“III CONGRESO INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES TELCON-UNI 2014”
Resumen— En el Perú y en la mayoría de países emergentes la televisión de señal abierta es la tecnología de acceso a información con mayor penetración en la población. Sin embargo la televisión analógica no es considerada un sistema TIC debido a que el envió de información no es bidireccional y se limita al transmisión de contenidos de audio y video. En este paper se presenta un sistema de convergencia entre la televisión digital como canal downlink y la red de acceso móvil como canal uplink. Se planteó él envió de datos de una aplicación interactiva junto al audio y video de un programa de televisión. El usuario a través de su receptor televisivo será capaz de ejecutar la aplicación y por medio del control remoto del televisor o la pantalla táctil del teléfono móvil podrá navegar por el menú de opciones de la aplicación. El usuario podrá participar en un concurso de votación a través del envío de SMS.
Índices— TDT, televisión digital, ISDB-Tb, Transport Stream, TS, GINGA
I. INTRODUCCIÓN
n el 2009, el gobierno peruano adoptó el estándar ISDB-Tb para la implementación del servicio de televisión digital terrestre en el país. La decisión fue tomada debido a que permite la trasmisión de múltiples contenidos en un espectro de 6 MHz, la recepción en equipos móviles y la posibilidad de interactividad entre el usuario y el canal de televisión. En la actualidad los distintos canales de televisión transmiten contenidos digitales de alta definición, sin embargo no han implementado un sistema de interactividad con el usuario. El canal PUCPTV contendrá servicios de alta, estándar y baja definición; y una aplicación interactiva. La aplicación está desarrollada en lenguaje NCL-Lua y contendrá un menú de navegación donde el usuario podrá obtener información del concurso de votación y la opción respectiva para votar por su programa favorito. En caso el usuario tenga un celular con un receptor de televisión digital integrado, se podrá realizar el envío de su voto directamente por medio de la aplicación. En la figura 1 se muestra el modelo sistema de convergencia entre la red móvil y la red fija.
Figura 1: Escenario de TDT
II. ESCENARIO DE PRUEBAS
Los contenidos digitales serán transmitidos a través de la tarjeta TVB593 bajo el estándar ISDB-Tb. El canal PUCPTV transmitirá tres servicios: PUCP HD, PUCP SD y PUCP oneseg. En la tarjeta se configurara los parámetros de transmisión. Se utilizará la herramienta OpenCaster para la generación de los archivos Transport Stream. Los archivos Transport Stream serán obtenidos a través de la multiplexación de datos de video, audio, interactividad y control. Los datos de audio y video serán codificados con el uso de la herramienta FFmpeg. Las tablas PSI/SI son generadas con el uso de un script en lenguaje python. La aplicación interactiva se desarrollará en lenguaje NCL-Lua. En la etapa de recepción se utilizarán dos set top box. El set-top box EITV será utilizada para las pruebas de recepción de contenidos interactivos. Se realizarán pruebas tanto en televisores con formato de alta definición y definición estándar para verificar su correcto funcionamiento en los distintos escenarios. En las pruebas de recepción de contenidos audiovisuales se utilizará el set top box de la marca DigiTV. Las pruebas se realizarán a los tres servicios que nuestro canal transmitirá (HD, SD y oneseg). Para la implementación del servidor SMSC se configurará el modem GSM con MSISDN “51962253918” en el servidor de base de datos. A través de una aplicación desarrollada en lenguaje java el administrador obtendrá el resultado de la votación y realizar
Selección de Contenidos Oneseg a través de
Canal de Retorno
Diego Vargas Romero, Pontificia Universidad Católica del Perú,+51 980677533 [email protected]
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el traslado del archivo del programa ganador a la carpeta de producción. [SEL2013]
Figura 2: Escenario de Pruebas
III. GENERACIÓN DE CONTENIDOS ISDB-TB AAPLICACIÓN INTERACTIVA
La aplicación interactiva, votación.ncl, permite al usuario recibir información sobre el canal y las opciones del concurso de votación mientras el usuario ve televisión. La aplicación interactiva está desarrollada en leguaje NCL-Lua, lenguaje basado en programación de eventos. El lenguaje NCL define la ubicación de cada elemento que aparece en la pantalla por lo que es necesario los elementos región y descriptor en la creación de las opciones de votación.
