1- Introdução

Com o surgimento de novas tecnologias e o melhoramento das já existentes, começa a ser possível, hoje em dia, por em practica algumas das ideias que tem vindo a surgir no cérebro dos mais criativos. Uma de essas ideias e que até poucos anos, parecia só um sonho, torna-se agora numa realidade, se bem que ainda não completamente difundida e enraizada nos nossos lares, mas que vai em vias disso. Estamos a falar do Video-on-Demand, ou seja a possibilidade de ver qualquer filme, a qualquer hora do dia, no nosso aparelho de televisão, simplesmente pedindo-o a um fornecedor deste serviço, na comodidade do nosso sofá, servindo-nos do nosso comando da televisão.

Eis aqui uma nova maravilha das novas tecnologias. É que com este produto, conseguimos libertar-nos dos horários impostos pelas estações de televisão actuais, os quais muitas vezes não nos servem. Por tanto assim, podemos continuar a ver o nosso filme que da as 22h, noutra hora qualquer e não perder a festa de anos de um amigo.

Mas há ainda muito a fazer para implantar esta tecnologia de uma forma mais consistente, falta ainda uma política de marketing eficiente, assim como também, é necessário que os diversos testes que se tem efectuado em várias cidades do mundo continuem a ter êxito e por outro lado é ainda importante que se continue melhorando as tecnologias necessárias para implementar o Video-on-Demand; para que este consiga alcançar melhores desempenhos ainda.

Ao longo deste trabalho, falaremos sobre o estado actual desta tecnologia, das técnicas necessárias para a sua implementação, das suas componentes, de alguns testes feitos e do futuro que se espera para o VoD.
 

2- O que é o Vídeo-on-Demand

Vídeo on Demand é um pequeno sistema englobado numa estrutura maior que é a tecnologia interactiva multimedia, que está na actualidade a conquistar os sistemas de informação em todo o mundo e que integra serviços de informação isolados como a TV, o telefone, empresas de acesso a Internet/WWW e outros serviços de telecomunicações num único serviço.

VoD é um dos mais avançados serviços de telecomunicações actuais e emerge como um dos mais promissores serviços que podem ganhar amplia aceitação no mercado. Este serviço pode ser considerado como um serviço electrónico de aluguer de cassetes de vídeo. Em lugar de haver uma procura física e a devolução da cassete, os clientes podem aceder a filmes codificados electronicamente através de redes de alta velocidade, sem abandonar o conforto das suas casas. A informação em formato vídeo é armazenada em nodos de armazenamento de informação, distribuídos pela rede.

O sistema VoD permite a um utilizador ver o seu filme preferido usando uma unidade de controlo remoto, em qualquer instante. É um serviço assegurado em tempo real. Para ver um filme, procura-se numa ampla lista de filmes que apareceram no ecrã da T.V. Depois é só escolher um, e o seu custo será logo somado a conta mensal.

Como é uma tecnologia relativamente recente, O VoD está carente de uma standarização universal; mas já existem algumas standarizações de-facto.

Algumas das aplicações do Vídeo-on-Demand hoje, são:
• Prover filmes a pedido
• Noticias locais e estado do tempo
• Jogos, música e lazer
• Educação e ensino a distância
• Comércio electrónico e outros serviços de consumo
• Serviços de bancos

Até agora tem se tido algumas dificuldades que tem impedido uma maior difusão do VoD: Os custos proibitivos da codificação e descodificação (converter um sinal analógico para um digital e vice-versa) e do armazenamento. Mas com os avanços nas tecnologias espera-se que muito pronto o VoD possa alcançar grande difusão. As seguintes empresas estão a desenvolver tecnologias VoD: Ameritech , Bell Atlantic, Bellcore, Bell South, Digital Equipment Corporation, Hewlett Packard Corporation, IBM, Intel, Microsoft, Oracle Corporation, Pacific Bell, SGI, Southwestern Bell, Sun.

Como principais vantagens do Video-On-Demand em relação aos sistemas tradicionais podemos realçar o controlo e liberdade para o utilizador; a flexibilidade e eficiência no uso e a correspondência entre o sistema e o mundo real.
 
