Para ser possível usar os serviços interactivos da televisão digital é necessário um descodificador de sinal que permita receber e interpretar a informação interactiva. É a chamada set-top-box (STB). Este aparelho é um pequeno computador que quando ligado a uma televisão normal permite interagir com os programas transmitidos, aceder aos serviços de televisão interactiva, gravar programas com qualidade digital, entre outras coisas que os fabricantes queiram introduzir.
O controlo desta STB é feito através de um controlo remoto, similar ao das televisões normais, com funcionalidades adicionais que permitem ao utilizador aceder aos programas interactivos, consultar informação e interagir com outros serviços disponíveis.
Na Figura 3.1 apresentamos os blocos funcionais do sistema, sendo que no caso especifico da figura, a transmissão é feita por satelite, mas os blocos do sistema são os mesmos para os outros tipos de transmissão.
Figura 3.1 – Arquitectura Geral do Sistema de TV Digital Interactiva
Para perceber plenamente como a televisão interactiva funciona num ambiente de televisão digital, apresentamos em seguida os principais blocos do sistema típico de Digital Video Broadcast (DVB) para televisão interactiva.
O broadcaster (operadores de televisão como a RTP, SIC e TVI) é o responsável por produzir streams de transporte MPEG-2 que contêm vários programas de televisão. Estas streams de transporte têm que ser entregues aos transmissores (por exemplo, torres terrestres) ou a Microwave Multipoint Distribution Services (MMDS) livres de erros.
Uma vez que estas streams de transporte não tem protecção contra erros, o que pode trazer efeitos graves, é necessário correcção de erros e codificação de canal antes dos sinais serem entregues aos transmissores.
Na Figura 3.2 apresentamos os componentes que representam o emissor e que passamos a descrever:
Os codificadores áudio e vídeo são responsáveis pela compressão e codificação dos sinais áudio e vídeo. O multiplexer MPEG-2 é alimentado com streams elementares de áudio e vídeo geradas pelos codificadores, dados privados, informação de serviço, controlo de acesso e informação de sincronização. Dentro do multiplexer MPEG-2, é feito um agrupamento inicial dos pacotes, onde as streams elementares de áudio e vídeo produzem pacotes denominados Packetized Elementary Streams (PES). Em seguida, são gerados pacotes de transporte a partir dos pacotes PES formando assim um stream de transporte que é no fundo a multiplexagem dos pacotes elementares com dados adicionais, como dados de sincronização ou controlo de acesso.
Os dados privados são uma stream de dados, cujo conteúdo não é especificado pelo MPEG, podendo esta stream ser usada para transportar teletexto digital, legendas de programas, dados, informação de serviço adicional, comandos para controlar modulação, etc.
A informação de serviço também é adicionada à stream a transmitir em difusão, de forma a permitir sintonização de programas e selecção, que uma vez adquirida é armazenada na base de dados SI (Specific Information). Esta SI inclui tabelas PSI (Program Specific Information) que providenciam informação de forma a facilitar a configuração automática no receptor e para permitir desmultiplexagem e descodificação das streams dos vários programas dentro do multiplexer. Existem ainda tabelas adicionais que permitem a identificação dos serviços e eventos dos vários multiplexers.
A sincronização do descodificador e o processo de apresentação do áudio e do vídeo no receptor são aspectos particularmente importantes no que diz respeito a tempo real. Consequentemente, é especificado um conjunto de time stamps de forma a assegurar que as streams elementares relacionadas sejam reproduzidas com a sincronização correcta no descodificador.
São necessárias codificação do canal e técnicas de modulação de forma a reduzir a largura de banda necessária para a transmissão. O objectivo da codificação de canal é aumentar a robustez e fiabilidade da informação digital transmitida num canal com ruído. De forma a assegurar ainda mais a robustez é adicionada correcção de erros aos dados transmitidos.
O objectivo da modulação é deslocar o sinal para uma frequência apropriada de forma a aumentar a taxa de transferência para tornar possível a transmissão.
Figura 3.2 – Principais componentes do Head-End do broadcaster[3]
Os dados que chegam ao receptor são fluxos de MPEG-2 codificado e modulado pelo emissor. Por isso é necessário tratar este sinal recebido. Este trabalho é feito na STB.
