TV Digital ISDB
ISDB - Padrão Japonês
O ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting), sistema japônes de TV Digital foi criado em 1999 pelo consórcio DIBEG(Digital Broadcasting Experts Group), que tem a emissora NHK como principal sustentáculo. Inicialmente, o ISDB substituiu o antigo MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding), um sistema analógico de televisão de alta definição, com modo de transmissão era via satélite. Já em 2003, os primeiros receptores para televisão digital terrestre começaram a ser comercializados, expandindo assim a TV digital no território japonês. Desta forma, o Japão, que havia começado as primeiras pesquisas sobre televisão de alta definição em meados dos anos setenta, tinha agora um padrão completamente digital que também englobava o conceito de televisão de alta definição.
O padrão ISDB é formado por um conjunto de documentos que definem as medidas adotadas em relação ao meio de transmissão, transporte, codificação e middleware, camada de comunicação entre o software e hardware. O sistema utiliza a tecnologia exclusiva de modulação BST-OFDM que permite dividir a banda de 6 MHz em 13 segmentos. Esses 13 segmentos podem ser divididos em três grupos hierárquicos diferentes, que lhe conferem maior ou menor robustez, dependendo da aplicação a que se destinam. Um desses segmentos é reservado à transmissão para receptores móveis e portáteis, tais como celulares, PDAs e notebooks, com parâmetros de transmissão adequados a essa aplicação. Ao mesmo tempo e no mesmo canal, os outros 12 segmentos podem ser utilizados para transmissão para receptores fixos em HDTV e/ou SDTV.
Do ponto de vista de tecnologia e desempenho, o padrão japonês pode ser considerado o mais avançado, pois teve a mobilidade e flexibilidade como principal pré-requisito durante o seu desenvolvimento, sendo assim adequado para recepção portátil de dados e imagens. Além deste fato, este padrão tem uma intensa convergência, suporta modulação digital de alta qualidade e ainda engloba os conceitos de televisão de alta definição [ISDB,1998]. Outro grande diferencial do ISDB é a segmentação de canais. Isto significa que o canal digital é subdividido em vários sub-canais que permite assim a transmissão paralela de vários serviços. Enfim, o ISDB utilizou as qualidades do já existente DVB (europeu) e incrementou novos e poderosos conceitos que tornaram este padrão o mais robusto da atualidade.
Transmissão no Padrão ISDB
Os sinais de áudio e vídeo são digitalizados, sendo a seguir multiplexados para formarem um fluxo (de bits) de programa. A seguir, um ou mais fluxos de programa são multiplexados para formar um feixe de transporte (Transport Stream). Essa multiplexação é feita no padrão MPEG-2:Sistemas. O feixe de transporte (que pode variar de 4 a 24 Mbit/s) é então colocado num codificador de canal (equivalente, no mundo analógico, ao modulador de RF).
O Feixe de transporte é encaixado num grande número de pequenas portadoras. Esse número pode variar de 1.400 a 6.800 mini-portadoras. Cada mini-portadora leva um fragmento da informação. Esse método de transmissão é conhecido como COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), os bits, ao serem encaixados nas mini-portadoras, são espalhados aleatoriamente (espalhamento espacial). Assim, se alguma mini-portadora “morrer no caminho” (por exemplo, por causa de uma interferência eletromagnética numa freqüência específica), a informação remanescente nas demais mini-portadoras é em geral suficiente para se recuperar a informação original, além do espalhamento espacial, existe também um espalhamento temporal – ou seja, um conjunto de bits pode ser colocado num fragmento mais à frente ou mais atrás. Com isso, o ISDB consegue obter maior robustez para ser recebido em veículos em movimento.
No ISDB os diversos parâmetros envolvidos na modulação – robustez do código corretor de erros (FEC), intervalo de guarda, tipo de modulação de cada fragmento (64-QAM, 16-QAM ou QPSK), e número de mini-portadoras – pode ser ajustado pela emissora. Com isso, pode-se obter uma alta robustez, embora com uma baixa taxa de bits, por exemplo, 4 Mbit/s – ou uma alta taxa de bits, como 24 Mbit/s, mas com baixa robustez contra as interferências.
Para a codificação de vídeo, é utilizada o MPEG-2. Nos sistemas analógicos, as reflexões (ecos) que o sinal sofre (ao bater contra edifícios ou morros) provocam fantasmas na imagem. Em sistemas digitais, acima de um determinado limiar, eles detonam o sinal. Para melhorar a robustez contra os ecos, no ISDB, os fragmentos de informação não são transmitidos de forma contínua: existe um intervalo de guarda entre um fragmento e outro. Com isso, o ISDB têm maior robustez para ser recebido, por exemplo, por meio de uma antena interna.