La región rgenviarSMS define las características físicas en la pantalla donde se muestra el mensaje para votar por una opción. Las medidas físicas deben ser relativas, ya que las dimensiones donde se mostrara la aplicación son distintas.
El elemento descriptor descenviarA se relaciona a la región rgenviarSMS y define propiedades físicas de la región.
El elemento media relaciona el contenido a mostrar con las características definidas en descriptor y por ende en la región.
El usuario al elegir la opción enviarsmsA ejecutara el elemento opcion1. Esta acción es definida a través del uso de un link con la acción conn#onSelectionStart
El elemento opcion1 es una aplicación Lua, que será ejecutada una vez elijamos un programa como nuestro favorito.
La aplicación Lua se basa en la ejecución de una función send_vote. Esta función utiliza una librería del middleware Ginga que permite el envío de SMS a través de la ejecución de un método de la función event. [LUI2011]
B GENERACIÓN ARCHIVO TRANSPORT STREAM (TS)
El flujo de datos único enviado por el canal de televisión a los distintos receptores televisivos se denomina Transport Stream (TS). Este flujo de datos será compartido por contenidos de audio y video de los distintos servicios (alta, estándar y baja definición). También contendrá los datos de la aplicación interactiva y las tablas de control PSI/SI. [ABN2007]
La herramienta FFmpeg permite codificar un contenido de video a distintas tasas de transmisión lo que genera contenidos HD, SD y LD o one-seg (servicio para celulares). Para contenidos de alta definición se usó una tasa de 5 MHz, para servicios de baja definición se usó una tasa de 2,5 MHz y servicios one-seg 440 KHz.
ffmpeg i prueba.mp4 an vcodec mpeg2video f mpeg2video -b 5000k -maxrate 5000k -minrate 5000k --bf 2 --bufsize 1835008 videoHD.m2v
ffmpeg i prueba.mp4 an vcodec mpeg2video f mpeg2video -s 640x480 -r 30 -a-spect 4:3 -deinterlace -b 2500k -maxrate 2500k -minrate 2500k -bf 2 -bufsize 1835008 video_SD.m2v ffmpeg i prueba.mp4 an vcodec mpeg2video f mpeg2video -s 160x120 -r 30 -a-spect 4:3 -deinterlace -b 440k -maxrate 440k -minrate 440k -bf 2 -bufsize 1835008 video_LD.m2v
Se tiene 3 flujos de video que deben ser empaquetados. La herramienta OpenCaster permite el empaquetamiento de los contenidos y la generación del TS bajo el estándar ISDB-Tb.
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El siguiente comando muestra el empaquetamiento del flujo de video HD y de forma similar se realizará el empaquetamiento de los servicios SD y oneseg.
esvideo2pes vídeo_HD.m2v > video_HD.pes
Finalmente se obtiene el archivo Transport Stream de cada servicio, a través del comando pesaudio2ts.
pesvideo2ts 2064 24 112 5750000 0 video_HD.pes > video_HD.ts
El audio debe ser codificado bajo el códec AAC con una tasa de transmisión de 128 Kbps.
ffmpeg -i prueba.mp4 -vn -ac 2 -acodec mp2 -f mp2 -ab 128000 -ar 44100 audio.mp2
Una vez obtenido el flujo de datos de audio, este se debe empaquetar.
esaudio2pes audio.mp2 1152 44100 418 -1 3600 > audio.pes
Se obtiene el archivo Transport Stream, a través del comando pesaudio2ts.
pesaudio2ts 2068 1152 44100 418 0 audio.pes > audio.ts
Para generar el carrusel de datos de la aplicación interactiva, primero se debe crear una carpeta que contendrá la aplicación GINGA.