Descrevemos em seguida os principais blocos representados na Figura 3.3 que constituem a set-top-box:
Figura 3.3 – Diagrama de fluxos duma STB[3]
§ A interface de frequência rádio (RF) está ligada ao sinal modulado de entrada.
§ O bloco tuner/desmodulator faz a selecção do canal (em termos de frequência), desmodulação e correcção de erros do sinal MPEG-2 de entrada. O módulo de tuner consegue aceder a dados modulados com QAM, OFDM e QPSK.
O sinal de saída do bloco de tuner é enviado em banda de base para o demodulator, cuja função é amostrar o sinal analógico e convertê-lo para um fluxo digital de bits. Quando o fluxo de bits estiver inteiramente adquirido, são verificados os possíveis erros e o fluxo é enviado para o demultiplexer, sendo desta forma a saída deste primeiro bloco tuner/demodulator um fluxo de transporte MPEG-2.
A STB usa o modulador do canal de retorno para realizar a ligação aos fornecedores de serviços interactivos.
§ O bloco demultiplexer sincroniza-se com o fluxo transportado vindo do módulo CA e do bloco tuner/demodulator e selecciona o áudio, vídeo e/ou fluxos de dados elementares apropriados, de acordo com a selecção do serviço feita pelo utilizador. Este bloco também contem um circuito de descrambling em conjunto com um smart card para tratar os dados vindos do CA.
§ MPEG-2 usa um identificador para distinguir o conteúdo dos pacotes, ou seja, se tem áudio, vídeo ou dados. O descodificar áudio e vídeo completa o processo para apresentação dos fluxos que recebe (descompressão, sincronização com os serviços relacionados, etc.). O descodificador de legendas descodifica e apresenta as legendas do programa usando para isso um buffer On Screen Display (OSD). O descodificador de dados é responsável por descodificar dados privados ou de sistema (por exemplo, teletexto digital ou SI). Os descodificadores de legendas e dados podem ser separados por módulos de hardware ou de software.
§ A Unidade Central de Processamento (CPU) é um microprocessador e é a chave do sistema numa STB. Controla todas as unidades internas e plug-ins externos. As suas funções incluem inicializar vários componentes de hardware, processar um grande leque de serviços de Internet e serviços interactivos, monitorizar e controlar interrupções de hardware, encontrar dados e instruções em memória e correr programas relacionados, entre outras acções de processamento.
O Digital Video Broadcasting (DVB) é um conjunto de normas internacionalmente aceites para a televisao digital, mantido pelo DVB Project, que consiste num consórcio com mais de 270 membros, entre eles broadcasters, fabricantes, operadores de redes, programadores, entidades reguladoras entre outros que definiram um meio de transmissão de dados [4].
As normalizações dos vários sub-sistemas DVB (cabo, satelite e televisão terrestre), definem a camada física e a camada de ligação de dados de um sistema distribuído, definindo os tipos de pacotes a serem transmitidos, definindo a codificação de canal e a modulação para cada um dos sistemas DVB, com o objectivo de especificar uma familia de padrões mundiais para a televisão digital interactiva, incluindo a transmissão do sinal e serviços de dados associados. Em seguida apresentamos as várias componentes normalizadas para o sistema DVB.
A difusão dos dados torna possível juntar dados de aplicação nas streams de áudio e vídeo transmitidas. Os sistemas DVB de transmissão de dados providenciam um meio de entregar streams de transporte MPEG-2 através duma variedade de meios de transmissão. Adicionalmente, o DVB estendeu uma especificação dos sistemas MPEG-2 de forma a produzir especificações inteiramente DVB-SI. Exemplos de transmissões de dados são o download de software através de satélite, cabo ou ligações terrestres, entrega de serviços Internet através de canais de transmissão e da televisão interactiva, etc.
Foram identificadas 5 áreas diferentes de aplicações com diferentes requisitos para o transporte dos dados: Data Piping, Data Streaming, Multiprotocol Encapsulation, Data Carrousels e Object Carrousels. A transmissão dos dados é a chave da tecnologia para aplicações de televisão digital.
Data Piping suporta serviços de transmissão de dados que requerem uma entrega de dados end-to-end simples e assíncrona através da rede de transmissão DVB. A transmissão dos dados é feita directamente no payload dos pacotes de transporte MPEG-2.
