Televisión Digital en Colombia: Posibilidad para diseñar aplicativos interactivos

Televisión Digital en Colombia: Posibilidad para diseñar aplicativos interactivos Digital TV in colombia: A possibility to design interactive applications Germán Enrique Campos Hernández 1 Diego Ramón Espinosa Casallas 2 Pedro Antonio Gutiérrez Leguízamo 1 Francisco Javier Martínez Cadavid 3 Resumen El artículo presenta la forma de desarrollar aplicativos en televisión digital, basándose en el estándar DVB (Digital Video Broadcasting) seleccionado en Colombia así como de una metodología diferente a partir de las técnicas empleadas en este medio para la transferencia de datos. De igual forma se emplea para tal la plataforma MHP (Multimedia Home Platform), teniendo en cuenta JavaTV, dando como resultado un desarrollo de simulación distinto y con notables aplicaciones futuras para proyectos similares. Palabras clave: TV Digital, Distribución Digital de Video, Software Prototipo Abstract Applications development for digital television, based on DVB (Digital Video Broadcasting) standard in Colombia are shown, as well as a different methodology for data transfer due current techniques in digital TV. Likewise, a JavaTV-based language for digital TV platform MHP (Multimedia Home Platform) is used for different simulation developments with remarkable future in similar projects. Keywords: Digital TV, Digital Video Broadcasting, Software Prototyping. Recibido: Abril 18, 2011. Aceptado: Septiembre 23, 2011. Artículo Corto. Los autores declaran no tener conflictos de interés. 1 Universidad El Bosque, Bogotá, Colombia. 2 Asociación Médica de los Andes, Bogotá, Colombia. 3 Think Services, Bogotá, Colombia. 85

I. INTRODUCCIÓN La televisión digital es un avance tecnológico que sobrepasa la televisión analógica en calidad de imagen, sonido, capacidad de transmisión, eficiencia en el uso del espectro y seguridad en la transmisión de las señales radiodifundidas, al punto tal que se le considera la siguiente gran revolución de este medio desde la conversión del blanco y negro a la imagen en color. La tecnología digital abre (y abrirá en mercados emergentes) nuevas oportunidades de negocio en torno a la televisión, al tener la capacidad de ofrecer servicios interactivos al televidente/cliente al cual se le permite ser parte activa de la programación, brindándole la posibilidad de acceder a múltiples servicios de consultas, participación en encuestas, exploración de contenidos audiovisuales y poder navegar en sitios en la Internet para extender la información de un comercial presentado. En consecuencia, el uso de herramientas para la simulación y desarrollo de software interactivo, orientado a las aplicaciones de televisión digital, permite mostrar el funcionamiento y comportamiento de un sistema real bajo un ambiente representado, para llevar a cabo experiencias con él, ayudando al desarrollador en el aprendizaje y realización de las evaluaciones del mismo. En ese orden de ideas, el artículo incluye los avances del proyecto "Prototipo Simulado bajo el Estándar de TV Digital orientado a la Pauta Publicitaria" formulado en el Grupo de Investigación GIETAC de la Universidad El Bosque, contribuyendo al desarrollo y evolución de nuevas técnicas y proponiendo posibles impactos tecnológicos y de negocio para su posterior implementación en Colombia. II. TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE (TDT) La TDT es una tecnología para la difusión de señales de TV desarrollada para sustituir a la televisión analógica convencional. El momento en el que finalicen las transmisiones analógicas, las bandas que actualmente están siendo ocupadas por la televisión analógica quedarán libres y podrán ser asignadas a otros servicios. En la TDT, la transmisión de la señal de TV digital mejora la calidad tanto de audio como de vídeo y definición, posibilitando así incorporar servicios interactivos de televisión, enriqueciendo con más datos lo que antes se ocupaba solamente para la transmisión de una sola señal de video, como se ve en la Fig. 1. Fig. 1. Flujo MPEG. La a transmisión digital puede incluir datos, como, canales adicionales de audio, texto, información de la señal y posibles complementos de contenido. Adicionalmente, la digitalización de la señal de televisión reduce el ancho de banda necesario para la