Jorge Fernandes 1,2 Guido Lemos 3 Gledson Elias Silveira 3

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1 Introdução à Televisão Digital Interativa: Arquitetura, Protocolos, Padrões e Práticas Dia 1 Minicurso com duração de 6 Horas, Apresentado na XXIII Jornada de Atualização em Informática do XXIV Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. JAI-SBC Disponível a partir de Jorge Fernandes 1,2 Guido Lemos 3 Gledson Elias Silveira 3 1 Departamento de Ciência da Computação Universidade de Brasília 2 Afastado do DIMAp - UFRN 3 Departamento de Informática da Universidade Federal da Paraíba

2 Objetivos do mini-curso e tratamento dado ao tema (6h) Apresentar uma visão geral dos aspectos técnicos atuais da área de TV Digital Interativa (TVDI), dentro de uma perspectiva teórico-prática. Aspectos teóricos Abordados através da apresentação da Arquitetura de sistemas de TVDI Protocolos para tratamento de Vídeo e TV digital Padrões de middleware para receptores domésticos de TVDI Aspectos práticos Breve Apresentação sobre Categorias de Aplicações em TVDI Demonstração montagem e uso de uma plataforma para desenvolvimento e teste de software e sistemas de TVDI.

3 Perfil desejado da audiência Alunos e profissionais de computação que atuam em desenvolvimento de software e sistemas distribuídos.

4 Estrutura 1 Introdução 2 Arquitetura de Sistemas de TVDI 3 Protocolos 4 Padrões de Middleware 5 Práticas 6 Considerações Finais

5 1. Introdução 1.1 O que é TV, Digital, Interativa 1.2 Aplicações em Vídeo e TV Digital 1.3 Vídeo Digital e Multimídia (MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21) 1.4 Arquitetura, Protocolos e Padrões de TVDI

6 2 Arquitetura de Sistemas de 2.1 Codificador TVDI 2.2 Gerador de Carrossel 2.3 Multiplexador 2.4 STB/URD Set-top Box/Unidade de Recepção e Decodificação 2.5 Canal de Interação

7 3 Protocolos 3.1 Família MPEG Fluxos Elementares Pacotização Sistema Programa Transporte 3.2 Interatividade

8 4 Padrões de Middleware 4.1 Blocos Fundamentais DAVIC JavaTV - Xlets HAVi 4.2 Padrões Mundais de TVDI 4.3 DVB/MHP: Um middleware maduro

9 5. Práticas 5.1 Plataforma de Desenvolvimento e Testes de Sistemas e Software de TVDI 5.2 Ciclo de Desenvolvimento de Software de TVDI

10 6. Considerações Finais

11 Principais Referências [1] Tektronix. (2002) A Guide to MPEG Fundamentals and Protocol Analysis (Including DVB and ATSC). Disponível URL: [2] CPqD. (2001). Relatório Integrador dos Aspectos Técnicos e Mercadológicos da Televisão Digital. Anatel. Março de [3] Edward M. Schwalb (2003), itv Handbook: Technologies and Standards, Prentice Hall PTR, July [4] DVB. (2004) Digital Video Broadcasting Project, acessado em junho de [5] HAVi (2001). HAVi v1.1 - Home Audio Video Interoperability Version 1.1, acessado em junho de [6] Sun. (2000). Java TV Java TV API Technical Overview: The Java TV API White Paper, Version 1.0, Sun Microsystems. November [7] Sun. (1999) JMF Java Media Framework 2.0 API Guide, Sun Microsystems November [8] Jouni Paavilainen (2001) Mobile Business Strategies, Addison-Wesley, 2001.

12 Introdução Apresenta um panorama geral dos conceitos e aplicações na área de Vídeo, TV digital e multimídia.

13 Televisão Interativa Apresentação de menus e seleções de links em um aparelho de tv Associada ao conteúdo apresentado Que pode estar interagindo com o broadcaster

14 Televisão Digital Padrão para codificação, transmissão, modulação, difusão e recepção digital de programas televisivos TV Digital Terrestre Satélite Cabo

15 Convergência Digital Mídia TI Telecom

16 Substituição Analógica- >Digital Arquivos -> Sistemas de Arquivos LP -> CD Telefone Analógico -> Digital Celular Analógico -> Digital Televisão Analógica -> Digital

17 Ondas de Impacto na Transformação Analógica->Digital 1a Substituição de Equipamentos de Estúdio / Laboratório 2a Padrão Uniforme de Distribuição e Transmissão 3a Novos Modelos de Negócios

18 Evolução dos Padrões Analógicos Padrões especificam as características da imagem, como número de pontos por linha, número de linhas por quadro, número de quadros por segundo, etc P&B M, N, BGH Coloridos NTSC (EUA): 525 linhas, 30 q/s, 60 q/s entrelaçados SECAM (França) PAL (Europa Brasil) 625 linhas, 25q/s, 50 q/s entrelaçados Alta Definição MUSE Analógico - Satélite 1125 linhas

