VIDEOCONFERENCIA 2 Sumario Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad

VIDEO VIDEO CONFERENCIACONFERENCIA

2

Sumario

Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión

Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Telefonía Internet

3

Clasificación algoritmos de compresión

Por su fidelidad: Sin pérdidas (lossless): usada para datos (ej.: norma V.42bis en

módems, ficheros .zip) Con pérdidas (lossy): usada normalmente en audio y vídeo.

Inaceptable para datos. Eliminan información no perceptible por el hombre.

Por su velocidad relativa de compresión/descompresión: Simétricos: necesitan aproximadamente la misma potencia de CPU

para comprimir que para descomprimir Asimétricos: requieren bastante más CPU para comprimir que para

descomprimir. En multimedia se suelen utilizar algoritmos lossy Siempre se necesita más CPU para comprimir que para

descomprimir Generalmente los algoritmos que consiguen mayor compresión

gastan más CPU.

4

Algunos formatos de audio digitalFormato Frec. Muestreo

(KHz)Canales Caudal por canal

(Kb/s)Uso

PCM (G.711) 8 1 64 Telefonía

ADPCM (G.721) 8 1 32 Telefonía

SB-ADPCM (G.722) 16 1 48/56/64 Vídeoconferenc.

MP-MLQ (G.723.1) 8 1 6,3/5,3 variable Telefonía Internet

ADPCM (G.726) 8 1 16/24/32/40 Telefonía

E-ADPCM (G.727) 8 1 16/24/32/40 Telefonía

LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.

CS-ACELP (G.729) 8 1 8 Telefonía Internet

RPE-LTP (GSM 06.10) 8 1 13,2 Telefonía GSM

CELP (FS 1016) 8 1 4,8

LPC-10E (FS 1015) 8 1 2,4

CD-DA / DAT 44,1/48 2 705,6/768 Audio Hi-Fi

MPEG-1 Layer I 32/44,1/48 2 192-256 variable

MPEG-1 Layer II 32/44,1/48 2 96-128 variable

MPEG-1 Layer III (MP3) 32/44,1/48 2 64 variable Hi-Fi Internet

MPEG-2 AAC 32/44,1/48 5.1 32-44 variable Hi-Fi Internet

ElevadoRetardo

(ISO)

BajoRetardo(ITU-T)

5

Compresión de vídeo

Para la compresión de vídeo se aplican dos técnicas: Compresión espacial o intraframe: se aprovecha la

redundancia de información que hay en la imagen de cada fotograma, como en la imágenes JPEG

Compresión temporal o interframe: se aprovecha la redundancia de información que hay entre fotogramas consecutivos.

La compresión interframe siempre lleva incluida la intraframe.

6

Sistema Compresión

Espacial (DCT)

Compresión

temporal

Complejidad

compresión

Eficiencia Retardo

M-JPEG Sí No Media Baja Muy

pequeño

H.261 Sí Limitada

(fotog. I y P)

Elevada Media Pequeño

MPEG-1/2 Sí Extensa

(fotog. I, P y B)

Muy elevada Alta Grande

H.263

MPEG-4

Sí Extensa

(fotog. I, P y B)

Enorme Alta Media

Grande

Formatos compresión de vídeo

7

Estándar/Formato Ancho de banda típico

Ratio de compresión

CCIR 601 170 Mb/s 1:1 (Referencia)

M-JPEG 10-20 Mb/s 7-27:1

H.261 64 Kb/s – 2000 Kb/s 24:1

H.263 28,8-768 Kb/s 50:1

MPEG-1 0,4-2,0 Mb/s 100:1

MPEG-2 1,5-60 Mb/s 30-100:1

MPEG-4 28,8-500 Kb/s 100-200:1

Caudal requerido por los sistemas de compresión de vídeo más

comunes

Bajoretardo

Elevadoretardo

8

Vídeo M-JPEG (Motion JPEG)• Es el más sencillo. Trata el vídeo como una secuencia de

fotografías JPEG, sin aprovechar la redundancia entre fotogramas.

