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INTRODUÇÃO 

A TV digital é a nova tecnologia de televisão que, ao longo dos próximos anos, substituirá a atual televisão analógica . 
Com a TV digital, o telespectador vai ter em casa uma imagem DVD com até cinco vezes a resolução da imagem atual - este é um dos aspectos da TV de alta definição (HDTV) - e som com qualidade de CD.

A TV analógica em relação a seu aspecto de 4:3 possui uma resolução que podemos comparar com o antigo cinema de 16mm, que tem aproximadamente 125.000 elementos de imagem por quadro. 

Um dos aspectos inovadores da TV digital é o formato de tela e a qualidade de resolução de imagem. 
A resolução de imagem esta ligada diretamente a dois componentes que são:
-  a resolução espacial ( que é definida pelo número de pixels) e 
- a resolução temporal que é a quantidade de quadros por segundo. 
Isso nos dá a possibilidade de amostrar a imagem em 2 categorias básicas que são elas:

HDTV - Televisão de Alta Definição 

A TV digital trabalha com um formato de tela igual ao das telas de cinema chamado de widescreen (com formato de 16:9) enquanto a analógica possui um formato de 4:3, isto é, a relação de aspecto de uma tela de tv analógica é de 4/3, ou seja, quatro unidades de comprimento no sentido horizontal por três no sentido vertical. Para isso usam-se 525 linhas por quadro e são transmitidos 30 fps [frames (quadros) por segundo].
Feita a digitalização dos sinais de TV analógica temos uma taxa total de bits igual a 216 Mbit/s.
Para o HDTV temos um sistema com 1125 linhas por quadro que são transmitidos a 30 fps. Isso nos da uma taxa de bits igual a 1,24 Mbit/s 
Uma superioridade de resolução 5 vezes maior .

SDTV - Televisão com Definição Normal

O modo SDTV, é um sistema de 525 linhas/ quadro, com varredura intercalada de 30 fps. Assim o sistema SDTV possui 483 linhas ativas por quadro.
Isto lhe da uma taxa de bits igual a 248 Mbit/s, próximo a tv analógica no formato 4:3 mas ainda assim com uma resolução de imagem bem superior .
Ë notório também que a taxa de bits correspondente a um programa em HDTV equivale a 4 em SDTV, tudo isso dentro de um único canal de 6 Mhz utilizado hoje.
Ao contrário do que muitos pensam, televisão digital não é sinônimo de TV de alta-definição - a HDTV/SDTV é apenas um dos vários avanços possibilitados pelas mídias digitais de transmissão e recepção. 
Além disso, a tecnologia digital permite integrar diversos aparelhos e criar novas aplicações, com a convergência entre diversas tecnologias. 
Logo será possível receber noticias, informações ou programas de TV em telefones celulares de última geração ou em palmtops. 
A nova tecnologia também possibilitara a interatividade, múltiplos programas e acesso a informações adicionais sobre a imensa programação da tv digital.

CLASSES DE INTERATIVIDADE

Muito se tem discutido sobre TV digital e seu uso como principal solução para a "Inclusão Digital" . 
Porém poucos textos tem tratado do assunto "interatividade" como um dos caminhos para essa inclusão.
E mais, se ela será realmente possível ou não.
Quando falamos em interatividade, temos 5 classes diferentes dentro da TV DIGITAL, representando o quanto o telespectador esta realmente "interagindo" na programação que esta assistindo ou não. 
São eles: 

- TIPO 1 :INTERAÇÃO FORTE: 
Transmissão bidirecional simétrica (Usado Sistemas de Radiodifusão, Redes de comunicação de dados: SDN,HFC, etc).
Esta interação dá-se usualmente pelas altas taxas de transmissão tanto de upstream como de downstream, usuais das redes de tv a cabo que usar arquitetura HFC (híbridos de fibra óptica e cabo coaxial)

- TIPO 2 - INTERAÇÃO FORTE: 
Transmissão bidirecional assimétrica de retorno solicitado pelo usuário (Usado em Sistemas De Radiodifusão, com tecnologia TDMA e CDMA
Essa interação faz o compartilhamento do canal de retorno entre os usuários, usando preferencialmente tecnologias como CDMA ( Acesso Múltiplo por Divisão de Código) ou TDMA ( Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo).

- TIPO 3 - INTERAÇÃO MEDIA: 
Transmissão bidirecional assimétrica com retorno solicitado pelo provedor de informação.
Nesta interação, o usuário apenas pode escolher entre algumas opções propostas pela emissora

-  TIPO 4 - INTERAÇÃO FRACA: Transmissão bidirecional assimétrica com retorno off-line.
Nesta interação, como o retorno é off-line não há possibilidade de mudança na programação 

- TIPO 5 - INTERAÇÃO SEM CANAL DE RETORNO: Transmissão unidirecional, sendo o set top box apenas um servidor de aplicações.
Nesta classe não há interação nenhuma pois o sinal transmitido pela emissora traz opções incorporadas nele que são armazenadas na memória da caixa digital, e o telespectador na verdade somente escolhe as opções que o aparelho lhe oferece.

Dessas classes que vimos, apenas as classes 1, 2 e 3 podem ser realmente chamadas de classes interativas, uma vez que possibilitam uma resposta do usuário a um determinado apelo, ou sua intervenção no conteúdo exibido.

Se formos mais excludentes e nos focarmos para a interatividade que é necessária para a Inclusão Digital (e dessa forma estamos falando de aplicações como acesso a Internet , aulas interativas, vídeo conferência ,etc) então apenas as classes 1 e 2 são realmente "interativas", pois define-se interatividade como sendo , "a interação recíproca entre dois meios". 
No caso em estudo, o telespectador e a emissora trocam informações (através de um canal bidirecional).

Se hoje a tv aberta se utiliza de meios de comunicação como telefone,Internet e fax para fazer com que o telespectador participe indiretamente de sua programação, com a TV digital a convergência destas mídias (telefone, internet) passara a concretizar o dialogo entre o telespectador e a programação da emissora, através de dados recebidos e armazenados nas caixas digitais ou set top box. 
E, acima de tudo, o por um canal de retorno que possibilite a interatividade real. 

Entre as formas de se transmitir TV Digital temos: por Cabo, por Satélite ou antena de microondas, e "pelo ar" - 
que no Brasil convencionou-se a chamar "tv aberta".
Temos ainda a própria linha telefônica, mas no Brasil essa modalidade de transmissão ainda depende de maiores estudos. 
Dessas formas de transmissão as que possuem algum tipo de canal de retorno ativo, são a por cabo, (que já utiliza parte de sua banda para transmissões de internet de alta velocidade) e os satélites . 
O canal de retorno para a tv aberta, esta sendo estudado preliminarmente como a própria linha telefônica do usuário interligada ao set top box. 
Dos estudos e testes realizados em universidades , esse parece ser até então a melhor alternativa para prover interatividade aos usuários finais de tv digital terrestre.
Então quando pensamos na tv digital como um produto voltado para as massas e que virá diminuir o abismo social em nosso país, não estamos fazendo uma analise realista, pois quando um nova tecnologia é introduzida, ela é adotada inicialmente por uma elite que tem poder intelectual e econômico para assimila-la antes de que esse novo meio chegue às outras classes. 
Temos que levar em conta também que a tv digital e, principalmente, os serviços oferecidos por ela não estarão à disposição de todos.
Colaboram para justificar essas prerrogativas os preços e modelos dos set top box, cada um capaz de oferecer determinados serviços digitais diferenciados. 
E, à medida que se somam esses serviços, o custo do aparelho sobe exponencialmente.
A necessidade de um aparelho de baixo custo e capaz de oferecer interatividade é o verdadeiro desafio para a implantação de uma tv digital que sirva também às massas e não só a uma minoria.

Set Top Box - um breve estudo

O conceito de "Caixa Digital", ou Unidade Receptora Decodificadora (URD), ou simplesmente Set Top Box (STB) nasceu como uma plataforma para aplicações multimídias para redes de serviços digitais interativos.

Os set top box são constituídos por hardware e software (algumas vezes erroneamente chamados de middleware em algumas literaturas). 
São responsáveis pela recepção em HDTV,SDTV e permitem que aparelhos analógicos possam receber imagens digitais.

O middleware é uma camada de software que faz a interface entre o hadware da caixa digital e as aplicações da Tv Interativa. 
O middleware pode ser um ou mais programas residentes na memória do set top box e pode ser atualizado de forma automática pelo provedor de serviços de tv digital de forma remota.

A Caixa Digital é formada por:
- Placa Mãe : Responsável por receber todas as informações referentes ao sinal digital e compartilha-la com os demais componentes.
- Sintonizador: É o receptor em si, capaz de receber os diferentes sinais das redes digitais baseadas nas modulações ( QAM, COFDM ,QPSK, 8-VSB).
- Decodificadores: Convertem os bits recebidos em formatos de áudio, vídeo e dados.
Temos decodificadores de vídeo, decodificadores de áudio e interpretadores de dados.
Após os dados serem decodificados eles são enviados para a CPU.
Na CPU o microprocessador é o responsável por:
- inicialização do sistema,
- processamento de aplicações da Internet e Tv interativa,
- administração de IRQs ("Interrupt Request") do hardware e
- retirada de dados e interrupção de memória.

