UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE GUSTAVO DE MELO VALEIRA TRANSMISSÃO MPE NO SISTEMA DE TELEVISÃO DIGITAL ISDB-T - PDF
UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE GUSTAVO DE MELO VALEIRA TRANSMISSÃO MPE NO SISTEMA DE TELEVISÃO DIGITAL ISDB-T
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Irene de Miranda da Costa
1 0 UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE GUSTAVO DE MELO VALEIRA TRANSMISSÃO MPE NO SISTEMA DE TELEVISÃO DIGITAL ISDB-T São Paulo 2010
2 1 GUSTAVO DE MELO VALEIRA Transmissão MPE no sistema de televisão digital ISDB-T Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Presbiteriana Mackenzie como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Elétrica. ORIENTADOR: Prof. Dr. Gunnar Bedicks Junior São Paulo 2010
3 V151t Valeira, Gustavo de Melo. Transmissão MPE no sistema de televisão digital ISDB-T / Gustavo de Melo Valeira f. : il. ; 30 cm Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, Bibliografia: f ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial). 2. Televisão digital terrestre. 3. PSI/SI (Program Specific Information/Service Information). 4. Encapsulamento multiprotocolo. I. Título. CDD
4 2 GUSTAVO DE MELO VALEIRA TRANSMISSÃO MPE NO SISTEMA DE TELEVISÃO DIGITAL ISDB-T Dissertação apresentada ao programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito para a obtenção de título de Mestre em Engenharia Elétrica. Aprovado em junho de BANCA EXAMINADORA Prof. Dr. Gunnar Bedicks Jr. Orientador Universidade Presbiteriana Mackenzie Prof. Dr. Fujio Yamada Universidade Presbiteriana Mackenzie Prof. Dr. Yuzo Iano Universidade Estadual de Campinas
5 3 AGRADECIMENTOS À Deus por toda ajuda e iluminação em minha vida e pelas oportunidades que me tem concedido. Aos meus pais, Eurico e Fátima, e meu irmão Rafael, por toda ajuda, motivação e compreensão em todos os momentos de minha vida. Ao meu orientador e coordenador do Laboratório de Televisão Digital Prof. Dr. Gunnar Bedicks Jr., meus agradecimentos pela oportunidade de trabalhar na área de pesquisa e pela paciência, apoio e comprometimento no desenvolvimento deste trabalho. À todos os funcionários e professores do Laboratório de Televisão Digital, que com todo apoio, aprendizado e paciência me ajudaram nas jornadas do Laboratório. Aos Professores Cristiano Akamine e Fujio Yamada pelo apoio e aprendizado na realização deste trabalho e em todas minhas atividades de pesquisa. Ao Engenheiro, amigo desde os tempos de faculdade e companheiro do Laboratório, Rodrigo Motoyama pela ajuda, compreensão e paciência ao longo desta pesquisa e em todos esses anos de convivência. À Universidade Presbiteriana Mackenzie pelo suporte financeiro neste trabalho.
6 4 RESUMO O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma plataforma de transmissão com interface gráfica e software, utilizando um canal de TV do Sistema Brasileiro de TV Digital (SBTVD) para a transmissão de dados encapsulados, áudio e vídeo. Inicialmente é apresentado o SBTVD, com maior destaque para a multiplexação, haja vista a sua importância na identificação e decodificação do sinal recebido. Dentro do fluxo de bits transmitido existem certas tabelas que são responsáveis pela identificação dos tipos de informação presentes no canal, sendo as mais importantes detalhadas neste trabalho. Para facilitar essa configuração é apresentada a interface gráfica para configurar um canal em duas situações: dados encapsulados no formato ethernet e conteúdo de áudio/vídeo. Além disso, são comparadas as eficiências da utilização do controle de empacotamento do encapsulamento multiprotocolo, que é usado para transmitir dados no formato ethernet. Também é apresentado um estudo exploratório da eficiência da taxa de bits relacionada com a adição dos cabeçalhos necessários para transmitir corretamente o sinal no formato ethernet dentro do protocolo de transporte do SBTVD. Palavras-chave: ISDB-T. Televisão digital terrestre. PSI/SI. Encapsulamento multiprotocolo.
7 5 ABSTRACT The purpose of this work is the development of a transmission platform with a graphical interface and software, using a TV channel of Brazilian Digital Television Standard (SBTVD) to transmit encapsulated data, audio and video. Initially is presented the SBTVD, with major highlight for multiplexing, given its importance in identifying and decoding the received signal. Within the transmitted bitstream there are certain tables that are responsible for identifying the information type present in the channel, being the most important detailed in this work. To make easy this configuration is presented the graphical interface to configure a channel in two situations: encapsulated data in ethernet format and audio/video content. Beside this, are compared the efficiencies of utilizing the packing control of multiprotocol encapsulation, that is used to transmit data in ethernet format. Also is presented an exploratory study of efficiency of bit rate related with the addition of the necessary headers to transmit correctly the signal in ethernet format inside the SBTVD transport protocol. Keywords: ISDB-T. Digital terrestrial television. PSI/SI. Multiprotocol encapsulation.
8 6 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Ilustração 1 Espectro sem ruído do ISDB-T Ilustração 2 Espectro sem ruído do sistema analógico de televisão Ilustração 3 Diagrama em blocos do sistema de transmissão do ISDB-T Ilustração 4 Estrutura básica do transport stream Ilustração 5 Segmentação do ISDB-T Ilustração 6 Segmentação do ISDB-T para o caso de duas camadas (1+12) Ilustração 7 Segmentação do ISDB-T para o caso de três camadas (1+3+9) Ilustração 8 Estrutura básica do packetized elementary stream Ilustração 9 Estrutura das seções estendidas Ilustração 10 Estrutura das seções normais Ilustração 11 Estrutura detalhada do transport stream Ilustração 12 Gerenciamento dos PIDs nas entradas do multiplexador Eiden 2726A Ilustração 13 Exemplo da disposição das tabelas, áudio, vídeo e pacotes nulos dentro do TS Ilustração 14 Estrutura do descritor de áudio AAC Ilustração 15 Estrutura do descritor stream identifier Ilustração 16 Estrutura do descritor de serviços Ilustração 17 Estrutura do descritor do nome da rede Ilustração 18 Estrutura do descritor gerenciamento de sistema Ilustração 19 Estrutura do descritor da lista de serviços Ilustração 20 Estrutura do descritor de informações do TS Ilustração 21 Estrutura do descritor de sistema de distribuição terrestre Ilustração 22 Estrutura do descritor de recepção parcial Ilustração 23 Estrutura do descritor de diferença de fuso horário Ilustração 24 Estrutura do descritor de protocolo de transporte Ilustração 25 Estrutura de multiprotocol encapsulation info Ilustração 26 Software de gerenciamento do multiplexador Eiden 2726A mostrando a MCCI Ilustração 27 Localização do dummy byte no pacote BTS de 204 bytes Ilustração 28 Interface gráfica do programa desenvolvido para gerar as tabelas PSI/SI e AIT Ilustração 29 Preenchimentos das informações da emissora na interface gráfica
9 7 desenvolvida Ilustração 30 Seleção dos tipos de serviços presentes no primeiro serviço de TV Ilustração 31 Seleção dos tipos de serviços presentes no primeiro serviço de one seg Ilustração 32 Seleção dos tipos de serviços presentes no primeiro serviço de dados Ilustração 33 Estrutura do encapsulamento MPE Ilustração 34 Estrutura dos cabeçalhos IP e UDP Ilustração 35 Localização dos encapsulamentos dentro do TS (sem escala) Ilustração 36 Configuração número 6 do serviço de televisão em HDTV Ilustração 37 Configuração número 6 do serviço 1seg Ilustração 38 Tela do analisador Astro TS-7815 para o cabeçalho da PAT Ilustração 39 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção da PAT Ilustração 40 Tela do analisador Astro TS-7815 para o cabeçalho da PMT do serviço HDTV Ilustração 41 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção da PMT do serviço HDTV, parte Ilustração 42 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção da PMT do serviço HDTV, parte Ilustração 43 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela PMT do serviço one seg Ilustração 44 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção PMT do serviço one seg Ilustração 45 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela NIT Ilustração 46 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção NIT, parte Ilustração 47 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção NIT, parte Ilustração 48 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção NIT, parte Ilustração 49 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela SDT Ilustração 50 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção SDT, parte Ilustração 51 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção SDT, parte Ilustração 52 Parâmetros de transmissão considerados na configuração de dados Ilustração 53 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela PAT de um canal de dados.. 88 Ilustração 54 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção PAT de um canal de dados.. 89 Ilustração 55 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela PMT de um canal de dados. 90 Ilustração 56 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção PMT de um canal de dados.. 91 Ilustração 57 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela AIT de um canal de dados Ilustração 58 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção AIT de um canal de dados Ilustração 59 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela NIT de um canal de dados... 95
