Ampliación Redes 4-1 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Tema 4 Multimedia Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia.

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2 Ampliación Redes 4-1 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Tema 4 Multimedia Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia rogelio.montanana@uv.es http://www.uv.es/~montanan/

3 Ampliación Redes 4-2 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Concepto de red Multimedia Teóricamente: –La red que transmite información utilizando para ello más de un medio físico. Ejemplo: documento con texto e imágenes Para nosotros: –La red que transmite información de audio y/o vídeo en tiempo real (aunque solo se utilice uno de estos medios). Ejemplo: telefonía por Internet

4 Ampliación Redes 4-3 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico- digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

5 Ampliación Redes 4-4 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Teorema de Nyquist. Teorema de Nyquist: La digitalización de una señal analógica ha de hacerse muestreando al menos al doble de la frecuencia máxima que se pretende capturar. –Canal telefónico: 3,1 KHz  Muestreo 8 KHz –Audio HiFi: 20 KHz  Muestreo 44,1 KHz

6 Ampliación Redes 4-5 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Señal ‘muestreada’ a 8 KHz Señal analógica original Canal telefónico Ancho de banda = 300 a 3.400 Hz Teorema de Nyquist Muestras 8.000 muestras/s (captura hasta 4 KHz)

7 Ampliación Redes 4-6 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Conversión analógico-digital PCM (Pulse Code Modulation) Señal ‘muestreada’ (valores continuos) Señal digital (valores discretos) Ruido (o error) de cuantización 100100111011001 Digitalización El error de cuantización depende del número de bits por muestra.

8 Ampliación Redes 4-7 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico- digital. Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Video bajo demanda Telefonía sobre Internet

9 Ampliación Redes 4-8 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Audio digital no comprimido TipoFrec. de muestreo Bits por muestra CanalesCaudal Sonido telefónico (G.711) 8 KHz8164 Kb/s (RDSI) CD-DA (Compact Disc – Digital Audio) 44,1 KHz1621,411 Mb/s (CD-ROM 1x) DAT (Digital Audio Tape) 48 KHz1621,536 Mb/s

10 Ampliación Redes 4-9 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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 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.

11 Ampliación Redes 4-10 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Tipos de compresión de audio General (apta para todo tipo de sonidos): –Psicoacústica (MPEG) –Adaptativa Diferencial (ADPCM) Específica para voz: –Code Excited Linear Prediction (CELP) –CS-ACELP (Conjugate-Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction –GSM Los codecs de voz no son aptos para música u otros sonidos

12 Ampliación Redes 4-11 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Algunos formatos de audio digital FormatoFrec. Muestreo (KHz) CanalesCaudal por canal (Kb/s) Uso PCM (G.711)8164Telefonía ADPCM (G.721)8132Telefonía SB-ADPCM (G.722)16148/56/64Vídeoconferenc. MP-MLQ (G.723.1)816,3/5,3 variableTelefonía Internet ADPCM (G.726)8116/24/32/40Telefonía E-ADPCM (G.727)8116/24/32/40Telefonía LD-CELP (G.728)8116Telefonía/Videoc. CS-ACELP (G.729)818Telefonía Internet RPE-LTP (GSM 06.10)8113,2Telefonía GSM CELP (FS 1016)814,8 LPC-10E (FS 1015)812,4 CD-DA / DAT44,1/482705,6/768Audio Hi-Fi MPEG-1 Layer I32/44,1/482192-256 variable MPEG-1 Layer II32/44,1/48296-128 variable MPEG-1 Layer III (MP3)32/44,1/48264 variableHi-Fi Internet MPEG-2 AAC32/44,1/485.132-44 variableHi-Fi Internet Elevado retardo Bajo Retardo

13 Ampliación Redes 4-12 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Audio digital comprimido Generalmente a más compresión menor calidad y mayor consumo de CPU. Los sistemas de caudal variable (MPEG, G.723.1) son los que mejor se adaptan a redes sin reserva de caudal constante, como el modelo DiffServ de Internet o los servicios UBR o ABR de ATM. Los sistemas de caudal constante (G.711, G.722, G.729) son más adecuados para servicios orientados a conexión (RSVP o circuitos CBR de ATM, por ejemplo). La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor calidad, pero consume mucha CPU e introduce mucho retardo por lo que no puede emplearse en aplicaciones interactivas (vídeoconferencia o telefonía).

14 Ampliación Redes 4-13 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Limitación Comparación de codecs Fuente Simulación de canal “El tren es un medio de transporte cómodo.” 12345 12345 MOS de 4.2 = Calidad óptima Codec ‘X’ MOSCalidad vozNivel de distorsión 5 Excelente Imperceptible 4 Buena Apenas Perceptible, no desagradable 3 Regular Perceptible, levemente desagradable 2 Pobre Desagradable, pero aceptable 1 Insatisfactoria Muy desagradable. Inaceptable MOS: Mean Opinion Score

15 Ampliación Redes 4-14 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Compresión vs calidad Caudal (Kb/s) MOS (Mean Opinion Score) Calidad Subjetiva 0 PCM (G.711) ADPCM 32 (G.726) ADPCM 24 (G.725) ADPCM 16 (G.726)LDCELP 16 (G.728) LPC 4.8 CS-ACELP 8 (G.729) MP-MLQ 6,4 (G.723.1) Normalmente requieren hardware especial 8 16 24 32 40 48 56 64 CS-ACELP (G.729a) 012345