• Algoritmos DCT (Discrete Cosine Transform)• Poco eficiente, pero bajo retardo.• Usado en:

– Algunos sistemas de grabación digital y de edición no lineal (edición independiente de cada fotograma)

– Algunos sistemas de videoconferencia (bajo retardo).• No incluye soporte estándar de audio. El audio ha de

codificarse por algún otro sistema (p. Ej. CD-DA) y sincronizarse por mecanismos no estándar.

9

Vídeo H.26x• Estándares de vídeo la ITU-T para vídeoconferencia: baja velocidad,

poco movimiento. Menos acción que en el cine.– H.261: Desarrollado a finales de los 80 para RDSI (caudal constante).– H.263, H.263+, H.26L. Más modernos y eficientes.

• Algoritmos de compresión MPEG simplificados:– Vectores de movimiento más restringidos (menos acción)– En H.261: No fotogramas B (excesiva latencia y complejidad)

• Menos intensivo de CPU. Factible codec software en tiempo real• Submuestreo 4:1:1 para luminancia y crominancia.• Resoluciones:

– CIF (Common Interchange Format): 352 x 288– QCIF (Quarter CIF): 176 x 144 – SCIF (Super CIF): 704 x 576

• Audio independiente: G.722 (calidad), G.723.1, G.728, G.729• Sincronización audio-vídeo mediante H.320 (RDSI) y H.323 (Internet)

10

Formato SQCIF QCIF CIF 4CIF o SCIF

16CIF 4:3

16CIF 16:9

Resolución

128x96

176x144

352x288

702x576

720x576

1408x11521440x11

52

1920x1152

H.261 Opc.

H.263 Opc. Opc.

MPEG-4

MPEG-1

MPEG-2 Bajo Princip. Alto 1440 Alto

Est

ánda

rResoluciones estándar de vídeo

comprimido

11

Resoluciones de vídeo

16CIF 16:916CIF 4:3

SCIF

CIF

QCIF SQCIF

12

Sumario



13

Estructura paquete RTP

Cabecera UDP

Cabecera IP

Datos (Audio o Video digital)Cabecera

RTP

820 12 Variable

Número de secuencia(16 bits)

Ordenar datagramasrecibidos,

detectar perdidos

Timestamp(32 bits)

Reproducir en elinstante adecuado,

sincronizar audio y vídeo

Payload Type(7 bits)

Identificar el tipo de información recibida

(ej.: audio G.722)

La cabecera RTP incluye: Con esto el receptor puede:

Permite la sincronización dentro de un mismo flujo.

14

Cabecera RTP (RFC 1889)

15

Paquetes RTCP• Los paquetes RTCP no llevan información de usuario, solo

de control.• Pueden ser de varios tipos:

– SR (Sender Report): ofrece estadísticas de transmisión y recepción de los participantes que son emisores activos.

– RR (Receiver Report): ofrece estadísticas de recepción de los participantes que no son emisores activos.

– SDES (Source Description): describe a un emisor activo. Lo utilizan los emisores para anunciarse de manera no ambigua.

– BYE: Indica el final de la participación

• Con la información de RTCP los emisores pueden ajustar el caudal según el estado de la red.

16

Sumario



17

Aplicaciones de audio-vídeo en tiempo real

Aplicación Sentido Estándares

Retardo Espectadores

Multicast

Videoconferencia

H.32x Bajo Uno o varios Apropiado

Emisiones en directo (radio-TV

por Internet)

H.32x

MPEG

Alto Muchos Muy

Apropiado

Audio-Vídeo bajo demanda

MPEG Medio Uno No

18

Vídeoconferencia

Comunicación interactiva por medio de audio, video y compartición de datos

Puede ser:Punto a puntoPunto a multipuntoMultipunto a multipunto

19

Requisitos/Características de la vídeoconferencia

Compresión/descompresión en tiempo real Retardo máximo 200-400 ms. Movilidad reducida Normalmente aceptable audio de calidad

telefónica Necesidad de sincronizar audio y vídeo Necesidad de protocolo de señalización

(servicio orientado a conexión)

20

Estándares de Vídeoconferencia

Los sistemas de videoconferencia han sido estandarizados por la ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunications sector) en los estándares de la serie H (sistemas multimedia y audiovisuales)

