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Middleware para Set-top Boxes – Um enfoque prático

Manoel dos Santos Dantas

Departamento de Telecomunicações – Pós Graduação – Midiacom - UniversidadeFederal Fluminense (UFF)

Campus da Praia Vermelha - Escola de Engenharia -Bloco D - Sala 502-B - R. Passo daPátria, 156 - São Domingos – 24210-240 – Niterói – RJ – Brasil

[email protected]

Abstract. This paper will present some commercial and under researchMiddleware platforms used to develop set-top box projects. Some terminologyare provided as well as an extensive use of graphic diagrams along the textwill help the reader understanding the scope of the project.

Some of the provided information in this paper will be the basis of anacademic research on a AMD/Geode® Main Printed Circuit Board acquiredby Midiacom / Universidade Federal Fluminense. The project aims to proposea Middleware specification to be provided to the Brazilian Government and togain interest on other researchers in the area or alike, in order to make fulluse of the Midiacom research laboratory and team.

Along in this paper eight middleware platforms are described with somedetail, open standards / open software solutions are focused. We did notdiscarded some proprietary middleware solutions, since we described in acertain extent some of mainly used ones in some well developed countries andcontinents, like Europe, Continental USA and Japan.

This paper will provide a basis for research for Midiacom team in the area,and also will be used on our Master Thesis proposition in theTelecommunications department at Universidade Federal Fluminense.

Resumo. Neste trabalho iremos apresentar algumas plataformas comerciaise algumas residentes no âmbito acadêmico para projetos de set-top box. Umadefinição mais completa do sistema, termos mais utilizados e ilustrações estãocontidas também nesta monografia.

Este trabalho oferece informações para que se possam iniciar pesquisas emuma placa de Hardware AMD/Geode® adquirido pelo Midiacom comoplataforma de desenvolvimento de projetos de Middleware e pesquisas afins.

Foram investigadas 8 plataformas de Middleware, com foco em sistemasabertos, porém também comparando-os com as plataformas comercias emextenso uso na Europa, Estados Unidos e Japão.

Esta monografia servirá também como uma referência para estudos e umafutura proposta de tese na área de Comunicações e Multimídia daUniversidade Federal Fluminense.

Middleware para Set-top Boxes – Um enfoque prático – Manoel dos Santos Dantas 1 / 49

1. Introdução

Este trabalho pretende apresentar oito middlewares (sistema operacional,aplicativos e camadas de sofware para a introdução de serviços e aplicativos ao jáexistentes na plataforma) disponíveis para o desenvolvimento de aplicaçõesembarcadas para televisão digital utilizando dispositivos de hardware dedicado,denominados set-top boxes.

O texto divide-se em uma definição do dispositivo set-top box, incluindo adescrição da arquitetura de hardware, logo após a descrição de cada middleware,extensamente ilustrado e ao final, uma conclusão que possibilitará a escolha domiddleware mais conveniente e viável para as pesquisas que estão sendodesenvolvidas no Departamento de Comunicações e Multimídia da UniversidadeFederal Fluminense e as referências utilizadas para a criação deste trabalho.


2. Set-top Box

Vejamos as seguintes definições para dispositivos set-top box :

É um dispositivo eletrônico o qual realiza interface com Televisãodisponibilizando serviços adicionais. [BT 1995]

É um dispositivo de Entretenimento interativo residencial que disponibilizaacesso a Internet, streaming de vídeo e informações via tradicional sistema detelevisão. [NS 2000]

De acordo com Tanembaum [Tanembaum 1996] , bastaria apenas acoplardispositivos que permitam a decodificação de fluxos MPEG® e outros componenteseletrônicos, para que o cliente de serviços multimídia pudesse assistir televisão digital noseu lar.

Devido às dimensões da tela do monitor do computador, o usuário ficariainsatisfeito e dependendo do perfil deste, a experiência de assisitir televisão seriafrustrante.

Por outro lado, se um dispositivo com as mesmas capacidades de decodificação econectividade, que pudesse ser acoplado a um aparelho de televisão convencional, fosseoferecido a esse mesmo usuário, ainda que existissem algumas restrições do própriomodelo (baixa capacidade de memória, poder de processamento relativamente baixo secomparado a um microcomputador convencional), seria muito mais proveitoso einteressante.

Assim, um modelo de “computador” orientado a recepção de sinais digitais eanalógicos, com alguma capacidade de inteligência, armazenamento massivo e saída paratelevisão pode ser exemplificado conforme a figura 1.


Figura 1 – Arquitetura de hardware de um set-top box simples [Tanembaum 1996]

Esse dispositivo contém uma Unidade Central de Processamento (CPU), memóriaRAM e ROM, controladores de entrada e saída de dados, decodificador MPEG® enterface com rede de computadores para que possa ser provido um certo grau deinteratividade entre o cliente e o conteúdo recebido, assim como atualização deprogramas e recebimento de guia de programação eletrônica.

Como item opcional, um dispositivo de segurança pode ser incluído para adecodificação de filmes e conteúdo especiais como mensagens, correio, envio de númerode cartão de crédito para compras on-line.

Esse hardware necessitará de um sistema operacional que possibilite acessar todasessas funcionalidades e adaptabilidades. Também serão necessários aplicativos quepossam ser portados para diferentes tipos de processadores (que por ventura diferentesfabricantes poderão desenvolver) e camadas de software para que o acesso destesaplicativos ao sistema operacional e ao próprio hardware não sejam executadosdiretamente.

Esse tipo de “computador”, denominamos de set-top box, ilustrado na figura 2.


Figura 2 – Dispositivo set-top box típico [Century 2005]

Os serviços que podem ser disponibilizados por um set-top box, são :

• Transmissão e Recepção de streaming de vídeo em tempo real.

• Interação entre usuário e conteúdo.

