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Jun 13, 2024

Lo esencial de AV sobre IP

Hay varios enfoques para AVoIP, cuya utopía viene con el trío de baja carga de red (ancho de banda), baja (o preferiblemente nula) latencia y alta calidad AV. Sin embargo, de estos tres, Justin

Hay varios enfoques para AVoIP, cuya utopía viene con el trío de baja carga de red (ancho de banda), baja (o preferiblemente nula) latencia y alta calidad AV. Sin embargo, de estos tres, Justin Kennington, presidente de SDVoE Alliance, dice "elige dos".

Por ejemplo, una compresión baja produce la latencia más baja y la calidad AV más alta, pero necesita una alta velocidad de red. Aumentar la compresión reduce la carga de la red, pero puede aumentar la latencia y reducir la calidad de la imagen. Todo es un equilibrio, y entender las variables es clave para elegir e implementar exitosamente un sistema AVoIP para tus clientes. Un buen lugar para empezar es la infraestructura, la red.

Ancho de banda y velocidad de la red

1000Base-T Ethernet (1GbE) es omnipresente y admite de manera óptima hasta 1 Gbps de tráfico compartido hacia/desde cualquier nodo determinado. En comparación, la velocidad de datos de una transmisión de vídeo de 1080p60 es de alrededor de 3,6 Gbps sin comprimir (~4,5 Gbps a través de HDMI), y 4K30 aumenta esta cifra a más de 7 Gbps, ¡demasiado alta para la red promedio!

Hay dos formas de solucionar esto: 1) aumentar la velocidad de la red a 10GBase-T (10GbE/10Gbps) o comprimir la señal para llevarla por debajo de la capacidad de 1Gbps de 1GbE. “Cuando tienes menos cables, tienes más opciones y menos molestias”, dice el fundador de Miravue, Robert Bishop. Pero actualizar la red a 10GbE le brinda aún más opciones nuevamente, aunque eso puede estar restringido por la infraestructura de cableado en una red existente.

CAT5e no admitirá 10GbE y CAT6 UTP solo lo admitirá hasta 55 m; esa es la distancia total entre los puntos finales, incluido el conmutador y el panel de conexiones, etc. Para instalaciones nuevas, estaría brindando un servicio a sus clientes ejecutando CAT6a y/o fibra e yendo directamente a 10GbE, donde el único inconveniente actualmente es el costo.

¿Qué pasa con el WiFi, te preguntarás? Algunos de los mejores puntos de acceso inalámbrico del mercado actual utilizan 802.11ac, que puede admitir hasta 1,3 Gbps, sujeto al ruido y la construcción, etc. El estándar emergente 802.11ad aumentará esto considerablemente (~7 Gbps), pero aún es insuficiente para sistemas sin comprimir. 4K. El consenso general es que la conexión inalámbrica no se considera una buena idea para las aplicaciones AVoIP, pero consulte con su proveedor.

Compresión

La compresión es un mecanismo utilizado para reducir el tamaño del archivo o la velocidad de bits. Greg Schlechter, estratega de marketing de tecnología de Intel Corporation, dice que "AV en una red IP no requerirá un método de compresión, sino que al estar basado en IP permite que la compresión (y el ancho de banda) se ajuste a la aplicación/necesidad". Es una lógica simple: una única transmisión 4K de 7 Gbps a través de una red de 10 GbE puede no requerir ninguna compresión, pero sí en 1 GbE.

La relación de compresión es la diferencia entre el archivo/transmisión sin comprimir y la salida comprimida. P.ej; Una relación de compresión de 10:1 produce una secuencia que tiene un tamaño de 1/10 del original sin comprimir. Hay esquemas de compresión muy ligeros, digamos con una relación de hasta 2:1, que afirman ser "matemáticamente sin pérdidas". Luego hay varias soluciones "visualmente sin pérdidas", lo que significa que cualquier degradación en la calidad de la imagen no sería demasiado evidente para el usuario, y luego están los tipos con pérdidas en los que el compromiso es evidente. El impacto de cada uno depende de varios factores, entre ellos las propias expectativas y estándares del usuario. Todo es relativo.