10 8 Ilustração 60 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção NIT de um canal de dados, parte Ilustração 61 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção NIT de um canal de dados, parte Ilustração 62 Tela do analisador Astro TS-7815 para a tabela SDT de um canal de dados.. 99 Ilustração 63 Tela do analisador Astro TS-7815 para a seção SDT de um canal de dados. 100 Ilustração 64 MPE com controle de empacotamento (sem escala) Ilustração 65 MPE sem controle de empacotamento (sem escala) Ilustração 66 Eficiência ao utilizar o MPE sem controle de empacotamento Ilustração 67 Eficiência ao utilizar o MPE com controle de empacotamento
11 9 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Diferenças na codificação de vídeo entre Brasil e Japão Quadro 2 Resoluções de luminância e relações de aspecto permitidas Quadro 3 Parâmetros de codificação de áudio permitidos no Brasil Quadro 4 Parâmetros de áudio permitidos no Brasil e Japão Quadro 5 Parâmetros configuráveis no ISDB-T Quadro 6 Função de cada campo do cabeçalho do TS Quadro 7 Definição dos valores para o adaptation field control Quadro 8 Tabelas PSI conforme ABNT NBR Quadro 9 Tabelas SI mais usadas conforme ABNT NBR Quadro 10 Table id de cada tabela Quadro 11 Estrutura da seção da PAT Quadro 12 Estrutura da seção PMT Quadro 13 Estrutura da seção SDT Quadro 14 Estrutura da seção NIT Quadro 15 Estrutura da seção TOT Quadro 16 Estrutura da seção AIT Quadro 17 Valores de application ID e sua semântica Quadro 18 Valores de application control code e sua semântica Quadro 19 Valores dos campos do descritor de protocolo de transporte para o caso do uso do MPE Quadro 20 Estrutura básica do pacote IIP Quadro 21 Detalhamento dos campos da tabela PAT para a configuração 6 de áudio/vídeo Quadro 22 Detalhamento dos campos da tabela PMT do serviço HDTV para a configuração 6 de áudio/vídeo Quadro 23 Detalhamento dos campos da tabela PMT do serviço one seg para a configuração 6 de áudio/vídeo Quadro 24 Detalhamento dos campos da tabela NIT para a configuração 6 de áudio/vídeo Quadro 25 Detalhamento dos campos da tabela SDT para a configuração 6 de áudio/vídeo Quadro 26 Detalhamento dos campos da tabela PAT para a configuração de dados
12 10 Quadro 27 Detalhamento dos campos da tabela PMT para a configuração de dados Quadro 28 Detalhamento dos campos da tabela AIT para a configuração de dados Quadro 29 Detalhamento dos campos da tabela NIT para a configuração de dados Quadro 30 Detalhamento dos campos da tabela SDT para a configuração de dados
13 11 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Terceira letra do prefixo com seu respectivo valor Tabela 2 Valores para cada tipo de serviço para calcular o número do programa Tabela 3 Possíveis valores para o campo MAC address range Tabela 4 Taxa de bits por segmento do ISDB-T Tabela 5 Configurações testadas com serviços de áudio/vídeo Tabela 6 Eficiência do MPE sem controle de empacotamento Tabela 7 Eficiência do MPE com controle de empacotamento
14 12 LISTA DE ABREVIATURAS AAC Advanced Audio Coding ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AIT Application Information Table ASI Asynchronous Serial Interface ATSC Advanced Television Systems Committee AVC Advanced Video Coding BCD Bynary Coded Decimal BST-OFDM Band Segmented Transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing BTS Broadcast Transport Stream CAT Conditional Access Table CRC Cyclic Redundancy Check DMB-T Digital Media Broadcasting Terrestrial DQPSK Diferencial Quadrature Phase Shift Keying DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial ES Elementary Stream EIT Event Information Table HE-AAC High Efficiency Advanced Audio Coding HDTV High Definition Television IFFT Inverse Fast Fourier Transform IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IIP ISDB-T Information Packet IP Internet Protocol ISDB-T Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial ISO/IEC International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission ITU-T International Telecommunication Union - Telecommunications LATM/LOAS Low Overhead Audio Transport Multiplex/LowOverhead Audio Stream LC-AAC Low Complexity Advanced Audio Coding LDTV Low Definition Television MAC Media Access Control MCCI Modulation Control Configuration Information
15 13 MJD MAC MPE MPEG2-TS NIT NSI PAT PCR PES PID PMT PSI QAM QPSK SDT SDTV SFN SI TOT TS TSP UDP UHF UTC VHF Modified Julian Date Media Access Control Multiprotocol Encapsulation Moving Pictures Expert Group-2 Transport Stream Network Information Table Network Synchronization Information Program Association Table Program Clock Reference Packetized Elementary Stream Packet Identifier Program Map Table Program Specific Information Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Service Descriptor Table Standard Definition Television Single Frequency Network Service Information Time Offset Table Transport Stream Transport Stream Packets User Datagram Protocol Ultra High Frequency Universal Time Coordinated Very High Frequency
16 14 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO SISTEMA BRASILEIRO DE TELEVISÃO DIGITAL ISDB-T CODIFICAÇÃO DA FONTE Parâmetros de vídeo Parâmetros de áudio MULTIPLEXAÇÃO E RE-MULTIPLEXAÇÃO MODULAÇÃO MULTIPLEXADOR DO ISDB-T PROTOCOLO DE TRANSPORTE DO ISDB-T MULTIPLEXADOR Parâmetros específicos do Brasil Program Specific Information/Service Information (PSI/SI) Program association table (PAT) Program map table (PMT) Service descriptor table (SDT) Network information table (NIT) Time offset table (TOT) Tabela para transmissão de dados UDP/IP sobre o MPE RE-MULTIPLEXADOR GERAÇÃO DAS TABELAS PSI/SI CANAL DE ÁUDIO E VÍDEO NO ISDB-T ENCAPSULAMENTO DO PROTOCOLO UDP/IP NO ISDB-T TESTES DE EFICIÊNCIA DO PROTOCOLO MPE CONCLUSÕES REFERÊNCIAS APÊNDICE A CÁLCULO DA RELAÇÃO DE PACOTES TS E SEÇÕES MPE APÊNDICE B ARTIGO PUBLICADO NO IEEE
17 15 1 INTRODUÇÃO A evolução da tecnologia analógica para digital permitiu avanços consideráveis em diversas aplicações, dentre elas a televisão terrestre. O sistema analógico de televisão leva para as residências uma imagem e som nem sempre adequadas, ou seja, na imagem aparecem diversos tipos de ruídos e fantasmas, enquanto que no áudio aparecem alguns tipos de chiado. Com isso, a imagem e som não são sempre fiéis ao que as emissoras estão transmitindo. Já na televisão digital não existe esse meio termo, ou seja, ou a imagem e som estão perfeitos ou o receptor não consegue decodificar direito o sinal de vídeo e áudio (BEDICKS JUNIOR, 2008). A televisão digital terrestre hoje está presente em diversos países do mundo, com o intuito de substituir o sistema analógico. Sistemas como o padrão americano Advanced Television Systems Committee (ATSC), europeu Digital Video Broadcasting - Terrestrial (DVB-T), chinês Digital Media Broadcasting - Terrestrial (DMB-T) e japonês Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial (ISDB-T) estão sendo transmitidos em seus respectivos países de origem e em alguns outros e aos poucos irão ou já substituíram os sistemas analógicos. Todos têm em comum o uso do protocolo Moving Pictures Expert Group-2 Transport Stream (MPEG2-TS) na camada de transporte e alguns operam com vídeos em alta definição (HDTV, High Definition Television), definição padrão (SDTV, Standard Definition Television) e/ou baixa definição (LDTV, Low Definition Television). O padrão americano de televisão digital ATSC começou as transmissões em 1996 e hoje já substituiu o sistema analógico (ADVANCED TELEVISION SYSTEMS COMMITTEE, 2009). É baseado na modulação 8VSB, tem taxa de bits constante em 19,39 Mbits/s, permite a transmissão de vídeos em HDTV e SDTV em um canal de 6MHz e usa o áudio proprietário Dolby/AC-3 (ONO, 2008). O sistema europeu DVB-T adotou a modulação Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (COFDM) com taxa de bits dependente da modulação das subportadoras e transmissão permitida de vídeos em HDTV ou SDTV em canais de 6, 7 ou 8MHz. Pode-se usar também a modulação hierárquica para transmitir dois serviços simultaneamente com graus de robustez diferente (BEDICKS JUNIOR, 2008). As transmissões oficiais começaram em 1998 com a transmissão de áudio e vídeo em MPEG-2 (ONO, 2008).