• Recuperação e armazenamento de conteúdo

• Serviços oferecidos pela Internet : correio eletrônico, navegação WWW,publicação (blog)

• Jogos

• Ensino à distância

• Votação, conferência e enquetes em tempo real


3 – API / Middleware

Figura 3 – Modelo de Televisão Digital [Lamas 2004]

A Interface de programa da aplicação (Application Program Interface – API) éuma das ferramentas que os programadores dispõem para requisitar dados ou serviçosresidentes num sistema operacional específico.[Helps 2005]

Utilizando uma API, um desenvolvedor poderá escrever uma aplicação que acesseo sistema operacional, mas que independa do hardware ou de caracterísiticas peculiaresdo sistema operacional.

Alguns países já definiram seus padrões para transmissão de Televisão Digital,tanto para transmissão terrestre como para transmissão via satélite.

No Reino Unido é utilizado o padrão DVB-T. No Japão, os padrões usados sãoISDB-C, ISDB-S e ISDB-T.

O Ministério das Telecomunicações Brasileiro, através do decreto n.o 4.901 de26 de novembro de 2003 (como mostrado na figura 4), instituiu o Sistema Brasileiro deTelevisão Digital (SBTVD) e assim um padrão definitivo para o mercado Brasileiro,descrito na figura 5, deverá ser obtido até 12 de Dezembro de 2005. [Lamas 2004]


Figura 4- Modelo de Gestão Brasileiro para o desenvolvimento de Televisão Digital [Lamas2004]

Figura 5 – Modelo de Televisão Digital proposto pelo Governo Brasileiro [Lamas 2004]

Existem diversas API´s / Middleware já desenvolvidos que vêm sendo utilizadaspara o desenvolvimento de aplicações para Televisão Digital Interativa.

As próximas subseções comentam os principais.


3.1. Java® Technologies for Interactive Television (Java® TV)

A linguagem de programação Java® foi desenvolvida pela Sun Microsystems® eapesar do fabricante definir padrões tanto de chamadas como de codificação dasbibliotecas, toda a padronização é aberta e fartamente documentada.

A tecnologia Java® TV utilizada em receptores de televisão digital é baseada naplataforma Java® que consiste de uma máquina virtual Java (JVM®) e algumasbibliotecas reutilizáveis escritas na linguagem de programação Java®.[JTTITWP 2001]

A Java® TV API provê rotinas reutilizáveis e modulares orientadas a dispositivosde recepção digital (televisão digital), provendo por exemplo, uma camada de nível maisalto ao acessar os dispositivos de hardware do set-top box, conforme mostrta a figura 6.[Silva 2005]

Figura 6 – Java® TV API [Silva 2005]

Algumas funcionalidades tais como controle de fluxo de áudio e vídeo, acesso aosdados do serviço de informações, controle do sintonizador de canais, e gestão do ciclode vida das aplicações, estão contempladas.

Para que algumas facilidades especiais sejam acrescentadas, como Acesso deEntrada e saida de dados pelos usuários, gestão de rede, internacionalização, encriptaçãoe de-encriptação de conteúdo e segurança, o PersonalJava application enviroment®

está incluído no contexto da tecnologia Java orientada a Televisão Digital.

Todavia, a Java® TV API é apenas um dos componentes utlizados no modelo deTelevisão Digital utilizando o sistema operacional Linux (TV Linux), como área desistemas de interação com o usuário. Para suportar ou agregar outras especificações eaplicações, módulos adicionais devem ser implementados, como mostrado na figura 7.


Figura 7 – Arquitetura de televisão Digital utlizando o sistema Operacional Linux [Linux4.TV 2005]

Um aspecto interessante a ser ressaltado no uso desta tecnologia, é que asaplicações e applets Java® não necessitam residir na memória do sistema o tempo todo epodem ser transmitidas ao receptor somente quando necessário.

Após o código ser executado, o código é removido automaticamente da memóriado receptor através do coletor de lixo (garbage collector process) fornecido peloJVM®.


Outro fator crucial é que as aplicações escritas na linguagem Java® independem daplataforma na qual são executadas. Assim, o desenvolvedor pode depurar as aplicaçõesem uma máquina distinta à máquina alvo ou migrá-las para outras plataformas comocomputadores de mão ou telefones, que por ventura suportem os requisitos datecnologia Java® orientada a Televisão Digital.

Figura 8 – Aplicações para set-top box típicas utilizando a tecnologia Java® [JTTITWP 2001]


3.2. Microsoft TV®

A Microsoft TV® é uma plataforma fechada, orientada a provedores de conteúdo,distribuidores de guias digitalizados e interativos e que eventualmente um anunciante ouprovedor de anúncios ou serviços (jogos on-line, por exemplo) poderá interagir em parteou no todo da programação existente, alterando-o de acordo com a necessidade domomento.

A plataforma, denominada Foundation Edition® 1.7, está focada somente noSoftware, provendo uma plataforma com padrão fechado, no que tange tanto acustomização, análise do comportamento dos usuários e no desenvolvimento de novosserviços e interfaces, apresentado na figura 9.[MicrosoftTV 2005]

Algumas das facilidades oferecidas pela plataforma :

• Gravação de vídeo digital inteligente (DVR) utilizando dispositivo dearmazenamento interno ou externo

• Programação sob demanda com a possibilidade de gravação simultânea dedois ou mais canais

• Modo de apresentação de vídeo em alta definição (HDTV) com Video-On-Demand

• Guia de programação interativo e a possibilidade do provedor de serviçosoferecer jogos e votação on-line

• Habilitação, Monitoração e Cancelamento de serviços sem a intervenção dousuário

• Gerenciamento do set-top box (programação armazenada, conteúdo a sergravado) pelo usuário através da Internet

• Integração com sistemas de backoffice existentes com outros dispositivospessoais, como relógios, computadores de mão, console de video-games

• Sistema de proteção de conteúdo incorporado (Digital Rights Management -DRM )


Figura 9 – Plataforma Microsoft TV® Foundation Edition® [MicrosoftTV 2005]


Para isso, a Microsoft® também desenvolveu uma família de aplicativos desoftware (apresentados na figura 10) denominada plataforma IPTV Edition®.

