Middleware para Set-top Boxes – Um enfoque prático
Manoel dos Santos Dantas
Departamento de Telecomunicações – Pós Graduação – Midiacom - Universidade
Federal Fluminense (UFF)
Campus da Praia Vermelha - Escola de Engenharia -Bloco D - Sala 502-B - R. Passo da
Pátria, 156 - São Domingos – 24210-240 – Niterói – RJ – Brasil
[email protected]
Abstract. This paper will present some commercial and under research
Middleware platforms used to develop set-top box projects. Some terminology
are provided as well as an extensive use of graphic diagrams along the text
will help the reader understanding the scope of the project.
Some of the provided information in this paper will be the basis of an
academic research on a AMD/Geode® Main Printed Circuit Board acquired
by Midiacom / Universidade Federal Fluminense. The project aims to propose
a Middleware specification to be provided to the Brazilian Government and to
gain interest on other researchers in the area or alike, in order to make full
use of the Midiacom research laboratory and team.
Along in this paper eight middleware platforms are described with some
detail, open standards / open software solutions are focused. We did not
discarded some proprietary middleware solutions, since we described in a
certain extent some of mainly used ones in some well developed countries and
continents, 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 the
Telecommunications department at Universidade Federal Fluminense.
Resumo. Neste trabalho iremos apresentar algumas plataformas comerciais
e algumas residentes no âmbito acadêmico para projetos de set-top box. Uma
definição mais completa do sistema, termos mais utilizados e ilustrações estão
contidas também nesta monografia.
Este trabalho oferece informações para que se possam iniciar pesquisas em
uma placa de Hardware AMD/Geode® adquirido pelo Midiacom como
plataforma de desenvolvimento de projetos de Middleware e pesquisas afins.
Foram investigadas 8 plataformas de Middleware, com foco em sistemas
abertos, porém também comparando-os com as plataformas comercias em
extenso uso na Europa, Estados Unidos e Japão.
Esta monografia servirá também como uma referência para estudos e uma
futura proposta de tese na área de Comunicações e Multimídia da
Universidade Federal Fluminense.
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1. Introdução
Este trabalho pretende apresentar oito middlewares (sistema operacional,
aplicativos e camadas de sofware para a introdução de serviços e aplicativos ao já
existentes na plataforma) disponíveis para o desenvolvimento de aplicações
embarcadas 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 a
descrição da arquitetura de hardware, logo após a descrição de cada middleware,
extensamente ilustrado e ao final, uma conclusão que possibilitará a escolha do
middleware mais conveniente e viável para as pesquisas que estão sendo
desenvolvidas no Departamento de Comunicações e Multimídia da Universidade
Federal Fluminense e as referências utilizadas para a criação deste trabalho.
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2. Set-top Box
Vejamos as seguintes definições para dispositivos set-top box :
É um dispositivo eletrônico o qual realiza interface com Televisão
disponibilizando serviços adicionais. [BT 1995]
É um dispositivo de Entretenimento interativo residencial que disponibiliza
acesso a Internet, streaming de vídeo e informações via tradicional sistema de
televisão. [NS 2000]
De acordo com Tanembaum [Tanembaum 1996] , bastaria apenas acoplar
dispositivos que permitam a decodificação de fluxos MPEG® e outros componentes
eletrônicos, para que o cliente de serviços multimídia pudesse assistir televisão digital no
seu lar.
Devido às dimensões da tela do monitor do computador, o usuário ficaria
insatisfeito e dependendo do perfil deste, a experiência de assisitir televisão seria
frustrante.
Por outro lado, se um dispositivo com as mesmas capacidades de decodificação e
conectividade, que pudesse ser acoplado a um aparelho de televisão convencional, fosse
oferecido a esse mesmo usuário, ainda que existissem algumas restrições do próprio
modelo (baixa capacidade de memória, poder de processamento relativamente baixo se
comparado a um microcomputador convencional), seria muito mais proveitoso e
interessante.
Assim, um modelo de “computador” orientado a recepção de sinais digitais e
analógicos, com alguma capacidade de inteligência, armazenamento massivo e saída para
televisão pode ser exemplificado conforme a figura 1.
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Figura 1 – Arquitetura de hardware de um set-top box simples [Tanembaum 1996]
Esse dispositivo contém uma Unidade Central de Processamento (CPU), memória
RAM e ROM, controladores de entrada e saída de dados, decodificador MPEG® e
nterface com rede de computadores para que possa ser provido um certo grau de
interatividade entre o cliente e o conteúdo recebido, assim como atualização de
programas e recebimento de guia de programação eletrônica.
Como item opcional, um dispositivo de segurança pode ser incluído para a
decodificação de filmes e conteúdo especiais como mensagens, correio, envio de número
de cartão de crédito para compras on-line.
Esse hardware necessitará de um sistema operacional que possibilite acessar todas
essas funcionalidades e adaptabilidades. Também serão necessários aplicativos que
possam ser portados para diferentes tipos de processadores (que por ventura diferentes
fabricantes poderão desenvolver) e camadas de software para que o acesso destes
aplicativos ao sistema operacional e ao próprio hardware não sejam executados
diretamente.
Esse tipo de “computador”, denominamos de set-top box, ilustrado na figura 2.
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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
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3 – API / Middleware
Figura 3 – Modelo de Televisão Digital [Lamas 2004]
A Interface de programa da aplicação (Application Program Interface – API) é
uma das ferramentas que os programadores dispõem para requisitar dados ou serviços
residentes num sistema operacional específico.[Helps 2005]
Utilizando uma API, um desenvolvedor poderá escrever uma aplicação que acesse
o sistema operacional, mas que independa do hardware ou de caracterísiticas peculiares
do 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 são
ISDB-C, ISDB-S e ISDB-T.
O Ministério das Telecomunicações Brasileiro, através do decreto n.o 4.901 de
26 de novembro de 2003 (como mostrado na figura 4), instituiu o Sistema Brasileiro de
Televisão 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]
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Figura 4- Modelo de Gestão Brasileiro para o desenvolvimento de Televisão Digital [Lamas
2004]
Figura 5 – Modelo de Televisão Digital proposto pelo Governo Brasileiro [Lamas 2004]
Existem diversas API´s / Middleware já desenvolvidos que vêm sendo utilizadas
para o desenvolvimento de aplicações para Televisão Digital Interativa.
As próximas subseções comentam os principais.
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3.1. Java® Technologies for Interactive Television (Java® TV)
A linguagem de programação Java® foi desenvolvida pela Sun Microsystems® e
apesar do fabricante definir padrões tanto de chamadas como de codificação das
bibliotecas, toda a padronização é aberta e fartamente documentada.
A tecnologia Java® TV utilizada em receptores de televisão digital é baseada na
plataforma Java® que consiste de uma máquina virtual Java (JVM®) e algumas
bibliotecas reutilizáveis escritas na linguagem de programação Java®.[JTTITWP 2001]
A Java® TV API provê rotinas reutilizáveis e modulares orientadas a dispositivos
de recepção digital (televisão digital), provendo por exemplo, uma camada de nível mais
alto 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 aos
dados do serviço de informações, controle do sintonizador de canais, e gestão do ciclo
de vida das aplicações, estão contempladas.
Para que algumas facilidades especiais sejam acrescentadas, como Acesso de
Entrada e saida de dados pelos usuários, gestão de rede, internacionalização, encriptação
e 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 de
Televisão Digital utilizando o sistema operacional Linux (TV Linux), como área de
sistemas de interação com o usuário. Para suportar ou agregar outras especificações e
aplicações, módulos adicionais devem ser implementados, como mostrado na figura 7.
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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 as
aplicações e applets Java® não necessitam residir na memória do sistema o tempo todo e
podem ser transmitidas ao receptor somente quando necessário.
Após o código ser executado, o código é removido automaticamente da memória
do receptor através do coletor de lixo (garbage collector process) fornecido pelo
JVM®.
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Outro fator crucial é que as aplicações escritas na linguagem Java® independem da
plataforma na qual são executadas. Assim, o desenvolvedor pode depurar as aplicações
em uma máquina distinta à máquina alvo ou migrá-las para outras plataformas como
computadores de mão ou telefones, que por ventura suportem os requisitos da
tecnologia Java® orientada a Televisão Digital.
Figura 8 – Aplicações para set-top box típicas utilizando a tecnologia Java® [JTTITWP 2001]
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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 ou
provedor de anúncios ou serviços (jogos on-line, por exemplo) poderá interagir em parte
ou no todo da programação existente, alterando-o de acordo com a necessidade do
momento.
A plataforma, denominada Foundation Edition® 1.7, está focada somente no
Software, provendo uma plataforma com padrão fechado, no que tange tanto a
customização, análise do comportamento dos usuários e no desenvolvimento de novos
serviços e interfaces, apresentado na figura 9.[MicrosoftTV 2005]
Algumas das facilidades oferecidas pela plataforma :
•
Gravação de vídeo digital inteligente (DVR) utilizando dispositivo de
armazenamento interno ou externo
•
Programação sob demanda com a possibilidade de gravação simultânea de
dois ou mais canais
•
Modo de apresentação de vídeo em alta definição (HDTV) com Video-OnDemand
•
Guia de programação interativo e a possibilidade do provedor de serviços
oferecer jogos e votação on-line
•
Habilitação, Monitoração e Cancelamento de serviços sem a intervenção do
usuário
•
Gerenciamento do set-top box (programação armazenada, conteúdo a ser
gravado) pelo usuário através da Internet
•
Integração com sistemas de backoffice existentes com outros dispositivos
pessoais, como relógios, computadores de mão, console de video-games
•
Sistema de proteção de conteúdo incorporado (Digital Rights Management DRM )
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Figura 9 – Plataforma Microsoft TV® Foundation Edition® [MicrosoftTV 2005]
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Para isso, a Microsoft® também desenvolveu uma família de aplicativos de
software (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 as
ferramentas de geração, administração e proteção de conteúdo pertencentes à família
Windows® (Microsoft TV Infrastructure®), passando por dispositivos que tenham
como base o sistema operacional Windows® (Computadores Pessoais, telefones,
computadores de mão, consoles de video-jogos) até o consumidor final dos serviços
oferecidos, ou seja o set-top box (Microsoft TV Experience®).
Para o desenvolvimento de aplicações, é oferecido também ferramentas cujo
padrão é fechado, como por exemplo o Microsoft Visual .Net®.
Este conjunto de ferramentas inclui exemplos e apresenta um ambiente de
desenvolvimento bastante confortável e amigável para o programador.
A customização da interface final com o usuário é rapidamente executada de forma
simples pelo provedor de serviço, onde o servidor atualiza quase que instantâneamente o
set-top box cliente, não necessitando de atualizações de software ou hardware ou mesmo
a certificação do cliente.
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O ambiente inclui também ferramentas para análise de horário de exibição de
comerciais 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 o
processador PowerPC), incluindo os modelos DCT700, DCT1700, DCT2000,
DCT2500, DCT5100, DCT6200 e DCT6412.
A plataforma AMD/Geode® das famílias GX e LX também é suportada.
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3.3 - Aurora Complete dvb Middleware®
Desenvolvido pela empresa Cabot Communications Ltd. no Reino Unido, o
Aurora Complete dvb Middleware® é uma plataforma semi-aberta, como apresentado
na figura 11.
São fornecidas API´s para que o provedor de serviço possa portar tanto serviços
existentes, assim como o próprio middleware para outras plataformas de hardware e
sistemas operacionais.
O fabricante enfatiza que o Middleware funciona como uma camada de abstração
de software independente do sistema operacional e do hardware, oferecendo assim uma
robustez e baseando-se em padrões abertos, poder oferecer uma plataforma poderosa, de
acordo 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 via
satélite
•
Plataforma baseada nos padrões MHP e MHEG-5
•
Funcionalidades como descarga de arquivos de atualização em modo
seguro durante a exibição do conteúdo ao usuário final
•
Suporte a canais com encriptação diferenciada (pay-tv) através de uma
interface 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 através
de plug-ins, tais como gravadores de DVD´s, Gravadores Digitais
Programáveis
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 dos
serviços, desde que seja de acordo com as normas européias de transmissão de televisão
digital.
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A seguir será mostrado a arquitetura utilizada pelo fabricante na implementação do
Middleware Aurora®.
Figura 11 - Plataforma Aurora Complete dvb Middleware® [Cabot 2005]
Como o sistema independe do sistema operacional utilizado , toda a inferência do
middleware no hardware é efetuada através de uma camada de abstração (Platform
Abstraction Layer), e todas as outras funções são executadas através de plug-ins.
O Eclipse DVB Core® implementa todas as funcionalidades requeridas para o
suporte dos padrões DVB-T ou DVB-S através de API´s e protocolos para interagir
com aparelhos de televisão analógicos e módulos para gravação de vídeo digital.
O plug-in Mercator MHEG-5® (compatível com a versão 1.06) satisfaz os
requerimentos necessários para a recepção dos serviços de transmissão digital utilizados
no Reino Unido.
O plug-in Alticaptor MHP® é compatível com a versão 1.03 e permite o suporte
de aplicações que interagem com o usuário final.
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O plug-in Callisto Over-Air Download® permite que sejam efetuadas descargas
em 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 Econômica
Européia de forma automática dependendo de onde o aparelho se encontre.
Um serviço de monitoramento está incorporado para a verificação da assinatura
digital da atualização a ser introduzida (ou mesmo o conteúdo ou jogos), verificando
automaticamente as atualizações no servidor.
O plug-in Hercules CI Stack® possibilita o suporte a recepção de canais e
conteúdo encriptado ou pago, sendo compatível com fornecedores de soluções Europeus
que suportem tal facilidade no provimento de conteúdo.
Finalmente, o plug-in Chamaeleon Reference UI® possibilita a criação e
customização de interfaces com o usuário, com suporte a múltiplas linguagens.
Para tal, o código fonte é fornecido junto com a ferramenta Observatory® do mesmo
fabricante. Completando o ciclo de desenvolvimento, é necessário a utilização da
ferramenta Microsoft Visual C++ Studio® executada num microcomputador do tipo PC
podendo 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®.
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3.4. AdapTV
O AdapTV [Lopes2004] é um Middleware proposto por membros do
Departamento de Informática da Universidade Federal do Rio Grande do Norte e
pela Universidade Federal da Paraíba. Está baseado num framework denominado
Cosmos.
A principal função deste framework é prover uma arquitetura genérica baseada em
componentes para a camada de configuração e gerenciamento de recursos em sistemas
multimídia distribuídos.
Novas funcionalidades do sistemas são implementadas através de serviços, que
através do paradigma de orientação a objetos trata dispositivos físicos e recursos como
objetos e classes, podendo ser instanciados, monitorados e permitir a comunicabilidade
entre 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 do
middleware, dos recursos do sistema e da aplicação que faz parte do
middleware.
É um elemento crítico de todo o sistema, já que verifica os requisitos de
QoS de cada aplicação em execução, gerenciando o ciclo de vida dos
mesmos, realizando também operações de inspeção, configuração,
negociações e ajustes dinâmicos de propriedades das aplicações que estão
associadas aos componentes e fluxos multimídia envolvidos no sistema.
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•
Proxy : Descreve a representação interna de uma aplicação em execução
no momento.
•
Factories : São entidades responsáveis pela criação de componentes do
sistema (portas, serviços, recursos).
•
Resources : Descreve a representação de recursos de hardware e
software.
•
Services : Módulos de software que permitem incluir novas
funcionalidades, como configurar e alocar componentes e recursos
virtuais, recuperar componentes requeridos pelo middleware no
momento, gerenciar acesso, fornecer suporte transacional para as
aplicações e permitir o suporte às aplicações distribuídas.
O AdapTV é um middleware baseado no framework Cosmos, descrito
anteriormente.
A proposição do middleware é a partir de uma infra-estrutura adaptativa de
suporte a execução, gerenciamento e configuração de componentes e aplicações de
sistema de televisão digital interativa.
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Uma primeira apresentação do middleware é em camadas, onde cada camada
fornece um conjunto de API´s para a camada imediatamente superior, segundo a figura
12.
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 de
operações básicas, como acesso à rede, localização de componentes, escrita e leitura de
dados nas portas do dispositivo, assim como obter e alterar informações sobre o
ambiente, 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 de
recursos virtuais e serviços provisionados pela plataforma.
•
Camada de Manipulação de Mídia – Interage com os recursos do sistema
operacional e os dispositivos de hardware associados ao set-top box.
•
Camada de Recursos – Fornece recursos virtuais que definem API´s para os
componentes de níveis mais altos.
•
Camada de Adaptação – Contém componentes que definem API´s que
acessam a camada de recursos, incorporando e isolando os aspectos físicos
intrinsecos à plataforma de hardware.
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•
Serviço de Configuração – Configura, negocia e gerencia componentes e
recursos virtuais.
•
Serviço de Diretório – Possibilita recuperar os componentes requeridos
pelas aplicações.
•
Serviço de Transações – Fornece mecanismos para autenticação e controle
de acesso.
•
Serviço de Comunicação – Fornece o suporte adequado às aplicações
distribuídas.
•
User API – API´s de usuário que fornece um conjunto de operações básicas
que provêem as funcionalidades tradicionais do middleware, como acesso a
rede,localização de componentes, escrita e leitura de dados nas portas do
dispositivo.
•
API de Reflexividade – Disponibiliza um conjunto de operações para que
seja obtidas informações sobre o ambiente, como componentes em execução
no momento, monitoramento de conexões e metadados.
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Figura 13 – Arquitetura detalhada do AdapTV [Lopes2004]
A modelagem das classes definidas na arquitetura proposta para o middleware
AdapTV utiliza a linguagem UML, onde a implementação de fato é feita na linguagem
Java®. Todavia, alguns módulos podem ser implementados utilizando as linguagens C e
C++, usando a Java® Native Interface (JNI).
No trabalho referente ao middleware AdapTV, não é mencionado o Sistema
Operacional hospedeiro e tampouco o hardware suportado; Segundo o paper tanto a
arquitetura como o middleware estão em fase de validação em protótipo, não sendo uma
aplicação comercial ainda.
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3.5. MediaHighway® Middleware
O MediaHighway® Middleware [NDS 2005] é um conjunto de soluções
desenvolvido pela empresa NDS®, provedor líder em soluções fim-a-fim de pay-TV e
dispositivos IP, situada no Reino Unido.
Através de outras tecnologias tais como VideoGuard® que proporciona soluções
de distribuição de conteúdo de forma segura em banda larga, tem uma receita anual de
mais de US$20 bilhões e os dispositivos desenvolvidos por ela são utilizados por mais de
48 milhões de assinantes.
