A medida que las resoluciones de vídeo disponibles comercialmente continúan aumentando de tamaño, la demanda de distribución de vídeo y soluciones de conmutación que pueden manejar estas resoluciones más altas también está aumentando. La mayor limitación a esta disponibilidad es el ancho de banda. La distribución de vídeo, especialmente en resoluciones como 4K/UHD, requiere una gran cantidad de ancho de banda. El vídeo 4K (2160p60), por ejemplo, utiliza 12 Gbps de ancho de banda cuando va a todo color y sin comprimir. Cuando se compara con los 1080p, que sólo necesita 3 Gbps sin comprimir incluso a 60 fotogramas por segundo y a todo color, es fácil ver por qué el 4K, la resolución profesional del futuro, sigue siendo un dolor de cabeza a la hora de distribuir.

La mayor dificultad, especialmente para aplicaciones que requieren distribución de video más allá de a una sola sala, es que muy pocos estándares existentes están preparados para este ancho de banda. Esas opciones de distribución capaces de gestionar vídeo 4K sin comprimir tienen requisitos estrictos de tipo de cable o requieren el uso de fibra óptica, haciendo que las soluciones sean costosas de instalar. Para empeorar las cosas, ninguna de las tecnologías de distribución actuales (Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, 3G-SDI y HDBaseT) admiten muestreo de color a resoluciones de 2160p60. De hecho, Gigabit Ethernet (GbE) a 1 Gbps y 3G-SDI a 2,97 Gbps ni siquiera soportan 1080p60 a todo color, sin comprimir.

Esta tabla muestra el ancho de banda de vídeo sin comprimir requerido para resoluciones comunes de video HD y UHD con diferentes velocidades de muestreo de color y frame rate. Ten en cuenta que la mayoría de estas resoluciones superan los 1 Gbps.

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* Estos son los valores brutos de ancho de banda calculados como (píxeles verticales) x (píxeles horizontales) x 8 bits/píxel x 3 colores/píxel x (frame rate). Estos anchos de banda no incluyen intervalos de borrado ni codificación 8b/10b, ya que no se aplican a los datos codificados y serán inferiores a los anchos de banda HDMI (TMDS).

Puedes encontrar más información acerca de las limitaciones técnicas de las opciones de distribución actuales en nuestro documento técnico “4K over 1 Gbps Video Distribution: Exploring the Challenges and Solutions.” Sin embargo, la versión corta es que si deseas distribuir vídeos de alta resolución utilizando las tecnologías de distribución y conmutación disponibles en la actualidad, es necesario considerar algún nivel de compresión. Al comprimir el vídeo con JPEG2000 usando los ajustes correctos, el ancho de banda puede ser reducido significativamente, permitiendo que se pueda transmitir usando cable de categoría estándar y conmutado a través de la red IP existente del usuario.

Muchas veces al mencionar la compresión para aplicaciones profesionales, la gente se preocupa, imagina problemas de latencia (es decir, demoras entre la señal de origen y el destino) junto con la expectativa de una mala calidad de video. Esta suposición se debe principalmente a los sitios webs de transmisión por Internet que utilizan MPEG2, MPEG4 o H.264 para transmitir vídeo a través de redes extensas y dispares a una variedad de usuarios. Estos sitios suelen transmitir contenido a través de conexiones de Internet de muy bajo ancho de banda, y para ello, requieren vídeo altamente comprimido. Sin embargo, en un entorno profesional más controlado, una cuidadosa selección e implementación de la tecnología de compresión puede dar como resultado una alta calidad de video con baja latencia.

4k-vs-1080p-720x450Para entender cómo la selección y la implementación de la tecnología de compresión afectan la latencia y a la calidad, es bueno comprender cómo funciona la distribución de vídeo AV en la red (Networked AV). Para distribuir la tecnología de vídeo sobre IP, debes “codificarla”, lo que significa convertir esa señal de vídeo en ceros y unos digitales que tu red puede entender. A continuación, tendrás que “descodificar” la señal en el otro extremo, convirtiendo de nuevo la señal de red en una señal de vídeo de que tu monitor o proyector puede mostrar. Hay cuatro pasos en este proceso, cada uno de los cuales puede añadir latencia.