Figura 10 – Plataforma Microsoft® IPTV Edition® [MicrosoftTV 2005]

Essa solução fim a fim, é implementada desde o provedor de serviço que utiliza asferramentas de geração, administração e proteção de conteúdo pertencentes à famíliaWindows® (Microsoft TV Infrastructure®), passando por dispositivos que tenhamcomo base o sistema operacional Windows® (Computadores Pessoais, telefones,computadores de mão, consoles de video-jogos) até o consumidor final dos serviçosoferecidos, ou seja o set-top box (Microsoft TV Experience®).

Para o desenvolvimento de aplicações, é oferecido também ferramentas cujopadrão é fechado, como por exemplo o Microsoft Visual .Net®.

Este conjunto de ferramentas inclui exemplos e apresenta um ambiente dedesenvolvimento bastante confortável e amigável para o programador.

A customização da interface final com o usuário é rapidamente executada de formasimples pelo provedor de serviço, onde o servidor atualiza quase que instantâneamente oset-top box cliente, não necessitando de atualizações de software ou hardware ou mesmoa certificação do cliente.


O ambiente inclui também ferramentas para análise de horário de exibição decomerciais e programas pelos telespectadores, relatórios a partir dessas análises,localização de serviços internacionais de notícias, previsão do tempo e esportes.

O ambiente de autoria baseia-se nos padrões XHTML e XML.

Sendo necessária uma atualização de software no cliente, o conteúdo armazenado(filmes, jogos...) é preservado.

A plataforma de hardware suportada é a família de set-top box Motorola® (utiliza oprocessador PowerPC), incluindo os modelos DCT700, DCT1700, DCT2000,DCT2500, DCT5100, DCT6200 e DCT6412.

A plataforma AMD/Geode® das famílias GX e LX também é suportada.


3.3 - Aurora Complete dvb Middleware®

Desenvolvido pela empresa Cabot Communications Ltd. no Reino Unido, oAurora Complete dvb Middleware® é uma plataforma semi-aberta, como apresentadona figura 11.

São fornecidas API´s para que o provedor de serviço possa portar tanto serviçosexistentes, assim como o próprio middleware para outras plataformas de hardware esistemas operacionais.

O fabricante enfatiza que o Middleware funciona como uma camada de abstraçãode software independente do sistema operacional e do hardware, oferecendo assim umarobustez e baseando-se em padrões abertos, poder oferecer uma plataforma poderosa, deacordo com os padrões Europeus vigentes.

Algumas facilidades oferecidas pela plataforma :

• Suporte ao padrão pan-europeu de Transmissão de Vídeo Digital (DVB),com suporte a múltiplas linguagens e transmissão por via terrestre e viasatélite

• Plataforma baseada nos padrões MHP e MHEG-5

• Funcionalidades como descarga de arquivos de atualização em modoseguro durante a exibição do conteúdo ao usuário final

• Suporte a canais com encriptação diferenciada (pay-tv) através de umainterface única com o usuário

• Interface com o usuário orientada a menus e com ajuda on-line(Electronic Programme Guides – EPG)

• Compra de canais com controle de conteúdo por parte do usuário

• Possibilidade de integração com outros aplicativos ou dispositivos atravésde plug-ins, tais como gravadores de DVD´s, Gravadores DigitaisProgramáveis

A solução oferecida contempla apenas o usuário final, isto é o set-top box,deixando o fornecedor de conteúdo livre para escolher o fabricante para provimento dosserviços, desde que seja de acordo com as normas européias de transmissão de televisãodigital.


A seguir será mostrado a arquitetura utilizada pelo fabricante na implementação doMiddleware Aurora®.

Figura 11 - Plataforma Aurora Complete dvb Middleware® [Cabot 2005]

Como o sistema independe do sistema operacional utilizado , toda a inferência domiddleware no hardware é efetuada através de uma camada de abstração (PlatformAbstraction Layer), e todas as outras funções são executadas através de plug-ins.

O Eclipse DVB Core® implementa todas as funcionalidades requeridas para osuporte dos padrões DVB-T ou DVB-S através de API´s e protocolos para interagircom aparelhos de televisão analógicos e módulos para gravação de vídeo digital.

O plug-in Mercator MHEG-5® (compatível com a versão 1.06) satisfaz osrequerimentos necessários para a recepção dos serviços de transmissão digital utilizadosno Reino Unido.

O plug-in Alticaptor MHP® é compatível com a versão 1.03 e permite o suportede aplicações que interagem com o usuário final.


O plug-in Callisto Over-Air Download® permite que sejam efetuadas descargasem modo seguro de atualizações nos set-top boxes de forma única por toda a Europa,satisfazendo os requisitos definidos pelo Reino Unido e pela comunidade EconômicaEuropéia de forma automática dependendo de onde o aparelho se encontre.

Um serviço de monitoramento está incorporado para a verificação da assinaturadigital da atualização a ser introduzida (ou mesmo o conteúdo ou jogos), verificandoautomaticamente as atualizações no servidor.

O plug-in Hercules CI Stack® possibilita o suporte a recepção de canais econteúdo encriptado ou pago, sendo compatível com fornecedores de soluções Europeusque suportem tal facilidade no provimento de conteúdo.

Finalmente, o plug-in Chamaeleon Reference UI® possibilita a criação ecustomização de interfaces com o usuário, com suporte a múltiplas linguagens.

Para tal, o código fonte é fornecido junto com a ferramenta Observatory® do mesmofabricante. Completando o ciclo de desenvolvimento, é necessário a utilização daferramenta Microsoft Visual C++ Studio® executada num microcomputador do tipo PCpodendo estar conectado remotamente ou não ao set-top box.