 

3 - Requerimentos de um sistema Video-on-Demand

• Possuir a habilidade para armazenar e indexar grandes conjuntos de dados, que poderão ser pesquisados por items específicos. .

• Prover mecanismos para aceder a enormes quantidades de informação, especialmente aquela em forma de vídeo, em tempo real. Estas necessidades correspondem ao desenvolvimento de técnicas para armazenamento eficiente da informação e a utilização de redes muito rápidas.

• A ligação inicial para o serviço deveria ocupar somente uns poucos minutos.

• Construção e gestão de um alto grau de interconectividade e largura de banda na comunicação entre os diferentes componentes do sistema.

• Necessita implementar uma comunicação bidireccional, para permitir a interactividade do usuário.

• Independência da qualidade de serviço com o número de clientes a ser servidos. A qualidade do serviço oferecida aos clientes num determinado instante não pode ser piorada pela adição de novos clientes ao serviço.

• Continuidade dos streams (pacotes): não pode haver ou deve haver muito poucas variações no atraso na rede, para evitar perda de qualidade na imagem do filme.

• O carregamento de novos dados desde o servidor devido as funções interactivas deverá ser invisível para o cliente no melhor dos casos. Deveria aparentar que o cliente estive-se a tratar com o seu aparelho de vídeo normal.
• Transparência do envolvimento de várias streams multimédia: Streams com múltiples tipos de dados multimédia deverão ser sincronizados. Por exemplo se um objecto do tipo vídeo é combinado com outro do tipo áudio na T.V. do cliente terá que haver por exemplo uma sincronização entre o mexer dos lábios e as palavras que se estão a dizer.

4.1 Sistema Centralizado Vs. Sistema Distribuído. (Ver Figs. 1 e 2)

O sistema VOD pode ser implementado como um sistema multimédia centralizado ou distribuído. No modo centralizado, os servidores e os ficheiros multimédia estão localizado num único sitio, é aqui donde chegam todas as requisições através da rede e a partir de donde se enviam os filmes para os clientes. Este modo é muito fácil de gerir, mas obtêm muitas vezes uma pobre escalabilidade, assim como grandes atrasos na rede e uma baixa taxa de transmissão. No modo distribuído são adicionados servidores locais que tem capacidade de buffering, podendo assim armazenar os filmes mais populares de modo que possam assim ser acedidos mais rapidamente. Neste modo, serão os servidores locais que tratarão os comandos dos clientes e lhes enviarão o filme se o tiverem, se não é que irão chamar servidores remotos. Este modo complica a gestão mas torna-se mais eficiente pois reduz os atrasos e congestões na rede. Agora os dados e o processamento dos servidores estão mais perto do cliente. A escolha de o modo mais conveniente deverá ser feita com base nas capacidades de armazenamento disponíveis, dos sistemas de comunicação, dos custos, do tipo de aplicações.; mas não haja dúvida que em qualidade de serviço o modo distribuído leva grande vantagem

4.2 Escalabilidade

É completamente impensável pensar que um simples servidor será encarregue de armazenar todos os dados e prover serviços interactivos para milhares de usuários. Isto porque para suportar uma simples sessão de VoD, são requeridas substanciais quantidades de armazenamento e largura de banda. E por outro lado, o armazenamento local em cada PC dos usuários não é possível devido ao seu elevado custo. Portanto distribui-se os dados por múltiples pontos de acesso que incrementam assim a capacidade dos dispositivos de I/O para suportar estas sessões interactivas.

4.3 Componentes do sistema.

O sistema Video-On-Demand consiste de três entidades principais: clientes, servidores e a rede. As quais se subdividem em vários componentes e interfaces.

• Clientes (Ver Fig. 3): Consiste de um sistema para visualizar os filmes e permitir a interactividade, geralmente uma televisão com controlo remoto. E de um controlador empacotado numa set-top box que ficará encarregue de receber, demodular, descodificar e converter o vídeo para poder ser reproduzido na televisão. E por outro lado, tratar da comunicação interactiva com o servidor, assinalando um canal de comunicação a cada cliente. Esta set-top box consta de quatro componentes:

Descodificador: Por problemas de espaço em disco e de trafego na rede, os filmes são codificados antes de ser guardados. Por tanto é necessário um descodificador que os descodifique para que possam ser vistos pelos clientes.