El algoritmo utilizado para comprimir y descomprimir una señal, ya sea de audio, vídeo o ambos, se denomina 'códec'. Esto es corto paraCode-dic oda. Como se mencionó en la introducción, existen varios enfoques: ninguno es correcto o incorrecto, simplemente diferentes. Para vídeo, los dividiremos en dos métodos principales; intra-cuadro e inter-cuadro.

intramarco la compresión se ejecuta individualmente en cada fotograma de vídeo o parte del mismo. JPEG2000 es, con diferencia, el ejemplo más común, pero en sí mismo puede variar notablemente. El más rudimentario es un JPEG simple de cada cuadro completo (conocido como Motion JPEG o M-JPEG), que produce quizás la calidad más baja, hasta el buque insignia intoPIX advanced JPEG2000, que tiene sus raíces en la transmisión. Estos esquemas suelen funcionar con relaciones de compresión desde aproximadamente 5:1 hasta 20:1.

Los avances en los algoritmos de códec y la velocidad del chipset han hecho que las soluciones de compresión intra-frame funcionen muy bien, logrando videos "visualmente sin pérdidas" con una latencia impresionantemente baja. Joel Mulpeter, arquitecto de fusión de Crestron, afirma que este enfoque "utiliza una red de 1 GB para garantizar que un sistema de cualquier tamaño... siga siendo escalable en una infraestructura estándar".

Arriba: ejemplo visual de sin comprimir (izquierda) versus comprimido (derecha) sin cambios en la resolución Otro enfoque intra-cuadro completamente diferente es la compresión de código de línea, que comprime línea por línea o grupos de líneas. La compresión de código de línea es, con diferencia, la más rápida, normalmente con una latencia de apenas microsegundos, pero también es la compresión más ligera. Un ejemplo destacado en la aplicación AVoIP es BlueRiver NT+ de SDVoE Alliance, que no emplea compresión o emplea tan solo 1,3:1. Esto realmente no tiene pérdidas para obtener la mejor calidad, pero insiste en una red de 10 GbE. Otro ejemplo de código de línea es Display Stream Compression (DSC) de VESA, pero eso no es para AVoIP; se implementa en DisplayPort 1.4, la compresión visual sin pérdidas de HDBaseT y la próxima especificación HDMI 2.1.

Inter-marco Los métodos factorizan los datos en los fotogramas antes y después del fotograma actual al calcular la compresión. Esto da como resultado un tamaño de archivo o secuencia mucho más eficiente, pero requiere una lectura anticipada y, por lo tanto, lleva más tiempo procesarlo.

El ejemplo entre cuadros más común es el Advanced Video Codec (AVC), también conocido como H.264. Este es el esquema utilizado en Blu-ray Disc, logrando tasas de bits del disco de menos de 25 Mbps. Recuerde que dijimos que 1080p60 es alrededor de 3,6 Gbps sin comprimir, por lo que la relación lograda con H.264 es algo así como 150:1, combinado con una calidad de imagen posiblemente superior a la de otros métodos. H.265, tal como lo utiliza Ultra HD Blu-ray, es hasta un 60% más eficiente que H.264, pero requiere algunos cálculos numéricos serios.

La ventaja destacada de cualquier solución basada en H.26x es su tasa de bits MUY baja; tan bajo como 15 Mbps para 1080p60, por lo que incluso a través de un módem 100Base-T antiguo o mediante wifi es pan comido. Sin embargo, tenga en cuenta la mayor latencia de cualquier método entre cuadros. Robert Bishop de Miravue añade: "H.26x proporciona una mejor imagen utilizando 1/10 del ancho de banda en comparación con otros... Considere qué tecnología le gustaría instalar y mantener: ¿la que se ejecuta en cualquier lugar y en cualquier lugar, incluso de forma inalámbrica?"

Otro contendiente que se ha anunciado recientemente esHDBaseT-IP ™, siendo un sistema híbrido de HDBaseT y AVoIP a través de un puente bidireccional. Esta solución agrega el conjunto de funciones 5Play establecido de HDBaseT en una plataforma AVoIP flexible, capaz de adaptar las relaciones de compresión dependiendo de la señal de entrada, para optimizar velocidades de red que van desde 1 GbE hasta 2,5, 5 o 10 GbE.