Os Sistemas Operacionais Suportados são : Linux®, Windows®, VxWorks®,PSOS, OS20, Nucleus e o MicrosC OSII.

Os processadores suportados são : ST20®, MIPS®, PowerPC®, Família Intel®

baseada na arquitetura x86, Trimedia® e ARC Tangent®.


3.4. AdapTV

O AdapTV [Lopes2004] é um Middleware proposto por membros doDepartamento de Informática da Universidade Federal do Rio Grande do Norte epela Universidade Federal da Paraíba. Está baseado num framework denominadoCosmos.

A principal função deste framework é prover uma arquitetura genérica baseada emcomponentes para a camada de configuração e gerenciamento de recursos em sistemasmultimídia distribuídos.

Novas funcionalidades do sistemas são implementadas através de serviços, queatravés do paradigma de orientação a objetos trata dispositivos físicos e recursos comoobjetos e classes, podendo ser instanciados, monitorados e permitir a comunicabilidadeentre eles de forma transparente ao sistema operacional.

Os principais componentes deste framework estão ilustrados na figura 12.

Figura 12 – Arquitetura do framework Cosmos [Lopes 2004]

• Configurator : Inicializa, configura e gerencia os componentes domiddleware, dos recursos do sistema e da aplicação que faz parte domiddleware.

É um elemento crítico de todo o sistema, já que verifica os requisitos deQoS de cada aplicação em execução, gerenciando o ciclo de vida dosmesmos, realizando também operações de inspeção, configuração,negociações e ajustes dinâmicos de propriedades das aplicações que estãoassociadas aos componentes e fluxos multimídia envolvidos no sistema.


• Proxy : Descreve a representação interna de uma aplicação em execuçãono momento.

• Factories : São entidades responsáveis pela criação de componentes dosistema (portas, serviços, recursos).

• Resources : Descreve a representação de recursos de hardware esoftware.

• Services : Módulos de software que permitem incluir novasfuncionalidades, como configurar e alocar componentes e recursosvirtuais, recuperar componentes requeridos pelo middleware nomomento, gerenciar acesso, fornecer suporte transacional para asaplicações e permitir o suporte às aplicações distribuídas.

O AdapTV é um middleware baseado no framework Cosmos, descritoanteriormente.

A proposição do middleware é a partir de uma infra-estrutura adaptativa desuporte a execução, gerenciamento e configuração de componentes e aplicações desistema de televisão digital interativa.


Uma primeira apresentação do middleware é em camadas, onde cada camadafornece um conjunto de API´s para a camada imediatamente superior, segundo a figura12.

Figura 12 – Arquitetura em camadas do AdapTV [Lopes 2004]

O interfaceamento com o sistema operacional (Real Time Operational System –RTOS) é fornecido pelo framework Cosmos, e as API´s provêem um conjunto deoperações básicas, como acesso à rede, localização de componentes, escrita e leitura dedados nas portas do dispositivo, assim como obter e alterar informações sobre oambiente, monitorar conexões entre componentes sob forma reativa e pró-ativa.

Cada funcionalidade é fornecida pelas API´s, camadas e serviços associados,ilustrado na figura 13, é descrita a seguir :

• Camada de Serviços – Responsável pela configuração e gerenciamento derecursos virtuais e serviços provisionados pela plataforma.

• Camada de Manipulação de Mídia – Interage com os recursos do sistemaoperacional e os dispositivos de hardware associados ao set-top box.

• Camada de Recursos – Fornece recursos virtuais que definem API´s para oscomponentes de níveis mais altos.

• Camada de Adaptação – Contém componentes que definem API´s queacessam a camada de recursos, incorporando e isolando os aspectos físicosintrinsecos à plataforma de hardware.


• Serviço de Configuração – Configura, negocia e gerencia componentes erecursos virtuais.

• Serviço de Diretório – Possibilita recuperar os componentes requeridospelas aplicações.

• Serviço de Transações – Fornece mecanismos para autenticação e controlede acesso.

• Serviço de Comunicação – Fornece o suporte adequado às aplicaçõesdistribuídas.

• User API – API´s de usuário que fornece um conjunto de operações básicasque provêem as funcionalidades tradicionais do middleware, como acesso arede,localização de componentes, escrita e leitura de dados nas portas dodispositivo.

• API de Reflexividade – Disponibiliza um conjunto de operações para queseja obtidas informações sobre o ambiente, como componentes em execuçãono momento, monitoramento de conexões e metadados.


Figura 13 – Arquitetura detalhada do AdapTV [Lopes2004]

A modelagem das classes definidas na arquitetura proposta para o middlewareAdapTV utiliza a linguagem UML, onde a implementação de fato é feita na linguagemJava®. Todavia, alguns módulos podem ser implementados utilizando as linguagens C eC++, usando a Java® Native Interface (JNI).

No trabalho referente ao middleware AdapTV, não é mencionado o SistemaOperacional hospedeiro e tampouco o hardware suportado; Segundo o paper tanto aarquitetura como o middleware estão em fase de validação em protótipo, não sendo umaaplicação comercial ainda.


3.5. MediaHighway® Middleware

O MediaHighway® Middleware [NDS 2005] é um conjunto de soluçõesdesenvolvido pela empresa NDS®, provedor líder em soluções fim-a-fim de pay-TV edispositivos IP, situada no Reino Unido.

Através de outras tecnologias tais como VideoGuard® que proporciona soluçõesde distribuição de conteúdo de forma segura em banda larga, tem uma receita anual demais de US$20 bilhões e os dispositivos desenvolvidos por ela são utilizados por mais de48 milhões de assinantes.

A arquitetura em macroblocos está descrita na figura 14, e a solução fim a fim éapresentada na figura 21.

Um grande consumidor de seus produtos é a Sky Latin America.

