Multiplexação de Sinais, Serviços de Informação (SI) e Transmissão de Dados no Padrão Brasileiro de TV Digital

Francisco Gioia

Escola de Engenharia – Universidade Federal Fluminense (UFF) Rua Passo da Pátria, 156 – São Domingos – Niterói – RJ – 24210-040 – Brasil

gioia21@click21.com.br

Resumo Este trabalho apresenta uma descrição de como é feito de uma maneira eficiente, a transmissão em um único fluxo as informações relativa a um ou mais programas de TV. Cada programa é formado por um ou mais fluxos elementares de áudio, vídeo ou dados com informações necessárias para a apresentação sincronizada destas informações no receptor. Alem do conteúdo dos programas, informações específicas dos programas, informações especificas de sistema e dados privativos são suportados pelo fluxo de transporte. 1-Introdução Um sistema de TV Digital é um sistema do tipo cliente/servidor. O servidor compõe o ambiente de uma radiodifusora ou de um servidor de conteúdo, e o cliente o ambiente do usuário do telespectador conforme mostrado na figura 1 [3].

Figura 1. Sitema de TV Digital

Através de câmeras e microfones, o vídeo e o áudio principal são capturados compondo um programa que também pode ser proveniente de um servidor de vídeo, e de dados adicionais, incluindo o aplicativo que define o relacionamento entre os vários objetos de mídia. Os sinais capturados de vídeo e áudio são entregues aos codificadores digitais, cuja função é a geração dos fluxos elementares (ES) comprimidos de áudio e vídeo principal. Esses fluxos mais os fluxos de dados são então multiplexados em um

único sinal, denominado fluxo de transporte (TS). Este sinal é então modulado para um canal de frequência e transmitido, no ar. O sinal é recebido é demodulado e entregue ao demultiplexador, que separa os fluxos principais de áudio e vídeo e entrenga-os aos decodificadores apropriados. O fluxo de dados é entregue para processamento que pode demandar novos dados, que são buscados pelo canal de retorno. Dados também podem ser enviados pelo aplicativo à emissora ou outro destino qualquer na rede de canal de retorno. Este trabalho tem como objetivo apresentar de uma forma resumida as principais funções da camada de transporte e sua importância para o SBTVD bem como o funcionamento do carrossel de dados e quais informações podem ser transportadas para auxiliar na exibição dos programas. O restante do texto está estruturado da seguinte forma. A Seção 2 apresenta uma visão da arquitetura de referência do SBTVD e os padrões adotados. A Seção 3 apresenta uma visão do sistema de multiplexação e transporte e suas funcionalidades e bem como é formado o fluxo de trsnporte (dados e fluxos elementares de informação). Também é apresentado a função do carrossel de dados e como os fluxos de dados podem ser transportados. Na Seção 4 é apresentado como os pacotes da camada de transporte são estruturados e quais tipos de informações (tabelas de programação, descrição dos programas e outras informações auxiliares) são transportadas para subsidiar os mecanismo de busca e navegação. ...

2. Arquitetura de referência do SBTVD

A análise das tecnologias para o SBTVD (Sistema Brasileiro de Televisão Digital) é realizada a partir de uma arquitetura genérica comum aos sistemas de TV Digital. A arquitetura proposta baseia-se no modelo de referência da UIT (União Internacional de Telecomunicações) descrito em [09]. Esse modelo foi enriquecido com os detalhes necessários para atender aos preceitos do Decreto 4.901/2003 [10]. Foi acrescentada ao modelo a representação do Canal de Interatividade. Além disso, optou-se por se representar de forma única as funções de Multiplexação e Transporte, agrupadas na Camada de Transporte. De forma análoga, a Codificação de Canal, Modulação e Transmissão estão representadas em um único módulo. Por fim, o Receptor Digital foi expandido, para que fosse possível dar uma ênfase maior à sua arquitetura. O sistema é definido como uma plataforma multimídia capaz de transmitir sinais de áudio e vídeo de alta qualidade, bem como dados, utilizando o sinal de radiodifusão em freqüências de VHF/UHF. A capacidade de transmissão de dados, que podem estar vinculados ou não à programação, possibilita o desenvolvimento de novos serviços e aplicações digitais. A Arquitetura de Referência para sistemas de Televisão Digital Terrestre está representada no diagrama da Figura 2. A figura mostra o sistema através da representação do fluxo de informação.[1]