18 16 Na China, o sistema DMB-T foi lançado em 2006, suportando uma taxa de bits de até 26 Mbits/s e utilizando as técnicas de monoportadora e de multiportadoras. Foram adotados tanto o HDTV como o SDTV em uma canalização de 8MHz (BEDICKS JUNIOR, 2008). No Japão, o padrão ISDB-T foi evoluído do DVB-T, ao segmentar a banda de 6MHz com o uso da modulação hierárquica Band Segmented Transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BST-OFDM). Devido a sua flexibilidade, é possível transmitir conteúdos em HDTV, SDTV e LDTV em uma banda de 6MHz. Além disso, é permitido utilizar até três camadas com robustez diferentes e, portanto, até três taxas de bits diferentes em um mesmo canal (BEDICKS JUNIOR, 2008; TAKADA; SAITO, 2008). Em 2003 foi iniciada a transmissão em HDTV e SDTV e em 2006 a recepção portátil (DiBEG, 2010; BEDICKS JUNIOR; AKAMINE, 2008). O Brasil adotou um modelo baseado no padrão japonês ISDB-T, porém com algumas diferenças na parte de codificação (NBR ; NBR ), middleware (NBR ) e bandas utilizadas (NBR15601). O protocolo de transporte é baseado na multiplexação de um ou mais Transport Streams (TS) (INTERNATIONAL STANDARD, 2008) em um único feixe de TS. Tanto o vídeo, áudio e outros tipos de dados devem ser encapsulados neste protocolo para manter a compatibilidade com o sistema brasileiro de televisão digital. Outros países da América do Sul adotaram a versão brasileira, como a Argentina, Chile, Equador, Peru e Venezuela (DiBEG, 2010). As transmissões oficiais no Brasil começaram em dezembro de 2007 (DiBEG, 2010) na cidade de São Paulo e atualmente, a transmissão de televisão digital no Brasil está cobrindo algumas capitais e cidades do país. Com o decorrer do tempo outras cidades também poderão usufruir dessa nova tecnologia e a previsão para o desligamento do analógico é 2016 (TELECO, 2010), porém depende principalmente da adesão da população. Com a televisão digital, é possível transmitir juntamente com o áudio, vídeo e closed-caption, outros tipos de informações, como dados, gerados pela própria emissora. Esses dados podem ser aplicações de interatividade (Ginga), atualização de receptores ou setup boxes, conteúdos encapsulados em Internet Protocol (IP) com ou sem canal de retorno, guia de programação eletrônico, dentre outros. O canal aberto de televisão digital terrestre pode ser usado também para transmitir conteúdo interativo na forma de streaming de vídeo ou download de arquivos, como acontece na Internet. A diferença é que a taxa máxima que pode ser usada com o sistema de televisão digital terrestre ISDB-T é de 23 Mbits/s, porém considerando a
19 17 configuração mais usual das emissoras a taxa acaba caindo para 19,3 Mbits/s (STD-B31; NBR15601). De acordo com a pesquisa do Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR (NIC.br, 2008b), apenas 14% dos domicílios que sabem e responderam a pesquisa têm acesso a Internet com velocidade superior a 1 Mbits/s. Como a velocidade de transferência na Internet é menor, então, como uma outra fonte para streaming de vídeo, download de arquivos e/ou portal de informações poderia ser transmitido pelo sistema de televisão digital. Nesse caso, o conteúdo é bem mais restrito do que o da Internet e não existe canal de retorno, dependendo do tipo de dado transmitido e do receptor. Segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), cerca de 20,1% dos domicílios pesquisados em 2007 no Brasil tinham acesso a Internet (IBGE, 2007). Para o NIC.br, apenas 18% dos domicílios entrevistados tinham Internet (NIC.br, 2008a). Com base nesses dados verifica-se que boa parte da população não tem acesso a Internet no seu domicílio. Por esse motivo é que a televisão digital terrestre aberta poderia ser usada para streaming de vídeos, download de arquivos ou um portal informativo, com uma taxa de bits consideravelmente alta, se comparada com a velocidade média da Internet nas residências brasileiras. No entanto, o seu objetivo não é de substituir a Internet. Neste trabalho é feita uma pesquisa sobre como o canal pode ser configurado no caso de transmissão de dados empacotados no formato User Datagram Protocol/Internet Protocol (UDP/IP) sobre o Multiprotocol Encapsulation (MPE). Para isso, são usadas as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) para televisão digital como referência. Para torná-lo mais acessível é abordado o sistema de televisão digital adotado no Brasil, explicando o seu funcionamento e algumas de suas normas e abordando de forma mais completa o sistema de multiplexação/re-multiplexação. Também é realizado neste trabalho um comparativo em termos de eficiência entre usar ou não o controle de empacotamento do MPE. Esse protocolo é utilizado para poder transmitir dados no formato IP dentro do protocolo de transporte do ISDB-T. Esta monografia é composta por cinco capítulos descritos sucintamente a seguir: No Capítulo 2 é explicado o funcionamento básico do sistema de televisão digital terrestre ISDB-T adotado no Brasil. Entre outros aspectos, discute-se o sistema de modulação, multiplexação/re-multiplexação e codificação. O bloco de multiplexação/re-multiplexação é abordado com mais detalhes no Capítulo 3 sobre seu funcionamento e características. No Capítulo 4 são abordadas as configurações do multiplexador para o sistema
20 18 brasileiro de televisão digital e é apresentada a interface gráfica para geração das tabelas Program Specific Information/Service Information (PSI/SI). No Capítulo 5 são apresentados os resultados da eficiência da taxa de bits ao utilizar os protocolos necessários para transmitir dados no formato UDP/IP. No Capítulo 6 são traçadas as conclusões do trabalho. No Apêndice A é mostrado o código em C++ responsável pelo cálculo da relação entre pacotes TS e seções MPE quando é usado o controle de empacotamento. No Apêndice B é apresentado o artigo publicado na revista IEEE Transactions on Broadcasting em dezembro de 2009.
21 19 2 SISTEMA BRASILEIRO DE TELEVISÃO DIGITAL ISDB-T Neste capítulo será apresentado o sistema brasileiro de televisão digital (SBTVD), baseando-se nas normas brasileiras da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) que compõe o SBTVD e em (BEDICKS JUNIOR, 2008; TAKADA; SAITO, 2008; BEDICKS JUNIOR; AKAMINE, 2008; AKAMINE, 2004; ONO, 2008). O padrão adotado ISDB-T é versátil, permitindo a difusão de serviços multimídia para receptores fixos, portáteis e móveis sem a necessidade de transmiti-los em canais separados. O padrão de modulação hierárquico empregado é o Band Segmented Transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BST-OFDM), igual ao sistema japonês de televisão digital, com a canalização de 6MHz tanto para as faixas de freqüências baixas (VHF Very High Frequency) como para as altas (UHF Ultra High Frequency) (NBR15601). Devido a sua utilização tanto para serviços móveis, como fixos e/ou portáteis, é possível transmitir vídeos em HDTV (1080 ou 720 linhas), SDTV (480 linhas) e LDTV (240 linhas). Além disso, é possível transmitir serviços de dados, desde que estes estejam encapsulados no formato MPEG2-TS. Por ser uma evolução do DVB-T, o padrão ISDB-T também possui intervalo de guarda, que possibilita uma proteção natural contra multipercursos. Outra característica é o aumento da imunidade ao efeito Doppler, o seu melhor uso para redes de freqüência única (SFN Single Frequency Network) e melhor recepção para dispositivos móveis e portáteis (BEDICKS JUNIOR, 2008). Na Ilustração 1 é apresentado o espectro em frequência (entre as linhas tracejadas) de um canal para o ISDB-T e na Ilustração 2 para o sistema analógico de televisão. Ambos os sinais foram gerados pelos equipamentos do Laboratório de Televisão Digital, ou seja, sem a presença de ruído ou multipercurso. Pode-se notar o melhor aproveitamento do espectro no padrão digital de televisão. A divisão do sistema de transmissão ISDB-T pode ser feita pelos seguintes blocos: codificação do sinal fonte, multiplexação/re-multiplexação, modulação, amplificação e antena (NBR15601). Na Ilustração 3 é apresentado esse diagrama.
22 Frequência (MHz) Ilustração 1 Espectro sem ruído do ISDB-T. Potência Potência Frequência (MHz) Ilustração 2 Espectro sem ruído do sistema analógico de televisão.
23 21 Áudio Vídeo Dados codificados Codificação da fonte Multiplexação/ Re-Multiplexação Modulação Amplificação Antena Ilustração 3 Diagrama em blocos do sistema de transmissão do ISDB-T. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 4). O sinal fonte é codificado de acordo com os padrões de áudio, vídeo e dados definidos pela norma, encaminhado ao multiplexador, re-multiplexador, modulador e por fim ao amplificador (transmissor), que está conectado a uma antena. O multiplexador e remultiplexador geralmente são um equipamento só, porém realizam essas duas funções distintas. A responsabilidade do multiplexador é juntar os serviços disponíveis na sua entrada e gerar as tabelas do sistema, enquanto a do re-multiplexador é encaminhar os pacotes para as suas respectivas camadas hierárquicas (hierarquical layers) e gerar na sua saída um sinal compatível com o modulador ISDB-T. Dependendo dos serviços escolhidos e da configuração do multiplexador, são modulados os serviços em diferentes camadas, que possuem parâmetros específicos de modulação digital, taxa do codificador convolucional e duração do entrelaçador temporal (time interleaving). Considerando os blocos mais importantes para este trabalho, a divisão deste capítulo foi feita em três partes: codificação da fonte, multiplexação e modulação. Cada um destes sub-capítulos são baseados em (BEDICKS JUNIOR, 2008; TAKADA; SAITO, 2008; BEDICKS JUNIOR; AKAMINE, 2008; AKAMINE, 2004; ONO, 2008; NBR15601; NBR ; NBR ; NBR ). 2.1 CODIFICAÇÃO DA FONTE Os sinais de áudio e vídeo oriundos do estúdio da emissora devem passar pelo estágio de codificação para poderem ser transmitidos adequadamente. As normas brasileiras de televisão digital ABNT NBR e ABNT NBR definem os padrões de codificação de vídeo e áudio permitidos. Nessas normas são indicados dois tipos de receptores: os full seg e os one seg. Os primeiros são os setup-box capazes de decodificar os serviços HDTV, SDTV e LDTV, ou seja, são receptores fixos ou móveis, e os segundos são
24 22 capazes somente de decodificar os serviços portáteis, ou seja, os LDTV Parâmetros de vídeo A codificação de vídeo permitida é o H.264/AVC (Advanced Video Coding) ou MPEG4 Part 10, respeitando a recomendação ITU-T Recommendation H.264 e norma ISO/IEC (BEDICKS JUNIOR, 2008; NBR ). No Japão foi adotado o padrão MPEG-2 para os serviços em HDTV ou SDTV e H.264 para o LDTV (BEDICKS JUNIOR; AKAMINE, 2008). Nas codificações H.264 e MPEG-2, por exemplo, existem dois parâmetros importantes, um que define o grau de complexidade da codificação e outro que limita a taxa de bits, a resolução máxima, dentre outros aspectos. O primeiro é chamado de perfil e o segundo de nível. No caso de serviços HDTV e SDTV, que são decodificados somente pelos receptores full seg, são permitidos os perfis main e high e o nível máximo é 4.0. Para o caso do one seg (ou LDTV) é permitido o perfil baseline com nível máximo 1.3 (NBR ). No caso do serviço one seg, a diferença que existe entre o Brasil e o Japão é na taxa de quadros devido a limitação do nível. No padrão japonês o nível máximo é 1.2, limitando a taxa de quadros para até 15 por segundo, enquanto que no Brasil pode-se usar até 30 quadros por segundo. Segue no Quadro 1 as diferenças entre os dois países. No Quadro 2 são apresentadas as resoluções permitidas tanto para os serviços full seg como one seg. No codificador HDTV e/ou SDTV é obrigatório ter as taxas de quadro por segundo de 29,97 (progressivo ou entrelaçado) e 59,94 (progressivo), porém são opcionais as de 25 (progressivo ou entrelaçado) e 50 (progressivo). Já no LDTV são permitidos apenas
25 quadros progressivos com qualquer um das seguintes taxas: 5, 10, 12, 15, 24 e 30 (NBR ). 23 Qualidade Parâmetro Brasil Japão LDTV H.264 H.264 HDTV e SDTV Codificação H.264 MPEG-2 Quadro 1 Diferenças na codificação de vídeo entre Brasil e Japão. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 14) e BEDICKS JUNIOR; AKAMINE (2008, p. 69). Qualidade Resolução de Relação de luminância aspecto 160x120 4:3 160x90 16:9 LDTV 320x240 4:3 320x180 16:9 352x288 4:3 SDTV 720x480 4:3 ou 16:9 720x576 4:3 ou 16:9 HDTV 1280x720 16:9 1920x :9 Quadro 2 Resoluções de luminância e relações de aspecto permitidas. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 23 e 28) Parâmetros de áudio A quantização do sinal de entrada de áudio deve ser 16, 20, 24 ou 32 bits e a taxa de amostragem deve ser 32kHz, 44,1kHz ou 48kHz. No caso de dois até o limite de seis canais de áudio, todos devem ter a mesma taxa de amostragem. A transmissão em outros idiomas é permitida, porém deve-se utilizar um serviço de áudio para cada um deles (BEDICKS JUNIOR, 2008; NBR ).
