CARINA SATIKO SASAKE - IC

Transcrição

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
COORDENAÇÃO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO EM
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE
MIDDLEWARES PARA TV DIGITAL
CARINA SATIKO SASAKE
CUIABÁ – MT
2007
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE
MIDDLEWARES PARA TV DIGITAL
CARINA SATIKO SASAKE
Orientador: Prof. MSc. Nelcileno Virgílio de Souza Araújo
Monografia apresentada ao Curso de Ciência
da Computação da Universidade Federal de
Mato Grosso, para obtenção do Título de
Bacharel em Ciência da Computação.
CUIABÁ – MT
2007
CERTIFICADO DE APROVAÇÃO
Título: Estudo Comparativo entre Middlewares para TV Digital
Autor: Carina Satiko Sasake
Aprovada em ___/___/______
Prof. MSc. Nelcileno Virgílio de Souza Araújo
UFMT/ICET/DCC
(Orientador)
Prof. Dra. Patrícia Cristiane de Souza
UFMT/ICET/DCC
Prof. Dr. Ruy de Oliveira
CEFET-MT
DEDICATÓRIA
Aos meus pais, Hiroshi e Alice,
pelo apoio em todos os momentos
AGRADECIMENTOS
À Deus por me proporcionar saúde, força e por iluminar meu caminho.
Ao Prof. Nelcileno Virgílio de Souza Araújo pela experiência compartilhada e
dedicação na orientação deste trabalho de conclusão de curso.
À minha família que me incentiva a continuar o aperfeiçoamento para ser uma
grande profissional.
Aos amigos que dividiram comigo todas as emoções durante minha formação e
desenvolvimento desse trabalho.
À todos que contribuíram direta ou indiretamente com a realização desse
trabalho.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................ 7
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................... 8
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS............................................................................................... 9
RESUMO.................................................................................................................................................. 11
1. INTRODUÇÃO.................................................................................................................................... 12
1.1 APRESENTAÇÃO ............................................................................................................................... 12
1.2 OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 13
1.2.1 Objetivo Geral......................................................................................................................... 13
1.2.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................. 13
1.3 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................................. 13
1.4 METODOLOGIA ................................................................................................................................ 14
1.5 CRONOGRAMA PROPOSTO ................................................................................................................ 15
1.6 CRONOGRAMA EXECUTADO ............................................................................................................ 18
2. TELEVISÃO DIGITAL...................................................................................................................... 19
2.1 HISTÓRIA DA TELEVISÃO ................................................................................................................. 20
2.2 INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS DA TV DIGITAL ................................................................................... 22
2.2.1 Qualidade Técnica de Imagem e Som ..................................................................................... 23
2.2.2 Interatividade .......................................................................................................................... 24
2.2.3 Acessibilidade.......................................................................................................................... 27
2.2.4 Recepção ................................................................................................................................. 27
2.3 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE TV DIGITAL INTERATIVA ......................................................... 28
2.3.1 Difusor..................................................................................................................................... 28
2.3.2 Meio de Difusão ...................................................................................................................... 28
2.3.3 Receptor .................................................................................................................................. 29
2.4 ARQUITETURA DE UM SISTEMA DE TV DIGITAL INTERATIVA .......................................................... 30
3. MIDDLEWARE .................................................................................................................................. 34
3.1 ARQUITETURA ................................................................................................................................. 35
3.2 FUNCIONALIDADES .......................................................................................................................... 39
3.3 REQUISITOS...................................................................................................................................... 40
4. PADRÕES DE MIDDLEWARE PARA TELEVISÃO DIGITAL.................................................. 41
4.1 MHP ................................................................................................................................................ 41
4.1.1 Arquitetura .............................................................................................................................. 44
4.1.2 Profiles .................................................................................................................................... 45
4.1.3 Modelos de Aplicações MHP .................................................................................................. 47
4.1.4 Ciclo de Vida de Aplicações MHP .......................................................................................... 49
4.2 DASE .............................................................................................................................................. 52
4.2.1 Arquitetura .............................................................................................................................. 54
4.2.2 Níveis....................................................................................................................................... 57
4.2.3 Modelo de Aplicações ............................................................................................................. 58
4.2.4 Ciclo de Vida........................................................................................................................... 59
4.3 ARIB ............................................................................................................................................... 61
4.3.1 Padrões ARIB.......................................................................................................................... 63
4.3.2 Arquitetura .............................................................................................................................. 64
4.3.3 BML......................................................................................................................................... 68
5. ANÁLISE DE PADRÕES DE TV DIGITAL.................................................................................... 71
5.1 MODELO DE NEGÓCIOS E DISTRIBUIÇÃO DOS PADRÕES................................................................... 71
5.2 TRANSMISSÃO DE DADOS ................................................................................................................ 73
5.3 MODELO DE APLICAÇÃO E CICLO DE VIDA ...................................................................................... 77
6. CONCLUSÕES.................................................................................................................................... 83
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................... 85
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Seqüência de bits .......................................................................................... 19
Figura 2 – Comparação de imagem da TV analógica e digital ...................................... 23
Figura 3 – Aplicação EPG da Sky Digital utilizando interatividade local .................... 26
Figura 4 – Interatividade intermitente no canal SMS-TV ............................................. 26
Figura 5 – Interatividade permanente na aplicação de e-mail do MRSBTVD .............. 27
Figura 6 – Componentes do sistema de TV digital interativa ........................................ 28
Figura 7 – Ilustração de um Set Top Box da MIPS tecnologies .................................... 30
Figura 8 – Opções de padrões para sistema de TV digital interativa . ........................... 31
Figura 9 – Processamento do sinal em um STB interativo ............................................ 33
Figura 10 – Arquitetura do middleware ......................................................................... 36
Figura 11 – Arquitetura do middleware ......................................................................... 37
Figura 12 – Visão funcional do middleware .................................................................. 39
Figura 13 – Arquitetura do padrão DVB de TV digital ................................................. 42
Figura 14 – Arquitetura em camadas do middleware MHP .......................................... 44
Figura 15 – Camada de Software do Sistema MHP ....................................................... 45
Figura 16 – Diagrama de profiles do MHP .................................................................... 46
Figura 17 – Interface Xlet .............................................................................................. 48
Figura 18 - Associação entre atores e aplicações .......................................................... 49
Figura 19 – Ciclo de vida do Xlet .................................................................................. 50
Figura 20 – Ciclo de vida de um ator DVB-HTML ...................................................... 51
Figura 21 – Arquitetura do padrão ATSC de TV digital ............................................... 52
Figura 22 – Arquitetura DASE ...................................................................................... 55
Figura 23 – Sistema DASE e suas interconexões .......................................................... 56
Figura 24 – Modelo de display ...................................................................................... 57
Figura 26 – Ciclo de vida de aplicações ........................................................................ 60
Figura 27 – Arquitetura do padrão ISDB de TV digital ................................................ 61
Figura 28 – Sistema de transmissão digital do padrão japonês ..................................... 64
Figura 29 – Monte de protocolos do ARIB ................................................................... 65
Figura 30 – Estrutura lógica do display ARIB .............................................................. 67
Figura 31 – Relacionamento entre BML e HTML ........................................................ 69
Figura 32 – Ciclo de vida do browser BML .................................................................. 70
Figura 33 – Distribuição dos Padrões de TV Digital no mundo .................................... 72
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Número de televisores em algumas regiões do mundo ................................ 20
Tabela 2 – Resoluções da TV Digital ............................................................................ 23
Tabela 3 – Comparação entre TV Analógica e Digital .................................................. 24
Tabela 4 – Padrões de transmissão DVB e seus esquemas de modulação .................... 42
Tabela 5 – Divisão da especificação do middleware DASE . ........................................ 54
Tabela 6 – Padrões ARIB para transmissão terrestre .................................................... 63
Tabela 7 – Resoluções de apresentação dos Planos ....................................................... 67
Tabela 8 – Especificações referenciadas na BML ......................................................... 69
Tabela 9 – Relação dos padrões por camada dos sistemas de TV digital ...................... 74
Tabela 10 – Comparação da transmissão de dados nos padrões de TV digital ............. 77
Tabela 11 – Modelos de aplicação ................................................................................. 79
9
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AAC
Advance Audio Coding
ABERT
Associação Brasileira das Emissoras de Rádio e Televisão
ANATEL
Agência Nacional de Telecomunicações
API
Application Programming Interface
ARIB
Association of Radio Industries and Businesses
ATSC
Advanced Television Systems Committee
BML
Broadcast Markup Language
B-XML
Broadcast XML
CDC
Connected Device Configuration
COFDM
Codec Orthogonal Frequency Division Multiplexing
CPqD
Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações
CSS
Cascading Style Sheet
DASE
DTV Application Software Environment
DiBEG
Digital Broadcasting Experts Group
DOM
Document Object Model
DTD
Document Type Definition
DVB
Digital Vídeo Broadcasting
EDTV
Enhanced Definition Television
EPG
Electronic Program Guides
FTA
Free to air
HDTV
High Definition Television
HTML
HyperText Markup Language
IP
Internet Protocol
ISDB
Integrated Services Digital Broadcasting
10
ISDB-T
Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial
J2ME
Java 2 Micro Edition
JVM
Java Virtual Machine
LDTV
Low Definition Television
MHP
Muti Home Plataform
MPEG2 AAC
Moving Pictures Experts Group2 Advanced Audio Coding
MPEG2-TS
Moving Pictures Experts Group-Transport Stream
NHK
Nippon Hoso Kyokai
NTSC
National Television System Committee
PAL
Phase Alternation Line
PES
Packetized Elementary Stream
PSK
Phase Shift Keying
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
RCA
Radio Corporation of América
SBTVD
Sistema Brasileiro de Televisão Digital
SDTV
Standart Definition Television
SECAM
Systeme Electronique Couleur Avec Memoire
SET
Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão
SFN
Single Frequency Network
STB
Set Top Box
TS
Transport Stream
VSB
Vestigial Side Band
XHTML
eXtensible Hypertext Markup Language
XML
eXtensible Markup Language
XSLT
eXtensible Stylesheet Language Transformation
11
RESUMO
A televisão e o computador são importantes meios de acesso à informação. Mas
o computador, em muitos países não é facilmente acessado por grande parte da
população. Com a convergência entre esses dois meios, surgiu a televisão digital
trazendo inovações tecnológicas, mas espera-se que esse novo meio de comunicação
favoreça a diminuição das desigualdades sociais existentes através de serviços
interativos, tais como o conteúdo televisivo alternativo, ensino à distância dentre outros
serviços. A definição e construção de um padrão de sistema de TV Digital vêm
demandando muito investimento e discussão mundialmente. Os sistemas de TV com
transmissão digital e interativa são realidades em países como EUA, Japão e muitos
países europeus. Sendo que o Brasil, em 2006, optou pelo padrão japonês para servir
como inspiração ao Sistema Brasileiro de Televisão Digital (SBTVD). Será utilizada
tecnologia japonesa com inovações propostas por pesquisadores brasileiros, entre essas
inovações está o middleware que é um dos componentes do sistema mais facilmente
adaptável às especificidades do país. O objetivo desse trabalho é estudar de forma
comparativa a concepção, funcionamento, vantagens e desvantagens dos middlewares
americano, europeu e japonês, respectivamente, DTV Application Software Environment
(DASE), Muti Home Plataform (MHP) e Association of Radio Industries and
Businesses (ARIB). Esse estudo pertence a uma área onde há necessidade de pesquisa e
pode contribuir para a escolha ou desenvolvimento do padrão mais adequado a um país.
O trabalho foi realizado através de pesquisa bibliográfica e os materiais utilizados são
fontes bibliográficas como livros, teses, monografias, artigos e documentação dos
middlewares. O estudo realizado permitiu perceber que o padrão japonês de televisão
digital possui características que o tornam superior tecnicamente aos demais.
Palavras-chave: televisão digital, middleware, MHP, DASE, ARIB.
12
1. INTRODUÇÃO
1.1 Apresentação
Poucas tecnologias foram tão aguardadas nos ambientes mundiais de consumo como a
Televisão Digital. Em um momento inicial, seria o fato tão prometido e esperado da
convergência entre duas das mais fantásticas invenções do homem: a televisão e o
computador.
Nos últimos anos, o modo como as pessoas assistem, interagem e produzem mídia em
televisão passa por um estágio de grande evolução. Os sistemas de TV com transmissão
digital e interativa são realidades em países como EUA, Japão e muitos países europeus.
Segundo Fernandes et al. (2004) como a televisão atinge praticamente toda a população
do país, torna-se assim uma poderosa ferramenta de integração nacional capaz de
modificar as relações da sociedade brasileira.
O Brasil está desenvolvendo um novo padrão de televisão, aberta e gratuita, com uma
tecnologia superior à atual, nomeado Sistema Brasileiro de Televisão Digital (SBTVD).
Envolvido em discussões sobre qual padrão de televisão digital adotar no país, o
governo brasileiro optou pelo padrão japonês em junho de 2006.
Há diversas características, não são comuns a todos os padrões, que podem influenciar
na escolha. Sendo que a população pode ser beneficiada ou prejudicada de acordo com
essas escolhas.
Este trabalho concentra-se no estudo do middleware, elemento fundamental no sistema
de TV digital, estabelecendo um comparativo entre os principais padrões internacionais
de middleware: europeu, americano e japonês.
13
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
Este trabalho tem por objetivo estudar de forma comparativa os middlewares dos
padrões americano, europeu e japonês de televisão digital, respectivamente, DTV
Application Software Environment (DASE), Muti Home Plataform (MHP) e
Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) visando conhecer a concepção,
funcionamento, vantagens e desvantagens.
1.2.2 Objetivos Específicos

Pesquisar a história da televisão digital;

Identificar as inovações tecnológicas que ocorreram com o advento da televisão
digital;

Descrever os componentes e a arquitetura da televisão digital interativa;

Definir o middleware e sua arquitetura entendendo, assim, seu papel na TV
digital interativa;

Descrever a estrutura e o funcionamento dos middlewares MHP, DASE e ARIB;