Buffer: Devido as variações no atraso da transmissão de dados na rede, nunca se pode saber ao certo o tempo que demorará uma stream a ser enviada. Como o VoD tem que garantir uma continua reprodução nos filmes sem atrasos, para evitar perdas de qualidade é necessário a utilização de um buffer que guarde algumas das streams seguintes, evitando a necessidade de uma contínua ida ao servidor a procura da próxima stream, o qual pode provocar atrasos significativos.

Hardware de sincronização: ficará encarregue da sincronização entre as streams de imagem e as streams de vídeo que correspondem a cada filme.

• Servidores (Ver Figs. 6 e 7): Consistem de sistemas de armazenamento e de mecanismos de controlo para armazenar os filmes num formato comprimido e reproduzi-los quando assim seja requerido pelo cliente. O sistema de armazenamento pode ser RAM, discos duros, cassetes, CDs, dependendo das necessidades e dos recursos disponíveis. Usa-se as vezes uma estrutura de armazenamento hierárquico para lograr uma melhor relação preço-desempenho. Segundo o modelo de Sincoskie haveriam três níveis hierárquicos: uma libraria de larga escala com uma velocidade de transmissão lenta, uma cópia de média escala de acesso mais rápido e um buffer start-stop alocado para cada utilizador activo. Algumas implementações subdividem o servidor em três: um servidor gestor que armazena informação dos clientes e do menu de escolha, que aparece no ecrã da T.V. Um servidor de vídeo que armazena a informação de vídeo e um servidor de aplicações que armazena imagens e controla a informação de resposta.

Outra característica especial deste servidor é que necessita suportar muitos utilizadores a verem o mesmo programa em instantes diferentes. Para possibilitar isto, existem duas abordagens diferentes: uma consiste na criação de várias cópias de um programa, donde cada uma servirá um cliente. Outro método é a divisão do vídeo em pequenas tiras que se encontrem em discos diferentes. Quando muitos utilizadores quiserem aceder ao mesmo programa podem fazê-lo simultaneamente tirando informação dos diferentes discos duros.

Como técnicas de compressão de vídeo são usadas a MPEG-2 e a Quick-Time, mas quase sempre a MPEG-2, que permite comprimir vídeo sem provocar perdas de qualidade, enquanto a Quick-Time disponibiliza uma transmissão muito mais rápida mais comprometendo a qualidade da imagem.

• Rede de alta velocidade (Ver Fig. 5): para ligar os servidores aos clientes. Deverá possuir uma taxa de transmissão muito elevada e suportar variações no atraso mínimas, para suportar a visualização em tempo real. Compreende geralmente uma rede de acesso e um headend.

O Headend vai assegurar a transparência da informação através da rede: para isso recebe os vídeo streams do servidor, os quais são modulados e combinados com sinais analógicos CATV convencionais, e depois envia o sinal analógico combinado resultante para os clientes através da rede.

Actualmente, as tecnologias de rede mais usadas para transferir dados no sistema VoD são a ATM, ADSL e ainda a ISDN.

ISDN (Integrated Services Digital Network): oferece comunicação sobre a linha telefónica existente. Ainda que não foi desenhada para sistemas VoD tem sido alvo de vários testes. É uma solução que tem um desempenho menor, mas que vai ao encontro dos recursos mais disponíveis hoje em dia, a linha telefónica ainda é actualmente o meio de comunicação por rede mais amplamente distribuído.

ATM (Asynchronous Transfer Mode): é uma das mais promissoras tecnologias para integrar trafego em tempo real (voz e imagem) em comunicações de dados convencionais, pois permite grande flexibilidade para tratar diferentes necessidades de transmissão e para manter elevadas taxas de transmissão.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop): usa também linhas telefónicas convencionais e alcança taxas de transferência bastante elevadas, na ordem dos 6 Mbps.

Existem ainda as tecnologias HFC (Hybred Fiber Coax) e SONET, que usam fibra óptica.
 
 

5- Funções interactivas fornecidas pelo serviço VoD.