16 Ampliación Redes 4-15 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Codec de alta compresión optimizado para la voz humana Estos codecs no son aptos para música

17 Ampliación Redes 4-16 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico-digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

18 Ampliación Redes 4-17 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Señal de vídeo analógica R (rojo) G (verde) B (azul) Divisor R B G Lente Filtros Escaneador rasterizador amplitud tiempo amplitud tiempo amplitud tiempo La imagen capturada se descompone en tres señales que corresponden a los colores primarios

19 Ampliación Redes 4-18 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Fundamentos de TV en color Las señales R-G-B se transforman en una señal de luminancia (Y) y dos de crominancia. Esta conversión se hace para: –Mantener compatibilidad con televisión B/N (se ignora la crominancia) –Dar mas ancho de banda a la luminancia (el ojo es menos sensible a la crominancia). En sistema PAL las señales de crominancia se llaman U y V; la transformación que se realiza es:  Y (Luminancia) = 0,30 R + 0,59 G + 0,14 B  U (Crominancia) = 0,493 (B - Y) = -0,15 R - 0,29 G + 0,44 B  V (Crominancia) = 0,877 (R - Y) = 0,62 R - 0,52 G - 0,10 B Anchura de los canales:  Y: 5 MHz  U y V: 1 MHz

20 Ampliación Redes 4-19 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Funcionamiento de la TV en color R B G Circuito Matricial Modulador V U Y Mezclador Filtro TV Blanco y Negro Matriz Inversa TV Color R G B Y Modulador

21 Ampliación Redes 4-20 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Señales de vídeo analógico A menudo las dos componentes de crominancia (U y V) se combinan (multiplexan en frecuencia) en una única señal llamada C. En equipos sencillos (p. ej. vídeo VHS) se combinan Y y C en una única señal que se llama composite o vídeo compuesto. Conforme se reduce el número de señales disminuye la calidad (especialmente en el paso de Y/C a vídeo compuesto). Num. Señales Denominación (PAL) Tipo de conector Tipo de equipo Calidad 3YUV (componentes) 3 RCA o 3 BNC Equipos profesionales Estudio 2Y/CS-Vídeo (mini-DIN) Vídeo Hi-8, S-VHS Broadcast 1Compuesto (composite) RCAVídeo 8 mm, VHS Vídeo doméstico

22 Ampliación Redes 4-21 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo digital ‘no comprimido’ El formato de grabación utilizado como referencia en estudios de TV es el D1 (estándar ITU-R CCIR-601). En formato digital las dos componentes de crominancia se denominan C r y C b (en vez de U y V). Cada fotograma se representa como una imagen de 720x576 píxels (PAL). La luminancia se digitaliza con mayor resolución que las crominancias: –Luminancia (Y): 720(h) x 576(v) x 8 bits x 25 fps = 82,944 Mb/s –Crominancia C r : 360(h) x 576(v) x 8 bits x 25 fps = 41,472 Mb/s –Crominancia C b : 360(h) x 576(v) x 8 bits x 25 fps = 41,472 Mb/s Caudal total: 82,9 + 41,5 + 41,5 = 165,888 Mb/s

23 Ampliación Redes 4-22 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo digital ‘no comprimido’ La reducción de la resolución en las componentes de crominancia se denomina submuestreo (subsampling). El submuestreo se basa en la menor sensibilidad del ojo humano a la crominancia. El submuestreo 4:2:2 de CCIR-601 reduce la información de crominancia a la mitad (sin submuestreo el caudal total sería 248,7 Mb/s). La información de crominancia puede reducirse aún más (a la cuarta parte) aplicando submuestreo 4:1:1 o 4:2:0. Este submuestreo degrada un poco la calidad de color, pero la diferencia con 4:2:2 es pequeña y sólo suele ser percibida por profesionales o en situaciones extremas.

24 Ampliación Redes 4-23 Universidad de Valencia Rogelio Montañana B G RY CbCb CrCr 720 576 360 Luminancia 4 Crominancia 2+2 Submuestreo 4:2:2 8 bits 576

25 Ampliación Redes 4-24 Universidad de Valencia Rogelio Montañana B G RY CrCr 720 576 180 Submuestreo 4:1:1 CbCb 576 Luminancia 4 Crominancia 1+1

26 Ampliación Redes 4-25 Universidad de Valencia Rogelio Montañana B G RY CbCb CrCr 720 576 360 Submuestreo 4:2:0 288 Luminancia 4 Crominancia 2+0

27 Ampliación Redes 4-26 Universidad de Valencia Rogelio Montañana SistemaSubmuestreoBits/pixelCompresiónMb/s D54:2:2101:1220 D1 (ITU CCIR 601)4:2:281:1172 Digital Betacam (Sony)4:2:2102,3:1 (*) 95 AMPEX DCT4:2:282:1 (*) 88 Digital-S, D-9, DVCPRO50 4:2:283,3:1 (*) 50 DV, DVCAM, DVCPRO, D-7 4:1:1 ó 4:2:085:1 (*) 25 D2, D3Composite81:194 Sistemas de grabación de vídeo digital para TV estándar (no HDTV) (*) Compresión espacial (intraframe) con algoritmos muy parecidos a los de M-JPEG.

