RESUMEN EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL SERVICIO DE TELEVISIÓN VÍA PROTOCOLO INTERNET (IPTV) PARA UNA EMPRESA DE TELEFONIA FIJA La prestación del servicio de televisión vía protocolo internet IPTV constituye un mecanismo para la entrega de contenido de video digital de alta calidad sobre redes públicas y privadas basadas en protocolo Internet. Al poseer la característica de vidireccionalidad, realmente ofrece al usuario la posibilidad de ver lo que el desea y a la hora que requiere. Se puede enviar por la misma red que se emplea para llevar al hogar otros servicios: acceso de banda ancha, telefonía por Internet, etc. IPTV representa una tecnología de TV que le permite competir para igualar e incluso mejorar la calidad de la distribución de señales digitales de vídeo que hoy implementan la DTV (Televisión Digital) tanto sea en sus versiones terrestre, en CATV (Televisión por Cable) y satelital. Los operadores de telefonía fija, conocidos como TELCOS, que tradicionalmente han prestado comunicación de voz entre sus usuarios, hoy en día han puesto interés en ampliar su portafolio de servicios, producto por un lado ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 1
de las exigencias del mercado y por otro compensar la disminución de ingresos del negocio de voz, servicio que dentro de su ciclo de vida ha pasado la etapa de madurez. Los operadores de telefonía, que por lo general prestan también el servicio de acceso a internet de banda ancha, están considerando cada vez más dentro de su portafolio el de IPTV, es decir prestarían servicios de voz, datos y video, lo que es conocido como Triple Play. Palabras Claves: ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), CAPEX (Capital Expenditure), DRM (Digital Right Management), DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), EPG (Electronic Program Guide), IGMP (Internet Group Management Protocol), IP (Internet Protocol), IPTV (Internet Protocol TV), ITU (International Telecommunication Union), JPEG (Joint Photographic Experts Group), MPEG (Motion Picture Experts Group), MPLS (Multiprotocol Label Switching), NGN (New Generation Network), npvr (Near Video On Demand), NVoD (Near Video On Demand), OPEX (Operational Expenditure), TCP (Transmission Control Protocol), TIR (Tasa Interna de Retorno), UDP (User Data Protocol), VAN (Valor Actual Neto), WACC (Weighted Average Cost of Capital). ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 2
INDICE GENERAL CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN... 21 CAPITULO II: CONCEPTOS DE IPTV... 26 2.1. Definición de IPTV... 26 2.2. Arquitectura de un sistema IPTV... 26 2.2.1. Video Headend.... 27 2.2.2. Red de Transporte IP.... 27 2.2.3. Red de Acceso.... 28 2.2.4. Red de Usuario... 28 2.3. Componentes de un sistema IPTV... 29 2.3.1. Middleware y aplicaciones... 29 2.3.2. Headend.... 35 2.3.3. Sistema de Video bajo demanda (VOD) y cercano VOD (nvod)... 38 2.3.4. Sistema de Protección de Contenido (DRM/CAS)... 40 2.3.5. Red de Usuario (Set Top Box y Home Gateway HG).... 49 2.4. La Televisión Digital y la IPTV... 51 2.4.1. Introducción.-... 51 2.4.2. Comparación con la Televisión Analógica... 53 2.4.3. Formatos de Televisión Digital... 56 2.4.4. Sistema de Transmisión de Video Digital... 60 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 3
2.4.5. Compresión de Video.... 61 2.4.5.1. El estándar de compresión MPEG... 63 2.4.6. Almacenamiento de Video Digital... 74 2.4.7. Transmisión de Video en una red IP.... 75 2.4.7.1. Técnicas de multidifusión... 76 2.4.7.2. Protocolos de Streaming... 78 2.5. Ventajas de los servicios de IPTV... 78 CAPÍTULO III: ANÁLISIS DE LA INFRAESTRUCTURA DE ETAPA.... 81 3.1. Antecedentes... 81 3.2. Infraestructura existente de ETAPA.... 82 3.2.1. Red Multiservicios de Banda Ancha.... 82 3.2.2. Red de Nueva Generación NGN.... 89 3.3.2. Utilización de la infraestructura de ETAPA para la prestación del servicio de IPTV.... 92 CAPÍTULO IV: SOLUCIÓN DE IPTV PARA ETAPA... 95 4.1. Estudio de mercado... 95 4.2. Determinación de la Demanda... 101 4.3. Análisis del tráfico para el Backbone y Acceso... 104 4.3.1. Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol)... 107 4.3.2. Multicast en Switching nivel 2... 109 4.3.2.1. Protocolo IGMP snooping.... 110 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 4
4.3.3. Protocol Independent Multicast (PIM)... 110 4.3.4. Consideraciones para la determinación del ancho de banda... 112 4.3.5. Cálculo del ancho de banda requerido para el backbone.... 114 4.3.6. Cálculo del ancho de banda requerido para el acceso... 120 4.4. Análisis Financiero... 121 4.4.1. Determinación de Costos.... 122 4.4.2. Determinación de ingresos.... 125 4.4.3. Resultados... 127 4.4.4. Análisis de sensibilidad... 128 4.5. Aspectos regulatorios de la prestación de IPTV... 129 4.5.1 Regulación Ecuatoriana... 131 CAPÍTULO V: DESCRIPCIÓN TÉCNICA DEL EQUIPAMIENTO NECESARIO Y RECOMENDACIONES PARA LA IMPLANTACIÓN... 141 5.1. Introducción... 141 5.2. Detalle del equipamiento necesario.... 142 5.2.1. Equipamiento para el Headend... 143 5.2.2. Equipos terminales de usuarios Set Top Box.. 150 5.3. Recomendaciones para la implementación... 152 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 5
CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 157 BIBLIOGRAFIA Y FUENTES DE INFORMACION... 164 INDICE DE FIGURAS... 9 INDICE DE TABLAS... 6 GLOSARIO DE TÉRMINOS... 169 INDICE DE TABLAS Tabla No 1. Suscriptores y densidad de los servicios de televisión codificada y TV por Cable 24 Tabla No 2. Comparación entre televisión analógica y digital..... 54 Tabla No 3. Formatos de la Televisión Digital 58 Tabla No 4.- Formatos MPEG y capacidades.71 Tabla No 5. Capacidad de puertos de nodo óptico 1660 SM..83 Tabla No 6. Capacidad de puertos de nodo óptico 1650 SMC..84 Tabla No 7. Capacidad de puertos de la Red de Multiservicios de Banda Ancha. 85 Tabla No 8. Capacidades según tecnología xdsl..86 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 6
Tabla No 9. Capacidad de puertos de la Red de Nueva Generación..91 Tabla No 10. Composición del mercado en el sector urbano de Cuenca...97 Tabla No 11. Composición del mercado en el sector urbano de Cuenca...98 Tabla No 12. Inferencias según POPE. 99 Tabla No 13. Si una sola empresa presta los tres servicios..99 Tabla No 14. Distribución de planes y número de canales ofrecidos..100 Tabla No 15. Televisores y computadoras..101 Tabla No 16. Determinación de la demanda para el servicio de IPTV..... 104 Tabla No 17. Participación del mercado televisión pagada...104 Tabla No 18. Rangos de direcciones IP para multicast....105 Tabla No 19. Mensajes del IGMP.108 Tabla No 20. Tasa de bit mínima para señal de video SD y HD con tasa de bits constante (CBR). 114 Tabla No 21. Tasa de bit mínima para señal de audio.114 Tabla No 22. Tasa de bit mínima para señal de video SD y HD con tasa de bits constante (CBR) y overhead.. 116 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 7