São praticamente iguais as disponibilizadas pelos aparelho de vídeo normais:

1. Stop : Acaba a reprodução sem mostrar imagem nem som.

2. Play/Resume : Começa a reprodução desde o começo ou continua depois de uma paragem.

3. Pause : Retêm a reprodução sem mostrar imagem.

4. Jump Forward : Salta para algum sitio do filme que está a frente na reprodução sem mostrar imagem nem som.

5. Jump backward : Salta para algum sitio do filme que está atrás na reprodução sem mostrar imagem nem som.

6. Fast Forward (FF) : Adianta a reprodução mostrando imagem e som.

7. Slow Down : Reproduz o vídeo para a frente mas de uma forma muito lenta com som e imagem.

8. Reverse : Faz a reprodução no sentido inverso com imagem e som.

9. Fast Reverse (REW) : Atrasa a reprodução mostrando imagem e som.

10. Slow Reverse : Reproduz o vídeo para trás mas de uma forma muito lenta com som e imagem.

Outras funções incluem a habilidade para evitar ou seleccionar anúncios publicitários, para investigar sobre novas noticias de multimédia, por exemplo; e para procurar, escolher e requisitar filmes.
 
 

6 - Tipos de Video-On-Demand

Entre o tradicional broadcast da TV normal e os serviços de pay-per-view, encontramos os diversos tipos de Video-on-Demand:

True-Video-on-Demand (TVOD): Num sistema TVOD, o utilizador tem o controlo absoluto sobre um programa multimédia, que inclui funções tais como adiantar ou atrasar uma reprodução, parar, adiantar mais rapidamente e posicionar a reprodução aleatoriamente. Cada utilizador é alocado num canal único, do qual o utilizador fica como dono até acabar o programa multimédia. A principal vantagem deste modelo é que permite total interactividade para os usuários, ainda que o número de utilizadores que podem usufruir do serviço, ao mesmo tempo, é limitado pelo número de canais disponíveis. Por este motivo, é de esperar que muitos potenciais utilizadores, não consigam aceder ao serviço, situação denominada como "blocking".

Near-Video-on-Demand (NVOD): Permite a distribuição de programas multimédia a um relativo baixo custo. Uma cópia de cada programa multimédia é iniciada cada intervalo de tempo T. Todos as streams do mesmo programa são enviadas por broadcast ao mesmo tempo em vários canais multimédia. Quando um utilizador requestar o programa multimédia, o seu acesso será atrasado até o inicio do próximo stream, o qual terá como máximo T unidades.

Partitioned-Video-on-Demand (PVOD): Combina as vantagens dos sistemas TVOD e NVOD, que são a interactividade e a capacidade. A ideia base deste modelo é particionar os canais digitais em dois grupos: um grupo para serviços NVOD e outro para serviços TVOD. Os canais NVOD são usados para fazer o broadcast dos filmes mais populares usando o modelo NVOD. Os utilizadores têm controlo limitado sobre esses programas. Os restantes canais são usados pelos serviços TVOD, onde o usuário detêm o controlo absoluto dos programas.

Dynamically-allocated-Video-on-Demand (DAVOD): É uma extensão do modelo PVOD. Neste novo modelo quando o utilizador está a ver um programa da lista de NVOD, pode requerer total interactividade com este programa a qualquer instante. Se houver algum canal disponível, o utilizador será trocado para o grupo de canais TVOD, o qual lhe vai oferecer total interactividade.

O sistema NVOD não requer de mudanças nas redes de TV por cabo, existentes hoje em dia. O mesmo não acontece com os outros serviços que requerem um sistema de "switching" que deverá ser instalado para suportar a comunicação bidireccional.

Ainda no modelo TVOD, podemos distinguir dois tipos de serviço:

• VOD interactivo com acesso instantâneo: donde o usuário pode instantaneamente receber a resposta e controlar individualmente a informação do programa desde uma libraria instantaneamente e com resposta instantânea também. Para prover este serviço, deverá ser criado um "vídeo load buffer" no começo do programa para que as respostas as diferentes funções possam ser executadas imediatamente.