28 Ampliación Redes 4-27 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Compresión de vídeo en tiempo real Estación digitalizadora (PC/Mac/Workstation) Cámara de TV o vídeo Vídeo analógico Almacena- miento Red local (o WAN) Digitaliza- dor CODEC Hard o soft CODEC: COmpresor/DECompresor Vídeo digital sin comprimir Vídeo digital comprimido Monitor Señal YUV, Y/C o Composite La compresión introduce retardo

29 Ampliación Redes 4-28 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Compresión de vídeo en diferido Estación digitalizadora (PC/Mac/Workstation) Monitor Cámara de TV o vídeo Almacena- miento Red local (o WAN) Digitaliza- dor CODEC Soft CODEC: COmpresor/DECompresor Vídeo digital comprimido Almacena- miento Vídeo digital sin comprimir Vídeo analógico Señal YUV, Y/C o Composite

30 Ampliación Redes 4-29 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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.

31 Ampliación Redes 4-30 Universidad de Valencia Rogelio Montañana SistemaCompresión Espacial (DCT) Compresión temporal Complejidad compresión EficienciaRetardo M-JPEGSíNoMediaBajaMuy pequeño H.261SíLimitada (fotog. I y P) ElevadaMediaPequeño MPEG-1/2SíExtensa (fotog. I, P y B) Muy elevadaAltaGrande H.263 MPEG-4 SíExtensa (fotog. I, P y B) EnormeAltaMedia Grande Formatos compresión de vídeo

32 Ampliación Redes 4-31 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Estándar/FormatoAncho de banda típico Ratio de compresión CCIR 601170 Mb/s1:1 (Referencia) M-JPEG10-20 Mb/s7-27:1 H.26164 Kb/s – 2000 Kb/s24:1 H.26328,8-768 Kb/s50:1 MPEG-10,4-2,0 Mb/s100:1 MPEG-21,5-60 Mb/s30-100:1 MPEG-428,8-500 Kb/s100-200:1 Caudal requerido por los sistemas de compresión de vídeo más comunes Bajo retardo Elevado retardo

33 Ampliación Redes 4-32 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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.

34 Ampliación Redes 4-33 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Funcionamiento de MPEG Compresión espacial y temporal Fotogramas digitalizados Compresor MPEG (software o hardware) Flujo MPEG comprimido La compresión puede o no ser en tiempo real. Generalmente para hacerla en tiempo real se requieren compresores en hardware

35 Ampliación Redes 4-34 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo MPEG (MPEG-1) Submuestreo 4:2:0 (25% ahorro respecto 4:2:2) Dos formatos posibles: –SIF (Standard Interchange Format): en PAL Y: 352 x 288 pixels, C r y C b : 176 x 144 pixels –QSIF (Quarter SIF): Y: 176 x 144; C r y C b : 88 x 72 Dos tipos de compresión (simultáneamente): –Espacial: como en JPEG –Temporal: se aprovecha la semejanza que cada fotograma tiene con los que le rodean.

36 Ampliación Redes 4-35 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Compresión temporal en MPEG El primer fotograma se digitaliza como una imagen JPEG De los siguientes fotogramas sólo se se digitalizan los cambios respecto al anterior. Para localizar los cambios: –Se ‘cuadricula’ la imagen en macrobloques, cada uno formado por 16x16 pixels de Y (8x8 de C r y 8x8 de C b ) –Si se detecta que un macrobloque ha cambiado de sitio esto se indica mediante un vector de movimiento. Una imagen SIF (352x288) está formada por: 352/16 x 288/16 = 22 x 18 = 396 macrobloques

37 Ampliación Redes 4-36 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo MPEG Tipos de fotogramas: –I (Intra): autocontenidos, solo compresión espacial (como JPEG) –P (Predictive): referido al P/I anterior. Compresión temporal por extrapolación mediante macrobloques. Un macrobloque pueden ser: Inalterado: no modificado respecto al fotograma de referencia Desplazado: (p. ej. un balón en movimiento) se describe por un vector de movimiento y eventualmente una corrección (diferencia respecto al original) Nuevo: (p. ej. Lo que aparece detrás de una puerta que se abre) se describe por compresión espacial (como un fotograma I) –B (Bidireccional): compresión temporal con interpolación; referido al P/I anterior y al P/I posterior. Máxima compresión, máxima complejidad de cálculo. Suaviza la imagen, reduce el ruido.

38 Ampliación Redes 4-37 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Fotogramas I (Intra) Los fotogramas Intra se codifican de forma autocontenida, sin referirse a otros fotogramas 160 ms 72 KB 72 x 1024 x 8 / 0,16 = 3,7 Mb/s 25 fotogramas por segundo 18 KBytes I I I I I

39 Ampliación Redes 4-38 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Fotogramas P (Predictivos) Los fotogramas Predictivos se codifican usando compensación de movimiento basada en el fotograma I o P anterior 240 ms 60 KB 60 x 1024 x 8 / 0,24 = 2,0 Mb/s 18 KB I 6 KB P P 18 KB I 6 KB P P18 KBI

40 Ampliación Redes 4-39 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Fotogramas B (Bidireccionales) Orden de transmisión: 1,4,2,3,7,5,6,10,8,9,… 360 ms 54 KB Los fotogramas Bidireccionales se codifican usando compensación de movimiento basada en el I o P mas próximo anterior y posterior 54 x 1024 x 8 / 0,36 = 1,2Mb/s 18 KBI 1 4 KB B 2 B 3 6 KBP 4 4 KBB 5 B 6 6 KBP 7 4 KBB 8 B 9 18 KBI 10 Valores orientativos