En la serie H hay una gran cantidad de estándares. Los H.32x son estándares de videoconferencia. La

‘x’ depende del tipo de red utilizado

21

Estándares H.32x

Estándar Medio físico Tipo servicio Año aprobación

H.320 RDSI Circuito 1990

H.321 ATM Circuito

H.322 IsoEthernet TDM

H.323 Ethernet Paquete 1996

H.324 Módem analógico

Circuito

Los H.32x son estándares ‘paraguas’. Cada uno de ellos se basa en una serie de estándares previos para especificar todos los servicios necesarios en una vídeoconferencia. Ej.: Codificación de audio G.711

22

Estándares H.320 y H.323

RDSI IP

23

Vídeoconferencia H.320

RDSI3*BRI

Flujo de audio-vídeo128 - 384 Kb/s

3*BRI

Picturetel

Dirección E.164: 963865420 Dirección E.164: 963983542

Polycom

Sistema de grupo o sala

24

Internet

Vídeoconferencia H.323

ADSL10BASE-T

Flujo de audio-vídeo14,4 - 512 Kb/s

MicrosoftNetmeeting,

Polycom ViaVideo

Dirección IP: 147.156.1.20Dirección IP: 172.68.135.22

Sistema desobremesa

Polycom,Tandberg

25

Estándares H.320 y H.323

H.323 H.320

Control H.225.0

Control de llamada Q.931

H.245 Control del sistema

H.242

H.225.0

Multiplexación H.221

Medios G.711

G.722

G.723.1

G.728

Audio G.711

G.722

G.728

H.261

H.263

Vídeo H.261

H.263

T.120 Datos T.120

26

Formatos de audio H.32x

Codec Ancho de Banda

en origen

Ratio de

compresión

Ancho de Banda

comprimido

G.711

G.722

G.723.1

G.728

G.729

MPEG

64 Kb/s

224 Kb/s

64 Kb/s

64 Kb/s

64 Kb/s

706 Kb/s

1 : 1

3,5-4,6 : 1

10 : 1

4 : 1

8 : 1

3-11 : 1

64 Kb/s

48-64 Kb/s

6,4 Kb/s

16 Kb/s

8 Kb/s

64-256 Kb/s

MPEG no es un formato de audio H.323. Solo aparece a título comparativo

27

Terminales H.323

Red IP

Lo único obligatorio en un terminal H.323 es la parte de audio

Sistema de grupo o sala

Sistema desobremesa

Teléfono IP

28

Arquitectura terminal H.323

Equipo e/sde vídeo

Equipo e/sde audio

Datos usuarioAplicaciones

T.120, etc.

Interfaz deusuario para

controldel sistema

Codec VideoH.261, H.263

Control H.245

H.225.0 Controlllamada

H.225.0 ControlRAS

Retardotrayecto

Recepción(Sync)

CapaH.225

UDP

TCP

RTPRTCP

IP

UDP

Control del sistema

Codec AudioG.711, G.722,G.723, G.728,

G.729

29

Señalización H.323

GK

Petición de admisión

Confirmación de admisión RAS

Inicio

ConexiónH.225

(Q.931)

Intercambio de capacidades

Apertura de canal lógico

ACK de apertura de canal lógico

H.245

Path

Resv RSVP(opcional)

Flujo RTP

Flujo RTP

Flujo RTCPMedio

Gatekeeper

Terminal H.323

Terminal H.323

30

Sumario



31

Elementos de vídeoconferencia

Terminal: es el equipo que utiliza el usuario para comunicarse

Gateway, pasarela o puerta de enlace: interconecta redes diferentes: H.320 (RDSI) e Internet (H.323)

Gatekeeper o equipo selector: permite el control de acceso. Realiza la equivalencia de direcciones IP a direcciones E.164 o usuarios

MCU, Multipoint Control Unit o Unidad de control multipunto: replica un flujo de audio/video para permitir multiconferencia

32

Funciones del Gatekeeper (GK) Obligatorias:

Traducción de direcciones IP a E.164 o userid (alias) Control de Admisión: en función de los recursos disponibles (ancho de

banda, etc.) Gestión de ancho de banda: controla número de terminales accediendo

simultáneamente Registro de terminales H.323 y pasarelas gw H.320-H.323

Opcionales Señalización de control: el gatekeeper puede efectuar la señalización de

llamada Autorización de llamada: acepta o rechaza la llamada en base a autorización

del usuario Gestión de llamada: mantiene una lista de llamadas activas En el caso de una llamada entre H.320-H.323, el GK selecciona el gw más

próximo al destino, tratando de realizar llamada local.