Data Streaming permite serviços de transmissão de dados que são stream-oriented, entrega de dados end-to-end assíncrona ou síncrona. Os dados a transmitir são transportados em pacotes PES, definidos na especificação MPEG-2. Stream de dados assíncrona é definida como streaming de dados sem qualquer requisito temporal. Stream de dados síncrona é definida como streaming de dados com requisitos temporais no sentido de os dados e o relógio poderem ser regenerados no receptor, providenciando uma stream de dados síncrona. Stream de dados sincronizados é definida como streaming de dados com requisitos temporais no sentido de os dados dentro da stream poderem voltar atrás sincronamente com outros tipos de streams de dados (por exemplo, áudio e vídeo).
Multiprotocol Encapsulation suporta serviço de transmissão de dados que requerem a transmissão de datagramas de protocolos de comunicação através da rede de transmissão DVB. A transmissão dos datagramas é feita encapsulando os datagramas.
Data Carrousels suporta serviços de dados em broadcast que requerem transmissão periódica de módulos de dados através da rede DVB de broadcasters. Os dados transmitidos desta forma são organizados em módulos, sendo cada módulo dividido em blocos. Todos os blocos são do mesmo tamanho, excepto o último de cada módulo, que pode ser mais pequeno. A separação dos dados em módulos permite delinear grupos de dados separados logicamente, de forma a poderem ser separados ou agrupados, dependendo dos serviços.
Object Carrousels tal como a Data Carrousels suporta serviços de dados em broadcast que requeiram a transmissão periódica de dados DSM-CC User-User através da rede DVB de broadcasters. O DSM-CC é uma ferramenta para tratar da transferência de conteúdos multimédia. O Object Carrousel foi escolhido para providenciar um sistema de armazenamento onde uma variedade de dados é ciclicamente difundida e com a opção de realizar updates, remover ou adicionar conteúdos.
Multimedia Home Platform (DVB-MHP) é um sistema standard e aberto de middleware, desenvolvido pelo projecto DVB para a televisão digital interactiva. O MHP permite a recepção e execução num televisor de aplicações interactivas baseadas em Java.
As aplicações podem ser entregues por um canal de broadcast, juntamente com streams de áudio e vídeo. Estas aplicações podem ser por exemplo, informações de serviço, jogos, votação interactiva, e-mail, mensagens escritas, compras, etc. Para todas estas aplicações interactivas é necessário um canal de retorno.
O MHP especifica um extenso ambiente de aplicações para a televisão digital interactiva. Este ambiente de execução é baseado no uso de uma máquina virtual Java e da definição de uma API genérica que proporciona acesso aos terminais de televisão digital interactiva. Por cima desta API, executam-se aplicações MHP inter-operáveis entre si. Existe ainda um Navegador de aplicações, que é a parte do software do terminal e que permite ao utilizador aceder a todas as aplicações MHP e a outros serviços DVB, como rádio, tal como ilustrado na Figura 3.4.
Figura 3.4 – pilha de software MHP[5]
A arquitectura do MHP é definida em três camadas, como se pode verificar na Figura 3.4: recursos, software de sistema e aplicações. Tipicamente, os recursos MHP são o processamento MPEG, dispositivos I/O, CPU, memória e sistema gráfico. O software de sistema usa os recursos disponíveis de forma a providenciar uma perspectiva abstracta da plataforma às aplicações, que por sua vez são controladas pelo gestor de aplicações.
Figura 3.4 – arquitectura básica do MHP[3]
O MHP define uma interface genérica (API) entre as aplicações digitais interactivas e os terminais. A API proporciona uma camada abstracta entre aplicações de diferentes fornecedores e o detalhes específicos de hardware e software (como os drivers) de diferentes implementações terminais de MHP.
Aplicações de diferentes fornecedores de conteúdos são inter-operáveis com diferentes implementações de MHP. As aplicações de televisão digital usam as APIs para aceder aos recursos do receptor incluindo bases de dados, descodificadores de streams áudio e vídeo, descodificadores de conteúdos estáticos e comunicações.
É a implementação deste canal de retorno que realmente adiciona interactividade à televisão no pleno sentido da palavra. Como se pode ver na Figura 3.6, é estabelecido um canal de retorno entre o utilizador e o fornecedor do serviço de televisão digital interactiva e pode ser usado para transportar comandos e respostas para o fornecedor ou para fazer download de conteúdos disponíveis no fornecedor. No canal de broadcast apenas são enviados serviços comuns pelo fornecedor do serviço.