26 24 A codificação de áudio permitida no Brasil é diferente para os serviços em HDTV/SDTV e LDTV e também do Japão. Segue no Quadro 3 as diferenças entre os tipos de serviço no Brasil e no Quadro 4 as diferenças entre o Brasil e Japão. Pode-se verificar que a diferença é que no one seg (LDTV) é apenas permitido a versão 2 do padrão MPEG4 High Efficiency Advanced Audio Coding (HE-AAC), enquanto que no serviço full seg é permitida a versão 1 do padrão MPEG4 HE-AAC, além do Low Complexity Advanced Audio Coding (LC-AAC). O mecanismo de transporte permitido para o áudio é o Low Overhead Audio Transport Multiplex/Low Overhead Audio Stream (LATM/LOAS) (NBR ). Tipo de serviço HDTV e SDTV LDTV Mecanismos de transporte permitidos LATM/LOAS Número de canais recomendados Mono (1.0), 2 canais (estéreo ou 2.0) ou multicanal (5.1) 2 canais (estéreo ou 2 canais monaurais) Perfis e níveis permitidos Low Complexity AAC nível 2 para dois canais Low Complexity AAC nível 4 para multicanal High Efficiency AAC nível 2 para dois canais (HE-AAC High Efficiency AAC nível 4 para multicanal (HE-AAC High Efficiency AAC nível 2 para multicanal (HE-AAC Quadro 3 Parâmetros de codificação de áudio permitidos no Brasil. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 9 e 11). Qualidade Parâmetro Brasil Japão LDTV MPEG-4 HE-AAC v2 AAC-SBR HDTV e SDTV Codificação MPEG-4 HE-AAC v1 ou MPEG-4 LC-AAC MPEG-2 LC-AAC Quadro 4 Parâmetros de áudio permitidos no Brasil e Japão. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 9 e 11) e BEDICKS JUNIOR; AKAMINE (2008, p. 69).
27 MULTIPLEXAÇÃO E RE-MULTIPLEXAÇÃO Os sinais de áudio e vídeo codificados e os dados são encaminhados para esse bloco para realizar a multiplexação desses conteúdos e posteriormente re-multiplexá-los. Essas duas etapas geralmente são feitas pelo mesmo equipamento e uma das diferenças é a característica do sinal na saída de cada um deles. Nas entradas do multiplexador são conectados sinais de diversas fontes no formato TS e a saída, que contém todos os sinais de entrada, é um TS que é encaminhado para o re-multiplexador. Na Ilustração 4 é apresentada a estrutura básica do TS, que será visto com maiores detalhes no capítulo seguinte. O TS é composto basicamente pelo header (cabeçalho) de 4 bytes, o campo opcional adaptation field com informações adicionais do cabeçalho e as informações úteis no payload. O tamanho do pacote TS é de 188 bytes, sendo que 184 bytes correspondem aos campos adaptation field e payload (NBR ). Header Adaptation field e payload 4 bytes 184 bytes Ilustração 4 Estrutura básica do transport stream. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 4). Geralmente o TS é transmitido pela interface Asynchronous Serial Interface (ASI) (AKAMINE, 2004), porém existem alguns multiplexadores com entrada ethernet, ou seja, os pacotes TS são encapsulados no formato IP. Nesse caso, o cabeçalho IP é descartado e os pacotes TS são recuperados e encaminhados para o re-multiplexador. Após multiplexar, são inseridas pelo re-multiplexador algumas tabelas de informação do sistema, com o objetivo do receptor entender corretamente que tipos de informações contêm aquele canal. A saída do re-multiplexador tem algumas características peculiares, como taxa de bits fixa, pacotes TS com tamanho de 204 bytes e pacotes especiais do ISDB-T com os parâmetros de transmissão. Esse sinal tem as informações necessárias para configurar o modulador, ou seja, todos parâmetros de transmissão são configurados nesse bloco e não mais no modulador, como acontece no sistema europeu de televisão digital DVB-T. Devido a essas características, o sinal na saída do re-multiplexador pode ser chamado de Broadcast Transport Stream (BTS).
28 MODULAÇÃO O sinal BTS do bloco anterior permite que todos os dados sejam transmitidos com as configurações escolhidas no re-multiplexador dentro do espectro de 6MHz do ISDB- T. O espectro é dividido em quatorze partes, sendo utilizadas treze e ocupando cada segmento 6/14=428,57 khz em uma banda útil de 5,57 MHz. O sistema pode ter até 3 camadas hierárquicas (A, B e C) distribuídas nos treze segmentos, ou seja, pode-se escolher os parâmetros de cada camada dependendo do grau de robustez, taxa de bits e serviços desejados. O segmento que sobra na verdade fica como uma banda de guarda no início e fim da banda, com metade de um segmento em cada ponta (BEDICKS JUNIOR, 2008). Na Ilustração 5 é apresentado o espectro do ISDB-T, com a divisão em segmentos. O segmento zero é o central, os da direita são pares e os da esquerda são ímpares. É importante destacar que no Brasil foi adotado um deslocamento positivo do sinal de transmissão terrestre em 1/7MHz = MHz (NBR15601). Na Ilustração 6 é apresentado como é a distribuição dos segmentos no caso de uma configuração utilizando duas camadas hierárquicas. A camada A é destinada ao serviço portátil denominado one seg e ocupa o segmento central. Já a camada B pode conter multiprogramação em SDTV ou um ou dois programas em HDTV, ocupando os doze segmentos restantes. Essa configuração pode ser identificada como 1+12 por a camada A e B ocuparem um e doze segmentos, respectivamente. A emissora também pode optar pela transmissão das três camadas, ou seja, a camada A destinada para o one seg, a B para SDTV e a C para HDTV, por exemplo. Na Ilustração 7 é mostrada a distribuição nessa configuração ao utilizar um segmento para a camada A, três para a B e nove para a C. Essa configuração pode ser identificada como
29 Canal de 6 MHz Potência MHz khz Frequência (MHz) Ilustração 5 Segmentação do ISDB-T. É importante destacar que não é obrigatório ter o serviço one seg, porém quando existe, ele sempre pertencerá à camada A e ocupará o segmento central. Além do número de segmentos, podem ser escolhidos para cada camada os seguintes parâmetros: modulação digital, tamanho do entrelaçador temporal e o código convolucional. O intervalo de guarda e modo são parâmetros relacionados a transmissão em geral e por isso afetam todas as camadas. Existe também uma informação denominada partial reception (recepção parcial), responsável por identificar a presença ou não do serviço one seg. Suas opções são: ativado ou desativado. Caso não seja utilizado, é possível utilizar o segmento central no caso da configuração com um segmento para a camada A para outros tipos de informações.
30 28 Potência C a m a d a A Camada B Camada B Frequência (MHz) Ilustração 6 Segmentação do ISDB-T para o caso de duas camadas (1+12). O modulador trabalha com três possibilidades de tamanho da IFFT (Inverse Fast Fourier Transform): 2k, 4k e 8k. O modo 1, 2 e 3 têm tamanho da IFFT de 2k, 4k e 8k, respectivamente (AKAMINE, 2004). Desse modo, o número de sub-portadoras aumenta com o modo e conseqüentemente, a distância diminui entre as sub-portadoras. O intervalo de guarda é uma proteção do sistema contra multipercursos, como também tem o sistema europeu DVB-T. Pode-se dizer também que é um intervalo de tempo em que nada de útil é transmitido, permitindo proteger o sistema contra sinais refletidos. Existem quatro possibilidades: 1/32, 1/16, 1/8 e 1/4. O intervalo de guarda 1/16 possui menor tempo de informação não útil que o 1/8 e por isso perde uma menor quantidade de taxa de bits. No entanto, 1/8 tem um grau de proteção maior contra multipercursos, ou seja, suporta atrasos maiores de sinais refletidos (ONO, 2008).
31 29 Potência C a m a d a B C a m a d a B C a m a d a A C a m a d a B Camada C Camada C Frequência (MHz) Ilustração 7 Segmentação do ISDB-T para o caso de três camadas (1+3+9). As camadas podem ser configuradas com modulações digitais diferentes, dentre as possíveis são: Diferencial Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK), Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM) e 64 Quadrature Amplitude Modulation (64-QAM). Não é recomendado transmitir qualquer uma das camadas em DQPSK (BEDICKS JUNIOR; AKAMINE, 2008). O QPSK, 16-QAM e 64- QAM tem 2, 4 e 6 bits por símbolo, respectivamente. Por possuir mais bits por símbolo, o 64- QAM permite uma taxa maior de bits, porém a robustez é menor. A modulação digital QPSK é a que possui maior robustez das três, porém a taxa de bits é menor. O entrelaçador temporal permite embaralhar as informações durante um intervalo de tempo, variando desde 0 até aproximadamente 400ms no modo 3. Outro parâmetro específico para cada camada é o codificador convolucional. Existem as seguintes possibilidades de configuração: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 e 7/8. O codificador
32 30 convolucional trabalha com taxa mãe de 1/2 e 64 estados. Essa taxa pode ser alterada utilizando um puncionamento para 2/3, 3/4, 5/6 e 7/8 (AKAMINE, 2004; NBR15601). Basicamente o codificador adiciona um bit a cada dois no caso da configuração 2/3. Esse bit a mais permite aumentar a capacidade de correção de bits, o que justifica a maior robustez para 1/2. Desse modo, verifica-se que quanto maior o resultado da fração, maior será a robustez da camada e menor será a taxa de bits. São apresentados no Quadro 5 os parâmetros configuráveis do ISDB-T que foram explicados anteriormente. Modo 1, 2 ou 3 Intervalo de guarda 1/4, 1/8, 1/16 ou 1/32 Recepção parcial Ativada ou desativada Número total de segmentos 13 Número máximo de camadas 3 Modulação da camada DQPSK, QPSK, 16-QAM ou 64-QAM Taxa do codificador convolucional da camada 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ou 7/8 0, 4, 8 ou 16 (Modo 1) Entrelaçador temporal da camada 0, 2, 4 ou 8 (Modo 2) 0, 1, 2 ou 4 (Modo 3) Quadro 5 Parâmetros configuráveis no ISDB-T. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 6).