$ mkdir app_ginga */ creación de carpeta*/
$ cp -r <path a la aplicación>/* app_ginga/ */copiar aplicación en la carpeta recién creada*/
$ oc-update.sh app_ginga 0x0C 1 2004 2 */creación de archivo app_ginga.ts */
Una vez generado los archivos TS de audio, video y aplicación, es necesario generar un único archivo Transport Stream que será transmitido por el canal de televisión y que contenga todos los contenidos mencionados anteriormente. Además este archivo TS contendrá las tablas PSI/SI que indican la información necesaria para que el receptor televisivo pueda reproducir los contenidos de cada canal virtual. [GIN2011]. tscbrmuxer \ > 5780000 \ > b:15040 pat.ts \ > b:15040 pmt_hd.ts \ > b:15040 pmt_sd.ts \ > b:15040 pmt_ld.ts \ > b:3008 sdt.ts \ > b:3008 nit.ts \ > b:3008 ait.ts \ > b:400000 app_ginga.ts \ > b:12000000 video_HD.ts \ > b:4000000 video_SD.ts \ > b:512000 video_LD.ts \ > b:188000 audio.ts \ > b: 12789110 null.ts > prueba.ts
tsstamp prueba.ts 29958294 > prueba.fixed.ts
IV. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA
Para la simulación de la transmisión de contenidos de televisión digital se utilizó la tarjeta TVB593 Teleview. Se definió los siguientes parámetros para la transmisión:
El estándar ISDB-Tb permite la transmisión de distintos servicios a través de la segmentación del ancho de banda. Fue necesario definir cuantos segmentos debían ser utilizados en cada servicio. Esto es importante ya que determina el ancho de banda necesario para cada servicio. Tener en cuenta que al aumentar la resolución del video, la tasa de transmisión del servicio aumentara y será necesario asignar más segmentos. La ciudad de Lima cuenta con una superficie de 2664.67 Km2. La red SFN posee un radio de cobertura de 29.12 Km. Se utilizará el modo 3 para la transmisión de televisión de digital en Lima ya que permite radios de cobertura entre 10 y 76 Km. En este modo, el tiempo de símbolo es de 1008μs.
El estándar ISDB-Tb define el intervalo de guarda en 63μs bajo la configuración de 1/16 del tiempo efectivo del símbolo. En el servicio PUCPHD se utilizara la modulación 64 QAM (6 bits por símbolo). El servicio requiere una tasa de 12 Mbps para la transmisión de video, audio e interactividad. En este servicio se utilizará la codificación externa 5/6 y el tiempo de símbolo 1071μs.
Se utilizará 8 segmentos con una tasa de 13,21 Mbps, para asegurar la correcta transmisión del servicio HD.
En el servicio PUCPSD se utilizará la modulación 16 QAM (4 bits por símbolo). El servicio requiere una tasa de 4.4 Mbps para la transmisión de los contenidos de video, audio e interactividad. En este servicio se utilizará la codificación externa 5/6, el tiempo de símbolo 1071μs.
Se utilizará 4 segmentos con una tasa de 4,4 Mbps, para la transmisión del servicio SD.
En el servicio PUCP oneseg se utilizará la modulación QPSK (2 bits por símbolo), ya que permite una mejor robustez frente al ruido. El servicio requiere una tasa de 483 Kbps para la transmisión de video, audio e interactividad. Este servicio se transmitirá en 1 segmento, el tiempo de símbolo 1071μs. Se obtiene una tasa de transmisión de 550,70 Kbps con una codificación externa 5/6.
Los valores de transmisión de los distintos servicios serán configurados en la tarjeta TVB593.
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Tabla 1: Parámetros de trasmisión de los servicios en el canal PUCPTV.
Servicio Parámetro
Valor
Servicio HD Segmentos 8 Modulación 64QAM Tasa de Código 5/6 Interleaving 2 Servicio SD Segmentos 4 Modulación 16QAM Tasa de Código 5/6 Interleaving 2 Servicio oneseg Segmentos 1 Modulación QPSK Tasa de Código 5/6 Interleaving 2 V. PRUEBAS
El mayor porcentaje utilizado en la trama TS es el contenido de video de alta definición (PID=0x0810) con el 36,07%. En segundo lugar se encuentra el contenido de video de definición estándar (PID=0x0811) con el 12,19%. El video de baja definición (PID=0x0812) para el servicio PUCP oneseg (59234) utiliza el 1,71%. Otro campo importante corresponde a la aplicación de interactividad (PID=0x07d4) presente en nuestro servicio de transmisión con el 1,34%. El espacio libre de 47,84 % está rellenado por paquetes nulos (PID=0x1FFF). Este espacio puede ser utilizado para agregar otros contenidos de audio, video e interactividad. Los datos de control PSI/SI ocupan el 1% en el archivo TS.
