DIEGO_FERNANDO_VILLAMARIN_ZAPATA

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de Telecomunicación
DISEÑO Y DESARROLLO DE UN GUANTE
HÁPTICO PARA ACCESIBILIDAD EN
TELEVISIÓN DE PERSONAS CON
DEFICIENCIAS VISUALES
TESIS DOCTORAL
Diego Fernando Villamarín Zapata
Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones
2023
Departamento de Ingeniería Electrónica
Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de Telecomunicación
DISEÑO Y DESARROLLO DE UN GUANTE
HÁPTICO PARA ACCESIBILIDAD EN
TELEVISIÓN DE PERSONAS CON
DEFICIENCIAS VISUALES
TESIS DOCTORAL
Diego Fernando Villamarín Zapata
Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones
José Manuel Menéndez García
Dr. Ing. Telecomunicación
2023
Tribunal nombrado por el Magnífico Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el
día de de .
Presidente:
Vocal:
Vocal:
Vocal:
Secretario:
Suplente:
Suplente:
Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día de de
en Madrid, habiendo obtenido la calificación de
El presidente, El secretario, Los vocales,
Paz no es solo ausencia de guerra, es sobre todo, presencia de justicia, salud, educación,
seguridad social, salarios dignos, necesidades básicas satisfechas. La insultante opulencia alado
de la más intolerable pobreza, son también balas cotidianas contra la dignidad humana.
Rafael Correa
A mi familia, por ser la luz y fuerza de mi vida.
En especial a Rafaela mi adorada hija.
Agradecimientos
En primer lugar a Dios por darme la salud y la vida para poder lograr mis objetivos,
gracias por ser tan generoso y regalarme una vida muy dichosa y feliz.
A mis padres Guillermo y Mirian que han sido siempre mi guía y apoyo en mi formación
profesional y espiritual. Gracias a su amor infinito a su esfuerzo y dedicación han sido siempre
mi fuente de inspiración y mi ejemplo a seguir. A mis hermanos Mayra y Guillo que me han
apoyado para que siga logrando mis objetivos.
A Indy muchas gracias, por la motivación y apoyo para llegar a cumplir con esta meta. A mi
princesita Rafaela Salomé por venir al mundo y convertirte en el motor y la luz de mi vida.
A mi tutor José Manuel, por no dejarme botar la toalla, por ser el guía motivador y por su
paciencia y dedicación.
A mis compañeros de la ESPE, que con sus recomendaciones me han sabido apoyar, en
especial a mi amigo y maestro Gonzalo por siempre tener un buen consejo. A mi amigo Álan de
Telemidia y a todos las personas que me colaboraron en este proyecto.
A mis alumnos de la ESPE y a la Fundación Héroes de Vida que me colaboraron para llevar
a cabo la etapa de pruebas de usabilidad del guante.
v
Resumen
La televisión en su constante evolución, presenta novedosas soluciones que están cambiando
la forma de ver y disfrutar de la TV. Por ejemplo, con la TV inmersiva y la TV interactiva, ya
no solo se trata de enviar imágenes secuenciales con audio, sino también de enviar información
adicional que permita jugar con otros sentidos del ser humano, mediante olores, vibraciones de
movimientos, audios 3D, sentir agua, viento, calor y otras emociones que se pueden experimen-
tar a través de todos los sentidos del ser humano; convirtiéndose en una televisión mucho más
participativa para el usuario. Actualmente, aunque existen varios desarrollos de inclusión digital
y de accesibilidad que permiten a personas con discapacidades auditivas o visuales acceder a
los contenidos de audio y vídeo a través de la televisión o de cualquier plataforma de streaming
audiovisual. Estos desarrollos no han sido suficientes y no han tenido la distribución e imple-
mentación que deberían tener. Por ejemplo, aún está latente el problema de las personas ciegas
que no pueden seguir un partido de fútbol de forma autónoma, necesitan un locutor o interprete
que narre el juego con más detalles de lo que lo hace un locutor para personas videntes. El obje-
tivo de este trabajo es validar la utilidad de una solución inmersiva e interactiva para personas
no videntes mediante el diseño y desarrollo de un guante háptico que permite recibir señales y
generar vibraciones en la mano, informando de lo que ocurre en una escena de TV. El caso de
uso que se ha planteado para validar la solución es la codificación de la ubicación de la pelota
en un partido de fútbol, vinculando la información codificada mediante un dispositivo háptico,
debidamente sincronizada con la recepción de video. Para esto también se implementó un siste-
ma semiautomático o supervisado que registra la posición y recorrido del balón en un campo de
fútbol, utilizando una tableta de diseño que codifica su ubicación en forma de vectores. Estos
vectores de ubicación de la pelota fueron generados por un servidor remoto que ejecuta un script
de Python y que es activado por un servidor de televisión de banda ancha híbrida (HbbTV).
El servidor HbbTV interactúa con el usuario de la televisión y cuando recibe un mensaje de
activación o de inicio de actividad por parte del usuario, el servidor Python envía los datos a
una plataforma de Internet de las Cosas (IoT) en la nube, que a su vez está conectada al guante
háptico que mediante seis motores hápticos genera vibraciones que las personas con deficiencias
visuales puedan interpretarlas con el tacto. De esta forma llevamos a las personas con deficien-
cias visuales a vivir una nueva experiencia sensitiva, permitiendo la inclusión digital, social y la
accesibilidad a las tecnologías audiovisuales que hace poco este colectivo vulnerable no lo podía
disfrutar. El trabajo muestra la metodología utilizada para el diseño, la implementación, el aná-
lisis estadístico y evaluación de resultados que se obtuvo mediante las pruebas de usabilidad que
se llevaron a cabo con quince personas no videntes que usaron el guante asistiendo un partido
de fútbol sincronizado con las vibraciones del guante en un escenario real.
vii
Abstract
Television in continuous evolution, presents new solutions that are changing the way of wat-
ching and enjoying TV. For example, with immersive TV and interactive TV, it is no longer
only about sending sequential images with audio, but also sending additional information that
allows playing with other senses of the human being, through smells, vibrations of movements,
3D audio, feel water, wind, heat and other emotions that can be experienced through all the
senses of the human being; becoming a much more participatory television for the user. Cu-
rrently, although there are several digital inclusion and accessibility developments that allow
people with hearing or visual disabilities to access audio and video content through television or
any audiovisual streaming platform. These developments have not been sufficient and have not
had the distribution and implementation they should have. For example, the problem of blind
people who cannot follow a soccer game autonomously is still latent, they need an announcer
or interpreter to narrate the game with more details than an announcer for sighted people. The
objective of this work is to validate the usefulness of an immersive and interactive solution for
blind people through the design and development of a haptic glove that can receive signals and
generate vibrations in the hand, reporting what is happening in a TV scene. The use case that
has been proposed to validate the solution is the encoding of the location of the ball in a soccer
match, linking the encoded information through a haptic device, properly synchronized with the
video reception. For this we also implemented a semi-automatic or supervised system that records
the position and path of the ball in a soccer field, using a design tablet that encodes its location
in the form of vectors. These ball location vectors were generated by a remote server running
a Python script and triggered by a hybrid broadband television (HbbTV) server. The HbbTV
server interacts with the TV user and when it receives an activation or activity start message
from the user, the Python server sends the data to an Internet of Things (IoT) platform in the
cloud, which in turn is connectedto the haptic glove that through six haptic motors generates
vibrations that visually impaired people can interpret by touch. In this way we bring people with
visual impairments to live a new sensory experience, allowing digital inclusion, social and acces-
sibility to audiovisual technologies that recently this vulnerable group could not enjoy. The work
shows the methodology used for the design, implementation, statistical analysis and evaluation
of results obtained through usability tests that were carried out with fifteen blind people who
used the glove attending a soccer match synchronized with the vibrations of the glove in a real
scenario.
ix
Siglas
2D Two-dimensional.
3D Three-dimensional.
4D Four-dimensional.
4K 4K o Ultra High Definition.
AB Augmented Broadcasting.
AC Augmented Costumer.
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line.
AI Artificial Intelligent.
AR Augmented Reality.
BB Broadband.
BC Broadcast.
CC Closed Captions.
CEA Consumer Electronics Association.
CEISH Comités de Ética de Investigación en Seres Humanos.
CSS Companion Screen Sync.
DD Developmental Dyspraxia.
DIAL Discovery And Launch Protocol.
DLBT Deep Learning approach for 2D Ball detection and Tracking.
DRM Digital Rights Managment.
DS Description Schema.
DVB Digital Video Broadcasting.
EPG Electronic Program Guide.
xi
xii SIGLAS
ES Elementary Stream.
EWBS Emergency Warning Broadcast System.
FTTH Fiber To The Home.
Ginga-CC Ginga Common Core.
Ginga-NCL Ginga NCL version.
Ginga-J Ginga Java version.
GPS Global Positioning System.
GSM Global System Mobile Comunications.
HAML Haptic Application Meta Language.
HAV Haptic Audiovisual Content.
HbbTV Hybrid Broadcast Broadband TV.
HET Haptic Enabling Technology.
HEVC High Efficiency Video Coding.
HMD Head Mounted Display.
HTML HiperText Markup Language.
HTML5 HiperText Markup Language Versión 5.
