Receptores e Canal de Interatividade para o Sistema Brasileiro de TV Digital

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1 Receptores e Canal de Interatividade para o Sistema Brasileiro de TV Digital Valério Pereira Etcharte Escola de Engenharia Universidade Federal Fluminense (UFF) Rua Passo da Pátria 156 Niterói RJ Brasil etchart@starone.com.br Resumo. O presente trabalho aborda a arquitetura e funções de um set-top box, aparelho receptor e conversor de sinal digital para sinal analógico e também apresenta a norma sobre o canal de interatividade evidenciando seus principais componentes e funções. Abstract. This paper discusses the architecture and functions of a set-top box, a digital signal receiver and digital-to-analog converter unit for digital TV systems, and also presents the interactivity channel standard, highlighting its main components and features. 1 Introdução O dia 02 de dezembro de 2007 [5] é um marco na história da televisão brasileira. Nesta data, foi realizada a primeira transmissão digital terrestre em alta definição. A TV digital interativa, diferente de sua antecessora, a TV analógica, apresenta um novo conceito à comunicação bidirecional, trazendo à baila benefícios como interatividade, multiprogramação, mobilidade e portabilidade; viabilizando ao usuário realizar compras, participar de pesquisas, comentar notícias, acessar programação e outros serviços que deverão surgir de acordo com suas necessidades. Essa mudança de paradigma é considerada uma revolução capaz de trazer uma qualidade muito superior a que estamos acostumados a assistir nos televisores convencionais. Entende-se que essa não é apenas uma revolução tecnológica, mas também uma revolução social, na medida em que o usuário pode expressar sua opinião e modificar as informações recebidas através do Canal de Interatividade, sistema que possibilita a cada usuário, individualmente e independente dos demais, interagir encaminhando ou recebendo informações e solicitações das emissoras. O presente trabalho discorre sobre o canal de interatividade supracitado, enfatizando os seus principais componentes, sua arquitetura de rede e protocolos. Apresenta as tecnologias disponíveis para a sua implementação, abordando suas vantagens e desvantagens. E relaciona as funcionalidades essenciais de um receptor digital, elencando seus tipos e principais características. O restante do texto está estruturado da seguinte forma. A seção 2 apresenta um modelo de referência de um Sistema de Televisão Digital Terrestre, a seção 3 apresenta o Canal de Interatividade do Sistema Brasileiro e sua Arquitetura, a seção 4 apresenta uma análise das tecnologias disponíveis para implementação do Canal de Interatividade, a seção

2 5 apresenta o Terminal de Acesso, suas funcionalidades e arquitetura, e a seção 6 apresenta as principais considerações do trabalho. 2 Modelo de Referência de um Sistema de Televisão Digital Terrestre Um sistema de Televisão Digital Terrestre [8] é definido como uma plataforma capaz de transmitir e receber sinais de áudio e vídeo, bem como dados, utilizando o sinal de radiodifusão em freqüências de VHF/UHF. O modelo de referência permite que se tenha uma visão geral das principais estruturas de um sistema de televisão digital, seu funcionamento e como essas estruturas interagem entre si. Na figura 1, o diagrama de blocos desse modelo de referência é apresentado, enfatizando-se a representação do fluxo do sistema. No diagrama podemos ver que o sistema exerce o papel de plataforma de comunicação para a informação que é transferida desde a sua fonte (Produção de Conteúdo) até os consumidores da informação (Usuário Final). De forma geral, o sistema pode ser dividido em dois blocos principais: (1) Difusão e Acesso e (2) Terminal de Acesso. Entre esses dois blocos se encontram o Canal de Radiodifusão e o Canal de Interatividade. Por meio do Canal de Radiodifusão, os sinais de áudio, vídeo e dados são transmitidos. O canal de Interatividade é composto de um Canal de Descida e um Canal de Retorno, que possibilita a integração do usuário final com a produção de conteúdo, permitindo-lhe receber ou enviar solicitações e informações. Figura 1 - Diagrama em blocos do Sistema Brasileiro de Televisão Digital

3 Para que os sinais de áudio e vídeo e os dados, originários do módulo de Produção de Conteúdo possam ser transmitidos pelo Canal de Transmissão, eles precisam se adequadamente comprimidos, codificados e empacotados. Essas funções são realizadas pelo bloco de Difusão e Acesso. O primeiro módulo desse bloco consiste na codificação de fonte, que tem o objetivo de compactar os sinais de áudio, vídeo e os dados. Uma vez codificados, os sinais são processados pe la Camada de Transporte, que os empacota e reúne em um único sinal de transporte, acrescentando-lhes informações auxiliares de controle. No módulo de Codificação de Canal, Modulação e Transmissão, o sinal gerado na Camada de Transporte é preparado para transmissão através de uma codificação de canal seguida de uma modulação. No bloco Terminal de Acesso são realizadas operações inversas às realizações no bloco de Difusão e Acesso. O objetivo desse bloco é reconstituir a informação original de áudio, vídeo e dados. Por meio de antenas receptoras, o sinal transmitido é recebido pelo módulo de Recepção, Demodulação e Decodificação de Canal. Após passar por um processo de demodulação e de decodificação de canal, o sinal é demultiplexado, ou seja, os sinais de áudio, vídeo e dados são separados. Os decodificadores de áudio e vídeo decodificam os sinais de áudio, vídeo para que possam ser corretamente exibidos. O middleware é responsável pela função de decodificar os dados e executar o software no Terminal de Acesso, permitindo serviços interativos na televisão digital. Como resultado final há diversas aplicações (interativas ou não) que podem ser utilizadas pelos usuário s. Para facilitar o entendimento, os módulos foram agrupados em subsistemas da seguinte forma [1]: Transmissão e Recepção: engloba os módulos Codificação de Canal, Modulação e Transmissão, na Difusão e Acesso, e os módulos de Recepção, Demodulação e Decodificação de Canal, no Terminal de Acesso. Codificação de Sinais de Fonte: inclui Codificação de Áudio (composto pelo codificador e decodificador de Áudio), Codificadores de Vídeo (composto pelo codificador e decodificador de vídeo) e Codificação de Dados (corresponde ao codificador de dados). Camada de Transporte: Consiste nos módulos de Multiplexação e Demultiplexação. Middleware: representa uma camada de abstração de software sobre a qual as aplicações interativas são executadas. Está presente apenas no Terminal de Acesso. Canal de Interatividade: compreende o Canal de Descida e o Canal de Retorno. 3 Canal de Interatividade no Sistema Brasileiro O canal de interatividade [2] é conceituado como um sistema que possibilita a cada usuário, individualmente e independente dos demais, interagir encaminhando ou recebendo informações e solicitações das emissoras. Ou seja, o canal de retorno é o meio pelo qual as emissoras e os anunciantes da televisão chegam diretamente aos telespectadores. É por ele que se estabelece uma ligação direta entre o usuário e o vendedor de um determinado produto ou entre a direção da emissora. Caso o assinante deseje, pode escolher uma programação diferente da que está sendo exibida, ou mudar o ângulo da câmera que transmite a atração. Além dos benefícios relacionados à exibição normal da programação de uma emissora e da maior interação com os anunciantes, o telespectador pode decidir

