Video sobre redes de datos
Aplicaciones de videos
El video es utilizado en diversos tipos de aplicaciones, las que a su vez, tienen diversos requerimientos. La TV es, quizás, la aplicación de video más conocida. Sin embargo, existen en forma cada vez más difundida un nuevo conjunto de aplicaciones de video, entre las que se encuentran la video telefonía, los servicios de video conferencia, la distribución de video a demanda a través de Internet y la IP-TV, por mencionar los más relevantes. Cada una de estas aplicaciones tiene sus características propias en lo que respecta a requerimientos de calidad, velocidades, etc.
En el área corporativa, se nota una creciente importancia de la video-telefonía y las video-conferencias.
La video-telefonía es una aplicación típicamente punto a punto, con imágenes del tipo “cabeza y hombros”, y generalmente poco movimiento. Por otra parte, es una aplicación altamente interactiva.
Las aplicaciones de video conferencias son típicamente punto a multi-punto. Al igual que la video telefonía, generalmente tienen poco movimiento. Además de la difusión del audio y el video es deseable en estas aplicaciones poder compartir imágenes y documentos.
Las aplicaciones de difusión (IP-TV o video a demanda por Internet, por ejemplo) son unidireccionales, y los retardos desde la emisión a la recepción pueden ser más grandes. Sin embargo, esto tiene impacto en eventos de tiempo real, como por ejemplo, campeonatos deportivos.
Codificación de video
Los procesos de codificación y decodificación de video, así como los estándares más utilizados, pueden ser consultados en [5].
Transmisión de video sobre redes de datos
Paquetización del video
Las secuencias (Elementary Streams) son paquetizadas en unidades llamadas PES (Packetized Elementary Streams), consistentes en un cabezal y hasta 8 kbytes de datos de secuencia. Estos PES a su vez, son paquetizados en pequeños paquetes, de 184 bytes, los que, junto a un cabezal de 4 bytes (totalizando 188 bytes) conforman el “MPEG Transport Stream” (MTS) y pueden ser transmitidos por diversos medios.
En redes IP, el transporte del video se realiza mediante los protocolos RTP y RTCP, ya descritos en 2.3. El RFC 2250 22 establece los procedimientos para transportar video MPEG-1 y MPEG-2 sobre RTP. Varios paquetes MTS de 188 bytes pueden ser transportados en un único paquete RTP, para mejorar la eficiencia. Esto se puede observar en la siguiente figura, donde se muestra un paquete RTP con 7 paquetes MTS (ISO 13818), cada uno de ellos de 188 bytes. A su vez, cada paquete MTS contiene un cabezal de 4 bytes y 184 bytes de “contenido”, con el video codificado en MPEG-2, como se ve en la segunda figura.
Algunos sistemas no utilizan el protocolo RTP, sino que incluyen los paquetes de MTS directamente en el paquete UDP, como se muestra en la siguiente figura. Si bien esta forma de transmisión tiene menos sobrecarga (“overhead”), ya que no se envían los bytes del protocolo RTP, el envío del video paquetizado dentro de RTP tiene varias ventajas 23 :
- El envío de video sobre dentro del protoclo RTP está estandarizado en el RFC 2250 y por el grupo DVB-IP 24, lo que asegura mejor interoperabilidad.
- El protocolo RTP utiliza el protocolo RTCP para como realimentación de la calidad. No hay mecanismos similares estandarizados sin se envía los MTS directamente sobre UDP
- RTP contiene nativamente información de reloj, que puede ser utilizado por el destino para decodificar apropiadamente los flujos multimedia.
- Muchos equipos de redes pueden darle prioridad al protocolo RTP frente a otros protocolos, gestionando de esta manera la QoS (Calidad de Servicio). Esto no es así si los MTS se encapsulan directamente debajo de UDP.
Ancho de banda en IP para video
Como se ha visto, la codificación digital de video utiliza algoritmos de compresión, los que generan codificación de largo variable y flujos de ancho de banda también variables. Para una aplicación determinada, el ancho de banda requerido en una red IP dependerá del tipo de codificación utilizada (MPEG-1, 2, 4, H264, etc.), del tamaño de la pantalla (SD, CIF, QCIF, etc), del tipo de cuantización seleccionado y del movimiento y textura de la imagen. Al ancho de banda propio de la señal de video se le debe sumar la sobrecarga de los paquetes IP, UDP y RTP y para la LAN, de las tramas Ethernet. A diferencia de la codificación de audio de tasa de bits constantes, donde los anchos de banda pueden calcularse en forma exacta en base únicamente al codec utilizado, la codificación de video es estadística, y depende de la imagen transmitida, por lo que los cálculos son también aproximados y estadísticos. En video, generalmente, se puede establecer la tasa de bits o ancho de banda deseado, y el codec varía dinámicamente sus parámetros de codificación para alcanzar el ancho de banda establecido, a expensas de modificar la calidad