transmisión de cada canal, por lo que puede incrementarse el número de canales de televisión o bien utilizar el ancho de banda sobrante para la introducción de nuevos servicios [1]. III. D III. DIGIT IGITAL VIDEO BRO ROADCASTING (D (DVB) El DVB (Digital Video Broadcasting) es la norma de TDT de origen europeo adoptado en Colombia recientemente [3], que abarca todos los aspectos de la TV digital [4], desde la transmisión hasta la estructuración de interfaces, el acceso condicional y la interactividad para datos, audio y vídeo digitales. Aunque DVB (con extensiones T y T2) domina en la UE, varios países del Oriente Medio, la Indochina (incluida India) y varios países de la Mancomunidad Británica, en el continente americano sólo Trinidad y Tobago, Panamá y Colombia a la cabeza -por su enorme población- adoptan dicho estándar, enfrentando a casi la totalidad de países suramericanos que adoptaron el estándar SBTVD-T (Servicio Brasilero de Televisión Digital Terrestre), una derivación brasilera del estándar japonés ISDB-T (Integrated Service Digital Broadcasting Terrestrial). En algún momento, Uruguay se iba a acoger al estándar europeo, pero al final se decantó por el formato brasilero, buscando inclusive su isologotipo vía concurso [11]. La penetración del SBTVD-T permeó también algunas naciones de Centroamérica, mientras que otras se sumaron a México y Canadá con la adopción del estándar americano ATSC (Advance Television System Committee). Finalmente, está el estándar chino DTMB (Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting), el cual tiene ya el mercado cautivo más grande del mundo [7]. El estándar de video digital utilizado en DVB es el MPEG, el cual transmite audio, vídeo y otros datos a través de un flujo MPEG como se ve en la Fig. 2. y según las características de la señal a transmitir, puede usar la modulación digital en los 3 86

formatos clásicos: ASK, FSK o PSK. También, junto con la TV digital, para las aplicaciones digitales, se puede modular en Q-PSK, QAM, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM y OFDM para garantizar una gran robustez de las señales frente a la interferencia [2], [8], [9]. IV.. I. INFRAESTRUCTURA A continuación se muestran los componentes básicos en infraestructura para el desarrollo y transmisión de las señales de TV Digital estudiados en el proceso de realización del proyecto y que se puede ver en la Fig. 3. Fig. 2. Esquema Difusión de Televisión Digital. Para transmitir digitalmente primero se comprime el contenido a formato MPEG, el cual es una señal digital del video, y esta es modulada al formato de transmisión. Teniendo en cuenta estos aspectos, el codificador DVB-T2 se encarga de asignar las características específicas del estándar a la señal transmitida, las cuales se basan en criterios como la calidad de definición que se quiere en los canales, el soporte en los diferentes tipos de receptores tanto móviles como estáticos, el ancho de banda y el ruido causado por las interferencias para, asimismo, definir el método de modulación por el que se distribuye el aplicativo. A. Terrestre DVB VB-T2 El nuevo estándar DVB-T2 frente al actual DVB-T tiene como principal ventaja la mejora de la eficiencia en la transmisión, lo que permite difundir múltiples servicios a través de un mayor ancho de banda, como consecuencia del paso tecnológico al formato MPEG-4 desde MPEG-2, lo cual logra un ahorro de ancho de banda muy significativo, por lo que se puede ampliar la cantidad y calidad de los servicios que actualmente presta la TDT [9], [10]. De esta forma, una señal televisiva puede ser transmitida simultáneamente en un modo de baja velocidad de bits, con gran robustez, permitiendo una recepción muy segura con un receptor sencillo y en un modo de alta velocidad de bits, para receptores más sofisticados y ofreciendo mayor calidad de imagen. Fig. 3. Infraestructura de Desarrollo y Trasmisión. Para el desarrollo de aplicativos se simulan tres etapas, una en el computador local, otra con un servidor de aplicaciones y finalmente transmitido usando la red de televisión. Estos han sido seleccionados después de una investigación y el apoyo de la RTVC [3] para especificar los diversos elementos necesarios para la realización de un aplicativo interactivo para la televisión digital bajo un ambiente simulado donde se han tenido en