41 Ampliación Redes 4-40 Universidad de Valencia Rogelio Montañana I B P B I I P P P P 0 ms40 ms 80 ms120 ms 0 ms40 ms 80 ms120 ms 0 ms40 ms 80 ms120 ms Vector de movimiento fotograma P Vector de desviación fotograma B I _ _ P I P P P I B B P Comparación fotogramas P y B

42 Ampliación Redes 4-41 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Fotogramas MPEG I, P y B Macrobloque 16X16 Pixels Vector de movimiento Área de búsqueda IBBPBBI Predicción Bidireccional 0 1 2 34 50 Grupo de fotogramas Fotograma n Fotograma n+1 BB 1 2 P 3

43 Ampliación Redes 4-42 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo MPEG-1 Secuencia típica (360 ms): I 1 B 2 B 3 P 4 B 5 B 6 P 7 B 8 B 9 I 10 Orden codif/decodificación: I 1 P 4 B 2 B 3 P 7 B 5 B 6 I 10 B 8 B 9 Tamaño típico de fotogramas (SIF, 352 x 288): –I: 18 KBytes –P: 6 KBytes –B: 4 KBytes –Caudal medio (IBBPBBPBBI): 1,2 Mbps –Con QSIF el caudal se reduce a 300 Kbps Latencia de compresión (valores típicos): –M-JPEG:45 ms –MPEG fotogramas I: 200 - 400 ms –MPEG fotogramas I y P: 200 - 500 ms –MPEG Fotogramas I, P y B: 400 - 850 ms

44 Ampliación Redes 4-43 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Caudal de una vídeoconferencia Caudal medio: 384 Kb/s Resolución: 352 x 288 (CIF) Velocidad de refresco: 30 fps Caudal instantáneo 600 Kb/s 300 Kb/s Fotograma I Fotogramas P y B Tiempo 0 Kb/s 0 ms100 ms200 ms300 ms400 ms

45 Ampliación Redes 4-44 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Audio MPEG-1 Muestreo mono o estéreo a 32, 44.1(CD) o 48 (DAT) KHz. Si se va a utilizar caudal es reducido es conveniente hacer el muestreo a 32 KHz. Compresión psicoacústica (con pérdidas) asimétrica. De 32 a 448 Kbps por canal de audio Tres capas en orden ascendente de complejidad/calidad: –Capa I: buena calidad con 192-256 Kbps por canal; no se utiliza –Capa II: calidad CD con 96-128 Kbps por canal –Capa III: calidad CD con 64 Kbps por canal Cada capa incorpora nuevos algoritmos, y engloba los de las anteriores. Capa III usada en DAB (Digital Audio Broadcast) y en MP3

46 Ampliación Redes 4-45 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sistema MPEG-1 Se ocupa de asegurar el sincronismo entre audio y vídeo mediante un sistema de marcas de tiempo (‘timestamps’) en base a un reloj de 90 KHz. Solo es necesario si se utilizan audio y vídeo simultáneamente (no para flujos MP3 por ejemplo) Ocupa poco caudal (5-50 Kbps)

47 Ampliación Redes 4-46 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Codificador de audio Codificador de vídeo Multiplexor del sistema Señal de audio analógica Flujo MPEG-1 Señal de vídeo analógica Sincronización de audio y vídeo MPEG Flujo de vídeo digital con marcas de tiempo Flujo de audio digital con marcas de tiempo Reloj de 90 KHz Durante la decodificación se realiza el proceso inverso

48 Ampliación Redes 4-47 Universidad de Valencia Rogelio Montañana MPEG (Moving Pictures Expert Group) Grupo de trabajo de ISO que desarrolla estándares de audio- vídeo comprimido: MPEG-1 (1992, ISO 11172) –Orientado a vídeo en CD-ROM (vídeo progresivo) –Objetivo: Calidad VHS. Caudal típico 1,5 Mb/s –Útil para teleenseñanza, aplicaciones de empresa, negocios, etc. MPEG-2 (1996, ISO 13818) –Extensión compatible de MPEG-1 ‘hacia arriba’ –Orientado a teledifusión (vídeo entrelazado) –Calidad broadcast, también HDTV. 4-100 Mb/s. –Útil para todo tipo de aplicaciones (negocios, entretenimiento, etc.) MPEG-3: Inicialmente pensado para HDTV, finalmente resuelto por reparametrización de MPEG-2.

49 Ampliación Redes 4-48 Universidad de Valencia Rogelio Montañana MPEG-n MPEG-4 (1998-1999, ISO 14496): –Extensión ‘hacia abajo’ de MPEG-1. Orientado a vídeo sobre Internet –Útil en el rango 28,8-500 Kb/s. Nuevos algoritmos de compresión –Definición de AVOs (objetos audio visuales) similar a VRML –MPEG-4 v. 2 (previsto dic. 1999) MPEG-5 y MPEG-6: inexistentes MPEG-7 (aprobado sep. 2001, ISO 15938) –Descripción de contenidos audiovisuales (indexación, búsquedas, bases de datos, etc.). Interpreta semántica de la información audiovisual MPEG-21: en fase borrador. Prevista aprobación de IS entre 12/2002 y 9/2004 Referencia: http://mpeg.telecomitalialab.comhttp://mpeg.telecomitalialab.com