Tabla No 23. Tasa de bit mínima para señal de audio. Considerando el overhead 116 Tabla No 24. Ancho de banda requerido según estándar de codificación. 117 Tabla No 25. Ancho de banda requerido según estándar de codificación 117 Tabla No 26. Ancho de banda según estándar de codificación por servicio de VoD..118 Tabla No 27. Ancho de banda requerido en la red de transporte..120 Tabla No 28. Ancho de banda requerido en el acceso al usuario....121 Tabla No 29. Determinación del CAPEX.123 Tabla No 30. Determinación del OPEX...124 Tabla No 31. Determinación de COGS..125 Tabla No 32. Análisis de proveedores de televisión pagada...126 Tabla No 33. Planes y tarifas de televisión a considerarse...126 Tabla No 34. Costo de instalación...127 Tabla No 35. Determinación de Ingresos....127 Tabla No 36. Flujo de caja.128 Tabla No 37. Análisis de sensibilidad..129 Tablas No 38. Resultados de Análisis de sensibilidad.. 129 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 8
Tabla No 39. Tarifas por servicios de radiodifusión y televisión...139 INDICE DE FIGURAS Figura No 1. Crecimiento de IPTV a nivel mundial..23 Figura No 2. Arquitectura general de un sistema IPTV 26 Figura No 3. Métodos de transmisión..28 Figura No 4. Componentes de sistema IPTV 29 Figura No 5. IPTV Middleware.. 30 Figura No 6. IPTV Headend....36 Figura No 7. Diagrama de bloques del IPTV Headend.37 Figura No 8. Sistema VOD/nPVR. 40 Figura No 9. Sistema DRM. 44 Figura No 10. Compresión de video....62 Figura No 11. Encadenamiento de los 3 tipos de imágenes MPEG....65 Figura No 12. Ejemplo de grupo de imágenes, para M=3, N=12. 67 Figura No 13. Evolución de estándares de compresión.....73 Figura No 14. Red Multiservicios de Banda Ancha.. 82 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 9
Figura No 15. Acceso de última milla hacia el usuario... 87 Figura No 16. Cobertura Red de Multiservicios de Banda Ancha. 87 Figura No 17. Red de Nueva Generación NGN de ETAPA... 89 Figura No 18. Utilización de NGN y la red de banda ancha para el servicio de IPTV..93 Figura No 19.Curva logística de penetración.103 Figura No 20. Formato del mensaje IGMP..108 Figura No 21 Distribución de capacidades para servicio de VoD para el período 1...119 Figura No 22 Red para prestación de servicios de IPTV para ETAPA...143 ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 10
UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERIA EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL SERVICIO DE TELEVISIÓN VÍA PROTOCOLO INTERNET (IPTV) PARA UNA EMPRESA DE TELEFONIA FIJA Autor: Ing. Alfredo Carrillo Torres Director: Eco. Byron Vásconez V. Febrero/ CUENCA-ECUADOR ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 11
El contenido de esta tesis es de absoluta responsabilidad del autor. Ing. Alfredo Carrillo Torres ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 12
DEDICATORIA: Con mucho amor a mi esposa Ma. Alicia y a mis hijas Ma. Daniela y Ma. Emilia, por su compresión, paciencia, apoyo y fuente inspiración durante el desarrollo de la maestría y la realización de la presente tesis Alfredo ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 13
AGRADECIMIENTO: Al Eco. Byron Vásconez V., Director de Tesis, quién me supo guiar en forma profesional y desinteresada en la realización de esta tesis, a la plantilla de profesores del programa de Maestría en Telemática, por los conocimientos transmitidos; así como también, de manera muy especial a la empresa ETAPA por el auspicio brindado para cursar este programa. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 14
RESUMEN La presente tesis consta de 6 capítulos, como sigue: En el Capítulo I se realiza una introducción sobre la necesidad de los operadores tradicionales de telecomunicaciones que basan sus ingresos en el servicio de telefonía fija, en incrementar su portafolio de servicios con el propósito de recuperar su ingresos y conseguir la fidelidad de sus usuarios y como el servicio de IPTV puede contribuir a este propósito, mediante la prestación del denominado Triple Play, voz, datos y video; así también, se analiza las perspectivas de crecimiento del servicio de IPTV a nivel mundial y como está la situación en el Ecuador. En el capítulo II, se trata en detalle los conceptos relacionados con IPTV, empezando por definir la arquitectura que debe tener la red de un operador para la prestación de este servicio, para luego describir los componentes principales como lo son: el headend, el que se encarga de la captura, procesamiento, codificación y administración del video, el sistema para servicios bajo demanda, especial importancia merece lo referente a protección del contenido, pues constituye una exigencia de los proveedores de contenido; y el dispositivo de recepción ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 15
ubicado donde el usuario denominado set top box, encargado de convertir la señal digital en analógica para ser entregada al receptor del usuario. Seguidamente se efectúa un análisis del tratamiento que se le da a las señales de audio y video, en su codificación y paquetización para ser entregadas a una red IP, la que se puede entregar a los usuarios utilizando diferentes técnicas de difusión, dependiendo del servicio a ofrecer al usuario que puede ser unicast, multicast y broadcast. Finalmente en este capítulo se describen las diferencias y ventajas que presenta IPTV sobre los sistemas tradicionales de televisión por suscripción. El capítulo III, está dedicado a la descripción de la red de telecomunicaciones de ETAPA, con sus diferentes componentes y capacidades, a fin de determinar la utilización de la misma en la prestación del servicio de IPTV. En el capítulo IV, se plantea una solución de IPTV para ETAPA, misma que se fundamenta en la viabilidad, técnica, económica y legal. En primera instancia se establece la demanda potencial del servicio, para lo cual se consideró: el estudio de mercado realizado por la Consultora Advace y el análisis de las tendencias de crecimiento del servicio en función de curvas logísticas. Dentro del proceso de ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 16