O sistema atua como uma plataforma de comunicação entre uma fonte de conteúdo, representada no diagrama pela Produção de Conteúdo, e os usuários finais, que fazem uso das Aplicações Interativas, e está dividido em duas entidades complementares: a Difusão e Acesso e o Terminal de Acesso. A parte da Difusão e Acesso é constituída pelos módulos necessários à codificação e ao empacotamento das informações a serem transmitidas para os receptores digitais. Para que os sinais de áudio e vídeo e os dados, originados na Produção de Conteúdo, possam ser transmitidos pela plataforma de Televisão Digital Terrestre, estes precisam ser adequadamente codificados, o que inclui a sua compactação e a inserção de informações que permitam, posteriormente, a sua recuperação, pelos Codificadores de Áudio, de Vídeo e de Dados, respectivamente, conforme observado na Figura 2 [2]. Uma vez codificados, os sinais são processados pela Camada de Transporte, que os empacota e reúne em um único sinal de transporte, ou fluxo de transporte (Transport Stream - TS), acrescentando-lhes informações auxiliares de controle. Na etapa seguinte, o sinal gerado na Camada de Transporte passa por um processamento adicional no módulo de Codificação de Canal, Modulação e Transmissão, por onde é transmitido. A parte do Terminal de Acesso é composta pelos módulos necessários para efetuar o processamento reverso ao da Difusão e Acesso, reconstituindo as informações originais de áudio, vídeo e dados. O sinal recebido pelo Terminal de Acesso, através de antenas receptoras, no módulo de Recepção, Demodulação e Decodificação de Canal, passa por um processo de demodulação e de decodificação de canal, de onde resulta o sinal de transporte que será enviado à etapa de demultiplexação, no módulo da Camada de Transporte. A Camada de Transporte separa os sinais codificados de Áudio, Vídeo e Dados, que são então submetidos aos Decodificadores de Áudio, de Vídeo e ao Middleware, respectivamente. Os Decodificadores de Áudio e Vídeo reconstituem os sinais originais, para que possam ser corretamente exibidos. O Middleware, por outro lado, além de decodificar os dados recebidos, é responsável por tratar as instruções, funcionando como uma plataforma de execução de software. Como resultado final, temos as Aplicações Interativas sendo utilizadas pelos usuários.

Figura 2: Diagrama de Fluxo de informação

O sistema possui ainda um Canal de Interatividade, composto de um Canal de Descida e um Canal de Retorno, que possibilita a interação do usuário final com a Produção de Conteúdo, permitindo- lhe receber ou enviar solicitações e informações. Desta forma, o sistema é analisado a partir dos seguintes subsistemas e respectivas tecnologias: ? Transmissão e Recepção: englobam o módulo Codificação de Canal, Modulação

e Transmissão, do lado da Difusão e Acesso, e o módulo de Recepção, Demodulação e Decodificação de Canal, no Terminal de Acesso.

? Codificação de Sinais Fontes: este subsistema é dividido em três subsistemas:

? Codificação de Áudio: composto pelo Codificador e pelo Decodificador de

Áudio ? Codificação de Vídeo: composto pelo Codificador e pelo Decodificador de

Vídeo ? Codificação de Dados: corresponde ao Codificador de Dados.

? Camada de Transporte: engloba a Multiplexação e a Demultiplexação.

? Middleware: presente apenas no Terminal de Acesso, o Middleware representa a camada de software no lado do Terminal de Acesso.

? Canal de Interatividade: compreende o Canal de Descida e o Canal de Retorno,

abordando a tecnologia e a estrutura de rede a serem utilizadas. ? Terminal de Acesso: devido à sua complexidade, por representar uma estrutura

de hardware única, responsável pelo funcionamento do sistema no lado do usuário.

2.1 Padrões adotados pelo Sistema Brasileiro de TV Digital O sitema de TV digital é composto por um conjunto de padrões que regulam cada uma das etapas descritas resumidamente na seção anterior. O Sistema Brasileiro de TV Digital adotou os seguintes padrões:

? Para codificação de áudio foi adotado o padrão MPEG4-AAC com 2 níveis de perfil para receptores fixos e móveis (AAC@L4 – para multicanal 5.1 e HE-AAC v1@L4 – para estéreo) e 1 nível de perfil para receptores portáteis (HE-AAC v2@L3 – dois canais).

? Para codificação de vídeo foi adotado o padrão MPEG4-AVC com o nível de perfil (alto) HP@L4.0 para receptores fixos e móveis e o nível de perfil (básico) BP@L1.3 para receptores portáteis.

? Para o sistema de transporte (multiplexação e demultiplexação) foi adotado o padrão MPEG-2 Systems.

? Para o processo de modulação foi adotado o padrão BST-OFDM/SBTVD-T. ? Para a camada de Middleware foi adotado o padrão GINGA.

3- Sistema de Multiplexação e Transporte Sua função é receber as seqüências elementares de bits geradas pelos codificadores de aplicações dos diferentes subsistemas (vídeo, áudio, dados auxiliares, etc) e, através da multiplexação, gerar em sua saída uma seqüência única de pacotes, cujo formato é definido pelo padrão MPEG-2 Systems. No recepctor, é responsável pela recuperação do fluxo de transporte único e sua decomposição nos diversos elementos de programa que serão entregues aos decodificadores. O Sistema de Multiplexação e Transporte de uma plataforma de TV Digital fornece um conjunto de recursos que podem ser empregados para estender as funcionalidades desta plataforma além da difusão de áudio e vídeo televisivos:

? suporte para transmissão de fluxos de bits codificados em ambientes suscetíveis a erros;

? suporte para múltiplos programas em um único fluxo de transporte multiplexado, que pressupõe uma sincronização sofisticada e a capacidade de

descrever e identificar uma rede composta de vários fluxos multiplexados, cada um com inúmeros programas;

? suporte a acesso condicional; ? suporte a dados privados (Private Data) e de sistema, que caracterizam a

personalização de um padrão comercial, além de suportar informação que não constitui conteúdo televisivo convencional.

3.1 Funcionalidades A organização de uma plataforma de televisão digital situa a Camada de Transporte entre o subsistema de codificação de sinais fonte e o subsistema de codificação de canal e modulação. As funcionalidades e os requisitos do conjunto multiplexador/demultiplexador (MUX/DEMUX) da Camada de Transporte estão especificados em [11]. A arquitetura sistêmica genérica da Camada de Transporte de uma plataforma da TV Digital aponta os seguintes componentes, representados na figura 3.