50 Ampliación Redes 4-49 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo MPEG-2 (I) Extensión compatible de MPEG-1 Diseñado para televisión digital: –Optimizado para transmisión, no almacenamiento –Prevé vídeo entrelazado (TV) además de progresivo (MPEG-1 era sólo progresivo) Según los valores de los parámetros de muestreo utilizados se definen en MPEG-2 cuatro niveles: –Bajo: 352 x 288 (compatible MPEG-1) –Principal: 720 x 576 (equivalente CCIR 601) –Alto-1440: 1440 x 1152(HDTV 4:3) –Alto: 1920 x 1152 (HDTV 16:9)

51 Ampliación Redes 4-50 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeo MPEG-2 (II) Además de los niveles se definen seis perfiles según el submuestreo y algoritmo de compresión utilizado. Los perfiles posibles son: –Simple: para codecs de bajo costo –Principal: el más utilizado –SNR –Espacial –Alto –4:2:2 No todas las combinaciones nivel-perfil están permitidas Cada combinación tiene un caudal máximo previsto TV digital y DVD utilizan nivel y perfil principal ML@MP (Main Level @ Main Profile) Para gran calidad

52 Ampliación Redes 4-51 Universidad de Valencia Rogelio Montañana PerfilesSimplePrincipalSNR Escal. Espacial Escal. Alto4:2:2 (Studio) Submuestreo4:2:0 4:2:0/2 Alto 1920 x 1152 (HDTV 16:9) 80 Mb/s100 Mb/s Alto-1440 1440 x 1152 (HDTV 4:3) 60 Mb/s 80 Mb/s Principal 720 x 576 (CCIR 601) 15 Mb/s 20 Mb/s50 Mb/s Bajo 352 x 288 (MPEG1) 4 Mb/s Niveles Caudales de Niveles y Perfiles MPEG-2 Los mostrados son los caudales máximos previstos en el estándar para cada combinación de perfil y nivel.

53 Ampliación Redes 4-52 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Audio MPEG-2 Algoritmos: –Versión compatible con MPEG-1 capa I, II y III –Sistema de compresión mejorado Advanced Audio Coding (AAC). Calidad comparable a MPEG-1 capa III con el 50-70% de caudal. No compatible con MPEG-1. Canales: –Versión estéreo compatible con MPEG-1 Independiente (cada canal por separado) Conjunto (aprovecha redundancia entre canales) –Soporte multicanal (idiomas) y 5.1 (5 canales más surround)

54 Ampliación Redes 4-53 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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 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)

55 Ampliación Redes 4-54 Universidad de Valencia Rogelio Montañana FormatoSQCIFQCIFCIF4CIF o SCIF 16CIF 4:3 16CIF 16:9 Resolución128x96176x144352x288702x576 720x576 1408x1152 1440x1152 1920x1152 H.261Opc. H.263Opc. MPEG-4 MPEG-1 MPEG-2BajoPrincip.Alto 1440Alto Estándar Resoluciones estándar de vídeo comprimido

56 Ampliación Redes 4-55 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Resoluciones de vídeo 16CIF 16:9 16CIF 4:3 SCIF CIF QCIF SQCIF

57 Ampliación Redes 4-56 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico-digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

58 Ampliación Redes 4-57 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Estructura paquete RTP Cabecera UDP Cabecera IP Datos (Audio o Video digital) Cabecera RTP 8 2012Variable Número de secuencia (16 bits) Ordenar datagramas recibidos, detectar perdidos Timestamp (32 bits) Reproducir en el instante 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:

59 Ampliación Redes 4-58 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Cabecera RTP (RFC 1889)

60 Ampliación Redes 4-59 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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.

61 Ampliación Redes 4-60 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico-digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

62 Ampliación Redes 4-61 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Aplicaciones de audio-vídeo en tiempo real AplicaciónSentidoEstándaresRetardoEspectadoresMulticast Videoconferencia  H.32xBajoUno o variosApropiado Emisiones en directo (radio-TV por Internet)  H.32x MPEG AltoMuchosMuy Apropiado Audio-Vídeo bajo demanda  MPEGMedioUnoNo

63 Ampliación Redes 4-62 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeoconferencia Comunicación interactiva por medio de audio, video y compartición de datos Puede ser: –Punto a punto –Punto a multipunto –Multipunto a multipunto

64 Ampliación Redes 4-63 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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)

65 Ampliación Redes 4-64 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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

66 Ampliación Redes 4-65 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Estándares H.32x EstándarMedio físicoTipo servicioAño aprobación H.320RDSICircuito1990 H.321ATMCircuito H.322IsoEthernetTDM H.323EthernetPaquete1996 H.324Módem analógicoCircuito 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

67 Ampliación Redes 4-66 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Estándares H.320 y H.323 RDSIIP

68 Ampliación Redes 4-67 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeoconferencia H.320 RDSI 3*BRI Flujo de audio-vídeo 128 - 384 Kb/s 3*BRI Picturetel Dirección E.164: 963865420 Dirección E.164: 963983542 Polycom Sistema de grupo o sala

69 Ampliación Redes 4-68 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Internet Vídeoconferencia H.323 ADSL10BASE-T Flujo de audio-vídeo 14,4 - 512 Kb/s Microsoft Netmeeting, Polycom ViaVideo Dirección IP: 147.156.1.20 Dirección IP: 172.68.135.22 Sistema de sobremesa Polycom, Tandberg