Comparar esses middlewares analisando suas vantagens e desvantagens.
1.3 Justificativa
A definição e construção de um padrão de sistema de TV Digital são tarefas
fundamentais, que vêm demandando muito investimento e discussão mundialmente.
14
O Brasil atualmente necessita de pesquisas na área de conteúdo (aplicações) e de
middlewares para TV Digital Interativa. A modulação, o middleware e as aplicações
podem ser mais facilmente adaptados às necessidades e especificidades do país
(BECKER & MONTEZ, 2004).
Frente a esta realidade, a comparação entre os middlewares dos principais padrões de
televisão digital tem a importância de pertencer a uma área onde há necessidade de
pesquisa, descrever os padrões de middleware de forma diferente de muitas fontes
bibliográficas que descrevem os padrões sem compará-los, descrever as vantagens e
desvantagens de middlewares de modo a auxiliar na escolha ou desenvolvimento do
padrão mais adequado às necessidades da população.
1.4 Metodologia
O trabalho foi realizado através de pesquisa bibliográfica dos middlewares dos padrões
americano, europeu e japonês, e também dos conceitos gerais envolvidos na área de
televisão digital.
Para o estudo destes middlewares, depois da análise de fontes
bibliográficas comparativas e demonstrativas será feita a descrição de suas vantagens e
desvantagens.
Os materiais utilizados nesta pesquisa são fontes bibliográficas como livros, teses,
monografias, artigos e documentação dos middlewares.
15
1.5 Cronograma Proposto
Etapas
1
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
Etapa 6
Etapa 7
Etapa 8
Etapa 9
Etapa 10
Etapa 11
Etapa 12
Etapa 13
Etapa 14
Etapa 15
Etapa 16
07/2006
2 3 4
1
08/2006
2 3 4
1
09/2006
2 3 4
Meses/Semanas
10/2006
11/2006
1 2 3 4 1 2 3 4
1
12/2006
2 3 4
1
01/2007
2 3 4
1
02/2007
2 3 4
1
03/2007
2 3 4
16
Etapa 1 – Estudo Preliminar
Consiste na escolha e delimitação do tema e leitura de fontes bibliográficas para
o desenvolvimento do trabalho.
Etapa 2 – Introdução
Escrita da metodologia e cronograma que serão usados para atingir os objetivos
definidos e da relevância do trabalho.
Etapa 3 – História
Fazer uma retrospectiva dos fatos marcantes para a história da televisão.
Etapa 4 – Inovações Tecnológicas
Identificar e descrever as inovações tecnológicas que ocorreram com o advento
da televisão digital.
Etapa 5 – Componentes e Arquitetura da TV Digital
Pesquisar e descrever os componentes e a arquitetura da TV digital interativa.
Etapa 6 – Descrição dos Middlewares
Corresponde à pesquisa e descrição das características gerais dos middlewares
MHP, DASE e ARIB.
Etapa 7 – Fundamentação Teórica
Fundamentação e escrita dos elementos teóricos relevantes ao trabalho,
referenciando a bibliografia científica quando pertinente. Levantamento dos assuntos
que serão tratados na monografia, posteriormente.
Etapa 8 – Apresentação à Banca Avaliadora
Revisão, impressão e apresentação do trabalho.
17
Etapa 9 – Período de Revisão
Ajustes no trabalho segundo os comentários da banca avaliadora.
Etapa 10 – Estudo do middleware
Estudo e descrição minuciosa da arquitetura do middleware.
Etapa 11 – MHP
Pesquisa e escrita da arquitetura e funcionamento do Muti Home Plataform
(MHP).
Etapa 12 – DASE
Pesquisa e escrita da arquitetura e funcionamento do DTV Application Software
Environment (DASE).
Etapa 13 – ARIB
Pesquisa e escrita da arquitetura e funcionamento do middleware Association of
Radio Industries and Businesses (ARIB).
Etapa 14 – Comparação de middlewares
Captura de estudos comparativos e demonstrativos. Análise das características,
vantagens e desvantagens destes middlewares. Escrita dos conhecimentos obtidos.
Etapa 15 – Término da monografia
Escrita das considerações finais do trabalho e levantamento de questões que
mereceriam um estudo específico.
Etapa 16 – Apresentação à banca avaliadora
Revisão da monografia, impressão, encadernação, apresentação e correções
finais.
18
1.6 Cronograma Executado
Etapas
1
07/2006
2 3 4
1
08/2006
2 3 4
1
09/2006
2 3 4
Meses/Semanas
10/2006
11/2006
1 2 3 4 1 2 3 4
1
12/2006
2 3 4
1
01/2007
2 3 4
1
02/2007
2 3 4
1
03/2007
2 3 4
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
Etapa 6
Etapa 7
Etapa 8
Etapa 9
Etapa 10
Etapa 11
Etapa 12
Etapa 13
Etapa 14
Etapa 15
Etapa 16
Não ocorreu modificação quanto às atividades a serem realizadas em cada etapa do cronograma proposto, apenas a duração dessas etapas
apresentou variação na prática. Com maior destaque para a Etapa14, que foi executada em um tempo menor que o planejado, devido à
coleta e leitura de materiais no decorrer das etapas anteriores.
19
2. TELEVISÃO DIGITAL
A televisão digital é um sistema de transmissão, recepção e processamento de sinais em
formato digital. Usa modulação e compressão digital para enviar vídeo, áudio e sinais
de dados aos aparelhos compatíveis com a tecnologia, proporcionando assim
transmissão e recepção de maior quantidade de conteúdo por uma mesma freqüência
(canal), podendo atingir alta qualidade na imagem. Especula-se que ao longo dos
próximos anos, substituirá a atual televisão analógica em todo o mundo.
Como mostra a Figura 1, na televisão digital a imagem é formada por uma seqüência de
código binário, isto é, de zeros (0) e uns (1).
Figura 1 – Seqüência de bits (SILVA, 2003).
Há uma transmissão de melhor qualidade na TV digital, tanto pela representação precisa
da informação analógica como pela eliminação de ruídos.
Sendo formado por apenas dois valores de bit, o sinal em uma transmissão digital pode
ser reconstituído com uma qualidade superior ao sistema analógico devido a sua forma
singular: sinal captado ou sinal não captado.
Em uma transmissão analógica o sinal era quase sempre recebido, mesmo que para
chegar até os receptores dentro das casas, parte do sinal pudesse sofrer interferências ou
parte dele fosse refletido por diversos obstáculos provocando ruídos, chuviscos e
sobreposição de imagens.
Na transmissão digital isso não ocorre. Quando captado, o sinal não degrada enquanto
puder ser recebido, além de poder ser regenerado eficientemente pelo receptor caso o
sinal caia de vez.
Segundo a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) em 2001 existiam 54
milhões de televisores no Brasil, conforme mostra a Tabela 1. Atualmente, há
20
estimativas de existirem mais de 65 milhões de aparelhos receptores do sinal televisivo.
A televisão brasileira é umas das maiores do mundo, mais de 90% dos domicílios
brasileiros possuem televisores e, dentre esses, 80% recebem exclusivamente sinais da
televisão aberta terrestre (BRASIL, 2004).
Tabela 1 – Número de televisores em algumas regiões do mundo (BRASIL, 2001).
País/ Região
Brasil
Mercosul
Chile
América do Sul
Estados Unidos
México
Canadá
América do Norte
Continente Americano
Casa com TV
(milhões)
37
47
03
65
100
18
12
130
205
Numero de Aparelhos de TV
(milhões)
54
67
4
90
231
25
22
278
377
Na maioria dos casos a televisão é a única fonte de informação e de cidadania do
brasileiro. A importância da televisão digital não se deve apenas a transição das
tecnologias, mas também, a sua contribuição para a inclusão digital.
2.1 História da Televisão
Em 1932, a Radio Corporation of América (RCA) apresentou a primeira televisão
eletrônica. Um grande fator que levou a esta invenção foi a descoberta do selênio, mais
de um século anteriormente, como material capaz de transformar energia luminosa em
energia elétrica e a possibilidade de transmitir imagens através da corrente elétrica.
Após a Segunda Guerra Mundial (1939-1945) houve uma aceleração nas pesquisas em
televisão. Sendo que na década de 50, com o propósito de oferecer uma melhor
qualidade de recepção em áreas longínquas, surgiu a televisão a cabo.
21
A história da televisão brasileira inicia nos anos 50 com a TV Tupi-Difusora.
Inicialmente a televisão era preto-e-branco. Neste período somente as pessoas com
maior poder aquisitivo tinham condições de ter um aparelho para receber o sinal.
Nos anos 60, houve um crescimento tecnológico que proporcionou o aperfeiçoamento
dos meios de transmissão, principalmente devido ao surgimento dos satélites artificiais.
Em 1972, a televisão em cores foi inaugurada no Brasil, após passar por um grande
dilema referente ao padrão de televisão em cores que seria adotado. Existiam as opções
de adotar um dos três padrões já criados ou desenvolver uma combinação destes. O
padrão americano, alemão e francês, respectivamente, National Television System
Committee (NTSC), Phase Alternation Line (PAL) e Systeme Electronique Couleur
Avec Memoire (SECAM). O governo brasileiro optou pela combinação dos padrões
NTSC e PAL.
Nesta época, a televisão era considerada um exemplo de modernidade e com as
multinacionais se instalando no Brasil houve um grande crescimento de publicidade na
televisão e juntamente com os programas de auditório aumentou o número de pessoas
que assistiam à televisão.
A história da televisão digital inicia-se nos anos 70, quando a Nippon Hoso Kyokai
(NHK) juntamente com um consórcio de 100 estações comerciais, deram permissão aos
cientistas do NHK Science & Technical Research Laboratories para desenvolver uma
TV de alta definição 1 , que seria chamada de High Definition Television (HDTV).
Somente nos anos 90, ocorreu a consolidação da tecnologia de televisão digital com o
lançamento de três padrões mundiais. Em 1993, foi lançado o primeiro padrão de
televisão digital, o europeu Digital Vídeo Broadcasting (DVB). Este padrão é resultado
de um consórcio de entidades da indústria relacionadas à televisão (DVB, 2006).
1
É um sistema com qualidade de imagem e som comparável à qualidade dos cinemas,
proporcionando aos telespectadores um maior realismo e, até mesmo, um maior envolvimento
em relação ao conteúdo televisivo.
22
O segundo padrão lançado foi o norte-americano Advanced Television Systems
Committee (ATSC), em 1998, por um grupo de 58 indústrias de equipamentos
eletroeletrônicos (ATSC, 2006).
A rede NHK se empenhou para formar o consórcio Digital Broadcasting Experts
Group, mais conhecido por DiBEG (DiBEG, 2006) e desenvolver o Integrated Services
Digital Broadcasting (ISDB), que foi apresentado como padrão japonês de TV digital,
em 1999. Entrou em operação comercial na região de Tóquio em 2003.
O Brasil propôs o desenvolvimento de um padrão nacional, mesmo sendo este inspirado
em sistemas existentes em outros países, denominado de Sistema Brasileiro de
Televisão Digital (SBTVD). Emissoras e indústrias de equipamentos financiaram testes
de laboratório e de campo para comparar a eficiência técnica dos três padrões
tecnológicos existentes (americano, europeu e japonês) em relação à transmissão e
recepção dos sinais.
O presidente Luiz Inácio Lula da Silva assinou em junho de 2006, o decreto que
regulamentou a escolha do padrão japonês para a TV digital brasileira.
O decreto prevê que a implantação do sistema digital deverá levar sete anos e que o
desligamento da versão analógica ocorrerá dentro de dez anos.
Também é previsto o uso de tecnologia japonesa com a incorporação de inovações
desenvolvidas por pesquisadores brasileiros. Entre essas inovações estão o sistema de
compressão de vídeo (MPEG-4), o middleware e aplicativos.
2.2 Inovações Tecnológicas da TV Digital
A TV digital trouxe várias novidades quando comparada à TV analógica apresentando
qualidades de imagem e som, interatividade, acessibilidade e recepção.
Conforme Machado (1995), a digitalização do meio transforma substancialmente a
própria natureza da televisão e a distingue cada vez mais das outras tecnologias que
também operam com a imagem e o som.
23
2.2.1 Qualidade Técnica de Imagem e Som
Ocorreu a melhoria técnica da imagem, com a nova resolução e formato. Os primeiros
receptores apresentavam 240 linhas de vídeo. Atualmente, um monitor analógico de boa
qualidade apresenta entre 525 e 625 linhas, sendo que na televisão digital de alta
definição, chega-se a 1080 linhas. A tela dos monitores digitais tende a passar do
formato 4:3, típico da TV analógica, para o formato 16:9, mais próximo do formato
panorâmico de uma tela de cinema.
A Figura 2 mostra o aspecto de uma imagem com 525 linhas de resolução e formato 4:3
(analógica) ao lado do aspecto de uma imagem com 1080 linhas e formato 16:9
(digital).
Figura 2 – Comparação de imagem da TV analógica e digital (FERNANDES et al., 2004).
Como mostra a Tabela 2, podem existir três possíveis sistemas para TV digital. O
Standart Definition Television (SDTV) possui uma definição praticamente igual ao
sistema analógico. O Enhanced Definition Television (EDTV) é uma opção
intermediária entre o SDTV e o High Definition Television (HDTV), possuindo melhor
definição, mas não ocupando toda a banda disponível.
Tabela 2 – Resoluções da TV Digital adaptada de Mendes & Fasolo (2002).
SDTV
EDTV
HDTV
Linhas
480
720
1080
Pontos por Linha
640
1280
1920
Relação de Aspecto
4:3
16:9
16:9
24
A Tabela 3 apresenta uma comparação entre o número de linhas dos principais sistemas
de televisão analógicos e os digitais. De acordo com a Tabela 3, mesmo no SDTV há
um ganho de resolução quando comparado com os sistemas analógicos. Há uma
diferença entre o número de linhas total e o número de linhas ativas nos analógicos, pois
as primeiras e últimas linhas do quadro não podem ser usadas, devido ao apagamento
vertical. A resolução da TV Analógica também é degradada pelo entrelaçamento de dois
campos para formar um quadro, que faz com que se tenha uma sobreposição das linhas,
reduzindo a resolução útil na recepção.
Tabela 3 – Comparação entre TV Analógica e Digital adaptada de Mendes & Fasolo (2002).
Sistema
PAL-M
PAL
SECAM
NTSC
SDTV
EDTV
HDTV
Resolução
525 linhas
625 linhas
625 linhas
625 linhas
480 linhas
720 linhas
1080 linhas
Linhas Ativas
320 linhas
330 linhas
330 linhas
330 linhas
480 linhas
720 linhas
1080 linhas
A televisão iniciou com som mono (um canal de áudio), evoluiu para o estéreo (dois
canais, esquerdo e direito). Com a TV digital, pode-se ter seis canais (padrão utilizado
por sofisticados equipamentos de som e home theaters).
2.2.2 Interatividade
Outra inovação da televisão digital é a interatividade, onde o telespectador abandona a
passividade para se tornar ativo frente à programação, com o poder de interagir com a
televisão e elaborar o seu próprio conteúdo televisivo.
Com a tecnologia da televisão digital, o receptor passa a ter chance de estender sua
participação na medida em que lhe é permitido dialogar com o meio e com outros
telespectadores, estabelecendo uma comunicação horizontal (JOLY, 2002).
25
O grau de interação do usuário com as aplicações, serviços e conteúdo interativos pode
ser classificado em três categorias: local, intermitente e permanente (FERNANDES et
al, 2004).

Interatividade Local - O conteúdo é transmitido unilateralmente para o
receptor de uma só vez. A partir daí, o usuário pode interagir livremente com os
dados que ficam armazenados no seu receptor, não conseguindo realizar o envio
de dados em direção ao emissor, pois não possui um canal de retorno no receptor
digital. Um novo fluxo de dados ocorre apenas quando é solicitada uma
atualização ou uma nova área do serviço é acessada. Como exemplos de
aplicações para este nível de interatividade pode-se citar a configuração de
legendas, jogos residentes, Electronic Program Guides (EPGs), entre outros.

Interatividade Intermitente - A interatividade é estabelecida a partir da troca
de informações por uma rede à parte do sistema de televisão, como uma linha
telefônica. Um canal de retorno permite que o telespectador transmita fluxos de
dados ao difusor, porém, a interação é unidirecional, de forma que o difusor não
consegue enviar respostas ao telespectador. Por isso, o canal de retorno é
considerado não-dedicado. Por ser uma comunicação de dados unidirecional,
essa categoria de interatividade é muito utilizada em aplicações como votações,
pesquisas de opinião e quiz, onde o usuário envia alguma informação, mas não
espera nenhuma resposta do difusor pelo canal de retorno.