Figura 3: Funcionamento Interno da Camada de Transporte.

Observa-se inicialmente a implementação do multiplexador, visto no bloco H.222. Nesse bloco, a caixa da esquerda representa um primeiro nível de multiplexação, onde são adaptados em fluxos elementares empacotados (Packtized Elementary Streams – PES) os fluxos elementares de informação (ES) de áudio, vídeo e dados associados a programas específicos. Os dados associados a programas incluem legendas, informações adicionais e quaisquer tipos de dados que possam acompanhar a transmissão do sinal de TV. Vale lembrar que os multiplexadores do bloco H.222 [11] possuem buffers internos para efetuar a adaptação entre entrada e saída de dados. Outra entrada do multiplexador, que envolve exclus ivamente dados independentes do conteúdo televisivo (datacasting), é representada na figura entrando em um segundo nível de multiplexação. Esse tipo de serviço engloba transmissões que ficam disponíveis

a todos os usuários, como o EPG (Electronic Program Guide), informações das condições do trânsito e meteorológicas, horóscopo do dia, resumo de notícias e assim por diante. Além destas, também são multiplexadas informações relativas à estrutura do sinal multiplexado e à rede ou infra-estrutura utilizada pelo sistema de radiodifusão, bem como eventuais atualizações de software dos receptores. Este tipo de informação, que apresenta característica mais estática do que o conteúdo televisivo convencional, é colocada em uma estrutura chamada Section para posterior multiplexação e envio em uma freqüência inferior à do conteúdo televisivo convencional. A freqüência de envio da informação de programação e sistema (denominada pelo ITU-T de Program Specific Information – PSI) é um tópico a ser estudado. Estes dados são importantes para o receptor localizar e identificar corretamente as informações fonte, portanto devem ser enviados constantemente. Entretanto, não devem ser transmitidos de forma indiscriminada, pois podem sobrecarregar o sistema de transmissão de radiodifusão, já que compartilham banda com os programas televisivos propriamente ditos. Estas informações multiplexadas compõem o sinal digital de saída do multiplexador. Este sinal é denominado de Transport Stream (TS) ou fluxo de transporte. A fim de otimizar a banda utilizada globalmente pelo sistema e evitar ociosidade no canal radiodifusão, pode ser necessária uma função de controle, cujo objetivo é balancear o tráfego de programas televisivos e datacasting na emissora. A unidade de controle fica acoplada ao multiplexador H.222, recebendo sua disponibilidade de tráfego de dados. Um outro serviço a ser disponibilizado é composto por dados privativos de usuários. Tais dados representam informações enviadas periodicamente para um usuário específico ou respostas a requisições feitas pelos usuários. Esses dados, devido ao seu caráter confidencial, devem ser protegidos ou enviados de forma unicast. Uma forma de possibilitar esta funcionalidade é através de um esquema de endereçamento a ser suportado pelo Terminal de Acesso. Neste caso, estas informações devem ser mapeadas em alguma das estruturas que podem ser colocadas no payload do TS. Por fim, deve-se considerar na arquitetura do multiplexador a capacidade “add-drop”. Um dos seus usos é em estações retransmissoras, onde há necessidade de inserir programas ou comerciais locais na programação. Dessa forma, o multiplexador deve possuir a capacidade de retirar parte do TS, referente ao conteúdo original a ser substituído, e inserir os pacotes referentes ao conteúdo local. A Camada de Transporte impacta diretamente no Middleware, uma vez que este precisa estar preparado para receber e tratar os dados enviados pelos mecanismos implementados na Codificação de Dados. O Middleware também precisa implementar uma interface de comunicação com a Camada de Transporte para controlar o acesso e o processamento dos fluxos da Camada de Transporte.

O Canal de Interatividade utiliza os mecanismos de Encapsulamento de Dados para a comunicação de dados desvinculados da programação de televisão e para o incremento do Canal de Descida, com a técnica de dados oportunistas. Dois formatos para o fluxo de sistema estão definidos: o Fluxo de Transporte (TS), que contém um ou mais programas e é apropriado para a transmissão e o armazenamento em ambientes ruidosos onde a ocorrência de erros é freqüente; e o Fluxo de Programa (PS), que contém apenas um programa e é adequado para uso em ambientes com baixas taxas de erros. Cada programa é definido como um conjunto de fluxos elementares, vídeo, áudio e dados, por exemplo, que podem ou não ter algum relacionamento temporal entre si. A codificação dos elementos sincronizados entre si utiliza uma mesma base de tempo, ou referência de relógio. A sincronização intra e intermídia é obtida através da inserção de marcas de tempo (timestamps), tanto nos fluxos PES quanto no fluxo de sistemas. A marca de tempo é uma amostra do contador da respectiva base de tempo, em um determinado instante. As marcas de tempo inseridas no fluxo de sistemas, na subcamada de multiplexação, permitem, ao decodificador, a recuperação da referência do relógio utilizado pelo codificador. Elas são denominadas de System Clock Reference (SCR) e Program Clock Reference (PCR) para os fluxos TS e PS, respectivamente, e são definidas em termos de um relógio de sistema comum denominado STC (System Time Clock). Os valores das marcas de tempo SCR e PCR significam o instante de tempo em que o último bit desses campos entra no decodificador. O processo de geração e extração das marcas de tempo relativas ao SCR e PCR é ilustrado na Figura 4 [14]. O padrão MPEG não considera os efeitos introduzidos pela rede de comunicação.

Figura 4. Sincronização entre o codificador e decodificador

A seqüência de pacotes de transporte resultante da multiplexação pode ser novamente multiplexada com outras seqüências do mesmo tipo antes do envio para o subsistema de transmissão. No receptor, essa seqüência de pacotes será demultiplexada e as seqüências elementares de bits serão reconstruídas e entregues aos seus respectivos decodificadores. Utilizando informações contidas no cabeçalho dos pacotes de transporte, é possível a realização de operações como sincronização do aparelho receptor, detecção e sinalização de erros.

3.2 Multiplexação de Dados Assim como as informações de áudio e vídeo televisivos são submetidas a processos de codificação e compressão para transporte no feixe de transporte (Transport Stream –

TS) MPEG-2, os demais dados a serem difundidos em uma plataforma de televisão digital devem se submeter a processos similares para posterior multiplexação e transporte. O subsistema de Codificação de Dados é composto apenas do módulo codificador de dados, no lado da Difusão e Acesso. As informações processadas por este subsistema são tratadas, no lado do Terminal de Acesso, pelo subsistema de Middleware. Fragmentar e organizar as entidades de dados para futura inserção e multiplexação nos pacotes TS (Transport Stream Packets) é um processo que será chamado, no âmbito deste documento, de codificação de dados. Há diversos mecanismos possíveis de codificação de dados e a sua utilização depende do tipo de informação que se quer transmitir no fluxo de transporte (TS) e da sua aplicação. Portanto, em princípio, qualquer tipo de rede externa e seu fluxo de datagramas, com sintaxe e semântica específicas, pode se utilizar do canal de difusão de dados propiciado pela plataforma de televisão digital. Para a Camada de Transporte, não existe restrição quanto às informações contidas nos datagramas destas redes, uma vez que a informação é tratada como uma seqüência de pacotes do TS MPEG-2. Em geral, os dados de qualquer tipo de protocolo são transmitidos na forma de datagramas. Um datagrama é uma estrutura lógica que contém toda a informação de definição sobre os dados, isto é, seu tamanho e conteúdos, o destino e como deve chegar. Na Camada de Transporte, estes dados são transmitidos dentro dos pacotes do fluxo de transporte (TS) MPEG-2, que têm um comprimento fixo de 188 bytes (payload de até 184 bytes), conforme [11]. Por isso, os datagramas devem ser usualmente, fragmentados no lado da transmissão (Difusão e Acesso) e remontados na recepção (Terminal de Acesso). A figura 5 esquematiza o relacionamento entre codificador de dados e o multiplexador que gera o fluxo de transporte (TS) MPEG-2.

Figura 5: Transmissão de dados

O bloco codificador de dados, conforme a figura 5, apresenta duas possibilidades de mecanismos de transporte, que são o Carrossel e o Encapsulamento Multiprotocolo. Os mecanismos de transporte são responsáveis pela fragmentação e recomposição dos dados, pela sua confiabilidade, suportando detecção de erros, e pelo endereçamento dos mesmos. O carrossel dos dados é um mecanismo do transporte que permite que um servidor de aplicações de um sistema de difusão de dados apresente, de forma cíclica, um conjunto de dados a um decodificador, repetindo o conteúdo do carrossel uma ou mais vezes. Se uma aplicação necessitar de um dado particular do carrossel dos dados, o decodificador deverá esperar a próxima vez que os dados pedidos são transmitidos.

3.2.1 Serviços de transporte do fluxo de dados Os fluxos de dados podem ser transportados através dos seguintes serviços:

? serviços síncronos; ? serviços sincronizados; ? serviços assíncronos;

O serviço de transporte síncrono, denominado fracamente acoplado, é aquele cujos fluxos de dados são sincronizados entre si, seguindo o paradigma de eixo de tempo (timeline) pela adição de carimbos de tempo (timestamps). No entanto, não estão relacionados á temporização dos fluxos de áudio e vídeo principal. O serviço de transporte sincronizado, denominado fortemente acoplado, é aquele cujos fluxos de dados são sincronizados entre si e também com os fluxos de áudio e vídeo principal, sempre seguindo o paradigma de eixo do tempo, pela adição de carimbos de tempo, que são iguais àqueles associados aos fluxos de áudio e vídeo principal. O serviço assíncrono, denominado desacoplado, é utilizado onde a sincronização é dada em um tempo aleatório determinado pelo usuário telespectador, ou seja, em aplicaçãoes interativas onde o conteudo é gerado em tempo de exibição e não se pode determinar o tempo exato onde eventos ocorrerão, e em aplicações cujo conteúdo é determinado em tempo de exibição. Isto implica que nenhuma marca de tempo está associada aos dados. No entanto, pode haver sincronismo entre os vários objetos transportados, e entre esses objetos e os fluxos de áudio e/ou vídeo principal. Nos serviços assíncronos junto com os dados é enviado o aplicativo, que especifica, em uma linguagem de programação específica, o comportamento relativo dos dados, do áudio e vídeo principal, no tempo e no espaço. Este serviço é a unica forma para a sincronização com tempo indeterminado. Ele, no entanto, exige uma linguagem para especificação do sincronismo e, no receptor, uma máquina capaz de interpretar e executar os comandos de sincronização especificados nessa linguagem.