33

Vídeoconferencia H.323: Gatekeeper

Pedro147.156.1.20

5111

GK

Internet

Luis147.156.3.12

5112

Laura147.156.4.15

5113

Ana147.156.7.45

5114

Dirección E.164

(número teléfono)

Alias H.323 Dirección IP

5111 Pedro 147.156.1.20

5112 Luis 147.156.3.12

5113 Laura 147.156.4.15

5114 Ana 147.156.7.45

34

WAN IP

GK

GK

GK

GK

Zona 1Prefijo 56

Zona 2Prefijo 73

Zona 3Prefijo 48

Zona: conjunto formado por los terminales, gateways, y MCUs gestionados por un

gatekeeper

Las zonas de Gatekeeper son

areas lógicas que reflejan la

topología de la red y simplifican las

tareas administrativas

Zonas de Gatekeeper

35

Pasarela (Gateway) H.320-H.323

Internet RDSI

Gateway o‘puerta de enlace’

147.156.2.15

147.156.2.69 963171500

963972386

BRI

PRI

Arrancar NetmeetigGW 147.156.2.69

Llamar a 963972386

ADSL

GW

36

Funciones Gateway H.323

Interoperabilidad entre audio/vídeo y estándares de red

Conversión de protocoloProcedimientos de comunicaciónFormatos de transmisión

Opcionalmente: Transcodificación (conversión de formatos audio/video)

37

Arquitectura Gateway H.320-H.323

IP RDSIH.323

H.320

Datos T.120

Audio

Video

IVRControl de

llamada

H.245H.225

H.242Q.931

IVR: Interactive Voice Response para introducir extensiones

38

Gateway/Gatekeeper, llamada entrante

Internet GW RDSI

147.156.2.15

147.156.2.69

Gatekeeper o ‘equipo selector’

158.42.5.96

963171500

963972386

BRI

PRI

Usuario IP Ext.

Llamar a 963171500 ext. 60

Arrancar NetmeetingGK: 158.42.5.96Usuario: Alicia

Número de tel.: 60

Alicia 147.156.2.15 60

¿ext. 60?

60 = 147.156.2.15

GK

ADSL

39

Gateway/Gatekeeper, llamada saliente

Internet RDSI

147.156.2.15

Gatekeeper158.42.5.96

963972386

BRI

PRI

Usuario IP Ext.

Arrancar NetmeetingGK: 158.42.5.96Usuario: Alicia

Número de tel.: 60

Alicia 147.156.2.15 60

Llamar al 963972386

Usar GW 147.156.2.69

GK

ADSL

Registro

147.156.2.69 963171500

GW

40

Necesidades de la vídeoconferencia Caudal:

El teóricamente necesario más un 10-20% como mínimo

Retardo: Para telefonía de calidad: <150 ms extremo a extremo

(recomendación ITU G.114) Para videoconferencia: < 400 ms

Pérdida de paquetes: Menor del 1% (hay que evitar la congestión)

41

Vídeoconferencia multipunto H.320

Servidor MCU(Multipoint Control Unit)

RDSI

Replica el flujo de audio/vídeopara cada participante.

Posible cuello de botella

PRI

3*BRI

3*BRI

Flujos de audio-vídeounidireccionales de 384 Kb/s

3*BRI

3*BRI

Emisor

Receptor Receptor

Receptor

MCU

42

Vídeoconferencia multipunto H.323

MCU H.323(Multipoint Control Unit)

Internet

Replica el flujo de audio/vídeopara cada participante.

Posible cuello de botella

MCU

43

Arquitectura de MCU H.323

Presencia continua

Activación por voz

Control de imagende vídeo

Mez

clad

or

de

aud

io

Mezclador de audio

T.120

La MCU unifica todos los flujos en uno único.

