Player e Media Player Classic. [21]
U
Quanto ao player, que hoje está na versão 11, tem características de ser
pesado e não rodar uma boa quantidade de codecs e muitas vezes ao tentar
baixar codec direto do site da Microsoft não funciona.
5.5.3 MPEG-4
O MPEG, é o acrônimo de Moving Picture Experts Group, é o nome de
uma família de padrões utilizados para codificação de informação áudio-visual,
por exemplo, (filmes, vídeo, música) em formato digital comprimido.
43
A maior vantagem do MPEG em comparação com outros formatos de
codificação de áudio e vídeo é que os arquivos MPEG são muito menores para
a mesma qualidade. Isto acontece porque a compressão MPEG utiliza técnicas
muito sofisticadas. [28]
O MPEG-4 absorve muito das funcionalidades do MPEG-1 e MPEG-2.
Inicialmente, ele foi destinado principalmente a baixa taxa de bits de vídeo, no
entanto posteriormente expandiu-se muito mais de uma codificação padrão
multimídia. É bastante eficiente através de uma variedade de taxas de bits que
vão de alguns kilobits por segundo para dezenas de megabits por segundo, ele
S
fornece as seguintes funcionalidades:
Melhor eficiência na codificação;
•
Capacidade de codificar dados de media mista (vídeo, áudio, voz);
•
Resiliência a erros para permitir transmissão robusta.
IN
A
•
Este padrão permite aos desenvolvedores controlar melhor o seu
conteúdo e de lutar mais eficazmente contra as violações direitos autorais. [20]
Como pode ser estudado, este é um padrão que vem crescendo ao longo
do tempo e traz muito mais benefícios aos usuários finais, pois, além de ter uma
IM
qualidade excelente os arquivos finais ainda ficam com tamanhos relativamente
menores que os demais codecs e assim sendo possível aproveitar melhor a
N
largura de banda.
5.5.4 H.263
U
O H.263 é um codec de vídeo com padrão originalmente concebido
pelo ITU-T em um projeto finalizado entre 1995/1996 com um baixo bitrate é um
formato comprimido para videoconferência. Trata-se de um membro da família
H.26x de codificação de vídeo das normas no domínio da ITU-T Video Coding
Experts Groups (VCEG). O codec foi primeiramente projetado para ser utilizado
em sistemas H.324 (PSTN redes comutada por circuito, videoconferência e
videotelefonia, mas desde então, passou a integrar outras soluções como
utilização H.323 (RTP/IP baseado em vídeo conferência), H.320 (ISDN à base
de videoconferência), RTSP (streaming media) e SIP (Internet conferencing).
Após o H.263 o próximo codec desenvolvido pelo ITU-T VCEG (em
44
parceria com MPEG) foi o padrão H.264 também conhecido como AVC e
MPEG-4 parte 10. Embora o H.263 seja um padrão não tão antigo, a maiorias
dos novos produtos já incluem videoconferência H.264, embutidas as
capacidades H.263 e H.261. [20]
Antigamente, por experiência vivenciada, em vídeo conferência, não
podia se fazer basicamente nenhum movimento brusco que a imagem
transmitida ficava totalmente comprometida para o receptor, com certeza devido
ao baixo bitrate. Como a exigência e qualidade são crescentes entre os
usuários deste tipo de serviço, novas funcionalidades foram acopladas e
S
melhorias feitas para suprir estas necessidades, como veremos sobre o
IN
A
próximo codec.
5.5.5 H.264/MPEG-4 AVC
O H.264 é um padrão para compressão de vídeo também conhecido
como MPEG-4 Parte 10, ou MPEG-4 AVC (Codificação de Vídeo Avançada). É
IM
um dos últimos codecs desenvolvidos pela ITU-T Video Coding Experts Group
(VCEG), juntamente com a norma ISO / IEC MPEG (MPEG) como o produto de
uma parceria e esforço conhecido como o Conjunto Video Team (JVT). A
redação final dos trabalhos sobre a primeira versão do padrão foi concluída em
N
maio de 2003. A intenção do projeto H.264/AVC era criar um padrão capaz de
prover boa qualidade de vídeo com substancial bitrate mais baixo que os
padrões anteriores (exemplo MPEG-2, H.263 ou MPEG-4 Parte 2) sem
U
aumentar muito a complexidade do projeto de modo que se tornasse
impraticável ou excessivamente caro para implementar.