Interatividade Permanente - O usuário da TV digital necessita de antenas
receptoras e também de antenas transmissoras. Com o canal de retorno dedicado
no receptor digital a comunicação dos dados deixa de ser unidirecional para se
tornar bidirecional. Através deste nível de interatividade, é possível ter o acesso
às funções básicas de um computador conectado à Internet e usufruir de
aplicações como navegação, e-mail, chat, competições interativas (jogos multiusuários em tempo real), comércio pela TV (T-Commerce), home banking,
educação à distância, etc. Outra característica importante nesta categoria de
interatividade consiste no fato da comunicação fluir também entre os
telespectadores.
26
A Figura 3 apresenta uma tela de aplicação EPG, ilustrando um guia de televisão da Sky
Digital.
Figura 3 – Aplicação EPG da Sky Digital utilizando interatividade local (QUICO, 2004).
No canal SMS-TV da empresa TV Cabo, os espectadores têm a oportunidade de
interagir via SMS com a programação (Figura 4).
Figura 4 – Interatividade intermitente no canal SMS-TV (QUICO, 2004).
A Figura 5 mostra uma interface inicial da aplicação proposta pelo consórcio
MRSBTVD ao Sistema Brasileiro de Televisão Digital (SBTVD), que implementa a
funcionalidade de envio e recebimento de mensagens de texto.
27
Figura 5 – Interatividade permanente na aplicação de e-mail do MRSBTVD (BRASIL,2005).
2.2.3 Acessibilidade
A televisão digital trouxe novidades quanto à acessibilidade como a maior facilidade
para gravação de programas devido à introdução de sinais codificados de início e fim de
programas, facilitando o acionamento automático de gravadores. É uma inovação
também, a possibilidade do usuário assistir ao programa no horário que desejar, com a
inclusão de gravadores digitais nos receptores ou conversores e a transmissão de um
mesmo programa em horários descontínuos e diversos canais. A possibilidade de o
telespectador escolher o que deseja ver, como, quando e onde (DAMIANI, 2004).
2.2.4 Recepção
A inovação da recepção refere-se à otimização da cobertura e a flexibilidade para
ajustar os parâmetros de transmissão de acordo com as características geográficas
locais. Em áreas acidentadas ou com muitos obstáculos pode ser utilizado o recurso da
transmissão hierárquica, a transmissão é realizada com sinal menos robusto para
receptores em locais mais favoráveis e com sinal mais robusto para recepção em todos
os pontos da área de prestação do serviço.
28
2.3 Componentes de um Sistema de TV Digital Interativa
O difusor, o meio de difusão e o receptor são os três principais componentes do sistema
de TV digital (BECKER & MONTEZ, 2004). A Figura 6 mostra a interação desses
componentes nesse sistema.
Figura 6 – Componentes do sistema de TV digital interativa (BECKER & MONTEZ, 2004).
2.3.1 Difusor
Segundo Becker & Montez (2004), o difusor tem como responsabilidade gerar o sinal
dos programas de televisão produzidos nos estúdios dos provedores de serviços das
emissoras de televisão. É composto pelos provedores de serviço de difusão e interação.
O provedor de serviço de difusão envia o sinal de modo unidirecional para o canal de
difusão e o provedor de serviço de interação possibilita a interação com os usuários
através do recebimento e envio de dados pelo canal de retorno (interatividade).
2.3.2 Meio de Difusão
Assim como na televisão analógica convencional, o sinal digital pode ser transmitido
por diferentes meios para o receptor doméstico. A transmissão poder ocorrer por
radiodifusão terrestre, satélite ou cabo.
29
De acordo com Becker & Montez (2004), teoricamente, a migração dos telespectadores
da TV analógica para a digital é mais simples por radiodifusão terrestre, já que é
utilizada nas transmissões pela TV aberta. Os telespectadores devem comprar os
receptores, as grandes emissoras de televisão e suas retransmissoras devem efetuar as
devidas adaptações.
O sistema de TV Digital por satélite permite a captação do sinal digital pelos
utilizadores residentes em regiões remotas. O alcance do sinal pode chegar aos mais
recônditos lugares do planeta (BECKER & MONTEZ, 2004). Atualmente, existem
vários satélites com transmissões digitais abertas, chamados de sistemas Free to air
(FTA).
As redes de cabo convencionais são utilizadas, nos sistemas a cabo, para transmitir os
sinais digitais que chegam à casa do telespectador. Para Becker & Montez (2004), o
alcance da transmissão restrita às residências interligadas fisicamente é a grande
desvantagem desse meio. Nos EUA, a penetração das TVs a cabo é alta então não
representa problema, o que não acontece no Brasil e em boa parte da Europa.
Tanto para a televisão por radiodifusão terrestre como via satélite há dificuldade de
oferecer o canal de retorno, indispensável para serviços interativos. As plataformas de
cabo possuem como vantagem uma boa largura de banda para o seu canal de difusão e
para o canal de retorno (BECKER & MONTEZ, 2004).
2.3.3 Receptor
O receptor recebe o conteúdo e oferece a possibilidade do telespectador reagir ou
interagir com o difusor. Em tecnologias de radiodifusão e satélite, uma antena capta o
sinal difundido antes de ele ser processado pelo receptor. No caso da tecnologia via
cabo, o sinal vai direto para o receptor (BECKER & MONTEZ, 2004).
O receptor pode estar embutido em uma televisão digital ou ser um equipamento à
parte. Nesse último caso, o receptor passa a ser conhecido como terminal de acesso ou
Set Top Box (STB), ilustrado na Figura 7. Quando há um canal de interação para
30
promover um nível de interatividade mais intenso, o STB é conhecido como Set Top
Box Interativo.
Segundo Piccolo (2005), o Set Top Box é o aparelho que conectado à TV, tem a função
de converter o sinal digital recebido em um sinal analógico compatível com o sinal dos
aparelhos de televisão convencionais. As funcionalidades que serão agregadas por ele
relacionadas à TV Digital e seu baixo custo são fatores cruciais para adoção dessa
tecnologia pela população.
Figura 7 – Ilustração de um Set Top Box da MIPS tecnologies.
De acordo com Gomes & Lima (2005), embora alguns aparelhos digitais de TV
possuam um receptor embutido, a maioria das famílias que têm TV digital tende a ter
um Set Top Box separado, pois ele possui outras funcionalidades, tais como:

Transmissão de vídeo em tempo real, utilizado em videoconferência;

Download e upload de informações;

Serviços de internet como e-mail e navegação;

Jogos;

Inibição de comerciais, seleção de programação e gravação de filmes.
2.4 Arquitetura de um Sistema de TV Digital Interativa
Uma arquitetura de referência é usada para representar a complexidade do sistema de
TV digital interativa. Nessa arquitetura, as camadas de tecnologias representam os
31
principais elementos do sistema, cada camada oferece serviços para uma camada
superior e utiliza os serviços que são oferecidos por uma camada inferior (BECKER &
MONTEZ, 2004).
A Figura 8 apresenta uma visão arquitetural em camadas de um sistema de televisão
digital interativa, identificando as diversas opções de padrões de transmissão,
transporte, codificação e middleware que podem ser adotados em cada camada.
Uma arquitetura corretamente representada pode assegurar que um sistema irá satisfazer
uma série de requisitos relacionados à performance, confiabilidade, portabilidade,
escalabilidade e interoperabilidade (GARLAN, 1996), mostrando os principais
componentes, incluindo suas interações e omitindo os detalhes que não são pertinentes
as interações entre os componentes.
Figura 8 – Opções de padrões para sistema de TV digital interativa (FERNANDES et al., 2004).
As camadas em um sistema de TV Digital Interativa são:
32
Camada de Transmissão – responsável pelo levantamento do sinal no difusor, pela
sintonia do sinal no receptor, além da modulação 2 e demodulação do fluxo de
transporte.
Camada de Transporte – responsabiliza-se pela multiplexação de vários programas
em um único fluxo de transporte, no ambiente da emissora. Enquanto no ambiente do
usuário, realiza a demultiplexação do fluxo de transporte de acordo com o programa
selecionado pelo telespectador, extraindo-se os fluxos elementares de áudio, vídeo e
dados.
Camada de Codificação – os processos de codificação 3 e compressão 4 de sinais de
áudio e vídeo são realizados no ambiente da emissora (difusor) e ocorre a decodificação
e descompressão desses sinais no ambiente do telespectador.
Camada de Middleware – a finalidade da camada de middleware é oferecer um serviço
padronizado para as aplicações, escondendo as peculiaridades e heterogeneidades das
camadas inferiores (tecnologias de compressão, de transporte e de transmissão). O
estudo desta camada é o foco desse trabalho e será discutida detalhadamente nos
próximos capítulos.
Camada de Aplicativos – consiste na camada visível para o usuário e que fará a
interação direta com o mesmo, sendo suportada pelas camadas inferiores, a execução
dos aplicativos é sua responsabilidade.
A Figura 9 apresenta o processamento do sinal em um STB interativo. Inicialmente, a
antena capta o sinal difundido por radiodifusão ou satélite (quando o meio de difusão é
via cabo esta etapa não existe). Em seguida, o sintonizador digital trabalha com a
recepção dos sinais das redes digitais baseadas nas modulações existentes, isolando um
canal particular, para que o demodulador extraia o fluxo de transporte MPEG-2 e
2
É o processo no qual alguma característica de uma onda portadora é alterada de acordo com o
sinal da informação a ser transmitida. A faixa de freqüência pode ser controlada de forma a
sofrer as menores interferências, distorções e atenuações possíveis durante uma comunicação de
dados.
3
Representação da informação digital usando algum código.
4
Reduz a taxa de bits para representar um dado, podendo ser realizada através de diversos
algoritmos de compressão.
33
verifique a existências de possíveis erros. Este fluxo é carregado pelo demultiplexador
que identifica os pacotes com formato de dados particulares como vídeo, áudio ou
serviços interativos, extraindo os fluxos elementares. O decodificador converte os bits
recebidos em formatos de áudio, vídeo e dados para o formato apropriado para exibição
utilizado pelo equipamento televisivo (BECKER & MONTEZ, 2004).
Figura 9 – Processamento do sinal em um STB interativo (BECKER & MONTEZ, 2004).
34
3. MIDDLEWARE
O presente capítulo tem por intuito descrever o conceito geral do middleware
fornecendo o embasamento teórico necessário ao entendimento ou à complementação
das informações fornecidas nos capítulos restantes desta monografia.
Atualmente, nos ambientes de negócio, há sistemas de informação heterogêneos que
possuem interfaces e sistemas operacionais diferentes. A integração desses sistemas é
difícil e de alto custo para a empresa. No sistema de televisão digital interativa, a
compatibilidade da execução de instruções em uma variedade de tipos de terminais
heterogêneos, de diferentes fabricantes, com diferentes capacidades e recursos, é o
grande desafio.
Uma solução para o problema de heterogeneidade e interoperabilidade entre produtos de
diferentes fabricantes é conhecida pelo nome de middleware. Este consiste em um
sistema distribuído de serviços, que com interfaces padronizadas (permite portar as
aplicações para diversas plataformas) e protocolos também padronizados (possibilita a
interoperabilidade entre os sistemas), pode oferecer aos consumidores certa
independência com relação aos seus fornecedores.
Segundo Bar-Haim (2002), o uso do middleware permite que haja portabilidade das
aplicações, de forma que possam ser transmitidas para qualquer Set Top Box com
determinado middleware adotado.
As aplicações desenvolvidas para um middleware pode não servir em outro. Por isso há
um grande interesse das organizações pela padronização de middlewares, pois esses
possuem componentes e funcionalidade semelhantes, permitindo o desenvolvimento de
um middleware integrado.
De acordo com Maciel & Assis (2004), o middleware é uma camada de software que
possibilita a comunicação entre aplicações distribuídas de forma transparente, porque
disponibiliza serviços que diminuem a complexidade e heterogeneidade da infraestrutura computacional (protocolo, interface, plataforma de hardware, etc).
35
No middleware podem existir máquinas virtuais, que permitem ao desenvolvedor usar o
mesmo código nativo para diferentes plataformas de Set Top Boxes com alterações
mínimas, como uma Java Virtual Machine (JVM), por exemplo. Também podem fazer
parte do middleware máquinas para apresentação de código HyperText Markup
Language (HTML), JavaScript, eXtensible Hypertext Markup Language (XHTML),
entre outras linguagens declarativas ou procedurais.
Os middlewares disponibilizam suas interfaces (funções) através de uma Application
Programming Interface (API), fazendo assim com que as aplicações tirem proveito
desta abstração do hardware. Um exemplo de API é a JAVA TV 5 .
Existem middlewares proprietários (Microsoft TV, Power TV, OpenTV Core, Liberty,
etc) e também abertos (MHP, DASE, ARIB, etc). No caso dos middlewares abertos,
estas APIs são públicas (O’DRISCOLL, 1999).
3.1 Arquitetura
Nesta seção serão descritas duas arquiteturas do middleware de um sistema de televisão
digital, sendo que conforme a visão dos autores há diferenças.
Será detalhada apenas a camada de middleware embora esta esteja inserida na
arquitetura de um sistema de TV digital de três camadas, internamente, entre a camada
de aplicações e de hardware.
Segundo CPqD (2006), a arquitetura interna do middleware pode ser decomposta nos
elementos mostrados na Figura 10.
5
É um subconjunto da Sun Personal Java Virtual Machine, com funções específicas para
implementação de aplicações para TV digital interativa.
36
Figura 10 – Arquitetura do middleware (CPqD,2006).
Os seguintes elementos são apresentados nessa arquitetura (CPqD, 2006):
Tratamento dos fluxos elementares – controla o acesso e o processamento dos fluxos
da Camada de Transporte. É formado por:

Sintonização de canal – elemento que seleciona um canal de radiodifusão e o
feixe de transporte (TS) transmitido sobre o canal de radiodifusão selecionado;

Manipulação dos fluxos elementares – identifica os fluxos elementares presentes
no feixe de transporte (TS);

Processamento das tabelas do SI – identifica e disponibiliza as metainformações dos fluxos elementares presentes no feixe de transporte (TS);

Tratamento do “data broadcasting” – acessa, processa e disponibiliza os fluxos
elementares de dados (Ex: carrossel de dados e fluxos IP transmitidos no canal
de radiodifusão);
Interface com o usuário – contém os elementos responsáveis pela interação com o
usuário. É composta pelos seguintes elementos:

Tratamento de eventos do usuário – trata as ações dos usuários via controle
remoto, teclado, mouse etc.;

Apresentação dos objetos de mídias – responsável pela apresentação visual
gráfica para o usuário;
37
Acesso ao canal de retorno – disponibiliza o acesso ao canal de retorno, responsável
pelo recebimento e envio de dados (interatividade) entre o receptor e o provedor de
serviço de interação;
Armazenamento de informações de modo persistente – armazena informações, tais
como: preferências do usuário e dados recebidos;
Gerenciador de ciclo de vida das aplicações – carrega, configura e controla a
execução das aplicações;
Sincronismo de mídias – controla e sincroniza a apresentação dos objetos multimídia;
Segurança da informação – responsável pela autenticidade e integridade das
aplicações; autenticidade e privacidade no envio/recepção de mensagens; certificação e
outros;
Mecanismo de abstração do Hardware – traduz ou interpreta uma linguagem abstrata
para a linguagem específica do mecanismo sobre o qual atua, através de uma máquina
computacional virtual.
De acordo com Souza (2003), a arquitetura do middleware, apresentada na Figura 11, é
dividida em camadas.
Figura 11 – Arquitetura do middleware (SOUZA, 2003).
38
O middleware é composto pelas camadas (SOUZA, 2003):
API do usuário – disponibiliza aos programadores as interfaces com as funções para a
implementação de aplicações para a TV digital;
API de reflexividade – oferece os mecanismos para que o middleware se adapte as
requisições das aplicações devido a um protocolo ou dispositivo, por exemplo;
Gerenciador de serviços e componentes – é constituído por diversos serviços
relacionados aos componentes gerenciados, sendo considerado o núcleo do middleware:

Serviço de diretório – responsabiliza-se pela estrutura onde os componentes
podem localizar e recuperar outros componentes para seu próprio funcionamento
de forma transparente, sem a preocupação com a implementação e escondendo o
fato de se tratar de um sistema distribuído;

Serviço de segurança e autenticação – gerencia os mecanismos para que os
componentes sejam executados pelas entidades que tiverem o direito de acesso
apropriado e de maneira bem definida, além de, nos serviços que requererem
segurança, gerenciar técnicas criptográficas para que um remetente disfarce os
dados de modo que um intruso não consiga obter nenhuma informação dos
dados interceptados;

Serviço de transações – provê o suporte às operações compostas por outras
suboperações, de modo que uma operação somente é considerada completa ao
término de todas as suboperações;

Serviço de gerenciamento – gerencia os componentes através de atributos como
o tempo de vida, estado associado, etc;

Serviço de Comunicação – controla a interação do sistema com componentes
estáticos (em repositórios) e dinâmicos (em outros sistemas);
Manipulação de mídia – interface com áudio, vídeo e dados;
39
Adaptação – interface com os dispositivos de hardware que oferecem drivers para os
fluxos de áudio, vídeo e dados.
3.2 Funcionalidades
Como ilustra a Figura 12, o middleware possui funcionalidades categorizadas em:
Serviços de Troca de Informação, Serviços Específicos de Aplicação e Serviços de
Gerenciamento e Suporte (UMAR, 1997).
Processos de Aplicações
Middleware
Serviços Específicos de Aplicação
Serviços de Troca de
Informação
Serviços Locais
Serviços de Gerenciamento
e Suporte
Serviços de Rede
Sistema Operacional e Hardware
Figura 12 – Visão funcional do middleware
Serviços de Troca de Informação: enviam a resposta na rede em resposta a uma
requisição. Geralmente, utilizam chamadas síncronas e assíncronas, além de facilidades
para o servidor manter várias requisições concorrentes.
Serviços Específicos de Aplicação: disponibilizam os serviços para as diversas
aplicações como a replicação e integridade dos dados, serviços necessários para a
computação móvel e aplicações multimídias distribuídas.
Serviços de Gerenciamento e Suporte: provêm a administração e localização dos
recursos distribuídos, incluindo serviços de diretório, segurança, falha e desempenho.
40
3.3 Requisitos
Os principais requisitos para o projeto de um middleware eficaz são (SOUZA, 2003):
Confiabilidade: mesmo com a falha de algum componente, o middleware deve
continuar funcionando. Com isso os telespectadores poderão assistir e interagir com os
programas sem sofrer negação de serviço devido a alguma falha.
Segurança: o middleware deve garantir que nas transações realizadas pelo
telespectador haja mecanismos seguros no recebimento e envio de dados, como
também, na execução dos componentes.
Extensibilidade: o middleware deve poder crescer gradativamente, suportando novos
softwares e dispositivos de hardware, sem afetar o desempenho do sistema como um
todo.
Reflexibilidade: além da interface tradicional, o middleware deve possuir uma metainterface que possibilite a modificação de acordo com a requisição da aplicação.
41
4. PADRÕES DE MIDDLEWARE PARA TELEVISÃO DIGITAL
Os padrões europeu (DVB), americano (ATSC) e japonês (ISDB) de televisão digital
são adotados mundialmente. Os componentes do sistema de televisão digital são
padronizados sendo que para o middleware eles definiram, respectivamente, o MHP, o
DASE e o ARIB.
Os middlewares de televisão digital são incompatíveis, embora existam semelhanças
entre os componentes e funcionalidades equivalentes entre eles, permitindo que seja
desenvolvido um middleware integrado que suporte as aplicações de diferentes padrões
tornando-se necessário conhecê-las (SONG & PARK, 2006). Para isso, neste Capítulo
serão descritos os middlewares dos padrões europeu, americano e japonês de televisão
digital focalizando a arquitetura, modelo de aplicação e ciclo de vida.
4.1 MHP
Em 1993, foi lançado o padrão europeu de TV Digital, o Digital Vídeo Broadcasting
(DVB), que está em operação no Reino Unido, tendo chegado a outros quatro países da
União Européia e à Austrália. É o padrão adotado pelas principais operadoras privadas
de TV por assinatura via satélite. Em Portugal tem sido adotado nos canais pay-perview de televisão por cabo como alternativa ao sistema analógico.
O padrão DVB é definido por diversos documentos que especificam o modo de
transmissão, transporte, codificação, middleware e aplicações. Na Figura 13 é
apresentada uma arquitetura de um sistema de TV digital com as opções de padrões
para cada camada, as partes claras representam os componentes do padrão DVB.
42
Figura 13 – Arquitetura do padrão DVB de TV digital (FERNANDES et al., 2004).
De acordo com Fernandes et al. (2004), para a camada de transmissão, os principais
padrões adotados pelo DVB são: DVB-T (transmissão terrestre por radiodifusão), DVBC (transmissão via cabo), DVB-S (transmissão via satélite), DVB-MC (transmissão via
microondas operando em freqüências de até 10GHz) e DVB-MS (transmissão via
microondas operando em freqüências acima de 10GHz).
Tabela 4 – Padrões de transmissão DVB e seus esquemas de modulação
Padrão de transmissão
DVB-T
DVB-C
DVB-S
DVB-MC
DVB-MS
Modulação
Codec Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(COFDM)
64-Quadrature Amplitude Modulation (64-QAM)
Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
16,32 ou 64-QAM
QPSK
Nas camadas de transporte e codificação, o padrão DVB é baseado no Moving Pictures
Experts Group-2 (MPEG-2). Akamine (2004) explica que o padrão europeu emprega
como base de compressão o MPEG-2 e foi planejado para operar, no início, em um
canal de 8 MHz de largura de banda e depois em 7 e 6 MHz.
43
O sinal de áudio é codificado usando MPEG2-BC e o sinal de vídeo é codificado
usando MPEG-2 Vídeo, com qualidade SDTV. Na camada de transporte usa-se MPEG2 Sistemas (FERNANDES et al., 2004).
Tavares (2001) acrescenta que o padrão DVB oferece seis modos de transmissão com
resoluções que variam entre 1080 e 240 linhas.
O Multimidia Home Plataform (MHP) é um middleware para TV Digital definido pelo
DVB que apresenta um conjunto de tecnologias para implementar serviços digitais
multimídia interativos (DVB, 2006). O principal objetivo do MHP é permitir o
crescimento de mercados para televisão digital e serviços multimídia onde existe uma
acirrada competição entre fornecedores de conteúdo e fabricantes de receptores. Além
disso, o MHP objetiva explorar a crescente convergência entre transmissão broadcast,
internet e consumo eletrônico.
A plataforma MHP começou a ser especificada pelo DVB em 1997. No entanto, a
primeira versão (MHP 1.0) foi oficialmente lançada em junho de 2000. Após um ano do
lançamento da primeira versão, em junho de 2001, foi lançada uma nova especificação
(MHP 1.1). Em junho de 2003, foi lançada a versão 1.1.1 do MHP, em maio de 2005 a
versão MHP 1.1.2, e em dezembro de 2006 a versão atual MHP 1.1.3.
A partir da versão 1.1, o MHP provê funcionalidades adicionais em relação à versão
inicial, incluindo, por exemplo, a possibilidade de carregar programas interativos
através do canal de retorno e adoção de modelos de aplicações baseados em linguagens
procedural e declarativa.
No modelo procedural, o MHP suporta a execução de aplicações Java TV 6 , conhecidas
como aplicações DVB-J. No modelo declarativo, opcionalmente, o MHP suporta a
execução de aplicações desenvolvidas com tecnologias relacionadas à linguagem
HyperText Markup Language 7 ( HTML), as aplicações DVB-HTML.
6
A especificação Java TV é parte da plataforma Java 2 Micro Edition (J2ME) na configuração
de Connected Device Configuration (CDC).
7
Trata-se de uma linguagem de marcação utilizada para produzir páginas na Internet. De modo
geral são documentos de texto escritos em códigos que podem ser interpretados pelos browsers.
44
O MHP é um padrão aberto, permitindo um grau de customização por desenvolvedores.
O receptor com MHP pode receber, a princípio, serviços de diferentes operadoras de TV
Digital. A API está apta a trabalhar com diferentes hardwares e diversas redes de
transmissão. Estende suas funcionalidades para serviços interativos em todas as redes de
transmissão definidas pelo projeto DVB: satélite, cabo, terrestre e microondas.
4.1.1 Arquitetura
A especificação do MHP fornece uma arquitetura de alto-nível. Conforme é apresentado
na Figura 14, o sistema existe em três camadas: Recursos, Software do Sistema e
Aplicações. As aplicações não podem alcançar recursos diretamente (Khadraoui et al.,
2006).
A camada mais baixa, Camada de Recursos, engloba os recursos de hardware e
software necessários para a realização de um serviço do middleware MHP. Esses
recursos devem ser acessados de forma transparente pelas aplicações DVB-J e DVBHTML. Os recursos mais comuns são: decodificador MPEG, sistema gráfico,
dispositivos de entrada e saída, memória e CPU.
De acordo com DVB (2006) o importante é que os recursos são fornecidos
transparentemente. Uma aplicação deve poder alcançar todos os recursos localmente
conectados como se fossem elementos de uma única entidade.
API
Aplicação
Aplicação
Software do Sistema
...
Aplicação
Gerenciador de
Aplicação
Recursos
Figura 14 – Arquitetura em camadas do middleware MHP adaptada de DVB (2006).
A segunda camada, Camada de Software do Sistema, promove o isolamento entre as
aplicações interoperáveis da Camada de Aplicações (DVB-J e DVB-HTML) e os
recursos de hardware e software da Camada de Recursos. De modo que as aplicações
45
acessem esses recursos de forma abstrata e mantendo a transparência, através do uso de
APIs. Segundo DVB (2006) esta camada intermediária isola a aplicação do hardware,
permitindo a portabilidade da aplicação.
A Camada de Software do Sistema, detalhada na Figura 15, é composta também pelo
gerenciador de aplicação (controla o ciclo de vida das aplicações), por protocolos de
transporte (para os dados broadcast, utiliza os protocolos DSM-CC Data Carousel e
DSM-CC Object Carousel, para os dados interativos, os protocolos IP e UDP) e pela
máquina virtual Java.
Gerenciador
de Aplicação
(Navegador)
APIs
Java Sun
Protocolos de
Comunicação
APIs
HAVI
APIs
DAVIC
APIs específicas
DVB
Máquina Virtual Java
SO, drivers, firmware, ...
Software do Sistema (Middleware)
Figura 15 – Camada de Software do Sistema MHP adaptada de López-Ardao et al. (2002).
A última camada, Aplicações, promove a interface entre as aplicações MHP e o
Software do Sistema, controlando a operação das aplicações.
4.1.2 Profiles
O MHP introduziu o conceito de profile para ajudar na padronização, suportando as
diversas aplicações e tipos de STB. Como é apresentado na Figura 16, baseia-se em três
profiles.
46
Figura 16 – Diagrama de profiles do MHP (PIESING, 2006).
O Enhanced Broadcast Profile foi definido desde a versão MHP 1.0, sendo considerado
o mais básico dos profiles. Descreve as aplicações e STB que necessitam de
interatividade local (PIESING, 2006), por esse motivo a comunicação é unidirecional,
de modo que os dados são enviados da emissora até o STB (receptor) do telespectador,
pelo canal de difusão. Oferece suporte para a execução de aplicações locais no STB ou
recebidas pelo canal de difusão. Não suporta o Internet Protocol (IP). Segundo Draft
(2002) o suporte a linguagem HTML pode ser incrementado a partir de plug-in.
O Interactive Broadcast Profile também foi lançado desde a primeira versão do MHP,
mas as aplicações e STB descritos neste profile dispõem de interatividade por uma
comunicação bidirecional, através da utilização do canal de retorno (PIESING, 2006).
Os downloads que a aplicação solicita são realizados via canal de retorno e não pelo
canal de difusão, como ocorre no Enhanced Broadcast. Há APIs apropriadas que
oferecem um suporte maior à interatividade. Esta configuração requer canal de retorno e
suporta Internet Protocol (DRAFT, 2002).
Já o Internet Access Profile é o profile destaque do MHP, tendo sido definido no MHP
1.1. Engloba STBs mais sofisticados (com maior capacidade de processamento e
memória) e aplicações que necessitam de acesso à internet (PIESING, 2006). A partir
deste profile surgiram as aplicações categorizadas como DVB-HTML. De acordo com
47
Draft (2002), browser para e-mail e API Java para acesso à Internet também são
comuns nesta configuração.
4.1.3 Modelos de Aplicações MHP
O middleware MHP suporta aplicações categorizadas como DVB-J e DVB-HTML.
As aplicações MHP correspondem em sua maioria à categoria DVB-J. Essas aplicações
que utilizam desenvolvimentos da empresa Sun Microsystems, como a API Java TV e
Java Virtual Machine (JVM), são conhecidas como Xlets.
Os Xlets são formados por classes Java que implementam um conjunto de métodos para
padronizar o acesso as funcionalidades do padrão de TV Digital. Um Xlet é bastante
similar a um Applet na Web ou MIDlet em celulares e outros dispositivos móveis
(FERNANDES et al., 2004).
Similar a applets, o Xlet, executa em páginas da internet e permite que uma fonte
externa (gerenciador de aplicações), controle o ciclo de vida da aplicação. Mas ao
contrário de applets, um Xlet pode ser pausado e retornar a sua execução.
Para ativar os métodos que sinalizam as mudanças de estado no seu ciclo de vida, o Xlet
implementa a API Java TV javax.tv.xlet, exibida na Figura 17. O Java TV ainda define
um gerenciador de aplicação para gerenciar o ciclo de vida dos Xlets.
Segundo Fernandes et al. (2004) o estado de um Xlet pode ser mudado pelo gerenciador
de aplicação ou pelo próprio Xlet, sendo que os métodos da interface Xlet devem ser
ativados por um dos dois. No último caso, o próprio Xlet notifica o gerenciador de
aplicação sobre a transição de estado via um mecanismo de callback 8 , que é
8
Esta técnica é tipicamente utilizada em uma arquitetura de objetos distribuídos, quando a
aplicação cliente requer um retorno do servidor, mas não quer permanecer bloqueada
aguardando a resposta. Através dessa técnica, o servidor obtém uma referência para o cliente de
forma que pode invocar remotamente um método do objeto cliente. Assim, quando a execução
do serviço solicitado é concluída, o servidor pode notificar o cliente através da invocação do
método disponibilizado pelo cliente para uso remoto.
48
configurado durante o processo de inicialização do Xlet. Assim, o estado de um Xlet é
sempre conhecido pelo gerenciador de aplicação.
Com o uso de outras APIs, os desenvolvedores conseguem adicionar novas tarefas ao
Xlet.
public interface Xlet {
public void initXlet(Xlet Content ctx) throws XletStateChangeExecution;
public void startXlet(Xlet Content ctx) throws XletStateChangeExecution;
public void pauseXlet(Xlet Content ctx) throws XletStateChangeExecution;