investigación técnica económica se requirió a diversos proveedores información sobre soluciones de IPTV. Por otra parte se efectúo un análisis del tráfico para los servicios a implementarse y la descripción de protocolos empleados para su manejo. En una segunda instancia se efectúa un benchmark de los planes y tarifas de los diferentes proveedores de televisión por suscripción como un marco referencial, luego de lo cual se realiza el análisis de viabilidad financiera para un período de cinco años en el que se considera las inversiones de capital y gastos de operación. Como parte concluyente de este capítulo se realiza un análisis del aspecto regulatorio detallándose los requisitos que se deberán cumplir para la obtención de una licencia operación. En el capítulo V, se establece el equipamiento necesario y las características técnicas que deben cumplir los elementos constitutivos de un sistema de IPTV, que deberá adquirir la empresa ETAPA para la implementación del proyecto, tales como: Servidor de video, servidor de aplicaciones, servidor de sistemas de seguridad contra fraude y copia ilegal de contenido, codificador o concentrador de Video y los equipos terminales de usuarios set top box. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 17
Para finalizar este capítulo se realizan recomendaciones para la implementación las que están acordes a la red que dispone ETAPA y del estudio financiero efectuado. En el capítulo VI se realizan las conclusiones y recomendaciones. ABSTRACT This thesis consists of 6 chapters, as follows: Chapter I is an introduction about the traditional telecommunications operators, who support their revenues in the fixed telephony service, and the need of increase their portfolio of services in order to achieve revenues and retain valuable users. Also it was made an analysis of how the IPTV service can contribute to this purpose, through the provision of the Triple Play service, voice, data and video, and finally, it was analyzed the IPTV growth at a world level, as well as the situation in Ecuador. Chapter II is a broad detail of the concepts related to the IPTV, which begins defining the network s architecture that telecom operator must implement for the provision of this service, and then, I describe the main components such as: the headend, which is responsible of capturing, processing, coding and managing the video signal, the system for on- ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 18
demand services, special significance has the protection of content, since it is a requirement of content providers; and the receiving device located in the costumer premises, which is called set top box, and it is the responsible of transforming digital to analog signal, for being delivered to the user s receptor. Additionally, it was analyzed the treatment given to the audio and video signals, their codification and package to be delivered to IP network, the same that could be delivered to users using different diffusion techniques, according to the services to be offered, which might be unicast, multicast and broadcast. Finally, it was made a description of the IPTV advantages over traditional subscription television systems. Chapter III is dedicated to make a description of ETAPA s telecommunications network and its different components and capabilities, in order to determine if this network is able to provide IPTV services. Chapter IV is an IPTV proposal for ETAPA, which is based on technical, economic and legal feasibility. First, it was established the potential demand service, in which it has been considered the market research made by Advance Consulting; also it was made an analysis of the growth trends of the service in terms of logistic curves. Inside the process of technical economic research it was requested ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 19
information about IPTV solutions to many providers. Otherwise I made traffic analysis of the services to be implemented, and a description of protocols used for operation. Second it was executed a benchmark of plans and rates of different subscription television providers, which served as a reference, and also it was carried out a analysis of financial viability for a five-year period, in which was considered capital and operating expenses. Finally, I made an analysis of the regulatory aspects, specifying the requirements that must be done for obtaining a license. Chapter V is a technical description of the features that must meet the elements of an ITV system: video server, application server, security systems server against fraud and illegal copy of contents, encoder or video concentrator, and user s terminal equipment called set top box. Also it was included in this chapter some recommendations to implement the solution, considering ETAPA s network and the financial study. Chapter VI contains conclusions and recommendations. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 20
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN. Los operadores de telefonía fija, conocidos como TELCOS, que tradicionalmente han prestado comunicación de voz entre sus usuarios, hoy en día han puesto interés en ampliar su portafolio de servicios, producto por un lado de las exigencias del mercado y por otro compensar la disminución de ingresos del negocio de voz, servicio que dentro de su ciclo de vida ha pasado la etapa de madurez. La implementación de la Banda Ancha si lugar a dudas constituye un motor de desarrollo para los servicios de acceso a Internet de alta velocidad y el de voz sobre protocolo Internet (VoIP) y telefonía IP, servicios que se prestan en forma convergente; además, ha constituido la etapa previa para la prestación del denominado triple play, el cual añade a los dos servicios indicados, el de televisión basado en protocolo Internet, conocido como IPTV. El término IPTV es utilizado para referirse a la entrega de una amplia variedad de contenido de video, para lo cual emplea el protocolo IP como mecanismo para trasportarlo. Esta tecnología trae consigo una transformación de la televisión actual en una experiencia totalmente ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 21