Armazenamento: Pode ser feito desde uma simples memória volátil do tipo flash, até HD's internos ou externos com alta capacidade de gravação. 
É através dessas interfaces que temos uma das mais populares características do set top box, o PVR ( Personal Vídeo Recorder), que é a propriedade de se armazenar a programação das emissoras no HD (hard drive)  do set top box, possibilitando ainda "rebobinar" ou adiantar o programa de televisão gravado (mais detalhes no próxima seção).

A maioria das caixas digitais apresentas interfaces de conexões para periféricos adicionais como:
IEEE 1284 - Porta Paralela
USB - Universal Serial Bux
IEEE 1398 - Firewire
10 Base T ( Ethernet TCP/IP)
PCMCIA TIPO II - Smart Cards
Interface Serial RS-232 

Sistema Operacional: A estrutura da caixa digital necessita de um sistema operacional robusto, multitarefa capaz de processar dados e validar mensagens de segurança .
Alguns exemplos de S.O para STB, são: 
Linux, JavaO.S (SUM) e Windows CE (Microsoft).

APROFUNDANDO-SE NA ARQUITETURA - O MODELO OSI E COMO OS DADOS SÃO TRATADOS NO SET TOP BOX

Dando uma olhada no modelo TCP/IP padrão e na arquitetura do set top box mostrada na figura acima.

A tv digital foi criada sobre um sistema de 3 camadas:
1 - Aplicação 
2 - Serviços e Telecomunicações 
3 - Plataformas ( padrões de transmissão) 

A interatividade na Tv Digital esta intimamente ligada a forma como os dados são tratados pelo set top box e como esses são interpretados pelas diversas interfaces de processamento.
Os serviços interativos da TV Digital  são aqueles que necessitam de um canal de retorno para o usuário.
São eles: E-COMMERCE,JOGOS, E-MAIL, INTERNET. 
Conteúdos multimídia apesar de não necessitarem diretamente de um canal de retorno, mas que também podem se beneficiar dele são os serviços do tipo:
EPG - Eletronic Program Guide: guia eletrônico de programação. Eletronic Programming Guides são guias digitais, que auxiliam os usuários dos set top box a navegar pela enorme quantidade de canais e serviços que a Tv Digital traz.
Os EPG são divididos em :
- Básicos: informam ao usuário qual a programação que esta passando, qual vira a seguir e um resumo da programação semanal.
- Intermediários: contém diversos menus de informações sobre a programação em curso. Permitem ser configurados para atender melhor as necessidades do usuário. Alem dos menus existem também os mosaicos, que nada mais são do que uma tela, na qual são apresentados os logotipos dos vários canais ou imagens "on air" dos canais transmitidos. A seleção de um desses logotipos presentes no mosaico leva a um atalho para o respectivo canal.
- Avançados: são verdadeiros portais de serviços digitais interativos permitindo compras on-line, jogos e vídeo on demand (VOD), além dos serviços de configuração e informação dos programas em curso..


ENHANCED TV

Define-se por Enhanced TV uma série de característica avançadas associadas aos sinais de transmissão dos canais (programas), como consultas a estatísticas de um jogo, replay de melhores momentos, escolha de finais diferentes em programas com a participação do público, vários ângulos de uma transmissão de jogo ou eventos (multi-câmeras), visualização de receitas culinárias durante a transmissão do programa, etc. 
As informações sempre serão fornecidas pelo programador, e um ícone aparecerá na tela quando o evento permitir o acesso a estes dados. Deverá ser acionado por um botão no controle remoto.

VOD (Video On Demand)

Da acesso instantâneo a dezenas de filmes como se fosse uma vídeo locadora em casa. 
O usuário/assinante solicitará a transmissão de um filme (lista de filmes PPV (pay per view) disponíveis) para a data e horário de sua conveniência. Poderá ter o controle total, ou seja avançar, voltar ou parar a exibição do programa.

IPPV (Impulse Pay-Per-View)

É a compra de programas e/ou eventos, (como shows, filmes,jogos etc) feitos através do controle remoto. 

Todas esses serviços fazem uso de componentes API's (Application Programing Interface) ou middleware para serem interpretados pelas diversas camadas do set top box.
De uma forma geral na tv digital, no sinal da operadora trafegam pacotes de áudio, vídeo e dados.
Os pacotes de áudio e vídeo são tratados por seus respectivos drivers , enquanto que os pacotes de dados serão o objeto de nosso estudo.