O padrão ISDB permite a chamada transmissão hierárquica. Nesse caso, os bits a serem transmitidos são divididos em três grupos, e cada grupo pode ter um grau de robustez diferente. Com isso, é possível fazer com que parte dos sinais seja forte o suficiente para ser recebido nas áreas mais afastadas, ou nas zonas de sombra, ou mesmo por terminais móveis enquanto que uma outra parte seria recebido apenas por receptores melhor localizados ou com antenas mais parrudas. Uma possível aplicação da transmissão hierárquica é, por exemplo, dividir o sinal de TV em duas partes. Uma parte, correspondente à imagem em definição padrão (SDTV), seria transmitida no modo mais robusto, enquanto uma outra parte, o complemento das informações necessário para compor uma imagem de HDTV, seria transmitido no grupo menos robusto. Assim, para uma pessoa ter uma imagem HDTV, ela precisaria (i) estar localizada em região de recepção favorável ou utilizar uma antena externa de boa qualidade. Nos demais casos, a pessoa teria uma imagem SDTV.
A Imagem HDTV é a televisão de alta definição. Aumenta a definição da imagem e do sinal áudio. A Imagem SDTV é a imagem com definição normal, ou seja, praticamente a mesma oferecida pela TV analógica.
-Dispersão de energia: sua função é tornar o feixe de entrada (pacotes MPEG-2) aleatório, para evitar a concentração de energia no espectro do sinal;
-Codificação Externa: feita para correção de erros. É realizada sobre cada pacote MPEG-2. Emprega um codificador do tipo Reed- Solomon. Trabalham com pacotes de M bytes, aos quais são acrescentados N bytes de paridade;
-Entrelaçador: tem a função de quebrar longas cadeias de erros de transmissão que não poderiam ser corrigidas pelos decodificadores;
-Codificador Interno: utilizado para proteger os bits na transmissão;
-Devido ao entrelaçador de dados, não existe mais a noção de pacotes MPEG-2;
-Modulador: em geral é feito com Modulação Codificada por Treliça ou por Bloco.
Serviços, Aplicações e TV Interativa
Devido à transmissão ser digital, dentro de algumas restrições, pode-se transmitir qualquer tipo de informação nesse trem de bits. Assim é que, pode-se ter um único programa de HDTV (que requer cerca de 18 Mbit/s), ou 4 programas em definição comum (SDTV, 4 Mbit/s cada). Pode-se ter também um mesmo programa com 4 imagens diferentes (ângulos de visão diferentes). Pode-se transmitir também informações complementares em forma de textos, gráficos, outro idioma, etc. Basta que todo esse conjunto de bits caiba no feixe de transporte.
Um conjunto importante de aplicações é a TV Interativa. Nesse caso, usa-se a capacidade de processamento da TV, aliado ao armazenamento de bits na memória local, para que a TV tenha funcionalidades semelhantes ao de um PC. A interação é feita com o controle remoto ou com um teclado sem fio. Do ponto de vista técnico, existem 3 grandes categorias de programas interativos.
No primeiro grupo, todas as informações são transmitidas ao usuário, sendo então armazenadas no receptor. O usuário, ao interagir com o programa, estará na verdade “navegando” dentro dos dados localmente armazenados. Chamamos a isso de “interatividade local”, ou enhanced broadcasting.
No segundo tipo, utiliza-se um canal de retorno, geralmente via rede telefônica. Claro, existem ainda dados localmente armazenados com os quais o usuário faz parte da interação, mas sempre que necessário, o receptor envia mensagens ou requisições para algum servidor localizado alhures. Isso é conhecido como interactive broadcasting
O terceiro tipo junta esses dois, para formar o chamado internet access profile. Ou seja, a TV passaria a atuar com todas as funcionalidades de um PC com acesso internet. Para criar um programa de TV Interativa, junta-se os dois mundos: existe a edição de vídeo (como no caso do vídeo analógico), acrescentando-se a isso a parte interativa propriamente dita. Criar essa parte interativa é como criar páginas para a web – aliás, existe um esforço em nível mundial para que sejam criados padrões e ferramentas nesse sentido
Esses padrões para TV Interativa – chamados de API (Application Programming Interface), ou, inadequadamente, de middleware, são na verdade bibliotecas de funções (em software), que permitem ao programador (ou ao programa) acionar mecanismos de hardware (como por exemplo ler uma informação no disco) e software (como por exemplo desenhar um retângulo na tela). Existem diversas APIs proprietárias, tais como a OpenTV (utilizada pela DirecTV), a NDS (usado pela Sky) e a MicrosoftTV (usado pela GloboCabo). E existem as APIs públicas, que é o ARIB-Std-B24 (no ISDB). Todos eles, em maior ou menor grau, são baseados na linguagem de programação Java. Portanto, para se criar um programa de TV interativa, é preciso primeiro criar os segmentos de áudio e vídeo que irão compor esse programa. A seguir, é criado um “roteiro”, em linguagem Java. Finalmente, esse roteiro deve ser compilado (como se faz com os programas de computador), utilizando alguma ferramenta. E então tem-se um pacote MPEG pronto para ser transmitido.