personalizada, la programación no es trasmitida de igual manera a todos los usuarios; es decir, el proveedor no trasmitirá continuamente su programación en espera de que algún usuario se conecte, con IPTV el contenido llegará únicamente al usuario que lo solicite. El mercado de la televisión actualmente esta dominado por tres tecnologías de distribución: televisión abierta (broadcasting), por cable y satelital, la entrada de IPTV posiblemente tendrá un efecto disruptivo sobre este negocio. La implementación del triple play por parte de las TELCOS trae consigo una redefinición de la infraestructura de sus redes en la que se tienen que observar requisitos rigurosos en términos de alta disponibilidad, flexibilidad, capacidad, cobertura y administración; todo esto dentro de un esquema de servicios bajo protocolo IP con altas prestaciones en cuanto a calidad de servicio por tratarse de aplicaciones en tiempo real. El servicio de IPTV por si solo no consiste la salvación para las TELCOS, pero contribuirá a mejorar la oferta de servicios, preservar los ingresos, evitar que los usuarios ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 22
vayan hacia otros competidores Churn ; además que acelerará la adopción de banda ancha. El mercado mundial de IPTV presenta crecimientos importantes (figura No 1) a finales del 2010 se espera contar con 30 millones de usuarios, de los cuales 1,2 millones estarán ubicados en América Latina Fuente: Pyramid Research Figura No 1. Crecimiento de IPTV a nivel mundial En el Ecuador aún no existe un operador que ofrezca Televisión vía Protocolo Internet (IPTV), lo que se tiene son los sistemas de televisión abierta y televisión por suscripción, la que al momento, de acuerdo a la ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 23
información proporcionada por la SUPTEL, tiene una penetración del 7.5%, (Tabla No1) : SUSCRIPTORES DE TELEVISIÓN CODIFICADA Y TV POR CABLE SERVICIOS DE AUDIO Y N N VIDEO POR SUSCRIPCIÓN SUSCRIPTORES TELEVISION CODIFICADA 1 SATELITAL 25.927 TELEVISION CODIFICADA 2 TERRESTRE 78.383 3 TELEVISIÓN POR CABLE 136.983 TOTAL SUSCRIPTORES TELEVISIÓN PAGADA 241.293 DENSIDAD (PENETRACIÓN) DEL SERVICIO DE TELEVISIÓN POR SUSCRIPCIÓN ESTIMACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SERVICIO DE TELEVISIÓN POR SUSCRIPCIÓN Población Total del Ecuador (último Censo Nacional del 2001): (1) 13,520,430 N promedio de miembros por hogar: (1) 4.2 N de Usuarios estimados del servicio de Televisión Por Suscripción 980.263 Densidad estimada de la Televisión Por Suscripción en el Ecuador (Penetración del servicio) 7.5% Fuente: SUPTEL DIC/2007 Tabla No 1. Suscriptores y densidad de los servicios de televisión codificada y TV por Cable ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 24
La implementación del triple play por parte de un operador, requiere que se superen algunas barreras, como son: la adecuación de sus redes que generalmente fueron diseñadas para la prestación del servicio de Internet de alta velocidad, pero la inclusión de IPTV obliga a tener mas y mejores prestaciones tanto en calidad como en capacidad; otra barrera es, los altos costos de inversión que representa tanto el equipamiento como el contenido aspectos que deben estar claramente justificados bajo estudios de sustentabilidad económica, finalmente el aspecto regulatorio es otro aspecto a ser tomado en cuenta previo al diseño e implantación de una solución de triple play. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 25
CAPITULO II: CONCEPTOS DE IPTV 2.1. Definición de IPTV El IPTV se define como la prestación de servicios multimedia como: Televisión/video/audio/texto/gráficos/ datos sobre redes basadas en IP a la que se les da el nivel requerido de calidad de servicio, calidad de experiencia, seguridad, interactividad y fiabilidad. 2.2. Arquitectura de un sistema IPTV. Se puede decir que una arquitectura general que cualquiera sistema empleado para la provisión de IPTV, posee cuatro elementos principales: el headend, la red IP de transporte, la red de acceso y la red del usuario. Una relación entre estos elementos es expresada en la figura No2, cada uno de los elementos puede ser provisto por uno o más proveedores. CONTENIDO VIDEO HEADEND RED DE TRANSPOR TE IP RED DE ACCESO RED DEL USUARIO Figura No 2. Arquitectura general de un sistema IPTV ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 26
2.2.1. Video Headend. Representa el punto dentro de una red donde el contenido es capturado y formateado para ser distribuido por una red IP. Los medios por los que se recibe la señal pueden ser diversos: receptores satelitales, fibra óptica, desde aparatos DVD o desde los discos duros de servidores. El headend toma la señal de cada flujo de datos stream y la codifica dentro de un formato digital de datos, como por ejemplo MPEG-2 o MPEG-4, luego de este proceso cada flujo de datos es encapsulado dentro de un flujo de datos IP y es trasmitido para una dirección específica de Internet, en respuesta a un requerimiento de un usuario. 2.2.2. Red de Transporte IP. Puede ser considerada como el sistema de entrega que permite que los datos fluyan desde el headend a la frontera de la red o edge. Sobre la red de transporte la información sobre determinado canal o video fluye como un flujo de datos codificados. Los datos pueden ser transmitidos (Figura No 3) como unicast, multicast o broadcast. Por ejemplo la guía de programación ha ser entregada a los usuarios puede ser una transmisión broadcast, un requerimiento específico de una película puede ser realizada con una transmisión unicast, mientras ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 27
que un canal de televisión popular podría ser trasmitido vía transmisión multicast. 1 2 3 UNICAST TRANSMITE A 2 MULTICAST TRANSMITE A 1 Y 3 BROADCAST TRANSMITE A TODOS Figura No 3. Métodos de transmisión 2.2.3. Red de Acceso. La red de acceso provee conectividad desde las premisas del usuario hasta la el backbone del la red de transporte, este trayecto es conocido como última milla. Como tecnologías de acceso se tienen varias alternativas, tales como: ADSL, VDSL, varios tipos de soluciones en fibra óptica como las redes pasivas ópticas (PON), accesos inalámbricos, WiFi y Wimax, y accesos por cable coaxial. 2.2.4. Red de Usuario. La red del usuario es la responsable de distribuir los servicios de IPTV a través de la vivienda. Dentro de la vivienda el acceso a los equipos terminales que pueden ser: teléfonos, computadoras y los set-top-box que requiere ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 28
