TV Digital Interativa Jocimar Fernandes ESAB Vitória (ES)

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1 TV Digital Interativa Jocimar Fernandes ESAB Vitória (ES) Introdução Este trabalho apresenta o modelo brasileiro de telecomunicações, seus problemas e motivos de migração para um sistema digital. São abordados ainda tipos de interatividade, os padrões de mídia mais utilizados e as tecnologias para um modelo de TV Digital, com ênfase para middlewares utilizados pelos três padrões do mercado mundial. A Evolução da TV A televisão está presente em mais de 90% das casas de brasileiros, com sinal aberto. A mudança para TV digital depende de algumas adaptações, mas poderá fornecer vários serviços diferenciados ao usuário final. O adaptador, chamado de set top box, permite recebimento de sinal digital e conexão com internet. Foram criados três comitês para gerenciar o Sistema Brasileiro de TV Digital (SBTVD): Comitê de Desenvolvimento:definição das políticas para o desenvolvimento do sistema. Comitê Consultivo: proposta de ações e diretrizes do sistema. Grupo Gestor: responsável pelas ações determinadas pelos dois comitês. Em 1936, surgiu o primeiro canal de TV, a BBC de Londres e desde então, já houveram várias mudanças, desde a cor até o número de canais. Antigamente, tudo era ao vivo, mas com a criação do videoteipe, em 1956, começaram a fazer edições de vídeos, e em 1980, o surgimento das ilhas de edição pôde ser considerado o nascimento da TV digital. Em 1970, após muita tecnologia, foi possível a transmissão de TV a cabo e por satélite, aumentando ainda mais o número de canais e fez-se necessário um modelo para a assinatura de pacotes de programação. O Terceiro Estágio Evolutivo da Televisão TV Digital Em 1980 começaram as pesquisas para a TV Digital. Foram lançados os dois primeiros padrões desta tecnologia em 1990: EUA (ATSC) e Europa (DVB). O Japão só lançou seu padrão comercialmente, o ISDB, em A diferença de TV Digital para os sistemas analógicos é que, nestes últimos, há uma perda muito grande de qualidade de imagem e no processo digital o sinal é idêntico ao proveniente do canal de transmissão. As modalidades de TV Digital são: SDTV (Standard Definition Television), a HDTV (High Definition Television) e a EDTV (Enhanced Definitin Television). Dependendo da banda disponível, é possível mesclar essas modalidades para uma transmissão de maior qualidade. Na TV digital é possível fazer a compactação do sinal (comprimir ou compactar o sinal) ou ausência de interferência (um canal não interfere no outro). Entre estas, há inúmeras outras vantagens nesta nova tecnologia, como a interatividade, já que a TV analógica não possui possibilidade de expansão, os vídeos sob demanda que são possíveis através do datacasting, que permite a

2 comunicação do transmissor com o telespectador geralmente por texto, e o acesso à internet. Interação X Interatividade Interatividade é qualquer coisa que permite ao usuário algum nível de troca de ações e intermediada por um meio eletrônico, geralmente computador. Interação é o comportamento de partículas alterado pelo movimento de outras partículas e pode ocorrer diretamente entre dois ou mais atuantes. Na comunicação, interação é a relação entre eventos comunicativos. Para ser interativo, um sistema deverá ter: Interruptabilidade (os participantes deve poder interromper o processo), granularidade (menor elemento após o qual se pode interromper), degradação suave (comportamento de uma instância sem resposta), previsão limitada (prevê ocorrências), não-default (o sistema não pode forçar a direção a ser seguida). Níveis de Interatividade Reativo: pouco controle do usuário sobre a estrutura do conteúdo. Coativo: usuário controla seqüência, ritmo e estilo. Pró-ativo: usuário controla estrutura e conteúdo. Classificação de interatividade quanto às mídias Mídia quente: não deixam nenhum espaço de interação e distribuem mensagens prontas. Ex: rádio, cinema, fotografia, teatro. Mídia fria: permitem interatividade, tem um lugar livre para interação de usuários. Ex: palavra, televisão, telefone. A Interatividade na Televisão Quanto à televisão, a interatividade pode ser classificada em cinco níveis baseados na evolução tecnológica: Nível 0: imagens preto e branco, um ou dois canais. Ações de ligar, desligar, regular volume, brilho,contraste e trocar de canal. Nível 1: em cores, mais emissoras e controle remoto, que facilita o controle sobre o aparelho. Nível 2: surgem os equipamentos periféricos, como videocassete, câmeras portáteis e jogos eletrônicos. É possível agora, gravar programas, ver vídeos e jogar através da tv. Nível 3: primeiros sinais de interatividade, pois é possível interagir através do telefone. Nível 4: estágio da televisão interativa, onde pode-se escolher ângulos de câmera em tempo real, mas o telespectador ainda não tem controle total sobre a programação. Nível 5: telespectador pode participar da programação através de webcam ou filmadora analógica e para isso, um canal de interatividade ligando o telespectador à emissora. Nível 6: maior largura de banda, com possibilidade de envio de vídeo de alta qualidade e um nível superior de interatividade. Nível 7: Atinge-se a interatividade plena, onde o telespectador pode gerar conteúdo, semelhante à interação com a internet

