Arquitetura do Set-Top Box e o Sistema de TV Digital

Ramon A. Oliveira1, Caio1 1Análise e desenvolvimento de Sistemas – Instituto Federal de Educação, Ciência e

Tecnologia do estado da Bahia (IFBA) – Salvador – BA – Brasil {ramon.oliveirah,nextc3}@gmail.com

Abstract. This article is about the TV Digital, discussing the architecture of a set-top box receiver and converter for analog TV Digital, focusing on its processing capacity. And finally shows a bit of its history in Brazil.

Resumo. Este artigo trata da TV Digital, abordando a arquitetura de um Set-Top Box, aparelho receptor e conversor de TV Digital para sinal analógico, focando na sua capacidade de processamento. E por fim mostra um pouco da sua trajetória no Brasil.

1. Introdução

O termo TV Digital consiste na transmissão digital dos sinais de TV de uma emissora até um aparelho receptor. Sinal estável, imagem em alta definição, som límpido e a possibilidade de interação são algumas das vantagens da TV digital. Mas para que possamos ter acesso a todas elas precisamos de uma camada de hardware muito especifica.

O Set-Top Box é o aparelho que, conectado à TV, permite a visualização do sinal digital no aparelho de TV analógico convencional. Mas pelo fato de manipular dados além de áudio e vídeo digitais, parte da arquitetura de um set-top box é muito similar a de um computador pessoal, como será vista e descrita a seguir.

2. Arquitetura do Set-Top Box

Os principais componentes de hardware para que um set-top box possa desempenhar as funcionalidades mínimas estão descritos abaixo.

2.1. Sintonizador No caso do set-top box para recepção de radiodifusão terrestre, o sintonizador seleciona um canal de VHF ou UHF (de 6 MHz, no caso do Brasil) onde existe informação de áudio e vídeo. O sintonizador converte o sinal de radiofrequência para sinal banda base codificado.

2.2. Demodulador A função do demodulador é amostrar o sinal sintonizado e convertê-lo em feixes de bits denominados Transport Stream, que contém vídeo, áudio e dados codificados. Uma vez que o stream é recuperado, é feita uma checagem de erros para então encaminhar o stream ao demultiplexador.

2.3. Demultiplexador Um stream de dados codificados no padrão MPEG-2 – Moving Picture Experts Group -Consiste de pacotes de dados unicamente identificados por um PID (Packet Id) numérico. O demultiplexador examina todos os identificadores, seleciona pacotes específicos, descriptografa e encaminha para um decodificador específico. Por exemplo, todos os pacotes com identificador de vídeo serão encaminhados para o decodificador de vídeo. O mesmo ocorre para áudio e dados.

2.4. Decodificador de Vídeo Um decodificador de vídeo transforma os pacotes de vídeo em sequência de imagens a serem exibidas no monitor de TV, formatando em diferentes resoluções de tela. Na saída de um codificador de vídeo existe um microprocessador gráfico, cuja função é renderizar (desenhar) arquivos gráficos de aplicações interativas ou mesmo páginas da Internet. Uma vez renderizado, o arquivo gráfico é usado para sobrepor o vídeo exibido por um programa TV.

2.5. Decodificador de Áudio O stream de áudio comprimido é enviado para o decodificador de áudio para descompressão. A saída pode ser um áudio em formato analógico (estéreo / mono) ou digital.

2.6. Memória O módulo de memória no Set-Top Box é implementado em um chip, sendo ele responsável por uma porcentagem substancial do preço do aparelho. Componentes como máquina gráfica, decodificador de vídeo e etc., precisam da memória principal para executar suas funções. Para uma boa recepção, sem pausas na transmissão também é necessário um buffer de memória.

2.7. Processamento de Dados Para processar os dados de um programa interativo ou aplicação, o set-top box possui elementos similares a um computador pessoal, com processador, memórias, dispositivos de armazenamento etc.

2.8 Interfaces físicas Por ser uma tecnologia ainda em evolução, as possibilidades de escolha de interfaces físicas para o set-top box crescem rapidamente, modens, USB, Controle Remoto, e diversas interfaces multimídia de alta velocidade, são alguns exemplos.

Figura 1. Esquema da arquitetura do set-top box

3. Processadores O Processador, ou CPU, é o cérebro do set-top box, tendo ele a função de inicializar os vários componentes de hardware, monitorar e gerenciar hardware, carregar dados e instruções da memória e executar programas.

Os processadores contêm uma unidade lógico-aritmética para cálculos e operações lógicas, uma unidade de controle para processar dados de entrada e processar instruções e um clock, cuja função é sincronizar todas as partes do set-top box. A frequência do clock determina a velocidade do processador em MHz.

As ações do usuário, bem como instruções dos programas em execução, são interpretadas e executadas pelo processador. Um barramento conecta o processador aos demais dispositivos que recebem dados ou instruções, bem como às interfaces físicas.