3.2.2 Carrosséis de dados Os carrosséis são projetados para a transmissão periódica de informação sobre um fluxo de transporte (TS), que, no caso particular de uma plataforma de televisão digital, corresponde ao TS MPEG-2. Embora o conteúdo de um carrossel possa ser mudado em resposta a uma requisição de um usuário alvo, é mais usual que o conteúdo do carrossel seja repetido regularmente, não obstante os usuários alvo estejam sintonizados ou necessitando destes dados no momento. Um usuário que necessite de um item de dados específico deve aguardar até que este seja retransmitido. A Figura 6 ilustra o funcionamento de um carrossel de dados.

Figura 6: Carrossel de dados

Há dois tipos de carrosséis: carrosséis de objeto e carrosséis de dados. Suas características principais são: ? Os carrosséis de dados contêm somente dados cujo conteúdo não é especificado

ou identificável, cabendo ao receptor alvo saber como tratar os dados que recebe.

? Os carrosséis de objeto permitem que seus dados sejam identificados, tais como

imagens, arquivos de texto, ou arquivos executáveis da aplicação, a partir de uma lista de diretórios de todos os objetos do carrossel.

Dados enviados tanto nos sistemas americano e europeu, quanto o sistema brasileiro de TV digital, utilizam o carrossel de objetos. Os carrosséis de dados são usados, por exemplo, para atualização remota de software de sistema ao Set-Top Box (STB), que pode ser transparente ao usuário, enquanto um carrossel de objeto é usado para serviços de compra, EPGs e para enviar aplicações e jogos, ou seja, para ações do usuário que requerem identificação do dado a ser acessado. Tanto nos carrosséis de dados quanto nos de objeto, os itens são repetidos em intervalos periódicos. Nos carrosséis de objeto, por exemplo, os dados do EPG (Eletronic Program Guide) para a visualização das atrações das próximas horas podem ser repetidos mais freqüentemente do que os dados relativos ao mês seguinte. As taxas da repetição para os objetos podem ser uma decisão comercial feita pelo provedor de serviço para maximizar a utilização da largura de banda. Os carrosséis de objeto e os de dados são baseados no padrão ISO/IEC 13818-6 [13] aplicado à especificação MPEG-2 Systems com extensões específicas para os sistemas comerciais.

O carrossel de objetos DSM-CC (Digital Storage Media – Command and Control) facilita a transmissão de diversos tipos de objetos para os assinantes. Os objetos contidos no carrossel de objetos são colocados em mensagens BIOP (Broadcast Inter-ORB Protocol Messages). Esse formato possibilita a identificação dos objetos. A BIOP é dividida basicamente em três partes sendo a primeira parte o cabeçalho, que transporta informações da versão do protocolo BIOP e do tamanho da mensagem, seguido de um subcabeçalho, responsável por informações do objeto carregado, e por último temos o corpo da mensagem, que varia de acordo com o objeto a ser enviado. As mensagens BIOP são colocadas em módulos, que posteriormente são divididos em blocos e inseridos em seções MPEG-2.

3.2.3 Encapsulamento Multiprotocolo O encapsulamento multiprotocolo (MPE) permite que um datagrama de qualquer protocolo de comunicação seja transmitido na seção de uma tabela privada DSM-CC sobre um fluxo de transporte (TS) através do seu mapeamento em uma estrutura específica definida no padrão MPEG-2 Systems. Esta estrutura, que é composta por uma seqüência binária com informação relativa à própria estrutura (overhead), além do espaço disponível para o transporte dos dados (payload), corresponde à seção de uma tabela privada DSM-CC (DSM-CC private section). O emprego mais comum é o tráfego Internet onde o pacote TCP/IP carrega a informação sobre os endereços lógicos (IP) da origem e do destino, assim como o endereço alvo do Controle de Acesso ao Meio (MAC), um endereço de rede único. Entretanto, o MPE suporta quase qualquer tipo de protocolo de rede, não sendo restrito aos dados TCP/IP. O MPE cobre aplicações unicast (datagramas objetivando um único receptor), multicast (datagramas objetivando um grupo de receptores) e a difusão ou broadcast (datagramas atingindo todos os receptores). Os datagramas são transportados nos datagram_sections, que seguem o formato da DSM-CC Section para dados privados (private section). A estrutura da seção fornece um formato eficiente mapeando os datagramas aos pacotes do fluxo de transporte (TS) MPEG-2 na transmissão e suporta a filtragem dos datagramas, acima da Camada de Transporte, baseados no endereço MAC [1] usando demultiplexadores existentes na recepção, que podem ser implementados em hardware ou software. A estrutura MPE pode carregar qualquer protocolo de rede usando o protocolo Logical Link Control (LLC), definido no padrão IEEE 802.2, e adicionalmente, se requerido pelo encapsulamento do LLC, o protocolo de acesso de sub-rede (SNAP) para indicar o protocolo de rede que está sendo transportado.