public void stopXlet(Xlet Content ctx) throws XletStateChangeExecution;
}
Figura 17 – Interface Xlet
No desenvolvimento da categoria DVB-HTML foram levadas em consideração a
robustez, compatibilidade com o modelo de segurança MHP e o modelo de aplicação
DVB-J, minimização da redundância com a tecnologia MHP e recomendações do
World Wide Web Consortium (W3C).
Segundo Gil (2002), o DVB fez um grande esforço para definir um framework
complexo que integrasse tecnologias do W3C para o acesso da Internet ao ambiente de
TV digital.
As aplicações DVB-HTML não são muito difundidas, principalmente, devido ao nível
de complexidade de implementação encontrado pelos fabricantes de receptores,
emissoras e desenvolvedores de conteúdo.
De acordo com Gil (2002), DVB-HTML é composta de um conjunto de módulos,
selecionados do conjunto total definido em W3C, que possui as diferenças críticas entre
computador e televisão: poder computacional, definição da tela, distância da
observação, etc.
As aplicações DVB-HTML são baseadas em padrões para internet, em destaque
49
XHTML, versão de XML da linguagem HTML, entre outros padrões como: Cascadind
Style Sheet (formata páginas HTML), ECMAScripts (habilita interatividade em
documentos XHTML) e Document Object Model (fornece abstração que permite
ECMAScript manipular estruturas e conteúdos de documentos XHTML).
Aplicações implementadas em DVB-HTML são apenas conjuntos de documentos e não
executam nenhum tipo de processamento lógico, com isso o ciclo de vida é associado ao
ator DVB-HTML e não a aplicação DVB-HTML, como ocorre no DVB-J.
O ator DVB-HTML é um processo responsável pela execução da aplicação DVBHTML. Este ator é executado dentro de um agente do usuário, de forma que mais de um
elemento deste tipo pode estar presente dentro de um único agente do usuário.
O agente do usuário é a aplicação responsável por interpretar um determinado formato
de conteúdo, neste caso, documentos DVB-HTML.
Uma aplicação DVB-HTML é constituída de vários documentos, que podem ser
exibidos simultaneamente. Cada aplicação DVB-HTML é associada a um ator,
conforme apresenta a Figura 18.
Aplicação
DVB-HTML
Ator
DVB-HTML
Aplicação
DVB-HTML
Ator
DVB-HTML
Agente do Usuário
Agente do Usuário
Outra Aplicação
MHP
Figura 18 - Associação entre atores e aplicações adaptada de DVB (2006).
4.1.4 Ciclo de Vida de Aplicações MHP
O middleware MHP, mantido no receptor, contém um componente chamado
Gerenciador de Aplicações em sua Camada de Software do Sistema, como foi visto na
50
seção 4.1.1. O gerenciador tem a função de monitorar os serviços em execução, além de
iniciar e parar aplicações quando apropriado.
O Xlet (aplicação DVB-J) possui um ciclo de vida, apresentado na Figura 19, com
quatro estados: carregado, pausado, ativo e destruído.
Segundo Piesing (2006) o ciclo de vida de uma aplicação DVB-J é similar à usada por
applets Java na internet, mas segue uma máquina de estados explícita em vez de uma
implícita.
(Não Carregado)
Carregado
initXlet
startXlet
Pausado
Ativo
pauseXlet
destroyXlet
destroyXlet
destroyXlet
Destruído
Figura 19 – Ciclo de vida do Xlet adaptado de DVB (2006).
Inicialmente, o gerenciador de aplicações recebe a sinalização de início da aplicação,
então carrega o Xlet principal e cria uma nova instância através do construtor default
(sem argumentos), depois o Xlet é colocado no estado Carregado (DVB, 2006).
A partir daí, o Xlet já está pronto para ser inicializado, seja pelo próprio usuário, seja
automaticamente. Para tanto, o gerenciador de aplicações usa o método initXlet(),
passando como parâmetro o objeto XletContent. Um XletContent é um objeto utilizado
pelo Xlet para comunicar ou solicitar mudanças de estado ao gerenciador de aplicações.
Usando o objeto XletContent, o Xlet consegue obter propriedades do ambiente de
execução e comunicar ao gerenciador de aplicação sobre as mudanças de estado. Assim,
o estado do Xlet pode ser alterado tanto por ele mesmo, quanto pelo gerenciador de
aplicação.
Quando a inicialização estiver completa, o Xlet encontra-se no estado de Pausado, não
podendo manter ou usar nenhum recurso compartilhado. Para ser ativado, o método
starXlet() é utilizado. Desta forma, passa ao estado Ativo, no qual o Xlet executa as
51
funcionalidades implementadas permitindo a interação com o usuário. Nada impede que
o Xlet retorne ao estado Pausado, bastando para isso utilizar o método pauseXlet(). Para
um Xlet ser destruído, não importa em qual estado se encontre, deve ser utilizado o
método destroyXlet(), que o move para o estado Destruído, libera todos os recursos e
finaliza a execução (DVB, 2006).
As aplicações DVB-HTML, são passivas, com isso o ciclo de vida pertence ao ator
DVB-HTML, como é mostrado na Figura 20. Há cinco estados: carregando, ativo,
pausado, destruído e morto.
Carregando
Ativo
Morto
Pausado
Destruído
Figura 20 – Ciclo de vida de um ator DVB-HTML adaptado de DVB (2006).
O estado inicial da máquina de estado, Carregando, é responsável por acessar os
recursos do sistema incluindo os referentes ao conteúdo da aplicação. Nesta fase, não
são exigidos recursos de entrada/saída, e a conseqüência disso é que o conteúdo obtido
não é apresentado para o usuário, pelo menos até a transição para o estado seguinte
(DVB, 2006).
Ao entrar no estado Ativo, o ator deve assumir que tem acesso a todo o conteúdo do
documento em processamento e a todos os recursos do MHP, salvo restrições de
gerenciamento de recursos e segurança.
O estado Destruído é atingido pelo ator quando há perda de todos os recursos. Mesmo
assim, ainda é possível continuar a execução da aplicação, caso tenham sido utilizados
caches ou outros mecanismos de armazenamento temporário de conteúdo. Caso
contrário, os recursos devem ser retransmitidos (DVB, 2006).
52
O estado Morto é semelhante ao anterior, com a diferença de que o ator para de ser
executado e, conseqüentemente, a aplicação é finalizada.
4.2 DASE
O consórcio Advanced Television Systems Committee (ATSC), em 1998, lançou um
conjunto de documentos definindo o padrão norte-americano de TV Digital.
Da mesma forma que o padrão DVB, o padrão ATSC é formado por um conjunto de
documentos que definem os diversos padrões adotados, incluindo aqueles relacionados
à transmissão, transporte, codificação e middleware (FERNANDES et al., 2004). Na
Figura 21, as partes claras representam os componentes do padrão ATSC para as
respectivas camadas da arquitetura de televisão digital.
Figura 21 – Arquitetura do padrão ATSC de TV digital (FERNANDES et al., 2004).
O padrão ATSC suporta transmissão terrestre, a cabo e por satélite. Para a transmissão
terrestre é adotado a modulação 8-Vestigial Side Band (8-VSB) com canais de 6, 7 ou 8
MHz, enquanto o padrão DVB utiliza o COFDM. De acordo com Cidri (2005), a
modulação 8-VSB adotada pelo mercado americano é de baixa robustez, já a modulação
53
COFDM dos mercados europeu e japonês apresenta superioridade técnica quando
comparada ao modelo americano.
O ATSC, atualmente, não permite aplicações móveis e portáteis para a transmissão
terrestre, devido a seu esquema de modulação e também devido ao entrelaçamento
temporal e inflexibilidade na configuração dos parâmetros de transmissão, que causam
uma baixa imunidade a multipercurso afetando a recepção em campo e interiores (SETABERT, 2000).
Mas na transmissão via cabo e satélite são adotados os mesmos padrões que o DVB,
respectivamente, o 64-QAM e o QPSK.
Tavares (2001) explica que o padrão ATSC comporta “dezoito modos de transmissão
com diferentes níveis de resolução da imagem e formatos de tela”, mas as emissoras
têm utilizado o modo HDTV e o SDTV para complementar a programação.
O ATSC utiliza além do MPEG-2 com qualidade HDTV para a codificação do sinal de
vídeo, a codificação Dolby AC-3 para áudio.
Para a camada de transporte é
especificado o MPEG2 Sistemas, o mesmo que o padrão DVB, para a multiplexação e
demultiplexação dos fluxos elementares.
O DTV Application Software Environment (DASE) foi o middleware especificado para
definir uma camada de software permitindo a programação de conteúdos e aplicações
(ATSC, 2006). Seu desenvolvimento e evolução ocorreram por meio de “níveis” ou
“versões” que desdobram as anteriores, devido a sua complexidade, semelhante ao
middleware MHP definido pelo padrão DVB.
A especificação do DASE está organizada em oito partes, onde cada uma engloba
aspectos distintos do funcionamento do DASE. A Tabela 5 apresenta a divisão desta
especificação.
54
Tabela 5 – Divisão da especificação do middleware DASE.
Parte
Parte 1
Parte 2
Parte 3
Parte 4
Parte 5
Parte 6
Parte 7
Parte 8
Título
Introdução, arquitetura e facilidades em comum
Aplicações declarativas e ambiente
Aplicações procedurais e ambiente
API
Recursos de fontes portáteis
Segurança
Transmissão de aplicativos
Conformidade
O DASE adota modelos de aplicações baseados em linguagens procedural e declarativa.
No modelo procedural, o DASE suporta a execução de aplicações Java TV. No modelo
declarativo, o DASE suporta a execução de aplicações desenvolvidas em uma versão
estendida da linguagem HTML ou em linguagens de scripts.
Sendo o DASE um middleware aberto, são fornecidas as especificações para que os
criadores possam desenvolver aplicações que executem de maneira uniforme em todos
os modelos e marcas de receptores.
4.2.1 Arquitetura
A arquitetura para sistemas e aplicações DASE é especificada em termos de dois
modelos, o DASE Content Model se aplica às aplicações DASE e o DASE Environment
Model faz referência à modelagem do Sistema DASE.
O DASE Content Model modela a arquitetura das aplicações DASE. O conteúdo DASE
é geralmente formado como uma coleção de aplicações DASE, declarativas ou
procedurais, utilizando facilidades que as duas categorias de ambientes para aplicações
DASE oferecem.
O DASE Environment Model, conhecido como Sistema DASE, trata da implementação
das aplicações. O Sistema DASE interage com uma plataforma de serviços do receptor
através da qual dispõe do hardware e software necessários ao seu correto
55
funcionamento como sistema operacional, controle dos serviços de entrada e saída e o
gerenciamento de memória (DASE, 2003).
Na Figura 22 é mostrada uma arquitetura de referência do middleware DASE, onde os
componentes gerais são especificados, cabendo aos implementadores adequá-los de
acordo com as necessidades, mas mantendo sempre o comportamento e desempenho
desses componentes.
Dentro do Sistema DASE podem ser observados os blocos Ambiente de Aplicações
Declarativas e Ambiente de Aplicações Procedurais, que tratam do processamento e
apresentação das aplicações declarativas e procedurais, respectivamente. Segundo Paes
et al. (2005) o Ambiente de Aplicações Declarativas é basicamente o browser das
aplicações multimídia, enquanto o Ambiente de Aplicações Procedurais é a Máquina
Virtual Java e a implementação de suas APIs.
O módulo Decodificação de Conteúdo Comum, nas fases de decodificação e
apresentação da aplicação tem a responsabilidade de prover os serviços comuns aos dois
ambientes. Enquanto o Framework de Segurança tem a função de criptografar os dados
trafegados entre o receptor do usuário e a transmissora.
Aplicação DASE
(XHTML, CSS, ECMAScript, Java TV, etc)
Sistema DASE
Ambiente de Aplicação Declarativa
Ambiente de Aplicação Procedural
Interpretador de
estilo de folha
ou cascata
Interpretador de código Java Byte
(Máquina Virtual Java)
Interpretador
XHTML
Interpretador
ECMAScript
Implementação de API de modelos de
documentos e ambientes de objetos
Implementação de API pJava, JMF,
JavaTV, HAVI, W3C, ATSC
Decodificação de conteúdo comum (PNG, JPEG, Portable Font Resource, ZIP, etc)
Framework de Segurança
Figura 22 – Arquitetura DASE adaptada de Paes & Antoniazzi (2005).
56
Através da interação do Sistema DASE com a plataforma de serviços do receptor são
aceitos os fluxos de transporte broadcast e as entradas realizadas pelo usuário por
controle remoto, mouse, trackball, teclado ou outro dispositivo acoplado ao Set Top
Box. Posteriormente, o sistema gera as saídas de gráficos e áudio para apresentação na
televisão do usuário (DASE, 2003). A Figura 23 apresenta a interconexão dos
componentes de um sistema DASE.
Sistema DASE
Transporte
Broadcast
Entrada do
usuário
Plataforma de
Serviços
(SO, E/S, Memória)
Display
Áudio
Figura 23 – Sistema DASE e suas interconexões adaptado de DASE (2003).
O Sistema DASE define as capacidades a seguir (PAES & ANTONIAZZI, 2005):
Capacidade de entrada para usuários – suporta interação com os usuários através de
um dispositivo que permita serem passados como entrada todos os caracteres ASCII,
ativar ou desativar funções, entre outros comandos.
Capacidade de áudio e vídeo – seguindo especificações do ATSC denominadas de A/52
(Digital Audio Compression Standard) e A/53 (ATSC Digital Television)
suporta
decodificação em tempo real e apresentação do conteúdo do fluxo de áudio e vídeo.
Capacidade gráfica – suporta a decodificação e a apresentação de conteúdo visual (não
inclui vídeo) com as resoluções de 640 x 480,1920 x 1080, 1280 x 720 ou 960 x 540, as
cores de 8, 16, 24 ou 32 bits, além de fornecer fontes nativas suficientes para renderizar
imagens e textos.
Modelo de Display – A modelagem do display foi projetada em quatro planos para
exibir as imagens para o usuário com a melhor qualidade possível (DASE, 2003). Os
57
planos são ordenados como mostrados na Figura 24 e são combinados para produzir a
imagem para o usuário final.
O primeiro plano responsabiliza-se pela exibição de cursores em aplicações que
suportem cursor em tela para a interação com o usuário. O Plano Gráfico, segundo
plano, define uma série de elementos que tratam a qualidade das imagens como o
formato de tela (640 x 800 pixels ou superior), cores (padrão RGB ou outro a escolha do
fabricante do receptor) e o sistema de coordenadas (origem no canto superior esquerdo,
com as abscissas aumentando para a direita e as coordenadas para baixo).
O Plano de Vídeo trata a saída de vídeo das aplicações em execução, como o
escalonamento e translação da resolução do formato de vídeo atual. Abaixo, o Plano
Background, é mostrado quando os outros planos estão desabilitados ou não estão
visíveis, definindo uma cor de tela como a “tela azul” que existe na televisão analógica.
Figura 24 – Modelo de display (PAES & ANTONIAZZI, 2005).
4.2.2 Níveis
Segundo Bezerra (2004), de modo semelhante aos profiles do MHP, o DASE foi
especificado em versões que desdobram as anteriores. O DASE nível 1 foi lançado em
2002, posteriormente, vieram as versões DASE nível 2 e DASE nível 3.
O DASE nível 1 especifica o básico que o sistema deve possuir: interatividade local das
58
aplicações e a inexistência de canal de retorno com a transmissora. A segunda versão,
DASE nível 2, é um melhoramento da versão anterior, com o acréscimo da