4 acompanhar um processo que tramita na justiça, conferir se o salário do mês foi depositado em sua conta bancária pelo home banking ou mesmo chamar os filhos para a aula de inglês online. Todas essas possibilidades podem parecer intangíveis em um curto espaço de tempo, porém tais avanços podem ser idealizados por meio do canal de interatividade da TV digital. Na figura 2 o diagrama simplificado do Canal de Interatividade é apresentado. O diagrama ilustra a comunicação no sentido emissora/programadoras para o usuário e no sentido usuário para emissora/programadoras, pela interconexão de redes de televisão com as redes de comunicação. Figura 2 - Diagrama simplificado do Canal de Interatividade 3.1 Arquitetura do Canal de Interatividade A figura 3 apresenta um diagrama mais detalhado com a arquitetura básica do Canal de Interatividade [1], composto pelos seguintes blocos:

5 Figura 3 - Arquitetura do Canal de Interatividade Canal de Retorno: Utilizado para envio de solicitações e/ou respostas dos usuários para as emissoras/programadoras, ou seja, esse canal estabelece a comunicação dos usuários com as emissoras/programadoras. Pode ser constituído por qualquer uma das redes de comunicações disponíveis, ou seja, que venham a ser implementada. Canal de Descida: Utilizado para envio de solicitações e/ou respostas das emissoras/programadoras aos usuários, ou seja, estabelece a comunicação das emissoras e programadoras com os usuários. O Canal de Descida pode ser implementado enviando dados no fluxo de transporte (Transport Stream TS) do Canal de Radiodifusão, que é de livre acesso (recepção gratuita) usado para o serviço de radiodifusão dos sinais de áudio e vídeo. A tecnologia adotada para o Canal de Retorno pode fornecer um Canal de Descida suplementar. Gateway/Firewall: interliga as redes de comunicações com as emissoras/programadoras. É um servidor de acesso para as informações/solicitações provenientes dos usuários e das diferentes redes de Canal de Retorno. Essas informações/solicitações devem ser adequadamente processadas, adaptadas e encaminhadas para o seu destino final. No Gateway são implementadas as medidas de segurança da rede. Provedor de serviços: as informações ou solicitações provenientes dos usuários devem ser processadas e/ou interpretadas de maneira a gerar uma resposta adequada. Dependendo da demanda o u da informação do usuário, pode ser necessário: - Realizar uma consulta a outro servidor, banco de dado e/ou outras fontes para obter a informação desejada pelo usuário;

6 - Gerar uma resposta individualizada ao usuário; - Gerar um novo conteúdo de programa ou de aplicação com atualização de informações enviadas pelos usuários (resultados de pesquisas, por exemplo) ou com informações solicitadas pelos usuários; - Armazenar as informações em algum banco de dados, aplicação. Para ser encaminhada, a resposta ou informação gerada deve ser adaptada adequadamente de acordo com a forma de transmissão a ser utilizada. Quando a resposta ou informação é enviada dentro do fluxo de transporte (TS) no Canal de Radiodifusão/Canal de Descida, a adaptação é realizada pela unidade de adaptação do Canal de Radiodifusão. Quando a resposta ou informação é enviada pelas redes de comunicações do Canal de Retorno, a adaptação é realizada pelo Gateway. Modem: a conexão das redes de comunicações com o Terminal de Acesso se dá por meio de um dispositivo Modem adequado à solução de comunicação empregada. A interface I/O para Modem é a porta de comunicação para envio de dados de retorno ou solicitações do usuário para as emissoras/programadoras. Também possibilita o recebimento de dados individualizados, enviados por meio do canal de Descida Complementar, viabilizado pela solução de acesso adotada. Unidade de Adaptação de Radiodifusão: responsável pela adaptação das informações e/ou demandas a serem transmitidas no fluxo de transporte (TS) do Canal de Radiodifusão. Dependendo do tipo de interatividade, pode ser necessária a utilização de um gerador de carrossel ou outro tipo de processamento. Tecnogias de Acesso (Redes de Comunicações): por meio das redes de comunicações os dados do Canal de Retorno e Canal de Descida Complementar são transmitidos entre os Modems e os Gateways. A escolha das soluções de acesso adequadas vai depender dos cenários geográficos, populacionais e dos tipos de redes de comunicações disponíveis. As tecnologias de acesso não são excludentes, admitindo-se, inclusive, que novas tecnologias sejam agregadas. Com relação ao diagrama apresentado na figura 3, pode-se observar que há dois tipos de roteamento. O primeiro estabelece o fluxo bidirecional de dados entre múltiplas redes de comunicações e servidores de aplicações. O segundo tipo estabelece o fluxo bidirecional de dados entre o servidor de aplicações e as emissoras/programadoras. A adoção de múltiplas tecnologias de acesso para o Canal de Interatividade possibilita uma capacidade muito significativa ao subsistema, em capilaridade, cobertura, número de usuários e taxas de transmissão. Além disso, a adoção de múltiplas tecnologias permite a equivalência de áreas de cobertura para os sistemas de televisão (áudio e vídeo) e de interatividade, proporcio nando ambos os serviços a todos usuários. Entretanto, a utilização de múltiplas tecnologias torna necessária a utilização de protocolos que possibilitem a interoperabilidade entre diversas redes. A arquitetura admite a adoção de sistemas e protocolos adequados à implementação de redes privadas virtuais (Virtual Private Networks VPN). Tais aspectos não estão predefinidos nessa arquitetura, mas a possibilidade de sua realização está assegurada, o que possibilita a evo lução do sistema. Para otimizar o desempenho na transmissão de sinais de áudio, vídeo e dados é possível implementar uma administração de taxas, utilizando uma técnica denominada dados oportunistas. Essa técnica consiste no direcionamento das sobras da taxa de