33 31 3 MULTIPLEXADOR DO ISDB-T Neste capítulo é abordado com mais detalhes o funcionamento do multiplexador ISDB-T, que na verdade é um multiplexador e re-multiplexador. São utilizadas como base as normas (INTERNATIONAL STANDARD, 2008; NBR ; NBR ; NBR ). Antes disso, é abordado o protocolo de transporte TS utilizado no sistema ISDB-T para melhor compreender os sub-capítulos seguintes. No multiplexador do sistema são geradas as tabelas Program Specific Information (PSI) e Service Information (SI). A primeira contém obrigatoriamente informações pertinentes a que tipos de conteúdos a emissora está transmitindo, para que o receptor identifique e decodifique esses serviços. Já a SI indica a seqüência dos programas no canal (NBR ). 3.1 PROTOCOLO DE TRANSPORTE DO ISDB-T Os sinais de áudio e vídeos codificados e alguns sinais de dados devem ser multiplexados em pacotes, de acordo com a estrutura de pacotes Packetized Elementary Stream (PES) com comprimento arbitrário. Na Ilustração 8 é apresentada a estrutura básica do PES. O header (cabeçalho) permite identificar o tipo de pacote transmitido, o optional header (cabeçalho opcional) é utilizado na necessidade de adicionar mais informações ao cabeçalho e o payload contém as informações úteis (NBR ). O payload, no caso de vídeo ou áudio, contém o vídeo ou áudio codificado, ou seja, o elementary stream (ES).
34 32 Header Optional Header Payload 6 bytes Variável Variável Ilustração 8 Estrutura básica do packetized elementary stream. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 3). Já as tabelas de informação devem estar de acordo com a estrutura das seções. Segue na Ilustração 9 a sua estrutura para o caso estendido e na Ilustração 10, o formato normal. Ambas têm em comum o cabeçalho, que permite identificar o tipo de seção, e o payload, que contém as informações úteis. O CRC (Cyclic Redundancy Check) é o código de detecção de erros conhecido como CRC-32 e deve estar de acordo com a ISO/IEC (NBR ). Dentro do cabeçalho da seção normal existe o table id, section syntax indicator e section length. O primeiro identifica a que seção a tabela pertence, o segundo indica se a seção é estendida ou não e o terceiro informa o tamanho da seção a partir do byte seguinte a este campo até o fim do payload. Já no cabeçalho da seção estendida, além das mesmas informações da seção normal, existem os campos table id extension, version number, current next indicator, section number e last section number. A primeira serve para estender o table id, enquanto que a segunda é usada quando a emissora muda alguns parâmetros da tabela, devendo incrementar o seu valor. Quando current next indicator for um, indica que o receptor deve aguardar a próxima tabela. Section number e last section number informam, respectivamente, o número da seção atual e a da anterior, para o caso de ter mais de uma seção para a mesma tabela. Geralmente a seção mais utilizada é a estendida por nesta o receptor ter como verificar se tem erros dentro da seção.
35 33 Header Section syntax Section table id Table id '1' '11' indicator = '1' length extension 8 bits 1 bit 1 bit 2 bits 12 bits 16 bits Header '11' Version Current next Section Last section number indicator number number Payload CRC 2 bits 5 bits 1 bit 8 bits 8 bits N bytes 32 bits Ilustração 9 Estrutura das seções estendidas. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 4 e 7). Header Section syntax Table id '1' '11' Section length Payload indicator = '0' 8 bits 1 bit 1 bit 2 bits 12 bits N bytes Ilustração 10 Estrutura das seções normais. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 3 e 6). Os pacotes PES e as seções são encapsulados em TS, ou seja, todas suas informações estão dentro do payload do TS. Os pacotes PES e as seções podem estar presentes em mais de um pacote TS por possuírem tamanho variável e por o TS ter um payload de no máximo 184 bytes. Dentro do cabeçalho do TS existe uma informação responsável por identificar o conteúdo de dados presente naquele pacote. Esse campo é conhecido como packet identifier (PID) e tem 13 bits. Dentro do limite dos 13 bits e excluindo alguns PIDs já definidos pela norma ABNT NBR , geralmente é escolhido um PID único para o áudio do HDTV, outro para o do LDTV e assim por diante. Na Ilustração 11 é apresentada a estrutura mais detalhada do TS.
36 34 Sync byte (0x47) Transport error indicator Payload unit start indicator Transport priority PID 1 byte 1 bit 1 bit 1 bit 13 bits Transport Adaptation Adaptation Continuity scrambling field / field control index control payload 2 bits 2 bits 4 bits 184 bytes Ilustração 11 Estrutura detalhada do transport stream. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 7). Uma breve explicação de cada campo do cabeçalho do TS é apresentada no Quadro 6. A letra b ou h em subscrito significa que o número que está entre parêntesis está no formato binário ou hexadecimal, respectivamente. No Quadro 7 são apresentados os possíveis valores para o campo adaptation field control. Campo Função Sync byte Byte de sincronismo com valor fixo em (47) h. Transport error indicator Indica a presença de algum bit incorrigível caso for (1) b. Payload unit start indicator Informa que o payload do atual pacote TS contém o primeiro byte do pacote PES ou de qualquer tabela. Caso for (1) b, indicará que o atual pacote tem maior prioridade Transport priority do que qualquer outro com o mesmo PID, desde que o outro tenha o valor (0) b neste campo. Packet Identifier (PID) Identificador do pacote. Transport scrambling control Indica o tipo de embaralhamento presente no payload do TS. Adaptation field control Informa se o cabeçalho é seguido do adaptation field, payload ou adaptation field e payload. Continuity index Contador de pacotes para cada PID que varia de 0 até 15. Quadro 6 Função de cada campo do cabeçalho do TS. Fonte: ABNR NBR (2008, p. 8).
37 35 Valor Descrição 0 Reservado para uso futuro pela ISO/IEC 1 Cabeçalho seguido do payload 2 Cabeçalho seguido do adaptation field 3 Cabeçalho seguido do adaptation field e do payload Quadro 7 Definição dos valores para o adaptation field control. Fonte: ISO/IEC (2000, p. 20). Outro campo importante é o program clock reference (PCR), responsável pela sincronização entre os fluxos elementares (áudio e vídeo, por exemplo) ao indicar a taxa de bits do TS. O pacote TS poderá conter o PCR somente se existir o adaptation field e dentro deste o flag do PCR estiver em nível lógico um. Geralmente esses pacotes são gerados para cada serviço ou codificador de áudio/vídeo e por isso devem ser filtrados pelo multiplexador. A taxa de bits baseada no PCR pode ser calculada conforme a equação (1) (INTERNATIONAL STANDARD, 2008). (1) A taxa de bits, número de bits entre dois pacotes PCR com mesmo PID, o relógio de 27MHz e a diferença numérica entre os dois PCRs correspondem respectivamente a B t, n bits, clock e PCR. 3.2 MULTIPLEXADOR Os dados, vídeos e áudios codificados e encapsulados em TS são encaminhados para o multiplexador, que filtra as informações necessárias para transmissão. Isso é feito, pois os codificadores geram outras informações que nem sempre são adequadas
38 36 e/ou completas para o ISDB-T. Nesse caso, algumas dessas informações são geradas pelo próprio re-multiplexador para manter compatibilidade do sistema com os receptores. Na Ilustração 12 é apresentada a interface gráfica do multiplexador ISDB-T do fabricante Eiden, modelo 2726A. Cada uma das oito portas de entrada pode ser direcionada para qualquer uma das camadas, conforme a parte esquerda dessa ilustração. Está indicado que na porta 1 existem PIDs que vão para a camada A, enquanto que na entrada 2 outros PIDs vão para a B. Além disso, do lado direito é realizada essa configuração ao escolher a entrada e seus PIDs e direcioná-los para uma das camadas. Se necessário o radiodifusor poderá alterar o valor do PID na saída do multiplexador. Ilustração 12 Gerenciamento dos PIDs nas entradas do multiplexador Eiden 2726A. Além dos serviços de áudio e vídeo presentes na Ilustração 12, é possível adicionar mais outros serviços nas outras portas do multiplexador. No caso da configuração apresentada, os PIDs 0x100, 0x101 e 0x102 correspondem ao PCR, vídeo e áudio do serviço
39 37 one seg, enquanto que 0x200, 0x201 e 0x202 são o PCR, vídeo e áudio do conteúdo em HDTV. Desse modo, a função básica do multiplexador é capturar os PIDs escolhidos pelo radiodifusor e multiplexá-los em um único feixe de TS. Já a distribuição para as camadas é feita pelo re-multiplexador ISDB-T. Outro aspecto importante no bloco multiplexador é a inserção das tabelas PSI e SI para que na recepção os serviços sejam identificados de forma correta. No caso de transmissão de dados UDP/IP encapsulados no protocolo MPE é necessário transmitir outra tabela que não faz parte do SI. Serão explicados a seguir alguns parâmetros importantes específicos do Brasil, a estrutura das tabelas PSI/SI e da que não faz parte da SI Parâmetros específicos do Brasil Antes de começar a falar das tabelas PSI/SI é importante mostrar alguns campos utilizados nessas tabelas que a norma brasileira especifica para cada emissora e região. Esses campos são: network id, original network id, program number (número do programa) e area code. Os três primeiros campos e o último são especificados no anexo H e E da ABNT NBR , respectivamente. Cada emissora possui um prefixo composto por três letras e um número de até 3 dígitos. A terceira letra pode ser A, B, P, Q ou T, como, por exemplo, ZYT-888. A terceira letra do prefixo deve ser substituída por um número, segundo a Tabela 1, que deve ser concatenado com o número do prefixo, resultando em um número de até 4 dígitos. O resultado desse valor em decimal é igual aos campos network id e original network id