HTTP Hypertext Transfer Protocol.
I2C Inter-Integrated Circuit es un protocolo de comunicación Serial.
IDT Innovation Diffusion Theory.
iDTV Interactive Digital Television.
IF Impact Factor.
IoT Internet of Things.
IP Internet Protocol.
IPTV Internet Protocol Television.
ISDB-Tb Integrated Services Digital Broadcasting Built-in.
ISDB-T Integrated Services Digital Broadcasting.
ITU International Telecommunication Union.
JCR Journal Citation Reports.
Tesis Doctoral
SIGLAS xiii
MPD Media Presentation Description.
MPEG Moving Picture Experts Group.
MPEG-2 a.k.a. H.262 Generic coding of moving pictures and associated audio information.
MPEG-7 MPEG Multimedia content description standard.
MPEG-H MPEG-H Part 3.
MPEG-V MPEG-V Bridging the Virtual and Real World.
MPEG-DASH MPEG - Dynamic Adaptive Streaming over HTTP.
NCL Nested Context Language.
NFC Near-Field Communication.
OIPF Open IPTV Forum.
OMS Organización Mundial de la Salud.
OPS Object Positioning System.
OTT Over The Top.
P&P Plug and Play.
P2P Peer to Peer.
PC Personal Computer.
PIC Programmable Integrated Circuited.
PID Packet Identifier.
RFID Radio-frequency identification.
SJR SCIMAGO Journal and Country Rank.
STB Set Top Box.
TAM Technology Acceptance Model.
TCP Transmission Control Protocol.
TDT Televisión Digital Terrestre.
TS Transport Stream.
TV Television.
UDP User Datagram Protocol.
UHD Ultra High Definition.
Diego Fernando Villamarín Zapata
xiv SIGLAS
UI User Interface.
UPM Universidad Politécnica de Madrid.
USB Universal Serial Bus.
VE Virtual Environments.
VOD Video Over Demand.
VR Virtual Reality.
W3C World Wide Web Consortium.
WiFi WiFi is a short name for Wireless Fidelity.
WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access.
XML Extensible Markup Language.
Tesis Doctoral
Índice general
Agradecimientos v
Resumen vii
Abstract ix
Siglas xi
Índice general xv
Índice de figuras xvii
Índice de cuadros xxi
1 Introducción 1
1.1. Introducción y Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3. Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4. Estructura de la Tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5. Contribución por criterios de calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Estado del Arte 11
2.1. TV Digital Interactiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2. TV Inmersiva y Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3. TV Accesible y Social . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4. Dispositivos Hápticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.5. Trabajos Relacionados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 Diseño y Desarrollo del Guante Háptico 23
3.1. Diagrama funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2. Muestreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3. Materiales y diagrama de operación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4. Pruebas de Validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.5. Implementación del guante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4 Integración con la TV 35
4.1. Propuestas Integración con la TV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2. Sistema Asistido de Posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.3. Servidor HbbTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
xv
xvi ÍNDICE GENERAL
4.4. Servidor IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.5. Integración de los Sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5 Análisis y Evaluación de Resultados 43
5.1. Metodología y percepción inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.2. Usabilidad y experiencia de usuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3. Resultados ergonómicos del guante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.4. Requerimientos, mejoras y usos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.5. Evaluación final en escenario real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6 Conclusiones y Trabajos Futuros 71
6.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2. Trabajos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Bibliografía 75
Tesis Doctoral
Índice de figuras
1.1. Clasificación de las plataformas de TV y consumo de video . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1. Interactividad local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. Interactividad completa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3. Arquitectura de la TV Digital, con las tecnologías utilizadas en cada capa . . . . . . 14
2.4. Normas de referencia del Sistema de TV digital terrestre ISDB-Tb . . . . . . . . . . 14
2.5. Arquitectura de Ginga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6. Núcleo Común de Ginga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.7. Diagrama de HbbTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.8. Despliegue de HbbTV en el mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.9. Visión general de la especificación HbbTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1. Divisiones de la cancha en el eje X y Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2. Altura de la pelota en el eje vertical Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3. Regiones formadas en la cancha para la ubicación de la pelota . . . . . . . . . . . . . 25
3.4. Distribución de los motores hápticos en lamano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5. Diagrama de flujo de funcionamiento del Guante Háptico . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.6. Diagrama general de las partes del guante Háptico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.7. Diagrama del proceso de construcción del guante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.8. Placa controladora del guante háptico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.9. Carcasa que contiene el dispositivo háptico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.10. Proceso de construcción del guante y logo del dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.11. Interfaz gráfica del programa que configura la transmisión . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.12. Visión general del guante háptico finalizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.13. Usuario del dispositivo háptico en el proceso de evaluación del guante . . . . . . . . 33
4.1. Generación de un flujo de transporte (TS) con metadatos . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2. Tableta gráfica utilizada para indicar el movimiento de la pelota en la cancha de fútbol 38
4.3. Interfaz gráfica de seguimiento de la ubicación de la pelota en la cancha de fútbol . . 38
4.4. Diagrama del Sistema de Posicionamiento Integrado con HbbTV y el Guante Háptico
para TV Accesible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1. Grado de discapacidad visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2. ¿Cuánto le gusta los deportes? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3. ¿Cuánto le gusta el fútbol? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.4. ¿Qué nivel de comprensión tiene usted al escuchar la transmisión de un partido de
fútbol a través de un narrador deportivo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
xvii
xviii ÍNDICE DE FIGURAS
5.5. ¿Qué nivel de percepción tiene de la ubicación del balón en una cancha de fútbol,
siguiendo la narración de una transmisión de TV? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.6. ¿En qué nivel considera usted que los anuncios comerciales generan una distracción
y se pierde la noción de la jugada deportiva? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.7. ¿Cuándo el árbitro dicta un saque lateral, qué nivel de percepción tiene usted acerca
del lugar por donde salió el balón? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.8. ¿Al momento que se suscita un gol, usted está consciente de quien fue el equipo que
lo realizó? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.9. ¿En qué medida logró ubicar la posición del balón mediante las vibraciones generadas
por los motores del guante? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.10. ¿En qué escala logró identificar la ubicación del balón a lo largo de la cancha? . . . . 48
5.11. ¿En qué escala logró identificar la ubicación del balón a lo ancho de la cancha? . . . 48
5.12. ¿En qué escala logró identificar la altura del balón en la cancha? . . . . . . . . . . . 49
5.13. ¿Qué tan adecuado considera usted la intensidad de las vibraciones generadas? . . . 49
5.14. ¿Bajo su percepción, considera usted que existe una sincronización adecuada entre la
narración y la ubicación del balón que recibió con el dispositivo? . . . . . . . . . . . 50
5.15. ¿En qué escala considera usted que el dispositivo y su funcionamiento es intuitivo y
fácil de entender? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.16. ¿En qué medida fue necesario la etapa de entrenamiento? . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.17. ¿En qué medida cree usted que este dispositivo es útil como complemento de la
narración deportiva que recibe de la TV? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.18. ¿Qué tan cansado fue utilizar el dispositivo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.19. ¿Qué tan agradable fue su experiencia utilizando el dispositivo? . . . . . . . . . . . . 52
5.20. ¿En qué escala, le gustaría volver a usar el dispositivo? . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.21. Resultados de la evaluación sobre la usabilidad y experiencia de usuario . . . . . . . 54
5.22. ¿Sintió algún tipo de molestia durante o después de utilizar el guante? . . . . . . . . 54
5.23. ¿Cuál fue la sensación que tuvo de la calidad del material del guante? . . . . . . . . 55
5.24. ¿En qué medida el material del guante le generó calor o sudoración? . . . . . . . . . 55
5.25. ¿En qué medida el material del brazalete le generó calor o sudoración? . . . . . . . . 56
5.26. ¿En qué medida considera usted que el diseño del dispositivo es confortable? . . . . . 56
5.27. ¿En qué escala sintió que el peso del dispositivo es adecuado? . . . . . . . . . . . . . 57
5.28. ¿En qué escala sintió que el tamaño del dispositivo es adecuado? . . . . . . . . . . . 57
5.29. ¿En qué escala su mano se adaptó a la talla del guante? . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.30. ¿En qué escala cree usted que los motores están bien ubicados? . . . . . . . . . . . . 58
5.31. ¿En qué escala le pareció molesto los cables del dispositivo? . . . . . . . . . . . . . . 59
5.32. ¿Qué tan adecuados le parecen los cambios de intensidad de vibración de los motores? 59
5.33. ¿Cuál fue la dificultad que tuvo para colocarse el guante? . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.34. Evaluación de resultados sobre la ergonomía y construcción del guante . . . . . . . . 61
5.35. Referente al tiempo transcurrido durante un partido de fútbol. ¿Qué nivel de percep-
ción tiene usted acerca de la duración del partido? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.36. ¿En qué escala le gustaría disponer de información del marcador del partido? . . . . 62
5.37. ¿Al momento que se suscita un gol, que tan consciente está de quien fue el equipo
que lo realizó? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.38. ¿Cuándo el árbitro pita una infracción, que nivel de comprensión tiene usted acerca
de quien cometió la falta? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.39. ¿En qué escala logra identificar el equipo al que pertenece el jugador mencionado en
la narración? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Tesis Doctoral
ÍNDICE DE FIGURAS xix
5.40. ¿Para mejorar su experiencia con este dispositivo, que tanto le gustaría que se incre-
mente, botones, gestos y comandos de voz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.41. ¿En qué escala le gustaría probar el guante para otro deporte o aplicación? . . . . . 64
5.42. Evaluación de resultados sobre los requerimientos para usos futuros y mejoras del
dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.43. Escenario de evaluación real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.44. Ping hacia el servidor Python remoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.45. Ping entre el servidor remoto y el servidor IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.46. Ping entre el guante y el servidor IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.47. Evaluación final en escenario real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Diego Fernando Villamarín Zapata
Índice de cuadros
3.1. Descripción de la vibración de los motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2. Lista de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.1. Preguntas y resultados estadísticos sobre usabilidad y experiencia de usuario . . . . . 53
5.2. Preguntas y resultados estadísticos sobre la ergonomía y la construcción del guante . 60
5.3. Preguntas y resultados estadísticos sobre los usos futuros y mejoras para el dispositivo 66
5.4. Latencia del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.5. Evaluación del desempeño de la interpretacióndel usuario final . . . . . . . . . . . . 68
xxi
Capítulo 1
Introducción
1.1
Introducción
y motivación
1.2
Objetivos
1.2
Metodología
1.4
Estructura
de la Tesis
1.5
Contribución
Este capítulo brinda una visión general de la Tesis Doctoral, empieza por narrar los antece-
dentes, la situación actual y la evolución que ha tenido la TV, la motivación que inspiró el desarrollo
de esta novedosa propuesta, los objetivos planteados, la metodología seguida, la estructura de la tesis
y las principales contribuciones obtenidas con criterios de calidad.
