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IPTV Laurinei Fergutz Redes de Computadores e de Telecomunicações 2 PUC-PR PPGIA – Curitiba – Novembro de 2007.

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1 IPTV Laurinei Fergutz Redes de Computadores e de Telecomunicações 2 PUC-PR PPGIA – Curitiba – Novembro de 2007

2 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

3 Introdução IPTV - Internet Protocol TeleVision

4 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

5 Arquitetura IPTV

6 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)

7 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).

8 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.

9 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

10 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.

11 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

12 Serviços IPTV Processo 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.

13 Serviços IPTV

14 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.

15 Modelo OSI para IPTV

16 Encapsulamento de Video

17 Video Digital MPEG - Quadros I - Quadros P - Quadros B

18 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.

19 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.

20 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 simultâneos Lista local de favoritos. Escolhas não variam rapidamente em um localizadade. D) Mudança de canal instantânea Ele antecipa a transmissão guardando num buffer. Unicast (Microsoft TV) E) Análise de Conteúdo Análise do conteúdo MPEG-4

21 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.

22 Questão Considerando 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:

23 Referências Bibliográficas [1] E. N. Caçador, Estudo da Transmissão Multimídia em Redes IP, Dezembro de 2004, Jundiai – SP Disponível em maio de 2007: [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 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: 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: , ISBN: , [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: [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:


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