Reportaje - Un método innovador para la transmisión de vídeo
Gracias sobre todo a sitios web de intercambio de vídeo y aplicaciones de videoconferencia, la transmisión en este medio ha experimentado un crecimiento explosivo en los últimos años, hasta el punto de que ya supone cerca de la mitad del tráfico de Internet y se prevé que supere el 80 % del mismo en los próximos años. Gran parte de estos contenidos se seguirán contemplando en ordenadores y televisiones de hogares y oficinas, pero cada vez se servirán a través de una gama más amplia de dispositivos móviles distintos: desde la pantalla de 2 pulgadas del teléfono inteligente más pequeño hasta las 21 pulgadas de un portátil pasando por las 9 de una tableta. Además, una buena proporción se servirá por medios inalámbricos mediante redes WiFi, WiMax o, sobre todo, comunicaciones móviles basadas en 3G y 4G en una amplia gama de formas y tamaños, con diferentes formatos, codecs, tasa de fotogramas, calidades, etc. Esta mezcla heterogénea de dispositivos, sistemas de descarga y formatos de contenidos audiovisuales plantea el mayor reto al que se enfrentan los ingenieros a la hora de suplir la cada vez mayor demanda de aplicaciones y servicios audiovisuales solicitados desde dispositivos móviles. Los objetivos son ambiciosos, pero los científicos dedicados al proyecto financiado con fondos europeos Optimix («Optimización de contenidos audiovisuales servidos por conexiones por IP inalámbricas mediante diseño por capa cruzada») demostraron que no son inalcanzables si se reformula desde la base la manera de codificar y enviar material audiovisual. Este equipo científico desarrolló soluciones innovadoras que permiten realizar transmisiones mejoradas de vídeo en un contexto de conexiones punto a multipunto a través de sistemas heterogéneos inalámbricos basados en IP. En los ensayos realizados, la mejora obtenida en la calidad de vídeo fue tal que en muchos casos los usuarios no lograron distinguir entre el vídeo transmitido y el original. «Todos los usuarios deberían poder disfrutar de aplicaciones y servicios audiovisuales sin trabas. La integridad del contenido transmitido debe mantenerse en todo momento y en cualquier lugar», explicó Roberta Fracchia, gestora de programas en Thales Communications and Security (Francia), empresa asociada al proyecto Optimix. «Los consumidores conectados también podrán transmitir contenidos con libertad y fácilmente entre sus dispositivos y compartir contenidos con sus amigos y familiares. Será necesario que esos contenidos se puedan controlar y reproducir mediante cualquier tipo de dispositivo en formatos que resistan el paso del tiempo con independencia del equipo utilizado para grabar, almacenar o editar los contenidos.» «El método actual se basa en técnicas de separación tradicionales, pero centrarse en servicios prestados mediante redes homogéneas no bastará para cubrir la demanda cada vez mayor de que se mantenga la calidad de servicio necesaria para los usuarios con necesidades y requisitos diferentes», informó la Dra. Fracchia. Aprovechar al máximo los recursos de la red y de los dispositivos La separación entre la codificación, el medio de transmisión y el dispositivo receptor ha sido la práctica común desde que se produjo la primera transmisión de vídeo por Internet. Este método es adecuado para su empleo en redes punto a punto (como las que se establecen entre un servidor y un ordenador doméstico), pero no basta para suplir la demanda de un entorno de transmisión de punto a multipunto en el que las redes, los dispositivos y los contenidos presentan cada vez más heterogeneidad. Grosso modo, la transmisión de vídeo mediante el método de separación pasa por la codificación en origen del contenido, previa a su transmisión en formatos como el MPEG, y en un código de canal instalado en el dispositivo físico que corrige errores como los causados por el ruido o las fluctuaciones del ancho de banda. Normalmente la codificación de la fuente y el canal son dos acciones separadas: podría decirse que la mano izquierda no sabe lo que está haciendo la derecha. La calidad del vídeo transmitido no siempre es la mejor para el dispositivo receptor debido a que la fuente no conoce sus características o las capacidades de la red, y tampoco se puede trasladar la transmisión de un dispositivo a otro, como podría ser de utilidad si se desea continuar una visualización iniciada en un ordenador personal en un dispositivo móvil durante un desplazamiento. Para que esto ocurra cada «mano» ha de