El caso de Open

¿Debería evitar las soluciones propietarias para AVoIP?

Si hay algo por lo que la industria de Pro AV es conocida, es por nuestra continua adopción y dependencia de sistemas patentados para productos de gestión de señales. Considere que las industrias relacionadas (telecomunicaciones, transmisión, cine, transmisión e imágenes digitales) trabajan en grupos industriales colaborativos en todo el mundo para desarrollar, probar y adoptar estándares para interfaces y compresión de audio y video. Mientras tanto, a menudo simplemente elegimos "ganadores" de grupos de sistemas patentados que compiten y nos quedamos con ellos, basando nuestras elecciones en fuertes argumentos de marketing y ventas.

Piense en todos los conmutadores y extensores basados ​​en HDMI que se ofrecieron en las últimas dos décadas: si bien la mayoría de ellos funcionaron bastante bien, los productos dominantes funcionaron así simplemente porque sus fabricantes eran lo suficientemente grandes como para vender más que sus competidores desde el principio, estableciendo un control de hierro que eventualmente expulsó a los recién llegados.

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Ahora, estamos viendo que sucede algo similar con la transición a la conmutación y distribución de señales de video basadas en TI/IP. Fuera de la industria AV, los códecs utilizados para comprimir video se basan en formatos de código abierto que surgieron de grupos de usuarios, se probaron y mejoraron exhaustivamente y, finalmente, se estandarizaron. Los ejemplos más conocidos son los desarrollados por el Moving Picture Experts Group (MPEG, fundado en 1988) y el Joint Photographic Experts Group (JPEG, fundado en 1992).

Tanto los profesionales como los consumidores se cruzan con estos códecs de forma regular. El video de transmisión, cable y transmisión emplea códecs MPEG (MPEG-2, MPEG-4 H.264, HEVC H.265), mientras que los fotógrafos (y su teléfono inteligente) confían en las variaciones de JPEG. El cine digital también utiliza un códec basado en JPEG, JPEG2000.

Las ventajas de estandarizar estos códecs de código abierto son obvias: cualquier persona en cualquier parte del mundo, que utilice un televisor, computadora, tableta, teléfono u otro visor compatible, puede ver secuencias de video MPEG y fotos comprimidas en JPEG a través de conexiones inalámbricas o por cable.

Los códecs derivados de MPEG suelen tener altos índices de compresión y, en consecuencia, una alta latencia. Están diseñados para la eficiencia ante todo, minimizando las tasas de bits y el tamaño de los archivos. Por lo tanto, no son adecuados para la distribución y reproducción de señales en tiempo real.

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Por otro lado, los códecs derivados de JPEG tienen una latencia muy baja y usan mucha menos compresión, pero las secuencias de video resultantes tienen velocidades de datos más altas y archivos de gran tamaño. Lógicamente, si queremos reemplazar los sistemas de gestión de señales basados ​​en HDMI con un equivalente de AV sobre IP para ofrecer video de baja latencia y alta calidad, entonces un códec basado en JPEG, o un sistema patentado similar que use compresión ligera, es el único camino a seguir. Pero, ¿cuál es la mejor opción?

Hay muchas formas de comprimir las señales de vídeo. Los códecs JPEG hacen esto al realizar una compresión ligera en una serie de fotogramas fijos de video, que luego se reproducen a velocidades de fotogramas estándar. (Piense en esas películas divertidas que hizo cuando era niño).

Cualquier persona en cualquier parte del mundo, que use un televisor, una computadora, una tableta, un teléfono u otro visor compatible, puede ver secuencias de video MPEG y fotos comprimidas en JPEG a través de conexiones inalámbricas o por cable.

A diferencia de la compresión MPEG, que utiliza un método de "copiar y repetir" para minimizar la información de imagen redundante de un cuadro a otro, combinado con cuadros que miran hacia adelante y hacia atrás para predecir cambios espaciales y temporales (por lo tanto, toda esa latencia), JPEG no utiliza interpolación de cuadros. y predicción en absoluto. Toda la información de luminancia y color en cada cuadro de video JPEG está completa y puede permanecer separada de los cuadros de video anteriores y posteriores.

Display Stream Compression (DSC), otro método de compresión ligero que se desarrolló originalmente en 2014 para señales de visualización, funciona de manera similar y es la base de un códec de video patentado que ahora se comercializa para la gestión de señales AV, utilizando la antigua versión 2.0 de HDMI. La diferencia entre los códecs DSC y JPEG es que DSC se limita a la compresión 2:1, lo suficiente para enviar una señal de video Ultra HD (4K) con color RGB de 8 bits a través de un conmutador de red de 10 Gbps.