cada uno de los televisores, se lo realiza a través de redes cableadas o inalámbricas. 2.3. Componentes de un sistema IPTV En la figura No 4, se aprecia la arquitectura de un sistema IPTV, con sus diferentes componentes y su relación entre cada uno de ellos. Figura No 4. Componentes de sistema IPTV 2.3.1. Middleware y aplicaciones. El Middleware es uno de los componentes mas importantes dentro de la solución para la prestación del servicio de IPTV, es el encargado de administrar la solución ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 29
completa uniendo las distintas aplicaciones para crear un conjunto de servicios que serán suministrados, controlados y facturados de acuerdo a las definiciones del prestador del servicio. Figura No 5. IPTV - Middleware Las funciones del Middleware se pueden agrupar en funciones de Portal de TV y en funciones de Mediador. Las Funciones de Portal son las que incluyen las aplicaciones que son necesarias para realizar la interfaz con el usuario final brindando un entorno gráfico simple e intuitivo orientado a facilitar el acceso a los clientes de los servicios ofrecidos. Esta interfaz deberá poder ser configurada por los operadores y deberá permitir la creación de nuevos servicios interactivos. Para esta ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 30
función, el Middleware trabaja utilizando el modelo cliente/servidor basado principalmente en html, flash y Java Script. Los STB serán los clientes de este servidor que permitirán a los usuarios navegar en el Middleware enviándole instrucciones desde los controles remotos de los STB. Funciones de Portal de TV Portal de Servicios del STB: EPG EPG en línea Custumización de la lista de canales Vista de trailers Horarios de programación para 7 días. Detalles de la metadata de los programas actuales, pasados o futuros: Duración, Género, Origen; Director, Actores entre otras cosas. PVR (Personal Video Recorder), Emula las funcionalidades de un video grabador: Play, Pause, Stop, REW (reversa), FF (avance rápido). En general, en un sistema de IPTV, es posible encontrar los siguientes modos de grabación: Grabación desde la EPG. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 31
Grabación instantánea. Grabación por fecha/hora. Grabación de Serie. TSTV o pausa de TV en vivo. Permite congelar una imagen de un programa en vivo o repetir (Replay) alguna escena que fue reproducida recientemente. Luego de la Pausa o Replay se pude continuar viendo el programa que se está transmitiendo en vivo pero desfasado en el tiempo. Para implementar el TSTV se almacena en discos rígidos (en los STB o en una granja de servidores). Portal VoD. Video On Demand (VOD) Music On Demand (MOD) Near Video On Demand (NVOD). Aplicaciones Interactivas. Información de clima interactivo Apuestas. Integración con sistemas de Mensajería (IMS). Integración con SMS (integración con mensajería celular). ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 32
Compras. Consulta de factura. Pago de facturas/cuentas. Votación. Integración con servicio telefónico Caller ID. Canales interactivos. El usuario responde a un cuestionario interactivo seleccionando la respuesta. Muestra las estadísticas del cuestionario y dibuja el resultado. Se puede disponer de un canal de deportes en el cual se puede seleccionar la cámara Web TV y Email. Acceso a Internet desde el STB. Es posible contar con un cliente de correo que permita revisar y enviar correos desde un TV. Juegos. Suscripción en línea. Suscripción en línea de nuevos canales Cambio de plan en línea Desuscripción en línea. Control Parental. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 33
Es necesario disponer de un nuevo PIN para esta funcionalidad y la gestión del mismo. Esta facilidad debe de poder ser configurada en un grupo de canales seleccionados por el cliente. Interfaz Personalizada. Estilo del portal Administración de canales Lenguaje del Portal Administración del PIN Norma del TV: NTSC, PAL,etc Administración del STB: Configuración de STB y actualizaciones de software. Descarga de la lista de canales. Las Funciones de Mediador son las que incluyen las aplicaciones que son necesarias para realizar la interfaz con los sistemas de Back Office. Permiten efectuar el aprovisionamiento y administración del perfil de los usuarios, mantener la información de los servicios, paquetes de programas, tarifas y canales, entre otras cosas es le encargado de interactuar con el sistema de facturación del operador. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 34
Funciones del Mediador Administración del servicio: Gestión de Servicios (Canales, EPG, VoD, PVR, TSTV). Gestión de Contenido. Gestión de Suscriptores. Gestión de paquetes precios. Otras funciones de gestión y soporte. Administración remota del STB. Interfase OSS/BSS para aprovisionamiento, facturación, reportes, etc. Interfase Red/NMS para aprovisionamiento y derechos. 2.3.2. Headend. Dentro del headend se realizan varias funciones, comienza con la recepción de contenidos de audio y video, demodula y desencripta luego a través de técnicas compresión encapsula los streams MPEG2 o MPEG4 AVC/H.264 para entregar mediante protocolo IP a los Set Top Box se los usuarios (figura No 6). ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 35
Figura No 6. IPTV - Headend En la figura No 7 se presenta la estructura de bloques del headend IPTV., en este se puede distinguir cuatro bloques principales: 1. Captura de video 2. Procesamiento de video 3. Codificación del video; y, 4. Administración del video ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 36
Figura No 7. Diagrama de bloques del IPTV - Headend 1. La adquisición de video es una parte altamente customizable del headend que requiere diseño adecuado de sus componentes (opciones de redundancia, capacidades de multiplexado, implementación de antenas, etc.). La meta es captar y convertir el vídeo entregado en radiofrecuencia (RF) de una amplia gama de fuentes, incluyendo el satélite, la difusión abierta, la fibra, y otras fuentes digitales y análogas usando una amplia rango de receptores satelitales en banda-c y banda-ku, receptores de señales de libre difusión con interfase serial (SDI) e interfase integrada receptor/del decodificador (IRD). El sistema de captura de video debe contar con la debida redundancia y reservas necesarias para satisfacer las metas de continuidad en la prestación del servicio. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 37