40 (NBR ). Nos exemplos ZYT-888 e ZYB-055, o valor seria igual a 4888 e 1055, respectivamente. 38 Tabela 1 Terceira letra do prefixo com seu respectivo valor. Valor Letra correspondente A 0 B 1 P 2 Q 3 T 4 Fonte: ABNT NBR (2009, p. 122). O cálculo do número do programa ou service number ou service id de 16 bits é realizado concatenando da esquerda para direita os 11 bits menos significativos do network id com os 2 bits do tipo de serviço e com os 3 últimos bits do número do serviço. Os tipos podem ser de dados, televisão ou one seg, conforme a Tabela 2, e o número deste serviço pode variar de 1 até 8 (NBR ). Deste modo a emissora poderá ter até oito conteúdos simultâneos de televisão e one seg, e dezesseis no caso de dados. Tabela 2 Valores para cada tipo de serviço para calcular o número do programa. Tipo de serviço Valor Televisão 0 Dados 1 ou 2 One Seg 3 Fonte: ABNT NBR (2009, p. 123). Outro campo importante é o area code, que tem 12 bits e como o próprio nome diz, indica a região em que a emissora está transmitindo. O cálculo deste deve ser feito baseando-se nas microrregiões definidas pelo IBGE. Os 7 bits da esquerda correspondem ao estado e podem ser encontrados no próprio anexo E da norma, enquanto que os outros 5 bits
41 39 são baseados nos números de cada microrregião definidos pelo IBGE (NBR ) Program Specific Information/Service Information (PSI/SI) As tabelas PSI/SI são fundamentais para a correta identificação dos tipos de serviços de áudio, vídeo e dados por parte do receptor. Segundo a norma brasileira ABNT NBR as tabelas PSI são as indicadas no Quadro 8 e as mais usadas tabelas SI são as do Quadro 9. Nome da tabela Abreviação Nome da tabela em português Program Association Table PAT Tabela de associação de programas Program Map Table PMT Tabela de mapeamento de programas Conditional Access Table CAT Tabela de acesso condicional Quadro 8 Tabelas PSI conforme ABNT NBR Fonte: ABNT NBR (2008, p. 3) e ABNT NBR (2008, p. 5). Nome da tabela Abreviação Nome da tabela em português Network Information Table NIT Tabela de informação de rede Service Descriptor Table SDT Tabela de descrição de serviços Time Offset Table TOT Tabela de mudança de data e horário Event Information Table EIT Tabela de informação de eventos Quadro 9 Tabelas SI mais usadas conforme ABNT NBR Fonte: ABNT NBR (2008, p. 3) e ABNT NBR (2008, p. 6). Segue na Ilustração 13 um exemplo da disposição de cada tabela, vídeo e áudio dentro de um fluxo de TS. A PAT associa os programas presentes no TS com o PID que carrega a sua respectiva PMT. As identificações dos sinais codificados (áudio, vídeo, PCR e dados) por meio do seu respectivo PID são indicadas na tabela PMT. Além disso, informações de acesso
42 40 condicional de cada programa também podem estar presentes. Já a CAT provê informações de acesso condicional. Os PID da PAT e CAT são 0x0000 e 0x0001, respectivamente, enquanto que o da PMT é indicado na PAT (NBR ). PAT Vídeo PMT Vídeo SDT Áudio Vídeo NIT Nulo EIT Pacote TS Cabeçalho Payload Ilustração 13 Exemplo da disposição das tabelas, áudio, vídeo e pacotes nulos dentro do TS. Na tabela NIT são reveladas informações sobre as características da rede e sobre a distribuição dos TS nas camadas. Já na SDT são identificados os respectivos serviços de televisão e one seg existentes com o nome do respectivo programa. Informações relacionadas a data, hora e fuso horário são geradas na TOT, enquanto que as relacionadas a eventos que estão acontecendo e os seguintes são indicados na EIT. Os PID da NIT, SDT e TOT são 0x0010, 0x0011 e 0x0014, respectivamente. Já a EIT é 0x0012, 0x0026 e 0x0027 dependendo se o programa está em HDTV, SDTV ou LDTV, respectivamente (NBR ). Dentre as tabelas citadas, são obrigatórias a transmissão da PAT, PMT, NIT, SDT, EIT (programa atual e seguinte) e TOT caso a emissora não estiver utilizando o acesso condicional. Cada uma dessas tabelas deve ser transmitida na forma de seção estendida com tamanho limitado em 1024 bytes, com exceção para a EIT que deve ter no máximo 4096 bytes e da TOT que utilizada seção normal. As partes das seções que ocupam mais do que um pacote TS são indicadas no campo section number, conforme visto em 3.1 (NBR ). O início de cada seção é indicado pelo campo de 8 bits denominado pointer field, que possui valor zero e está presente na primeira seção e primeiro byte útil do payload. Logo após vem o table id, também presente somente na primeira seção. O valor deste campo depende da tabela transmitida e é mostrado na Quadro 10.
43 41 Tabela PAT PMT NIT (rede atual) SDT (stream atual) EIT (programa atual/seguinte do stream atual) TOT Quadro 10 Table id de cada tabela. Fonte: ABNT NBR (2009, p. 12). Table id 0x00 0x02 0x40 0x42 0x4E 0x73 O table id já faz parte da seção e neste caso o que vem a seguir é o restante do cabeçalho da seção mais as informações úteis. A seguir são mostradas as estruturas das seções das tabelas PAT, PMT, SDT, NIT e TOT Program association table (PAT) A estrutura da seção da tabela PAT é apresentada no Quadro 11. Nessa tabela são relacionados os PIDs da PMT com o serviço. Para isso, é necessário repetir a parte identificada na tabela acima e sempre adicionar a tabela NIT com o seu respectivo PID 0x10 e número de programa igual a zero.
44 42 Repetir para cada um dos programas existentes e para NIT Campos Número de bits Table id 8 Section syntax indicator 1 '0' 1 Reservado 2 Section length 12 transport stream id 16 Reservado 2 Version number 5 Current next indicator 1 Section number 8 Last section number 8 Program number 16 Reservado 3 Caso program number = 0: network PID (NIT PID) Caso contrário: program map PID 13 CRC Quadro 11 Estrutura da seção da PAT. Fonte: ABNT NBR (2009, p. 14) Program map table (PMT) A estrutura da seção da PMT é apresentada no Quadro 12. O campo program number corresponde ao número do programa desta PMT, enquanto que program info length é a quantidade de bytes que ocupam os descritores 1. Depois são identificados os tipos e PID de cada um dos fluxos elementares ou dados que estão relacionados a PMT. No anexo J da ABNT NBR são encontrados os possíveis valores do stream type para cada tipo de sinal codificado contido no respectivo elementary PID. Já elementary stream info length corresponde ao tamanho total de todos os descritores 2.
45 Repetir para cada conteúdo existente no programa (áudio, vídeo, dados, etc) Campos Número de bits Table id 8 Section syntax indicator 1 '0' 1 Reservado 2 Section length 12 program number 16 Reservado 2 Version number 5 Current next indicator 1 Section number 8 Last section number 8 Reservado 2 PCR PID 13 Reservado 4 Program info length 12 Descritores 1 Múltiplo de 8 bits Stream type 8 Reservado 3 Elementary PID 13 Reservado 4 Elementary stream info length 12 Descritores 2 Múltiplo de 8 bits CRC Quadro 12 Estrutura da seção PMT. Fonte: ABNT NBR (2009, p. 18) e ABNT NBR (2008, p. 13). 43 Os descritores permitem adicionar informações as tabelas e são identificados no seu primeiro byte pelo campo descriptor tag. No segundo byte geralmente vem o descriptor length e esta informação é igual ao tamanho das informações úteis do descritor. No caso da PMT e da transmissão do áudio MPEG4 AAC é obrigatório a transmissão do AAC descriptor (descritor de áudio AAC) no descritor 2 quando o elementary PID for desse áudio (NBR ). A estrutura desse descritor é mostrada na Ilustração 14. O parâmetro descriptor length indica o tamanho em bytes desde profile and level até o fim das informações adicionais. Já o valor de profile and level deve ser configurado segundo o guia de operação
46 ABNT NBR , que fornece os valores deste campo dependendo do tipo de áudio. O campo AAC type e as informações adicionais são opcionais. 44 Descriptor tag 0x7C Descriptor length Profile and level AAC type flag Reservado AAC type (caso AAC type flag = 1) Ilustração 14 Estrutura do descritor de áudio AAC. Fonte: ABNT NBR (2009, p. 48). Informações adicionais 1 byte 1 byte 1 byte 1 bit 7 bits 2 bytes Múltiplo de 1 byte Outro descritor que é importante, mas não é obrigatório a ser transmitido é o stream identifier, que deve estar localizado dentro dos descritores 2 (NBR ). A sua sintaxe é apresentada na Ilustração 15. O valor de component tag é utilizado para identificar o tipo de stream do respectivo PID. Por exemplo, recomenda-se que para o primeiro ES de vídeo e de áudio sejam atrelados aos valores 0x00 e 0x10 de component tag, respectivamente (NBR ). Descriptor tag 0x53 Descriptor length Component tag 1 byte 1 byte 1 byte Ilustração 15 Estrutura do descritor stream identifier. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 23)
47 Service descriptor table (SDT) A estrutura da seção da SDT é apresentada no Quadro 13. O campo transport stream id identifica o TS desta SDT, enquanto que original network id é igual ao network id, que é o identificador da rede e o método para o seu cálculo foi informado na seção Para cada um dos programas de televisão e de one seg existentes deve-se ter uma indicação da existência ou não da EIT atual/seguinte (EIT present/following flag) e da EIT schedule. Além disso, existe o campo EIT company definition flag, que é definido na norma NBR , porém na NBR não aparece na estrutura da tabela e é citado como deve ser usado no anexo I dessa mesma norma (NBR , p. 126). Running status deve indicar como está o programa agora, como por exemplo, indefinido, desligado, começa em alguns minutos, pausado e executando, com valores de 0 até 4, respectivamente. Quando estiver em 1 o free CA mode, estará indicando que um ou mais conteúdos estão com acesso condicional. Já descriptor loop length é o número de bytes dos descritores. Um descritor obrigatório é o service descriptor (descritor de serviços), identificado pelo descriptor tag igual a 0x48. Na Ilustração 16 é apresentada a sua estrutura. Geralmente quando é utilizado one seg (serviço de dados) ou televisão HDTV/SDTV o valor de service type é igual a 0xC0 e 0x01, respectivamente (NBR ). O tamanho do service provider name é indicado em service provider name length e pode ser preenchido com o nome do provedor do serviço. Já o service name é o nome do programa atual, como por exemplo TV Mackenzie HDTV, e service name length é o número de bytes do nome do programa atual, que neste caso seria 17.