Figura 3.6 – modelo geral de um sistema interactivo [3]
O principal objectivo do sistema CA (Control Access) é controlar o acesso do subscritor à televisão digital com serviços pay-per-view e assegurar o rendimento do fornecedor dos serviços. Desta forma o CA limita o acesso dos subscritores de acordo com o contracto realizado com o fornecedor do serviço. A restrição a determinados serviços é feita usando cifra, que protege o serviço digital transformando o sinal num formato ilegível, ou seja cifrado. Uma vez o sinal cifrado apenas pode ser decifrado por uma STB digital com a chave da decifra. Geralmente, as STBs incorporam o hardware e os subsistemas de software necessários para receber e decifrar estes sinais.
Estes componentes englobam um chip de cifra, um processador seguro (por exemplo um smart card) e drivers de hardware apropriados. O smart card contém as chaves necessárias para decifrar os serviços que se encontram protegidos com cifra.
Apesar do acesso condicional não estar inteiramente especificado, existem já algumas ferramentas definidas, como a chave para o pacote CA DVB, que é denominado CSA (Common Scrambling Algorithm) e permite o scrambling seguro das streams de transporte ou dos PESs. Existem 2 cenários de interoperabilidade CA: SimulCrypt e MultiCrypt.
SimulCrypt é um mecanismo por meio do qual um simples stream de transporte pode conter vários sistemas CA. Uma forma de fornecer aos clientes o acesso aos programas é permitir que diferentes descodificadores CA (potencialmente com diferentes sistemas CA instalados) recebam e descodifiquem correctamente as mesmas streams de áudio e vídeo. Uma alternativa é quando um contrato ou negociações entre diferentes fornecedores de serviços são estabelecidos, permitindo aos clientes o uso do sistema CA especifico dentro da STB, independentemente do facto desses programas terem passado pelo scrambler sob o controlo de um dos vários sistemas CA.
MultiCrypt assenta na especificação de uma Interface Comum que quando instalada na STB permite ao cliente mudar manualmente entre os vários sistemas de CA. Consequentemente, quando é apresentado ao cliente um sistema de CA, que não está instalado na STB, é necessário mudar o smart card.
Um sistema típico de CA end-to-end consiste de vários subsistemas: o Subscriber Management System (SMS), o Subscriber Authorization System (SAS) e o sistema de controlo do CA do receptor. O SMS é o responsável por tratar dos dados de todos os clientes e enviar pedidos ao SAS, que cifra os pedidos e entrega o código ao sistema de controlo do CA do receptor (por exemplo, o smart card). O código inclui mensagens, que permitem ao descrambler tornar o programa legível.
De acordo com o relatório “Lazzy Interactive TV” da Forrester Research [6], os espectadores e utilizadores de televisão só adoptarão serviços interactivos se estes forem acessíveis através de simples clicks no controlo remoto.
A necessidade de adaptação dos serviços ao utilizador, aqui identificado como o comum espectador de televisão, está bem patente nesta análise. É necessário ponderar correctamente o factor referido, ou seja, “a adaptação dos serviços ao utilizador”, uma vez que este se torna num agente determinante para o sucesso do conceito Televisão Interactiva.
Há que considerar as diferentes aptidões tecnológicas dos utilizadores, ou seja, se mudar de canal de televisão é algo ao alcance do comum das pessoas, já o mesmo não se passa em relação à interacção com um computador. Este tipo de acção não é ainda intrínseca a todos os telespectadores, como tal só uma pequena minoria é que está, no momento, receptiva a serviços interactivos. Mas no futuro, atendendo a todos os esforços conducentes à concretização e democratização da sociedade da informação, espera-se uma inversão nesta relação.
Por esta razão, um controlo remoto que permita o sucesso da utilização dos serviços interactivos deverá ser simples e intuitivo de usar. Mostramos na Figura 3.7 um modelo conceptual do controlo remoto que se pretende:
A parte direita é usada especificamente para os serviços interactivos. Usualmente, existem 4 botões direccionais e um botão de selecção; dois botões dos serviços residentes de teletexto e de navegador (Teletext e Navi); botão de programa interactivo (App); botão para voltar para trás e quatro botões de diferentes cores (vermelho, verde, amarelo e azul) que são usados pelos serviços interactivos.
Figura 3.7 – modelo conceptual de um controlo remoto para televisão interactiva[3]