cuenta criterios como: automatización de servicios, distribución de aplicativos, presentación y consulta de información, facilidad para el desarrollo de los aplicativos, licencias de software y el uso de emuladores de elementos de hardware [1], [6]. A. Servidor de Aplicativos Es el encargado del almacenamiento y adecuación de los contenidos para servir las aplicaciones interactivas a través del canal de difusión, encargándose de responder las peticiones de los televidentes que pueden llegar a través del canal de retorno. Este equipo se comunica con el carrusel de televisión, el servidor de tablas y con los equipos encargados de la codificación y multicanalización para la transmisión de las señales. 87

B. Carrusel En este componente es donde se publican las aplicaciones MHP (Multimedia Home Platform), se realiza la programación de la emisión de aplicaciones interactivas según un horario programado, se configura el reenvío de paquetes para que el aplicativo tenga la seguridad de ser transmitido en la señal y se encarga de la generación del ciclo de objetos con aplicaciones, datos, programas, servicios y la multicanalización de todos estos elementos para la generación de un único flujo de transporte "TransportStream" MPEG-2 en disco que será modulado posteriormente para su transmisión en señales televisivas. C. Servidor de Tablas Es el encargado de atender a consultas hechas por el aplicativo interactivo de TV Digital, y puede ser una base de datos, pero la información que genera solo podrá ser consultada por el aplicativo si se genera un archivo y éste es enviado en la transmisión junto con el resto de los archivos o si se genera una tabla en el servidor de aplicativos y se codifica en la trama de MPEG como un campo SI (Sistema de Información). D. Aplicación de TV Digital Es el Software que permite el enriquecimiento en cuanto a contenido durante la transmisión de la señal de televisión y admite la ejecución local en computador de aplicaciones interactivas. G. Modulador Es el dispositivo de hardware que se encarga de tomar la señal de salida del carrusel para modularla, normalmente en DVB-T (TDT) y posteriormente entrega una señal modulada, que se conecta directamente con la antena. H.. Set Top op Box Es el dispositivo que se encarga de la recepción y decodificación de una señal digital de televisión, para ser presentada en un televisor analógico. Este hardware puede contener un middleware como el de MHP para poder soportar características de interactividad de los aplicativos recibidos en la señal. V. TELEVISIÓN DIGIT IGITAL TERRESTRE INTERA NTERACTIV CTIVA A. MHP (Multimedia Home Platform) Para el desarrollo de aplicativos interactivos y luego de reuniones entre proveedores de diferentes marcas, se creó una plataforma de desarrollo que en sus bases tenía JavaTV pero que debía estar configurada para el manejo que se le deba dar a la señal y todos los datos que con ella llegan como son los de la programación, información del canal y videos y audios adicionales a la transmisión de televisión [6], tal y como lo muestra la Fig. 4. E. Emulador DVB Es el software en el cual se realizan las pruebas de ejecución del aplicativo, permitiendo visualizar cómo funcionaría y quedaría desplegada una aplicación interactiva sin necesidad de tener los dispositivos reales de TV para ver los resultados. Estos emuladores pueden ser libres como el XletView o de licencia. F.. Herramienta para el desarrollo de aplicativos Es un software que permite crear interfaces y diseños de aplicativos como texto, animaciones, distribución de la pantalla, gráficos, audio y video. Hay herramientas comerciales como el Osmosys y de fuente abierta como el NetBeans o Eclipse. Fig. ig. 4. Estructura MHP.. Al programar para la televisión digital se manejan dos grandes grupos de librerías, las de JavaTV y las de manejo de datos en MPEG, la unión de ambos grupos es MHP B. GEM (Globally Executable MHP) Como base para el desarrollo de aplicativos se creó primero el MHP, pero como DVB no es el único estándar de televisión digital, se creó una base llamada GEM la cual fuese genérica 88