3 A TV Interativa Na transição do nível 4 para o nível 5 a TV deixa de ser unidirecional. A TV interativa abrange uma serie de aplicações, serviços e tecnologias, que podem ser classificadas em grupos: TV avançada (Enhanced TV): engloba texto, vídeo e elementos gráficos, como fotos e animações integrados com maior qualidade de vídeo e som. Internet na TV: acesso à internet através da TV. TV individualizada: adaptação da TV de acordo com o perfil do telespectador, podendo escolher ângulos de câmeras e repetição de cenas perdidas. Vídeo sob demanda: o telespectador pode assistir ao vídeo na hora que ele desejar, sem depender da emissora, porém, não é o mesmo que acontece com os programas pay-per-view. Personal Vídeo Recorder (PVR): também conhecido como Personal TV ou Digital Vídeo Recorder (DVR) e vem com disco rigido. Permite gravação digital de programas através de algum dado sobre o programa. Mesmo que esteja acontecendo ao vivo, o programa pode ser parado e retomado depois do ponto que foi parado, pulando comerciais. Walled garden: portal com guia de aplicações interativas, para esclarecer o que está disponível. Console de jogos: uso da TV para jogos e o adversário pode ser a própria TV ou computador, ou em rede contra outros jogadores. Guia de programação eletrônica: guia de programação das TVs a cabo e o usuário seleciona a opção com o próprio controle remoto, sem a busca por canais. Serviços de teletexto: comum na TV analógica alemã, esses serviços foram importados para a TV digital. São informações em forma de texto sobre a programação, sobrepostas às imagens ou na tela inteira do vídeo. São informações de economia, meteorologia e novidades. O comercio eletrônico televisivo pode estar disponível nas aplicações de internet ou no grupo Walled Garden, com aplicações especificas para isto e da mesma forma funcionam os serviços bancários ou governo televisivo. Na TV interativa, os dois paradigmas da tv analógica são quebrados: unidirecionalidade e passividade dos telespecatador. São mudanças muito importantes que representam uma revolução na teoria televisiva. Sendo assim, a TV interativa é um nova mídia que engloba ferramentas de outras. Tecnologia Digital Áudio e vídeo estarão presentes na TV digital, mas serão manipulados de forma digital, compondo assim um sistema multimídia, que é considerado um sistema capaz de lidar com pelo menos um tipo de mídia na forma digital e outras mídias estáticas. Todos os tipos de informações digitais podem ser podem ser manipulados, armazenados e transmitidos usando o mesmo tipo de equipamento, pois possuem a capacidade de serem processadas em computadores, uma grande vantagem desta nova tecnologia. Esse tipo de informação pode ainda ser integrada com outros dados digitais, compartilhando os mesmos recursos, como discos, redes, etc.

