Televisão Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias Multimedia Home Platform
Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Jomar Alberto Andreata, M.Eng.
2
1. Introdução Objetivos
Visualizar os conceitos básicos da tecnologia
Apresentação dos Sistemas de TV Digital existentes
Apresentar a camada de software MHP
Sistema Brasileiro de Televisão Digital, o que existe?
3
1. Introdução
O que há de interessante na TV Digital?
TV Digital “Interativa” é recente, relevante e desconhecida.
Não é igual a TV analógica.
Não é unidirecional.
Não é TV + Internet.
Se utilizada em toda a sua potencialidade mudará hábitos da sociedade.
Causará “impacto” social e cultural maior que a Internet.
Potencialidades: T-Comerce; T-Gov; T-Learning.
4
1. Introdução
Histórico da TV Analógica
Surgiu na década de 30.
Inicialmente em preto e branco recebeu o “upgrade” das cores na década de 50.
Padrões: SECAM; NTSC; PAL(M,N,B,G,H).
525 linhas em 30 frames por segundo (NTSC).
625 linhas em 25 frames por segundo (PAL)-(PAL-M é 30).
Imagem é formada por 2 campos entrelaçados.
Aspecto de imagem 4:3
5
1. Introdução
Histórico da TV Digital
EUA iniciam as pesquisas em 1987. As pesquisas
fracassam, e em 1993 surge a “Grande Aliança” (AT&T, GE, MIT, Phillips, Sarnoff, Thomson e Zenith) e em 1999
surge o ATSC (Advanced Television System Commitee)
Europeus iniciam a pesquisa em 1993, o padrão europeu, o DVB (Digital Vídeo Broadcasting) entra em operação na Inglaterra em 1998.
Em 1997 os japoneses iniciam o desenvolvimento de seu padrão de TV digital, o ISDB (Integrated Services
Digital Broadcasting) que entra em operação em 2000.
6
2. TV Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
Exemplo de uma cadeia de transmissão da TVDI
7
2. TV Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
Digitalização do sinal
Imagem:
LDTV – 320 X 240 pontos
SDTV – 720 X 480 pontos
HDTV – 1280 x 720 e 1920 X 1080 pontos
Aspecto 4:3 e 16:9
Som
2 ou mais canais de áudio (Surround - 5.1 canais de áudio)
Canal de dados
Transmissão de aplicações e informações
8
2. TV Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
31.64 ISDB-C
4.06 (móvel) 21.47
ISDB-T Japão
52 ISDB-S
MPEG-2 AAC MPEG-2
ISDB
38.57 ATSC-C
Estados Unidos, Canadá, Coréia do Sul, Taiwan,
México 19.28
ATSC-T Dolby AC-3
MPEG-2 ATSC
38 DVB-C
15 (móvel) DVB-T 24
Europa, Austrália,
Nova Zelândia,
Rússia 38
DVB-S MPEG-2 BC
MPEG-2 DVB
Onde foi adotado Bit rate (Mbps)
Tipo de Sistema Codificação de
áudio Codificação de
vídeo Padrões
Tecnologias escolhidas pelos padrões da TVDI
9
2. TV Digital Interativa MPEG-2 Áudio
MPEG-2 BC (Backward Compatible)
Dividido em 3 camadas (Layer I, II, III)
MPEG-1 Áudio e MPEG-2 BC Áudio são compatíveis
Suporta até 5.1 canais de áudio
Explora propriedades de mascaramento
É feita uma conversão do áudio para uma
representação no domínio da freqüência, separando e removendo os componentes tonais inaudíveis.
Joint Stereo
MPEG-2 AAC
Consegue taxas de compressão maiores que o
MPEG-1 camada 3 (MP3), permite o uso de até 48
canais de áudio.
10
2. TV Digital Interativa MPEG-2 Vídeo
Algoritmos de compressão MPEG-2 combinam basicamente 3 técnicas:
• Codificação preditiva: explora redundância temporal nas mídias contínuas.
• Codificação por transformada: usando a transformada discreto do co- seno (DCT), para explorar redundância espacial em cada quadro de vídeo.
• Código de Huffman ou supressão de seqüências repetitivas que são
técnicas baseadas em entropia usadas para remover redundância que
ainda persista após a aplicação das duas técnicas anteriores.
11
2. TV Digital Interativa MPEG-2 Vídeo
3 tipos principais de quadros:
3 tipos principais de quadros:
3 tipos principais de quadros:
3 tipos principais de quadros:
• Quadros I – Intracoded (codificados internamente)
•
Quadros auto-contidos, não dependem de outro.• Cada quadro semelhante a imagem jpeg, apenas com compressão espacial
.