interatividade remota por meio de um canal de retorno além de um framework de
segurança. Por último, o DASE nível 3, foi lançado com a responsabilidade de fornecer
interatividade pela rede unindo a televisão com a internet (BEZERRA, 2004).
4.2.3 Modelo de Aplicações
Uma aplicação DASE é um conjunto de informações que são processadas por um
ambiente de aplicação para fornecer interatividade com o telespectador ou alterar o
estado do ambiente da aplicação.
De forma similar ao MHP, o DASE também adota modelos de aplicações baseados em
linguagem procedural e declarativa.
As aplicações procedurais incluem algum processamento lógico, sendo implementados
através de código escrito na linguagem Java (Personal Java da Microsystem, Java
Media Framework, e Java TV), a qual é capaz de processar tarefas complexas
dinamicamente, além de APIs específicas do DASE. Um exemplo de aplicação
procedural é o Xlet Java em conjunto com outros conteúdos multimídia como gráfico,
vídeo e áudio (DASE, 2003).
As aplicações declarativas são aquelas cuja função primordial é a apresentação de
dados, de forma estática, através de coleções de páginas escritas em linguagens de
marcação (HTML, XML, SGML, etc), folhas de estilos ou linguagens baseadas em
scripts (JavaScript ou VBScript).
Apesar das semelhanças quanto aos modelos de aplicações, o DASE e o MHP não são
tecnologias compatíveis (BECKER & MONTEZ, 2004). Desta forma, os serviços
desenvolvidos para uma das plataformas, não irá funcionar na outra.
59
O DASE possui dois tipos distintos de ambientes de execução de aplicações,
dependendo do caráter declarativo ou procedural das mesmas, como mencionado na
Seção 4.2.1.
No Ambiente de Aplicações Procedurais (Procedural Application Environment), há os
componentes que interpretam e executam o código das aplicações procedurais como a
máquina virtual, bibliotecas e APIs.
No Ambiente de Aplicações Declarativas (Declarative Application Environment) são
processadas aplicações declarativas através dos componentes responsáveis por
processar as linguagens de marcação, folhas de estilos e linguagens baseadas em scripts.
Segundo Paes & Antoniazzi (2005), uma aplicação DASE não precisa ser puramente
declarativa ou procedural.
O DASE não especifica o modo de implementação do ambiente de aplicação em um Set
Top Box específico, podendo o fabricante, produzir os que integram os dois ambientes
em um único equipamento ou manter cada ambiente em um equipamento distinto
(PAES & ANTONIAZZI, 2005).
4.2.4 Ciclo de Vida
As aplicações declarativas e procedurais possuem um único modelo de ciclo de vida
onde apenas a forma de implementação difere entre os dois paradigmas, mostrado na
Figura 26, diferente do MHP que possui um ciclo de vida distinto para cada.
60
resume
Não
Inicializado
initialize
activate
Inicializado
suspend
Ativo
Suspenso
terminate
terminate
terminate
Figura 26 – Ciclo de vida de aplicações DASE adaptado de DASE (2003).
O ciclo de vida de uma aplicação começa e também termina no estado Não Inicializado.
Neste estado a aplicação não pode consumir nenhum recurso do ambiente, mas o
sistema DASE pode consumir os recursos em cachê para reter os recursos da aplicação
enquanto esta estiver no estado Não Inicializado (DASE, 2003). Pode ser atingido a
partir de qualquer outro estado através de um comando de término da aplicação.
O estado Inicializado ocorre depois do estado Não Inicializado e após o evento initialize
ser disparado, requisitando o carregamento inicial da aplicação.
Estando em
Inicializado a aplicação não está sendo executada, mas pode consumir qualquer recurso
do ambiente, com exceção de threads instanciadas por ela (DASE, 2003).
O estado Ativo ocorre após o disparo do evento activate, gerado em resposta à
inicialização bem-sucedida da aplicação, posteriormente a decodificação da entidade
inicial. Neste estado, a aplicação pode consumir qualquer recurso (DASE, 2003).
Somente uma aplicação pode estar ativa, então, se uma aplicação encontra-se no estado
Ativo, as outras passam para o estado Suspenso através do evento suspend.
Com isso muitas aplicações podem estar no estado Suspenso liberando todos os seus
recursos de uso exclusivos e suspendendo todas as threads instanciadas por elas (DASE,
2003).
61
O evento resume é disparado para permitir que a aplicação retorne ao estado Ativo e o
evento terminate é gerado para o término de uma aplicação por ela mesma requisitado
ou devido a uma condição de erro irrecuperável.
4.3 ARIB
O grupo japonês Digital Broadcasting Experts Group (DiBEG) lançou em 1997, o
sistema de difusão terrestre para a televisão digital japonesa denominado Integrated
Services Digital Broadcasting - Terrestrial (ISDB-T), lançando alguns anos depois, a
transmissão a cabo e por satélite.
O padrão japonês de TV Digital, é formado por um conjunto de documentos
(similarmente ao DVB e o ATSC) que definem os padrões adotados para transmissão,
transporte, codificação e middleware, que foram especificados pela organização
Association of Radio Industries and Businesses (ARIB). Na camada de middleware, o
padrão apresenta o nome ARIB, o mesmo da organização (ARIB, 2006).
Na Figura 27 é mostrada a arquitetura do padrão ATSC de TV digital destacando com a
cor mais clara, os componentes do padrão em cada camada.
Figura 27 – Arquitetura do padrão ISDB de TV digital (FERNANDES et al., 2004).
62
Para a trasmissão terrestre, o esquema de modulação adotado é o COFDM com canais
de 6, 7 e 8 MHz, o mesmo que o padrão DVB, mas com algumas modificações. Quanto
a trasmissão a cabo e por satélite são adotados respectivamente o 64-QAM e o 8-Phase
Shift Keying (8-PSK). Na transmissão a cabo o esquema de modulação é o mesmo que
no padrão DVB (FERNANDES et al., 2004).
De acordo com Fernandes et al. (2004) para a camada de codificação é especificado o
Moving Pictures Experts Group2 Advanced Audio Coding (MPEG2 AAC) para áudio e
MPEG2 com qualidade HDTV para vídeo atendendo diferentes resoluções. Enquanto
para a camada de transporte é adotado o MPEG2 Sistemas, o mesmo para o padrão
DVB e o ATSC.
Esse padrão destaca-se pela segmentação de banda, compatibilidade com o MPEGTransport Stream (MPEG-TS), codificação de canal e total flexibilidade nos parâmetros
de modulação (AKAMINE, 2004).
É apontado como o mais flexível de todos os padrões por responder melhor a
necessidades de mobilidade e portabilidade. No Brasil, foi eleito o melhor nos testes
técnicos comparativos conduzidos por um grupo de trabalho da Sociedade Brasileira de
Engenharia de Televisão 9 (SET) e da Associação Brasileira das Emissoras de Rádio e
Televisão 10 (ABERT), ratificados pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em
Telecomunicações 11 (CPqD).
O middleware ARIB adota um modelo de aplicação que permite a programação de
conteúdo e aplicações (FERNANDES et al., 2004). O modelo de aplicação tem como
base a linguagem declarativa denominada Broadcast Markup Language (BML), que é
9
A SET é uma associação científica de âmbito nacional, sem fins lucrativos, cuja finalidade é a
divulgação, expansão, estudo e aperfeiçoamento dos conhecimentos técnicos, operacionais e
científicos da engenharia de televisão.
10
A ABERT é uma sociedade civil sem fins econômicos, de duração indeterminada, constituída
por empresas de radiodifusão autorizadas a funcionar no País e por outras pessoas físicas e
jurídicas com vínculos e participação no setor.
11
É o maior centro de pesquisa da América Latina e um dos maiores pólos tecnológicos em
telecomunicações e tecnologia da informação do mundo. O CPqD pesquisa, desenvolve e dá
suporte para os setores governamental, elétrico, de telecomunicações e para o mercado
financeiro.
63
baseada na linguagem Extensible Markup Language (XML). Através do suporte a
interatividade, os serviços se tornam cada vez mais atraentes.
4.3.1 Padrões ARIB
A organização Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) é responsável
pela especificação dos padrões do sistema japonês de televisão digital, Integrated
Services Digital Broadcasting (ISDB).
De acordo com o componente do sistema pode haver um padrão que o especifica, como
é mostrado na Tabela 6.
Tabela 6 – Padrões ARIB para transmissão terrestre.
Codificação de vídeo
Codificação de áudio
Broadcasting de dados
Multiplexação
Acesso condicional
Transmissão
Receptor
Diretrizes operacionais
Conteúdo
MPEG-2 Vídeo
(ISO/IEC 13818-2)
MPEG-2 AAC
(ISSO/IEC 13818-7)
BML (XHTML), ECMA
Script
Sistemas MPEG-2 (ISO/IEC
13818-1)
Multi 2
Transmissão ISDB-T
Receptor ISDB-T
Operação de radiodifusão
ISDB-T
Padrão ARIB
STD-B32
STD-B32
STD-B24
STD-B10, STD-B32
STD-B25
STD-B31
STD-B21
TR-B14
O padrão Data Coding and Transmission Specifications for Digital Broadcasting
também denominado STD-B24, principal padrão para a especificação do middleware
japonês, é dividido em três volumes cada um responsável por abordar aspectos distintos
do middleware.
O volume 1, Data Coding System, divide-se em três partes. A primeira parte, Reference
Model for Data Broadcasting, especifica um modelo de referência de transmissão
digital. A segunda parte, denominada Monomedia Coding, apresenta a codificação
64
mono-mídia 12 e a terceira parte, Coding of Caption and Superimpose, especifica a
codificação da legenda sobreposta no vídeo (ARIB, 2006).
Segundo ARIB (2006), o volume 2, XML-based Multimedia Coding System, fornece
uma especificação de codificação multimídia baseada em XML tratando principalmente
da linguagem declarativa BML. Enquanto o volume 3, Data Transmission System,
aborda o sistema de transmissão digital de dados.
4.3.2 Arquitetura
Um modelo de referência de transmissão digital de dados é especificado no padrão de
televisão digital japonês STD-B24, Volume 1. O sistema apresenta a estrutura mostrada
na Figura 28, onde são apresentadas as funções de 1 a 5.
Sistema de
produção
Processamento de banda-base
Sistema de transmissão
Visor
Relação de programa
Sistema de
controle de
banda-base
Codificador
AV
4
1
Sistema de transmissão AV
(sistema de transmissão PES)
5
2
Companhia C
produz receptor
Sobreposição
3
Companhia B
produz receptor
Produção
AV/legenda
Sistema de transmissão
de conteúdo
MPEG2-TS
Produção de
conteúdo
multimídia
Multplexação/Scramble/Modulação
programa de informação EPG
Informação de serviço
(sistema de transmissão
da seção)
Companhia A
produz receptor
Geração do índice do
1– Codificação mono-mídia
2 – Sistema de codificação de sobreposição e legenda
3 – Codificação multimídia
4 – Sistema de transmissão de conteúdo (sistema de transmissão carrousel)
5 – Sistema de transmissão de sobreposição e legenda (sistema de transmissão PES independente)
Figura 28 – Sistema de transmissão digital do padrão japonês adaptado de ARIB (2006).
12
Mídia de expressão independente (vídeo, imagem, gráfico, som e texto), ou seja, para
apresentação não necessitam de outras mídias.
65
Segundo Paes & Antoniazzi (2005), neste sistema são multiplexados em um fluxo
empacotado, denominado Transport Stream (TS), e transmitidos via broadcasting de
rádio, os serviços de dados (áudio, vídeo e outros). Sendo que a interatividade nas
comunicações é garantida através de canais interativos de redes fixas e móveis.
Na Figura 29, observa-se os três tipos de sistemas de transmissão de dados suportados
pelo middleware ARIB.
Serviços Multimídia
Serviço de áudio e vídeo
Vídeo e Áudio
PSI/SI
~
Índice de
programa
Subtítulo e
sobreposição
Data Stream
Seção
PES
MPEG2-TS (pacote TS)
PSI – Program Specific Information
SI – Service Information
Codificação Multimídia
Codificação mono-mídia
Formato de
transmissão
Carrousel
Seção
Cada
protocolo de
comunicação
Dois tipos de
rede
(fixa/móvel)
PES – Packetized Elementary Stream
TS – Transport Stream
Figura 29 – Monte de protocolos do ARIB adaptado de Paes & Antoniazzi (2005).
Segundo ARIB (2006), um deles é o sistema de transmissão de dados que utiliza o
Packetized Elementary Stream (PES). Este sistema é denominado data stream. De
acordo com Fernandes (2004), neste sistema, antes da multiplexação e formatação em
pacotes de transporte, as seqüências elementares de bits passam por um processo de
organização em segmentos PES de tamanho variável, com a finalidade de viabilizar a
sincronização das seqüências elementares de bits de um mesmo programa.
Para Paes & Antoniazzi (2005), este sistema serve para ser utilizado em serviços que
necessitem de controle de tempo na decodificação e reprodução (vídeo, áudio e
legendas) ou em sistemas que precisam ser sincronizados com outros fluxos.
66
Outro sistema de transmissão de dados suportado pelo ARIB é o que utiliza seções,
denominado data carrousel (ARIB, 2006). Este sistema é utilizado para serviços de
armazenagem de informação, onde os dados que serão transmitidos várias vezes podem
ser armazenados após o primeiro download e reutilizados sempre que necessário (PAES
& ANTONIAZZI, 2005). Segundo Tome (2006) a linguagem declarativa desenvolvida
pelo ISDB, a Broadcast Markup Language (BML) é muito simples por isso pode
suportar o data carrousel.
De acordo com ARIB (2006), no último sistema suportado pelo ARIB, os dados são
armazenados diretamente no payload do pacote Transport Stream (TS).
Segundo Paes et al. (2005), os receptores que suportam serviço multimídia, além das
funções básicas de um receptor normal de televisão, devem possuir as funções de
recepção e armazenamento, display e comunicação com o serviço de broadcasting de
dados.
Para ser possível a utilização de receptores de baixo custo, há restrições em sua
capacidade de armazenamento de serviços multimídia, por isso a existência do serviço
que armazena somente as informações dos dados transmitidos e do que armazena as
informações dos dados e o vídeo, normalmente transmitido em broadcasting.
Um segundo dispositivo de armazenamento, como Hard Disk (HD) ou unidade de fita,
deve ser utilizado para armazenamento de vídeo e para o de dados um dispositivo de
menor capacidade pode ser utilizado.
No sistema de transmissão de dados do padrão japonês foram especificadas as funções
de apresentação (display e playback) com a finalidade de permitir a reprodução do
conteúdo multimídia exatamente como foi enviado. Essas funções foram projetadas
baseadas na estrutura lógica da tela do display, apresentada na Figura 30, que é
composta por plano de vídeo, plano de figura, plano de controle, plano de gráficos e
textos, por último, o plano de legendas.
67
Figura 30 – Estrutura lógica do display ARIB (PAES & ANTONIAZZI, 2005).
Os vídeos, figuras, gráficos e textos são apresentados pelos planos de vídeo, figura,
gráficos e textos, respectivamente. Enquanto o resultado final é composto pelo plano de
controle. O controle das apresentações mono-mídia, em um serviço multimídia, é
realizado pela codificação das superposições e do plano de legendas (PAES &
ANTONIAZZI, 2005).