2. El procesamiento del vídeo es regido por el incremento de la demanda para soportar la complejidad de las aplicaciones de video. 3. La codificación del vídeo presenta uno de los aspectos mas importantes para los proveedores, puesto que para la prestación de servicios diferenciados de IPTV, ofrecer una mejor calidad de servicio, un uso eficiente del ancho de banda, requieren de técnicas de codificado avanzado como lo es MPEG4 AVC (H.264). Una codificación eficiente es un atributo de MPEG4/AVC para un uso eficaz del ancho de banda preservando la calidad del video. 4. Todos los dispositivos que conforman el headend deben ser monitoreados, accesados configurados y controlados por el sistema de administración. 2.3.3. Sistema de Video bajo demanda (VOD) y cercano VOD (nvod) La funcionalidad del sistema VOD/nVOD es ser un repositorio de videos o cualquier tipo de eventos que los usuarios pueden requerir ver en cualquier tiempo y que generalmente está asociado a un cargo. Las diferencias principales que existen con el contenido brindado por el headend constituyen la accesibilidad y el método de ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 38
transmisión. Mientras los programas emitidos por el headend son transmitidos para un determinado número de usuarios o a todos, la información almacenada en los servidores de VOD son transmitidos en respuesta a un requerimiento específico de los usuarios. En lo relacionado al método de transmisión, el headend transmite cada flujo de video como un mensaje multicast que fluye como una secuencia de datagramas hacia los DSLAMS o un dispositivo equivalente que conectan a varios usuarios, y que al menos un usuario ha solicitado un contenido específico. Los DSLAMS con funcionalidad multicast (IGMP) transmitirá una secuencia de datagramas a cada suscriptor que previamente esté suscrito y haya requerido el canal a través de su set top box. En comparación el servidor de VoD transmitirá por ejemplo: películas seleccionadas, eventos deportivos; y otro tipo de información en respuesta a un requerimiento específico; entonces el servidor de VoD transmite ese programa específico directamente al usuario que solicitó, como una secuencia de datagramas unicast. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 39
Figura No 8. Sistema VOD/nPVR 2.3.4. Sistema de Protección de Contenido (DRM/CAS) La comercialización de contenidos requiere de sistemas que permitan proteger estos, a fin de minimizar el riesgo de piratería que es uno de los principales problemas en este negocio para aquellos que poseen los derechos de los contenidos y de aquellos que actualmente basan su negocio en la comercialización de estos contenidos. Los dueños y gestores de los derechos de los contenidos (productoras, discográficas, desarrolladores de juegos o de aplicaciones, etc.) han considerado como condición indispensable para autorizar la comercialización de sus productos a través de las actuales redes digitales el que se ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 40
disponga de sistemas que permitan minimizar el riesgo de la piratería. Los contenidos protegidos se diferencian de los contenidos abiertos en que poseen características propias que limitan su uso. Por lo tanto, a la hora de definir estos contenidos es preciso definir, por un lado, los rasgos del contenido digital (tipo de contenido, calidad, formato, etc.) y, por el otro, las condiciones en que puede ser disfrutado por el usuario. Estas condiciones se reflejan en una licencia. La información que se debe reflejar en la licencia de uso de un contenido protegido es: El tipo de uso que el usuario puede realizar con el contenido adquirido. Esta característica está muy relacionada con la naturaleza de contenido: si es audio, vídeo, un documento, etc. (p.e: reproducirlo, imprimirlo, copiarlo, etc., o varias de las operaciones anteriores). Limitaciones de uso del contenido: territoriales, temporales, cuantitativas (hacer un uso determinado del contenido un número limitado de veces), en un tipo específico de reproductor, en medios públicos o privados, etc. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 41
Obligaciones asociadas al uso del contenido (pago de una cantidad, registro en el sistema de DRM, etc.) Dentro de los sistemas utilizados para la protección de contenidos se pueden citar los siguientes: Sistema de Acceso Condicional (Conditional Access System CAS): es un proceso de seguridad que se usa en un sistema de comunicación (como un sistema de transmisión de televisión) para limitar el acceso a los usuarios autorizados. Los sistemas de acceso condicionales pueden usar dispositivos identificables como tarjetas inteligentes para guardar y acceder a los códigos secretos. Administración Digital de Derechos (Digital Rights Management DRM): Es un sistema de control de acceso y protección contra copias, utilizado para la distribución de contenidos. DRM involucra el control del acceso físico a la información, aprobación de la identidad (autenticación), autorización del servicio, y protección de los contenidos (encriptación). Los sistemas de DRM están típicamente incorporados o integraron con otros sistemas como sistemas de administración de contenidos, sistemas de facturación. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 42
En términos generales un sistema DRM involucra los siguientes aspectos: Prevención frente a usuarios no autorizados: sistemas basados en permisos, utilizado en IPTV, por los video/audio players, e-books, etc. Prevención frente a copia no autorizada: se implementan estos sistemas con información de derecho de copia enviada en el contenido y mediante la utilización de hardware seguro. Prevención frente al robo de contenido o de servicio: se implementa estos sistemas con contenido encriptado y hardware seguro. Un sistema de DRM cuenta con dos etapas bien diferenciadas: La preparación del contenido, que incluye su encriptación y la definición de las políticas de consumo; La distribución del contenido encriptado, que incluye el streaming encriptado y la adquisición de licencias por parte del cliente. En la figura No 9 se observa una vista general de un sistema DRM ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 43
Figura No 9. Sistema DRM Preparación del Contenido: Primero el contenido requiere ser procesado, en general en un sistema IPTV el contenido es un archivo digital multimedia codificado (por ejemplo en video en H.264/AVC) o un streaming multimedia en vivo. El procesamiento del contenido presenta dos partes: Encriptación, Definición de políticas. El contenido codificado es encriptado, utilizando alguna variante de los sistemas de clave combinada como: SSL, TLS y PGP. El contenido es encriptado en el headend del sistema IPTV y luego distribuido a los servidores de streaming, los cuales alojan y distribuyen el contenido ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 44