conocer lo que está haciendo la otra. Para lograrlo el equipo del proyecto Phoenix , anterior a Optimix, perfeccionó una técnica denominada codificación/decodificación conjunta canal-fuente (JSCC/D). En concreto, sus responsables desarrollaron un sistema instantáneo de codificación y decodificación conjunta canal-fuente para lograr una calidad mayor a igual ancho de banda o una calidad idéntica a menor ancho de banda. Los investigadores de Optimix evolucionaron el método conjunto propuesto y lograron que los elementos principales de la cadena de transmisión (codificación de vídeo, módulos de red, capas MAC y física, etc.) se comunicasen mediante el empleo de controladores comunes en el servidor y observadores de la unidad móvil en el dispositivo cliente. En lo tocante al servidor, la transmisión queda en manos de un «Controlador de Aplicación Maestro» (Master Application Controller, MAC), mientras que en la parte del cliente los datos se gestionan mediante un «Controlador de Estación Base» (Base Station Controller). Ambos se engranan mediante un «Motor de inicio» (Triggering Engine) que establece las comunicaciones entre el servidor, las estaciones base y los clientes. Al optimizar al unísono todas las capas de transmisión, los controladores afinan los parámetros de la transmisión audiovisual y proporcionan el mejor rendimiento posible para cada receptor al aprovechar con eficiencia los recursos de la red y de los dispositivos. «La mayor capacidad de comunicación prevista para los dispositivos móviles se suma a que poseerán distintas características y parámetros relacionados con sus capacidades de presentación de contenidos audiovisuales (potencia de procesamiento gráfico, tamaño de pantalla, sonido, etc.). Estos parámetros determinarán la calidad de reproducción audiovisual de la que es capaz el dispositivo móvil», explicó la Dra. Fracchia. Los ensayos realizados con contenidos codificados en el estándar MPEG-4 demostraron mejoras importantes tras la implementación del sistema de Optimix. Los investigadores estudiaron en concreto la relación señal a ruido de pico (PSNR), la relación entre la potencia máxima posible de una señal y la potencia del ruido que afecta a su representación fidedigna, medida en decibelios (dB). Utilizando únicamente el MAC la PSNR superaba los 25dB en un 90 % de los fotogramas, mientras que con una configuración completamente optimizada el 90 % de los fotogramas superó los 30dB, un registro mucho mejor que el alcanzado con cualquier otra técnica de transmisión tradicional. A los espectadores participantes en el ensayo en la Universidad de Kingston, en Londres (Reino Unido), y en la Universidad de Budapest (Hungría) se les pidió que vieran tanto el vídeo original como la versión transmitida y en muchos casos no pudieron apreciar diferencias entre ambas. «Los resultados mostraron que las ventajas de las soluciones de Optimix son evidentes en todas las secuencias de vídeo utilizadas», aseveró la Dra. Fracchia. Los investigadores de Optimix, gracias a los resultados del trabajo, han comenzado a colaborar con distintos organismos dedicados a la estandarización audiovisual, como el JCT-VC (Joint Collaborative Team on Video Coding, «Equipo colaborativo conjunto sobre codificación de vídeo») -perteneciente al ISO/IEC MPEG (ISO/IEC Moving Picture Experts Group, «Grupo de Expertos en Imágenes Móviles ISO/IEC») y al ITU-T VCEG («Sector de estandarización de Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones»)- y la IETF (Internet Engineering Task Force, «Grupo Especial sobre Ingeniería de Internet»). Además han iniciado un proyecto complementario denominado Concerto , dedicado a la optimización de las transmisiones de vídeo inalámbricas en el entorno sanitario, para las cuales la fiabilidad, la calidad y el retardo son cuestiones clave de las que depende la realización de diagnósticos médicos certeros. Optimix recibió fondos para desarrollar su labor científica por valor de 3,71 millones de euros a través de la rama «Medios de comunicación en red» del Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea. Enlaces útiles: - sitio web del proyecto Optimix - ficha del proyecto Optimix en CORDIS - sitio web del proyecto Phoenix - ficha del proyecto Phoenix en CORDIS - ficha del proyecto Concerto en CORDIS Artículos relacionados: - «Aumento del 50 % del ancho de banda», proyecto Phoenix en ICT Results - OMEGA a la cabeza de la transferencia de datos - Las comunicaciones dan un paso adelante - MUSE impulsa la tecnología de banda ancha en Europa