O H.264/AVC já tem uma grande adoção do seu uso em poucos anos
após a realização da norma. Utilizado em aplicações que vão desde a emissão
televisiva de vídeo para dispositivos móveis. As novas gerações de discos
ópticos já contam com o formato H.264/AVC implantando, como por exemplo
Blue-ray, HD DVD. Algumas TV´s por satélite utilizarão a nova norma, incluindo:
•
DirecTV (nos Estados Unidos)
45
•
Dish Network (nos Estados Unidos)
•
Euro1080 (na Europa)
•
HD5 (MediaCorp TV em Singapura)
•
Sky Italia (na Itália)
•
SVT HD (Sveriges Television na Suécia) [20]
O H.264 apresenta altos índices de qualidade de vídeo em uma grande
variação de largura de banda (de 40 Kbps até acima de 10 Mbps). Como pode
IN
A
S
ser visto na figura 16 abaixo. [21]
IM
Figura 16 Usos do H.264 [21]
Como pode ser visto, o H.264 vem ganhando destaque como um dos
melhores e mais robustos codecs e poderemos comprovar através de testes
N
comparativos feitos e descritos no capítulo 6.
U
5.5.6 Real Vídeo (RV-40)
O Realvídeo é um padrão proprietário desenvolvido pela RealNetworks
[27]. Ele normalmente é usado em conjunto com o padrão de áudio RealAudio,
produzido pela mesma empresa RealNetworks. A sua primeira versão foi
lançada em 1997 usando como base H.263. Atualmente, o RealVídeo não se
utilizada mais do padrão H.263. Ele tem como base agora o codec proprietário
RV40, que foi desenvolvido também pela RealNetworks . O principal uso desse
padrão se dá com a utilização de serviços de streaming de vídeo. O RealVideo
46
utiliza o protocolo aberto Real Time Streaming Protocol (RTSP) criado pela
Internet Engineering Task Force (IETF) para o gerenciamento da conexão com
o servidor de stream de vídeo. No entanto, a transferência do vídeo se processa
através de um protocolo proprietário denominado Real Data Transport (RDT),
impedindo assim que players de outras empresas, que não tenham suporte a
RDT stream, reproduzam o vídeo. [21]
Considerando a quantidade de players existentes no mercado e alguns
até de código aberto como MPlayer for Windows, acreditamos que o uso do
RealVídeo se torne um pouco menor que os demais. Os usuários querem
U
N
IM
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S
facilidades ao baixar, acessar ou assistir um vídeo.
47
6. Considerações Finais
Utilizando o programa Mencoder, foi possível efetuar alguns testes
para verificar o comportamento dos CoDecs, em aspectos como, bitrate,
dimensões da tela e Frame Rate e tamanho final do arquivo, como mostrado na
IM
IN
A
S
figura 17.
Figura 17 Software Mencoder – [22]
N
O teste foi feito da seguinte maneira. A partir de um vídeo com
qualidade de DVD, foi feita então a conversão para outros formatos, como H264
e MPEG. Posteriormente baixamos um vídeo do site www.youtube.com, o qual
U
nos permite escolher o formato, em FLV ou MPEG-4.
E através do software MPlayer for Windows, coletar informações sobre
cada formato de vídeo após a conversão aplicada, de acordo com a figura 18.
S
48
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A
Figura 18 MPlayer for Windows – [22]
Vejamos os resultados obtidos, conforme tabela abaixo:
Tabela 5.3 – Resultado dos Formatos de Vídeo após Conversão
FORMATO
FRAME RATE
TAMANHO ARQUIVO
720X480
720X480
320X240
352X288
29.970
23.981
29.970
25.000
8.668KB
4.526KB
2.681KB
1.378KB
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VOB(DVD)
H.264
MPEG-4
MPEG-1
DIMENSÃO
N
Podemos notar que tanto no formato DVD quanto H.264, possuem
mesma dimensão quando apresentados no player, o que os diferencia é o
tamanho final do arquivo, com um bitrate menor o H.264 apresenta mesma
U
qualidade que o DVD.