Figura 14 – Arquitetura Funcional do MediaHighway® Middleware [NDS 2005]

A solução de Middleware é dividida da seguinte forma :

• MediaHighway® core : Provê soluções hardware e software de baixocusto para set-top boxes, de fácil customização e implementação,utilizando um Guia de Programação Eletrônico (EPG) de altaperformance, com aplicações que utilizam HTML e Javascript® e umaMáquina Virtual que ocupa pouco espaço na memória, como apresentadona figura 15.


Figura 15 – Arquitetura funcional do MediaHighway® core [NDS 2005]

É o sistema base que, através da agregação de módulos, permite aevolução do produto, assim como facilidades.

As facilidades incluídas no sistema base, incluem o suporte àtransmissão Digital de Televisão com legendas ( codificadas (closedcaption) e aquelas que utilizam bit-map ), agendamento de programastanto por parte do provedor como por parte do consumidor de formainteligente, com atualização do sistema ou de aplicativos em backgroundautomaticamente, com modo de segurança para aplicações interativas esuporte a gráficos de 24 bits de resolução.

O fabricante não descreve de forma sucinta todos os componentesenvolvidos na arquitetura do core system, porém da figura 15, podemosinferir que a arquitetura em camadas, é implementada de forma escalar emodular, tendo por base os drivers de hardware que fornecidos poroutros fabricantes e API´s que permitem ao desenvolvedor, integraroutros aplicativos que porventura já existam.


• MediaHighway® Advanced : Sistema desenvolvido para set-top boxescom facilidades mais avançadas, compliante com os últimos padrões detransmissão para Televisão Digital, como o padrão OCAP® como mostraa figura 16.

É compatível com o padrão Java® DVB MHP 1.0.3, suportandoHTML versão 4.0, JavaScript® 1.4, DOM 1 e CSS 2.

A capacidade do ambiente multi-tarefa do sistema permite a execução devárias aplicações Java® e HTML que inclusive podem se intercomunicar,de suportar dispositivos removíveis e os padrões DVB MPEG2 eprotocolo IP em quaisquer redes de transmissão, incluindo componentesde negócios e ferramentas para uma navegação fácil pelo sistema porparte do usuário.

Figura 16 – Arquitetura do MediaHighway® Advanced [NDS 2005]


• MediaHighway® Development Kit : É um kit de ferramentas paraDesenvolvimento de aplicações para set-top boxes que permite criaraplicações baseadas em HTML e Java® utilizando também ferramentasde autoria compliantes com padrões de mercado, como algumas dasapresentadas na figura 17.

Permite a depuração dos mesmos tanto no microcomputador dodesenvolvedor (Micromputador do tipo PC), como no Set-top box,reduzindo assim o tempo e o custo de sdesenvolvimento de meses paradias.

O kit não requer licenciamento para a distribuição das aplicações porparte das empresas que o adquiram. Inclusive a própria empresa (NDS®)estimula os desenvolvedores a se agruparem em comunidades para trocade experiências.

Figura 17 – Exemplos de algumas aplicações desenvolvidas, utilizando o MediaHighway®

Development Kit [NDS 2005]


• VideoGuard® : Permite o acesso condicional e ao conteúdo transmitido,fornecendo mecanismos de encriptação para a prevenção de cópia ilegaldos mesmos como shows, jogos, filmes em modo pay per view, comoapresentado na figura 18, tanto do servidor como o cliente.

Também fornece suporte a votação on-line, pesquisas de opinião e micro-pagamentos por determinado produto ou serviço fornecido pelaoperadora ou terceiros.

Figura 18 – Diagrama funcional do sistema VideoGuard® [NDS 2005]

• Value@TV® : Fornece a solução de gerência de conteúdo e transmissãopor parte do provedor, e algumas das seguintes empresas fazem uso desteproduto tais como a MTV, Discovery Channel e outros.


• Xtv® : É a solução apresentada que permite o controle e gerenciamentodo conteúdo por parte do consumidor final, como gravação earmazenamento do conteúdo para posterior exibição (Gravador DigitalInteligente), possibilitando ainda que o conteúdo possa ser protegido ouencriptado ou o armazenamento de um conteúdo previamente encriptadopor parte do provedor e cujo tempo de armazenamento seja controladopelo provedor de serviços, como em alguns exemplos apresentados nafigura 19.

Figura 19 – Algumas das aplicações fornecidas na solução Xtv® [NDS 2005]

Dentre outras funcionalidades, podemos citar a utilização de serviços dotipo premium, como apresentação de informação sobre o conteúdo a serexibido pela operadora sob a forma de revistas, como um tocador decenas específicas ou favoritas (video jukebox) e uso de jogos interativos.


• NDS Guide® : Funcionando como um Guia de Programação Eletrônico(EPG), de forma que a interface seja alterada rapidamente assim quenovas informações sejam atualizadas por parte do provedor de conteúdo,permitindo que o usuário possa navegar e controlar o conteúdo pelo qualassinam até o uso de aplicações de navegação interativas (ângulo deexibição, modo de reprodução de áudio do conteúdo) e ampliando todoum espectro de possibilidade de utilização de mídias comerciais(propagandas, promoções relâmpago) tanto por parte do provedor comopor parte de terceiros, como mostrado na figura 20.

Figura 20 – Algumas telas de apresentação do NDS Guide® [NDS 2005]


Figura 21 – Solução fim a fim desenvolvida pela empresa NDS® [NDS 2005]


3.6. Linux4.TV ProjectDesenvolvido a partir de um consórcio entre as empresas National

Semiconductor® (antiga proprietária do processador Geode®, atualmente propriedade daAMD® Semiconductors), Century® Embedded Technologies e VT MediaTechnologies, foi estabelecido um middleware seguindo um padrão aberto que poderiaser obedecido pelos fabricantes de set-top boxes, chamado Linux4.TV ProjectMiddleware [Linux4.TV 2005].