• Quadros P – Predicted
•
Codificados usando técnica de compensação demovimento com relação a um quadro anterior (P ou I)
• Taxa de compressão maior em relação a um quadro I (aprox. metade do tamanho).
• Quadros B – Bidirectionally Predicted
•
Codificados usando técnica de compensação de movimentos, considerando quadros anteriores e posteriores (I ou P)• Nunca são utilizados como referência para outros quadros, não há propagação de erros
• Maior taxa de compressão
12
2. TV Digital Interativa MPEG-2 Vídeo
Seq Seq
Seq Seqüüüüência de apresenta ência de apresenta ência de apresenta ência de apresentaçççção de quadros: ão de quadros: ão de quadros: ão de quadros:
• GOP (group of pictures) é uma seqüência de quadros que começa com um quadro I
• Seqüência de Geração ≠ Seqüência de apresentação
• Quadros B precisam aguardar a geração do seu
quadro de referência posterior.
13
2. TV Digital Interativa
MPEG-2 e uso do canal de 6 MHz
•
Em uma faixa de 6 MHz da TV analógica são possíveis:• 4 “programas” (SDTV em MPEG-2) ou 6 “programas”
(SDTV em MPEG-4).
• 1 “programa” HDTV em MPEG-2
• Permite o uso de canais adjacentes
14
2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
Uma das formas é o Carrossel de Objetos:
Dados transmitidos de forma cíclica através de um
carrossel de objetos, através de difusão (broadcast).
15
2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
• Áudio, vídeo e dados formam respectivamente Elementary Streams .
• Codificador MPEG-2 transforma todos os ES em PES (Packetized Elementary Stream).
• Cada PES pode ter até 65563 bytes por bloco e cabeçalho de 6 bytes
• PES são multiplexados,formando um fluxo de transporte MPEG-2 (Transport Stream)
• Pacotes de 188 bytes (184 bytes de payload e 4 bytes de cabeçalho).
16
2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
17
2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
Exemplo de um MPEG-2 Transport Stream
18
2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
•
DSM-CC necessita de um conjunto de tabelas para descrever o conteúdo transportado (PSI – Program Specific Information), formadas por:• PAT – Program Association Table
• CAT – Conditional Access Table
• PMT – Program Map Table
19
2. TV Digital Interativa
“Pilha” de tecnologias
Padrão Europeu - DVB
20
2. TV Digital Interativa
“Pilha” de tecnologias
Padrão Norte-Americano - ATSC
21
2. TV Digital Interativa
“Pilha” de tecnologias
Padrão Japonês - ISDB
22
2. TV Digital Interativa Set-Top-Box
Modelo Esquemático
23
2. TV Digital Interativa Set-Top-Box
Exemplo:
24
2. TV Digital Interativa Set-Top-Box
Formas de transmissão de informações
Canal de retorno (modem, ADSL, CDMA, WiMax)
25
3. MHP (Multimedia Home Platform) Introdução
Middlewares são camadas de software que servem como
interface entre as camadas inferiores (sistema operacional, protocolos) e superiores (aplicações), garantindo a
comunicação entre as camadas de forma transparente,
gerenciando os componentes sem que as aplicações precisem se preocupar com a localização dos componentes requeridos,
permissões de acesso, dentre outras funções.
Exemplos de Middlewares usados em TVDI:
DASE - Digital TV Application Software Environment, (ATSC)
ARIB - Association of Radio Industries and Business, (ISDB)
ACAP - Advanced Common Application Platform (ATSC + OCAP)
OCAP - OpenCable Application Platform, Cable Labs Corp.
MHP - Multimedia Home Platform, (DVB-T)(TVA Cabo)
MHP-GEM -Globally Executable MHP
OpenTV – Open TV Corp., (DirectTV)
NDS – Norsk Nettverk for Downsyndrom Startsiden, (SkyTV)(Sky+)
Microsoft TV – Microsoft Corp., (GloboCabo, NET Digital)
26
3. MHP (Multimedia Home Platform) Principais Características
Linguagem de desenvolvimento de aplicações:
Procedural:
DVB-JAVA
Declarativas:
DVB-HTML
MHEG-5 - Multimedia and Hypermedia information
coding Expert Group (Reino Unido)
27
3. MHP (Multimedia Home Platform) Principais Características
Suporte a aplicações no ambiente MHP
• Representação da API (Application
Programming Interface)
28
3. MHP (Multimedia Home Platform) Application Programming Interface
DVB-Java API pode ser subdividida em:
API Fundamental : As API´s fundamentais possuem parte da API da plataforma Java (destaca-se os pacotes java.lang com algumas restrições e a java.util). Existem também outras API’s definidas pelo DVB como os pacotes
org.dvb.lang e o org.dvb.event
API de Apresentação : Algumas classes provenientes do pacote java.awt são incluídas para permitir suporte aos componentes pesados (heavyweight) no ambiente MHP. A maioria das classes dos pacotes java.awt.event e
java.awt.image são suportadas. Classes adicionais foram incluídas para estender as funcionalidades do pacote
java.awt, isso com a intenção de adicionar funcionalidade de interface com o usuário específicas do ambiente
televisivo, funcionalidades essas que incluem componentes pesados adicionais ao pacote Java padrão e gerenciamento de cores específicas
29
3. MHP (Multimedia Home Platform) Application Programming Interface
DVB-Java API pode ser subdividida em (continuação):
API de Fluxo de Mídia : As classes javax.media e
javax.media.protocol originárias do pacote Java Media Framework (JMF) são suportadas. Uma extensão ao JMF é
incluída como uma API específica do padrão MHP. Esta API de controle de fluxo de mídia permite que aplicações
acessem mídias que são transmitidas através de um fluxo de transporte MPEG-2
API de acesso a dados : No ambiente MHP dados podem ser acessados através de um canal de difusão ou do canal de retorno. Estão presentes API’s com funcionalidades para serem utilizadas para acessar dados em cada um dos canais.
Para acessar arquivos de uma aplicação que são transmitidas em um canal de difusão através de um
carrossel de objetos é utilizada a classe java.io.File.
Por causa das propriedades de um ambiente de difusão, as aplicações podem somente ter acesso a arquivos
provenientes de um carrossel de objetos. Somente os operadores de canal podem atualizar arquivos que são transmitidos via difusão em um carrossel de objetos.
30
3. MHP (Multimedia Home Platform) Application Programming Interface
DVB-Java API pode ser subdividida em (continuação):
API de seleção de serviços e informações : API’s que
incluem funcionalidades de obter informações de serviços selecionados e selecionar outros serviços disponíveis.
API’s de Controle da Infraestrutura : Pacotes que incluem a classe de interface Xlet e a XletContext que são
utilizadas na comunicação entre as aplicações e o
gerenciados de aplicações. (Aplicações DVB-J costumam ser chamadas de Xlets.
31
3. MHP (Multimedia Home Platform)
Profiles MHP
32
3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface XLET
Similar ao um Applet do ambiente Internet
Não possui método main(), e sim métodos que permitam que uma segunda aplicação controle o seu ciclo de vida.
33
3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário
Pontos a considerar no desenvolvimento de aplicações:
• Pontos na tela
(vídeo é
retangular, API é quadrada).• Tamanho de exibição
(aplicação deve suportar 4:3 e 16:9)
• Transparência
(camada de aplicação possui esse recurso)
• Cores
(Java mapeia em RGB e vídeo é em YUV)
• Gerenciador de Janelas
(Windows Managers são muito
complexospara executarem na maioria dos set-top-boxes.
• Diferenças na interface com o usuário
(controle
remoto, teclados, track balls)
34
3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário
Planos de Exibição:
35
3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário
Recomenda o desenvolvimento de aplicações utilizando as blibiotecas HAVi (Home Audio/Video
interoperability)
A DVB anexou no MHP parte desta API, especificamente o módulo de interface gráfica chamado de HAVi Level 2 User Interface.
O desenvolvimento da GUI HAVi foi baseada no framework SWING, por isso algumas de suas classes são compatíveis com Java TV, outras não. Ela mantém as classes
principais, como a java.awt.Component que é necessária para construir widgets lightweight.
Algumas diferenças estão no sentido que a especificação HAVi inclui conceitos exclusivos do ambiente televisivo, como a recepção de comandos provenientes de controle
remoto, tamanho e resolução de tela de televisão,
containers de aplicação e formas de trabalhar com widgets transparentes.
36
3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário
MHP recomenda o desenvolvimento de aplicações utilizando as bibliotecas HAVi (Home Audio/Video interoperability)
37
3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário
A aplicação deve suportar hardware heterogêneo
A configuração do dispositivo (device) gráfico é feita através do uso de instâncias da classe
HScreenConfiguration e suas subclasses, possibilitando assim a escolha do formato dos pixels, tamanho da tela (4:3, 16:9, 14:9), resolução da tela e demais parâmetros.
A classe HScreenConfigTemplate permite criar uma configuração modelo para o display, testar o device
físico sobre a possibilidade de executar tal configuração antes de aplicá-lo e, se confirmada, a possibilidade
aplicar o modelo ou caso contrário escolher uma configuração inferior.