7 transmissão para transmitir dados de interatividade nos momentos em que o codificador de vídeo é menos exigido. Adicionalmente, o limite do subsistema pode ser ampliado com a adoção de um canal de descida complementar pelas redes de acesso. 3.2 Modelo de arquitetura de rede A arquitetura de rede recomendada para o SBTVD (S istema Brasileiro de Televisão Digital) é baseada no modelo TCP/IP. O modelo OSI é utilizado em camadas para a definição dos protocolos que devem ser utilizados no SBTVD (Sistema Brasileiro de Televisão Digital) [4]. 4 Análise das tecnologias disponíveis para o Canal de Interatividade Atualmente existem várias soluções para a implementação do canal de interatividade [4] e é pouco provável que algum dia seja adotada uma solução universal. Entretanto, alguns pontos devem ser levados em consideração para a escolha de uma solução para canal de interatividade, tais como: custo de utilização, custos de equipamentos para a operadora e para o usuário, existência de infra-estrutura de transmissão, mobilidade, portabilidade, área de cobertura e largura de banda. Cada uma das tecnologias que serão apresentadas possui diferentes potenciais e características que podem limitar ou até mesmo impossibilitar a execução de algumas aplicações. Conhecer as redes de comunicação é pré-condição para que possa se planejar e implantar os aplicativos interativos de TV que fazem uso do canal de retorno. É interessante ressaltar que não se pretende explicar todos os meios possíveis de se estabelecer à comunicação entre a TV e o provedor de serviços interativos. O objetivo é apresentar algumas alternativas consideradas viáveis perante a variedade de perfis de usuários de canal de retorno. A seguir estão apresentadas as principais tecnologias disponíveis para implementação do canal de retorno, bem como suas vantagens e desvantagens. 4.1 PSTN PSTN [1] é o acrônimo de Public Switched Telephone Network, que significa rede telefônica pública comutada. Nessas redes, normalmente uma linha telefônica analógica é instalada em uma residência e conecta-se a uma central. Esta central, por sua vez está ligada a outras centrais ou a outras linhas telefônicas. Quando um usuário estabelece uma ligação para uma outra linha telefônica, as centrais nas quais essas linhas estão ligadas comutam seus canais de ligação, criando um canal dedicado entre uma linha telefônica e outra até que a ligação seja encerrada. Para a comunicação de dados, o usuário liga-se a um provedor de serviços de internet (ISP Internet Service Provid er) utilizando um modem (neste caso, presente no terminal de acesso) conectado à sua linha telefônica. Esse modem é capaz de estabelecer a ligação com o ISP e transformar as informações em sinais elétricos capazes de transitar pela rede pública de telefonia até o ISP, numa freqüência que este possa interpretar e encaminhar as solicitações de dados para os roteadores da rede, que entregarão o pacote ao seu destino e enviarão dados de volta ao modem.

8 É uma taxa razoável para enviar pequenas informações textuais (como um voto, numa votação via canal de retorno), mas insuficiente para algumas aplicações como vídeo sob demanda. Vantagens: as redes de telefonia pública têm um alcance bem grande e em muitas cidades de população inexpressiva é o único meio de acesso à internet. Desvantagens: tem taxa de transferência baixa; o tempo para estabelecer a conexão com ISP e iniciar a transferência de dados é grande (até dezenas de segundos); e em alguns casos a ligação e o tempo de efetuação da ligação com o ISP é cobrado pela empresa de telecomunicações que fornece a linha telefônica ao usuário. 4.2 ISDN Diferente da PSTN, a ISDN [1] é totalmente digital, inclusive a linha instalada na residência/organização do usuário. Isto facilita a implementação de serviços de dados nessa rede. A sigla é a abreviação de Integrated Services Digital Network (Rede digital de serviços integrados) e como seu nome sugere, este tipo de rede permite que vários serviços como telefonia, acesso a internet e fax sejam executados simultaneamente sobre uma mesma linha. O ISDN continua usando o sistema telefônico comum, por isso continua se pagando os pulsos telefônicos. Tem-se à disposição duas linhas de 64 kilobits cada uma, que podem ser usadas tanto para conexão à Internet quanto para chamadas de voz normais. Na hora de conectar você tem a opção de usar as duas linhas, conectando-se a 128 kilobits, ou então deixar a segunda linha livre para uma chamada de voz, mas em compensação acessando a apenas 64 kilobits. Além disso, as redes ISDN têm uma capacidade de transferência de dados maior que as redes PSTN, com taxas de transferência de 128 kilobits por segundo ou mais. A compressão de dados, possível devido ao seu formato digital, possibilita o aumento dessa taxa. Vantagens: conexão permanente; alta taxa de transferência de dados; possibilidade de interoperação com outros dispositivos de comunicação. Desvantagens: baixa penetração e alto custo. O ISDN é um serviço que exige um grande investimento pelo fato da linha que chega das centrais até a residência/organização do usuário precisar atender as especificações para trafegar dados no formato digital. E devido ao seu alto custo impossibilita a implantação desse sistema em massa no mercado. 4.3 ADSL Assymetric Digital Subscriber Line [1] é uma tecnologia mais recente que compete com a ISDN. Caracteriza-se por trabalhar em conjunto com as redes PSTN. Nas redes ADSL, as centrais telefônicas, nas quais as residências e organizações estão conectadas, possuem um aparelho chamado DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) e um splitter. As linhas telefônicas estariam conectadas na central ao splitter. O splitter identificaria o tipo de informação que estaria chegando do usuário na central. Se fosse um sinal de telefonia, o sinal seria encaminhado para a rede PSTN. Mas se o sinal fosse de dados, o splitter encaminharia esse sinal para o DSLAM que processaria esse sinal e o

9 encaminharia para a rede de dados (normalmente redes ATM Assynchronous Transfer Mode) de uma forma que a rede de dados entenda. A linha telefônica que chega até a residência/organização dos usuários é a mesma linha analógica que já existia para telefonia. O que diferencia os sinais de telefonia e dados é a freqüência dos sinais. Sinais entre 0 e 4 KHz são sinais de telefonia e entre 25,875 KHz e 1104 KHz são sinais de dados. Dos sinais de dados as freqüências de 25,875 KHz até 138 KHz são usadas para upstream (envio de dados do usuário para a rede) e as freqüências de 138 KHz são usadas para downstream (recebimentos de dados da rede para o usuário). Essas freqüências podem disponibilizar uma taxa de transferência de 1 megabit por segundo para upstream e 8 Megabits por segundo para downstream. Na residência/organização deve haver também um modem ADSL capaz de transformar as informações de dados nas freqüências ilustradas acima a fim de conseguir efetuar a comunicação com o DSLAM na central telefônica, conforme o esperado. Vantagens: fácil implantação devido a inter-operação com as redes PSTN já instaladas; boa taxa de transferência de dados. Desvantagens: necessidade de um modem (que normalmente tem custo elevado considerando a renda da maioria do povo brasileiro) no lado do usuário; necessidade da existência do DSLAM na central telefônica (estes aparelhos são instalados de acordo com a demanda devido ao seu alto custo, ou seja, inexistem em lugares de baixa densidade demográfica ou lugares onde a renda da população não absorve a utilização deste serviço); cobrança de taxas mensais de utilização por parte de quem administra a rede telefônica. 4.4 DOCSIS Data Over Cable Service Interface Specification [1] é um projeto da organização CableLabs que tem por objetivos estabelecer e manter as especificações para envio de dados em redes de transmissão de TV a cabo. Essas redes são bastante úteis para o canal de retorno pelo fato do sinal televisivo estar chegando pelo mesmo meio pelo qual o retorno será enviado, ou seja, se o usuário utiliza cabo para receber o sina l de TV, ele possui um meio garantido para enviar o retorno. Para o funcionamento dessa rede é necessário que o usuário tenha um cable_modem, capaz de identificar e processar as freqüências utilizadas para a transmissão de dados na rede; e na outra ponta da rede, no lado da transmissora de sinal de TV à cabo, deve haver um aparelho similar ao DSLAM das redes adsl, que faz a interpretação e multiplexação das freqüências e as encaminha para a rede de dados (se forem provenientes dos usuários) ou para os usuários (se forem provenientes da rede de dados). Essas redes têm uma grande capacidade de transmissão, com taxas de 38 megabits por segundo para downstream e 9 megabits para upstream (compartilhados entre todos os usuários da rede), e são redes bastante confiáveis, com um nível que qualidade de serviço, em geral, bastante elevado. Essas redes, porém, tem custo muito elevado de implantação e sua administração, no Brasil, é controlada por empresas privadas, que cobram pela utilização do serviço. Vantagens: alta taxa de transferência; alto nível de qualidade de serviço; meio utilizado pelo canal de retorno é o mesmo utilizado para a transmissão do sinal televisivo.

10 Desvantagens: alto custo para instalação das redes; cobrança de taxas para a utilização do serviço; instalação sob demanda algumas localidades só recebem a instalação dos cabos se houver demanda suficiente para superar os custos da instalação. 4.5 WiMAX O WiMAX, [1] também conhecido como WirelessMAN ou rede metropolitana sem fio é a alternativa sem fio para a tecnologia adsl. Nestas redes, as informações são enviadas por meio de ondas eletromagnéticas pelo ar. Elas funcionam da seguinte forma: o usuário possui um modem/transmissor acoplado ao seu terminal de acesso que é capaz de modular e enviar os dados em formato de ondas eletromagnéticas para uma antena chamada de ponto de acesso (ou Access point), que cobre uma área de alguns quilômetros. Essa antena, de forma análoga ao DSLAM das redes adsl, recebe as ondas de todos os usuários da área na qual ela cobre, demodula os sinais e os multiplexa em um fluxo que é enviado para a rede de dados. O mesmo ocorre no sentido inverso, ou seja, os dados são enviados pela rede de dados, a antena modula as informações em ondas eletromagnéticas que são enviadas pelo ar e captadas pela antena do usuário, no terminal de acesso. O sinal é então demodulado e encaminhado para as aplicações que fizeram a solicitação. As redes WiMax chegam a cobrir uma área de até 48 quilômetros e taxas de transferências de até 70 megabits por segundo (compartilhado entre todos os usuários da rede) em um ambiente perfeito. O padrão também suporta tecnologias que permitem a expansão de cobertura, incluindo as tecnologias de antenas inteligentes assim como as tecnologias em malha (mesh). Características de privacidade e criptografia, incluindo os procedimentos de autenticação, estão previstas também no padrão, permitindo transmissões seguras. Vantagens: o fato de ser uma rede sem fio facilita a instalação na residência/organização do usuário; alta taxa de transferência, porém pode ser limitada se a mesma banda for dividida por um número muito grande de usuários; possibilita a utilização de canal de retorno em dispositivos móveis enquanto em movimento. Desvantagens: a antena no terminal de acesso aumenta o seu custo consideravelmente; é um tipo de rede ainda pouco difundida e o custo de instalação dos pontos de acesso são altos. 4.6 GSM / CDMA (HSPDA / UMTS-TDD / GPRS) As redes de telefonia celular [1] são os meios mais fáceis de implantação para utilização de canal de retorno, sabendo da sua alta penetração no mercado brasileiro. Atualmente há uma grande variedade de padrões para estabelecer a comunicação entre os dispositivos e as redes de dados devido à rápida evolução que estes meios de comunicação vêm apresentando e não convém apresentar as especificidades de cada um neste trabalho. De qualquer forma, alguns detalhes são importantes para o planejamento e desenvolvimento de sistemas de informação que fazem uso da televisão interativa utilizando estes meios para uso do canal de retorno.

11 As redes de telefonia celular seria uma analogia às redes PSTN, porém sem fio. Elas são mais modernas pelo fato de utilizarem técnicas de digitalização nas transmissões last mile (comunicação entre o dispositivo e a antena transmissora), a contrário das redes de telefonia com fio que usam meios analógicos para essa comunicação (entre o dispositivo e a central telefônica). Como as PSTN, as redes GSM e CDMA se enquadram na categoria de dispositivos de conexão limitada que não estão conectados a rede de dados permanentemente e tem um certo retardo para o início da transmissão dos dados da aplicação. Esse retardo, porém, é normalmente menor que o das redes PSTN. O funcionamento destas redes são similares ao das redes WiMax havendo uma antena receptora/transmissora que está conectada à rede de dados, com a qual os usuário s que querem acessar tal rede se comunicam utilizando ondas eletromagnéticas. Essas ondas são geradas por um modem/transmissor acoplado ao terminal de acesso do usuário, que é capaz tanto de receber as ondas enviadas pela antena conectada à rede de dados, tanto quanto enviar ondas para essa rede. A taxa de transferência nessas redes chega a 15 Megabits por segundo (compartilhada) sendo que, em média, a taxa de transferência por usuário varia em média de 60 kilobits por segundo. Vantagens: rede bastante difundida no mercado brasileiro; baixo custo para instalação; Desvantagens: baixa taxa de transferência; alto custo de utilização das redes; alto custo da interface (modem/transmissor) para utilização da rede no terminal de acesso. 4.7 RCT Return Channel Terrestrial [1] é uma tecnologia criada pela Digital Video Broadcasting (DVB a entidade que controla o sistema europeu de TV digital) para fornecer um canal de retorno que faz uso do mesmo meio utilizado pela transmissão dos sinais de televisão comuns. Seria como as redes DOCSIS, porém sem cabos. O funcionamento desta rede é similar às redes WiMax porém os pontos de acesso (Access point) seriam as próprias antenas difusoras do sinal televisivo, ou seja, essas antenas teriam equipamentos capazes de receber os sinais eletromagnéticos enviados pelos terminais de acesso, demodular esses sinais e os enviar para a rede de dados num formato que tal rede utiliza. Os sinais enviados pela rede de dados ou pelos usuários seriam modulados e enviados para o usuário fazendo uso de um ou mais canais (faixa de freqüência) exclusivo para esses fins. O RCT (Return Channel Terrestrial) pode oferecer para os usuários taxas de transferência de até 15 kilobits por segundo, sendo que cada antena seria capaz de coletar dados de todos os usuários numa taxa de até 26 Mbits por segundo e cobrir uma área de até 60 quilômetros. Vantagens: a rede ser controlada pelas mesmas entidades que fazem a transmissão do sinal televisivo pode facilitar e dinamizar estrategicamente o acesso ao provedor de serviços interativos; grande área de cobertura; facilidade de instalação. Desvantagens: baixa taxa de transferência; alto-custo de instalação.

12 5 Terminal de Acesso (set-top box STB) No modelo de Arquitetura de Referência do SBTVD (Sistema Brasileiro de Televisão Digital), a entidade do Terminal de Acesso (STB) é estudada como um subsistema [8]. Esta abordagem facilita o entendimento dos requisitos específicos dos subsistemas, já que um dos requisitos do projeto do SBTVD (S istema Brasileiro de Televisão Digital) é o baixo custo do equipamento do Terminal de Acesso. 5.1 Funcionalidades O Terminal de Acesso (set-top box. STB) [8] engloba todas as funcionalidades necessárias no lado do usuário para a recepção do sinal de um sistema de Televisão Digital, servindo como suporte para o correto funcionamento dos demais subsistemas. Em uma acepção mais restrita, refere-se ao equipamento capaz de tratar os sinais captados por uma antena VHF ou UHF, convertendo-os num sinal analógico passível de tratamento e reprodução por meio de um aparelho convencional de televisão analógica. Nesta acepção mais restrita, o terminal é também conhecido como Unidade Receptora-Decodificadora (URD) ou set-top box (STB). A figura 4 apresenta a configuração básica do Terminal de Acesso. Figura 4 - Arquitetura básica do Terminal de Acesso. O Terminal de Acesso possui as seguintes atribuições: Captar e processar os sinais de RF provenientes das emissoras. Em caso de utilização de antenas inteligentes, isto inclui o controle da antena; Decodificar as informações de áudio, vídeo e dados de modo a recompor o programa selecionado pelo usuário; Suportar a execução de aplicações com interatividade local ou, incluindo, se for o caso, o uso de interatividade com canal de retorno;

13 Possibilitar o acesso a programas e informações disponibilizadas à plataforma de Televisão Digital Modelo de Referência de um Terminal de Acesso (STB) O Terminal de Acesso é composto por plataformas de software e hardware. A arquitetura de software refere-se ao subsistema Middleware [8] e no que concerne ao receptor, deve ser obrigatoriamente implementada quando houver acesso ao canal de interatividade [3] através de dispositivos externos. Caso não possua acesso ao canal de interatividade à implementação do middleware é facultativa. A arquitetura hardware de referência do Terminal de Acesso está apresentada na Figura 5. Ela é composta por blocos que possibilitam a recepção e a decodificação do sinal de TV, seja ele digital ou analógico, o processamento das informações que possibilitem a interatividade e o tratamento dos comandos de usuários, além de prover interfaces adicionais. Figura 5 - Arquitetura de Referência do Terminal de Acesso.. A seguir, apresenta-se a descrição funcional de cada bloco do Modelo de Referência do Terminal de Acesso. a) Estágio de Entrada O Estágio de Entrada [8] tem a função de sintonizar o sinal recebido (seja ele digital ou analógico) e efetuar os devidos processamentos. No caso do sinal ser digital, é realizada a demodulação e decodificação de canal, recuperando o fluxo de Transporte (TS) a ser

14 encaminhado para o demultiplexador. Se o sinal for analógico, é realizado o processamento como nos receptores analógicos, de modo que o mesmo possa ser encaminhado para a saída de vídeo analógico. Este tratamento do sinal analógico é para possibilitar que o usuário acesse tanto os canais digitais quanto os analógicos por meio do mesmo Terminal. Devido às diferenças entre esses processamentos, o estágio de entrada foi subdividido em duas partes, tratando respectivamente dos sinais digital e analógico. - Estágio de Entrada Digital Este estágio é responsável pela recepção e tratamento do sinal digital recebido pela antena de RF, entregando o fluxo de transporte (TS) recuperado ao bloco demultiplexador. O Estágio de Entrada Digital é composto dos seguintes sub-blocos: - O sintonizador, que serve para selecionar o canal de RF (VHF ou UHF) recebido da antena; - O demodulador digital, que serve para recuperar os sinais digitais em banda base. - O decodificador de canal, que tem a função de efetuar o desembaralhamento dos pacotes e correção de erro. - Estágio de Entrada Analógico O Estágio de Entrada Analógico tem a função de sintonizar e recuperar o sinal, no caso deste ser de RF analógico. Tem em sua entrada um sintonizador de RF, podendo ser o mesmo do estágio de entrada digital. Após o processamento típico de demodulação analógica, serão disponibilizados dois sinais analógicos de saída, um de vídeo analógico composto e outro de áudio. b) Demultiplexador O demultiplexador tem a função de extrair os fluxos elementares de informação (ES) de áudio, vídeo e dados, bem como as referências de relógio do programa e outros fluxos de dados, de controle ou suplementares. c) Decodificador de Vídeo A função do decodificador de vídeo é receber os fluxos elementares de informação (ES) de vídeo provenientes do demultiplexador, juntamente com as informações de relógio, realizar as etapas de processamento necessárias para transformar e disponibilizar, na saída do decodificador de vídeo, os fluxos de vídeo digital não-comprimido, compostos de unidades de apresentação, prontas para serem enviadas para o bloco Processador Gráfico. d) Processador Gráfico O processador Gráfico tem a função de recompor a imagem a partir das informações de vídeo, legendas e objetos gráficos, por meio de sobreposição (overlay), bem como prover o escalonamento das imagens.

15 e) Estágio de Saída de Vídeo Sua principal função é a exteriorização das diversas alternativas de saídas do sinal de vídeo. Um conjunto mínimo destas saídas deve possibilitar a reprodução e exteriorização de vídeo (programas e aplicativos) na tela do televisor. f) Decodificador de Áudio De forma análoga ao decodificador de vídeo, a função do decodificador de áudio é receber os fluxos elementares de informação (ES) de áudio provenientes do demultiplexador, realizar as etapas de processamento necessárias para transformar e disponibilizar, na saída do decodificador de áudio, os sinais de áudio digital nãocomprimidos, prontos para serem enviadas para o bloco estágio de saída de áudio. g) Estágio de Saída de Áudio A principal função é a exteriorização das diversas alternativas de saídas do sinal de áudio e a realização de processamentos de inserção de efeitos de áudio no fluxo de sinal proveniente do decodificador. Um conjunto mínimo destas saídas deve possibilitar a reprodução e exteriorização de áudio no televisor ou num amplificador externo ao Terminal de Acesso. Dentre os sub -blocos que realizam tais funções, destacam-se o processador de áudio e conversor digital-analógico. h) Núcleo de Processamento e Controle Desempenha um papel de relacionamento e interdependência importa nte com os demais componentes do Terminal de Acesso, como, por exemplo, processar os comandos de usuários recebidos via interface de usuário, controlar o sintonizador e configurar o dispositivo de conversão e codificação dos sinais de áudio e vídeo. Pode ser entendido pela composição de diversos sub-blocos de arquitetura de hardware, como o processador central, memórias, controladores de periféricos, barramentos, controladores. Tais componentes (principalmente processador e memória) impactam e/ou são impactados no Terminal de Acesso por diversos fatores, tais como: custo, funcionalidades básicas, definição dos serviços e aplicações e pelo software (aplicações residentes, sistema operacional, middleware). i) Interface de Usuário Este bloco permite a integração do usuário com o vídeo, áudio e os programas e aplicativos do Terminal de Acesso. Diversos são os dispositivos que possibilitam receber comandos do usuário, como por exemplo, o controle remoto, teclado e joystick.

16 j) Interface genérica A função da Interface Genérica é possibilitar a escalabilidade do terminal, quer na conexão de dispositivo como impressora, joystick ou, eventualmente, na possibilidade de manutenção do mesmo ou na atualização de softwares com device drivers, middleware e sistema operacional. k) Interface para Canal de Retorno O Canal de Retorno [1] é o responsável por viabilizar infra-estrutura para a comunicação das Aplicações Interativas no Terminal de Acesso. O Terminal de Acesso possui opcionalmente uma interface (modem) de comunicação. l) Interface para Armazenamento de Massa O armazenamento em memória de massa tem, por função, agregar valores não disponíveis na atual transmissão de TV analógica. Um exemplo diferenciado de funcionalidade é o armazenamento de informações, que consiste em permitir ao usuário a recuperação (gravação e reprodução) de programas enviados via radiodifusão pelas emissoras, através de um dispositivo e armazenamento de massa, interno ou externo ao terminal. Este armazenamento interno ou externo pode exigir uma pequena ou grande capacidade de memória dependendo do que for requerido pelo usuário. Dentre os dispositivos utilizados como armazenamento de massa destacam-se as memórias a semicondutor e os de armazenamento magnético (disco rígido) ou ótico (DVD). 5.2 Entradas e Saídas O terminal de acesso, por se tratar de um subsistema, agrupando as partes referentes à recepção dos demais subsistemas, não possui entradas e saídas próprias. Suas entradas e saídas correspondem às entradas e saídas de outros subsistemas que enviam ou recebem dados externos ao Terminal de Acesso. Estas entradas e saídas serão descritas nesta seção, ilustrando o relacionamento direto entre a arquitetura do Terminal de Acesso e as entradas e saídas descritas. Terminal de Acesso - Entradas: Codificação de Canal, Modulação e Transmissão: A antena receptora do Estágio de Entrada do Terminal de Acesso capta o sinal de RF transmitido através do canal de Radiodifusão. O Estágio de Entrada realiza as funções da Recepção, Demodulação e Decodificação de Canal. Aplicações Interativas: A Interface de Usuário provê mecanismos para a captação de sinais enviados pelos usuários das Aplicações Interativas, enviando os sinais recebidos ao Middleware.

17 - Saídas: Aplicações Interativas: - O Estágio de Saída de Áudio provê uma interface para a externalização dos sinais de áudio decodificados no Decodificador de Áudio. - O Estágio de Saída de Vídeo, junto ao Processador Gráfico, provê uma interface para a externalização dos sinais de vídeo decodificados no Decodificador de Vídeo. - O Núcleo de Processamento e Controle cuida do controle das Aplicações Interativas, fazendo a comunicação de dados com o Middleware. Canal de Interatividade: A comunicação do Middleware com o Canal de Retorno é feita através da Interface para o Canal de Retorno do Terminal de Acesso. 5.3 Tipos de Receptores Os Receptores são classificados de acordo com seu perfil e níveis de vídeo [3] em receptores one-seg e receptores full-seg Receptor one -seg O receptor one-seg é um receptor que decodifica exclusivamente informações de áudio, vídeo e dados. A classificação one-seg [3] é destinada aos receptores do tipo portátil, e são recomendados para telas de exibição de dimensões reduzidas, normalmente até 7 polegadas. Entre os produtos classificados como one-seg, estão os receptores integrados com telefone celular, PDA e televisores portáteis, os quais são energizados por uma bateria interna e, portanto sem necessariamente demandar uma fonte externa de energia, bem como aqueles destinados a veículos automotores. Este tipo de receptor é capaz de receber e decodificar apenas sinais de televisão digital terrestre transportado na camada A do fluxo de transporte, e, conseqüentemente apenas sinais de perfil básico, destinado aos dispositivos portáteis de recepção. Os principais requisitos do Receptor one-seg são: A Unidade de Recepção deve ser capaz de pelo me nos sintonizar os canais de televisão limitados pela banda de UHF, compreendidos entre os canais 14 a 69. A recepção de canais da faixa VHF alto é facultativa nos receptores portáteis one-seg. Os Receptores one-seg devem obrigatoriamente ser capazes de decodificar bitstreams com todas as ferramentas de codificação descritas no perfil baseline: H.264/AVC L1.3. Os Receptores one -seg devem obrigatoriamente pelo menos suportar a decodificação de vídeo nos formatos; CIF com razão de aspecto de 4:3. É definido para os Receptores one-seg o middleware Ginga declarativo com engine LUA. Portanto, quando embarcado no receptor one-seg, deve obrigatoriamente contemplar as especificações do Gingal-NCL stand alone com máquina de execução LUA. A ponte com uma máquina Java é opcional.

18 5.2.2 Receptor full-seg O receptor full-seg é um receptor que é capaz de decodificar informações de áudio, vídeo, dados. A classificação full-seg [3] é aplicada aos conversores digitais, também conhecido por set-top box. Este tipo de receptor é capaz de receber e decodificar sinais de televisão digital terrestre de alta definição. Os principais requisitos do receptor full-seg são: A unidade receptora deve ser capaz de sintonizar os canais de televisão limitados pela banda de VHF alto, compreendidos entre os canais 07 a 13, e os canais limitados pela banda de UHF, compreendidos entre os canais 14 a 69. Os receptores full-seg devem obrigatoriamente ser capazes de decodificar bitstreams com todas as ferramentas de codificação descritas no perfil high. Os receptores full-seg devem obrigatoriamente pelo menos suportar a decodificação de vídeo nos formatos 525i, 525p, 750p e 1125i. É definido para os receptores full-seg o middleware Ginga procedural e declarativo. Desta forma, quando o middleware Ginga é embarcado em receptores full-seg as linguagens de programação procedural e declarativa, definidas respectivamente como Ginga-J e Ginga-NCL devem obrigatoriamente ser atendidas. É facultado ao fabricante de receptores full-seg a implementação da porta USB, desde que estes equipamentos não disponham de canal de interatividade, ainda que o middleware Ginga esteja portado nestes aparelhos. 5.3 Atualizações de Set-top boxes Quando um consumidor adquire uma TV, a expectativa é que se permaneça com ela por muitos anos. Ao adquirir um PC, sabe-se que ele ficará obsoleto em um curto período de tempo e deverá ser trocado. O set-top box é um caso intermediário entre essas duas situações, devendo permanecer na casa do usuário por alguns anos. Na visão do usuário, o set-top box forma um conjunto com a TV. No entanto, emissoras e operadoras podem constantemente oferecer novas funcionalidades que exijam mais recursos do terminal. Dessa forma, o projeto de um set-top box [6] deve permitir que algumas extensões sejam feitas de modo que o set-top box não necessite ser trocado, como por exemplo, adicionar um slot livre de PCMCIA, permitir a expansão de módulos de memória, troca de CPU e atualização de software. 5.4 Análise comparativa com os principais conversores digitais disponíveis no mercado nacional O Laboratório Digital [7] realizou uma análise comparativa com os principais conversores digitais disponíveis no mercado e chegou às seguintes conclusões.

19 Os participantes dos testes foram a Philips com o DTR1007/78, o DigiTV HD da Positivo e o HDTV Bravia DMX-DT1, da Sony. A grande ausente foi a Semp Toshiba que, infelizmente, não tinha um equipamento disponível na época em que os testes foram realizados. Cada conversor analisado parece ter um público alvo em mente. O DigiTV HD da Positivo (R$ 699,00) é, por enquanto, o conversor mais em conta do mercado; possui recursos simples e é um dos únicos capaz de funcionar em TVs convencionais sem entrada de vídeo, via canal 3 ou 4. Desde o seu lançamento, seu firmware (parte responsável por detalhes como informação sobre o componente instalado e pelo mecanismo de funcionamento) passou por várias atualizações e ajustes finos, que tornaram o seu uso bem mais agradável. Seu controle remoto só funciona com o conversor e, ao contrário dos concorrentes, todos os seus comandos estão em português. Para reinicializar o equipamento e/ou instalar um novo firmware basta inserir um memory key com o novo código e desligar o aparelho da tomada. O sistema reinicia toda a vez que o mesmo é reconectado à rede elétrica. Já o receptor Bravia DMX-DT1 da Sony (R$ 999,00) foi criado especificamente para trabalhar com os aparelhos de TV da linha Bravia, de modo que o produto em si é praticamente uma caixa preta, que se conecta diretamente nas TVs e aparelhos de som da marca. A vantagem dessa solução é que o conversor se integra perfeitamente aos recursos da TV, com a vantagem de ser possível operar o conversor pelo mesmo controle remoto. No final das contas, essa solução não é muito diferente da oferecida pelos aparelhos de TV com conversor integrado, caso da Samsung e da LG, principalmente se a intenção é de comprar o conversor e a TV ao mesmo tempo. O DTR1007/78 da Philips (R$ 899,00) por sua vez, pode ser usado em praticamente qualquer televisão convencional, menos naquelas equipadas apenas com entrada para antena de TV. Além das saídas de vídeo analógico e HDMI (tecnologia de conexão capaz de lidar com áudio e vídeo simultaneamente), o DTR1007/78 também possui saída de vídeo componente, S-Video e som estéreo SPDIF (formato utilizado para transferir informações de áudio digital de um equipamento para outro), e até uma interface de rede padrão Ethernet. Essa interface pode ser uma indicação de que o mesmo já está preparado para a segunda fase da TV digital: a interatividade. Seu controle remoto também pode ser usado para controlar outros equipamentos, como o aparelho de TV e reprodutor de DVD, desde que fabricados pela Philips. Uma curiosidade desse conversor digital é que ele também pode ser usado como media player. Basta conectar um dispositivo de armazenamento USB que o mesmo é capaz de reproduzir imagens em JPEG, músicas em MP3 e vídeos em MPEG2 (esquema de codificação/decodificação de sinais digitais de vídeo). Como o DigiTV da Positivo, o firmware do DTR1007/78 da Philips pode ser atualizado pelo próprio usuário. No geral, todos os conversores funcionam essencialmente do mesmo modo e têm as mesmas funções básicas, ou seja, vasculham e memorizam canais, apresentam informações sobre a programação, horários e até mesmo o tempo restante para o programa terminar (caso do Philips). Também oferecem controle de acesso, que permite selecionar quais canais podem ser assistidos e quais terão o acesso bloqueado. Apesar das inúmeras semelhanças, foi notado que um recurso que diferencia um modelo de outro é a capacidade de sintonizar canais, em especial os de sinal mais fraco. Assim, foi conectada uma antena externa UHF aos três conversores e após o processo de varredura e identificação dos canais foi contabilizado o número de estações que cada equipamento programou. Nesse teste, o

20 conversor da Positivo identificou 9 canais, enquanto que os equipamentos da Sony e da Philips selecionaram 11 canais. Foi observado também, que os canais não identificados pelo Positivo não estão entre as grandes emissoras de TV do mercado. Após análise de todas as informações coletadas chegou-se a seguinte conclusão. O DigiTV da Positivo (R$ 699,00) se posiciona como a solução mais em conta para os interessados em assistir à TV Digital, mesmo que seja em um aparelho de TV bem simples. Seu desempenho e sua experiência de uso, no entanto, ficam abaixo dos concorrentes. O Bravia DMX-DT1 da Sony (R$ 999,00), por sua vez, é um equipamento muito bom, mas é um produto totalmente voltado para o universo Sony, o que o coloca fora dessa disputa. Resta então o DTR1007/78 da Philips (R$ 899,00), que apresentou o mesmo desempenho da Sony e conta com vários recursos interessantes (legendas em português, inglês e espanhol, bloqueio por classificação indicativa e suporte para grade semanal), diferenciais que o coloca como um dos mais versáteis desse comparativo. Assim, o DTR1007/78 da Philips foi eleito o conversor mais completo. Vale ressaltar que os testes foram realizados com equipamentos desenvolvidos no Brasil com tecnologia nacional e, em função disso, apresentaram um preço acima do estimado pelo governo. Os receptores importados são oferecidos com um preço mais acessível, por exemplo, o receptor Coship, que é um receptor chinês, cujo valor de mercado é R$ 390,00, não possui saída de RF para conexão de antena coletiva ou externa, ou seja, os modelos mais acessíveis possuem suas limitações. 6 Considerações finais A implementação do canal de interatividade ainda está longe de ocorrer, pois, o software brasileiro que permitirá interatividade na TV Digital ainda não está sendo comercializado com os receptores disponíveis no mercado. Assim como as emissoras ainda não desenvolveram conteúdo específico para atender a essa demanda. Entretanto, deve-se considerar que este será um sistema complexo, com uma grande multiplicidade de redes e de serviços, que terá, certamente, exigências adicionais de gerência de redes, envolvendo integração, interconexão e segurança, o que torna necessário cada vez mais o engajamento nas pesquisas e testes para o avanço desta tecnologia. A implementação do canal de retorno será um grande desafio, tendo em vista a grande diversidade de aplicações e soluções envolvidas, porém, esse novo formato da televisão descortina um cenário com grandes inovações e alterações. 7 Referências [1] ALENCAR, Marcelo Sampaio de. Televisão digital. São Paulo: Érica, [2] BECKER, Valdecir; MONTEZ, Carlos. TV digital interativa: conceitos, desafios e perspectivas para o Brasil. Florianópolis: Editora da UFSC, [3] ABNT NBR Receptores. Disponível em < Acesso em 08/09/2008.