70 Ampliación Redes 4-69 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Terminales de vídeoconferencia Polycom ViewStation SP128 Video: H.261, H.263+ Audio: G.711, G.722, G.728 Caudal: 56-128 Kb/s (H.320), 56-768 Kb/s (H.323) Formatos: CIF, QCIF Peso: 2,7 Kg Conexiones ent./sal.: video v audio Precio: 5.000 euros Polycom ViaVideo Video: H.261, H.263, H.263+ Audio: G.711, G.722, G.728, G.723.1 Caudal: 32-384 Kb/s (H.323) Formatos: CIF, QCIF Peso: 250 g Conexiones ent./sal.: USB, audio Precio: 500 euros

71 Ampliación Redes 4-70 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeoconferencia H.323: Gatekeeper Pedro 147.156.1.20 5111 GK Internet Luis 147.156.3.12 5112 Laura 147.156.4.15 5113 Ana 147.156.7.45 5114 Dirección E.164 (número teléfono) Alias H.323Dirección 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

72 Ampliación Redes 4-71 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Estándares H.320 y H.323 H.323H.320 ControlH.225.0Control de llamadaQ.931 H.245Control del sistemaH.242 H.225.0MultiplexaciónH.221 MediosG.711 G.722 G.723.1 G.728 AudioG.711 G.722 G.728 H.261 H.263 VídeoH.261 H.263 T.120DatosT.120

73 Ampliación Redes 4-72 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Formatos de audio H.32x CodecAncho 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 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

74 Ampliación Redes 4-73 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Terminales H.323 Red IP Lo único obligatorio en un terminal H.323 es la parte de audio Sistema de grupo o sala Sistema de sobremesa Teléfono IP

75 Ampliación Redes 4-74 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Arquitectura terminal H.323 Equipo e/s de vídeo Equipo e/s de audio Datos usuario Aplicaciones T.120, etc. Interfaz de usuario para control del sistema Codec Video H.261, H.263 Control H.245 H.225.0 Control llamada H.225.0 Control RAS Retardo trayecto Recepción (Sync) Capa H.225 UDP TCP RTP RTCP IP UDP Control del sistema Codec Audio G.711, G.722, G.723, G.728, G.729

76 Ampliación Redes 4-75 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Señalización H.323 GK Petición de admisión Confirmación de admisión RAS Inicio Conexión H.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 RTCP Medio Gatekeeper Terminal H.323

77 Ampliación Redes 4-76 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico-digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

78 Ampliación Redes 4-77 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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

79 Ampliación Redes 4-78 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Funciones del Gatekeeper 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 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

80 Ampliación Redes 4-79 Universidad de Valencia Rogelio Montañana WAN IP GK Zona 1 Prefijo 56 Zona 2 Prefijo 73 Zona 3 Prefijo 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

81 Ampliación Redes 4-80 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Pasarela (Gateway) H.320-H.323 Internet RDSI Gateway o ‘puerta de enlace’ 147.156.2.15 147.156.2.69963171500 963972386 BRI PRI Arrancar Netmeetig GW 147.156.2.69 Llamar a 963972386 ADSL GW

82 Ampliación Redes 4-81 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Funciones Gateway H.323 Interoperabilidad entre audio/vídeo y estándares de red Conversión de protocolo –Procedimientos de comunicación –Formatos de transmisión Opcionalmente: Transcodificación (conversión de formatos audio/video)

83 Ampliación Redes 4-82 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Arquitectura Gateway H.320-H.323 IPRDSI H.323H.323 H.320H.320 Datos T.120 Audio Video IVR Control de llamada H.245 H.225 H.242 Q.931

84 Ampliación Redes 4-83 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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 Netmeeting GK: 158.42.5.96 Usuario: Alicia Número de tel.: 60 Alicia 147.156.2.15 60 ¿ext. 60? 60 = 147.156.2.15 GK ADSL

85 Ampliación Redes 4-84 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Gateway/Gatekeeper, llamada saliente Internet RDSI 147.156.2.15 Gatekeeper 158.42.5.96 963972386 BRI PRI Usuario IP Ext. Arrancar Netmeeting GK: 158.42.5.96 Usuario: Alicia Número de tel.: 60 Alicia 147.156.2.15 60 Llamar al 963972386Usar GW 147.156.2.69 GK ADSL Registro 147.156.2.69963171500 GW

86 Ampliación Redes 4-85 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Procedimientos de llamada vía Gateway/Gatekeeper Respuesta de voz interactiva (IVR, Interactive Voice Response): –Marco 96-386-3500 y dice: ‘si sabe la extensión tecleela con un cero delante, si no espere y le atenderá la operadora’. Extensión por defecto: –Todas las llamadas se encaminan a una extensión determinada. Llamada directa del exterior: –Cada extensión recibe un número directo del exterior. Ej.: 96-386- 3563 llama a la extensión 3563. Requiere obtener números extra del operador. Enrutamiento TCS4: –La extensión se marca detrás del número: 96-386-3500#3563 llama a la extensión 3563. No disponible en España (los números extra se ignoran).

