IPTV

Laurinei FergutzRedes de Computadores e de

Telecomunicações 2

PUC-PR PPGIA – Curitiba – Novembro de 2007

Agenda

• Introdução• Arquitetura IPTV• Serviços IPTV• Protocolos e Padrões IPTV• Video Digital MPEG • QoS/QoE• Pontos de Atraso na Rede• Mecanismo Para Reduzir Atraso/Perdas• Conclusão e Ref. Bibliográficas

Introdução

• IPTV - Internet Protocol TeleVision

Introdução

• Baixo custo - devido ao aproveitamento da infraestrutura já existente;

• Flexibilidade – utilização da rede IP;• Utilização de serviços integrados• Conjunto de funcionalidades:

• Interatividade com a internet• Personalização de acordo com o perfil do cliente• Facilidades da TV convencional

• Controle de Acesso• Gerenciamento de conteúdo• Multiplas formas de transmissão• Compressão de Video Digital MPEG

Arquitetura IPTV

Arquitetura IPTV

HeadEnd ou Fonte de Conteúdo

• o Captura de midia para distribuição.• o Esquema de codificação (MPEG-2 ou MPEG-4).• o Encapsulamento em pacotes IP.• o Broadcast – responsável por toda a media ao vivo

nos canais de TV. (Multicast)• o Serviços de Video Sob Demanda (VoD) com fonte

de armazenamento de mídia. (Unicast)

Arquitetura IPTV

Nós de Serviço ou Rede Core• o  Ponto de entrada para o conteúdo de midia vindo de

diferentes fontes para ser multiplexado dentro da rede de dados.

• o Reformatados e encapsulados para serem transmitidos com apropriada qualidade de serviço

WAN • o Backbone de dados usado para o transporte da mídia.• o Suporte a multicast, otimização para reduzir

transporte redundante de dados. • PIM-SSM (fonte de endereços multicast muda

frequentemente).• PIM/LSP (provedores de serviços são estáveis).

Arquitetura IPTV

Links de acesso do cliente ou Rede de Acesso• Linhas de acesso da rede para cliente. (ADSL2+, VDSL,

PON) - lastmile Equipamento do Cliente (CPE) ou Rede Doméstica • Conhecido também como Home gateway ele pode ligar

os outros equipamentos da casa a rede, tal como telefone VoIP, conectividade a internet, caracterizando o cenário triple play.Cliente IPTV

• STB - Recebe o tráfego IPTV e apresenta a midia ao usuário. Autenticação, decodifica, encaminha o conteúdo para o especifico dispositivo, interatividade e gravação. A interface com o usuário deve ser bastante amigável e de fácil utilização.

Comunicação STB

1)  Baixa imagem de boot de um servidor TFTP

2)  Registra-se ao servidor middleware

3)  Recebe lista de canais, diretórios de aplicativos

4)  Membro do IGMP reporta indicando o canal atual ou um próximo a ser indicado

5) Todo canal toma um endereço multicast

6)  IGMP - fica em um canal ou deixa o atual canal

STB tem um serviço recebendo o conteúdo do canal.

8) IGMP - deixar o grupo

9)  Pacote desligado

Serviços IPTV

IPTV Broadcast• Distribuida usando IP Multicast• Dimensionado de acordo a taxa de bit (CBR)• Cable

• Multiplos programas por grupo ou canal multicast

• DSL• Entrega end2end: Video HE para IP STB• Único Programa por grupo canal multicast• Seleção de Serviço com IGMP

• Etth/Ftth• Menos largura de banda imposta por VBR e HD• Multiplos streams concorrentes

• Utilização • – eventos esportivos, catastrofes, finais de grandes programas.

Serviços IPTV

IPTV – Video sobre Demanda (VoD)• Distribuido usando IP Unicast• Dimensionado de acordo concorrência na hora

de pico.• Cable

– Distribuição10GE – RHE para Hubs

• DSL– Entrega End2end – PoP Cidade para IP STB– Seleção de Serviço com HTTP ou RTSP

• ETTH/FTTH– Sem imposição de VBR e HD– Múltiplos streams concorrentes

Serviços IPTVProcesso de chaveamento de canal:1 - Usuário inicia com um requesição (botão ou

controle)2 - Se o canal não está sendo transmitido para o STB,

ele traduz a requesição de IGMP Leave enviada para rede.

3 – O roteador final responde com uma query IGMP ou encaminha a mensagem Leave para o próximo roteador, este processo continua até ele encontrar o servidor final.

4 – O STB envia um IGMP Join Request.5 – O nó servidor prepara um novo stream para o

requesitado canal e inicia a transmissão de video.6 – STB inicia a recepeçào do stream vindo da rede, faz

um buffer e inicia a decodificação enviando a imagem para TV.

Serviços IPTV

Protocolos e Padrões - IPTV

• RFC2326 (Video Sob demanda) - Real-Time Streaming Protocol – RTSP

• RFC2250 – RTP Payloads for MPEG-1/2 streams.• RFC 1889 – RTP e RTCP, provisionando um método de

transporte independente e camada de rede.• RFC 768 – UDP, rede de pacotes chaveada.• RFC 2236 – IGMPv2 (Internet Group Management

Protocol).• RFC 791 – Internet Protocol.• VoIP – SIP (Signaling protocol)• Serviço de transporte provido conjuntamente por UDP e

RTP.

Modelo OSI para IPTV

Encapsulamento de Video

Video Digital MPEG

- Quadros I

- Quadros P

- Quadros B

QoE / QoS

QoS (Quality Of Service) - atraso e perda de pacotes. Métricas QoE (Quality Of Experience): Chaveamento de Canal – atraso aceitável seria da

ordem de 200ms. Qualidade de Midia –1 instante de degradaçao da

imagem no decorrer de 2 horas de programação (requer QoS para perda de pacotes menor que uma perda a cada 1 milhão de pacotes)

Estabilidade – tempo real Segurança – controle de acesso apropriado e

proteção contra pirataria.

Pontos de Atraso na Rede

1 – Atraso no link de acesso – depende da tecnologia empregada, (VDSL, Fibras)

2 – Fim de largura de banda – número de streams simulatâneos. Por exemplo transmitindo MPEG-4 streams de alta qualidade (HD) o limitante seria de 2 streams em um link de acesso ADSL.

3 – Atraso no processamento no STB – poder de processamento do STB, fundamental protocol de rede que está sendo usado.

4 – Mecanismo de acesso – mecanismo usado para o sistema enviar uma requisição para um nó de serviço e recuperar a resposta.

5 – Tempo de preparação do conteúdo – redistribuição configurarem o stream para entregar via links de acesso.

Mecanismos Para Reduzir Atrasos e Perdas

A) Streams Múltiplos – transmitir o máximo de canais possíveis. Semelhante a TV.

 B) Multicast adjacente - expectativa que canais adjacentes são sendo assistidos mais frequentemente pelos usuários. Se um canal é requesitado em um grupo multicast ele também é enviado ao restante do grupo até que o limite de banda seja atingido.

 C) Seleção estatistica de streams simultâneosLista local de favoritos. Escolhas não variam rapidamente em um localizadade.

 D) Mudança de canal instantâneaEle antecipa a transmissão guardando num buffer. Unicast (Microsoft TV)

E) Análise de ConteúdoAnálise do conteúdo MPEG-4

Conclusão

• Vários pontos necessitam de melhoramentos no sistema IPTV.

• Aumentar a qualidade e continuidade do serviço - análise de conteúdo.

• A compressão de vídeo MPEG tem uma característica específica de ter quadros com importâncias diferentes.

QuestãoConsiderando os sistemas de IPTV associe as duas colunas:

(A) QoE ( ) Quadros do tipo I, P e B(B) QoS ( ) Set Top Box(C) MPEG-4 ( ) Para IPTV o atraso e perda de

pacotes são métricas importantes(D)STB ( ) Chaveamento de Canal com atraso

máximo de 200ms(E) Rede de Acesso ( ) ( ) Qualidade de Midia

( ) LastMile – xDSL, Fibra, Cabo Justifique a questão relativa ao item de qualidade de midia: 

Referências Bibliográficas[1]     E. N. Caçador, “Estudo da Transmissão Multimídia em Redes IP”, Dezembro de 2004, Jundiai –

SP Disponível em maio de 2007: www.fatepa.anchieta.br/TCC/2004/Monografia_PFC_Eder_N_Ca%E7ador.pdf

[2]     R. A. Siscoutto, “Sistema de Videoconferência em Redes de Computadores”, Dissertação de Mestrado, Fevereiro 1997, São Carlos-SP

[3]     L. Fergutz, “Aplicação de uma Política Inteligente de Descarte de Pacotes (PIDP) em Múltiplos Tráfegos de Vídeo MPEG”, ERI 2004 - Guarapuava-PR

[4]     O. Landsiedel, G. Minden, “MPEG-4 for Interactive Low-delay Real-time Communication.”, Information and Telecommunication Technology Center – University Of Kansas. Disponível em Maio 2007: www.ittc.ku.edu/publications/documents/landsiedel2003_FY2004-TR-23150-10.pdf

[5]     A.S.Tanenbaum, “Redes de Computadores” 3 ed. Rio de Janeiro: Campus, 1997 pp. 829 – 848.[6]     M.R. Ito and Y. Bai, “A Packet Discard Scheme For Loss Control In Ip Networks With Mpeg Video

Traffic”, ICCS archive - Proceedings of the The 8th International Conference on Communication Systems - Volume 01 table of contents, pp: 497-503, ISBN:0-7803-7510-6, 2002.

[7]     I. Miranda, O. Coutinho Jr, R. Arruda: “Avaliando Desempenho de Políticas de Fila DropTail e SFQ diante de um ataque Distributed Denial of Service” – Universidade da Amazônia, Belém, Disponível em: www.cci.unama.br/margalho/portaltcc/tcc2002/DropTailxSFQ.pdf

[8]     Mandal, Suman K. and Mburu, Michael, “Intelligent Pre-fetching to Reduce Channel Switching Delay in IPTV Systems” - Electrical and Computer Engineering Department Texas A & M University

[9]     Murer, Ricardo, “O Que é IPTV” disponível em: www.softv.com.br