4 Na tecnologia digital, informações de áudio e vídeo podem ter limite de acessos simultâneos, o que está sendo utilizado em bibliotecas digitais multimídia. No Brasil, o investimento em TV digital tem como objetivo a inclusão digital. Na TV digital, áudio e vídeo precisam ser transportados através de modulação e os sistemas terrestres de TVs Digitais utilizam os padrões: Cofdm (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing): é uma combinação de modulação por amplitude e fase transportada por multiplas ondas transportadoras. É utilizado na Europa. 8-VSB (8 Level - Vestigial Side Band Modulation): é modulação digital por amplitude com os dados conduzidos por oito níveis discretos de onda de radiofreqüência e é utilizado nos EUA. Como os padrões de TV digital europeu e norte-americano possuem requisitos técnicos e culturais diferentes, há uma influência na escolha dos padrões para modulação e multiplexação do sinal. O padrão norte-americano, baseado nas transmissões analógicas por cabo, acabam por não ser tão robustos e possuir baixa imunidade a ruídos. Já o padrão Europeu, adotado também pelo Japão com algumas modificações para receptores moveis, é imune a problemas de multicaminhos, onde um mesmo sinal de TV é transmitido pelo ar e chega à antena receptora por diferentes caminhos, devido a obstáculos. Codificação e compressão de áudio e vídeo: Para a difusão de mídias digitais, é necessário fazer a compressão de áudio e vídeo na etapa de codificação. A necessidade de compressão se dá pelas taxas de transmissão. Exemplo: Com uma conexão ADSL de 225kbps recebendo 1 hora de vídeo com qualidade VHS, seriam necessárias 240 horas para receber o vídeo inteiro. Redundância de dados: A redundância de dados é muito comum em informações digitais e dados multimídias também possuem muita redundância em suas informações. Imagens possuem retângulos repetidos, assim como áudio e vídeo possuem espaços de silencio que podem ser retirados. Técnicas de eliminação de informações redundantes costumam ser denominadas codificação preditiva. Percepção Humana: Determinados tons são inaudíveis na presença de outros, e isso é denominado mascaramento. Para estímulos visuais, o facho de uma lanterna em um local pouco iluminado pode fazer desaparecer outros objetos. Essas anulações ocorrem devido às freqüências utilizadas por sons e imagens. Todas as técnicas baseadas nas propriedades da percepção humana, combinadas com as baseadas na redundância, conseguem obter grande compressão dos dados multimídia, sendo amplamente utilizadas em TV digital. Classificação das técnicas de compressão AS técnicas de compressão apresentam diferenças muitas vezes imperceptíveis aos olhos e ouvidos, mas a diferença dos dados em bits é muito grande. Técnicas de compressão baseadas em entropia são sempre sem perdas e técnicas baseadas na fonte podem ser com ou sem perdas. As etapas envolvidas na compressão de mídias contínuas geralmente são computacionalmente bem mais intensas do que as de descompressão. Em transmissões de dados, a compressão é feita no momento do envio dos dados, e a descompressão, na recepção.

5 Codecs - Codificadores e Decodificadores: O processo de representação das mídias de áudio e vídeo é denominado codificação; o processo inverso, de transformação da mídia digital em sinal analógico, é denominado decodificação. Por isso, o padrão é chamado codec. Vários codecs são adotados para mídias digitais: Imagem: JPEG (imagens capturadas), GIF (imagens melhoradas/compactadas), PNG, TIFF, PCX. Vídeo: MPEG, DivX, Soreson, Real Vídeo, MS-MPEG-4. Áudio: MPEG Áudio (MP3), Wave, MIDI. Padrões MPEG: Em 1980 surgiu a padronização de compressão para áudio e vídeo: H.261 (videoconferência) e H.262 e H.264. Os padrões ISO/IEC deram origem ao grupo MPEG: MPEG-1: Foi criado em 1993, para vídeos até 1.5Mbps, com qualidade VHS. No MPEG-1 áudio é feita uma conversão do áudio para uma representação de freqüência audível pelo ouvido humano. A compressão de vídeos MPEG-1 é baseada em diferentes tipos de quadros: Intracoded (codificados internamente), Predicted (técnica de compensação de movimento com relação a um quadro anterior) e Bidirectional (codificado pela interpolação de quadros anteriores e subseqüentes). O MPEG-1 Systems agrega fluxos elementares de vídeo e áudio em um único fluxo. MPEG-2: desde vídeos de qualidade de TV, entre 4 e 9Mbps até qualidade HDTV, entre 15 e 100Mbps. O MPEG-2 Vídeo é direcionado para vídeo de alta qualidade, sendo muito utilizado para TV digital. O MPEG-2 Systems é semelhante ao padrão 1, mas define dois esquemas de multiplexação: fluxo de programas (encapsula e agrupa vídeos para armazenamento em local de dados) e fluxo de transporte (pacotes fixos de 188 bytes, voltados para transporte em enlaces de comunicação). MPEG-4: Surgiu em 1998 e representa conteúdos de mídia na forma de objetos, o que permite manipulação de dados tanto do emissor quanto do receptor. O MPEG-4 áudio especifica um avançado codificador de áudio. O MPEG-4 Video descreve cenas na forma de objetos, podendo o usuário manipular o vídeo. Componentes da TV Digital Interativa No final de 1980, começaram as pesquisas para TV digital no Japão, EUA e Europa. Em 1993 foram lançados os dois primeiros padrões: DVB (Europeu) e ATSC (norte-americano). O Japao só lançou o seu modelo (ISDB) em Existem muitos aspectos em comum entre todos esses sistemas para TC digital. Um sistema de TV digital possui três partes principais: Difusor: provê o conteúdo a ser transmitido, e dá suporte às interações dos telespectadores. Receptor: recebe o conteúdo e o telespectador pode reagir ou interagir com o difusor. Meio de difusão: habilita a comunicação entre o difusor e o receptor. Meios de difusão: é o envio do conteúdo de um provedor para outros pontos. O provedor do serviço pode controlar o meio para difundir o conteúdo. As plataformas com cabo tem boa largura de bandae são utilizados pelas TVs