Se realizaron pruebas de transmisión de los tres servicios dentro de un canal físico con un ancho de banda de 6MHz.
Figura 3: Servicio PUCP HD
Figura 4: Servicio PUCP SD
Figura 5: Servicio PUCP oneseg
Las pruebas de la aplicación interactiva fueron realizadas tanto en una máquina virtual Ginga como en el set top box EITV Developer. Se probó la aplicación en pantallas con diferentes resoluciones para validar el correcto funcionamiento de la aplicación. Se muestra en las siguientes figuras como un usuario visualiza la aplicación.
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Figura 7: Aplicación Interactiva en servicio SD
VI. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS
La multiplicación de contenidos en el archivo TS es flexible. Si se disminuye la tasa de transmisión de los archivos de audio y video presentes en el archivo TS, pueden ser agregados mayor número de contenidos de audio y video. El canal de televisión es libre de elegir el número de servicios disponibles en su ancho de banda.
En la actualidad la mayoría de canales de televisión en el Perú se encuentran transmitiendo servicios de HD y oneseg dentro de su canal físico. Estos servicios ocupan menos del 50% de la capacidad total del archivo TS. Es posible transmitir nuevos servicios con contenidos de audio y video distintos, además aplicaciones interactivas con una mayor complejidad.
El siguiente paso será realizar aplicaciones interactivas de mayor complejidad utilizando las librerías de JavaTv. Aplicaciones interactivas utilizando como canal de retorno la red 3G/4G permitirá mayores velocidades de transmisión para el envío de contenidos multimedia y proveerá seguridad adicional a la transacción. Estas aplicaciones consumirían mayor ancho de banda y se deberían realizar pruebas para determinar la eficiencia de descarga de cada aplicación en las transmisiones del canal de televisión.
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [ABN2007] ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas 2007 Televisión digital terrestre - Sistema de transmisión. URL:
http://www.abntcolecao.com.br/norma.aspx?ID=1158# [GIN2010] Guido Lemos de Souza Filho, Luiz Eduardo Cunha Leite, Carlos Eduardo Coelho Freire Batista, Thiago Pereira Falcão. 2010 Ginga-J: The Procedural Middleware for the Brazilian Digital TV System.
[GIN2011] Ginga 2011 Ginga URL: http://www.ginga.org.ar/
[INT2006] Luiz Fernando Gomes Soares Guido Lemos de Souza Filho
2006 Interactive Television in Brazil: System Software and the Digital Divide.
[LUI2011] Luiz Filipe, Souza Pinto, Fabio Gomes De Souza SMS as Interactive Channel for Portable Digital Tv Receibers URL: http://www.mendeley.com/research/SMS-interactive-channel-portable- digital-tv-receivers/#page-1
[MPE2012] MPEG-2 Transport Stream packet analyser URL: http://www.pjdaniel.org.uk/mpeg/
[SEL2013] Diego Rodolfo Vargas Romero
2013 Selección de Contenidos Oneseg a través de canal de retorno
DIEGO VARGAS ROMERO
Es ingeniero de
Telecomunicaciones de la Pontificia Universidad Católica del Perú con experiencia en las áreas de comunicaciones móviles, televisión digital y desarrollo de software. Trabajó en el área de VAS y Redes de América Móvil Perú por 1 año y 6 meses donde formo parte del grupo de ingenieros que implemento nuevas plataformas en la red móvil: PCRF, ODCS, RIM. Actualmente trabaja en la empresa Huawei del Perú donde cumple las funciones de Ingeniero de Transmisiones.
