PDF de programación - Transporte de Vídeo

Nuevos Servicios de Red en Internet
Área de Ingeniería Telemática

Transporte de Vídeo

Introducción

‣ Hasta hace poco...

- Red de datos basada en TCP/IP
- Red telefónica independiente
- Distribución de TV independiente

RTB

TV

Internet

‣ Todo sobre la red de datos

- De momento va convergiendo pero sobre todo la red de acceso

• TV por cable + internet + telefono
• ADSL + TV + telefono
• Pero hasta que punto estan transportando

la TV y el teléfono por sus propias redes

- Al usuario le llegue un solo cable a su casa

“Triple play”

‣ En clases anteriores como integrar el audio
‣ Hoy:video

Internet

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Multimedia Networking Applications
C l a s e d e a p l i c a c i o n e s

Características principales:
‣ Sensibles al retardo
- end-to-end delay
- delay jitter

‣ Toleran pérdidas: si son
infrecuentes solo causan
pequeños glitches
‣ Requisitos diferentes de la

transferencia de datos (ficheros)

multimedia
“Streaming” de audio o vídeo
grabado

•

• Streaming de audio o vídeo en vivo
• Audio o vídeo interactivo

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Jitter es la variabilidad de los retardos dentro del mismo flujo de paquetesServicios multimedia sobre la red de datos

AUDIO
‣ Telefonía sobre Internet
IP-telephony
- best-effort no es suficiente
- QoS y planear la red

apropiadamente

VIDEO (+AUDIO)
‣ Televisión sobre Internet
IPTV
- QoS
- Mucho más BW
- Pero...

Punto a multipunto
‣ Más allá de la TV
Video on demand
- Mismas dificultades
- Sin las ventajas del envío a

multipunto

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Vídeo digital

‣ Dibujar una imagen detrás de otra da sensación de movimiento...

- ¿Cómo de rápido? Del orden de al menos 25 imágenes por segundo

(aunque luego el monitor refresque más rápido para evitar flicker)
‣ Cada fotograma (frame) es una imagen digital a transmitir

Su calidad depende de
- Resolución (pixels)
- Colores (cuantos bits para representar el color, RGB o luminancia/

crominancia)

‣ Cuantos frames por segundo vamos a transmitir?
‣ Ejemplo:

- Video analógico en PAL

625 lineas (576 visibles) aspecto 4:3 25 fps
Usamos 768x576 pixels, en cada pixel representamos 16 millones
de colores con 8:8:8 bits para RGB
Serían 1327kB cada frame o sea 265Mbps para enviar un solo
canal de TV
‣ Es muy importante usar técnicas de compresión en los formatos de

vídeo digital

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Formatos

Moving Picture Experts Group de ISO/IEC
Formatos de video comprimido:
‣ MPEG-1

- Entornos libres de errores (CD-ROM, VCD)
- 1.2 Mbps el vídeo, 256 Kbps el audio
- Busca la mejor calidad dado un bitrate (tasa de lectura CD-ROM 1.416Mbps)
- Permite acceso aleatorio a un frame
- MPEG-1 part 3 define el audio 3 tipos, el tercero es MPEG-1 part3 layer3 : MP3
- Basado en los trabajos para el H.261 de ITU, imagen dividida en macrobloques

y DCT de los bloques

‣ MPEG-2

- Broadcast TV (DVB) y DVD
- 2-15 Mbps (vídeo+audio)
- Mantiene calidad constante
- MPEG-2 part 7 advanced audio codec AAC
- Basado en DCT pero con técnicas de compresion basadas en correlacion

temporal... diferente compresión segun el movimiento de la imagen

- Define encapsulado (transport stream TS) para enviar el video sobre la red

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ITU-T H.26x

‣ ITU-T H.261 “Video codec for audiovisual services at px64 kbits”

- CIF (352x288), QCIF (176x144) (resoluciones de luminancia)
- El resultado es un bit stream
- Videoconferencia sobre ISDN

‣ ITU-T H.263 “Video coding for low bit rate communication”

- Basado en H.261
- sub-QCIF (128x96) , QCIF, CIF, 4CIF (704x576) and 16CIF (1408x1152)
- Videconferencia sobre POTS
- Basado en H.261 MPEG-1 y MPEG-2

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ITU-T H.262

information: Video”

‣ “Information technology - Generic coding moving pictures and associated audio
‣ Vídeo como MPEG-2 Part 2
‣ Pensando en vídeo sobre ATM y HDTV
‣ Soporta scalable video encoding (ej: codificación espacial escalable mediante
‣ Tipos de frames:

varias capas que van refinando la imagen)

Intra Coded Pictures (I-Pictures): sin referencia a otras imágenes

-
- Predictive Coded Pictures (P-Pictures): emplea motion compensated prediction con la

anterior I- o P- Picture

- Bidirectional-predictive Coded Pictures (B-Pictures): relativas a anterior y posterior I- o