6 abertas, porém o alcance de transmissão se restringe às residências interligadas fisicamente. O maior problema da difusão por satélite é a dificuldade de oferecer canal de retorno, indispensável para serviços interativos. A transmissão simultânea de canais analógicos e digitais tem como desvantagem a largura da banda disponível e o problema da ausência de canal de retorno. Com as limitações da tecnologia atual, o canal de retorno passa a ser um canal com pequena largura de banda (usando linhas telefônicas), pra tráfego de poucas informações. A difusão de dados: Esses dados podem ser aplicativos ou informações úteis ao sistema. Exemplo: legendas de filmes, guia da programação de canais, etc. Na difusão de dados existe o controle de acesso condicional que restringe o acesso a alguns serviços, em um modelo de TV digital, apenas para assinantes. Para os vídeos serem difundidos em forma digital, é preciso que eles sejam codificados em formato MPEG-2 e encapsulados em pacotes de transporte MPEG-2 TS. Há duas formas de codificação de MPEG-2: CBR:taxa de bits constante, que deixa a tarefa de codificação mais simples, mas não é viável para vídeos de baixa complexidade. VBR: taxa de bits variável, que ajusta a banda usada, de acordo com a necessidade, porém, a codificação neste caso é bem mais complexa. Cada fluxo de vídeo ou áudio é denominado fluxo elementar e um conjunto de fluxos elementares forma um canal ou programa. Geralmente os fluxos elementares na TV digital são codificados utilizando taxa de bits variável. Set Top Box e a recepção de dados: é um receptor do sinal difundido que pode estar embutido em uma TV ou ser um equipamento a parte. Serve para converter os sinais digitais para serem visualizados nas TVs convencionais. Se este aparelho possuir canal de retorno, há possibilidade de interatividade entre o telespectador e os serviços oferecidos. Os set top boxes possuem capacidade de processamento e podem conter tecnologias comuns à computação, como memória, modem, discos rígidos e etc, e os sistemas operacionais desses adaptadores são bem simples. Serviços Interativos As aplicações interativas variam desde simples escolhas de ângulos de câmeras e legendas de filmes, até votações eletrônicas e sorteios de brindes. Porém, ainda não há muitos resultados de níveis de interatividade maia altos. Na Europa, enfatizou-se o oferecimento de serviços adicionais com a TV digital, diferentemente de outros padrões. Um grande problema da interatividade é que esta depende de meios para transportar as alternativas escolhidas pelo telespectador, e pesquisas mostram que a TV está presente em mais de 90% dos lares brasileiros, mas o telefone, principal meio de retorno, não chega a 30%. Tecnologias de canais de interatividade: Podem ser utilizadas várias tecnologias, proporcionais à complexidade dos serviços oferecidos. Telefonia celular: Banda de celulares geralmente é baixa, tendo aumentado nos últimos anos com o GSM, podendo servir de canal de retorno para interações simples, porém, a um preço ainda muito alto. Telefonia fixa: meio mais usado para acesso à internet, é a tecnologia de retorno mais utilizada na Europa, mas possui uma banda muito baixa.