para todos los estándares de TV Digital y ésta a su vez se basó de la investigación ya hecha en MHP [1], [6]. Su esquema se muestra en la Fig. 5. F.. HAVI VI (Home Audio Video Interoperability) Es una colección de elementos de interfaz gráfica basados en el AWT (Abstract Window Toolkit) de JSE y adaptados para su uso en televisión interactiva que permite al programador crear elementos, como la interfaz de usuario, su principal problema es que un mismo elemento gráfico de HAVi (por ejemplo, un botón en pantalla) se ve diferente según la marca y modelo de Set Top Box, con lo que no es posible construir interfaces equilibres usando HAVi [6], [8]. VI. R VI. RESUL ESULTADOS Fig. 5. Concepto GEM. Para estandarizar la programación en diferentes sistemas de televisión digital se creo GEM, el cual es una versión simplificada de MHP. C. Sistemas de Información (SI) En la TDT, contiguo con las señales de vídeo y audio, se transportan otro tipo de datos, como lo son las tablas de información del sistema o tablas SI (metadatos que informan de lo que se está emitiendo en cada momento y la programación futura) [1], [8]. D. JavaTV Es un API la cual es una extensión de la plataforma Java, la cual apoya la producción de contenidos interactivos para la TDT, proporcionando un grupo de clases, métodos e interfaces para facilitar el diseño de aplicaciones para ejecutarse en distintas plataformas vinculadas a la recepción de TV digital, independiente de las tecnologías utilizadas en la red de transmisión. Adicionalmente soporta calidad gráfica, alto nivel de interactividad y procesamiento para poder ser ejecutado internamente de un Set Top Box, teniendo en cuenta que esta debe tener instalada la máquina virtual de Java (JMV) [1], [6]. E. Java Media Framework (JMF) Es un API para Windows/Linux/Solaris va en la versión 2.1.1 creado hace más de una década En MHP se decidió adoptar la 1.0 y limitar sus capacidades: no reproduce video, la reproducción de audio apenas soporta formatos (MP2 y poco más) [6]. Actividades como el acceso al menú de programación del televisor, participar en encuestas, realizar compras de productos (t-commerce), repetir o pausar películas y programas, acceso a cuentas bancarias, seleccionar música, enviar y recibir e-mails, ya son parte del conjunto de recursos interactivos posibles, con los cuales la Comisión Nacional de Televisión como entidad encargada de la TV, a través de estudios realizados determinó y reglamentó los requerimientos técnicos mínimos de los receptores de televisión digital terrestre en Colombia, con el objetivo de garantizar la compatibilidad del televisor y la caja decodificadora para lograr disfrutar de la nueva tecnología en cuanto a televisión se refiere. Las especificaciones requeridas en los televisores son: Sintonizador de televisión digital terrestre estándar DVB-T, canalización de 6 MHz, Sistema de video digital MPEG-4, sintonizador del televisión analógica estándar NTSC-M, bandas de operación, video que debe tener la capacidad de recibir señales con diferentes resoluciones emitidas por los operadores de televisión, audio con la capacidad de decodificar y realizar Downmix, soporte para la guía electrónica de programación, entrada RF -conector tipo F-, función de subtitulación, capacidad para actualizar el software del sistema, Common Interface (acceso condicional), decodificación de audio e interactividad MHP. En consecuencia hay que elegir un buen televisor para disfrutar de una buena calidad en la imagen y sonido de la nueva era en la tecnología de la Televisión Digital Terrestre. VII. C VII. CONCL ONCLUSIONES Es prioritario para la comprensión del fenómeno de la TDT realizar los estudios y desarrollos de proyectos y de herramientas de software interactivo, orientados a la radiodifusión digital te- 89

rrestre del servicio de televisión ya que constituirá un avance tecnológico muy importante en el ámbito de las comunicaciones y teniendo en cuenta la penetración que alcanza el servicio de televisión en Colombia, y en el mundo, y constando su implementación actual en otros países, se requiere la primacía de investigación, para evitar más atrasos actuales y futuros en el ámbito de las comunicaciones de la televisión digital. Principalmente el ser humano utiliza la vista para conocer el entorno que lo rodea y las tecnologías de aplicación virtual o simulada, ayudando a ver escenarios que aún no existen, por lo menos en el país y así tener un concepto de las dimensiones reales que están siendo experimentadas en otros países más desarrollados que el nuestro. Con la realización e implementación de este proyecto se logró crear una guía totalmente nueva y pionera en la Universidad y en la cual, su principal expectativa es crear un interés e impacto inmediato a los futuros estudiantes e investigadores de la Universidad El Bosque, explicando paso a paso todos los términos y componentes que se necesitan para entender y llegar a realizar aplicaciones relacionadas con la televisión digital terrestre. A nivel tecnológico se espera que la Comisión Nacional de Televisión defina ciertos requerimientos y parámetros finales que aún están en prueba por ciertos comités técnicos y laboratorios en Europa, ya que al adoptar la variante T2 del DVB-T, las actividades completamente interactivas con la TV, el esquema LMDS para uplink [12] y la alta calidad en la transmisión de video en MPEG-2, están aún siendo definidas. Las posibilidades de desarrollo y tendencias futuras, con el presente proyecto, se recrean más cerca, a la vista y estudio del investigador, ya que se dejan disponibles la documentación y códigos de software libre, para ser manipulados y modificados a gusto o requerimiento del estudiante, aseverando que este material puede dar para mucho todavía, generando ideas nuevas, algo nuevo que decir, descubrir cosas y generar discusión, logrando un objetivo particular y sabiendo que las nuevas tecnologías se acercan más al público, creando un impacto en ellos, si estas son bien estudiadas y producidas. [3] CNTV confirma estándar Europeo (DVB-T) para TDT en Colombia. [Online], Disponible: http://tdt. rtvc.gov.co/index.php?option=com_content &view=article&id=44 [4] Radio Televisión Nacional de Colombia, [Online], Disponible: http://tdt.rtvc.gov.co/ [5] DVB Project Office. (2010, Septiembre). DVB-GEM Fact Sheet [Online], Disponible: http://www.dvb.org/ technology/ fact_sheets/dvb-gem_factsheet.pdf [6] The MHP Knowledge Project. (2006, Marzo). The MHP-Guide [Online]. Disponible: http:// www.mhpkdb.org/publ/mhp-guide.pdf [7] DVB Project Office. (2011, Enero). DVB WorldWide [Online]. Disponible: http://www.dvb.org/about_dvb/ dvb_ worldwide/index.xml [8] H. Benoit, "Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework", 3 ed. Focal Press, 2008. [9] L. Hanzo, P. Cherriman, J. Streit, "Video Compression and Communications: From Basics to H.261, H.263, H.264, MPEG4 for DVB and HSDPA-Style Adaptive Turbo-Transceivers", 2 ed, Wiley, 2007. [10] DVB Project Office. (2010, Septiembre). DVB-T2 Fact Sheet [Online], Disponible: http://www.dvb.org/technology/fact_ sheets/dvb-t2_factsheet.pdf. [11] Noticas de la Presidencia de la República Oriental del Uruguay (2011, Agosto) Convocatoria al premio para la creación de la marca TV Digital Abierta. [Online], Disponible: http://www. presidencia.gub.uy/wps/wcm/ connect/presidencia/portalpresidencia/comunicacion/ comunicacionnoticias/convocatoria-premio-creacionmarca-tv-digital-abierta [12] G. Gardikis, G. Xilouris, E. Pallis, A. Kourtis. An Interactive DVB-T Platform with Broadband LMDS Uplink. [Online], Disponible: citeseerx. ist.psu.edu/viewdoc/ download?doi=10.1.1.11 REFERENCIAS [1] S. Morris, "Interactive TV Standards" Focal Press, 2005. [2] M. Cubero, "La Televisión Digital, Fundamentos y Teorías" AlfaOmega, 2009. 90

Los Autores Germán E. Campos Hernández Profesor Facultad de Ingeniería de Sistemas Universidad El Bosque. Director de la línea de énfasis en Telecomunicaciones y miembro del Grupo de Investigación en Electrónica, Telemática, Arquitectura del Computador y Temas afines - GIETAC, Profesor Consejero del capitulo Computer Society de la rama IEEE- Universidad El Bosque. Ingeniero Electrónico y Especialista en Teleinformática de la Universidad Distrital "Francisco José de Caldas". CvLAC: http://201.234.78.173:8081/cvlac/visualizador/generarcurriculo Cv.do?cod_rh =0000702137 camposgerman@unbosque.edu.co Diego R.. Espinosa Casallas Trabaja actualmente en el área de soporte en la Asociación Medica de los Andes. Ingeniero de Sistemass de la Universidad El Bosque. espinosacasallas@gmail.com Pedro A.. Gutiérrez Leguízamo Ingeniero de Sistemas de la Universidad El Bosque. gutierrrez@gmail.com Francisco J. Martínez Cadavid Gerente de la empresa Think Services con la cual presta servicios de soporte y educación a clientes de Oracle. Ingeniero de Sistemas de la Universidad El Bosque. framart@gmail.com 91