1.1. Introducción y Motivación
La televisión (TV) sigue siendo uno de los medios de comunicación más popular en el mundo
y tiene un alto impacto mediático en la sociedad por su gran capacidad de difusión. Los países
desarrollados ya han completado el apagón analógico y tienen al aire emisiones de TV netamente
digitales. La transición a digital ha sido completada en casi toda Europa, gran parte del Asia
oriental (incluyendo China), Oceanía y varios países de África. En el continente americano,
solo México, tres países centroamericanos, algunos países caribeños y Surinam. Estados Unidos
y Canadá son los únicos países desarrollados que no han completado totalmente el proceso.
También existen países de regiones como Latinoamérica, donde se está viviendo la transición a lo
digital en la TV, e inclusive existen algunas zonas de África que recién están iniciado y algunos
países que aún no se han planteado este cambio, pero que la evolución de la tecnología mundial
en su momento lo hará.
En la actualidad, la tecnología digital en la televisión y en todos los recursos audiovisuales esta
evolucionado para brindar no solo alta calidad de imagen y sonido, sino para poder brindar otras
sensaciones y emociones. La interactividad con los usuarios pasa a ser importante ya que ahora
existe la posibilidad de tener contenido que hace partícipe de la programación al televidente,
que ahora se le conoce como usuario ya que dejo de ser un simple visor de imágenes secuenciales
para pasar a ser un sujeto activo que participa de la programación y puede interactuar mediante
movimientos, sensaciones sensoriales, cambiando o decidiendo el rumbo de la película, eligiendo
opciones, participando de encuestas, realizando compras por la TV, etc. [1–4].
El objetivo de este trabajo nació después del análisis de varios conceptos actuales de televisión
y tecnologías de video, uno de ellos es la televisión inmersiva. Ya existen inclusive películas y
1
2 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
salas de cine que les han denominado 4D, donde en la secuencia común de imágenes y audio,
le han incluido de forma sincronizada con el video, algunas opciones sensoriales, por ejemplo,
movimientos y vibraciones con sillas especiales, viento que se activa con grandes ventiladores,
esencias que salen de las sillas, agua mediante rociadores, o calor, entre otros trabajos que existen
en esta área [5–9].
Otro concepto que se estudió fue el tema de la accesibilidad de la televisión y contenido de
video multimedia. Existen varios trabajos, donde ya se han implementado soluciones para hacer
accesible el contenido de audio y video a personas con alguna deficiencia física. Por ejemplo,
existe audio descripción para personas ciegas, subtítulos, teletexto e inclusive lenguaje de señas
para personas con deficiencias auditivas. Estos trabajos no han sido muy explotados y al no
ser obligatorios en todas las emisiones de TV, aún sigue siendo un problema el tema de la
inclusión digital para personas con algún tipo de deficiencia [10–15]. Algunos trabajos combinan
la accesibilidad en la TV con la realidad virtual y las experiencias televisivas multipantalla
llevándola a diferentes aplicaciones como la cultura y el deporte [16,17]. Para conseguir mezclar
la TV con el mundo de la realidad virtual VR o la realidad aumentada AR, se utilizan varias
técnicas y herramientas inclusive de transformaciones geométricas 3D [18,19].
La TV social también entró dentro del análisis porque últimamente ha sufrido cambios. Antes
la TV era lineal y existía una sola emisión que podías captar en el sintonizador de tu televisor.
Pero ahora, con el crecimiento exponencial de las redes de datos, el consumo de video se ha vuelto
a demanda, es decir tu decides que ver y cuando ver [20,21]. El avance de las tecnologías de las
redes sociales ha cambiado la experiencia de visualización de contenido de video, especialmente
en el contenido de deportes. Ahora los espectadores pueden interactuar con otros aficionados en
tiempo real a través de los sitios de redes sociales mientras ven un evento deportivo televisado,
por ejemplo, el campeonato mundial de fútbol como muestra el trabajo de Hwang et al. [22].
Las redes OTT, ofrecen variedad de contenido de video con plataformas muy populares como
Netflix, Youtube, Amazon Video, Disney, entre otras, donde el usuario puede acceder desde
cualquier lugar, con cualquier dispositivo y en el momento que desee. El crecimiento de las
redes sociales también juega un papel importante, ya que mediante estas redes se puede tener la
participación o interacción entre miles de usuarios que estén asistiendo un contenido de video,
ya sea a través de la TV o a través de otros dispositivos multimedia conectados a una red de
datos IP [23–25]. Con esto podemos decir que la televisión no lineal está ganando la batalla a la
televisión tradicional ya que poco a poco se ha ido popularizando y las estaciones de televisión
se han visto obligadas a replantearse y buscar la forma de integrar su contenido a plataformas
on-line. Por lo que también podríamos ver que no es una batalla sino más bien una fusión, ya
que aún la TV lineal seguirá existiendo por largo tiempo, más aún en eventos en vivo de alta
audiencia. Para tener una idea clara de la clasificación de la TV o de cuales son las plataformas
actuales de consumo de video se muestra en la figura 1.1 dos grandes grupos, la TV tradicional o
lineal y la TV no lineal o OTT, en cada uno se detallada una subclasificación y las tecnologías o
plataformas con sus respectivos nombres y con ejemplos de estas. También se detalla las diferentes
denominaciones que han tomado los equipos o dispositivos de hardware utilizados para receptar
y mostrar el contenido de video o de TV.
Otros servicios adicionales que se han desarrollado con la TDT también se analizaron, por
ejemplo el sistema de emergencias tempranas a través de televisión, en el estándar ISDB-T se lo
conoce como EWBS [26,27].
El servicio de radiodifusión aumentada es otra de las tecnologías analizadas, (AB) este busca
ofrecer un servicio de radiodifusión personalizado sobre un programa de televisión. Cada especta-
dor puede ver contenidos aumentados personalizados (AC) superpuestos al mismo programa de
Tesis Doctoral
1.1. INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN 3
Figura 1.1: Clasificación de las plataformas de TV y consumo de video
televisión. El artículo de Ha et al. [28] presenta prototipos de dispositivos de interfaz de usuario
(UI) para los servicios de AB. Ellos desarrollaron dispositivos como almohadillas inteligentes y
guantes hápticos. Los autores de este trabajo analizaron sus prototipos de interfaz de usuario
para servicios AB. Su evaluación muestra que los servicios AB hacen que los programas de te-
levisión sean más útiles en un intercambio interactivo de respuestas del usuario e información
adicional.
Mientras se analizaba estas tecnologías, se encontró un problema que hasta el momento no
ha sido totalmente solucionado. En el mundo existen muchas personas con deficiencia visual,
según la Organización Mundial de la Salud (OMS) 1300 millones de personas viven con alguna
forma de deficiencia visual, de las cuales 188,5 millones de personas tienen una deficiencia visual
moderada, 217 millones tienen una deficiencia visual de moderada a grave y 36 millones son
ciegas [29].
Muchos de ellos consumen contenido de TV, pero cuando ellos asisten la programación de la
TV, enfrentan varios problemas, principalmente porque la gran parte decontenido que encuen-
tran disponible no están adecuados para que ellos puedan entender totalmente lo que sucede en
una escena sea cual sea su contenido, estas personas están condenadas a solo poder escuchar y
entender según los diálogos de los protagonistas o si tienen suerte de que en la programación
exista un comentarista o relator que describa o comente lo que está sucediendo en la escena. Par-
cialmente esto se ha solucionado agregando audiodescripción en el contenido audiovisual original,
pero no toda la programación lo dispone, de hecho, solo un minúsculo porcentaje de películas y
documentales lo disponen y no es de fácil acceso pues casi en la (TDT) no está disponible sino
más bien en contenido audiovisual de pago. Pero no es que con audiodescripción ya está total-
mente solucionado este problema ya que gran cantidad de detalles aún se pierden y en algunos
casos es casi imposible tener audiodescripción, por ejemplo, en encuentros deportivos, noticieros,
programas en vivo, etc. [30].