19 Padrões de TV Digital 1987 (EUA) A Grande Aliança adota o MPEG-2 Totalmente digital 1998 entra em operação o ATSC 1993 (Europa) Consórcio DVB DVB-T opera em 1998, na inglaterra 1997 (Japão) ISDB - Padrão próprio 2000 entre em operação via satélite

20 Perfis e Níveis do DVB[1] HDTV 16:9 SDTV 4:3

21 16:9 versus 4:3 [3]

22 Um Sistema de TVDI [3]

23 Aplicações em TVDI Televisão Digital de Alta Definição Democracia Eletrônica Guias de Programação Eletrônica (EPG) Pay-Per-View Personalização Personal Video Recorder Vídeo sob Demanda com Inscrição Propaganda Focalizada T-Commerce Jogos baseados na TV Vídeo sob Demanda Walled Garden BroadBand Data Transfer Rede Doméstica Segurança Doméstica

24 Cadeia de Valor na Era da Convergência Digital Network Back-End Wap/Web Servers Internet Mobile/Broadcast Network Technology Software Development Payment Solutions Security Solutions Software Platforms Application Development Content Content Provision Content Aggregation Interface Portals/ Services/ Channels Devices (TV / Mobile)

25 Serviços Propostos [http://www.devicetop.com] Sports Betting Services [http://www.devicetop.com/site/page/static?sect=contest&cntr=req_sports &LEFT%20=contests_wrap_left&RIGHT=contests_wrap_right] Interactive Shopping Services [http://www.devicetop.com/site/page/static?sect=contest&cntr=req_shopp ing&le%20ft=contests_wrap_left&right=contests_wrap_right] PhotoFairy Photo Services [http://www.devicetop.com/site/page/static?sect=contest&cntr=req_photo &LEFT=%20contests_wrap_left&RIGHT=contests_wrap_right] Classic Arcade Games [http://www.devicetop.com/site/page/static?sect=contest&cntr=req_game s&left=%20contests_wrap_left&right=contests_wrap_right]

26 [http://www.devicetop.com] Apostas Interativas Esportivas Visão Geral Serviço de apostas esportivas, altamente interativo Permite que usuários apostem em tempo real contra outros que assistem ao evento. Soluções Usuário final aposta sem sair de casa Anunciantes atingem uma audiência mais focalizada Provedores de serviços oportunidades de lucrar com novo conteúdo e serviços.

27 [http://www.devicetop.com] Usuário típico Fanático por esportes, do sexo masculino, que assistem duas ou mais horas de esportes por semana Outros aspectos Usuários podem interagir com outros: apostas, revisão de resultados, chat, etc Ganho de pontos não monetários, associados à compra de promoções, como uma pizza.

28 [http://www.devicetop.com] Funções do produto Usuários apostam sobre resultados de eventos esportivos específicos Usuários interagem com outros que estão vendo o mesmo programa Usuários ganham pontos (não monetário) para melhorar status relativo aos outros ou para comprar produtos (pizza, CDs, DVDs, etc) Usuários recebem feedback sobre como eles estão relativos aos outros Anunciantes encontram novos caminhos para atingir sua audiência Provedores de serviço descobrem novas formas de aumentar lucratividade

29 [http://www.devicetop.com] Funcionalidade Geral Multiplayer Grupos de Torcedores Criar, ver e entrar em novos grupos No Grupo de Torcedores Enviar mensagens para outros membros Fazer uma aposta ou múltiplas apostas Mudar aposta Abertura e fechamento de prazo de apostas Relatórios Situação do grupo Situação individual Arquivo de resultados

30 [http://www.devicetop.com] Função Multiplayer Grupos agregados através dos headends Envolvimento dos participantes localizados em cidades ou áreas rurais Grupos de torcedores podem competir com outros localizados em outras áreas

31 [http://www.devicetop.com] Design do Sports Betting Service Client/Server Componente servidor e cliente Client Interação entre usuário final e a aplicação Server Administração do conteúdo que flui para o usuário Tratamento da interação com o usuário

32 [http://www.devicetop.com] Fluxo de Conteúdo Administração de conteúdo regional Xlets Usa HTTP Faz perguntas e manda respostas, com contagem de pontos Apresenta o sinal de TV e frames transparentes Apresenta Score do usuário Quadro de Messagens Marcas coca-cola, pizza, etc Servlets User Data Servlet Content Provider Servlet

33 [http://www.devicetop.com] Modelo de Negócios SBS oferecido sem custo adicional para premium subscribers Custo pago por anunciantes Apostas, Icones, Placares, Pontos, Quadro de mensagens Receita na venda de produtos

34 Arquitetura de Sistemas de TVDI Apresenta uma análise top-down da arquitetura de sistemas de TVDI, iniciando-se com o tratamento de interação com o usuário e introduzido aspectos do processo de codificação.