O middleware e a Interpretação dos Dados

O middleware, é uma camada de software que faz a interface entre o hadware da caixa digital e as aplicações da tv interativa. 
O middleware pode ser um ou mais programas residentes na memória do set top box;  pode inclusive ser atualizado de forma automática pelo provedor de serviços de tv digital de forma remota.
Sabe-se que o middleware na tv digital, atua como uma ponte de comunicação entre o sistema operacional do set top box e as aplicações , por isso a denominação middleware (está no meio).
 Ele representa a abstração lógica das camadas centrais e superiores da pilha do software nas comunicações usadas nos sistemas de software e de comunicações do set top box.
O middleware equivale às camadas de Aplicação, Apresentação e Sessão do modelo OSI.
O Middleware é utilizado para "isolar" (falando a grosso modo) os programas de aplicações no set top box dos detalhes do hardware subjacente e dos componentes da rede . 
Dessa forma as aplicações para o aparelho podem operar de forma transparente através da rede sem ter que se preocupar com os protocolos subjacentes. 
Isso em teoria reduz consideravelmente a complexidade do desenvolvimento porque as aplicações podem ser escritas para tirar vantagem de uma API comum. 
Vamos supor que eu quero escrever uma aplicação dentro do set top box ,que use os recursos de um PC que se conecta a ele em rede.
Para desenvolver essa aplicação eu preciso apenas garantir que a aplicação residente no set top box interaja com a pilha de comunicação TCP/IP. 
Assim sendo basta que eu conheça as características do TCP/IP para produzir meu aplicativo, sem requerer maior conhecimento da arquitetura dos protocolos subjacentes do set top Box.

Embora o modelo OSI, seja o ideal didaticamente falando, na prática, para implementação é usado o modelo TCP/IP, que possui apenas 4 camadas (Aplicação, Transporte, Internet e Interface de rede).

Cada fabricante possui implementações ligeiramente diferentes mais todos seguem mais ou menos o modelo a seguir.
A plataforma é dividida em 5 camadas:

1 - Camada de Hardware - correspondente à camada Física . Nela estão alocados a Interface de Vídeo, MPEG e a Interface de Rede
2 - Camada que aloca o Sistema Operacional : em outras arquiteturas esta camada é chamada HAL (Hardware Abstration Layer) e é a forma de realizar a interface com os componentes de hardwares da 1º camada do set top box (pode ser entendida como uma extensão da primeira). Mas ela é sempre a responsável por realizar as conexões entre os aplicativos e as interfaces de hardware. 
3- Camada que aloca os Decodificadores e as bibliotecas de MPEG-2
4- API ou middleware - representa no modelo OSI as camadas de Aplicação, Apresentação e Sessão. 
O middleware utiliza os serviços do sistema operacional para controlar na TV aplicações com EPG, Pay-Per-View e Acesso Condicional
5- Camada de Aplicativos - aloca todos os aplicativos de tv digital que são todos aqueles que o middleware controla : EPG, pay-per-view, Acesso Condicional, etc.

Seguindo esse modelo a forma de transporte de dados obedece às especificações TCP/IP e os dados chegam até o set top box e são processados pela interface de rede; a seguir são enviados para a camada superior
( transporte) que por sua vez se comunica com a camada de aplicação via "sockets" . 
Quando o canal de retorno se da pela linha telefônica, a interface de rede usa o protocolo PPP (Point-to-Point-Protocol); e assim sucessivamente para cada tipo de canal de retorno adotado, seja por cabo ou satélite.

Conclusão:

Como vimos o set top box possui todos os recursos necessários para a tão falada convergência entre a Internet e tv. Cabe saber se seremos capazes de tornar essa convergência um produto de inclusão ou de exclusão tecnológica. 
A digitalização das transmissões, sejam elas terrestres, por cabo ou satélite, devem proporcionar meios de oferecer serviços interativos, vídeo-on-demand e cursos à distância que diminuam o abismo entre as classes e não que o amplie.
O que devemos fazer é nos preparar criando metodologias, desenvolvendo produtos e buscando respostas para essas questões .
Precisamos todos acreditar que nós, que criamos tecnologias, podemos "melhorar o mundo" !

(*)  O Coordenador deste site, Tom Jones Moreira de Assis (T.JONES@zipmail.com.br) é formado em Processamento de Dados pela Faculdade de Tecnologia de S. Paulo (FATEC). É especialista em redes Windows. É membro da Brazil IPv6 Task Force. Atua como consultor técnico e pesquisador de novas tecnologias, entre elas ,TvDigital, VoIP, Wi-Fi e IPv6.