Em suma, o Codificador de Dados impacta diretamente no Middleware, uma vez que este precisa estar preparado para receber e tratar os dados enviados pelos mecanismos implementados na Codificação de Dados. Com relação à Produção de Conteúdo, a utilização dos métodos de Codificação de Dados necessita da utilização de servidores de aplicação que administrem os dados, cuidando do armazenamento dos dados a serem transmitidos, a estruturação de pacotes, freqüência de envio pela rede, entre outros. O Canal de Interatividade depende dos mecanismos disponibilizados pela Codificação de Dados para a comunicação de dados desvinculados da programação de televisão, em especial os que necessitem de endereçamento. Na ausência destes mecanismos, os dados desvinculados da programação televisiva são transmitidos apenas usando a estrutura de datacasting, disponibilizada pela Camada de Transporte, mas que necessita que a aplicação interativa à qual se destine consiga interpretar todos os dados da estrutura.

4- Estruturas dos pacotes utilizados na Camada de Transporte O encapsulamento de dados é responsável pelo mapeamento dos ES em uma estrutura de transporte que envolve a sua adaptação. Esta adaptação pode incluir segmentação da informação, ajuste de frequência com a inserção de bytes de enchimento, informações de início e fim de quadro, pacote ou célula, que constituem sinalização de alinhamento para permitir sua recuperação na recepção.

4.1 Pacotes PES (Packetized Elementary Stream Packet) Para os sinais com característica síncrona, ou seja, sinais que possuem sincronismo entre si, as informações devem ser encapsuladas em uma estrutura de dados sofisticada que suporte dados relativos aos tempos de decodificação e apresentação das amostras, além de dados de relógio do programa e do sistema. Esta estrutura é denominda PES Packet. [8] Os sinais codificados, áudio e ou vídeo, são agrupados em uma estrutura de pacote conforme as figuras 7 e 8.

Figura 7. Estrutura geral do pacote PES

Onde:

? Cabeçalho (Header): é utilizado para identificar o tipo do pacote PES. ? Cabeçalho opcional (Optional Header): é utilizado para transmitir

informações adicionais do cabeçalho.

? Payload: é utilizado para transmissão dos dados.

Figura 8. Estrutura detalhada do pacote PES

Onde:

? Packet start code prefix: é um código que representa o começo do pacote de PES e deve obrigatoriamente ser fixado em 0x000001;

? Stream id: é usado para identificar o tipo e o número do fluxo elementar (sinais

codificados); ? PES packet length: indica o número de bytes no pacote PES após este campo.

O valor ‘0’ indica que o tamanho do pacote PES não é especificado e não tem limites. O valor ‘0’ só é permitido para pacotes PES quando o payload for composto por fluxos elementares de vídeo;

? Opcional PES header: deve estar de acordo com a ISO/IEC 13818-1 [12];

? Stuffing bytes ou bytes de preenchimentos devem ter valor fixo em 0xFF e

não devem exceder 32 bytes em comprimento.

4.2 Pacotes de Seção (Section Packets): Aplicável tanto para sinais assíncronos quanto para síncronos. Esta estrutura é amplamente empregada no interfuncionamento com redes de dados, além de acomodar a informação específica de programa (PSI – Program Specific Information) que entre outras funções, descreve a estrutura de multiplexação, localizando e identificando as informações dos sinais fonte a serem apresentados ao usuário, ou seja, sinais de controle de transmissão. Os sinais de controle de transmissão são representados através das seguintes estruturas [4]: a) PAT (Program Association Table): lista todos os programas existentes no TS e os identificadores (PID- Packet Identifier) dos pacotes TS que carregam as tabelas PMT; (Program Map Table) dos programas. b) PMT (Program Map Table): contém os identificadores (PID- Packet Identifier) dos pacotes TS que carregam os sinais codificados que formam cada um dos programas de radiodifusão e informações de acesso condicional comum aos programas;

Na figura 9 é mostrado como é estruturado um TS com base nas tabelas PAT e PMT[15]

Figura 9. Estrutura de um TS definida pelas tabelas PAT e PMT

c) CAT (Conditional Access Table): contém o identificador do pacote (PID- Packet Identifier) das informações de acesso condicional individual (EMM-Entitlement Management Message); d) NIT (Network Information Table): especifica as informações que correlacionam freqüências e outras informações do canal de transmissão com os programas de radiodifusão; e) a informação de arranjo dos programas (SI: Service Information): indica o arranjo da seqüência de programa em um canal de transmissão, tais como:

? EIT (Event Information Table): é a tabela que transporta os dados referentes a grade de programação da emissora. Através da EIT que o receptor, ou set-top-box, poderá montar e exibir o guia de programação ao usário.

? TOT (Time OffsetTable): é responsável por transportar o horário e dia atual para

que o set-top-box possa mostrar adequadamente o guia de programação e indicar corretamente qual programa está sendo apresentado a cada instante.

O formato geral de um pacote de seção está ilustrado na Figura 10.

Figura 10. Estrutura geral do pacote de seção

O formato estendido um pacote de seção está ilustrado na Figura 11.

Figura 11. Estrutura estendida do pacote de seção

Onde:

? Cabeçalho: identifica o tipo de seção ? Payload: utilizado pra transmitir dados ? CRC: utilizado para detecção de erros

O formato geral da estrutura do cabeçalho do pacote de seção está ilustrada na Figura 12 e formato estendido na Figura 13.