encriptado (habitualmente los servidores de streaming desconocen la encriptación y el mecanismo para desencriptar). Los sistemas de DRM tienen un distribuidor de licencias, el cual se encarga de almacenar la relación entre el contenido encriptado y su clave privada de desencriptación. A su vez el distribuidor de licencias almacena las políticas de consumo (o lógica de negocio) asociada a cada contenido. El distribuidor de licencias habitualmente se encuentra en el headend del sistema de video digital, es un servidor (o conjunto de servidores para brindar alta disponibilidad) que no presenta gran consumo de ancho de banda ni de procesamiento, sin embargo concentra gran parte de la lógica de negocio del sistema IPTV; algunos sistemas altamente distribuidos permiten que los servidores de streaming sean a su vez distribuidores de licencias. El proceso de encriptación se comunica con el distribuidor de licencias, agregando el nuevo contenido encriptado y sus claves. Encriptar el contenido es un proceso altamente costoso en procesamiento, y relativamente también lo es ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 45
desencriptarlo (dado la capacidad de cómputo de los SetTopBox convencionales). Previo a la utilización, se deben definir las políticas de consumo permitidas para el contenido. Estas se ingresan para cada contenido cifrado en el distribuidor de licencias y definen a posteriori luego de identificar un cliente si este tiene derecho a reproducir el contenido. Las políticas utilizadas pueden ser por ejemplo: Tiempo de comienzo y expiración para la reproducción; Cantidad de reproducciones máximas permitidas; Permiso de reproducir en PC por Internet; Permiso de grabar en DVD/CD; Utilización del Contenido: Para la reproducción, el contenido debe ser desencriptado previamente. El contenido recién es desencriptado por el cliente, en el SetTopBox, por tanto el transporte en la red es también cifrado. La utilización del contenido por parte del cliente de un sistema DRM presenta dos partes: ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 46
Adquisición de la licencia para reproducir, Desencriptar y reproducir el contenido. La reproducción del contenido cifrado comienza con la adquisición de una licencia válida. El cliente (STB) solicita reproducir un contenido cifrado, para ello envía sus credenciales al distribuidor de licencias y la identificación del contenido a reproducir. El distribuidor de licencias verifica en sus políticas que el cliente tiene derecho a reproducir el contenido devolviéndole la clave para desencriptar el contenido. Obtenida la licencia, el cliente se conecta al servidor de streaming y recibe un streaming (encriptado), el cual es desencriptado con la licencia y reproducido. La interacción más delicada de un sistema DRM constituye la adquisición de la licencia, debido a los cuidados necesarios en los aspectos de seguridad, chequeos de derechos, y chequeos de crédito. Los pasos necesarios para la adquisición se detallan a continuación: ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 47
1. La adquisición de una licencia comienza con una acción del cliente: esta acción puede ser simplemente un cambio de canal de broadcast, la compra de un nuevo contenido (video, audio, juego, etc.), solicitar una nueva reproducción de un contenido previamente almacenado, la copia de un contenido a DVD, etc. 2. Cuando el STB requiere una nueva licencia recurre a solicitarla al distribuidor de licencias de la red IPTV, para esto es necesario que el STB y el usuario sean autenticados correctamente. 3. El servidor distribuidor de licencias una vez que tiene identificado el cliente y la acción a realizar sobre un contenido debe chequear en sus políticas si es posible brindar la licencia solicitada. Los chequeos incluyen por ejemplo si el cliente se encuentra suscrito al canal de broadcast que solicita, si el cliente ha comprado el video bajo demanda que esta solicitando, si el cliente tiene derecho a reproducir una vez más un contenido previamente comprado/reproducido, etc. La variedad de chequeos es amplia y muchas veces requieren interacción con otros sistemas: por ejemplo con el middleware para evaluar el crédito disponible y los paquetes a los que se encuentra suscripto un cliente. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 48
4. Luego de que el servidor de licencias realiza los chequeos pertinentes se devuelve una respuesta al cliente. En caso afirmativo la respuesta es la propia licencia que el STB debe utilizar para ejecutar la acción. Obtenida la licencia el STB comienza la descarga del contenido encriptado desde los servidores de streaming. Para hacer un sistema más seguro, habitualmente la validez de la licencia es por un periodo corto, debiendo renegociarse o actualizarse durante la ejecución de un stream. 2.3.5. Red de Usuario (Set Top Box y Home Gateway HG). Estos son los terminales de abonado, denominados CPE y son los que adaptan las señales provenientes de la red de datos en señales visibles en un televisor convencional. Los STB presentan por lo general los siguientes componentes: Una interfaz Ethernet hacia la red de datos (generalmente conecta al módem ADSL), en algunos casos los propios STB cuentan con el módem ADSL integrado. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 49
Una interfaz RCA o coaxial hacia el televisor. Algunos cuentan con interfaces de datos hacia el usuario. Un control remoto mediante el cual se seleccionan las distintas opciones, programación, etc., En algunos casos incluyen un teclado inalámbrico el cual es útil en caso de realizar navegación en Internet desde la TV. Cuenta con un pequeño procesador el que corre una aplicación llamada EPG. Ésta es la que da soporte para aplicaciones como un browser de configuración del servicio, suscripción a canales, orden de películas en servicio de VoD, visualización del catálogo de películas, control de acceso, etc. Puede incluir o no de un disco duro, para aplicaciones como PVR, En algunos casos los STB cuentan con una interfaz de datos hacia el usuario con Wi-Fi por ejemplo 802.11g. Es de gran importancia analizar los formatos de salida que puede ser s-video o video compuesto RCA, o salida RF, puede también contar con salida de audio digital o no, con formato 5.1 para Home Theatre, etc. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 50