De acordo com (ARIB, 2006), o conteúdo a ser mostrado é mapeado em cada um dos
planos através de um sistema de coordenadas retangulares. Na Tabela 7, é apresentada a
especificação ARIB para esse mapeamento.
Tabela 7 – Resoluções de apresentação dos Planos adaptadas de ARIB (2006).
PLANO
VÍDEO
FIGURA
CONROLE
TEXTO E GRÁFICO
ESPECIFICAÇÃO
1920 X 1080 X 16 – Y, Cr, Cb (4:2:2) 8 bits
1920 X 1080 X 16 – Y, Cr, Cb (4:2:2) 8 bits
1920 X 1080 X 1 – 1 bit de controle
1920 X 1080 X 24 – Y, Cr, Cb (4:4:4) 8 bits
– composição α em 256 valores
LEGENDAS
1920 X 1080 X 8 – 8 bits para endereçamento de mapa de
cores
– composição α em 256 valores
Segundo Paes et al. (2005), os processos no receptor, definido pelo padrão japonês,
podem ser divididos em três etapas: decodificação dos dados multimídia, decodificação
68
dos dados mono-mídia e apresentação. O padrão também define as características do
sistema:
os
serviços
oferecidos
(conteúdo,
acessibilidade,
extensões),
a
interoperabilidade (interatividade), a capacidade de controle e os erros de apresentação
no display.
4.3.3 BML
A Broadcast Markup Language (BML) é uma linguagem de aplicação baseada em
XML, definida no padrão ARIB STD B-24 volume 2, que consiste de um conjunto de
tags para formato de conteúdo multimídia. As tags XML definidas em cada aplicação
devem ser fornecidas pelo Document Type Definition (DTD) da aplicação e
transformadas para tags BML pela eXtensible Stylesheet Language Transformation
(XSLT), antes de serem apresentadas no terminal. Este processo é denominado
Broadcast XML (B-XML) e tem a finalidade de processar qualquer DTD, ou seja,
qualquer documento XML é transformado em documento BML (ARIB, 2006).
A transmissão digital via satélite foi lançada no Japão em dezembro de 2000 com o
sistema Integrated Services Digital Broadcasting – Satellite (ISDB-S), para receptores
fixos. Desde então, a transmissão de dados multimídia com a qualidade digital elevada
do HDTV foi fornecida usando o esquema de codificação multimídia, Broadcast
Markup Language (BML), baseado em XML. Com isso os telespectadores de TV
digital podem acessar estes conteúdos multimídia para obter informações detalhadas
sobre programas de TV, informação sobre o tempo, serviço de notícia moderno e etc, a
qualquer momento com um controle remoto de fácil uso (MATSUMURA et al., 2003).
Segundo Matsumura (2003), as especificações da BML consistem em XHTML 1.0
(uma reformulação da HTML 4.0), Cascading Style Sheet (CSS) para especificar a
apresentação do conteúdo, e Document Object Model (DOM) e ECMAScript para a
mudança dinâmica do visual e a interação com o usuário. A Tabela 8 mostra as
principais especificações referenciadas na BML.
69
Tabela 8 – Especificações referenciadas na BML.
Funcionalidade
Tagging rule
Conjuntos Tag
Estilo de apresentação
Modelo de objeto
Linguagem de script
Especificação
XML 1.0
XHTML 1.0
CSS level 1/2
DOM level 1/2
ECMAScript
Especificado por
W3C
W3C
W3C
W3C
ECMA
Para Ogawa (2001) a BML pode incluir arquivos mono-mídia como JPEG, PNG, MNG,
MPEG e Advance Audio Coding (AAC). E sendo sintaticamente baseada em XML,
herda especificações de XHTML, CSS e DOM, este relacionamento é mostrado na
Figura 31.
<BML>
<Padrão Internet>
XHTML
- limitação Tag
+ extensão TV
CSS2
XHTML
Baseada em XML
+ extensão TV
DOM 0.1
+ extensão TV
HTML 4.0
Vestígio de especificação
legal
Definição de
suibconjunto
+ extensão TV
ECMAScript
Redefinição
<Corrente>
CSS2
Extensão
ECMAScript
DOM 0.1
CCS2, CSS1
Padronização
JavaScript, JScript
DOM 0.1
Figura 31 – Relacionamento entre BML e HTML adaptado de OGAWA (2001).
De acordo com Hori & Dewa (2006), a BML é o padrão de datacasting 13 japonês
baseado em XML usado em todo datacasting do sistema de transmissão digital no
Japão, tal como na transmissão digital via satélite ou terrestre, sendo que mais de cinco
milhões de receptores BML já foram distribuídos.
As exigências do usuário que foram considerados no projeto da BML são:
harmonização com conteúdo da internet, declaração de conteúdo rica, apresentação
excepcional e extensibilidade. Devido a esta última exigência, fora os padrões como
13
É a transmissão de dados, ligados ou não à programação, para as TVs digitais. As transmissões
de datacasting são do tipo one-to-many, ou seja, um mesmo conteúdo é transmitido para
diversos espectadores, que podem escolher que informações preferem acessar.
70
XHTML, CSS e ECMAScript são incluídas extensões na BML de modo que ela possa
ser utilizada no datacasting futuro ( HORI & DEWA, 2006).
De acordo com Song & Park (2006), o padrão ARIB STD B-24, define BML e
ECMAScript como aplicação declarativa e como aplicação procedural, respectivamente.
O código ECMAScript com objeto nativo, que é implementado dentro do mecanismo
ECMAScript, pode ter a funcionalidade equivalente com a aplicação procedural baseada
no Java de outros padrões.
O browser BML do padrão japonês de TV digital segue o modelo simples do ciclo de
vida porque somente uma instância do browser BML é ativada para a transmissão de
todos os dados (SONG & PARK, 2006). Na Figura 32 é mostrado o ciclo de vida do
browser BML.
Inicializado
Ativo
Destruído
Suspenso
Figura 32 – Ciclo de vida do browser BML adaptado de Song & Park (2006).
71
5. ANÁLISE DE PADRÕES DE TV DIGITAL
Os padrões de televisão digital europeu (DVB), americano (ATSC) e japonês (ISDB)
necessitam de análise antes de serem adotados por um país ou servir como inspiração
para o desenvolvimento de um padrão nacional.
Nesta seção será realizada uma análise comparativa mostrando as vantagens e
desvantagens dos sistemas de televisão digital, DVB, ATSC e ISDB, incluindo a
camada de middleware, que é o enfoque principal deste trabalho. Essa análise foi
realizada com base nos seguintes requisitos: modelo de negócios e distribuição dos
padrões, transmissão de dados, modelo de aplicação e ciclo de vida.
Nesses requisitos foram abordadas quais as características de serviço de televisão digital
focalizadas pelo modelo de negócios do padrão; os países que adotam cada padrão; em
relação à transmissão de dados foram analisadas a codificação de áudio, modulação,
transmissão hierárquica, rede de freqüência única e segmentação de banda que
apresentam diferenças mais marcantes entre os padrões; por último a comparação do
modelo de aplicação, ciclo de vida e integração com a camada de transporte dos padrões
de middleware descrevendo suas semelhanças e diferenças.
5.1 Modelo de Negócios e Distribuição dos Padrões
O modelo de negócios do padrão americano de televisão digital, Advanced Television
System Comitee (ATSC), foi direcionado para a televisão de alta definição (HDTV). O
padrão ATSC, até o momento, foi formalmente adotado nos EUA, Coréia do Sul e
Canadá, como são mostrados na Figura 33.
No ATSC, há diversos modos de transmissão com diferentes níveis de resolução da
imagem e formatos de tela, fornecendo qualidade de imagem muito superior a da
transmissão analógica. Mas embora possua essa vantagem, o sistema americano de
televisão digital ainda possui uma baixa adesão dos usuários, em razão do alto custo dos
aparelhos de televisão de alta definição (FERNANDES et al., 2004).
72
Figura 33 – Distribuição dos Padrões de TV Digital no mundo (DIBEG, 2006).
O padrão ATSC não permite aplicações móveis e portáteis, segundo seus críticos
(TAVARES, 2001). De acordo com Silva (2003), este padrão limita a convergência
com aparelhos celulares de Terceira Geração, de modo que a utilização da TV móvel foi
abandonada.
O padrão europeu, denominado Digital Vídeo Broadcasting (DVB), é o padrão adotado
pela maioria dos países no mundo, conforme apresentado na Figura 33.
Segundo Fernandes et al. (2004), o DVB-T suporta seis modos de transmissão com
resoluções que variam de 1080 a 240 linhas, podendo ser usado para sistemas de alta
definição, High Definition Television (HDTV) e sistemas móveis de baixa definição,
Low Definition Television (LDTV).
De acordo com Paes & Antoniazzi (2005), o DVB-T permite a recepção por
dispositivos móveis, mas não funciona satisfatoriamente no modo hierárquico, quando
transmite ao mesmo tempo para televisão de alta definição e sistemas móveis, segundo
seus críticos.
O modelo de negócios do DVB-T privilegiou a oferta diversificada de programas e
outros serviços, tais como acesso a Internet e televisão por assinatura. A possibilidade
73
da utilização de Set Top Box ou televisores digitais de menor custo, no modo SDTV é
uma vantagem para o consumidor (TAVARES, 2001).
É amplamente divulgado que o padrão japonês de televisão digital, Integrated Services
Digital Broadcasting (ISDB), é um sistema que reúne o maior conjunto de facilidades:
alta definição (HDTV), transmissão de dados, recepção móvel e portátil (FERNANDES
et al., 2004). O ISDB, atualmente, é adotado no Japão sendo que o Brasil, em 2006,
regulamentou a escolha do padrão japonês para o Sistema Brasileiro de Televisão
Digital (SBTVD).
Segundo Paes & Antoniazzi (2003), embora seja baseado no sistema de transmissão
europeu, segundo seus entusiastas, o sistema japonês é superior em relação à imunidade
a interferências, permitindo a convivência da televisão de alta definição com a recepção
móvel.
Para Rodrigues & Gomes (2004), a principal vantagem do sistema de transmissão
japonês é funcionar muito bem em qualquer tipo de ambiente, sendo eficiente para a
televisão móvel, possibilitando a convergência total das transmissões televisivas com a
Internet e com os telefones celulares da Terceira Geração.
A expectativa para o modelo de negócios do padrão japonês de televisão digital,
Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB), é que seja bastante flexível,
aglutinando ao serviço de televisão digital, outras aplicações, havendo uma
aproximação com o sistema de acesso a informações multimídia (TAVARES, 2001).
5.2 Transmissão de Dados
A arquitetura dos sistemas de televisão digital apresenta padrões diferentes em suas
camadas, como são mostradas na Tabela 9. Principalmente quanto ao middleware, à
codificação de áudio e modulação na camada de transmissão (terrestre), já que a
codificação de vídeo e camada de transporte baseiam-se, fundamentalmente, na
especificação MPEG.
74
Tabela 9 – Relação dos padrões por camada dos sistemas de TV digital.
Middleware
Codificação
de áudio
Codificação
de vídeo
Transporte
Transmissão
ATSC
DASE
Dolby AC3
DVB
MHP
MPEG2 BC
ISDB
ARIB
MPEG2 AAC
MPEG2 HDTV
MPEG2 SDTV
MPEG2 HDTV
MPEG2 Sistemas
8-VSB (terrestre)
QAM (cabo)
QPSK (satélite)
MPEG2 Sistemas
COFDM (terrestre)
QAM (cabo)
QPSK (satélite)
MPEG2 Sistemas
COFDM (terrestre)
QAM (cabo)
PSK (satélite)
Há diferença nos três sistemas de televisão digital quanto ao tipo de codificação
utilizado para o áudio. O ATSC emprega o Dolby AC3, que é um sistema proprietário.
Enquanto o DVB e o ISDB utilizam sistemas abertos, respectivamente, MPEG-2 BC (a
Austrália optou pelo DVB com Dolby AC-3) e MPEG-2 AAC.
O padrão proprietário Dolby não oferece suporte a edições (com codificação e
decodificação de sinal) e apresenta oito fluxos de áudio. Enquanto o padrão MPEG, é
aberto, oferecendo até treze fluxos de áudio e a possibilidade de edição dos sinais. O
MPEG é mais robusto do que o Dolby (BEZERRA, 2004).
Segundo Barbedo (2004), o MPEG-2 BC tem uma certa perda na eficiência
de
codificação em casos de sinais Multicanal devido a necessidade de se evitar a
transferência de dois arranjos de bits separados. O MPEG-2 AAC é um aperfeiçoamento
dos padrões anteriormente desenvolvidos (MPEG-BC), permitindo que se obtenha uma
boa qualidade de áudio a taxas de 64 kb/s por canal para operações multicanal.
Enquanto o AC-3 usa uma técnica flexível de alocação de bits para distribuí-los de
maneira eficiente através das diferentes freqüências e canais, levando em conta os
efeitos de mascaramento intra e inter-canais.
O método de modulação, COFDM, utilizado pelo DVB e pelo ISDB leva considerada
vantagem em relação ao 8-VSB do ATSC, na transmissão terrestre. Porque o COFDM
transmite o sinal em portadoras, aumentando a imunidade a ruídos e reflexões (ecos)
resultantes do multi percurso do sinal (TOME, 2002).
75
De acordo com Rodrigues & Gomes (2004), a modulação COFDM é tecnicamente
superior à modulação 8-VSB. Uma vantagem do COFDM é a convergência para
Internet e para telefonia móvel. Além disso é altamente robusto, isto porque quando
ocorre alguma interferência ou desvanecimento seletivo, apenas uma pequena parte do
sinal é perdida e pode ser recuperada por meio dos códigos de códigos de correção de
erros.
De acordo com Tome (2002), no ATSC, uma seqüência contínua de pulsos é modulada,
enquanto no DVB e no ISDB os fragmentos de informação não são transmitidos de
forma contínua, existindo um intervalo de guarda entre um fragmento e outro. Com isso
há uma melhora na robustez contra os ecos e tem-se uma maior robustez do sinal para
ser recebido por meio de uma antena interna, por exemplo.
No DVB e no ISDB ocorre o espalhamento espacial, onde os bits, ao serem encaixados
nas mini-portadoras, são espalhados aleatoriamente. Se alguma mini-portadora “morrer
no caminho”, a informação remanescente nas demais mini-portadoras é em geral
suficiente para se recuperar a informação original (TOME, 2002).
O ISDB consegue obter maior robustez para ser recebido em veículos em movimento
porque além do espalhamento espacial, existe também o espalhamento temporal, onde
um conjunto de bits pode ser colocado num fragmento mais à frente ou mais atrás. O
DVB também pode ser captado por veículos em movimento, para o ATSC é mais difícil
(TOME, 2002).
Segundo Rodrigues & Gomes (2004), a modulação COFDM utilizada no DVB e no
ISDB é versátil, pois um grande número de parâmetros podem ser ajustados de acordo
com o sistema a ser projetado, tal como, o número de sub-portadoras, tipos de código de
correção de erros, intervalo de guarda, duração do símbolo, espaçamento e tipos de
modulação por sub-portadora.
A transmissão hierárquica só é permitida para o DVB e o ISDB, não estando disponível
para o ATSC. Com essa transmissão, partes dos sinais podem ser transportadas com
grau de robustez diferente. Sendo possível fazer com que parte dos sinais seja forte o
suficiente para ser recebida nas áreas mais afastadas, zonas de sombra ou terminais
76
móveis, enquanto que uma outra parte seja recebida apenas por receptores melhor
localizados ou antenas mais potentes (TOME, 2002).
Embora tanto o DVB como o ISDB sejam baseados no uso de milhares de miniportadoras, existe uma diferença significativa entre eles. No ISDB, as mini-portadoras
podem ser arranjadas livremente para formar as camadas da transmissão hierárquica. No
DVB não há essa flexibilidade, conforme ao tipo de modulação escolhido existe um
arranjo fixo. No 16-QAM, 50% pode estar no modo mais robusto (TOME, 2002).
