Leonardo A. Ribeiro <leoar@lisha.ufsc.br>
Marcos F. Caetano <caetano@lisha.ufsc.br>
Alexandre Schulter <schulter@inf.ufsc.br>
Valdecir Becker <valdecir@nurcad.ufsc.br>
Calos Montez <montez@das.ufsc.br>
Edison Melo <melo@npd.ufsc.br>
Antônio A. M. Frohlich <guto@lisha.fsc.br>
Laboratório de Integração Software e Hardware (LISHA)
Núcleo de Redes de Alta Velocidade e Computação de Alto
Desempenho (NURCAD)
Centro Tecnológico - Universidade Federal de Santa Catarina (CTC/UFSC)
Resumo
1. Introdução
2. Infra-estrutura
3. A plataforma JavaTV
4. Protótipo
5. Considerações finais
Referências bibliográficas
As soluções encontradas atualmente para plataformas receptoras de TV digital, chamados SetTopBoxes, são caracterizadas por serem produtos proprietários, de soluções fechadas. O presente artigo apresenta os trabalhos iniciais realizados com o intuito de desenvolver um SetTopBox utilizando soluções abertas e que seja portável entre diferentes arquiteturas de hardware e fontes de conteúdo. O conjunto de tarefas foi dividido basicamente em duas frentes: a escolha, preparação e aprimoramento da plataforma de hardware e sistema operacional responsável por receber e decodificar o streaming de dados de TV Digital, e o ambiente de software que provê o controle semântico sobre as informações de mídia e aplicações desenvolvidas especialmente para possibilitar interatividade.
Sistemas de TV Digital requerem uma plataforma receptora para tratamento do conteúdo digital, compreendendo componentes de hardware dedicados, e uma ampla e flexível camada de software para prover todos os novos recursos que este sistema oferece, por exemplo, aplicações interativas multiplexadas junto com fluxo de mídia. Os dispositivos que implementam esta plataforma são comumente chamados de SetTopBoxes, sendo comercializados em países que utilizam TV Digital, como Estados Unidos, Japão e diversos países europeus. O Brasil, por sua parte, vem avaliando tecnologias, definindo políticas e executando projetos pilotos como o I2TV, projeto que fomentou os experimentos que conduziram a este artigo.
O projeto I2TV almeja desenvolver tecnologias e ferramentas de suporte à TV Interativa no ambiente Internet2 [3]. Este artigo descreve o estado atual do projeto nos trabalhos em infra-estrutura de recepção baseada em SetTopBox, o qual vem sendo desenvolvido no LISHA/Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) com enfoque na utilização e criação de tecnologias "abertas'". Esta decisão de projeto conduziu à escolha do sistema operacional LINUX e da API JAVATV como componentes fundamentais da plataforma, ao lado do padrão MPG2 TS que é consenso nas discussões sobre televisão digital.
A próxima seção descreve a infra-estrutura de hardware e sistema operacional que compõem a subcamada receptora de TV digital. Em seguida são descritos o conjunto de APIs JavaTV que desempenham o papel de middleware entre as aplicações e a subcamada de hardware e as adaptações realizadas na mesma para adequá-la aos objetivos do trabalho. Finalmente, a última seção descreve o protótipo inicial desenvolvido e os trabalhos futuros a serem realizados.
Este artigo visa, principalmente, registrar a metodologia utilizada nesse processo,
bem como as dificuldades e soluções apresentadas para as mesmas.
A partir da necessidade de se criar uma infra-estrutura de recepção de TV Interativa, baseada na recepção de streams de vídeo MPG2, definiu-se uma arquitetura de SetTopBox. Dentre todos os modelos pesquisados, algumas características básicas foram observadas, as quais apresentam-se na primeira camada da Figura 1.
Figura 1 - Disponibilização da Plataforma SetTopBox
Examinando o diagrama da Figura 1, destacam-se seus aspectos mais pertinentes:
Os recursos necessários para a execução de um aplicativo são determinados pela aplicação que irá executar na plataforma, em nosso caso o aplicativo TV. É fornecido um conjunto de APIs JavaTV o qual irá utilizar os recursos fornecidos pelo kernel do Linux. É necessária uma interface de rede, um decodificador de MPG2 e uma placa de vídeo juntamente com seus respectivos drivers para fornecer para a aplicação a capacidade de receber, decodificar e exibir os streams de vídeo.
A escolha da utilização do conjunto de APIs JavaTV [1], que constituem a extensão da plataforma Java para o desenvolvimento de conteúdo destinado à televisão interativa, foi motivada principalmente pela existência de uma Implementação de Referência (IR) gratuita e de código fonte aberto disponibilizada pela Sun no final do ano de 2000. Outros motivos foram os trabalhos anteriores realizados pelos parceiros do projeto I2TV sediados em Natal que utilizavam esta mesma IR, o que garante um conhecimento prévio do assunto para o projeto.
Sob o ponto de vista da adoção do JavaTV pelo mercado, pode-se considerar que isto vem ocorrendo de maneira indireta através do padrão Multimedia Home Plataform (MHP), produzido pelo consórcio europeu Digital Video Broadcasting (DVB), o mesmo que produz especificações para codificação de canal de transmissão. Além da Europa, o MHP vem sendo difundido em países que utilizam padrões de transmissão diferentes do DVB, e caminha para tornar-se um padrão de fato no desenvolvimento de conteúdo para TV digital. O MHP suporta boa parte das APIs do JavaTV, que é considerado um subconjunto do mesmo. Diversos pontos em comum entre o MHP e o JavaTV, como a utilização do Java Media Framework (JMF), o gerenciamento dos serviços e controle do ciclo de vida de aplicações, possibilitam o desenvolvimento de conteúdo para JavaTV que requeira pouca modificação para ser compatível com plataformas MHP.