87 Ampliación Redes 4-86 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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)

88 Ampliación Redes 4-87 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeoconferencia multipunto H.320 Servidor MCU (Multipoint Control Unit) RDSI Replica el flujo de audio/vídeo para cada participante. Posible cuello de botella PRI 3*BRI Flujos de audio-vídeo unidireccionales de 384 Kb/s 3*BRI Emisor Receptor MCU

89 Ampliación Redes 4-88 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeoconferencia multipunto H.323 MCU H.323 (Multipoint Control Unit) Internet Replica el flujo de audio/vídeo para cada participante. Posible cuello de botella MCU

90 Ampliación Redes 4-89 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Arquitectura de MCU H.323 Presencia continua Activación por voz Control de imagen de vídeo Mezclador de audio T.120

91 Ampliación Redes 4-90 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Arquitectura de MCU H.323 Controlador Multipunto Procesador Multipunto Aceptación Petición de conferencia Flujos de audio/video hacia/desde los participantes Control de la Conferencia Entrada/salida Asignación/ubicación de recursos Sentido de la llamada Proceso de Medios Mezcla de audio Selección de participantes activos Generación de imagen de vídeo

92 Ampliación Redes 4-91 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Transcodificación MCU con transcodificacion La transcodificación ha de hacerse en tiempo real y es labor intensiva de CPU PRI 3*BRI BRI 3*BRI Flujos H.263 de 384 Kb/s Flujo H.261 de 128 Kb/s Terminal sin soporte H.263 RDSI Valencia Bilbao Toulouse Atenas MCU

93 Ampliación Redes 4-92 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Gatekeeper, Gateway y MCUs Internet GW RDSI Pasarela Gatekeeper BRI 3*BRI PRI MCU H.320 con transcodificación PRI MCU H.323 GK MCU

94 Ampliación Redes 4-93 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Vídeoconferencia multipunto multicast MBone Flujo replicado por los routers. No hay cuellos de botella. Flujo de audio-vídeo multicast de 192 Kb/s

95 Ampliación Redes 4-94 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Multicast-unicast con transcodificación Internet Usuario con soporte multicast Usuario sin soporte multicast ADSL 256 Kb/s RDSI BRI Pasarela multicast-unicast con transcodificación Línea E1 Flujo unicast a/v 192 Kb/s Flujo unicast a/v 100 Kb/s Flujos multicast a/v 192 Kb/s Alicia Juan Pedro Luis Línea E1

96 Ampliación Redes 4-95 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico-digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

97 Ampliación Redes 4-96 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Videodifusión y vídeo bajo demanda Internet Usuarios locales (MPEG-1-2-4) Usuarios remotos (MPEG-4) MS Win. Media Server Cisco IP/TV SGI MediaBase Etc. Emisiones unicast y multicast 128-512 Kb/s Los contenidos no se generan en tiempo real (CODEC software) Servidor de vídeo

98 Ampliación Redes 4-97 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Tipo de conexión Caudal total Kb/s Caudal audio Kb/s Calidad Audio KHz Caudal vídeo Kb/s Calidad vídeo Caudal usado Kb/s Módem RTC33,610,25,5 mono 16128x96 10 fps 26 Módem RTC5610,25,5 mono 38176x144 12 fps 48 RDSI básico (2B) 128168 mono 80240x180 24 fps 96 ADSL/ Cable módem 256288 + 8 stereo 190320x240 24 fps 218 ADSL/ Cable módem 5124816 + 16 stereo 390640x480 24 fps 438 Perfiles típicos de audio-vídeo en servicios de VoD

99 Ampliación Redes 4-98 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Distribución de vídeo en directo Internet CODEC H.26x CODEC MPEG

100 Ampliación Redes 4-99 Universidad de Valencia Rogelio Montañana TV en red de datos, formación continua Cursos programados regularmente y emitidos por multicast varias veces por semana Training Program 1 Training Program 2 Training Program 3 Videoteca cursos de formación en MPEG-2 y 4 LAN WAN Programa Formación 3 Programa Formación 1 Program Formación 2 Programa Formación 3 Programa Formación 1 Guía de programas Presentaciones en directo H.26x Servidor de Vídeo Windows Media Server, IP/TV, etc. MPEG-2, H.261 MPEG-4, H.263

101 Ampliación Redes 4-100 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Diferencia entre vídeoconferencia y vídeo streaming Vídeo streamingVídeoconferencia CodificaciónMPEG-1, MPEG-4H.263 Caudal típico750-1500 Kb/s128-384 Kb/s Retardo4-5 s200 ms Jitter5-6 s20-70 ms La vídeoconferencia requiere un servicio de mayor calidad que el vídeo streaming Ejemplo de servicio de vídeo streaming: www.catv.org/frame/cmur_streaming.html

102 Ampliación Redes 4-101 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Sumario Teorema de Nyquist. Conversión analógico-digital Audio digital. Estándares. Compresión Vídeo digital. Estándares. Compresión Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Vídeo bajo demanda Telefonía Internet

103 Ampliación Redes 4-102 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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.

104 Ampliación Redes 4-103 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Red Telefónica Red IP Call Manager Red IP Evolución de la telefonía Telefonía Tradicional Telefonía tradicional sobre backbone IP Telefonía IP

105 Ampliación Redes 4-104 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ejemplo de telefonía IP Red Telefónica pública SalamancaZaragoza Pamplona Red Telefónica pública 1 2 3 1 2 3 A 0976* por 1 A 0* por 2 Resto por 1 A 0923* por 1 A 0* por 2 Resto por 1

106 Ampliación Redes 4-105 Universidad de Valencia Rogelio Montañana CONS vs CLNS Red Telefónica Red IP Dir. E.164: 1001 Dir. E.164: 2001 Dir. E.164: 1001 Dir. IP: 136.12.15.32 Dir. E.164: 2001 Dir. 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.