O DVB permite o Single Frequency Network (SFN), ou rede de freqüência única, nesse
caso em vez de existir uma única antena transmissora de grande potência cobrindo uma
vasta região, há uma rede de transmissoras de pequena potência, operando no mesmo
canal e transmitindo, o mais sincronizadamente possível, o mesmo conteúdo (PAES
&ANTONIAZZI, 2005).
De acordo com Hirayama & Silveira (2005), apesar da aparente simplificação devido a
utilização de uma única freqüência para todas as antenas transmissoras, as SFNs
apresentam limitações de sincronismo bastante importantes, devendo as antenas estarem
sincronizadas em termos de freqüência, tempo e bits.
A funcionalidade de segmentação de banda é estruturada para obter a máxima
racionalização do uso do canal. Teoricamente, com essa segmentação, um canal pode
ser dividido para vários serviços, emissoras diferentes e reserva de parte do segmento
para funcionar como um canal auxiliar para transporte de dados.
Dentre os padrões em estudo, somente o ISDB possui essa funcionalidade, ele não se
restringe apenas ao serviço de televisão digital, mas aplica-se também em rádio digital e
televisão digital móvel, onde as vantagens da segmentação de banda tem melhor
aplicação.
Segundo Paes & Antoniazzi (2005), em razão da segmentação de banda e
compatibilidade dos sistemas, um receptor portátil de um segmento é capaz de receber
as transmissões tanto das estações de rádio quanto das estações de TV, possibilitando
uma extensa gama de serviços, além da popularização da radiodifusão digital e do
77
cultivo de um novo mercado, com significativos benefícios aos radiodifusores e
fabricantes de receptores.
A Tabela 10 resume as características da transmissão de dados dos sistemas de televisão
digital citadas no decorrer desta seção.
Tabela 10 – Comparação da transmissão de dados nos padrões de TV digital
Característica
ATSC
Método de modulação Menos imune
a ecos e
ruídos
Não
Espalhamento
espacial
Não
Espalhamento
temporal
Não
Parâmetros de
modulação ajustáveis
Não
Transmissão
hierárquica
Não
Arranjo de camadas
hierárquicas (flexível)
Não
Rede de freqüência
única (SFN)
Não
Segmentação de
banda
DVB
Mais imune a
ecos e ruídos
ISDB
Mais imune a
ecos e ruídos
Sim
Sim
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Sim
Sim
Não
Não
Sim
5.3 Modelo de Aplicação e Ciclo de Vida
Os middlewares dos sistemas de televisão digital europeu, americano e japonês,
respectivamente, MHP, DASE e ARIB, nesta seção, serão analisados sobre os aspectos
do modelo de aplicação, ciclo de vida e integração com a camada de transporte.
Esses middlewares não são compatíveis, então, os serviços desenvolvidos para uma das
plataformas, não irá funcionar na outra. Segundo Song & Park (2006), embora
incompatíveis, os diferentes padrões de middleware possuem funcionalidades
equivalentes e componentes com papéis semelhantes, permitindo que eles sejam
sobrepostos e que seja implementado um middleware flexível com suporte a vários
padrões de transmissão de dados.
78
Segundo Coêlho (2005), o modelo de aplicação declarativo é definido usando qualquer
linguagem de marcadores, tais como HTML, XHTML ou XML, como linguagens mais
complexas. Sendo que XML é a mais interessante devido a fatores como a fácil
integração com Java (existem APIs padronizadas), criação de novas tags por parte do
desenvolvedor, padronização e manutenibilidade.
Enquanto no modelo de aplicação procedural, as aplicações são similares às tradicionais
de Java ou C/C++, mas possuem certas peculiaridades que as tornam bem diferentes,
como o ciclo de vida diferenciado que lembra o de um Applet Java (COÊLHO, 2005).
De acordo com Song & Park (2006), os conteúdos XHTML possuem características
estáticas e são complementados por código script, embutido ou ligado no documento
XHTML. Já no modelo de aplicação procedural, as aplicações são compiladas em byte
code, este é carregado ou armazenado em formulário binário e executado, então, pelo
gerenciador de execução do software.
Para Tome (2006), no ambiente de desenvolvimento de aplicação procedural, os
aplicativos possuem grande flexibilidade de funcionalidades, sendo criados como se
fossem programas de computador (geralmente em linguagem Java), mas requerendo
habilidade de programação e dificultando o lado artístico.
Enquanto no ambiente
declarativo há grande facilidade de criação, porém menor flexibilidade para a
introdução de novas funcionalidades.
O middleware MHP adota modelo de aplicação procedural baseado em Java, as
aplicações procedurais são denominadas DVB-J. Enquanto a aplicação declarativa,
DVB-HTML, é definida em cima de aplicação DVB-J, porque o agente do usuário
(responsável pela interpretação e apresentação do conteúdo DVB-HTML), é
implementado como aplicação DVB-J (SONG & PARK, 2006).
As aplicações declarativas DVB-HTML são baseadas em padrões para internet, em
destaque XHTML, Cascadind Style Sheet, ECMAScripts e Document Object Model.
Segundo Becker et al. (2005), as aplicações DVB-J e DVB-HTML possuem a
capacidade de fazer download de aplicações interativas, através de um canal de
interatividade; armazenar aplicações em memória persistente (como disco rígido);
79
acessar leitores de smart cards; e controlar aplicações de internet, tais como navegador
web.
Segundo Song & Park (2006), o Sistema DASE consiste no Procedural Application
Environment (PAE) e no Declarative Application Environment (DAE), que são
conceitualmente independentes, mas compartilham o decodificador de conteúdo comum
e framework de segurança.
De forma similar ao MHP, o DASE adota uma máquina virtual Java como mecanismo
que facilita a execução de aplicações interativas. Também de forma similar ao MHP, o
DASE permite o uso de linguagens declarativas, usadas na web, como HTML e
JavaScript (BECKER et al., 2005).
As aplicações declarativas do DASE também utilizam linguagem de marcação, folhas
de estilos ou linguagens baseadas em scripts, assim como as do MHP.
O padrão ARIB é obscuro quanto à classificação das aplicações, porque classifica as
aplicações BML e ECMAScript em declarativas e procedurais, respectivamente. O
critério usual de classificação é se aplicação está em formato binário ou não, entretanto
as aplicações BML e ECMAScript possuem formato textual (SONG & PARK, 2006).
A Tabela 11 resume os modelos de aplicação mencionados, mas vale acrescentar que os
modelo de aplicação são conceituais e podem não ser observados na implementação
real.
Tabela 11 – Modelos de aplicação
Modelo Procedural
Modelo Declarativo
MHP
DVB-J
DVB-HTML
DASE
PAE
DAE
ARIB
ECMAScript
BML
De acordo com Coêlho (2005), o gerenciador de aplicações é um módulo do
middleware residente dentro do terminal de acesso que tem entre outras
responsabilidades a função de controlar o ciclo de vida das aplicações, por meio do
gerenciamento de seus estados; atribuir prioridades às mesmas, bem como identificar
80
eventuais falhas e adotar ações para contingência-las; definir um protocolo entre as
aplicações e o sistema.
Os modelos de Ciclo de Vida de vários middlewares são baseados em máquina de
estado finito. As aplicações procedurais DVB-J do MHP e PAE do DASE, baseadas em
Java, seguem o modelo de gerenciamento do ciclo de vida do Xlet, especificado pela
API Java TV (SONG & PARK, 2006).
As aplicações declarativas DVB-HTML do MHP, tem modelo de ciclo de vida diferente
das aplicações procedurais DVB-J, enquanto no DASE as aplicações declarativas do
DAE possuem o modelo de ciclo de vida idêntico ao das aplicações procedurais do
PAE.
As aplicações DVB-HTML são gerenciadas pela aplicação DVB-J especial nomeada
agente do usuário. Cada conteúdo DVB-HTML é servido pelo ator que reside dentro do
agente do usuário. O agente do usuário pode conter vários atores simultaneamente e
esses atores podem estar em um estado diferente de ciclo de vida do DVB-HTML
(SONG & PARK, 2006).
Isto é importante para que o agente do usuário por si mesmo siga o modelo de ciclo de
vida do Xlet, enquanto o ator siga o ciclo de vida do DVB-HTML e a informação
sinalizada relacionada ao DVB-HTML seja passada através do agente do usuário.
Segundo Song & Park (2006), o Browser BML do padrão ARIB B-24 segue o modelo
de ciclo de vida simples, porque somente uma instância do browser BML é ativada para
a sessão de transmissão global de dados.
Os middlewares diferenciam-se entre si em relação à integração com a camada de
transporte e a forma que os dados são transmitidos aos usuários. Os dados podem ser
transmitidos através de um carrossel de dados ou de um carrossel de objetos. Esses
carrosséis são protocolos de difusão de dados definidos pelo padrão DSM-CC (Digital
Storage Media-Command and Control).
De acordo com Becker et al. (2005), a idéia básica do carrossel de dados é de módulos
de dados difundidos ciclicamente sendo que quando o receptor necessitar de
81
determinado módulo, deve apenas aguardar o instante de sua próxima repetição no fluxo
de dados.
Os carrosséis de objetos baseiam-se nas definições dos carrosséis de dados, porém
tratam a informação na forma de objetos. Com o objeto do tipo arquivo e do tipo
diretório forma-se um sistema de arquivo simples, fazendo com que o Set Top Box
possa acessar arquivos de um sistema de arquivos que está sendo difundido em um
carrossel de objetos como se os mesmos estivessem disponíveis localmente (BECKER
et al., 2005).
Para Tome (2006), conceitualmente, há uma integração entre o carrossel de dados e o
carrossel de objetos de modo que o carrossel de dados serve ao carrossel de objetos
como uma máquina executora de instruções em mais baixo nível, “pegando” os pacotes
gerados pelo carrossel de objetos e adaptando-os de modo a viabilizar a sua transmissão
através do sistema de televisão digital.
Na transmissão de programas de televisão digital e interativa emprega-se o mecanismo
de carrossel de dados subjacente ao carrossel de objetos, ou somente o carrossel de
dados. A escolha do mecanismo considera a complexidade do middleware e seus
aplicativos.
O MHP utiliza o carrossel de objetos incorporando as funcionalidades do carrossel de
dados. O DASE adota também o carrossel de objetos. Enquanto o ISDB adota o
carrossel de dados, porque a intenção é que a BML seja uma linguagem simples. A
especificação do ISDB de como os arquivos de dados devem ser encapsulados nos
pacotes de transmissão é omissa, porque a definição foi feita por meio de uma patente
da Panasonic, que estabelece as informações do cabeçalho dos pacotes de transmissão
(TOME, 2006).
Ao final da análise dos sistemas de televisão digital pode-se concluir que o padrão
japonês, em relação aos fatores técnicos, é superior ao americano e o europeu. Na
escolha ou desenvolvimento do padrão mais adequado às necessidades da população, os
fatores econômicos, sociais, culturais e políticos podem ser levados em consideração, os
quais não foram analisados nesse trabalho.
82
O governo brasileiro justificou que o padrão japonês foi escolhido por apresentar
consideradas vantagens em relação ao americano e europeu: por sua superioridade
técnica; compromisso de investimentos do governo japonês (cerca de US$ 2 bilhões)
em fabricação de semicondutores e TVs de plasma; e também o maior tempo de
transição da televisão analógica para digital, fator que para um país considerado pobre,
onde a TV está instalada em mais de noventa porcento dos domicílios, resulta em menor
custo ao consumidor, que terá mais tempo para comprar o aparelho de televisão digital
(MEDINA, 2006).
Portanto cada país deve decidir se vai adotar um padrão de televisão digital existente ou
desenvolver um padrão nacional, além de realizar um estudo da implantação do sistema
considerando aspectos técnicos e sociais, para que ocorram melhorias na sociedade e
não o surgimento de mais um meio de diferenciação e exclusão social.
83
6. CONCLUSÕES
A televisão digital foi adotada em vários países, sendo que o Brasil já iniciou o
desenvolvimento do padrão nomeado Sistema Brasileiro de Televisão Digital (SBTVD).
A TV Digital é uma realidade, trazendo inovações na imagem e som, interatividade,
acessibilidade e recepção.
Nessa monografia, os objetivos foram atingidos de forma satisfatória. Os conceitos
básicos para a compreensão do sistema de televisão digital foram apresentados, como a
história, inovações tecnológicas, arquitetura e componentes. Para o middleware,
enfoque desse trabalho, foram definidos a arquitetura, funcionalidades e requisitos, em
geral.
Então, os middlewares de televisão digital americano, europeu e japonês,
respectivamente, DASE, MHP e ARIB foram descritos e comparados, permitindo-se
conhecer a concepção, funcionamento, vantagens e desvantagens de cada um.
Abordando, principalmente, a arquitetura, modelo de aplicação e ciclo de vida.
O sistema de televisão digital japonês possui várias características que o faz superior,
tecnicamente, ao americano e europeu. Mas cabe lembrar, que neste trabalho não foram
analisados aspectos sociais, culturais, políticos e econômicos que podem contribuir na
escolha de um padrão de televisão digital por um país.
O Brasil adotou como inspiração, o sistema de televisão digital japonês, com a
incorporação de inovações desenvolvidas por pesquisadores brasileiros, entre essas, o
middleware. Muitas pesquisas sobre televisão digital estão sendo realizadas no país.
Uma sugestão para trabalho futuro é o estudo aprofundado do Sistema Brasileiro de
Televisão Digital e dos middlewares brasileiros: o FlexTV (procedural) e o Ginga-NCL
(declarativo). O padrão chinês, além dos padrões de televisão abordados nesse trabalho,
também merece um estudo.
84
Os middlewares DASE, MHP e ARIB sem adaptações são incompatíveis. Devido a
isso, os conteúdos de um padrão só são disponibilizados aos telespectadores que
possuem o receptor e middleware especificado pelo mesmo padrão.
Isso causa uma série de problemas tais como o custo desnecessário de portabilidade de
uma aplicação de um middleware para outro; o custo de desenvolvimento de
middleware duplicado para fabricantes de Set Top Box e implementadores de
middleware; a necessidade dos usuários adquirirem múltiplos Set Top Box para usar
serviços que são suportados por middlewares diferentes.
Um outro trabalho que poderia ser desenvolvido é sobre a especificação Globally
Executable MHP (GEM) e o desenvolvimento de aplicações interativas que podem ser
portadas facilmente em sistemas de diferentes países.
Espera-se que a televisão digital traga não apenas melhoras tecnológicas, mas também
sociais e que este trabalho contribua para que as pessoas conheçam um pouco mais
sobre essa inovação, adquirindo posicionamento crítico quanto aos padrões de televisão
digital, além de contribuir para que novos trabalhos, nessa área de pesquisa, sejam
desenvolvidos.
85
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