2.4. La Televisión Digital y la IPTV 2.4.1. Introducción.- La televisión digital ha experimentado importantes desarrollos en los últimos años resultado de lo cual se han implementado tres estándares de televisión en diferentes países del mundo: ATSC, DVB e ISDB, estos permiten el transporte de información de audio y video en tiempo real, reemplazando las normas de video analógico PAL, NTSC y SECAM La introducción de la televisión digital implica un cambio radical, puesto que supone una nueva tecnología de transmisión que es incompatible con las predecesoras, lo que significa que el usuario tenga que cambiar su televisión estándar por una con receptor digital; o en su defecto instalar un dispositivo convertidor (Set Top Box) para que la señal sea convertida del nuevo formato a uno de los formatos existentes. Dado que en un sistema de televisión digital la transmisión de la información utilizada para obtener una imagen de video y el sonido asociado, se lo realiza como bits de datos, las empresas de difusión digital (Broadcasters) están en capacidad de entregar mayor información de la que ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 51
normalmente es posible con tecnologías analógicas, haciendo uso del mismo ancho de banda que ocupa la radiodifusión televisiva analógica, la que utiliza una portadora modulada con 6 MHz u 8 MHz de ancho de banda, con la digitalización y compresión de canales se pueden transmitir varios canales de igual e incluso mayor calidad por ese mismo ancho de banda. Es importante distinguir entre Televisión Digital e IPTV, la Televisión Digital se vale de la capacidad de un medio de difusión (terrestre, cable o satelital) para entregar a múltiples usuarios básicamente la misma propuesta de contenido multimedia, requiriendo generalmente de otra red complementaria para implementar un canal de retorno y así hacer posible su interactividad, puesto que las redes son unidireccionales, por contraparte IPTV se vale de una red de paquetes bidireccional, por lo que la misma red se emplea para difundir los contenidos y para el canal de retorno. Si se analiza la Televisión Digital e IPTV en términos del modelo OSI se puede afirmar que para la primera le corresponde una distribución de los contenidos sobre la capa 1 que opera por difusión en relación con los usuarios, por otro lado IPTV se vale de una red de paquetes para ser ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 52
transportada, por lo que se podría considerar un servicio de la capa de aplicación. 2.4.2. Comparación con la Televisión Analógica. Existen muchas diferencias entre la televisión analógica a color y la televisión digital, dando como resultado el que se pueda obtener mejoras tanto en el video como en el audio, dichas diferencias incluyen: la resolución, la exploración de la imagen, el color, y el sonido, en la tabla No 2 se indica una comparación general entre televisión analógica y digital. Característica TV Analógica TV Digital Resolución 525 líneas con 480 720 y 1080 líneas activas para HDTV, 480 para SDTV Exploración de Entrelazada Entrelazada o la Imagen progresiva Relación de 4:3 16:9 (o 4:3) Aspecto Sincronización Pulsos de Señal de sincronización horizontal y vertical sincronización de trama Color Color añadido en una Color incluido en ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 53
Característica TV Analógica TV Digital portadora aparte los datos Sonido Dos canales de sonido Seis canales FM en una portadora Dolby 5.1 sonido separada surround Fuente: ANTEL, CITEL, UIT (2007). Servicio de Televisión por Internet Tabla No 2. Comparación entre televisión analógica y digital Resolución: Juega un papel importante en la claridad de la imagen. En el sistema de televisión analógica 480 líneas activas son utilizadas para dibujar la imagen en la televisión. En comparación la televisión digital son utilizadas 480, 720 y 1080 líneas, las dos últimas representas televisión de alta definición (HDTV). Exploración de la Imagen: En la televisión analógica se lomita a la exploración de la imagen en forma entrelazada, en la que una trama es subdividida en dos campos: líneas impares (1,3,5,.) y línea pares (2,4,6, ). Las línea impares son exploradas en el primer sesentavo de segundo y las pares en el segundo sesentavo. Combinando los dos campos resulta la creación de una trama cada un treintavo ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 54
de segundo, como resultado de lo indicado en un sistema analógico, como por ejemplo NTSC se tendrá 30 tramas por segundo. En comparación varios de los formatos de televisión digital incluyen ya sea la exploración entrelazada y la progresiva. Bajo la exploración progresiva se realiza una exploración de la imagen en forma secuencial (1,2,3,4,5,6..) cada sesentavo de segundo lo que significa que tener 60 tramas cada segundo, con lo que se consigue una imagen considerablemente mejor que la analógica. Relación del Aspecto: Es la relación que existe entre el ancho y el alto de la imagen. Para los sistemas analógicos NTSC, la relación del aspecto es 4:3 (1,33:1). En los sistemas digitales se reconoce la ventaja de presentar una imagen panorámica, por lo que se emplea una relación del aspecto mayor 16:9 (1,85:1). Sincronización: La televisión analógica emplea pulsos de sincronización vertical y horizontal para mantener la salida de la cámara en paso con la imagen mostrada en el receptor. En comparación los sistemas de televisión digital emplean señales de de sincronización de trama para obtener características similares. ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 55
Color: En un sistema analógico NTSC, la información del color es adicionada en una portadora separada que es multiplexada, mientras que en un sistema digital la información del color es transportada en cada píxel. Sonido: La mayor diferencia que existe entre un sistema analógico y digital es el sonido. Un sistema analógico emplea dos canales de sonido FM modulados en una portadora separada. La televisión digital emplea seis canales Dolby 5.1. 2.4.3. Formatos de Televisión Digital La Televisión Digital emplea los siguientes formatos: Televisión de Definición Estándar (SDTV), Televisión de Definición Mejorada (EDTV ); y Televisión de Alta Definición (HDTV). En la tabla No 3 se presenta un total de 18 formatos de televisión digital de los que los seis últimos son considerados como de alta definición: ING. ALFREDO CARRILLO TORRES 56