35 Arquitetura de Alto Nível de um Sistema de TV

36 Arquitetura de Alto Nível de um Sistema de TV Estúdio da Central de Produção Produção responsável pela gravação de cenas, edição e criação dos programas Armazenamento responsável por armazenar e recuperar o acervo de cenas e programas criados pelo Estúdio Transmissão responsável pela transferência de cenas e programas intra-estúdio e inter-estúdio, bem como a transmissão para a Rádio-Difusão. Rádio-Difusão Transmissão para recepção via terrestre, satélite ou cabo Recepção Doméstica recebe o sinal difundido através do conjunto Antena + Receptor Analógico (em geral embutido no aparelho de TV) e envia este sinal para o Monitor de TV

37 Arquitetura Atual de Sistemas de TV

38 Módulos Digitais em uma Estação de TV Atual Formatos de vídeo como o MiniDV, usados em produção de TV, empregam codificação digital de sinais. Aparelhos de TV empregam algum tipo de tratamento digital de imagens, como o PIP (picture in picture). Praticamente todo sistema de transmissão via satélite, inclusive a recepção doméstica de sinais de satélite, usa modulação digital.

39 Arquitetura de Sistemas de TV Digital

40 Impactos da TVD Sobre o Estúdio Câmera com maior resolução Codificador MPEG-2 Streams de A/V armazenáveis em DVD Ilha de Edição não Linear distribuição dos programas através de rede de computadores

41 Impactos da TVD Sobre a Central de Produções Chamada de provedora de serviços Streamer transmite e recebe fluxos de transporte MPEG-2 (MPEG-2-TS) aumenta fortemente a capacidade de integração da Central com uma maior quantidade de estúdios, inclusive externos Reduz o uso de satélite Multiplexador Agrega programas de vários estúdios para distribuição em rede de tv

42 Impactos da TVD Impacto da TV Digital sobre a Rádio-Difusão Técnicas de compressão Tornam possível transmitir pelo menos 4 programas com qualidade superior Transmitir programas e dados adicionais Módulo Remultiplexador Responsável por fazer a multiplexação entre os vários TS gerados por uma ou mais centrais de produção Eliminar, substituir ou inserir programas e fluxos de dados que serão veiculados Inserir informações gerais sobre a programação dos vários canais veiculados Proteger programas cujo conteúdo é consumido através de pagamento (pay-per-view). Permite ao difusor operar uma maior quantidade de Centrais de Produção (Provedores de Serviços), o que aumenta a oferta de conteúdo e canais.

43 Impactos da TVD Sobre a Recepção Doméstica Necessita de um STB equipamento digital com capacidade de processamento de sinais de áudio e vídeo, e eventualmente capacidade de execução de programas Capaz de receber, demodular, decodificar e remodular o sinal televisivo Gera sinal de A/V compatível com televisores analógicos Interação Pseudo e Real

44 TV Digital Pseudo-Interativa Enhanced DTV

45 TV Digital Pseudo-Interativa Gerador de Carrossel transforma um conjunto de arquivos de dados em um fluxo elementar, empregado um esquema de transmissão cíclica de dados Multiplexador funde um ou mais fluxos de dados aos fluxos de áudio e vídeo que compõem os eventos e programas, os quais por sua vez compõem os serviços consumidos pela audiência. O STB Interativo Interpreta computacionalmente os fluxos de dados multiplexados Exibe na TV uma interface com o usuário, Permite à audiência interagir com o programa de TV através do teclado ou controle remoto.

46 TV Digital Interativa

47 Arquitetura Genérica de um STB Interativo

48 Arquitetura do Carrossel

49 Elementos da arquitetura do Carrossel Viabiliza a instalação dinâmica, no STB, de uma cópia de um sistema de arquivos produzido no Estúdio de Dados Gerador de Carrossel Gerar um stream elementar de dados que, recebida pelo STB, produz o sistema de arquivos remoto de alta latência. Protocolo DSM-CC Object No STB interativo os arquivos do carrossel podem ter várias finalidades EPG - Guia de Programação Eletrônica Apresentar teletexto Enviar uma aplicação a ser executada no STB

50 Modelo de Entrega de Serviços no Padrão DVB

51 Modelo de consumo de serviços de TV digital Evento elemento atômico de produção de mídia Agrupamento de streams elementares (A/V/D) com um tempo definido de início e fim, como, por exemplo, a primeira parte de uma novela ou o primeiro tempo de uma partida de futebol Programa Concatenação de um ou mais eventos produzidos por um estúdio, como um capítulo de novela ou um show. Serviço O serviço é a principal unidade de produção e consumo na TV digital. Seqüência de programas (programação) controlada por um difusor, que tem por objetivo atingir uma determinada audiência, e que é veiculado em uma determinada faixa de horários Bouquet Unidade de distribuição das programações de uma Central de Produções.

52 BLNet: Um Serviço Interativo em Plataforma de TV Digital

53 Introdução à Televisão Digital Interativa: Arquitetura, Protocolos, Padrões e Práticas Dia 1 Minicurso com duração de 6 Horas, Apresentado na XXIII Jornada de Atualização em Informática do XXIV Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. JAI-SBC Disponível a partir de Jorge Fernandes 1,2 Guido Lemos 3 Gledson Elias Silveira 3 1 Departamento de Ciência da Computação Universidade de Brasília 2 Afastado do DIMAp - UFRN 3 Departamento de Informática da Universidade Federal da Paraíba

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