• VOD interactivo com acesso atrasado: Os usuários respondem e individualmente controlam a informação do programa através de uma libraria, mas existe aqui um tempo de espera dependente dos recursos de largura de banda disponíveis na rede e/ou da maior ou menor procura do programa requerido. Neste caso o utilizador precisará de esperar uns minutos antes que o filme comece. O "vídeo load buffer" será criado só quando a função "pause" seja executada e não no começo do programa. Deste modo este serviço consume menos recursos de armazenamento e não requer rápido carregamento da informação.

Ambos, são sistemas donde se paga para ver filmes, que são os mesmos para os dois sistemas. Só que os filmes oferecidos pelo Pay Per View são reproduzidos em certos tempos, enquanto que o Vídeo on Demand permite aos utilizadores aceder e ver um filme a qualquer momento que eles queiram

Até hoje o Pay Per View tem sido o sistema utilizado por defeito, enquanto que o Vídeo on Demand não tem estado muito disponível. Com o surgimento rápido das novas tecnologias começa a ser fácil para os potenciais clientes esperar por um novo standard, resultado da combinação destes dois sistemas num único, que oferece os benefícios de um e outro sistema. Este novo sistema é o denominado "Request Cinema".
 
 

8 - Novas tecnologias: RAIDs (Ver Fig. 8)

O atraso na gestão dos dados vem do tempo que se demora a procurar os dados requisitados no disco e da largura de banda disponível para ler os dados.

Uma nova tecnologia para melhorar o desempenho do serviço VOD é o RAIDs (Redundant Arrays of Inexpensive Disks), usada para alcançar um mais eficiente armazenamento e uma mais eficiente resposta aos pedidos. RAIDs baseia-se na transferência paralela desde um array de drives para suportar altas taxas de transferência na transmissão dos dados.
 
 

9 - Alguns sistemas experimentais em fase de teste

Testes como estes, possibilitam a exploração de possíveis dificuldades técnicas que possam aparecer, e que podem ser resolvidas antes de implementar este serviço a larga escala.
 

Localidade	Empresa	Descrição
Orlando, Florida	Time Warner	Sistema VOD via cabo
Northern Virginia	Bell Atlantic	Sistema VOD usando ADSL
Cerritos, California	GTE	Sistema VOD simples usando VCRs
Montreal, Canadá	Videoway	Sistema VOD limitado via cabo
New York	Ninex and Dow Jones	Sistema VOD para distribuição de notícias

 

10 - O teste do Video-on-Demand em Taiwan:

Para familiarizar-nos melhor com os sistemas VOD, apresenta-se aqui um dos testes mais importantes realizados até hoje:

Este teste foi desenvolvido por "the Science-Based Industrial Park, Hsinchu, Taiwan, ROC. E conduzido por "Computer & Communication Research Laboratories (CCL), Industrial Technology Research Institute (ITRI).

Os mais importantes requerimentos deste teste são um sistema end-to-end e um sistema aberto. Sistemas abertos permitem que uma grande variedade de servidores de vídeo e set-top boxes sejam integrados num sistema.

Podemos caracterizar cada uma das entidades do sistema:
 
 

- Servidor de vídeo:

Largura de banda: 50 streams a 3 Mb/s

Concorrência: 20 utilizadores a aceder ao mesmo programa concurrentemente.

Transporte de dados: Usa streams com formato MPEG-2 para o transporte. Mas pode transportar streams com formato MPEG-1.

Armazenamento de dados: tem capacidade para 50 filmes de 2 horas em formato MPEG-2. Usa um sistema de ficheiros hierárquico.

Interface de rede: usa a rede ATM baseada em switch network

- Rede de dados: Compreende o Headend e uma rede de acesso HFC (Hybrid fiber coax). Os vídeo streams são empacotados a partir do servidor em células ATM e transportadas para o headend. Aqui as células ATM são moduladas por "Quadrature Amplitude Modulation (QAM)" e são combinadas com sinais analógicos CATV convencionais, depois o headend envia o sinal analógico combinado para os clientes (set top box) através da rede HFC, que actua sobre fibra óptica.