Arriba: el sistema puenteado HDBaseT y HBaseT-IP admite redes de 1 a 10 GbE. Fuente: Alianza HDBaseT

Latencia

Todo este cálculo numérico lleva tiempo, cuánto tiempo contamos en fracciones de segundos. La latencia causa incomodidad al usuario. Más concretamente, ¡es molesto! Piensa en usar un mando a distancia con 100ms de latencia, navegar por el canal de televisión o el menú de Netflix…

El término "baja latencia" normalmente significa alrededor de 100 ms o menos. 'Ultrabajo' es inferior a 30 ms. La compresión realmente ligera, como los métodos de código de línea, puede presumir de menos de 20 microsegundos (μs), lo suficientemente baja como para ser indetectable para nosotros, simples mortales.

Algunos fabricantes pueden referirse a fotogramas de latencia en lugar de milisegundos. Esto es algo más ambiguo ya que depende de la velocidad de cuadros de origen. Un fotograma de latencia a 30 fps es el doble que a 60 fps. Simplemente sepa a qué se enfrenta preguntándole al proveedor.

Entonces, ¿cuál es el número ideal? Bueno, eso depende de la aplicación y la tolerancia del usuario. Los jugadores quieren latencia CERO, pero a un bar de deportes que distribuye contenido a todos sus televisores puede no importarle. Arriba: Guía de comparación de rendimiento entre enfoques de compresión. Fuente: CEDIA

Características e implementación

AVoIP se puede configurar como punto a punto, en cuyo caso ni siquiera necesita un conmutador de red, o puede funcionar en IP Multicast estandarizado. Este último requiere el uso de un conmutador compatible con el Protocolo de administración de grupos de Internet (IGMP) y mucha velocidad de backplane para soportar el tráfico. La opción de implementar Video LAN (VLAN) es opcional: algunos no lo recomiendan, otros lo exigen a través de herramientas de configuración. Si no está seguro de lo que esto significa, le recomiendo que consulte las vías de educación en redes de CEDIA, desde el nivel introductorio hasta el avanzado.

Un aspecto fantástico de AVoIP es la naturaleza definida por software de la tecnología. Un ejemplo popular es Multiview, mediante el cual se pueden mostrar múltiples imágenes de video simultáneamente en varias configuraciones. Lo que hay que tener en cuenta al respecto es el ancho de banda aditivo de múltiples imágenes simultáneas. Por ejemplo, una transmisión de 500 Mbps puede caber (con espacio libre) a través de una red de 1 GbE, ¡pero intente llevar cinco de ellas a una pantalla al mismo tiempo! Las matemáticas simplemente no funcionan.

Cisco informa que para 2020, el 82% del tráfico de Internet de los consumidores a nivel mundial será de vídeo. Un anexo a esto es el auge del AV-over-IP, para la distribución de contenidos en el hogar. El aumento de las velocidades de conexión a Internet y las demandas de descarga, junto con el aumento del tráfico IP nacional, hace inevitable la progresión hacia una red más rápida. Además de esto, los formatos de vídeo están en constante evolución. HDMI ya nos ofrece 4K60 4:4:4 a 18 Gbps y está alcanzando un nuevo pico de 48 Gbps. Incluso con el paso a la red 10GbE, alguna forma de compresión sigue siendo inevitable, pero eso no es malo.

David es un veterano de 23 años en la industria, con experiencia que abarca fotografía e imágenes, venta minorista de cine en casa e instalación personalizada, luego diseño, fabricación y distribución de productos como fundador del Grupo Kordz. Ha trabajado como voluntario de CEDIA durante una década, estableciendo una reputación como uno de los expertos en la materia, autores y educadores más prolíficos sobre los temas de HDMI, HDBaseT y UHD. Ha escrito y presentado numerosos cursos, en 3 continentes, junto con documentos técnicos y seminarios web técnicos, y ahora es miembro de tiempo completo del personal profesional de CEDIA.