48 Repetir para cada um dos programas existentes Campos Número de bits Table id 8 Section syntax indicator 1 Reservado para uso futuro 1 Reservado 2 Section length 12 transport stream id Reservado 2 Version number 5 Current next indicator 1 Section number 8 Last section number 8 Original network id 16 Reservado para uso futuro 8 Service id 16 Reservado para uso futuro 3 EIT company definition flag 3 EIT schedule flag 1 EIT present following flag 1 Running status 3 Free CA mode 1 Descriptors loop length 12 Descritores Múltiplo de 8 bits CRC Quadro 13 Estrutura da seção SDT. Fonte: ABNT NBR (2009, p. 25) e ABNT NBR (2008, p. 14). Descriptor tag 0x48 Descriptor length Service type Service provider name length Service provider name 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Múltiplo de 1 byte Service name length Service name 1 byte Múltiplo de 1 byte Ilustração 16 Estrutura do descritor de serviços. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 20).
49 Network information table (NIT) A estrutura da seção da NIT é apresentada no Quadro 14. No caso de existir mais do que um grupo de transport stream id, há um laço para repetição para cada um deles. O tamanho em bytes dos descritores 1 é indicado em network descriptors length, enquanto que transport stream loop length indica o tamanho do laço de repetição. Já transport descriptors length é o tamanho total dos descritores 2 utilizados no loop atual. No primeiro loop desta tabela estão os descritores 1, onde é obrigatório a transmissão dos descritores network name descriptor (descritor do nome da rede) e system management descriptor (descritor de gerenciamento de sistema) (NBR ). É considerado um canal que não tenha transmissões conectadas ou que queria transmitir um alarme de emergência, pois isso implica na transmissão de outros dois descritores. Na Ilustração 17 é apresentada a estrutura do descritor do nome da rede. No campo network name é escrito o nome da rede. Na Ilustração 18 é mostrado o descritor de gerenciamento de sistema. O campo system management id informa se a transmissão é aberta ou não (NBR ) e o additional identifier info é usado para aumentar o número de identificação do sistema gerenciador. No caso do Brasil, os dois bits da esquerda de system management id são igual a 0 em caso de televisão aberta, 1 e 2 para televisão não aberta e 3 é indefinido. Os próximos 6 bits indicam o sistema ISDB-T com o valor 3, enquanto que os outros 8 bits da direita são definidos pela emissora (NBR ).
50 48 Repetir no caso de existir mais do que um transport stream id Campos Número de bits Table id 8 Section syntax indicator 1 '0' 1 Reservado 2 Section length 12 Network id 16 Reservado 2 Version number 5 Current next indicator 1 Section number 8 Last section number 8 Reservado para uso futuro 4 Network descriptors length 12 Descritores 1 Múltiplo de 8 bits Reservado para uso futuro 4 Transport stream loop length 12 Transport stream id 16 Original network id 16 Reservado para uso futuro 4 Transport descriptors length 12 Descritores 2 Múltiplo de 8 bits CRC Quadro 14 Estrutura da seção NIT. Fonte: ABNT NBR (2009, p.20). Descriptor tag 0x40 Descriptor length Network name 1 byte 1 byte Múltiplo de 1 byte Ilustração 17 Estrutura do descritor do nome da rede. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 19)
51 49 Descriptor tag 0xFE Descriptor length System management id Additional identifier info 1 byte 1 byte 2 bytes Múltiplo de 1 byte Ilustração 18 Estrutura do descritor gerenciamento de sistema. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 24). Já no segundo loop, os descritores 2 devem ser: service list descriptor (descritor da lista de serviços), TS information descriptor (descritor de informações do TS), terrestrial delivery system descriptor (descritor de sistema de distribuição terrestre) e partial reception descriptor (descritor de recepção parcial). O último descritor deve ser usado somente se a emissora estiver transmitindo o serviço one seg (NBR ). Na Ilustração 19 é apresentada a estrutura do descritor da lista de serviços. Esse descritor apresenta todos os serviços presentes no canal. O campo service type é igual ao que está presente no descritor de serviços, ou seja, 0x01 para televisão e 0xC0 para one seg. Na Ilustração 20 é apresentada a estrutura do descritor de informações do TS. O remote control key identification é o canal virtual da emissora, ou seja, o número do canal analógico dela. O campo length of TS name é o tamanho do próprio TS name, que é o nome do TS atual escolhido pela emissora. Já transmission type count informa a quantidade de camadas hierárquicas que tenham associados serviços, ou seja, pode ser um, dois ou três. Transmission type count informa a camada hierárquica e sua modulação digital. É definido pelo provedor de serviço. O campo service number na verdade informa a quantidade de serviços presentes e com isso a quantidade de vezes que o service identification (ou service id) repete. Desse modo são informados todos os serviços de cada camada hierárquica.
52 50 Descriptor tag 0x41 Descriptor length Repetir para cada service id Service id Service type 1 byte 1 byte 2 bytes 1 byte Ilustração 19 Estrutura do descritor da lista de serviços. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 20). Descriptor tag 0xCD Descriptor length Remote control key identification Length of TS name Transmission type count TS name 1 byte 1 byte 1 byte 6 bits 2 bits Múltiplo de 1 byte Repete para cada camada hierárquica Repetir para serviços da mesma camada Reservado Transmission Service type count number Service identification para uso futuro 1 byte 1 byte 2 bytes Múltiplo de 1 byte Ilustração 20 Estrutura do descritor de informações do TS. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 33). Na Ilustração 21 é apresentada a estrutura do descritor de sistema de distribuição terrestre. O area code informa a região da emissora e foi apresentado na seção Os valores de 0 até 3 de guard interval correspondem aos intervalos de guarda 1/32, 1/16, 1/8 e 1/4, respectivamente. Já mode define o modo de transmissão, sendo os valores 0, 1 e 2 correspondentes aos modos 1, 2 e 3, respectivamente. Já frequency corresponde a freqüência da emissora, podendo ser várias caso o mesmo TS seja fornecido para várias regiões em freqüências diferentes. Esse campo deve ser igual ao centro do canal multiplicado por sete. O canal 60, por exemplo, tem a freqüência central igual a /7 MHz e por isso
53 51 o campo frequency seria igual a Descriptor tag 0xFA Descriptor length Area code Guard Interval Transmission mode Repetir Frequency 1 byte 1 byte 12 bits 2 bits 2 bits 2 bytes Ilustração 21 Estrutura do descritor de sistema de distribuição terrestre. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 30). Na Ilustração 22 é apresentada a estrutura do descritor de recepção parcial. Esse descritor basicamente informa o(s) serviço(s) one seg presentes no canal. Geralmente é transmitido só um, porém este descritor permite informar mais do que um caso a emissora transmita mais do que um serviço one seg. Descriptor tag 0xFB Descriptor length Repetir para cada serviço one seg Service id 1 byte 1 byte 2 bytes Ilustração 22 Estrutura do descritor de recepção parcial. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 30) Time offset table (TOT) A estrutura da seção da TOT é apresentada no Quadro 15. Essa tabela é responsável pela informação de data e horário atuais e também do horário de verão. O campo
54 52 UTC-3 time contém o dia e hora com diferença de -3 horas com o coordinated universal time (UTC) e o modified Julian date (MJD). Os 16 bits da esquerda correspondem ao MJD e os 24 bits restantes a hora em BCD (Bynary Coded Decimal). Por exemplo, a data 28/11/2009 e hora 21:05:30 é codificada como 0xD77B O cálculo do MJD é apresentado no anexo A da ABNT NBR Campos Número de bits Table id 8 Section syntax indicator 1 Reservado para uso futuro 1 Reservado 2 Section length 12 UTC-3 time 40 Reservado 4 Descriptors loop length 12 Descritores Múltiplo de 8 bits CRC Quadro 15 Estrutura da seção TOT. Fonte: ABNT NBR (2009, p. 30). O descritor obrigatório para essa tabela é o local time offset descriptor (descritor de diferença de fuso horário), apresentado na Ilustração 23. O campo country code deve ser igual a BRA no caso do Brasil, sendo que cada um dos três caracteres de 8 bits devem ser codificados de acordo com a ISO (NBR ). As regiões do país são identificadas pelo country region id, conforme pode ser visto em ABNT NBR Já a diferença em módulo do horário local para o UTC-3 deve ser codificada em 16 bits utilizando apenas a hora e minuto no campo local time offset. A indicação se a diferença do início ou fim do fuso é para mais ou menos é realizada em local time offset polarity. Changing data deve ser o horário de mudança de fuso codificado segundo o MJD e time of change é o horário codificado em 6 dígitos com 4 bits BCD cada um. A indicação de quanto é que será a diferença do horário comparado com UTC-3 após o início ou fim do fuso horário é feito no
55 campo next time offset. Esses 2 bytes são utilizados para que o receptor se prepare quando chegue o início ou fim do fuso horário. 53 Descriptor tag 0x58 Descriptor length 1 byte 1 byte Repetir para cada região se desejado Local time Local Next Country Country Reservado Changing Time of offset time time code region id '1' date change polarity offset offset 3 bytes 6 bits 1 bit 1 bit 2 bytes 2 bytes 3 bytes 2 bytes Ilustração 23 Estrutura do descritor de diferença de fuso horário. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 26) Tabela para transmissão de dados UDP/IP sobre o MPE Para transmitir dados UDP/IP encapsulados em MPE pelo sistema de televisão digital ISDB-T é necessário transmitir uma tabela que não faz parte da SI. Ela é conhecida como tabela de informação de aplicação (application information table AIT) e é designada indiretamente pela tabela PMT do serviço que contém estes dados (NBR ). A sua estrutura é apresentada no Quadro 16. O campo application type indica o tipo de aplicação informado dentro da AIT. Valores 0x0001, 0x0008 e 0x0009 correspondem a aplicativos Ginga-J, Ginga e Ginga-NCL, respectivamente (NBR ). Dentro dos descritores comuns são colocados descritores que podem indicar o que todos os aplicativos indicados têm em comum. No Quadro 16 aparece um laço de repetição, onde é indicado cada um dos aplicativos. Os campos organization id e
56 54 application id são utilizados para identificar a organização que criou o aplicativo e o próprio aplicativo. Na Quadro 17 é apresentado o que cada valor de application id significa. Já application control code informa como o receptor compatível irá fazer ao receber o aplicativo. Na Quadro 18 são mostrados os possíveis valores desse campo, bem como o que eles significam. Dentro dos descritores de aplicação são adicionados os descritores específicos da aplicação. Repetir para cada aplicativo Campos Número de bits Table id 8 Section syntax indicator 1 Reservado para uso futuro 1 Reservado 2 Section length 12 Application type 16 Reservado 2 Version number 5 Current next indicator 1 Section number 8 Last section number 8 Reservado para uso futuro 4 Common descriptors length 12 Descritores "comuns" Múltiplo de 8 bits Reservado para uso futuro 4 Application loop length 12 Organization id 32 Application id 16 Application control code 8 Reservado para uso futuro 4 Application descriptors loop length 12 Descritores da "aplicação" Múltiplo de 8 bits CRC Quadro 16 Estrutura da seção AIT. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 48).