A classe HScreeen possui subclasses como a
HBackgroundConfigTemplate, HVideoConfigTemplate e HGraphicsConfigTemplate com métodos que indagam o
hardware existente sobre a melhor configuração possível (getBestConfiguration()) possibilitando assim o
desenvolvimento de aplicações robustas no sentido de poderem ser executadas em receptores com capacidades gráficas diferentes.
38
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital Histórico
1991 – Comissão Assessora para assuntos de televisão
(Com-TV)
1994 – Set e Abert
1998 – Anatel
1999 – Importação dos equipamentos
2000 – Finalização dos testes de campo e relatório
ISDB (ótimo na mobilidade e recepção interna)
DVB (ótimo na recepção interna)
ATSC (fraca recepção interna e mobilidade)
2003 – “Vamos fazer um sistema brasileiro” – Miro Teixeira
Decreto 4901 institui o SBTVD
Comitê de desenvolvimento
Comitê consultivo
Grupo Gestor
2004 – Chamada pública
MC/MCT/FINEP/FUNTTEL
39
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital Histórico
2006 – CPQD/FUNTTEL
Especificação técnica de referência
Modelo de Referência
Arquitetura de referência
Plano de desenvolvimento do SBTVD
2007 – 17/12 - Debut – “Uma estréia para ninguém...”
40
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação Técnica de Referência do SBTVD:
Camada de Transporte, Multiplexação:
MPEG-2 System – Transport Stream
Codificação de vídeo em 2 Modos:
Modo SDTV - Standart Definition – 480i (720x480 em 2 campos entrelaçados, taxa de 30Hz, aspecto 4:3 e 16:9) – codificado em MPEG-2 (ITU H.262)
Modo HDTV - High Definition – 720p (1280x720 em 1 campos progressivo, taxa de 60Hz) ou 1080i
(1920x1080 em 2 campos entrelaçados, taxa de
30Hz),aspecto de 16:9) – codificado em MPEG-4
(ITU H.264)
41
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação Técnica de Referência do SBTVD:
Codificação de Áudio:
Mono, Stereo, Joint Stereo em MPEG-1 Layer 2 ou MPEG-2 BC
Multicanal em MPEG-2 AAC LC
Todos compatíveis com taxas de amostragem de
32KHz, 44.1KHz e 48KHz
42
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação Técnica de Referência do SBTVD:
Arquitetura de Middleware:
• Uma aplicação SBTVD-J segue as especificações
DVB-GEM e DVB-MHP com alterações referentes a
particularidades nas tabelas SI do SBTVD.
43
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Suporte a Linguagens Procedurais:
• Java Virtual Machine
(API´s para comunicação entre aplicações, protocolos de comunicação diversos e controle de entrada e saída de dados)• Java TV
(acesso a fluxo elementares de áudio e vídeo,manipulação de elementos gráficos,acesso a tabelas SI, controle de ciclo de vida das aplicações)
• DAVIC 1.41 Part 9
(tratamento dos fluxos elementares para notificação e seleção do feixe de transporte)• Java Media Framework 1.0
(processamento de mídias baseadas no tempo, execução de arquivos originários daradiodifusão ou canal de interatividade)
• HAVi Level 2 – User Interface (
API´s de interface com o usuário, suporte a controle remoto, subconjunto Java AWT 1.1 e modelo de visualização em 3 camadas)44
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Suporte a Linguagens Declarativas:
• XML 1.0 (EXtensible Markup Language)
• XHTML (eXtensible Hypertext Markup Language)
• CSS (Cascading Style Sheets)
• DOM (Document Object Model)
• ECMAScript
• Inclusão do GINGA (PUC-RIO):
• NCM (Nested Context Model)
• NCL (Nested Context Language)
*NCL – Linguagem declarativa para autoria de
documentos hipermídia com sincronização temporal
e espacial de objetos de mídia.
45
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação de Canal de retorno:
• Sistema via RF Intrabanda
• Entre 54 e 87,5 MHz (VHF Baixo)
• Entre 174 e 216 MHz (VHF Alto)
• Entre 470 e 806 MHZ (UHF)
Alternativas Tecnológicas:
• DVB-T Return Channel Terrestrial
• CDMA 450 MHz – EVDO
• WiFi 802.11b Ad Hoc
• WiMAX 802.16 (Preferência do Governo)
46
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação Técnica de Referência do SBTD:
Estimativas de custo dos modelos de Set-Top-Box:
47
4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Custos estimados da migração para o SBTD:
48
5. Exemplo de aplicações
49
5. Exemplo de aplicações
50
5. Exemplo de aplicações
51
5. Exemplo de aplicações
52