P- Picture

- La organización en secuencia es flexible en el estándar

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H.264

‣ “Advanced video coding for generic audiovisual services”
‣ MPEG-4 Part 10
‣ Puede dar la misma calidad que codec de vídeo de MPEG-2 con la

mitad o un tercio del bitrate

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GoP

• Group of Pictures
‣ Típicamente 1/2 sec cada GoP
‣ Orden

- De presentación

Ej.: IBBPBBPBBPBB ibbpbb…

- De codificación

Ej.: I bb PBBPBBPBB i BB pbb…

‣ Closed or Open GoP
‣ Broken GoP: falta el GoP anterior

Ejemplo de dependencia

bidireccional

I B B P

B B P

B B P

B B I

Predicción

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Orden de presentación

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GoP

‣ La cantidad de información a transmtir por cada frame es variable
‣ Las tramas I contienen más información
‣ Las tramas P y B más pequeñas (mayor compresión)
‣ Variabilidad de tamaño en escalas pequeñas por las tramas
‣ Variabilidad de tamaño en escalas mayores según el movimiento de la

escena

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Tasa de bits para la red

‣ Constant Bit Rate

- Calidad y tasa de compresion

varian para conseguir una
tasa de datos constante

‣ Variable Bit Rate

- Bit rate y tasa de compresion
pueden variar para conseguir
un nivel de calidad constante

‣ Ejemplo: MPEG-1
‣ Ventajas
‣ Desventajas

- Recursos previsibles

- Se sacrifica la calidad cuando

hay cambios rápidos en la
imagen (escenas con
movimiento)

- Se podría haber comprimido

más cuando hay poco
movimiento

‣ Ejemplo: MPEG-2
‣ Ventajas

- Se mantiene la calidad
objetivo sin desperdiciar
recursos

- Multiplexación estadistica

‣ Desventajas

- Necesidades de recursos más

dificiles de preever

- Sistemas más complicados

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Servicios de video

Download+play vs “Streaming”

Web browser

Media player

+

Web server

+

Ficheros

Audio/vídeo

•
•

Ficheros de audio o vídeo almacenados en servidor
Ficheros transferidos como objetos HTTP
1. Download+play

2.

• Recibidos completamente por el cliente
• Pasados al reproductor
• No hay “streaming”. Gran espera hasta empezar
“Streaming”
• Pasados al reproductor a medida que los recibe
• Calcula cuándo empezar dada la velocidad a la que recibe
•

“Streaming” pero recibe a la máxima velocidad (transferencia HTTP)

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“Streaming” de multimedia en disco

‣ “Streaming”

datos

‣ Streaming

- El cliente comienza la reproducción antes de recibir todos los

- Es más bien un “play-as-you-get”
- Requisitos temporales para los datos aún por recibir

- La velocidad de transmisión es aproximadamente la de

consumir los datos

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Download+play

Recibido

Tiempo de
transmisión

delay

2. envío

1. vídeo
grabado

delay

3. vídeo recibido,

reproducción

s
o
d
a
l
u
m
u
c
a

s
o
t
a
D

Comienza la
transmisión

En este instante el cliente
comienza la reproducción

tiempo

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Play-as-you-get

Web browser

Meta-file

Meta-file

Audio/vídeo

Web server

+

Ficheros

• Ficheros de audio o vídeo
• El navegador obtiene un meta-file que describe cómo conseguir

la película
Le pasa ese meta-file al reproductor

•
• El reproductor contacta con el servidor y solicita el fichero
• El servidor se lo envía (HTTP)

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Play-as-you-get

Web browser

Meta-file

Meta-file

Audio/vídeo

Web server

+

Ficheros

‣ Permite que se emplee un protocolo diferente de
HTTP
‣ Permite emplear UDP en vez de TCP

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Play-as-you-get

Acumulando en buffer

Termina de recibir

delay

2. envío

1. vídeo
grabado

delay

3. vídeo recibiendo,

reproducción

s
o
d
a
l
u
m
u
c
a

s
o
t
a
D

En este instante el cliente
comienza la reproducción
mientras el servidor continúa
transmitiendo lo que falta

tiempo

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“Streaming” de multimedia en disco:

Interactividad

‣ Funcionalidades de VCR (vídeo):
- Pausa, rebobinar, avance rápido, etc.
- Retardo de comienzo 10 segs OK
- Retardo ante un comando 1-2 seg OK
- Protocolos para estos comandos (RTSP)

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Streaming

s
o
d
a
l
u
m
u
c
a

s
o
t
a
D

2. envío

Acumulando en buffer

Envío a la velocidad de reproducción

1. vídeo
grabado

delay

3. vídeo recibiendo,

reproducción

En este instante el cliente
comienza la reproducción
mientras el servidor continúa
transmitiendo lo que falta

tiempo

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Streaming: Client Buffering

s
o
d
a
l
u
m
u
c
a

s
o
t
a
D

transmisión de
vídeo a velocidad

constante

Recepción
en cliente

Retardo
variable

Retardo
variable

d
e
r
e
f
f
u
b

o
e
d
i
v

Reproducción

del vídeo

a tasa constante

Espera
buffering
‣ El cliente acumula parte del vídeo en
‣ Permite absorber variaciones en el
‣ Si el buffer se vacía el reproductor se

buffer antes de comenzar

retardo en la red (jitter)

detiene

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