Alguns dos chips da CPU mais populares disponíveis para set-top box pertencem às seguintes famílias: ARM (Advanced Risc Machines), MIPS (Philips e NEC), PowerPC (IBM e Motorola), Sparc Risc (Sun Microsystems), STx0 (ST Microeletronics), SH-4 Series (Hitachi) e x86 (Intel).

4. Memória Como vimos, a memória é responsável não só por parte substancial do custo do aparelho, como também pelo rendimento do mesmo, a memória juntamente com o processador distingue o nível do aparelho. Assim como nos computadores são usadas dois tipos de memória principal, a RAM e a ROM.

4.1. RAM A RAM (memória de acesso aleatório) é utilizada para o fluxo de dados entre o processador e os demais componentes de hardware. Existem dois tipos de RAM em um Set-Top Box a DRAM (Dinamic RAM) e SRAM (Static RAM), ambas voláteis, ou seja, perdem todo o conteúdo quando o aparelho é desligado.

4.2. ROM

A ROM é um tipo de memória não volátil, uma vez que um dado é gravado, ele não pode ser retirado. Alguns set-top boxes possuem EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) e memória flash, que são variações da tecnologia ROM.

4.1.1. EEPROM As EEPROM são memórias usadas para armazenar controles e informações de inicialização. O dado é armazenado permanentemente, mesmo que o STB seja desligado. A pode ser apagada via hardware.

4.1.2. Memória Flash A memória flash tem funções parecidas com a EEPROM. A diferença é que a flash pode ser apagada e reprogramada em bloco de dados, ao invés de um byte por vez, o que resulta em maior velocidade. Permitindo que possam ser feitas atualizações do sistema operacional e de aplicações de software residente através da rede, sem visitar fisicamente o usuário.

A memória flash também pode ser usada para armazenar informações específicas do usuário, para a personalização de suas preferências e marketing, possibilitando assim um conteúdo mais direcionado a personalidade do telespectador.

4.3. Disco Rígido O uso de disco rígidos em um set-top box permite que o usuário tenha controle sobre a programação recebida, podendo gravar, reproduzir e copiá-la quando necessário.

Podendo ser implementados recursos semelhantes aos de um vídeo-cassete, como pausa, fast forward, play e etc.

Essa funcionalidade criou um novo paradigma na transmissão televisiva, de forma que atualmente existem muitos estudos tecnológicos para que se possa garantir a propriedade intelectual dos conteúdos.

5. O sistema de TV digital brasileiro As pesquisas para desenvolvimento da TV digital começaram no final da década 1980, em países europeus, nos Estados Unidos e Japão. Porém no Brasil, as primeiras pesquisas sobre o tema, só foram feitas a partir de 1994, pela Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão – SET e a Associação Brasileira de emissoras de Radio e Televisão – A BERT. Desde então, os estudos sobre a passagem do atual sistema de radiodifusão analógico para o padrão digital não param.

Em 1998 a Agencia Nacional de Telecomunicações – ANATEL iniciou um processo de escolha de padrão da TV digital brasileira. A principio idéia era testar os três sistemas existentes (o europeu, o americano e o japonês) e escolher um deles. Todos os testes chegaram a ser feitos, mas o pronunciamento oficial sobre o padrão a ser adotado só seria dado após a posse do novo governo em 2003.

Porém, a fim de construir uma plataforma multimídia rica em recursos e funcionalidades, estrategicamente visando o desenvolvimento nacional, o novo governo,

ideologicamente diferente do anterior, dá uma nova direção ao processo, decidindo por um modelo próprio de televisão digital. Assim foi instituído o SBTVD (Sistema Brasileiro de TV Digital).

Contudo, no fim de 2005, as verbas para a pesquisa foram suspensas e em julho de 2006 foi decretado que a solução seria baseada no padrão de modulação japonês, mas com a promessa de incorporação de tecnologias nacionais, agregando soluções desenvolvidas para atender às nossas necessidades.

Já em 2 de dezembro de 2007, A TV digital aberta estreou no Brasil em com transmissões na cidade de São Paulo, e hoje o estagio é de transição, cabendo ainda muito estudo.

Referências Mendes, Luciano Leonel; Faloso, Sandro Adriano . (2000) “Introdução a Televisão

Digital”, INATEL, Santa Rita do Sapucaí, MG, Brasil.

Montez, Carlos;Becker, Valdecir. (2005) “TV Digital Interativa: Conceitos, desafios, e perspectivas para o Brasil”,Editora UESC, 2ed,Florianópolis, Brasil.

Piccolo, L. Schibelsky Godoy. (2010) “Arquitetura do Set-top Box para TV Digital Interativa”,Instituto de Computação - Unicamp., Brasil.

Tonieto, Márcia Terezinha. (2006) “Sistema Brasileiro de TV Digital – SBTVD Uma Análise Politica e Tecnológica na Inclusão Social ”, Centro Federal de Educação Tecnológica do Ceará, Fortaleza, CE, Brasil.