Televisão Digital Interativa Principais Características e Tecnologias Multimedia Home Platform Sistema Brasileiro de Televisão Digital

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1 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? 2

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. 3

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 4

5 1. Introdução Histórico da TV Digital EUA iniciam as pesquisas em 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 Em 1997 os japoneses iniciam o desenvolvimento de seu padrão de TV digital, o ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) que entra em operação em

6 2. TV Digital Interativa Principais Características e Tecnologias Exemplo de uma cadeia de transmissão da TVDI 6

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 Som Aspecto 4:3 e 16:9 2 ou mais canais de áudio (Surround canais de áudio) Canal de dados Transmissão de aplicações e informações 7

8 2. TV Digital Interativa Principais Características e Tecnologias Tecnologias escolhidas pelos padrões da TVDI Padrões Codificação de vídeo Codificação de áudio Tipo de Sistema Bit rate (Mbps) Onde foi adotado DVB MPEG-2 MPEG-2 BC DVB-S DVB-T DVB-C (móvel) 38 Europa, Austrália, Nova Zelândia, Rússia ATSC MPEG-2 Dolby AC-3 ATSC-T ATSC-C Estados Unidos, Canadá, Coréia do Sul, Taiwan, México ISDB-S 52 ISDB MPEG-2 MPEG-2 AAC ISDB-T (móvel) Japão ISDB-C

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. 9

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 coseno (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. 10

11 2. TV Digital Interativa MPEG-2 Vídeo 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 de movimento 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 11

12 2. TV Digital Interativa MPEG-2 Vídeo Seqüência de apresentação 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. 12

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 13

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). 14

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 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). 15

16 2. TV Digital Interativa Transmissão de Aplicativos e Informações 16

17 2. TV Digital Interativa Transmissão de Aplicativos e Informações Exemplo de um MPEG-2 Transport Stream 17

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 18

19 2. TV Digital Interativa Pilha de tecnologias Padrão Europeu - DVB 19

20 2. TV Digital Interativa Pilha de tecnologias Padrão Norte-Americano - ATSC 20

21 2. TV Digital Interativa Pilha de tecnologias Padrão Japonês - ISDB 21

22 2. TV Digital Interativa Set-Top-Box Modelo Esquemático 22

23 2. TV Digital Interativa Set-Top-Box Exemplo: 23

24 2. TV Digital Interativa Set-Top-Box Formas de transmissão de informações Canal de retorno (modem, ADSL, CDMA, WiMax) 24

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) 25

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) 26

27 3. MHP (Multimedia Home Platform) Principais Características Suporte a aplicações no ambiente MHP Representação da API (Application Programming Interface) 27

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 28

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 29 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. 30

31 3. MHP (Multimedia Home Platform) Profiles MHP 31

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. 32

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 complexos para executarem na maioria dos set-top-boxes. Diferenças na interface com o usuário (controle remoto, teclados, track balls) 33

34 3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário Planos de Exibição: 34

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. 35

36 3. MHP (Multimedia Home Platform) Interface com o Usuário MHP recomenda o desenvolvimento de aplicações utilizando as bibliotecas HAVi (Home Audio/Video interoperability) 36

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. 37

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 38

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 /12 - Debut Uma estréia para ninguém... 39

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) 40

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 41

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. 42

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 da radiodifusão 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) 43

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. 44

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 b Ad Hoc WiMAX (Preferência do Governo) 45

46 4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital Especificação Técnica de Referência do SBTD: Estimativas de custo dos modelos de Set-Top-Box: 46

47 4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital Custos estimados da migração para o SBTD: 47

48 5. Exemplo de aplicações 48

49 5. Exemplo de aplicações 49

50 5. Exemplo de aplicações 50

51 5. Exemplo de aplicações 51

52 6. Recomendações de pesquisa exemplos de aplicações reais Guia On-Line de desenvolvimento site do Governo Brasileiro, com as últimas novidades sobre o Sistema Brasileiro de Televisão Digital Portal do Software Público Brasileiro (download do GINGA) Emuladores no ambiente PC Xletview (http://xletview.sourceforge.net/) Livre mas em desenvolvimento Open MHP (http://www.openmhp.org/) Livre mas em desenvolvimento IRT Institut für Rundfunktechnik GmbH (http://www.irt.de/) Pago, mas estável e completo Sugestões, dúvidas e críticas: 52

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