Na IR do JavaTV, o SetTopBox, como fonte de informações pertinentes ao conteúdo (e não o conteúdo em si), é abstraído pelas classes do pacote com.sun.tv.receiver. As informações sobre as fontes transmissoras, serviços, programação e detalhes de componentes são obtidas de um arquivo em formato Xtended Markup Language (XML). Este arquivo XML é interpretado pela classe ReceiverFile, durante a inicialização da IR.
O principal problema enfrentado nos testes com o IR do JavaTV foi a falta de suporte para decodificação do MPEG2 com multiplexação Transport Stream (TS) pelo JMF. Buscando a resolução deste problema, duas abordagens poderiam ser utilizadas. A primeira é a utilização do Java Native Interface (JNI) para acesso às bibliotecas ou mesmo acesso direto ao drivers de uma placa decodificadora MPEG2. A vantagem desta abordagem é a grande flexibilidade para acesso aos recursos do sistema providos pelo sistema operacional e portabilidade entre diferentes plataformas. A desvantagem é a dificuldade de implementação. A outra abordagem é a utilização de um aplicativo externo ao controle do ambiente Java. A principal vantagem desta solução é a facilidade de implementação. Esta solução possui como desvantagem a perda do controle sobre o fluxo de mídia e da janela de reprodução, o que não ocorre na primeira abordagem, onde é possível utilizar o código nativo Java apenas na implementação do frontend gráfico.
Como o objetivo dos trabalhos, neste estágio do projeto, é o
desenvolvimento de um protótipo, optou-se pela utilização
de um aplicativo externo, que nos permitiu dispor mais rapidamente de uma infra-estrutura
para testes de aplicações de TV interativa. Foi escolhido Vídeo
Lan Client (VLC) desenvolvido em Ecole Centrale Paris. A motivação
para esta escolha, além do código aberto, foi o suporte a fonte
de dados em multicast e o trabalho já desenvolvido pelos parceiros do
projeto na geração de conteúdo usando o Video Lan Server
(VLS) [4]. Para contornar parte dos problemas citados anteriormente em utilizar
aplicativos externos, serão realizadas alterações no código
do VLC para utilizá-lo como backend do JavaTV. Especificamente,
será retirado do VLC seu tratamento aos eventos gerados pelo teclado
para que o mesmo possa receber comandos simples de sua entrada padrão.
A fim de demonstrar os conceitos e técnicas descritas anteriormente, um protótipo da plataforma foi implementado. Este protótipo faz uso de duas arquiteturas peculiares como SetTopBox: o TIVO-2 [2] da Tivo baseado em MIPS e o XBOX da Microsoft baseado na Intel Architecture 32. Este último, que originalmente trata-se de um vídeo game, passou por adaptações de hardware para que pudesse desempenhar o papel de um SetTopBox. O sistema operacional LINUX com kernel 2.4 foi instalado em ambas as plataformas de hardware, definindo, assim, a segunda camada da arquitetura descrita na seção 2.
A quarta e a terceira camada da arquitetura são constituídas pelo JAVA2 SDK da Sun Microsystems, pelo JavaTV 1.0 e pelas bibliotecas nativas do VLC, respectivamente. Estas camadas da arquitetura mostraram ser peças fundamentais na definição do desempenho geral do sistema, pois grande parte destes componentes de software foi desenvolvida para ser utilizada em computadores pessoais com recursos abundantes, o que não é o caso dos SetTopBoxes escolhidos.
A camada de aplicação desenvolvida é baseada em aplicações
Java chamadas Xlets, que são análogas aos applets,
mas com escopo de execução em receptores de TV digital. Como primeiro
experimento, foi implementado um Guia de Programação Eletrônico,
que é atualizado sempre que ocorre alguma mudança na grade de
programação. Modificações foram necessárias
no ambiente JavaTV para integrá-lo com a janela de reprodução
de mídia.
Com trabalhos descritos neste artigo, possuímos o protótipo de uma plataforma receptora de TV interativa. Mais testes de performance e avaliações a respeito do consumo de recursos ainda precisam ser realizados para aprimoramentos da plataforma descrita mas, de um modo geral, dispomos de um ambiente para o desenvolvimento e testes de conteúdo de TV interativa. Dentre os trabalhos futuros, está a implementação de componentes da especificação MHP à partir da IR do JavaTV, desenvolvimento de aplicações Java mais complexas e com maior sincronização com o fluxo MPEG2.
[1] CALDER B.; COURTNEY J.; et al. JavaTV TM API Technical Overview, v.1.0. Disponível em <http://www.java.sun.com/products/javatv/>. Acesso em 18 jan. 2003.
[2] TIVO.COM TIVO OFFICIAL HOMEPAGE. Disponível em: <http://www.tivo.com>. Acesso em 31 mar 2003.
[3] PROJETO I2TV. I2TV: TV Internativa na Internet 2. Disponível em:<http://www.i2tv.ufsc.br>. Acesso em 20 fev 2003.
[4] VIDEOLAN - FREE SOFTWARE AND OPEN SOURCE VIDEO STREAMING SOLUTION FOR EVERY OS! VideoLAN. Disponível em: <http://www.videolan.org>. Acesso em 20 fev. 2003.