Si bien DSC se ha demostrado en el pasado con una compresión de hasta 3:1, una versión de JPEG conocida como JPEG XS (ISO/IEC 21122) ha logrado relaciones de compresión mucho más altas y se encontró que exhibe un deterioro mínimo de la señal. Debido a que JPEG XS usa menos compresión que los códecs MPEG, pero más que otros códecs derivados de JPEG, a veces se lo denomina códec de "nivel intermedio".

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En el NAB Show de 2018, la red de transmisión japonesa NHK demostró video de 8K (7680x4320 píxeles) con color de 10 bits 4:2:2, comprimido 6:1, pasando a través de un conmutador de red de 10 Gbps. (Para aquellos interesados ​​en las matemáticas, la velocidad de datos sin comprimir fue de 47,7 Gbps y la señal comprimida resultante fue de poco menos de 8 Gbps).

Y NHK no hizo trampa en la demostración. Usaron un video de un partido de waterpolo y mostraron la señal comprimida en un televisor LCD 8K de 70 pulgadas. Como sabe cualquier persona versada en la compresión de video, es muy difícil comprimir agua en movimiento y salpicada sin introducir artefactos. Pero fue difícil ver evidencia de aliasing u otros artefactos en la señal decodificada.

JPEG XS como códec existe desde hace más de una década. Una marca Pro AV lo ha utilizado para comprimir señales Full HD y pasarlas a través de un conmutador de red de 1 Gbps. Y, durante mucho tiempo, mientras que la sabiduría convencional con los sistemas de compresión basados ​​en JPEG no excedía la compresión 4:1, JPEG XS ha levantado mucho más peso que eso, subiendo a 10:1 con resultados aceptables y conservando una baja latencia.

JPEG XS se integra fácilmente con una amplia variedad de aplicaciones. Del sitio web de JPEG XS: "JPEG XS funciona con... enlaces de video profesionales (3G/6G/12G-SDI), transporte IP (SMPTE 2022-5/6 y SMPTE 2110), almacenamiento de video en tiempo real, búfer de memoria, omni- sistemas de captura de video direccional, pantallas montadas en la cabeza para realidad virtual o aumentada y compresión de sensor de imagen".

Si bien JPEG XS es ​​estrictamente un códec de video, viaja fácilmente a través de redes IP estándar con los encabezados apropiados a través de conmutadores que están configurados para pasar tramas Ethernet "jumbo" de más de 1536 bytes. (El video MPEG puede viajar en marcos Ethernet estándar). Y JPEG XS se mueve fácilmente junto con los códecs de audio estándar de la industria y los paquetes de señales de control, junto con datos auxiliares (subtítulos, clasificaciones e incluso idiomas auxiliares). También del sitio web JPEG XS: "Su diseño ofrece varios grados de paralelismo que permiten una implementación eficiente en varias plataformas como FPGA, ASIC, CPU y GPU".

Si ha asistido a grandes ferias comerciales de la industria como NAB, ISE, InfoComm e IBC en los últimos años, sin duda habrá notado que las líneas se difuminan entre la transmisión, el cine y Pro AV, e incluso la electrónica de consumo. Cualquier diferencia que quede esencialmente desaparecerá una vez que todos estos segmentos de la industria migren a redes AV sobre IP.

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Hoy en día, las mismas interfaces de video se encuentran en cámaras de video profesionales (HDMI) que en televisores y monitores de computadora (nuevamente, HDMI), junto con interfaces de datos en serie (3G y 12G-SDI). Los conmutadores de red de 10 Gb con puertos HDMI incorporados ya están disponibles, lo que difumina aún más las líneas.

La conclusión aquí es que los códecs MPEG y JPEG se mejoran continuamente. Así como H.264 está siendo reemplazado por H.265, la próxima generación de códecs de alta eficiencia (Versatile Video Codec o VVC) afirma ser un 50 % más eficiente, algo útil si está transmitiendo video 4K o incluso 8K.

Y lo mismo ocurre con los códecs basados ​​en JPEG: JPEG XS se ha probado con éxito con relaciones de compresión de hasta 16:1 y, sin duda, seguirá mejorando. Lo mejor de todo es que funcionará con cualquier fuente de video (banda base o pantalla) mediante la codificación y decodificación de software en cualquier plataforma de visualización a través de cualquier red de TI.

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Pete Putman, CTS, KT2B, es el presidente de ROAM Consulting.

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