107 Ampliación Redes 4-106 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Teletrabajador Oficina Principal Sucursal ‘Moderna’ Sucursal ‘Antigua’ Red IP Red Telefónica Ejemplo de red de telefonía IP compleja

108 Ampliación Redes 4-107 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Telefonía Internet Cabecera Red CATV Internet RDSI Cable Modem Red Telefónica conmutada Modem Gateway H.323 (solo voz) Red ADSL Modem ADSL Línea dedicada Para ahorrar costos el gatekeeper elige la pasarela más próxima al destinatario. GK GSM Red analógica

109 Ampliación Redes 4-108 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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

110 Ampliación Redes 4-109 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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

111 Ampliación Redes 4-110 Universidad de Valencia Rogelio Montañana 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)

112 Ampliación Redes 4-111 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Teléfonos IP Cisco 7960G Audio G.711 y G.729a Incorpora conmutador de dos puertos 10/100 Precio: 500 euros Cisco SoftPhone Audio G.711, G.723.1 y G.729a Precio: 150 euros Cisco 7905 Audio G.711 y G.729a Precio: 200 euros OpenPhone http://www.openh323.org/code.html Precio: 0 euros HardSoft

113 Ampliación Redes 4-112 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Compresión de cabeceras RTP Los paquetes de voz no pueden ser muy grandes (retardo de serialización) G.729 genera 8 Kb/s (20 bytes cada 20 ms) Cabeceras: –IP: 20 bytes –UDP: 8 bytes –RTP: 12 bytes 200% de overhead. La mayoría de los campos son constantes La compresión de cabeceras reduce a 2-4 bytes

114 Ampliación Redes 4-113 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Telefonía y Calidad de Servicio La telefonía es muy exigente con el retardo y el jitter Para asegurar la QoS necesaria hay que disponer de DiffServ o IntServ En enlaces de baja velocidad el retardo de serialización de paquetes grandes puede hacer inviable la telefonía, aun teniendo QoS Para evitarlo se puede forzar una MTU menor de 1500 bytes

115 Ampliación Redes 4-114 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Retardo de serialización vs velocidad y tamaño de paquete 64 bytes 128 bytes 256 bytes 512 bytes 1024 bytes 1500 bytes 64 Kb/s8 ms16 ms32 ms64 ms128 ms187 ms 128 Kb/s4 ms8 ms16 ms32 ms64 ms93 ms 192 Kb/s2,7 ms5,3 ms10,7 ms21,3 ms42,6 ms62,5 ms 256 Kb/s2 ms4 ms8 ms16 ms32 ms46 ms 384 Kb/s1,3 ms2,7 ms5,3 ms10,7 ms21,3 ms31,3 ms 512 Kb/s1 ms2 ms4 ms8 ms16 ms23 ms 1024 Kb/s0,5 ms1 ms2 ms4 ms8 ms12 ms Retardo de serialización VelocidadTamaño fragmento 64 Kb/s160 Bytes 128 Kb/s320 Bytes 192 Kb/s480 Bytes 256 Kb/s640 Bytes 384 Kb/s960 Bytes 512 Kb/s1280 Bytes 1024 Kb/s2560 Bytes Tamaño de fragmento (para retardo de 20 ms)

116 Ampliación Redes 4-115 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Subsistema de colas de nivel 3Subsistema de colas de nivel 2 Encolamiento de baja latencia PQ voz Política Clase X Clase Y Default CBWFQFragmento Interleave TX Ring Salida Paquetes Entrada Paquetes WFQ Vo Datos no urg. Datos urgentes Vídeo Voz Vi Ur Encolamiento en un router con QoS NU Vo Vi Ur NU VoViUrNUVoViUrNU WFQ: Weighted Fair Queuing CBWFQ: Customer Based Weighted Fair Queuing

117 Ampliación Redes 4-116 Universidad de Valencia Rogelio Montañana SIP (Session Initiation Protocol) Protocolo alternativo al H.323 para telefonía sobre Internet Desarrollado por el grupo de trabajo MMUSIC del IETF (RFC2543, 3/99, 153 pág.) Direcciones E.164 o URLs (como direcciones de e-mail) Página principal del SIP: Universidad de Columbia: http://www.cs.columbia.edu/~hgs/siphttp://www.cs.columbia.edu/~hgs/sip

118 Ampliación Redes 4-117 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Componentes de SIP UA (Agente de usuario): Teléfonos SIP, Gateways, PDAs UAC (User Agent Client): el que inicia una llamada UAS (User Agent Server): el que recibe la llamada Servidores: –Proxy Server: el que actúa como intermediario, en representación de otro para efectuar una llamada –Redirect Server: traduce una dirección en otra u otras –Registrar: el que acepta peticiones REGISTER –Location Server: el que facilita información al Proxy o Redirect sobre la ubicación del destinatatrio de una llamada

119 Ampliación Redes 4-118 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Referencias Godred Fairhurst: Digital Televisión: The MPEG-2 Standard: http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/level2dp.pdf 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://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.openh323.org http://www.openphone.org/