En el caso de los encuentros deportivos (sean de fútbol, rugby, baloncesto, balonmano, tenis,
etc.) transmitidos por TV, las personas con deficiencia audiovisual solo tienen acceso al audio
y se podría decir que sus ojos son la narración del relator o comentarista deportivo que está
Diego Fernando Villamarín Zapata
4 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
describiendo lo que sucede en el encuentro deportivo. Pero con esta narración solo logran percibir
una parte de toda la cantidad de detalles que se dan en una escena, ya que, para cualquier
narrador, sería prácticamente imposible describir todos los detalles que suceden en una escena
en tan limitado lapso de tiempo.
Como caso de estudio principal para aplicarlo en este trabajo hemos planteado como ejemplo
al fútbol uno de los deportes más populares en el mundo. En este ámbito el principal problema
que tienen las personas no videntes es desconocer la ubicación de la pelota dentro de la cancha,
salvo que el narrador sea muy explícito en decirla. Al momento de conversar con personas no
videntes, se logró identificar que verdaderamente si es un problema para ellos el tratar de seguir
un encuentro deportivo mediante la TV, ya que ellos pierden toda la noción del partido cuando
no tienen la voz del narrador y esto suele ser muy común cuando, por ejemplo, se va el audio por
propagandas comerciales, por comentarios, o simplemente porque cuando entre los comentaristas
hablan de otras cosas, distintas a lo que está sucediendo en el encuentro deportivo.
Cabe mencionar que este problema de entender lo que sucede en una escena deportiva no solo
lo tienen cuando asisten a un encuentro deportivo por televisión o videostream. También lo tienen
cuando escuchan una narración deportiva por Radio e inclusive lo tienen cuando personas con
deficiencia visual asisten a un encuentro deportivo como aficionados en un escenario deportivo
en vivo.
Con este problema encontrado, en este trabajo se planteó un objetivo; el buscar una solución
para que de alguna forma se pueda llevar información importante de la ubicación de la pelota
de un encuentro deportivo a personas con deficiencias visuales, (para nuestro caso de estudio
en un partido de fútbol). Y de esta forma ayudar a personas no videntes a su inclusión digital,
haciendo un sistema inmersivo, interactivo, accesible e inclusive social porque podrán participar
más activamente de la programación y tener una mejor interacción con el resto de la audiencia.
En búsqueda de la solución se encontraron trabajos de dispositivos hápticos y que existe
un auge también emergente en la construcción de soluciones hápticas, es decir dispositivos que
permiten llevar información mediante el tacto y esta fue la única forma accesible y viable que se
encontró, ya que para las personas ciegas es imposible recibir información visual, y la información
auditiva que reciben es incompleta y deficiente, pero al juntarle con la información sensorial
mediante un dispositivo háptico podría llegar a ser un complemento ideal que llevaría a tener
una experiencia más inclusiva a estas personas con deficiencia visual que se les dificulta poder
asistir un encuentro deportivo, cabe acotar que un punto a favor es que las personas ciegas tienen
mucho más desarrollado el sentido del tacto.
Los dispositivos hápticos son aparatos mecánicos que permiten recibir y entregar información
mediante el tacto. En la actualidad, está surgiendo un auge en la construcción de dispositivos
hápticos para diferentes fines. Como las personas ciegas no pueden recibir información visual,
su información auditiva es incompleta y deficiente. La utilización de dispositivos hápticos para
ofrecer una información sensorial más envolvente podría convertirse en un complemento ideal
para producir una experiencia más inclusiva para las personas con discapacidad visual que tienen
dificultades para asistir a un evento deportivo.
La tecnología háptica puede tomar y presentar la información de muchas maneras diferentes:
generando una sensación de alto relieve, generando vibraciones a través de tejidos de trajes
de piel especiales, generando movimientos a través de brazos mecánicos, entre otros. En este
trabajo pareció factible diseñar y construir un guante háptico con motores ubicados en posiciones
estratégicas. De esta manera, podrá generar vibraciones codificadas para entregar información
sobre la ubicación de, por ejemplo, la posición de un jugador de tenis en la cancha o, en este
caso de estudio, la posición de la pelota dentro del campo de fútbol.
Tesis Doctoral
1.2. OBJETIVOS 5
Actualmente existen varias empresas en la industria que desarrollan tecnologías hápticas,
especialmente guantes enfocados a la realidad virtual, en los cuales ocupan una variedad de
sensores y actuadores. Presentan varios kits de soluciones que incluyen software de desarrollo
[31,32]. Otros incluso van más allá y presentan tecnologías vestibles en las que se pueden incrustar
actuadores en el tejido para añadir sensaciones hápticas a la ropa y así poder personalizar las
experiencias de los usuarios, haciéndolas más reales e interactivas. [33,34]
A partir de la evaluación realizada sobre estos productos, decidimos no optar por una de estas
soluciones, sino construir nuestro guante con discos vibratorios de retroalimentación háptica,
proporcionando estímulos vibratorios hápticos-táctiles totalmente adaptados a nuestro objetivo.
El sistema debe ser fácil de aprender e interpretar y no debe ser invasivo para que a las personas
ciegas les guste utilizar el dispositivo y les proporcione una experiencia de usuario agradable
y envolvente. También queremos que el sistema tenga un bajo costo y sea asequible para los
usuarios ciegos.
La mayor motivación para el desarrollo de este trabajo es, sin duda, proporcionar una solución
tecnológica que les haga sentir que la televisión puede ser accesible e inclusiva independientemente
de su discapacidad visual. En una de las entrevistas que mantuvimos con personas ciegas, una
de ellas nos lanzó un reto muy sencillo pero estremecedor: cuando vayan a un evento deportivo,
véndense los ojos durante unos minutos, y sentirán exactamente lo mismo que nosotros. Es fácil
deducir que si no cuentan con una persona vidente que narre la escena que tiene lugar en un
evento deportivo o en cualquier actividad, la persona ciega está totalmente perdida fuera del
espacio. Eso mismo ocurre en la televisión cuando el contenido no tiene sonido con la narración
adecuada. Este sencillo ejercicio nos dio el empujón necesario para trabajar en esta solución con
mucho gusto.
1.2. Objetivos
El trabajo de esta tesis doctoral tiene como objetivo general, diseñar y desarrollar una nove-
dosa propuesta de TV interactiva, TV inmersiva y TV accesible para personas con deficiencias
visuales a través de un guante háptico que permita llevar emociones sensoriales con información
de las escenas que ocurren en un evento deportivo a este grupo vulnerable que no ha sido inclui-
do en las plataformas existentes para la generación y recepciónde interactividad en televisión,
mediante una experiencia inmersiva para el usuario.
Este objetivo ha sido alcanzado tras la consecución de los siguientes objetivos específicos (OE):
OE1. Diseñar las etapas y la metodología adecuada para la solución que brindará esta plataforma
de interactividad accesible e inmersiva para personas con deficiencias visuales.
OE2. Evaluar la mejor tecnología para geoposicionar los puntos o coordenadas que se quieran
llevar de información por medio de la TV.
OE3. Implementar la solución del dispositivo háptico que permitirá recibir las emociones senso-
riales por medio del tacto para que las personas con deficiencias visuales puedan captar
información que no es posible por sus limitaciones.
OE4. Evaluar el dispositivo háptico con personas que tengan discapacidad visual, mismas que
utilizarán el dispositivo para dar una evaluación objetiva y tener una percepción real en
base a la experiencia del usuario, usabilidad y ergonomía del dispositivo.
Diego Fernando Villamarín Zapata
6 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
OE5. Promover con esta nueva plataforma de interactividad accesible e inmersiva que las esta-
ciones de TV implementen en sus transmisiones la posibilidad de llevar esta información
que permita la inclusión digital a este grupo de personas vulnerables que actualmente no
son incluidos en ningún desarrollo de aplicaciones interactivas en la TV, con el fin de dar
impulso a la nueva era de las comunicaciones de datos y el internet de las cosas IoT sobre
la televisión.
1.3. Metodología
La metodología que se utilizó para el desarrollo de la tesis partió del estudio del estado del
arte en temas de interactividad para televisión, analizando y explorando las soluciones existentes
en el mercado global. Después se analizó temas de accesibilidad, usabilidad y televisión inmersiva,
en la accesibilidad se encontró un vacío con un problema que tienen las personas con deficiencia
visual, a quienes les resulta muy difícil poder seguir escenas de TV cuando hay ausencia de
narración o audio descripción, especialmente cuando siguen encuentros deportivos.
Para nuestro caso de estudio nos centramos en analizar el problema que tienen las personas
con deficiencia visual severa al momento de asistir una encuentro deportivo de fútbol por la tele-
visión. Nuestra solución fue desarrollar un sistema que permite llevar información de la ubicación
del balón dentro de la cancha de fútbol mediante vibraciones que genera un guante háptico con
una metodología desarrollada por nosotros.