44

Sumario



45

Telefonía sobre Internet

Pretende aprovechar la red IP para la comunicación telefónica

Requiere una red con bajo retardo y caudal garantizado (QoS)

Además de digitalizar la voz es necesario ofrecer todas las funciones propias de una red telefónica: Señalización Funciones avanzadas: reenvío de llamadas, mensajería,

etc.

46

Red Telefónica

Red IP

Call Manager Call Manager

Red IP

Evolución de la telefonía

Telefonía Tradicional

Telefonía tradicional sobre backbone IP

Telefonía IPV: voice card con gateway

47

Ejemplo de telefonía IP

Red Telefónica

pública

Salamanca Zaragoza

Pamplona

Red Telefónica

pública

Red Telefónica

pública

1

2

3

1

2

3A 0976* por 1A 0* por 2Resto por 1

A 0923* por 1A 0* por 2

Resto por 1

48

CONS vs CLNS

Red Telefónica

Red IP

Dir. E.164: 1001 Dir. E.164: 2001

Dir. E.164: 1001Dir. IP: 136.12.15.32

Dir. E.164: 2001Dir. IP: 158.35.23.1

En caso de fallo la red telefónica no se recupera de forma automática

En caso de fallo la red IP reenvía los paquetes por una ruta alternativa.

49

Teletrabajador

Oficina Principal

Sucursal ‘Moderna’

Sucursal ‘Antigua’

Red IP

Red Telefónica

Ejemplo de red de telefonía IP compleja

50

Telefonía Internet

Cabecera

Red CATV

Internet

RDSI

Cable Modem

Red TelefónicaconmutadaModem

Gateway H.323(solo voz)

Red ADSL

Modem ADSL

Línea dedicada

Para ahorrar costos el gatekeeper elige la pasarela más próxima

al destinatario.

GK

GSMRed

analógica

51

Telefonía sobre Internet

Un terminal H.323 solo está obligado a soportar audio, el vídeo es opcional

Por tanto con H.323 y gateways podemos ofrecer telefonía Internet sin tener que aprobar nuevos estándares

Sin embargo H.323 es un estándar muy complejo. Por ello el IETF ha aprobado un estándar alternativo específicamente diseñado para telefonía mucho más sencillo conocido como SIP

52

Telefonía IP Ventajas:

+ Reducción de distancias (y costes) en la red telefónica

+ Fácil enrutamiento alternativo en caso de averías en la red (servicio no orientado a conexión)

+ Compresión de la voz (G.729, G.723.1)+ Supresión de silencios+ Posibilidad de ofrecer servicios de voz de alta

calidad (G.722, 7 KHz) Inconvenientes

Degradación de la calidad cuando hay congestión (si no hay QoS).

Mayores retardos (>200ms), posibles problemas de ecos

53

LAN con telefonía IP H.323

WAN con QoS(DiffServ o IntServ)

Teléfono software(Netmeeting, GnomeMeeting,

Softphone, etc.)

El teléfono recibe alimentación eléctrica desde el switch LAN.

Él mismo actúa como un switch de dos puertos 10/100

Call Manager(Gestor de telefonía IP)(Servidor Windows/XP)

Tramas H.323 con alta prioridad (802.1p)

Las tramas del teléfono van en una VLAN de alta prioridad (se

usa 802.1p y 802.1Q)

54

Referencias Godred Fairhurst: Digital Televisión: The MPEG-2

Standard: http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/level2dp.pdf

Godred Fairhurst: MPEG-2 Digital Video: http://www.erg.abdn.ac.uk/public_html/research/future-net/digital-video/index.html

http://mpeg.telecomitalialab.com/ Página principal del proyecto OpenH323:

http://www.openh323.org. Interesante fuente de información sobre H.323, implementaciones y servicios relacionados (gateways, gatekeepers, sistemas de respuesta automatizada, etc.) para Linux y Windows. Todo gratuito y con los códigos fuente disponibles.

http://www.openphone.org/

Documents

VIDEOCONFERENCIA 2 Sumario Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad