La mayor parte de las nuevas aplicaciones de transmisión de vídeo exigen la necesidad de desarrollar estándares de compresión de vídeo internacionales, de manera que permitan el dialogo entre las distintas aplicaciones. Muchas de estas aplicaciones, como vídeo conferencia o juegos en red, presentan características Real Time Interactivas, donde juegan un papel muy importante los requerimientos de calidad de servicio como el delay, el jitter, la pérdida de paquetes y el ancho de banda. Por esto es deseable el contar con una estructura de red que permita la distribución de estas aplicaciones a los receptores basadas en IP Multicast con soporte de requerimientos de calidad de servicio, lo cual nos permitirá tener una opmimización del ancho de banda disponible en los enlaces de la red, además de satisfacer las necesidad de calidad impuestas por cada aplicación en particular.
Debido al gran ancho de banda requerido por estas aplicaciones, y en función de lograr una mejor utilización del ancho de banda, distintos organismo y entes estandarizadores internacionales han recomendado esquemas de compresión de vídeo para varias aplicaciones, como por ejemplo:
♦ Vídeo Conferencia, ITU H.261 [6], ITU H.263.
♦ Storage Media, MPEG-1 y MPEG-2.
♦ Televisión Digital (DTV) con MPEG-2.
♦ Codificación de Vídeo Basada en Objetos MPEG-4.
Los protocolos de red para transmisión de flujos de vídeo se diseñan con el objeto de brindar una transmisión fiable y on-time entre los clientes y los servidores. Estos protocolos proveen además direccionamiento de red, transporte, y control de sesión.
Como caso de estudio, a continuación se analizarán la recomendación ITU-T H.323, normas ISO y protocolos de red dedicados a la compresión y transmisión de aplicaciones de vídeo sobre redes IP.
3.1. RECOMENDACIÓN ITU-T H.323.
La ITU ha desarrollado la especificación para Comunicaciones Multimedias basada en paquetes, H323.
Figura 3.1.1.- Arquitectura Recomendación H.323 (Ref.: 6)
H.323, como se muestra en la figura anterior, es un término "paraguas", ya que hace referencia a otras recomendaciones que incluyen H.225, paquetización y sincronización, H.245, control, H.261 y H.263, codecs de vídeo, G.711, G.722, G.728, G.729, y G.723, codecs de audio, y la T.120 serie de protocolos de comunicaciones multimedias.
3.2. NORMAS ISO MPEG-X
ISO ha desarrollado las normas MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 y MPEG-7. Cada una de estas normas realmente es un juego de especificaciones para los diferentes aspectos de la compresión y codificación de vídeo, codificación de audio, múltiplexación de vídeo, etc. MPEG-4 es la primera norma que se basa en la codificación de vídeo y audio basada en objetos. MPEG-4 incluye la definición de audio y vídeo óptimo, que codifican la textura, y la representación en 2D o 3D.
Figura 3.2.1.- Estructura Sistema MPEG-4 (Ref.:7 )
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Tomado Referencia Bibliográfica 4.
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El sistema MPEG-4 esta dividido en tres capas:
♦ Capa de condensación.
♦ Capa de sincronización.
♦ Capa de entrega, Delivery.
La capa de condensación realiza todos los medios de comunicación convenientes, codificando y decodificando de y desde flujos de vídeo. La figura anterior explica la manera en que una escena audiovisual en MPEG-4 está compuesta de objetos individuales, por un árbol de descripción de escena; los objetos visuales que corresponden al orador y la voz son tratados juntos formando un compound media object, el cual contiene los componentes de audio y vídeo del orador.
La capa de sincronización maneja flujos elementales y la sincronización de los mismos.
La capa de entrega, Delivery, asegura transparente acceso al contenido, independientemente de las tecnologías de entrega de paquetes, como Real-Time Transport Protocol, RTP, MPEG-2, H.223 o ATM.
En términos de la estructura de compresión de vídeo, pueden entenderse a los codificadores de vídeo de MEG-4 como una generalización de H.263. MPEG-4 utiliza la idea de
video objects los cuales corresponden a entidades en el flujo de bits, que el usuario puede manipulear y modificar.
El esquema de compresión de vídeo de MPEG-4 tiene una estructura muy similar a MPEG-1/2 y H.26X. Sin embargo, la contribución más importante de MPEG-4 está en que proporciona muchas nuevas herramientas que apoyan nuevas funcionalidades. De estas nuevas funcionalidades, es obvio que la aplicación más importante de MPEG-4 se encuentra en el ambiente multimedia conectando una red de computadoras. Debe notarse que MPEG-4 soporta todas las funcionalidades proporcionadas por MPEG-1 y MPEG-2.
Las principales ventajas de MPEG-4 se pueden resumir en:
♦ Interactividad Basada en Contenido (Content-Based Interactivity).
Codificación y representación de objetos de vídeo, en lugar de los marcos de vídeos. Estas son dos de las más importantes nuevas funcionalidades, definidas en MPEG-4 que
pueden habilitar aplicaciones basadas en contenidos, content-based applications.
♦ Compresión Eficiente.
La eficacia de compresión ha sido el enfoque principal de MPEG-1 y MPEG-2, lo cual condujo a aplicaciones como televisión digital, DTV, y DVD. La mejora en la eficiencia de la codificación de los flujos de bits, y la posibilidad de multiplexar distintos flujos, le da a MPEG-4 una mejor aceptación.
♦ Acceso Universal.
La robustez en ambientes propensos a errores, le permite a MPEG-4 la codificación de contenido sobre un amplio rango de medios de transmisión, como redes móviles e Internet. Además, la escalabilidad temporal, espacial y granular, y la escalabilidad de objetos, le permiten al usuario final decidir dónde usar recursos incluyendo ancho de banda y recursos computacionales.
3.3. PROTOCOLOS PARA LA TRANSMISIÓN REAL-TIME
MULTIMEDIA.
El objeto de estos protocolos es la transmisión fiable y based-time entre clientes y servidores de vídeo.
Figura 3.3.1.- Stack de Protocolos para Transmisión Multimedia sobre Internet (Ref.: 8)
Se los puede clasificar en cuatro categorías:
♦ Capa de Red, Network.
♦ Transporte.
♦ Señalización, Signaling.
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♦ Control de Sesión, Session Control.
Capa de Red.
La Capa de Red de Internet está compuesta por el Protocolo de Internet, IP, por el Protocolo UDP, TCP y otros protocolos asociados con QoS. Aunque TCP asegura comunicaciones libres de errores, no es aplicable para transmitir aplicaciones multimedia
time-critical, ya que el retardo debido a los mecanismos de retransmisión pueden resultar inadmisibles. UDP, que no ofrece mecanismos de recuperación de errores, es más conveniente para transmitir flujos de multimedia en tiempo real.
Transporte.
El transporte de datos en tiempo real es realizado por el protocolo RTP y controlado por el protocolo RTCP. RTP normalmente se basa sobre UDP/IP. RTP proporciona definiciones de formato de paquete básicos, para permitirle a UDP realizar las comunicaciones en tiempo real.
Pero RTP no define mecanismos de control o algoritmos. RTP es a menudo integrado en los mecanismos de procesamiento de una aplicación, en lugar de ser considerado como una capa separada. Como otros protocolos, RTP tiene un protocolo de control, RTCP. RTCP no transfiere datos. En cambio, transfiere información de control relacionada a un flujo de datos.
Señalización (Signaling).
H.225 y HTTP pueden utilizarse como protocolos de señalización. La señalización constituye el envío de anuncios sobre una sesión multimedia a los participantes de la comunicación, o el envío de “invitación” a ciertos participantes de modo que se unan a la sesión. HTTP puede utilizarse para anunciar sesiones utilizando un formato bulletin board. En el sistema H.323, H.225 puede usarse para establecer una conexión entre dos H.323 endpoints.
Control de Sesión (Session Control).
Los protocolos de control de sesión más útiles incluyen RTSP y H.245. El control de la sesión define el mensaje y procedimientos para controlar la entrega de los datos multimedia durante una sesión establecida. Por ejemplo, RTSP soporta ordenes VCR como adelantar, rebobinar, pausa, stop, etc. Se basa sobre TCP o UDP. En el sistema H.323, H.245 puede intercambiar mensajes de control extremo-a-extremo que gobiernan el funcionamiento de los H.323 endpoint.