Para plantear la metodología adecuada en el diseño del guante, características y en su fun-
cionamiento en general, se empezó por el estudio del estado del arte y el análisis de trabajos
previos relacionados con la háptica. Después de ese análisis y con algunas ideas que surgieron
de este análisis, se fueron validando las ideas con la ayuda de una persona que había perdido su
vista en su totalidad y que era un fanático del fútbol, para lo cual se siguió criterios de usabili-
dad y ergonomía. Después de esta etapa de planteamiento se fue dando solución y definiendo el
hardware y el software que se utilizaría.
Con el desarrollo del guante se planteó una etapa de pruebas de usabilidad, donde se evaluó
la experiencia de usuario y la ergonomía del guante con 15 personas que tienen deficiencia visual
severa, los resultados según la escala de evaluación likert fue positiva y nos motivó a seguir
trabajando en la etapa de generación semiautomática del vector con la ubicación de la pelota
y del envío de esta información guardando sincronía con la transmisión de TV y la recepción
de la información en el guante háptico, que pasó a ser un dispositivo IoT de acompañamiento
de TV. Finalmente en la etapa de evaluación de resultados se analizó los datos obtenidos con
herramientas estadísticas para poder extraer las conclusiones.
La tesis quiere verificar la hipótesis de que se puede enviar información de las escenas de TV
específicamente las que se dan en encuentros deportivos de fútbol y de forma quasi-sincronizada
se puede recibir esa información mediante un dispositivo háptico diseñado para que personas con
discapacidad severa puedan interpretar la ubicación de la pelota dentro de una cancha de fútbol.
1.4. Estructura de la Tesis
El trabajo expuesto en los apartados anteriores se divide en seis capítulos en este documento.
De forma muy general, el capítulo II muestra el estado del arte y los trabajos relacionados, el
capítulo III muestra el desarrollo e implementación del guante háptico; el capítulo IV muestra
los caminos para lograr la integración del guante con la TV; el capítulo V muestra el análisis
de resultados según la evaluación con un grupo de personas ciegas que utilizaron el guante y
Tesis Doctoral
1.5. CONTRIBUCIÓN POR CRITERIOS DE CALIDAD 7
finalmente el capítulo VI, incluye las conclusiones, conjuntamente con la propuesta de trabajos
futuros.
A continuación, se describe de forma más detallada el contenido de cada uno de ellos:
Capítulo 1 presenta una visión global de la investigación realizada, su motivación, sus objetivos,
la metodología planteada para el diseño del guante háptico y una explicación general de su
funcionamiento, y el contexto que la enmarca.
Capítulo 2 es de mucha relevancia ya que expone el estado del arte utilizado en esta investi-
gación, reporta toda la documentación científica de los trabajos relacionados que se han
considerado y evaluado para poder encaminar de forma sustentada nuestra investigación,
principalmente se encontrará conceptos sobre TV digital interactiva, TV inmersiva y vir-
tual, TV accesible y social, conceptos y definiciones sobre dispositivos hápticos y los tra-
bajos más relevantes sobre esta temática.
Capítulo 3 muestra el desarrollo e implementación del guante háptico, el diagrama funcional
con detalles específicos de la metodología y funcionamiento del guante, detalla el proceso de
muestreo de la información de la ubicación de la pelota en la cancha de fútbol, los materiales
y equipos electrónicos que se utilizaron, su diagrama de operación, detalla también las
pruebas de validación que se plantearon y finalmente en este capítulo se muestra todo el
proceso de implementación del guante en hardware y software.
Capítulo 4 muestra los caminos para lograr la integración del guante con los sistemas de trans-
misión de televisión, principalmente se detalla nuestra propuesta de integración con un
sistema semi-automático o asistido de posicionamiento que trabaja con un servidor HbbTV
y una plataforma IoT que permite integrar los sistemas.
Capítulo 5 muestra el análisis y evaluación de resultados mediante el uso de herramientas
estadísticas, la evaluación fue realizada con 15 personas con deficiencia visual severa que
usaron y evaluaron su experiencia de uso del guante en un escenario real. Para poder tener
resultados de evaluación medibles, se planteó varias preguntas con respuestas en una escala
de likert y luego se aplicó herramientas estadísticas, inclusive con métodos no paramétricos
adecuados para el pequeño número de muestras y el tipo de datos que se obtuvieron.
Capítulo 6 presenta las conclusiones finales y los futuros trabajos que se han planteado para
seguir con la investigación y desarrollo de la propuesta, para que adelante pueda ser un
producto comercial que llegue a las personas con deficiencia visual.
1.5. Contribución por criterios de calidad
El trabajo descrito en esta Tesis Doctoral ha sido publicado previamente en la revista Sensors
indexada en cuartil Q1 según Journal Citation Reports, para cumplir con lo establecido en la
normativa de Criterios de calidad de tesis doctorales en la UPM. También a continuación se
detalla algunas contribuciones de investigación similares en las que he colaborado.
Contribución de la Tesis
Revista
Diego Fernando Villamarín Zapata
8 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1) Villamarín, D., & Menéndez, J. M. (2021). Haptic glove tv device for people with visual
impairment. Sensors, 21(7) doi:10.3390/s21072325 ImpactFactor (IF): 3.847. Category:
Instruments & Instrumentation. Ranking: 16/76 (Q1 en JCR).
Capítulos de libros
1) Villamarín, D., Narváez, A., Menéndez, J.M. & Larco, J. (2022). Design and develop-
ment of an assisted ball positioning system for soccer matches with an HBBTV server
integrated to a haptic TV glove accessible to visually impaired people. Springer, Commu-
nications in Computer and Information Science (CCIS) doi:10.1007/978-3-031-22210-8_6.
SJR Indicator (SJR): 0.21. Category: Computer Science. (Q4 en SJR).
Congresos Internacionales
1) Villamarín, D., Narváez, A., Menéndez, J.M. & Larco, J. (2021). Sistema asistido de
posicionamiento de un balón en partidos de fútbol con un servidor HBBTV integrado a
un guante háptico de TV accesible para personas con deficiencia visual. X Iberoameri-
can Conference on Applications and Usability of Interactive TV JAUTI2021, Sangolquí -
Ecuador
2) Villamarín, D., Tierra, L., Moya, D.,Menéndez, J.M. & Larco, J. (2022). Técnicas de
Visión Artificial utilizadas en la detección y seguimiento de una pelota en imágenes de
un partido de fútbol y su aplicación en un guante háptico para accesibilidad de personas
ciegas a la TV. XI Iberoamerican Conference on Applications and Usability of Interactive
TV JAUTI2022, Córdoba - España
Otras contribuciones:
Capítulos de libros
1) Olmedo, G., Acosta, F., Villamarín, D., Santander, F., Achig, R., & Morocho, V. (2021).
Prototype of a centralized alert and emergency system for digital terrestrial television in
ecuador doi:10.1007/978-3-030-68080-0_14
2) Pachacama, C., & Villamarín, D. (2020). Implementation of a brain computer interface
system to allow TV remote control for people with physical disabilities doi:10.1007/978-3-
030-56574-9_8
3) Chicaiza, W., Villamarín, D., & Olmedo, G. (2019). Hybrid DTT & IPTV set top box
implementation with Ginga middleware based on low cost platforms doi:10.1007/978-3-
030-23862-9_5
4) Enríquez, B., Villamarín, D., & Acosta, F. (2019). Design and implementation of a home
automation system with an interactive application for digital television based on the Ginga
middleware doi:10.1007/978-3-030-23862-9_2
5) Olmedo, G., Acosta, F., Haro, R., Villamarín, D., & Benavides, N. (2019). Broad-
cast testing of emergency alert system for digital terrestrial television EWBS in ecuador
doi:10.1007/978-3-030-23862-9_13
6) de Castro, C., Villamarín, D., Olmedo, G., & García, E. (2016). Towards to a usable and
accessible mixed global standard DTT-IPTV doi:10.1007/978-3-319-38907-3_8
Tesis Doctoral
1.5. CONTRIBUCIÓN POR CRITERIOS DE CALIDAD 9
Congresos Internacionales
1) Villamarín, D., Paladines, D., Almeida, D., Duy, J., & Silva, K. (2018). Efficient cooking
program in chimborazo province: Technical analysis and energy demand. Paper presented
at the 2017 IEEE 37th Central America and Panama Convention, CONCAPAN 2017,
2018-January 1-6. doi:10.1109/CONCAPAN.2017.8278486
2) Olmedo, G., Nunez, A., & Villamarín, D. (2017). Design, implementation and evaluation
of data carrousel extractor algorithm on MPEG-2 TS for digital terrestrial television. Paper
presented at the Proceedings of the 2016 42nd Latin American Computing Conference,
CLEI 2016, doi:10.1109/CLEI.2016.7833325
3) Villamarín, D., Illescas, M. A., Olmedo, G., & Cueva, R. L. (2013). Generating a trans-
port stream for digital terrestrial television system in conformance with ISDB-tb standard.