Figura 12. Estrutura geral do cabeçalho do pacote de seção

Figura 13. Estrutura estendida do cabeçalho do pacote de seção

Onde:

? Table id : indica a que tabela a seção pertence;

? Section syntax indicator: um campo de apenas 1 bit que determina o formato normal ou estendido, respectivamente quando for ‘0’ ou ‘1’;

? Section length: um campo de 12 bits, que descreve o número de bytes de dados que sucedem esse campo. O valor deste campo pode variar de acordo com a tabela PSI ou SI;

? Table id_extension: é o campo que serve de extensão para o Table id;

? Version number: campo que descreve o número da versão; ? Current next indicator: um campo de apenas 1 bit. Quando definido com o

valor ‘1’ indica que a tabela de associação de programas enviada é válida e aplicável no momento. Quando este bit for definido por ‘0’, indica que a tabela enviada não é aplicável e que o sistema deve aguardar a próxima tabela válida;

? Section number: um campo de 8 bits, que informa o número da seção contida

na tabela;

? Last section number: um campo de 8 bits, que especifica o número da última seção contida na tabela;

? CRC_32: um campo de 32 bits utilizado para detecção de erros.

4.3 Pacotes TS Os pacotes PES e as seções devem ser transmitidos através de pacotes TS (TS packet), ilustrados na Figura 14.

Figura 14. Estrutura geral do pacote TS

Onde:

? Cabeçalho: utilizado para identificar o tipo do pacote do TS;

? Adptation field: utilizado para transmitir informações adicionais do cabeçalho;

? Payload: utilizado para transmitir pacotes PES ou seções.

A estrutura do cabeçalho do pacote TS é ilustrada na Figura 15.

Figura 15. Estrutura do cabeçalho do pacote TS

Onde:

? Sync byte (byte de sincronismo): cujo o valor deve ser 0x47;

? Transport error indicator (indicador de erro de transporte): um flag indicativo da presença de qualquer erro de bit no pacote TS (TS packet). Se esta sinalização contiver o valor ‘1’, indica que o pacote TS tem um erro incorrigível de pelo menos um bit;

? Payload unit start indicator (indicador de início): indica que o payload deste

pacote TS deve começar no início ou no apontador do pacote PES quando este contém o valor ‘1’;

? Transport priority: um flag que indica a prioridade de transporte entre os

pacotes com o mesmo PID. O pacote com valor ‘1’ recebe prioridade;

? PID: campo que identifica o tipo de dados do payload. Os tipos de dados do payload podem ser as tabelas PAT, CAT, NIT outras, podem ser outras tabelas e ou pacotes nulos.

? Transport scrambling control (controle de embaralhamento de transporte):

um campo que identifica o modo de embaralhamento (scrambling mode) do payload para o pacote TS;

? Adaptation field control (controle do campo de adaptação): um campo que

indica a configuração do campo de adaptação/payload. O campo de adaptação/payload deve obrigatoriamente estar de acordo com a Tabela 4;

? Continuity index (índice de continuidade): um campo que especifica a

sucessão de pacotes de TS com o mesmo PID. O valor deste campo deve começar com ‘0000’ e deve ser incrementado em 1. Este campo deve retornar ao valor ‘0000’ quando alcançar o valor ‘1111’. Porém, deve ser assegurado que o mesmo pacote de TS deve ser transmitido no máximo duas vezes dentro de uma fila e que no caso de repetição o valor deste campo não deve ser incrementado;

? Adaptation field (campo de adaptação): deve atender à ISO/IEC 13818-1.

5- Sistema de Informação (SI) As emissoras de TV transmitem um conjunto de informações, contendo as tabelas de programação, a descrição dos programas e outras informações auxiliares, de modo a subsidiar os mecanismos de busca e navegação. As tabelas SI são compostas por um conjunto de tabelas hierarquicamente associadas que compõem as tabelas MPEG-2/PSI. [4] Com os dados transmitidos pelas tabelas SI, torna-se possível, através de um receptor digital de televisão terrestre, a seleção de canais e eventos existentes. Os dados que permitem ao receptor configurar automaticamente os serviços existentes para sua apresentação são, em sua maioria, especificados na ISO/IEC 13818-1 como tabelas PSI ou tabelas de informações específicas de programas. Seguem algumas das informações que as tabelas podem carregar [5] , [6] e [7]:

? os serviços existentes em um transport stream (TS); ? informações em ordem cronológica sobre os eventos existentes por serviço; ? referência para informar data e hora do sistema; ? informar ao receptor a hora, data, fuso horário e a existência de horário de verão; ? permitir atualização rápida e precisa do estado de um ou mais eventos, como

“pausing” ou “running”. É necessária quando ocorrem alterações de horário de programação;

? informações relacionadas aos índices dos programas, quando os programas devem obrigatoriamente ser transmitidos;

? informações sobre referência a outras tabelas, etc. É esperado que o guia de programação eletrônica (EPG) seja uma das funcionalidades nas transmissões terrestres de televisão digital, através dos dados especificados nas tabelas, podendo ser utilizados como base para a criação desta grade de programação eletrônica. Os campos descritores que são definidos nas tabelas, estrutura de tabelas PMT, CAT e NIT por exemplo, são utilizados para carregar informações como:

? identificação do direito de cópia ; ? identificação do nome da rede/emissora/operadora; ? identificação da organização dos canais e seus tipos; ? identificação do nome do serviço e o nome de sua empresa/organização; ? identificação da lista de serviços com horário de mudança que pertence a um

serviço do tipo “vídeo quase sob demanda”; ? identificação detalhada de um evento; ? identificação de um gênero de programa; ? identificação do formato do sinal de dados; ? identificação de região de alvo ;

