DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA CARRERA DE INGENIERA

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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TRABAJO DE TITULACIÓN,

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TRABAJO DE TITULACIÓN, PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES IMPLEMENTACIÓN DE UN SET TOP BOX HÍBRIDO PARA TDT E IPTV CON MIDDLEWARE GINGA BASADO EN COMPONENTES DE BAJO COSTO. Autor: CHICAIZA JAMI WILMER RENÉ Director : Ing. DIEGO VILLAMARÍN Sangolquí, 2018

Contenido • Objetivos • Marco Teórico • Componentes de implementación • Metodología • Implementación

Contenido • Objetivos • Marco Teórico • Componentes de implementación • Metodología • Implementación • Pruebas y resultados • Conclusiones y recomendaciones • Trabajo futuros

Objetivos Objetivo General Implementar un decodificador digital de TDT e IPTV apto para interactividad

Objetivos Objetivo General Implementar un decodificador digital de TDT e IPTV apto para interactividad basado en la normativa adoptado en Ecuador, con componentes de bajo costo. Objetivos Específicos Definir el estado del arte de trabajos relacionados a Set Top Boxes. Determinar el hardware apropiado en base a las características técnicas, para dar soporte al proyecto. Especificar un software a código abierto el cual permita desarrollar el decodificador. Diseñar una interfaz gráfica de control de mando mediante la tecnología Bluetooth en Android para manejar el decodificador digital. Realizar pruebas y evaluaciones de recepción de TDT, streaming IPTV e interactividad.

Televisión Digital Terrestre HDTV Interactividad Programas multicanal

Televisión Digital Terrestre HDTV Interactividad Programas multicanal

Televisión por Protocolo de Internet Servicio Paquete Básico (Un Canal en calidad SD) Un

Televisión por Protocolo de Internet Servicio Paquete Básico (Un Canal en calidad SD) Un canal SD + Un canal HD Capacidad total Requerida 3 Mbps 9 -11 Mbps Es orientado al televisor y requiere de STB.

TDT e IPTV TDT transmisión por medio del espectro radioeléctrico, mientas que la tecnología

TDT e IPTV TDT transmisión por medio del espectro radioeléctrico, mientas que la tecnología de IPTV realiza transmisiones por medio de una red de banda ancha. El estándar ISDB-Tb hace uso de la tecnología MPEG-4 para comprimir audio y video, la misma que es utilizada en los sistemas IPTV. Comparten el mismo estándar de transporte de información, el MPEG-2. Ambas tecnologías requiere una codificación y compresión para ser transmitidas, así como descompresión y decodificación para visualizarla

Diagrama de un Set top Box híbrido

Diagrama de un Set top Box híbrido

Componentes de hardware y software

Componentes de hardware y software

Placa Madre Raspberry Pi 3 Modelo B CPU GPU 1, 2 GHz / 4

Placa Madre Raspberry Pi 3 Modelo B CPU GPU 1, 2 GHz / 4 núcleos Broadcom @ 400 MHz RAM Almacenamiento Salida de Audio Salida de Video Multimedia 1 GB Micro SD Jack 3, 5 mm, HDMI Video decode: MPEG-2 Video encode: H. 264 Ethernet 10/100 802. 11 n / Bluetooth 4. 1 Ethernet Wireless Puertos USB Sistema Operativo 4 puertos USB 2. 0 Distribución de Linux, Android

Placa Madre Nano. Pi K 2 CPU GPU 1. 5 GHz / 5 núcleos

Placa Madre Nano. Pi K 2 CPU GPU 1. 5 GHz / 5 núcleos Mali-450 @ 700 MHz RAM Almacenamiento Salida de Audio Salida de Video Multimedia 2 GB DDR 3 Micro SD Ethernet Wireless Gigabit LAN Puertos USB Sistema Operativo 4 puertos USB Android, Distribuciones de Linux HDMI hasta 4 K @ 60 Hz Video decode: MPEG-2 Video encode: H. 264 802. 11 b/g/n / Bluetooth 4. 0

Receptores de TDT Siano SMS 1140 Siano SMS 2230 Estándar Bandas de Especificaciones ISDB-T

Receptores de TDT Siano SMS 1140 Siano SMS 2230 Estándar Bandas de Especificaciones ISDB-T VHF (64 -240 MHz) y UHF (48. 25~863. 25 MHz). frecuencia Sensibilidad -95 d. Bm. Decodificadores Video H. 264 y audio MPEG-4 Antena SO Cuenta con una antena digital de 75 Ohm UHF Microsoft Win 7/Linux/Android Mygica S 870

Componentes lógicos Middleware Reproductores IPTV

Componentes lógicos Middleware Reproductores IPTV

Metodología

Metodología

Metodología Placa Madre Sistemas Operativos Receptores de TDT Middleware Reproductores IPTV

Metodología Placa Madre Sistemas Operativos Receptores de TDT Middleware Reproductores IPTV

STB #1 Escenarios de implementación de STB #2

STB #1 Escenarios de implementación de STB #2

STB #3 Escenarios de implementación de STB #4

STB #3 Escenarios de implementación de STB #4

Implementación

Implementación

Instalación 1 er y 4 to escenario TDT Integración módulo sintonizador por medio APK

Instalación 1 er y 4 to escenario TDT Integración módulo sintonizador por medio APK Speed. Tuner Instalación de APK Ginga Mobile IPTV Configuración de complemento PVR – IPTV en Kodi Cargar lista canales m 3 u

Instalación 2 do escenario TDT Integración módulo sintonizador por medio Linux. TV Instalación de

Instalación 2 do escenario TDT Integración módulo sintonizador por medio Linux. TV Instalación de librerías y dependencias IPTV Configuración de complemento PVR – IPTV en Rasp. BMC Cargar lista canales Modificación y configuración código fuente de Zamba y Ginga de Lifia

Lectura del sintonizador Mygica S 870 Integración módulo sintonizador por medio Linux. TV Diagnóstico

Lectura del sintonizador Mygica S 870 Integración módulo sintonizador por medio Linux. TV Diagnóstico del módulo TDT en Ubuntu Mate, dmesg w_scan –a 0 –c. BR. Video 4 Linux Instalación de las librerías para Zamba Instalación de los directorios generados para ejecutar Ginga Escaneo de los canales locales digitales Compilación del código fuente de Ginga ar Instalación de la multiplataforma cmake libboost y Pulseaudio Compatibilidad con arquitectura de la plataforma ARM Find. Glib. cmake arm-linux Reproducción de los canales locales digitales w_scan –a 0 – c. BR –L > nombre. xspf Instalación de las librerías necesarias para Ginga Gtk 2, Lib. VLC, Xerces. C, Lib. EV, Lua 51, Glib VLC como reproductor por defecto DEF_OPTIONS (SYS_PLAYER vlc DEFAULT vlc on) ts como la fuente del tiempo y reproducción MPEG en la librería zapper Instalación del software de reproducción Zamba

Instalación 3 er escenario Integración módulo sintonizador por medio Linux. TV. TDT IPTV Videlo

Instalación 3 er escenario Integración módulo sintonizador por medio Linux. TV. TDT IPTV Videlo 4 Linux w-scan Instalar VLC Instalación de librerías y dependencias Cairo Glib GStreamer GTK+ Pango Libxml Lua NCLua Cargar lista canales Instalación del middleware Ginga NCL

PRUEBAS Y EVALUACIONES

PRUEBAS Y EVALUACIONES

Interactividad en Raspberry y Zamba de Lifia

Interactividad en Raspberry y Zamba de Lifia

Interactividad en Raspberry y Zamba de Lifia

Interactividad en Raspberry y Zamba de Lifia

Interactividad con Raspberry y Ginga NCL

Interactividad con Raspberry y Ginga NCL

Interactividad con Raspberry y Ginga NCL

Interactividad con Raspberry y Ginga NCL

MONITOREO: - TIEMPO DE ARRANQUE (Cronometro digital) - SOBRECALENTAMIENTO (Termómetro digital) - USO DEL

MONITOREO: - TIEMPO DE ARRANQUE (Cronometro digital) - SOBRECALENTAMIENTO (Termómetro digital) - USO DEL CPU (Herramientas propias del sistema)

Tiempo de arranque Promedio - Tiempo de inicialización sistema para TDT [seg] Escenario [1]

Tiempo de arranque Promedio - Tiempo de inicialización sistema para TDT [seg] Escenario [1] Escenario [2] Escenario [3] Escenario [4] 0 10 20 30 40 50 60 70 Promedio - Tiempo de inicialización sistema para IPTV [seg] Escenario [1] Escenario [2] Escenario [3] Escenario [4] 0 10 20 30 40 50 60 70

Calentamiento cuando se visualiza TDT e IPTV Temperatura cuando se visualiza TDT [°C] HD

Calentamiento cuando se visualiza TDT e IPTV Temperatura cuando se visualiza TDT [°C] HD SD One Seg Aplicaciones Interactivas 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Escenario [1] Escenario [2] Escenario [3] Escenario [4] Promedio

Uso de la CPU en TDT 2 do Escenario TDT 1 er Escenario TDT

Uso de la CPU en TDT 2 do Escenario TDT 1 er Escenario TDT

Uso de la CPU en TDT 3 er Escenario TDT 4 to Escenario TDT

Uso de la CPU en TDT 3 er Escenario TDT 4 to Escenario TDT

1 er Escenario IPTV Uso de la CPU en IPTV 2 do Escenario IPTV

1 er Escenario IPTV Uso de la CPU en IPTV 2 do Escenario IPTV

3 er Escenario IPTV Uso de la CPU en IPTV 4 to Escenario IPTV

3 er Escenario IPTV Uso de la CPU en IPTV 4 to Escenario IPTV

Encuestas MOS para determinar el Qo. E

Encuestas MOS para determinar el Qo. E

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Cómo considera la calidad de video de

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Cómo considera la calidad de video de TDT de los diferentes escenarios? ¿Cómo aprecia la sincronización entre el audio y el video en TDT? 16 16 14 14 12 12 10 10 8 6 8 4 6 2 4 Regular Deficiente One. Seg SD HD SD One. Seg Excelente Bueno Esc en ari o [4] Malo Esc en ari o [3] Deficiente Esc en ari o [2] Regular 0 Esc en ari o [1] Excelente Bueno 2 HD One. Seg SD Es ce na rio [1] Es ce na rio [2] Es ce na rio [3] Es ce na rio [4] HD 0 Malo

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Cómo aprecia la sincronización entre el audio

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Cómo aprecia la sincronización entre el audio y el video en IPTV? 14 ¿Cómo considera la calidad de video en IPTV? 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 HD SD HD Escenario [1] Escenario [2] Escenario [3] Escenario [4] Excelente Bueno Regular Deficiente Malo SD HD SD Escenario [1] Escenario [2] Escenario [3] Escenario [4] Excelente Bueno Regular Deficiente Malo

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Cómo evalúa la presentación de aplicaciones interactivas?

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Cómo evalúa la presentación de aplicaciones interactivas? ¿Cómo califica su experiencia de usuario al utilizar cada uno de los STB presentados? 18 12 16 14 10 12 10 8 8 6 6 4 2 4 0 Locales desde ESPETV Escenario [2] Excelente Bueno Locales desde ESPETV Escenario [3] Regular Deficiente Malo 2 0 Escenario 1 Excelente Escenario 2 Bueno Escenario 3 Regular Deficiente Escenario 4 Malo

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Qué escenario de los cuatro presentados escogería

Encuestas MOS para determinar el Qo. E ¿Qué escenario de los cuatro presentados escogería como su STB de preferencia? Raspberry Pi Android Speed. Tuner SMS 2230 Ginga. Mobile Kodi 10% 55% 35% Raspberry Pi Ubuntu Mate Mygica S 870 Zamba-Ginga. ar Kasp. BMC Raspberry Pi Raspbian Mygica S 870 Ginga NCL VLC

SET TOP BOX SELECCIONADO

SET TOP BOX SELECCIONADO

Estructura general del STB hibrido propuesto

Estructura general del STB hibrido propuesto

Diagrama de bloques del STB

Diagrama de bloques del STB

Topología implementada del STB Software del STB Envió de datos de forma inalámbrica

Topología implementada del STB Software del STB Envió de datos de forma inalámbrica

MANEJO DEL STB Protocolo RFCOMM que emula el puerto serie RS-232

MANEJO DEL STB Protocolo RFCOMM que emula el puerto serie RS-232

Costos de implementación Plataforma de Hardware Módulo de recepción Componente Raspberry Pi 3 modelo

Costos de implementación Plataforma de Hardware Módulo de recepción Componente Raspberry Pi 3 modelo B Mygica S 870 Fuente de alimentación 2. 5 A con cable micro USB Precio $ 39. 00 40. 00 10. 00 y cable HDMI y filtro de ruido Carcasa Caja platica 8. 00 Disipadores 2 disipadores de calor 4. 00 Memoria micro. SD Capacidad de 16 Gb 8. 00 Total $ 109. 00

Conclusiones • El estudio de documentos dedicados a la investigación de TV Digital, Set

Conclusiones • El estudio de documentos dedicados a la investigación de TV Digital, Set Top Boxes y el análisis de normas técnicas de desarrollo de decodificadores digitales permitió crear la base de implementación, pues ciertos artículos planteaban propuestas de arquitectura para recepción de ISDB-T e IPTV, esto ayudo determinar los componentes que conforman un Set Top Box, las cuales fueron analizadas y comparadas de acuerdo al precio, datos técnicos y facilidad de desarrollo para de esta forma conocer si las plataformas propuestas son apropiadas y accesibles. • Se eligió la plataforma física de bajo costo Raspberry, pues es la más accesible en el mercado del Ecuador, además porque posee gran soporte y ayuda técnica de de desarrolladores que hacen uso de la plataforma en diversos proyectos de investigación. Es compatible con las principales distribuciones de sistemas operativos de código abierto Linux, Android. La plataforma Nano Pi K 2 fue elegida debido a las altas características, superiores a la plataforma Raspberry Pi modelo 3, aunque con ciertas limitaciones.

Conclusiones • Se optó por trabajar con los sistemas operativos Linux y Android, esto

Conclusiones • Se optó por trabajar con los sistemas operativos Linux y Android, esto debido a que son los más conocidos, son adaptables e instalables en muchas de las plataformas de desarrollo de arquitecturas ARM, x 86, x 64 entre otras, y porque existe variada información para trabajar con la plataforma Raspeberry Pi. No se tuvo mayor éxito al operar la plataforma Nano. Pi k 2 puesto que existe la versión oficial Android y Ubuntu Core, mientras que la versión de sistema operativo Linux completa y funcional se encuentra en desarrollo. • Tener una amplia lista de componentes de plataformas de hardware y de software resultó conveniente, pues no todos los componentes resultaron ser compatibles entre sí, esto permitió conformar grupos de componentes compatibles y plantear varias vías de solución de implementación de STB, que resultaron cada uno con debilidades y fortalezas para reproducir contenido de TDT o IPTV. • Se logró desarrollar una aplicación en Android para controlar el sistema operativo Linux mediante la tecnología Bluetooth, esto utilizando el protocolo RFCOMM que emula el puerto serie RS-232, pues proporciona un flujo de datos confiable y simple para el usuario, similar al TCP. El control sirve para manejar TDT puesto que para IPTV se utilizó la APP propia del kodi.

Recomendaciones • Se recomienda sintonizar los canales de TV digital en un área donde

Recomendaciones • Se recomienda sintonizar los canales de TV digital en un área donde se tenga buena recepción, pues la antena digital podría detectar la señal de TV digital pero quizá no pueda reproducir el contenido multimedia debido a que la intensidad y calidad de la señal puede no ser la mejor en el lugar donde se quiere captar TV digital, pues muchas veces confundimos problemas de recepción, con problemas del software de reproducción. • Se debe tener a disposición una buena fuente de alimentación para conectar la plataforma del STB, la fuente debe tener un voltaje de 5 V y una corriente mínima de 2 A para dar funcionamiento a toda la interfaz de la plataforma ARM, y sobre todo para dar funcionamiento al módulo sintonizador que requiere un buen suministro de energía para que además presente un buen rendimiento. • En el proceso de instalación del zapper de Lifia, se recomienda instalar las dependencias en su versión estable para que se pueda compilar, construir e instalar el software de recepción Zapper sin errores, pues una versión actualizada o inestable de alguna librería no asegura el correcto funcionamiento del software, esto debido a que la generación del código fuente de Lifia se realizó con versiones funcionales de la mayor parte de las librerías.

Recomendaciones • Para utilizar la APP de Android que permite controlar el STB que

Recomendaciones • Para utilizar la APP de Android que permite controlar el STB que opera bajo el sistema operativo de Linux, es recomendable y necesario instalar las librerías de activación del módulo Bluetooth, así como también habilitar el puerto serial virtual RFCOMM para emparejar los dispositivos, de tal forma que trabajen como cliente y servidor. • Es conveniente seguir con el estudio del middleware Ginga para el sistema Android, pues la utilización del middleware se pudo determinar que es posible compilar el código fuente de Lifia en un sistema operativo Android. Para lo cual se debe realizar una compilación cruzada entre Linux y Android, de tal forma poder generar los directorios instalables APK, aunque no se sabe a ciencia cierta si un módulo sintonizador desarrollado para Android resulta ser compatible con el zapper de recepción de Lifia.

Trabajos futuros • Desarrollar un canal de retorno para lograr comunicar el dispositivo receptor

Trabajos futuros • Desarrollar un canal de retorno para lograr comunicar el dispositivo receptor con el proveedor del servicio de interactividad en el canal de televisión ESPETV, para de esta manera poder ejecutar aplicaciones interactivas remotas que requieran participación del usuario consumidor. • La plataforma Nano Pi k 2 por el momento solo opera con el sistema operativo Android pero se espera una versión oficial del sistema operativo Linux, esto para poder instalar el zapper de Lifia Zamba que es compatible con la arquitectura ARM de minicomputadoras de desarrollo, pues Nano Pi trabaja con 700 MHz de GPU permitiendo tener gran fluidez de reproducción en dedición SD y en HD. • Embeber el proyecto Kuntur de Lifia en el sistema operativo Android, pues existe una infinidad de aplicaciones para TV, reproducción de juegos, música, etc. Es un sistema operativo muy versátil. • Dar interactividad a la tecnología de IPTV.

GRACIAS

GRACIAS