7 ADSL: alta taxa de transmissão, porém não é muito acessível devido aos preços altos. Rádio: boa alternativa para condomínios, por causa dos altos custos. Satélite: preço é o principal problema e os custos de manutenção também. PLC: ainda está em estudo, mas permite usar a rede elétrica para transmissão de dados. As tecnologias para interatividade ainda estão um pouco fora da realidade para classes mais pobres, que são o foco da inclusão digital. Os níveis de interatividade deverão ser padrões para as mesmas emissoras ou programas, para que tenham público. Para quem não tiver acesso à interatividade, poucas mudanças devem ocorrer. Sistemas de TV digital As aplicações da TV digital interativa precisam de uma camada de middleware para fazer a intermediação da comunicação entre a aplicação e os serviços oferecidos. Essa camada tem como objetivo oferecer um serviço padronizado para as aplicações, facilitando a portabilidade das aplicações para qualquer receptor digital que suporte o middleware. Os principais sistemas existentes de TV digital (norte-americano, europeu e japonês) adotam diferentes padrões de Middleware, de acordo com os componentes de cada sistema. DVB: Sistema Europeu de televisão digital. É formado por um conjunto de documentos definindo padrões de transmissão. Utiliza modulação Cofdm, a codificação de áudio e vídeo são feitas no padrão MPEG-2 e o middleware utilizado é o MHP. MHP: plataforma gerada pelo grupo DVB, que busca oferecer ambiente de TV digital interativa independente de hardware e software específicos, aberto e interoperável para receptores e set top boxes de TV digital. Baseado em maquina virtual Java, com a possibilidade de uso de linguagem de programação semelhante ao HTML. Essas aplicações possuem capacidade de download, armazenamento e controle das aplicações. ATSC: Funciona nos EUA desde 1998 e utiliza a modulação 8-VSB. Mas apresenta problemas na recepção por antenas internas e não permite recepção móvel. DASE: padrão norte-americano para camada de middleware em set top boxes de TVs digitais. Adota uma maquina virtual java como mecanismo de execução. ISDB: sistema de transmissão terrestre japonês, utiliza a modulação Cofdm e possui flexibilidade de operação e potencial para transmissões moveis e portáteis. ARIB: tenta estabelecer um núcleo comum entre o padrão de middleware, o MHP e o DASE. Se a padronização fosse mundial, os benefícios seriam ampliados e haveria redução de custos. Bibliotecas de Suporte a Middlewares Já existiam bilbiotecas e APIs quanndo os principais middlewares foram definidos. Destacam-se o HAVI e DAVIC. O Java-TV, iniciativa da SUN, foi adotado pelos principais middlewares.

8 Java-TV e Xlet: facilidade para selecionar serviços ou programas de televisão, gráficos e outros. Java-TV manipula aplicações Java, que podem ser executadas nos set top boxes. Um programa Java que executa em set top box em conformidade com a biblioteca Java-TV recebe o nome de Xlet. Um gerente de aplicações é que permite iniciar a execução, destruir, pausar e continuar a execução. HAVI: padrão específico de grandes companhias de produtos de consumos audiovisuais, como Panasonic, Sharp, Sony e Toshiba. Foi criado para manter interoperabilidade entre dispositivos e equipamentos digitais audiovisuais. DAVIC: associação criada em 1994, com o objetivo de criar um padrão da indústria para interoperabilidade de informações audiovisuais. Conclusão A evolução da TV gera dúvidas sobre sua importância e possível influencia e dominação cultura. É uma questão muito polêmica a programação transmitida pela TV, mas essa tecnologia é apenas um instrumento para transmissão de informações. No Brasil, existem mais de 65 milhões de aparelhos receptores, e 80% recebem apenas o sinal de TV aberta, sendo uma das mais importantes fontes de informação e entretenimento da população brasileira. A TV digital interativa pode proporcionar uma informação mais acessível e de melhor qualidade, sendo um meio de muitos serviços, maior acesso ao conhecimento e intervenção dos usuários com os programas exibidos.

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