Paper presented at the 2013 IEEE Colombian Conference on Communications and Com-
puting, COLCOM 2013 - Conference Proceedings, doi:10.1109/ColComCon.2013.6564814
4) Haro, P., Villamarín, D., Acosta, F., & Álan L. V. Guedes (2019). Multi-Platform TV
Templates to support Ginga And HbbTV Development, jAUTI 2019, VIII Conferencia
Iberoamericana sobre aplicaciones y usabilidad de la televisión digital interactiva. Río de
Janeiro, Brasil, 29 OCT - 1 NOV 2019.
Congresos Nacionales
1) Villamarín, D. Técnicas, Herramientas y Aplicaciones con Realidad Aumentada. Artículo
presentado en el XI Congreso de Ciencia y Tecnología ESPE 2016, 2016-Junio 146-151.
ISSN: 1390-4663.
2) Villamarín, D. Estado del Arte, Herramientas y Aplicaciones para Transformaciones
geométricas 3D. Artículo presentado en el X Congreso de Ciencia y Tecnología ESPE
2015, 2015-Junio 226-231. ISSN: 1390-4671.
A continuación se muestra una tabla resumen de las contribuciones obtenidas con criterios
de calidad.
Diego Fernando Villamarín Zapata
10 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Tesis Doctoral
Capítulo 2
Estado del Arte
2.1
TV Digital
Interactiva
2.2
TV
Inmersiva y
Virtual
2.3
TV
Accesible y
Social
2.4
Dispositivos
Hápticos
2.5
Trabajos
Relacionados
Este capítulo es de mucha importancia porque muestra el estado del arte y la documentación
científica que han sido la base para desarrollar este trabajo. Principalmente se basa en los diferentes
conceptos y áreas de investigación con la TV digital y con conceptos del área de dispositivos hápticos
específicamente de dispositivos vibrotáctiles. En la sección final de este capítulo se analiza y contrasta
los trabajos más destacados y relacionados con nuestra propuesta.
2.1. TV Digital Interactiva
La interactividad se define como la capacidad que tiene un sistema para permitir la inter-
acción con el usuario. La interactividad en la TV posibilita al telespectador participar junto al
programa de TV que está asistiendo, enviando pedidos de información adicional a la estación de
televisión mediante el control remoto, esta información puede ser imágenes adicionales al pro-
grama original, audio, texto, gráficos, etc. De esta manera el televidente pasa a ser un usuario
activo que puede acceder a consulta de servicios, T-Learning, T-Health, compras, votación en
programas, encuestas, trivias, video bajo demanda y variada información adicional [35] .
Las opiniones de las personas, la percepción e incluso la definición de la televisión interactiva
han cambiado notablemente en la última década. Antes simplemente era el estado del tiempo y
otros servicios de información entregada principalmente como texto con un par de fotos, ahora
se convirtió en servicios de video personalizados prestados a través de banda ancha, que permite
a los usuarios ponerse al día con los programas preferidos, ver la última película, acceder a redes
sociales o inclusive poder realizar compras u operaciones bancarias desde la TV.
Un servicio de televisión interactiva va mucho más allá de ofrecer acceso a Internet en el
televisor, para que tenga éxito total el servicio tiene que ser impulsado por los canales y programas
de televisión, mediante programas interactivos donde la audiencia televisiva pueda participar en
vivo de sus programas preferidos.
Existen varios sistemas que permiten generar interactividad en video, ya sean estos por un
medio de difusión tipo broadcast como la televisión digital terrestre TDT con los diferentes
estándares a nivel mundial o ya sean por multicast con la televisión bajo un protocolo de internet
11
12 CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
(IPTV), por eso ahora es común escuchar el concepto de televisión híbrida o televisión conectada,
que no es más que un sistema que une lo mejor de la televisión tradicional ahora en formato
digital, con lo mejor del internet.
Actualmente se esta viviendo una lucha entre la televisión lineal (ya sea TDT, Cable o
Satelital) y la televisión a la carta o video bajo demanda (Youtube, Netflix, Disney, HBOGo,
entre otros) pero sin duda la gran mayoría de video observado en todo el mundo (incluso en
los hogares de alta velocidad de internet) sigue siendo la televisión lineal. Hay muchas razones
para esto, pero sobre todo es que este método sigue siendo la forma más eficiente para entregar
el video a la casa. Y todavía atrae a grandes audiencias, especialmente porque la TDT se ha
mantenido abierta y gratuita [35]. Pero sin importar el ganador de esta lucha la interactividad
en la televisión se puede desarrollar para cualquiera de estas plataformas.
Dentro de las diferentes plataformas para generar y exhibirinteractividad en la televisión,
existen unas abiertas y otras cerradas o propietarias, por ejemplo las diferentes marcas de fabri-
cantes de televisores o receptores de televisión han creado y adaptado sistemas de interactividad
propietarias, y le han denominado con nomenclaturas como Samsung Smart TV, Sony Smart
TV, Apple TV, Google TV o Android TV, etc. Inclusive las plataformas de video bajo demanda
(VOD) como Netflix ya han lanzado algunas películas interactivas.
Para solucionar un problema de compatibilidad y que las tecnologías basadas en (HTML)
puedan converger en un mismo estándar y facilitar su desarrollo en Europa se creó (HbbTV),
(Hybrid Broadcast Broadband TV) que es una plataforma de emisión de contenidos bajo de-
manda combinando los servicios de radiodifusión (broadcast) y banda ancha (broadband) [36].
En la TDT el panorama es similar existen varios sistemas de interactividad de acuerdo a cada
estándar algunos quizás más desarrollados y explotados que otros, en Latinoamérica por ejemplo
se aprobó a Ginga como norma (ITU) para servicios interactivos de televisión digital terrestre
(ISDB-Tb) e IPTV.
La interactividad depende de los recursos de hardware que posean los receptores de TV o
decodificadores (STB), y de los aplicativos que se ejecuten en estos equipos (software). El enlace
entre el hardware y el software es denominado “middleware”, en el estándar ISDB-Tb se lo llamó
Ginga [37]. El middleware Ginga es un sistema que tiene la función de recibir los aplicativos
transmitidos por las emisoras de televisión (por el aire), instalar esos aplicativos en la TV o en el
STB y dejarlos listos para su uso, recibir las acciones del televidente mediante el control remoto
y ejecutarlo con éxito.
Se puede hablar de dos tipos de interactividad según la infraestructura que se posea, una
de tipo local y otra total o completa. Dentro del estándar ISDB-Tb se define como aplicaciones
de interactividad local aquellas transmitidas por Broadcast y descargadas en el STB, como se
muestra en la figura 2.1.
Este tipo de interactividad es la que es accesible a todos los televidentes o usuarios porque no
necesita un canal de retorno para darle utilidad. En este nivel de interactividad se puede cargar
un sin número de aplicativos, como juegos, informativos, publicitarios, EPG, etc., de manera
constante y el usuario escoge cuando acceder a estas informaciones.
Este modelo de interactividad es muy ventajoso y accesible a todas las personas ya que no es
necesario que el usuario posea una conexión a internet, para tener acceso a la información. En este
caso la estación de TV es la que está conectada a la red obteniendo informaciones actualizadas
que luego emitirá a los televidentes. Este modelo es una solución que permite la inclusión digital
en los países de Latinoamérica donde la penetración del internet aún sigue siendo baja.
Por otro lado tenemos a la interactividad completa o total, la cual requiere un canal de retorno
(Conexión de Internet) para dar utilidad a sus aplicativos, como se muestra en la figura 2.2. En
Tesis Doctoral
2.1. TV DIGITAL INTERACTIVA 13
Figura 2.1: Interactividad local
este nivel de interactividad, la estación de televisión transmite aplicaciones más personalizadas,
el usuario puede acceder a sitios de compras, redes sociales, cuentas bancarias, encuestas, video
bajo demanda, etc.
El medio de acceso del canal de retorno es indiferente, se puede tener conexión a internet por
ADSL, Cable, FTTH, WIMAX, GSM, WiFi, etc. Y en este aspecto la interactividad para los
dispositivos móviles tiene una ventaja ya que tienen el canal de retorno solucionado.
Figura 2.2: Interactividad completa
Continuando con los detalles del middleware de interactividad adoptado por la mayoría de
países de Latinoamérica, Ginga ofrece una serie de facilidades para el desarrollo de contenidos y
aplicaciones para TV Digital, permitiendo la posibilidad de presentar los contenidos en distintos
receptores independientemente de la plataforma de hardware del fabricante y el tipo de receptor
(TV, dispositivo móvil, STB, etc.).
El middleware abierto Ginga esta subdividido en dos subsistemas principales entrelazados,
que permiten el desenvolvimiento de aplicaciones siguiendo dos paradigmas de programación
diferentes. Dependiendo de las funcionalidades requeridas en cada aplicación, un paradigma será
más adecuado que el otro. Estos dos subsistemas son llamados Ginga-J para aplicaciones de
procedimiento Java y Ginga-NCL para aplicaciones declarativas NCL [35].
Diego Fernando Villamarín Zapata
14 CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
En la figura 2.3 se muestra la arquitectura de la TV digital, representada en capas de todas
las tecnologías ya existentes, una de estas capas es la del Middleware [37].
Figura 2.3: Arquitectura de la TV Digital, con las tecnologías utilizadas en cada capa
En la figura 2.4 se presentan la arquitectura en capas de referencia del Sistema TV digital
terrestre ISDB-Tb, incluido su middleware Ginga.