? identificação de controle da decodificação de vídeo na mudança de eventos; ? identificação do esquema de carrossel de dados, etc. A Figura 16 apresenta um exemplo de uma estrutura de quadro da tabela PMT, aonde são definidos os descritores:

Figura 16. Exemplo de estrutura de quadro da tabela PMT

Existem tabelas e descritores que não fazem parte do SI, mas são utilizados nos Section Packets com funções específicas, tais como pode-se citar:

? Tabela ECM (Entitlement Control Message), cuja a função é de transmissão de informação comum que deve consistir na informação de programa (informação relacionada a programas e chaves para desembaralhar sinal etc.);

? Tabela EMM (Entitlement Management Message), cuja função é de transmissão de informações individuais que devem incluir informações contratuais para cada usuário e sua chave de trabalho para decodificar informações comuns;

? Tabela de início de atualização de software de receptores (SDTT), transmitir

instruções sobre notificação de atualizações de receptores, tais como o “service_id”utilizado para a atualização, planejamento de horário e tipos de receptores que devem obrigatoriamente estar cobertos pela atualização;

? Descritor relacionado ao identificador da rede ? Descritor do fornecedor de serviço de transmissão encarregado da indicação automática da mensagem;

6- Conclusão: A camada de transporte possui um importante papel dentro do sistema de TV digital, pois como foi visto, é responsável por controlar não só todo o fluxo a ser transmitido pela emissora, mas também por configurar os parâmetros de transmissão. Devido a sua estrutura podemos implementar varias funcionalidades que não são possíveis nas

transmissões analógicas e é o meio pela a qual a interatividade pode ser implementado em conjunto com a camada de middleware e o canal de retorno, pois através da camada de transporte é possível enviar dados assíncronos capazes de modificar as relações temporais e espaciais de uma cena. O estudo feito para elaboração deste trabalho demonstrou o grande potencial da TV digital de ofertar novos serviços, tais como: oferta de guias eletrônico de programação, o controle de acesso e proteção de conteúdo, serviços bancários, serviços de saúde, serviços educacionais, serviços de governo e, em especial, os programas não lineares.

7- Referências Bibliográficas [1] CPqD - Sistema Brasileiro de TV Digital : Arquitetura de Referência - fev/2006 Disponível em : http://sbtvd.cpqd.com.br/ [2] CPqD - Sistema Brasileiro de TV Digital : Modelo de Referência - fev/2006 Disponível em : http://sbtvd.cpqd.com.br/ [3] PUC-Rio - TV digital interativa no Brasil se faz com GINGA : Fundamentos, Padrões, Autoria Declarativa e Usabilidade. – Simone Diniz Junqueira Barbosa e Luiz Fernando Gomes Soares – 2008 Disponível em :www.ginga.org.br [4] ABNT -15603-1 - Televisão digital terrestre — Multiplexação e serviços de informação (SI) Parte 1: SI do sistema de radiodifusão – 08/2008 Disponível em :http://www.abnt.org.br/m3.asp?cod_pagina=1249 [5] ABNT -15603-2 - Televisão digital terrestre – Multiplexação e serviços de informação (SI) Parte 2: Estrutura de dados e definições da informação básica de SI– 08/2008. Disponível em :http://www.abnt.org.br/m3.asp?cod_pagina=1249 [6] ABNT -15603-3 -Televisão digital terrestre — Multiplexação e serviços de informação (SI) Parte 3: Sintaxes e definições de informação estendida do SI – 08/2008. Disponível em :http://www.abnt.org.br/m3.asp?cod_pagina=1249 [7] ABNT -15603-3 -Televisão digital terrestre — Codificação de dados e especificações de transmissão para radiodifusão digital Parte 1: Codificação de dados – 08/2008. Disponível em :http://www.abnt.org.br/m3.asp?cod_pagina=1249 [08] ABNT -15602-3 Televisão digital terrestre — Codificação de vídeo, áudio e multiplexação Parte 3: Sistemas de multiplexação de sinais – 08/2008 Disponível em :http://www.abnt.org.br/m3.asp?cod_pagina=1249

[09] ITU-R Document 11-3/3-E. A Guide to Digital Terrestrial Television Broadcasting in the VHF/UHF Bands. Genebra. Suiça. 1996.

[10] Decreto 4.901, de 26 de novembro de 2003 - Institui o Sistema Brasileiro de Televisão Digital - SBTVD Disponível em: http://www.indecs.org.br/index.php?option=com_content&task=view&id=39&Itemid=46 [11] . ITU-T Recomendação H.222 Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems. Genebra. Suiça 2000a. [12] ISO/IEC. Information technology - Generic coding of moving pictures and

associated audio information: Systems. 13818-1, 2000. [13] ISO/IEC 13818-6 Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information Part 6: Extensions for DSM-CC. Genebra, Suiça. 1988 [14] PUC - O Fluxo MPEG2-Systems Disponível em: http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0310814_05_cap_02.pdf [15] Datacasting e Desenvolvimento de Serviços e Aplicações para TV Digital Interativa Valdecir Becker, Carlos Piccioni, Carlos Montez, Günter H. Herweg Filho Disponível em: http://www.itvproducoesinterativas.com.br/pdfs/A-Datacasting-webmidia.pdf