57 55 Application ID 0x0000 até 0x3FFF 0x4000 até 0x7FFF 0x8000 até 0xFFFD 0xFFFE 0xFFFF Informação Aplicação não assinada Aplicação assinada Reservado por DVB Aplicações assinadas com mesmo organization ID Aplicações com mesmo organization ID Quadro 17 Valores de application ID e sua semântica. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 50). Application control code Identificador Semântica 0x00, 0x05 e 0x08 até 0xFF - Reservado para uso futuro. 0x01 AUTOSTART Aplicativo iniciado automaticamente. 0x02 PRESENT Aplicativo é iniciado somente se o usuário escolhê-lo na lista. 0x03 DESTROY Aplicativo é eliminado automaticamente pelo receptor. 0x04 KILL Igual ao anterior, com a diferença que neste caso o aplicativo pode continuar a operar caso o aplicativo escolher. 0x06 REMOTE Aplicativo remoto que é iniciado somente após a seleção do serviço. 0x07 UNBOUND Aplicativo iniciado automaticamente, porém o receptor pergunta se é para mantê-lo para executá-lo depois. Quadro 18 Valores de application control code e sua semântica. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 51). Para a transmissão de dados UDP/IP encapsulados em MPE é necessário transmitir o descritor de protocolo de transporte, conforme a seção 7.3 da norma ABNT NBR É apresentada na Ilustração 24 a estrutura deste descritor, enquanto que na Quadro 19 os valores definidos para alguns dos campos desse descritor para o caso da transmissão de dados dentro do protocolo MPE (NBR ). É importante destacar que o campo selector bytes contém a estrutura multiprotocol encapsulation info, conforme ABNT NBR item 7.3. Na Ilustração 25 é apresentada essa estrutura. Pela tabela 56 da ABNT NBR (NBR ), o descritor de protocolo de transporte contém os parâmetros descriptor tag, descriptor length, protocol id, transport protocol label e selector bytes. No
58 56 entanto, nesta mesma norma (seção 7.3) é citado que para o caso da transmissão do MPE é necessário configurar os seguintes parâmetros nesse mesmo descritor: protocol id, component tag e selector byte. Nota-se que o campo component tag não existe dentro deste protocolo, enquanto os outros dois existem. Excluindo também os campos descriptor tag (identifica o descritor) e descriptor length (tamanho total do descritor), conclui-se que o component tag corresponde ao transport protocol label. Descriptor tag 0x02 Descriptor length Protocol ID Transport protocol label Selector bytes 1 byte 1 byte 2 bytes 1 byte Múltiplo de 1 byte Ilustração 24 Estrutura do descritor de protocolo de transporte. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 57). Campo Descriptor tag Descriptor length Protocol ID Transport protocol label Selector bytes Valor 0x02 Quantidade de bytes desde o protocol ID até o último byte de selector bytes 0x0002 Stream elementar do carrossel multiprotocol_encapsulation_info Quadro 19 Valores dos campos do descritor de protocolo de transporte para o caso do uso do MPE. Fonte: ABNT NBR (2008, p. 26 e 57). MAC MAC IP Max sections Alignment address mapping indicator Reservado per range flag datagram 3 bits 1 bit 1 bit 3 bits 1 byte Ilustração 25 Estrutura de multiprotocol encapsulation info. A estrutura multiprotocol encapsulation info tem o primeiro campo chamado MAC address range, que corresponde ao número de bytes do endereço MAC do receptor deve
59 57 considerar para poder abrir este serviço de dados. Na Tabela 3 são apresentados quais bytes devem ser considerados dependendo do valor escolhido para este campo. Já MAC IP mapping flag indica se é para usar o IP para mapeamento MAC, sendo o valor 0 utilizado somente se o mapeamento de endereços IP para MAC é feito fora do escopo da norma ABNR NBR (NBR ). Alignment indicator informa se o alinhamento de bits entre os bytes do datagram section (neste caso o MPE) e os do stream de transporte é de 8 ou 32 bits, sendo 8 o padrão e correspondente ao valor 0 para este campo. O campo reservado deve ser preenchido com uns. O último campo desta estrutura max sections per datagram indica o número máximo de seções que o datagrama (MPE) pode ocupar (NBR ). Tabela 3 Possíveis valores para o campo MAC address range. MAC address range Bytes do MAC válidos 0x00 e 0x07 Reservado 0x01 6 0x02 6,5 0x03 6,5,4 0x04 6,5,4,3 0x05 6,5,4,3,2 0x06 6,5,4,3,2,1 Fonte: ABNT NBR (2008, p. 27). Outra importante informação para poder transmitir dados é a indicação do PID desses dados com stream type igual a 0x0A dentro do descritor stream identifier descriptor localizado dentro da PMT deste programa (NBR ).
60 RE-MULTIPLEXADOR Todos os TS multiplexados são encaminhados para este bloco com o objetivo de associar cada um dos PIDs escolhidos com a respectiva camada hierárquica. Essa associação é indicada em um dos 16 bytes adicionados no final do pacote TS. Desse modo, o pacote TS tem agora 204 bytes, sendo conhecido agora como BTS devido a essa característica e mais outras que serão abordadas. Cada uma das tabelas geradas pelo multiplexador e os PID de dados que foram filtrados pelo multiplexador são então re-multiplexados em uma ordem específica de camadas para sincronismo com o modulador. Esta saída também tem 204 bytes de pacotes TS, sendo que os 16 bytes finais possuem informações pertinentes a que camada o TS atual pertence. Além disso, é gerado pelo re-multiplexador um pacote denominado ISDB-T Information Packet (IIP), responsável pela identificação dos parâmetros de transmissão e das camadas pelo modulation control configuration information (MCCI) e de informações relacionadas a redes de freqüência única em network synchronization information (NSI). É apresentado na Ilustração 26 os parâmetros de MCCI configurados no multiplexador da Eiden 2726A. Os parâmetros de transmissão current são os atuais e os next são relacionados à mudança destes mesmos parâmetros com o transmissor no ar. A estrutura do pacote IIP é apresentada no Quadro 20. O cabeçalho de 32 bits está no mesmo formato dos outros pacotes TS e as informações MCCI e NSI estão identificadas nessa mesma tabela. O pacote IIP é identificado no dummy byte e geralmente o seu PID é igual a 0x1FF0, porém este não é um valor fixado pela norma. Maiores informações sobre os outros campos do IIP e detalhes de como são distribuídos os bits do MCCI e NSI são encontrados em (NBR ) e (STD-B31).
61 59 Ilustração 26 Software de gerenciamento do multiplexador Eiden 2726A mostrando a MCCI. Campos Número de bits Transport stream header 32 IIP packet pointer 16 Modulation control configuration information 160 IIP branch number 8 Last IIP branch number 8 Network synchronization information length 8 Network synchronization information Múltiplo de 8 bits Quadro 20 Estrutura básica do pacote IIP. Fonte: ARIB STD-B31 v1.6 (2005, p. 100) e ABNT NBR (2008, p. 27). Dependendo do modo e do intervalo de guarda, há um número de pacotes Transport Stream Packets (TSP) que correspondem ao multiplex frame (quadro multiplexado). Dentro deste quadro existe uma seqüência de pacotes nulos e de camadas com o intuito de sincronizar com a freqüência de amostragem do modulador. Essa seqüência depende de parâmetros como a modulação digital, código convolucional, segmentos de cada camada, modo e intervalo de guarda.
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