Apresentação TV Digital Interativa

Televisão Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
Multimedia Home Platform
Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Jomar Alberto Andreata, M.Eng.
1.
Introdução
Objetivos
Visualizar os conceitos básicos
Apresentação dos Sistemas de TV
Apresentar a camada de software
Sistema Brasileiro de Televisão
da tecnologia
Digital existentes
MHP
Digital, o que existe?
2
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
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
1.
Introdução
Histórico da TV Digital
EUA iniciam as pesquisas em 1987. As pesquisas
fracassam, e em 1993 surge a “Grande Aliança” (AT&T, GE,
MIT, Phillips, Sarnoff, Thomson e Zenith) e em 1999
surge o ATSC (Advanced Television System Commitee)
Europeus iniciam a pesquisa em 1993, o padrão europeu, o
DVB (Digital Vídeo Broadcasting) entra em operação na
Inglaterra em 1998.
Em 1997 os japoneses iniciam o desenvolvimento de seu
padrão de TV digital, o ISDB (Integrated Services
Digital Broadcasting) que entra em operação em 2000.
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2. TV Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
Exemplo de uma cadeia de transmissão da TVDI
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2. TV Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
Digitalização do sinal
Imagem:
LDTV – 320 X 240 pontos
SDTV – 720 X 480 pontos
HDTV – 1280 x 720 e 1920 X 1080 pontos
Aspecto 4:3 e 16:9
Som
2 ou mais canais de áudio (Surround - 5.1 canais de
áudio)
Canal de dados
Transmissão de aplicações e informações
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2. TV Digital Interativa
Principais Características e Tecnologias
Tecnologias escolhidas pelos padrões da TVDI
Padrões
DVB
ATSC
ISDB
Codificação de
vídeo
MPEG-2
MPEG-2
MPEG-2
Codificação de
áudio
MPEG-2 BC
Dolby AC-3
MPEG-2 AAC
Tipo de
Sistema
Bit rate (Mbps)
DVB-S
38
DVB-T
24
15 (móvel)
DVB-C
38
ATSC-T
19.28
ATSC-C
38.57
ISDB-S
52
ISDB-T
ISDB-C
21.47
4.06 (móvel)
Onde foi adotado
Europa,
Austrália,
Nova
Zelândia,
Rússia
Estados Unidos,
Canadá,
Coréia do
Sul, Taiwan,
México
Japão
31.64
8
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.
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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.
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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
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2. TV Digital Interativa
MPEG-2 Vídeo
Seqü
Seqüência de apresentaç
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.
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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
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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).
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2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
• Áudio, vídeo e dados formam respectivamente Elementary
Streams .
• Codificador MPEG-2 transforma todos os ES em PES
(Packetized Elementary Stream).
• Cada PES pode ter até 65563 bytes por bloco e cabeçalho
de 6 bytes
• PES são multiplexados,formando um fluxo de transporte
MPEG-2 (Transport Stream)
• Pacotes de 188 bytes (184 bytes de payload e 4 bytes de
cabeçalho).
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2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
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2. TV Digital Interativa
Transmissão de Aplicativos e Informações
Exemplo de um MPEG-2 Transport Stream
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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
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2. TV Digital Interativa
“Pilha” de tecnologias
Padrão Europeu - DVB
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2. TV Digital Interativa
“Pilha” de tecnologias
Padrão Norte-Americano - ATSC
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2. TV Digital Interativa
“Pilha” de tecnologias
Padrão Japonês - ISDB
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2. TV Digital Interativa
Set-Top-Box
Modelo Esquemático
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2. TV Digital Interativa
Set-Top-Box
Exemplo:
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2. TV Digital Interativa
Set-Top-Box
Formas de transmissão de informações
Canal de retorno (modem, ADSL, CDMA, WiMax)
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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)
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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)
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3. MHP (Multimedia Home Platform)
Principais Características
Suporte a aplicações no ambiente MHP
• Representação da API (Application
Programming Interface)
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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
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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
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transmitidos via difusão em um carrossel de objetos.
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.
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3. MHP (Multimedia Home Platform)
Profiles MHP
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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.
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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)
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3. MHP (Multimedia Home Platform)
Interface com o Usuário
Planos de Exibição:
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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.
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3. MHP (Multimedia Home Platform)
Interface com o Usuário
MHP recomenda o desenvolvimento de aplicações utilizando as
bibliotecas HAVi (Home Audio/Video interoperability)
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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.
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4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Histórico
1991 – Comissão Assessora para assuntos de televisão
1994
1998
1999
2000
(Com-TV)
Set e Abert
Anatel
Importação dos equipamentos
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
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4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Histórico
2006 – CPQD/FUNTTEL
Especificação técnica de referência
Modelo de Referência
Arquitetura de referência
Plano de desenvolvimento do SBTVD
2007 – 17/12 - Debut – “Uma estréia para ninguém...”
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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)
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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
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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.
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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)
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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.
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4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação de Canal de retorno:
• Sistema via RF Intrabanda
• Entre 54 e 87,5 MHz (VHF Baixo)
• Entre 174 e 216 MHz (VHF Alto)
• Entre 470 e 806 MHZ (UHF)
Alternativas Tecnológicas:
• DVB-T Return Channel Terrestrial
• CDMA 450 MHz – EVDO
• WiFi 802.11b Ad Hoc
• WiMAX 802.16 (Preferência do Governo)
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4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Especificação Técnica de Referência do SBTD:
Estimativas de custo dos modelos de Set-Top-Box:
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4. Sistema Brasileiro de Televisão Digital
Custos estimados da migração para o SBTD:
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5. Exemplo de aplicações
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5. Exemplo de aplicações
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5. Exemplo de aplicações
50
5. Exemplo de aplicações
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6. Recomendações de pesquisa
http://www.broadbandbananas.com/ exemplos de aplicações reais
http://www.interactivetvweb.org Guia On-Line de desenvolvimento
http://sbtvd.cpqd.com.br/ site do Governo Brasileiro, com as últimas
novidades sobre o Sistema Brasileiro de Televisão Digital
http://www.softwarepublico.gov.br 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: [email protected]
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