De acordo com FILHO (2007), o H.264 está se consolidando
cada vez mais no mercado como o principal padrão de
compressão de vídeo por apresentar excelentes índices de
compressão, aliado ao fato de poder atuar em toda a largura de
banda, podendo ser usado em dispositivos móveis (3G) até
dispositivos que apresentam alta-definição de imagem (HD).
Já o MPEG-4 apresenta um tamanho de arquivo bem menor do que os
formatos (DVD e H.264), devido ao tipo de conversão que foi utilizada, com
49
uma resolução bem menor, porém, não houve percepção de degradação na
qualidade das imagens. Quando rodamos o vídeo no formato DVD ou H.264
temos uma tela maior, contudo, se rodamos o vídeo em MPEG-4 com o formato
320x240 veremos uma tela bem menor, mais quando à maximizamos a
qualidade percebida permanece. O que já não acontece com o MPEG-1, apesar
de sua dimensão ser maior do que a do MPEG-4 sua qualidade está muito
abaixo, isso porque o seu bitrate é baixo e sua compressão é feita com perdas.
Vejamos agora os
resultados
observados nos vídeos
baixados
S
diretamente da Internet.
Tabela 5.4 – Resultado dos Formatos de Vídeo da Internet
DIMENSÃO
FRAME RATE
320X240
320X240
29.970
29.970
TAMANHO ARQUIVO
IN
A
FORMATO
FLV(FLASH)
MPEG-4
4.381KB
5.330KB
Neste caso podemos perceber que a diferença básica entre eles está
no tamanho final do arquivo, pois, o MPEG-4 como já visto anteriormente, tem
uma compressão melhor, já o FLV apesar de apresentar também uma boa
IM
qualidade, ele tem perdas, devido suas propriedades de ser um codec voltado
principalmente para visualização em browsers de usuários, para tornar o fluxo
melhor e mais rápido.
Podemos concluir então que a família MPEG tem uma boa
N
desenvoltura e atinge bons resultados nos padrões compressão e qualidade.
Destacamos também a importância do padrão H.264, em concordância com a
U
contribuição citada abaixo.
De acordo com FILHO (2007), o H.264 apresenta excelentes
resultados de compressão e pode ser usado em uma grande
largura de banda. Apontamos também o H.264 como o padrão
de compressão de vídeo mais promissor dentre os estudados.
Pode surgir então uma questão. Qual é o melhor codec para aplicação
Vídeo On Demand?
A resposta é: Depende de qual dispositivo e qual a largura de banda
disponível para assistir a este vídeo. Conforme estudado, quanto maior o
50
bitrate, maior será o tamanho final do arquivo. Se estivermos utilizando uma
aplicação 3G, pode ser que um codec do tipo MPEG1 seja suficiente para
atingir a qualidade desejada devido à dimensão da tela do dispositivo, mas se
estamos assistindo num computador ou numa tela de 17 ou 19 polegadas ou
mesmo numa TV, o codec deve ser o que apresentar melhor qualidade, como
visto o H.264 e o MPEG-4 apresentam resultados bem satisfatórios e tendem a
U
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ser bastante utilizados para as aplicações de VoD.
51
7. Trabalhos Futuros
Este trabalho teve como objetivo verificar quais os codecs mais
utilizados e fazer uma comparação entre eles para tentar definir qual é o melhor
para visualizarmos os vídeos através de um dispositivo.
Buscando um aprofundamento no assunto, propomos como trabalhos
futuros, a montagem de um cenário real com um servidor de vídeo alocado
numa LAN, com alguns vídeos codificados em vários formatos diferentes e
através de uma conexão ADSL, estabelecer mais de uma sessão com o
processamento do
S
servidor e buscar um determinado vídeo, observando o
servidor, a velocidade em que os dados são recebidos e a qualidade percebida
U
N
IM
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A
de acordo com cada formato de vídeo.
52
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