Algumas informações pertinentes ao hardware envolvido, assim como diagramafuncional, fotografias do sistema de desenvolvimento para set-top box, apresentam-senas figuras 22, 23, 24, 25, 26 e 27.

Figura 22 - Diagrama Esquemático do processador AMD Geode® [Linux4.TV 2005]

Figura 23 – Plataforma (set-top box) para o desenvolvimento de aplicações [Geode 2001]


Figura 24 – Fotografia da Placa Mãe do sistema de desenvolvimento (set-top box) da AMD®

[Geode 2001]

Figura 25 - Diagrama em blocos do Hardware do set-top box baseado na arquitetura AMD Geode®

[Geode 2001]


Figura 26 – Diagrama em Blocos da Plataforma SP4SC31[Geode 2001]

Figura 27 – Diagrama em Blocos funcionais do processador AMD Geode® SC1200/SC1201 [Geode2001]


Além disso, o middleware baseia-se também no sistema operacional livre Linux® ,API´s com código aberto e disponibilizados no sitio do consórcio LinuxTV [Linux4.TV2005], interface gráfica Microwindows®, e linguagem para manipulação de conteúdoViewML®, conforme o diagrama funcional em blocos apresentado na figura 28.

Figura 28 – Diagrama em blocos da Arquitetura Linux4.TV [Linux4.TV 2005]


A arquitetura proposta está dividida em 4 camadas, conforme descrito na figura 29:

• Drivers de dispositivo e Núcleo (Kernel) do Sistema Operacional : Asrotinas de baixo nível (acesso direto ao hardware do set-top) são interligadasao núcleo do sistema operacional para que seja possível o acesso a partir deaplicativos em mais alto nível a específicos dispositivos, como a CPU Geode®,o decodificador MPEG-2, ao decodificador de padrão de cor NTSC (SistemaAmericano) fornecido pela Philips e ao decodificador de áudio estéreo.

Figura 29 – Arquitetura em camadas do sistema Linux4.TV [Linux4.TV 2005]


Os drivers fornecidos pela AMD® permitem o acesso ao aúdio, vídeo, DVD,captura de vídeo e modo gráfico, assim como drivers para decodificação de pacotesMPEG®, de-encriptação de filmes em DVD e demultiplexadores de áudio e vídeo, talcomo descrito na figura 30.

Figura 30 – Framework para operações com o DVD fornecido para o Sistema Operacional Linuxpela AMD® [Geode 2001]


• Middleware de Vídeo : Essa camada é executada em modo usuário(conforme mostram as figuras 31 e 32) e implementa rotinas queindependem de acesso direto ao hardware relativo ao vídeo do set-topbox.

Figura 31 – Diagrama em Blocos da implementação da API de Vídeo Analógico [GeodeAPI 2001]

Figura 32 – Descrição em camadas da implementação do middleware para suporte a vídeoproposto pelo consórcio Linux4.TV [Linux4.TV2005]


Funcionalidades como controle de vídeo analógico e digital, sintonia de canais,demultiplexação de transmissão Digital via satélite e overlay de vídeo estão tambémimplementadas nessa camada.

Nessa camada também estão incluídas as seguintes API´s (segundo mostra a figura 33):

Figura 33 – Interação entre o kernel do sistema Operacional Linux e as API´s do sistema[Linux4.TV2005]

• Subsistema de Áudio para reprodução de conteúdo armanazenado em mídiasmassivas como DVD´s, susbsitema de captura de vídeo.

• Subsistema de captura de vídeo para captura de um ou mais frames de vídeoexecutado em tempo real para que seja armazenado como mapa de pixels namemória de vídeo para processamento de outros aplicativos caso sejadesejado.

• Subsistema de Overlay para arbitrar várias aplicações gráficas independentesno momento da reprodução do conteúdo, possibilitando assim operaçõescomo deslocamento de dados massivos entre aplicativos, por exemplo sem queseja necessário o uso da CPU principal do sistema.

• Subsistema MPEG® para a gerência do tráfego de pacotes MPEG® quecontenham vídeo, áudio e dados codificados e os distribuindo ao respectivosdecodificadores.


• Subsistema de TV que provê uma interface consistente entre transmissões eserviços analógicos e digitais, assim como mudança de canais e ajuste devolume do conteúdo por parte do usuário.

• Sistema de Gerência de Apresentação em Janelas : O ambienteMicrowindows® é utilizado como o gerenciador de janelas padrão do sistema,permitindo uma fácil integração com as rotinas de framebuffer do kernel paraoperação com sistemas de codificação de cor NTSC ou PAL. Algumasaplicações sendo executadas sob o sistema Microwindows® são apresentadas nafigura 34.

Figura X34– O gerenciador de Janelas Microwindows® em funcionamento [MicroX 2001]

O sistema foi escrito de tal forma que, novas aplicações sejamimplementadas sem que sejam necessários o acesso direto às rotinas devídeo, e isto é feito através de API´s bem documentadas, comonavegadores WWW, apresentados na figura 35.


Figura 35 – Navegadores WWW sendo executados sob o sistema de gerenciamento de janelasMicrowindows® [MicroX 2001]

• Aplicativos e aplicativos do tipo WebMedia® : É a camada de nívelmais elevado permitindo que aplicativos forneçam a interface homem-máquina com o usuário possam sejam implementadas, por exemplo :Aplicações escritas totalmente em HTML ou XML.

O diagrama funcional do WebMedia® é apresentado na figura 36.

Figura 36 - Diagrama Funcional da tecnologia WebMedia® [Century 2005]

Uma implementação inicial foi um navegador baseado na tecnologiaViewML®, denominada WebMedia®, onde a chamada a determinadosdispositivos de hardware, como por exemplo um DVD seja executadacomo uma tag HTML, atuando como âncora, ou através de plug-ins que


podem ser escritos para o acesso conjunto a outras facilidades dohardware, conforme mostra a figura 37.

É possível também a implementação de outros navegadores, já queexistem também API´s que permitem chamadas às rotinas em nível maiselevado.

Figura 37 – Exemplo de Aplicação WebMedia® [Century 2005]


3.7.EPOS Work Package

O Middleware EPOS Work Package [Lisha 2003] é parte de um projetodenominado Embedded Parallel Operating System (EPOC), desenvolvido pela equipe doLaboratório de Integração de Hardware e Software da Universidade Federal de SantaCatarina (UFSC).

O grupo estuda na verdade, projetos voltados à arquiteturas de sistemasdistribuídas, e o pesquisador Marcos Fagundes Caetano envolvido na área deTelevisão Digital em conjunto com a Xilinx (desenvolvedora de soluções paraprodutos embarcados), baseado na arquitetura descrita no middleware Linux4.TV®,desenvolveu o projeto do middleware segundo as plataformas :

• Hardware : Micromputador baseado na arquitetura do tipo IBM-PC®,Placa de Interface de Rede (NIC) Intel® 82559, Placa de Vídeo NVIDIA®

com saída S-Video (vídeo de alta definição).

Software : Sistema Operacional Linux® (Distribuição não mencionada),VLC® e reprodutor de conteúdo Mplayer® (que incluem decodificaçãoMPEG-2).

• Hardware : Xbox® Game Center (Desenvolvido pela Microsoft®

Corporation como console para Jogos baseado no processador IntelCeleron, Placa de vídeo NVIDIA®, Decodificador MPEG-2 Incorporado,Decodificador Dolby® AAC Incorporado, Placa de rede interna de100MB/s, unidade de DVD, 4 controladores USB, saída para S-Video –ver figura 38).

Software : Sistema operacional Windows CE® com detector de softwarecom assinatura .[XBOXLinux 2005]


Figura 38 – Fotografias do hardware utilizado pelo projeto EPOS [XboxLinux 2005]

• Software : Debian Linux (com modchip para possibilitar a instalação donovo sistema operacional)[XBOXLinux 2005], VLC®, reprodutor deconteúdo Mplayer®, Java® Virtual Machine (JRE 1.4.1).


3.8.OpenTV® Middleware

OpenTV® [OpenTV 2005] é um consórcio cujo um dos objetivos é fornecerum conjunto de ferramentas para que se possa desenvolver aplicações para set-top boxindependentes da plataforma de hardware que será utilizada.

A solução poderá incluir mídia para armazenamento ou não, dependendo dotipo ou solução econômica a qual o provedor de conteúdo esteja interessado emdesenvolver ou dependendo do mercado o qual pretende se desenvolver.

Na verdade, o consórcio também fornece soluções fim-a-fim, mas vamos focarsomente na solução para middleware.

Uma das caracaterísticas é que parte da solução é provida sob código aberto(GNU), enquanto que dependendo do grau de sofisticação (de-encriptação, porexemplo), o código passa a ser fechado, porém escalável na solução / arquiteturaproposta pela OpenTV®.

Os produtos que compõem a solução de Middleware, apresentados na figura39, são os seguintes :

• OpenTV Core® : Base do sistema que abrange também serviçosavançados de Televisão Digital, incluindo Televisão via satélite,Televisãointerativa em qualquer meio de transmissão, e Gravador de Conteúdopersonalizado por parte do assinate do serviço (PVR).

A arquitetura do middleware independe do hardware a ser utilizado nasolução de set-top box, e as bibliotecas do sistema incluem suporte arede discada até rede IP em banda larga (Ethernet, ADSL, fibra), comsuporte a streams de úudio e vídeo, e encriptação utilizando AgênciaCertificadora (CA) ou DRM (Digital Rights Management).


Figura 39 – Arquitetura proposta pelo consórcio OpenTV® [OpenTV 2005]

Inclui também suporte a ambiente para o desenvolvimento deaplicativos com interface homem-máquina com o usuário final, incluindouma máquina virtual (interpretador) para linguagem C de forma quepossa fornecer uma interface para outros programas de forma sucinta econsistente (API´s), suporte para aplicativos escritos em Flash®,navegador HTML e uma máquina virtual Java® compatível com opadrão de mercado.

Esta camada pode ser portada para os sistemas operacionais pSOS,VxWorks®, Nucleus Plus, microTOS, Linux® dentre outros.

Oferece suporte para o desenvolvimento de Guia de ProgramaçãoEletrônico (EPG), canais virtuais, jogos interativos, t-commerce epermite que o provedor de serviços, a partir de chamadas ao núcleo ealgumas rotinas do sistema, possa analisar o comportamento do usuário,permitindo uma adequação melhor deste à rede existente ou serviçosfornecidos.

• OpenTV SpotOn® : É uma solução de software embarcado (embedded software),cujo diferencial é conter no software soluções que possibilitem aos programadores deconteúdo ou provedores de anúncios (ou mesmo os próprios anunciantes) criaremcomerciais ou trabalhar com marketing de permissão para cada assinante.

Um bom exemplo seria enquanto um programa de televisão está sendo apresentadoe que contenha um motivo automobilístico, no receptor de um assinante que tenha


uma família numerosa, um anúncio sobre uma nova van seja apresentado, enquantoque no mesmo instante, na casa de outro, jovem e sem filhos, um carro esportivo sejaapresentado, como ilustrado na figura 40.

Figura 40 – Uma aplicação OpenTV SpotOn® em ação [OpenTV 2005]

Este tipo de solução agrega valor, já que permite adninstrar os perfis dos assinantes,criando assim uma base de conhecimento para futuras campanhas de marketing,desenvolvimento de marketing cruzado, permitir que os provedores de conteúdopossam cobrar preços diferenciados parta cada campanha ou comercial exibido, eavaliar o grau de satisfação do usuário final, melhorando sua interatividade com oserviço, reduzindo assim, a perda de clientes.