Características da rede HFC:

1. Analog CATV broadcasting: 50~550MHz
2. Digital VOD channels: 550~750 MHz
3. Upstream control signal: 5~35 MHz.

1. Processamento do sinal: Provê funções de comutação, multiplexagem e modulação.
2. Ligação: Estabelece e gere as ligações de transporte entre o servidor de vídeo e as STBs.
3. Menu: Apresenta aos clientes um menu da informação disponível pelos provedores.
4. Combinação de sinal: combina vídeo digital com broadcasting analógico CATV.
5. Operação, administração e manutenção: provê funções tais como alocação de recursos, gestão de rede, etc.

Características das STBs.

1. Descodificação de áudio: o formato básico de dados áudio para ser aceites pelos STB são o MPEG-1 ou MPEG-2.
2. Descodificação de vídeo: A STB aceita e processa correctamente MPEG-2.
3. Transporte da stream: a sincronização de áudio e vídeo e feito pela stream de transporte MPEG-2.

Preparação do conteúdo: Um computador sem software não nos serve para nada, assim é umVOD sem conteúdo. O conteúdo pode dividir-se em: filmes-Express; Pop Music e

Notícias ao instante. A preparação do conteúdo pode dividir-se em:

1. Criação e captura do conteúdo. 3) Autorização.
2. Edição de Conteúdo. 4) Carregamento do conteúdo.

Um sistema envolve uma variedade de tecnologias, tais como redes, comunicações, computador, vídeo, software mas também conteúdos e programas. Devido a proliferação de empresas o aspecto da compatibilidade começa a adquirir importância.

Na China surge um problema, porque os sistemas VOD não provêm as fontes chinesas.

A latência deste sistema está no rango entre 1 e 2 segundos. Está-se a tentar chegar a 1 segundo. Uma latência acima dos 3 segundos já se revela insatisfatória para o serviço.
 
 

11 - Bibliografia
 

• FURHT, Borko. Multimédia Tools and Applications. Kluwer Academic Publishers. Boston. 1996.

• STEINMETZ, Ralf; NAHRSTEDT, Klara. Computing, Communications and Applications. Prentice Hall. Upper Saddle River. 1995.

• Revista: Multimédia, Tools and Applictions. Kluwer Academic Publishers. Volume 5, Número 2, Setembro de 1997. Dordrecht, Holanda.

• Documento publicado na WEB. KO, Miranda; KOO, Irene. An Overview of Interactive Video On Demand System. Universidade de British Columbia. 13 de Dezembro de 1996. (www.ee.ubc.ca/home/comlab1/irenek/etc/www/techpaper/vod/ vod.html).

• Documento publicado na WEB. RAJAPAKSHE, Harindra; QUEK, DEREK P. Video on Demand. Junho de 1995.

• Documento publicado na WEB. PELTONIEMI, Jari. Video-on-Demand Overview. Universidad Tecnológica de Tampere. Finlandia. 30 de Janeiro de 1995. (www.cs.tut.fi/tlt/styff/vod/VoDOverview/vod1.html).

Estamos no futuro. Imagina um fim de semana em casa. Tu acabaste de tomar o lanche e sentaste-te em frente da televisão. Tu ligas-a. Não vês nada interessante. De pronto lembras-te de um bom filme que o Pedro te recomendou no bar, carregas então nums quantos botões no teu comando da T.V e o filme começa, tu deitas-te no sofá com um copo de Martini na mão, e ficas relaxado por um par de horas.

O futuro não está muito longe. De facto, já estão criadas as bases para o desenvolvimento desta ideia excitante, o Video-on-Demand, agora é só esperar por algumas melhorias em certas tecnologias a fim de que se consiga levar este sistema à maioria dos lares do mundo.

Mas não deixa de ser um sistema com muitos e fortes requerimentos ao nível de rede, largura de banda, armazenamento em disco, compressão de dados, transmissão em tempo real, escalabilidade, etc. factores que são críticos e necessitam ser cuidados ao pormenor para obter desempenhos óptimos.

O VoD é um sistema super inovador que permite a interactividade, num mundo donde as crianças cada vez mais se sentem atraídas por estas novas tecnologias, é de esperar que daqui a não muito tempo este serviço será tão usado como o telefone ou a luz eléctrica.