Figura 2.4: Normas de referencia del Sistema de TV digital terrestre ISDB-Tb
La finalidad de la capa del middleware o capa intermedia es ofrecer un servicio estandari-
zado para las aplicaciones (capa superior), escondiendo las peculiaridades y heterogeneidades
de las capas inferiores (tecnologías de compresión, de transporte y de modulación). El uso del
middleware facilita la portabilidad de las aplicaciones, permitiendo que sean transportadas para
cualquier receptor digital o STB que soporte el middleware adoptado. Esa portabilidad es pri-
mordial en sistemas de TV digital, pues es muy complicado considerar como premisa que todos
los receptores digitales sean exactamente iguales.
Tesis Doctoral
2.1. TV DIGITAL INTERACTIVA 15
Una arquitectura de implementación de referencia del middleware Ginga puede ser divida
en tres grandes módulos: Ginga-CC (nucleo común), el ambiente de presentación Ginga-NCL
(declarativo) y el ambiente de ejecución Ginga-J (de procedimiento); esta arquitectura de muestra
en la figura 2.5.
Figura 2.5: Arquitectura de Ginga
Ginga-NCL y Ginga-J son construidos sobre los servicios ofrecidos por el modulo del núcleo
común de Ginga-CC, cuya composición se muestra en la figura 2.6.
Figura 2.6: Núcleo Común de Ginga
Actualmente con el crecimiento de las redes de internet y de las coberturas de banda ancha se
está viviendo la transformación global del servicio de televisión, en donde como ya se mencionó
antes se ha adoptado los términos de ”televisión híbrida” o ”televisión conectada” para repre-
sentar la transmisión de programas de televisión junto a una gran flexibilidad en los contenidos
emitidos, siendo posible mezclar un gran número de canales de video, audio y datos. La televi-
sión híbrida combina las ventajas de la televisión radiodifundida estándar, con todo el contenido
multimedia de Internet. Se podría decir de manera simplificada que la televisión híbrida une lo
mejor de la TDT con lo mejor de la televisión por internet, aparte de todas las ventajas que se
tiene al tener a una televisión conectada con toda la información disponible en la red [35].
Dentro de la televisión híbrida existen varias plataformas, una de ellas es la denominada
HbbTV, también conocida como TDT Híbrida. HbbTV es un estándar que nació por iniciativa
de la industria de TV europea, proporciona una plataforma de tecnología abierta y neutral que
combina servicios suministrados a través de radiodifusión (broadcast) con los servicios de acceso
a internet de banda ancha (broadband). Un diagrama de su funcionamiento se muestra en la
figura 2.7.
HbbTV ha tenido un amplio desarrollo y se ha convertido en un estándar global que trata
de armonizar la emisión de video y contenido interactivo ya sea por streaming OTT, IPTV,
Diego Fernando Villamarín Zapata
16 CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
Figura 2.7: Diagrama de HbbTV
banda ancha y la entrega de entretenimiento para el consumidor final a través de televisores
inteligentes conectados y set-top boxes. HbbTV puede funcionar sobre diferentestecnologías de
radiodifusión, satélite, cable o las redes terrestres TDT. A través de la adopción de HbbTV,
los consumidores son capaces de acceder a nuevos servicios de entretenimiento, que pueden ser
brindados por las estaciones de televisión, por servidores de internet o por los fabricantes de
televisiones o set top boxes, los servicios de entretenimiento incluye, video bajo demanda VOD,
publicidad interactiva, personalización, votaciones, juegos y redes sociales, así como servicios
relacionados con la programación, como el texto digital y las guías de programación electrónica
EPG.
El funcionamiento de la HbbTV es muy sencillo de entender, aunque técnicamente tiene su
complejidad. El radiodifusor elabora su “oferta a la carta” e inserta una dirección de internet en
su señal de TV para acceder a sus contenidos, el televisor recibe el link a través de la antena y
la muestra al telespectador para que mediante el mando a distancia, el usuario pueda acceder a
“contenidos a la carta”, cumpliendo con la gestión de los derechos digitales DRM para video bajo
demanda.
Utilizando la tecnología estándar de Internet permite el desarrollo rápido de aplicaciones. La
norma HbbTV facilita la combinación de los servicios de radiodifusión y banda ancha y establece
las características y las funcionalidades requeridas para la entrega de los mismos; define unos
requisitos mínimos, simplificando así la aplicación en los dispositivos y dejando espacio para la
diferenciación, lo que limita la inversión requerida por los fabricantes para construir dispositivos
compatibles [35].
Aunque HbbTV nació en Europa actualmente se abre paso en diversos países del mundo
como se muestra en la figura 2.8. En los países pintados con color azul más oscuro ya existen
disponibles aplicaciones que ofrecen VOD, teletexto enriquecido, información en directo, etc. En
los países de un azul claro se encuentran en etapas de pruebas y en los países con color azul
turquesa lo están evaluando para su adopción [36]
La especificación HbbTV se basa en los estándares existentes y las tecnologías web, incluyendo
OIPF, CEA, DVB y W3C, en conjunto describen cómo las aplicaciones interactivas se señalan en
el flujo de datos. En este sentido, se adapta a las tecnologías disponibles en lugar de implementar
un nuevo desarrollo técnico. Una descripción global de la especificación se muestra en la figura 2.9.
Tesis Doctoral
2.1. TV DIGITAL INTERACTIVA 17
Figura 2.8: Despliegue de HbbTV en el mundo
Figura 2.9: Visión general de la especificación HbbTV
La última especificación aprobada por el consorcio HbbTV es la versión 2.0.3, esta versión
permite experiencias más avanzadas gracias al uso de HTML5, mejora la privacidad del usua-
rio, soporta streaming adaptativo en el protocolo HTTP basándose en la reciente especificación
MPEG-DASH, pero si hay una mejora importante es la capacidad de enviar contenido UHD
gracias al uso del códec HEVC. Todo ello sin olvidar que también permitirá una mejor sincro-
nización con aplicaciones móviles. De modo que las cadenas podrán interactuar mejor con su
audiencia y conseguir así más cuota de pantalla al tener una experiencia más atractiva, sin tener
problemas para garantizar la compatibilidad de las aplicaciones y servicios que ahora mismo se
ejecutan sobre las versiones 1.0 y 1.5 de HbbTV [38].
Diego Fernando Villamarín Zapata
18 CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
Pero existe también las conocidas SmartTV ("TV inteligente"), con las cuales el televisor se
puede conectar a Internet, pero eso no asegura que sean compatibles con HbbTV. La mayor parte
de las "Smart TV"todavía necesitan aplicaciones de propósito especial, denominada widgets, cada
uno desarrollado específicamente para una marca en particular de los receptores.
Las Smart TV son estándares cerrados donde cada marca desarrolla las aplicaciones a diferen-
cia de la HbbTV que es una solución estandarizada para que los diferentes canales de televisión
puedan añadir servicios y aplicaciones, son sistemas diferentes pero no incompatibles: en una
misma televisión podemos tener Smart TV y HbbTV. En los últimos años las Smart TV se han
ido decantando a usar el sistema operativo de Google denominado Android TV, por su gran
cantidad de aplicaciones compatibles y por su versatilidad para integrarse con otros dispositivos
como los populares TV BOX.
Si hablamos del desarrollo del mercado de IPTV aunque tuvo un crecimiento interesante ha
tenido un estancamiento y sigue siendo inferior al 10% del mercado total de la TV. Pero lo que
si ha ido creciendo es la TV por internet que aunque parece ser lo mismo que la IPTV no lo
son y no la debemos confundir. A estos servicios de TV o videostreaming por Internet se les
conoce como servicios (OTT), los cuales permiten distribuir contenido bajo demanda incluso
con calidad de alta definición y de ultra alta definición (4K).OTT Streaming, es una forma de
transmitir señales de video y audio a diferentes dispositivos, a través del uso del internet, un
ejemplo de servicios OTT son Netflix, Amazon Prime video y Hulu. La diferencia con la IPTV
convencional, es que OTT no requiere de una red dedicada o infraestructura proporcionada por el
proveedor, ya que las señales en OTT son transmitidas en conexiones privadas punto a punto con
protocolos de Internet tradicionales en redes públicas, por ejemplo HTML, mismo que ha sido
usado durante muchos años para transmitir información de páginas web, mediante el protocolo
TCP y actualmente UDP para conexiones P2P [35].
Para cerrar este tema de la interactividad en la televisión se puede decir que las operadores
de televisión terrestre, por cable y por satélite contemplan la opción de la televisión interactiva,
apostando por el modelo híbrido. El mercado de televisión de pago por cualquiera de las plata-
formas antes mencionadas es enorme con cientos de millones de usuarios, por lo que el mercado
potencial para la TV híbrida es amplio y es por ello que está en la agenda de todos los provee-
dores de telecomunicaciones y suministradores de TV, siendo actualmente el estándar HbbTV el
que acapara toda la atención de la industria, sin dejar de mencionar que existen otras propuestas
de sistemas híbridos con gran potencial de desarrollo e inclusive herramientas de autoría que
fortalecen el desarrollo de aplicaciones interactivas para varios sistemas [39–42].