A arquitetura em macroblocos está descrita na figura 14, e a solução fim a fim é
apresentada 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 baixo
custo para set-top boxes, de fácil customização e implementação,
utilizando um Guia de Programação Eletrônico (EPG) de alta
performance, com aplicações que utilizam HTML e Javascript® e uma
Máquina Virtual que ocupa pouco espaço na memória, como apresentado
na figura 15.
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Figura 15 – Arquitetura funcional do MediaHighway® core [NDS 2005]
É o sistema base que, através da agregação de módulos, permite a
evolução do produto, assim como facilidades.
As facilidades incluídas no sistema base, incluem o suporte à
transmissão Digital de Televisão com legendas ( codificadas (closed
caption) e aquelas que utilizam bit-map ), agendamento de programas
tanto por parte do provedor como por parte do consumidor de forma
inteligente, com atualização do sistema ou de aplicativos em background
automaticamente, com modo de segurança para aplicações interativas e
suporte a gráficos de 24 bits de resolução.
O fabricante não descreve de forma sucinta todos os componentes
envolvidos na arquitetura do core system, porém da figura 15, podemos
inferir que a arquitetura em camadas, é implementada de forma escalar e
modular, tendo por base os drivers de hardware que fornecidos por
outros fabricantes e API´s que permitem ao desenvolvedor, integrar
outros aplicativos que porventura já existam.
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•
MediaHighway® Advanced : Sistema desenvolvido para set-top boxes
com facilidades mais avançadas, compliante com os últimos padrões de
transmissão para Televisão Digital, como o padrão OCAP® como mostra
a figura 16.
É compatível com o padrão Java® DVB MHP 1.0.3, suportando
HTML versão 4.0, JavaScript® 1.4, DOM 1 e CSS 2.
A capacidade do ambiente multi-tarefa do sistema permite a execução de
várias aplicações Java® e HTML que inclusive podem se intercomunicar,
de suportar dispositivos removíveis e os padrões DVB MPEG2 e
protocolo IP em quaisquer redes de transmissão, incluindo componentes
de negócios e ferramentas para uma navegação fácil pelo sistema por
parte do usuário.
Figura 16 – Arquitetura do MediaHighway® Advanced [NDS 2005]
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•
MediaHighway® Development Kit : É um kit de ferramentas para
Desenvolvimento de aplicações para set-top boxes que permite criar
aplicações baseadas em HTML e Java® utilizando também ferramentas
de autoria compliantes com padrões de mercado, como algumas das
apresentadas na figura 17.
Permite a depuração dos mesmos tanto no microcomputador do
desenvolvedor (Micromputador do tipo PC), como no Set-top box,
reduzindo assim o tempo e o custo de sdesenvolvimento de meses para
dias.
O kit não requer licenciamento para a distribuição das aplicações por
parte das empresas que o adquiram. Inclusive a própria empresa (NDS®)
estimula os desenvolvedores a se agruparem em comunidades para troca
de experiências.
Figura 17 – Exemplos de algumas aplicações desenvolvidas, utilizando o MediaHighway®
Development Kit [NDS 2005]
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•
VideoGuard® : Permite o acesso condicional e ao conteúdo transmitido,
fornecendo mecanismos de encriptação para a prevenção de cópia ilegal
dos mesmos como shows, jogos, filmes em modo pay per view, como
apresentado na figura 18, tanto do servidor como o cliente.
Também fornece suporte a votação on-line, pesquisas de opinião e micropagamentos por determinado produto ou serviço fornecido pela
operadora ou terceiros.
Figura 18 – Diagrama funcional do sistema VideoGuard® [NDS 2005]
•
Value@TV® : Fornece a solução de gerência de conteúdo e transmissão
por parte do provedor, e algumas das seguintes empresas fazem uso deste
produto tais como a MTV, Discovery Channel e outros.
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•
Xtv® : É a solução apresentada que permite o controle e gerenciamento
do conteúdo por parte do consumidor final, como gravação e
armazenamento do conteúdo para posterior exibição (Gravador Digital
Inteligente), possibilitando ainda que o conteúdo possa ser protegido ou
encriptado ou o armazenamento de um conteúdo previamente encriptado
por parte do provedor e cujo tempo de armazenamento seja controlado
pelo provedor de serviços, como em alguns exemplos apresentados na
figura 19.
Figura 19 – Algumas das aplicações fornecidas na solução Xtv® [NDS 2005]
Dentre outras funcionalidades, podemos citar a utilização de serviços do
tipo premium, como apresentação de informação sobre o conteúdo a ser
exibido pela operadora sob a forma de revistas, como um tocador de
cenas específicas ou favoritas (video jukebox) e uso de jogos interativos.
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NDS Guide® : Funcionando como um Guia de Programação Eletrônico
(EPG), de forma que a interface seja alterada rapidamente assim que
novas informações sejam atualizadas por parte do provedor de conteúdo,
permitindo que o usuário possa navegar e controlar o conteúdo pelo qual
assinam até o uso de aplicações de navegação interativas (ângulo de
exibição, modo de reprodução de áudio do conteúdo) e ampliando todo
um espectro de possibilidade de utilização de mídias comerciais
(propagandas, promoções relâmpago) tanto por parte do provedor como
por parte de terceiros, como mostrado na figura 20.
Figura 20 – Algumas telas de apresentação do NDS Guide® [NDS 2005]
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Figura 21 – Solução fim a fim desenvolvida pela empresa NDS® [NDS 2005]
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3.6. Linux4.TV Project
Desenvolvido a partir de um consórcio entre as empresas National
Semiconductor® (antiga proprietária do processador Geode®, atualmente propriedade da
AMD® Semiconductors), Century® Embedded Technologies e VT Media
Technologies, foi estabelecido um middleware seguindo um padrão aberto que poderia
ser obedecido pelos fabricantes de set-top boxes, chamado Linux4.TV Project
Middleware [Linux4.TV 2005].
Algumas informações pertinentes ao hardware envolvido, assim como diagrama
funcional, fotografias do sistema de desenvolvimento para set-top box, apresentam-se
nas 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]
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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]
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Figura 26 – Diagrama em Blocos da Plataforma SP4SC31[Geode 2001]
Figura 27 – Diagrama em Blocos funcionais do processador AMD Geode® SC1200/SC1201 [Geode
2001]
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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.TV
2005], interface gráfica Microwindows®, e linguagem para manipulação de conteúdo
ViewML®, conforme o diagrama funcional em blocos apresentado na figura 28.
Figura 28 – Diagrama em blocos da Arquitetura Linux4.TV [Linux4.TV 2005]
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A arquitetura proposta está dividida em 4 camadas, conforme descrito na figura 29
:
•
Drivers de dispositivo e Núcleo (Kernel) do Sistema Operacional : As
rotinas de baixo nível (acesso direto ao hardware do set-top) são interligadas
ao núcleo do sistema operacional para que seja possível o acesso a partir de
aplicativos em mais alto nível a específicos dispositivos, como a CPU Geode®,
o decodificador MPEG-2, ao decodificador de padrão de cor NTSC (Sistema
Americano) fornecido pela Philips e ao decodificador de áudio estéreo.
Figura 29 – Arquitetura em camadas do sistema Linux4.TV [Linux4.TV 2005]
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Os drivers fornecidos pela AMD® permitem o acesso ao aúdio, vídeo, DVD,
captura de vídeo e modo gráfico, assim como drivers para decodificação de pacotes
MPEG®, de-encriptação de filmes em DVD e demultiplexadores de áudio e vídeo, tal
como descrito na figura 30.
Figura 30 – Framework para operações com o DVD fornecido para o Sistema Operacional Linux
pela AMD® [Geode 2001]
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•
Middleware de Vídeo : Essa camada é executada em modo usuário
(conforme mostram as figuras 31 e 32) e implementa rotinas que
independem de acesso direto ao hardware relativo ao vídeo do set-top
box.
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 vídeo
proposto pelo consórcio Linux4.TV [Linux4.TV2005]
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Funcionalidades como controle de vídeo analógico e digital, sintonia de canais,
demultiplexação de transmissão Digital via satélite e overlay de vídeo estão também
implementadas 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 mídias
massivas como DVD´s, susbsitema de captura de vídeo.
•
Subsistema de captura de vídeo para captura de um ou mais frames de vídeo
executado em tempo real para que seja armazenado como mapa de pixels na
memória de vídeo para processamento de outros aplicativos caso seja
desejado.
•
Subsistema de Overlay para arbitrar várias aplicações gráficas independentes
no momento da reprodução do conteúdo, possibilitando assim operações
como deslocamento de dados massivos entre aplicativos, por exemplo sem que
seja necessário o uso da CPU principal do sistema.
•
Subsistema MPEG® para a gerência do tráfego de pacotes MPEG® que
contenham vídeo, áudio e dados codificados e os distribuindo ao respectivos
decodificadores.
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•
Subsistema de TV que provê uma interface consistente entre transmissões e
serviços analógicos e digitais, assim como mudança de canais e ajuste de
volume do conteúdo por parte do usuário.
•
Sistema de Gerência de Apresentação em Janelas : O ambiente
Microwindows® é utilizado como o gerenciador de janelas padrão do sistema,
permitindo uma fácil integração com as rotinas de framebuffer do kernel para
operação com sistemas de codificação de cor NTSC ou PAL. Algumas
aplicações sendo executadas sob o sistema Microwindows® são apresentadas na
figura 34.
Figura X34– O gerenciador de Janelas Microwindows® em funcionamento [MicroX 2001]
O sistema foi escrito de tal forma que, novas aplicações sejam
implementadas sem que sejam necessários o acesso direto às rotinas de
vídeo, e isto é feito através de API´s bem documentadas, como
navegadores WWW, apresentados na figura 35.
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Figura 35 – Navegadores WWW sendo executados sob o sistema de gerenciamento de janelas
Microwindows® [MicroX 2001]
•
Aplicativos e aplicativos do tipo WebMedia® : É a camada de nível
mais elevado permitindo que aplicativos forneçam a interface homemmáquina 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 tecnologia
ViewML®, denominada WebMedia®, onde a chamada a determinados
dispositivos de hardware, como por exemplo um DVD seja executada
como uma tag HTML, atuando como âncora, ou através de plug-ins que
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podem ser escritos para o acesso conjunto a outras facilidades do
hardware, conforme mostra a figura 37.
É possível também a implementação de outros navegadores, já que
existem também API´s que permitem chamadas às rotinas em nível mais
elevado.
Figura 37 – Exemplo de Aplicação WebMedia® [Century 2005]
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3.7.EPOS Work Package
O Middleware EPOS Work Package [Lisha 2003] é parte de um projeto
denominado Embedded Parallel Operating System (EPOC), desenvolvido pela equipe do
Laboratório de Integração de Hardware e Software da Universidade Federal de Santa
Catarina (UFSC).
O grupo estuda na verdade, projetos voltados à arquiteturas de sistemas
distribuídas, e o pesquisador Marcos Fagundes Caetano envolvido na área de
Televisão Digital em conjunto com a Xilinx (desenvolvedora de soluções para
produtos 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 decodificação
MPEG-2).
•
Hardware : Xbox® Game Center (Desenvolvido pela Microsoft®
Corporation como console para Jogos baseado no processador Intel
Celeron, Placa de vídeo NVIDIA®, Decodificador MPEG-2 Incorporado,
Decodificador Dolby® AAC Incorporado, Placa de rede interna de
100MB/s, unidade de DVD, 4 controladores USB, saída para S-Video –
ver figura 38).
Software : Sistema operacional Windows CE® com detector de software
com assinatura .[XBOXLinux 2005]
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Figura 38 – Fotografias do hardware utilizado pelo projeto EPOS [XboxLinux 2005]
•
Software : Debian Linux (com modchip para possibilitar a instalação do
novo sistema operacional)[XBOXLinux 2005], VLC®, reprodutor de
conteúdo Mplayer®, Java® Virtual Machine (JRE 1.4.1).
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3.8.OpenTV® Middleware
OpenTV® [OpenTV 2005] é um consórcio cujo um dos objetivos é fornecer
um conjunto de ferramentas para que se possa desenvolver aplicações para set-top box
independentes da plataforma de hardware que será utilizada.
A solução poderá incluir mídia para armazenamento ou não, dependendo do
tipo ou solução econômica a qual o provedor de conteúdo esteja interessado em
desenvolver ou dependendo do mercado o qual pretende se desenvolver.
Na verdade, o consórcio também fornece soluções fim-a-fim, mas vamos focar
somente 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, por
exemplo), o código passa a ser fechado, porém escalável na solução / arquitetura
proposta pela OpenTV®.
Os produtos que compõem a solução de Middleware, apresentados na figura
39, são os seguintes :
•
OpenTV Core® : Base do sistema que abrange também serviços
avançados de Televisão Digital, incluindo Televisão via satélite,Televisão
interativa em qualquer meio de transmissão, e Gravador de Conteúdo
personalizado por parte do assinate do serviço (PVR).
A arquitetura do middleware independe do hardware a ser utilizado na
solução de set-top box, e as bibliotecas do sistema incluem suporte a
rede discada até rede IP em banda larga (Ethernet, ADSL, fibra), com
suporte a streams de úudio e vídeo, e encriptação utilizando Agência
Certificadora (CA) ou DRM (Digital Rights Management).
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Figura 39 – Arquitetura proposta pelo consórcio OpenTV® [OpenTV 2005]
Inclui também suporte a ambiente para o desenvolvimento de
aplicativos com interface homem-máquina com o usuário final, incluindo
uma máquina virtual (interpretador) para linguagem C de forma que
possa fornecer uma interface para outros programas de forma sucinta e
consistente (API´s), suporte para aplicativos escritos em Flash®,
navegador HTML e uma máquina virtual Java® compatível com o
padrão 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 Programação
Eletrônico (EPG), canais virtuais, jogos interativos, t-commerce e
permite que o provedor de serviços, a partir de chamadas ao núcleo e
algumas rotinas do sistema, possa analisar o comportamento do usuário,
permitindo uma adequação melhor deste à rede existente ou serviços
fornecidos.
•
OpenTV SpotOn® : É uma solução de software embarcado (embedded software),
cujo diferencial é conter no software soluções que possibilitem aos programadores de
conteúdo ou provedores de anúncios (ou mesmo os próprios anunciantes) criarem
comerciais ou trabalhar com marketing de permissão para cada assinante.
Um bom exemplo seria enquanto um programa de televisão está sendo apresentado
e que contenha um motivo automobilístico, no receptor de um assinante que tenha
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uma família numerosa, um anúncio sobre uma nova van seja apresentado, enquanto
que no mesmo instante, na casa de outro, jovem e sem filhos, um carro esportivo seja
apresentado, 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 conteúdo
possam cobrar preços diferenciados parta cada campanha ou comercial exibido, e
avaliar o grau de satisfação do usuário final, melhorando sua interatividade com o
serviço, reduzindo assim, a perda de clientes.
•
OpenTV Measure® : Pacote de Software orientado a solução de set-top boxes
orientados a medição de audiência, baseado em parâmetros pré-estabelecidos pela
operadora do sistema e da programação televisiva (ou programação de televisão
interativa, como jogos, previsão do tempo), a qual o usuário final do serviço
consome.
A informação é coletada e transmitida para servidores destinados a este fim, como
mostrado na figura 41, servindo para não só um controle efetivo da rede, mas também
para oferecimento de serviços agregados a terceiros, como provedores de comerciais.
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Figura 41 – Ciclo de uso do OpenTV Measure® [OPENTV 2005]
•
OpenTV® Development Tools : Conjunto de ferramentas de software, licenciadas
anualmente por desenvolvedor.
Consiste dos seguintes sub-sets :
•
➔
OpenTV SDK : Um conjunto completo de ferramentas para
programadores que utilizam a linguagem C (Software Development Kit),
incluindo ambiente de desenvolvimento (IDE), compiladores, conversores
de conteúdo e ferramentas para depuração de programas.
➔
OpenTV Frame : Ferramenta que converte imagens congeladas para
formatos adequados para Televisão Digital.
➔
OpenTV VSTB : Um set-top box virtual executado no sistema
operacional Windows XP para desenvolvimento e depuração de
aplicativos.
➔
OpenTV Target Decoder : Um set-top box real com o middleware
OpenTV que suporta a descarga de aplicativos e conteúdo de um
microcomputador do tipo IBM-PC através de interface paralela.
➔
OpenTV Streamer Developer Version : Usado para o desenvolvimento
e teste de componentes e aplicações com conteúdo dinâmico oriundos do
lado do servidor.
➔
OpenTV H2O Developer Version : Usado para desenvolvimento e teste
de aplicativos do tipo H2O a serem executados no set-top box.
OpenTV Publisher Developer Version : Utilizado para desenvolvimento e testes de
aplicações baseadas no software OpenTV Publisher oriundo do lado do servidor.
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4. Conclusão
O trabalho buscou apresentar o estado da arte no desenvolvimento de soluções de
middleware para set-top boxes e a terminologia usada na maioria das arquiteturas.
Exceto algumas soluções proprietárias, a maioria das arquiteturas fazem uso
extensivo de API´s, de padrões abertos e de mercado, e da tecnologia Java® no
desenvolvimento de aplicações.
Entretanto, existe uma preocupação em oferecer soluções fim-a-fim devido a
integração da solução como um todo e na facilidade de agregar alguma facilidade, seja
para 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 mais
adequada para o desenvolvimento de futuros projetos de pesquisa no laboratório
Midiacom, no qual foi adotado o sistema de desenvolvimento AMD/Geode®. Esse
sistema, além de ser aberto e possuir a documentação adequada, não possui restrições
relacionadas a direitos autorais (inclusive passíveis de sanções legais internacionais) caso
alguma modificação no hardware seja requerida, no caso do XBOX® da Microsoft
Corporation.
Devido a natureza do projeto, a idéia é que parte da plataforma possa ser estendida
a dispositivos móveis, já que procura-se fatores como mobilidade e portabilidade de
hardware e sistema operacional, algumas delas, encontradas nas plataformas estudadas.
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5. Referências
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[Tanembaum 1996] - Computer Networks – Andrew Tanembaum – Third Edition – 1996 – Prentice
Hall
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[Helps 2005] – Digital TV Software Standards – K.R. Helps – OceanBlue Software – January 2005
[JTTITWP 2001] – Java® Technologies for Interactive Television – Technical White Paper – Sun
Microsystems – 2001
[Silva 2005] – Tv Digital Estamos preparados ? - Revista WebMobile – Manoel Carvalho Neto, Lile
Palma 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 Souza
Filho - 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 Semicondutor – August 2001
National
[GeodeAPI 2001] – Geode SC1200/SC1210 IAOC Devices – Linux Middleware API Programmer´s
Reference – 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
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