• OpenTV Measure® : Pacote de Software orientado a solução de set-top boxesorientados a medição de audiência, baseado em parâmetros pré-estabelecidos pelaoperadora do sistema e da programação televisiva (ou programação de televisãointerativa, como jogos, previsão do tempo), a qual o usuário final do serviçoconsome.

A informação é coletada e transmitida para servidores destinados a este fim, comomostrado na figura 41, servindo para não só um controle efetivo da rede, mas tambémpara oferecimento de serviços agregados a terceiros, como provedores de comerciais.


Figura 41 – Ciclo de uso do OpenTV Measure® [OPENTV 2005]

• OpenTV® Development Tools : Conjunto de ferramentas de software, licenciadasanualmente por desenvolvedor.

Consiste dos seguintes sub-sets :

➔ OpenTV SDK : Um conjunto completo de ferramentas paraprogramadores que utilizam a linguagem C (Software Development Kit),incluindo ambiente de desenvolvimento (IDE), compiladores, conversoresde conteúdo e ferramentas para depuração de programas.

➔ OpenTV Frame : Ferramenta que converte imagens congeladas paraformatos adequados para Televisão Digital.

➔ OpenTV VSTB : Um set-top box virtual executado no sistemaoperacional Windows XP para desenvolvimento e depuração deaplicativos.

➔ OpenTV Target Decoder : Um set-top box real com o middlewareOpenTV que suporta a descarga de aplicativos e conteúdo de ummicrocomputador do tipo IBM-PC através de interface paralela.

➔ OpenTV Streamer Developer Version : Usado para o desenvolvimentoe teste de componentes e aplicações com conteúdo dinâmico oriundos dolado do servidor.

➔ OpenTV H2O Developer Version : Usado para desenvolvimento e testede aplicativos do tipo H2O a serem executados no set-top box.

• OpenTV Publisher Developer Version : Utilizado para desenvolvimento e testes deaplicações baseadas no software OpenTV Publisher oriundo do lado do servidor.


4. Conclusão

O trabalho buscou apresentar o estado da arte no desenvolvimento de soluções demiddleware para set-top boxes e a terminologia usada na maioria das arquiteturas.

Exceto algumas soluções proprietárias, a maioria das arquiteturas fazem usoextensivo de API´s, de padrões abertos e de mercado, e da tecnologia Java® nodesenvolvimento de aplicações.

Entretanto, existe uma preocupação em oferecer soluções fim-a-fim devido aintegração da solução como um todo e na facilidade de agregar alguma facilidade, sejapara gestão do set-top box, como para o provimento de conteúdo customizado.

A filosofia adotada no projeto Linux4.TV [Linux4.TV 2005] nos parece a maisadequada para o desenvolvimento de futuros projetos de pesquisa no laboratórioMidiacom, no qual foi adotado o sistema de desenvolvimento AMD/Geode®. Essesistema, além de ser aberto e possuir a documentação adequada, não possui restriçõesrelacionadas a direitos autorais (inclusive passíveis de sanções legais internacionais) casoalguma modificação no hardware seja requerida, no caso do XBOX® da MicrosoftCorporation.

Devido a natureza do projeto, a idéia é que parte da plataforma possa ser estendidaa dispositivos móveis, já que procura-se fatores como mobilidade e portabilidade dehardware e sistema operacional, algumas delas, encontradas nas plataformas estudadas.


5. Referências

[BT 1995] – British Telecom Journal, Volume 13 No.4, October 1995

[NS 2000] – National Semicondutor Geode Specification – 2000

[Tanembaum 1996] - Computer Networks – Andrew Tanembaum – Third Edition – 1996 – PrenticeHall

[Lamas 2004] – Sistema Brasileiro de TV Digital ( Apresentação ) - CpqD / Campinas – São Paulo -Amilton da Costa Lamas – 2004

[Helps 2005] – Digital TV Software Standards – K.R. Helps – OceanBlue Software – January 2005

[JTTITWP 2001] – Java® Technologies for Interactive Television – Technical White Paper – SunMicrosystems – 2001

[Silva 2005] – Tv Digital Estamos preparados ? - Revista WebMobile – Manoel Carvalho Neto, LilePalma Hattori, Sylvio Siqueira Silva – Janeiro/Fevereiro 2005

[Linux4.TV 2005] – Hyperlink http://www.linux4.tv

[MicrosoftTV 2005] – Hyperlink http://www.microsoft.com/tv

[Cabot 2005] – Hyperlink http://www.cabot.co.uk

[Lopes 2004] – Projeto e Implementação de um Middleware para Sistemas de Televisão Interativa –Frederico Borelli /Adilson Barboza Lopes, Glêdson Elias/Guido Lemos de SouzaFilho - WebMedia & LA-Web 2004 Joint Conference Proceedings – Ribeirão Preto– São Paulo – Outubro 2004

[NDS 2005] – Hyperlink http://www.nds.com

[Geode 2001] – Geode SP1SC10 – Set-top Box Reference Platform Presentation - NationalSemicondutor – August 2001

[GeodeAPI 2001] – Geode SC1200/SC1210 IAOC Devices – Linux Middleware API Programmer´sReference – National Semiconductor – August 2001

[MicroX 2005] – Hyperlink – http://www.microx.org

[Century 2005] – Hyperlink – http://embedded.censoft.com

[Lisha 2003] – Hyperlink – http://www.lisha.ufsc.br (Projeto concluído em 2003) -UFSC/CTC/LISHA - Florianópolis - SC – Brasil

[XBOXLinux2005] – Hyperlink – http:// www. xbox -linux.org/Xbox_Hardware_Overview

[OPENTV 2005] – Hyperlink – http://www.opentv.com/products/middleware_products.html


middleware para set-top boxes – um enfoque práticodebora/fsmm/trab-2005-1/midsettop.pdf · a...

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