Usaremos el ejemplo de un vuelo en avión. El primer paso en nuestro “viaje” es abordar el avión. Este es el proceso de codificación. Poner el video en nuestra red. Entonces, tenemos que transmitir la señal a través de la red desde nuestro dispositivo de origen hasta nuestro destino. Piensa en esto como el “vuelo” que toma el avión. Tercero, tenemos que bajar del avión. Este es el proceso de decodificación que nos devuelve una señal de vídeo.

Por último, los pasajeros deben obtener su equipaje y salir del aeropuerto. Esta es la velocidad de visualización, un aspecto a menudo pasado por alto del proceso. Incluso si el resto del proceso es rápido, si la pantalla no es capaz de procesar los píxeles lo suficientemente rápido, se agregará latencia. La mayoría de las pantallas tienen un modo “juego” (los fabricantes llaman a este ajuste de maneras diferentes) que hace el vídeo más rápido y minimiza el retraso.

Curiosamente, el “vuelo” real (la velocidad de transmisión) es habitualmente la parte más rápida de la ecuación, ya que la latencia de transmisión para la mayoría de las tecnologías AV en red (networked AV) es menor que un solo frame de vídeo. El proceso de compresión que ocurre durante la codificación (y se repite a la inversa durante la decodificación), por lo tanto, tiene el mayor impacto tanto en la calidad como en la latencia.

La compresión JPEG2000 (utilizado en los sistemas AMX SVSi de la serie N2000) y la compresión de onda de línea, Line-Based Wavelet Compression (LBWC, utilizados en los sistemas AMX SVSI de la serie N1000) realizan toda su compresión en o dentro de un solo frame y por lo tanto no tienen latencias añadidas asociadas con algoritmos de compresión que dependen de múltiples frames. Además, JPEG2000 soporta un método llamado mosaico (tiling) que rompe los frames en pedazos más pequeños para un transporte más rápido y reduce significativamente la latencia. Con mosaico, la latencia JPEG2000 puede reducirse desde el valor de frame completo de 32-50 ms a 10-15 ms.

Usando codecs de alta latencia y alta fidelidad es posible enviar vídeo de alta calidad a anchos de banda inferiores a 1 Gbps.

En esos anchos de banda, resulta muy práctico transportar y conmutar vídeo utilizando una red IP empresarial, lo que significa que los usuarios pueden distribuir vídeo de calidad profesional en una infraestructura existente, reduciendo así el coste total del sistema, simplificando la instalación y permitiendo la expansión sencilla del mismo. JPEG2000 es el códec utilizado por los productos SVSi para ofrecer vídeo de 4K con anchos de banda inferiores a 1 Gbps. Mediante el uso de este codec y el uso de modo mosaico en la imagen, la calidad de vídeo sigue siendo muy alta en las latencias de códec inferior a un frame. De hecho, la calidad del codec es tal que los grandes estudios de cine, cadenas de televisión e incluso la Biblioteca del Congreso de EEUU utilizan JPEG2000.

4k-over-1gbps-white-paper-coverEl documento técnico “4K sobre 1 Gbps” tienes más información y ejemplos que muestran cómo combinaciones de ajustes específicos pueden afectar tanto el ancho de banda como a la calidad de la imagen. Al combinar las ventajas de la transmisión de bajo ancho de banda con el uso de un códec de alta calidad, el video de calidad profesional puede ser distribuido por todo un campus de una manera económica.

AMX SVSi tiene una amplia familia de soluciones diseñadas ex profeso para llevar y conmutar el vídeo por las redes IP. Para soluciones 4K destacan los nuevos AMX SVSi NMX-ENC-N2312  (codificador) y NMX-DEC-N2322 (decodificador) que proporcionan una solución de Distribución y Conmutación Digital Media ágil, con una gran funcionalidad y fácil de implementar que puede ser usada en aplicaciones 4K con resoluciones de hasta 4096×2160, con soporte para HDCP 2.2. Esta solución de codificación basada en ondas lleva el vídeo con casi una latencia imperceptible a una increíblemente bajo ancho de banda de 200Mb/s lo que facilita la distribución 4K sobre redes Ethernet gigabit estándares.

Esta entrada ha sido realizada con información proveniente del post How to distribute 4K networked AV over 1Gbps de nuestro blog hermano Insights escrito por S. Kyle Davis 

 

 

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