2.2. TV Inmersiva y Virtual
En los últimos años hemos sido testigos que en los cines y hogares ha ganado terreno el video
3D, existen mucho contenido audiovisual con tecnología 3D. En contraste con el video 2D, este
agregó una sensación visual de profundidad en las escenas, pero aún siguen siendo percibidas
por el sentido del oído y de la vista. Con la TV Inmersiva que también se le ha denominado
4D, se aumenta el nivel de entretenimiento con un reproductor multimedia 4D que permite
estimular otros sentidos utilizando dispositivos sensoriales, es decir ventiladores, rociadores de
agua, rociadores de aromas, sillas vibratorias, o cualquier otro dispositivo que estimule el sentido
háptico utilizando el estándar MPEG-V con efectos sensoriales adaptados que permiten mejorar
la experiencia de visualización de los usuarios [5]. Existen varios trabajos al respecto, donde
inclusive se han implementado sistemas que permiten insertar juegos pequeños donde el usuario
puede interactuar más con el contenido de video, inclusive tomando decisiones del desenlace
Tesis Doctoral
2.3. TV ACCESIBLE Y SOCIAL 19
de una película, volviendo la experiencia de consumo de video mucho más inmersiva. Como un
ejemplo tenemos al trabajo de Biazon et al. [6], ellos desarrollaron un sistema con una pequeña
plataforma móvil de prueba para grupos de hasta 6 espectadores. Otro trabajo más completo
es el que nos presenta Zhoul et. al, [7] ellos implementaron inclusive un escenario de pruebas
que incluyen efectos como interacciones físicas, salpicaduras de agua, luz, vibraciones, y están
vinculados a un personaje de la escena o a la cámara. Ellos recogieron un conjunto de datosdenominado Movie4D que anota más de 9.000 efectos en 63 películas. Y en base a estos datos
analizan diferentes métricas que producen los efectos abriendo el camino hacia el cine en 4D en
los hogares de todos. Estudios como los presentados por Rehman et al. [43], muestran que las
respuestas emocionales de los participantes que experimentaron videos con sistemas inmersivos
hepáticos (vibrotáctiles) son mucho mayores que sin utilizar estos sistemas. En general, estos
estudios sugieren que la eficacia del enfoque multisensorial aumentan la inmersión y la satisfacción
del usuario. Otros trabajos también sugieren que la interactividad, realidad aumentada AR, la
realidad virtual VR y los videos 360 o video omnidireccional también pueden incrementarse
para enriquecer la experiencia del usuario en escenarios inmersivos [44–46]. Finalmente también
existen trabajos como el de Bleidt et al. [9], que muestra que el Instituto Fraunhofer y sus socios
han desarrollado un sistema de audio basado en la inclusión del audio 3D mediante MPEG-H
3D Audio, que puede también ser un gran aporte a la experiencia de los usuarios con la TV
Inmersiva.
2.3. TV Accesible y Social
La accesibilidad en la televisión se traduce en brindar los medios o recursos tecnológicos
necesarios para acceder al contenido audiovisual a toda la audiencia sin importar su condición
física sensorial. Aunque este concepto ya es antiguo y existen soluciones sencillas que se pueden
aplicar, aún en la actualidad sigue siendo un gran reto que se lo debe abordar. Referente a las
soluciones existentes para el caso de las personas sordas o con alguna deficiencia auditiva, se
utiliza el lenguaje de señas, el subtitulado o el closed caption (CC). En el caso de las personas
ciegas o con alguna deficiencia visual, lo que se está utilizando es el audio descriptivo, que no
es más que una pista de audio alterna o adicional que trae dentro de su flujo de audio, en el
cual se describe narrativamente lo que está aconteciendo en la escena y se completa o integra
con el audio y los diálogos originales del contenido audiovisual. Y en el caso más extremo que
se tendría con personas que carecen del sentido visual y auditivo, es decir que son sordo-ciegas,
inclusive se ha llegado a plantear soluciones mediante la generación de braille o se podría llegar
a plantear soluciones vibrotáctiles mediante sensores hápticos.
Al parecer con las soluciones detalladas anteriormente ya se tendría en gran parte resuelto
los problemas que tienen las personas con alguna deficiencia sensorial para acceder a contenido
audiovisual, pero sin duda los retos y las dificultades persisten, ya que aún no se ha solucionado
al 100% la dificultad que implica la generación de subtitulado o CC en programas en vivo o
la generación de lenguaje de señas en películas o en algún programa en vivo donde el lenguaje
de señas puede generar molestias a personas sin ninguna deficiencia sensorial. Por estos motivos
es que existen varias propuestas y trabajos que plantean soluciones a estos problemas aunque
lastimosamente aún no han sido explotados, pues en algunos casos no han sido tomados en cuenta
para implementarlos como soluciones obligatorias dentro de las transmisiones de televisión, ya
sean estas por una red tipo broadcast BC o broadband BB. Y mientras estas soluciones no
sean explotadas y desarrolladas al 100% no se podrá crear una política pública de inclusión
digital y social que obligue a los creadores de contenido audiovisual o a los broadcasters a que
Diego Fernando Villamarín Zapata
20 CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
se implementen estas soluciones necesarias para cerrar esa brecha digital y que este grupo de
personas tengan el derecho de acceder a todo el contenido audiovisual.
2.4. Dispositivos Hápticos
El trabajo de Reiner et al. [47] explora el papel de la háptica en las aplicaciones de teleco-
municaciones inmersivas y analiza la contribución de la háptica a la sensación de presencia en
varias aplicaciones. En los libros de Ingeniería de dispositivos hápticos, [48, 49], se consideran
aspectos técnicos concretos de la interacción y los dispositivos hápticos, comenzando por temas
de alto nivel como el control y la cinemática y continuando con una discusión detallada de los
actuadores y sensores y las interfaces hacia y desde el entorno mecánico.
Las tecnologías informáticas actuales se basan en la información audiovisual para establecer
una interfaz de comunicación entre los seres humanos y las máquinas. El trabajo de [50] presenta
una validación de la tecnología Haptic Enabling Technology (HET), que transmite información
y sentidos del tacto y la potencia, atraídos por el deseo de una experiencia más realista. Ellos
examinaron los factores que afectan a la adopción de productos basados en HET mediante el
desarrollo de un marco de investigación integrado que combina la Teoría de la Innovación y la
Difusión (IDT) y el Modelo de Aceptación de la Tecnología (TAM).
Hay un excelente artículo de revisión presentado por Danieau et al. [51]. Hablan de que la
tecnología háptica se ha empleado ampliamente en aplicaciones que van desde la teleoperación y la
simulación médica hasta el arte y el diseño, pasando por el entretenimiento, la simulación de vuelo
y la realidad virtual. Mencionan que hoy en día existe un creciente interés entre los investigadores
por integrar la retroalimentación háptica en los sistemas audiovisuales. De este esfuerzo surge un
nuevo medio: el contenido háptico-audiovisual (HAV). Presentaron las técnicas, los formalismos
y los resultados críticos pertinentes para este medio. Además, mostraron tres etapas principales
del flujo de trabajo de la HAV: la producción, la distribución y la representación de los efectos
hápticos.
2.5. Trabajos Relacionados
Existen varios trabajos que han explorado la háptica en el contexto de los sistemas multime-
dia, en esta sección detallamos los más destacados y relacionados con nuestra propuesta.
Lee et al. [52] presentan en su trabajo un sistema de visualización vibrotáctil diseñado pa-
ra proporcionar una experiencia deportiva inmersiva en vivo, para compensar los movimientos
visualmente confusos del balón en un partido de fútbol.
Rehman et al. [43] propusieron un nuevo método de representación de los partidos de fútbol
en directo en los teléfonos móviles mediante la vibración. Un teléfono móvil se sincroniza con el
balón en todo el campo. Al sostener el teléfono, los usuarios pueden experimentar los movimientos
dinámicos del balón, conocer las direcciones de ataque y saber qué equipo está liderando el ataque.
Kim et al. [53] describen un sistema táctil diseñado para proporcionar a los espectadores
sensaciones pasivas, sobre la piel, sincronizadas con los medios audiovisuales.
Los tres trabajos mencionados anteriormente presentan ideas relacionadas con nuestra pro-
puesta, pero tienen un enfoque diferente y no están centrados en ser una solución para personas
con deficiencias visuales. Además, utilizaron dispositivos con tecnologías que actualmente ya
han sido reemplazadas por dispositivos con interfaces inalámbricas y de mayor capacidad de
procesamiento.
Tesis Doctoral
2.5. TRABAJOS RELACIONADOS 21
Junior et al. [54] presentan una propuesta de dispositivo de guante táctil, y también es similar
a nuestro dispositivo de TV de guante háptico. Sin embargo, este trabajo tiene como objetivo
desarrollar un dispositivo de guante táctil introducido en un entorno virtual para el Internet
de próxima generación que lo llaman "Internet táctil". Neela Harish [55] desarrolló un guante
inteligente experimental para personas con discapacidad visual utilizando un sistema de retroali-
mentación háptica con una almohadilla Braille. Aquí muestran un módulo del Sistema Global de
Comunicaciones Móviles (GSM) que convierte las entradas de texto en patrones Braille a través
de vibraciones utilizando motores cilíndricos de corriente continua con un microcontrolador PIC
como maestro. Por lo tanto, las palabras correspondientes a la vibración se insinuarán