INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO INFORME TÉCNICO FINAL DE PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN ( Enero Diciembre 2006 ) Este formato presenta los aspectos necesarios para la eleboración del Informe Técnico Final de los proyectos de investigación que se registraron en la Cordinación General de Posgrado de Investigación (CGPI) para su desarrollo durante el periodo (Enero Diciembre 2006). La información que se solicita es la minima necesaria para documentar y evaluar el avance de los proyectos de investigación, por lo que es indispensable que se requisite sin omisiones. Identificación del proyecto CITEDI Escuela, Centro o Unidad Clave del Proyecto Título Técnicas de codificación de video para la transmisión inalámbrica de televisión paquetizada. Programa en donde se ubica el Proyecto Comunicaciones Inalámbricas Responsabilidad técnica y administrativa Ciro Andrés Martínez García Moreno Nombre del Director(a) del proyecto Nombre del Director(a) de la Escuela, Centro o Unidad Profesores participantes Número 1 NOMBRE DEL PARTICIPANTE Ciro Andrés Martínez García Moreno PRINCIPALES ACTIVIDADES REALIZADAS Actividades: Dirección del proyecto. DE dd/mm/aaaa 01/01/2006 PERIODO A dd/mm/aaaa 31/12/2006 Participó en: 1 Conferencia 2 Articulos de Divulgación 1 Otro(s) Dra. Mireya García Actividades: Asesoría en codificación de dd/mm/aaaa 01/02/2006 dd/mm/aaaa 31/12/2006

2 video. 2 Participó en: 1 Curso 1 Articulo de Divulgación 1 Articulo Científico 3 Otro(s) 1 Tesista Desarrollo técnico de la investigación Ejercicio de presupuesto total Presupuesto del proyecto IPN/SIP Otras fuentes de financiamiento* Asignado Ejercido Asignado Ejercido Gasto Corriente Inversión 0 0 Total No aplica No aplica * Especifique el nombre de la fuente de financiamiento: Sin fuente de financiamiento externo Producto(s) obtenido(s) Número 1 Descripción Materiales en linea diversos: didácticos, artículos, libros y noticias en torno al estado del arte en codificación de video utilizando el estándar MPEG4, entre otros. Se pretende que mediante un sitio web se contribuya al acceso a las nuevas tecnologías mediante la modalidad de foro de difusión efectiva del conocimiento entre la academia, empresas y gobierno. Dicho foro pretende contribuir a la formación de capital humano especializado para atender a las necesidades del sector. En particular, se presenta conocimiento para el desarrollo de la industria de la televisión digital. Dicho sitio web se encuentra en la siguiente dirección: Subproductos obtenidos 1. Subproductos técnicos: 2. Formación de recursos humanos: 2.2 Practicas Profesionales Nombre: Fabiola Guadalupe Moreno Saldaña Nivel: Superior Tiene constancia de terminación: Si Fecha inicio: 02/05/2006 Fecha terminación: 18/08/2006 Estado actual del alumno: Programa concluido Lugar

3 Laboratorio de procesamento de video del CITEDI Actividad Actualización de un sitio web con enlaces a bases de datos Observaciones Universidad Tecnológica de Tijuana 553 horas 2.4 Tesis Nombre: Berenice Ramírez Magaña Nivel: Posgrado Tipo: Tesis Fecha de registro: 15/01/2007 Fecha de examen: 18/12/2006 El alumno proviene de una institución externa al IPN: No Nombre de la institución del alumno: Tema Análisis de algoritmos utilizados en el método de comparación de bloques para la estimación de movimiento en video Actividad Co-dirección de la tesis de maestría. Profesor responsable: (Codirector) Dra. Mireya García 3. Difusión de la investigación: 3.1 Cursos Tipo: Nacional No. de horas: 40 Fecha de inicio: 07/08/2006 Fecha de terminación: 15/12/2006 Nombre Visión, procesamiento e interpretación de imágenes digitales, clave 3575 Lugar

4 CITEDI-IPN, Tijuana, BC Profesor responsable: Dra. Mireya García 3.2 Conferencias Tipo: Nacional Fecha de realización: 23/11/2006 Título Introducción a la Televisión Digital de Alta Definición (HDTV) Lugar 2o Encuentro Académico Regional, IPN-CITEDI, Hotel Camino Real, Tijuana, B.C. Profesor responsable: Ciro Andrés Martínez García Moreno 3.3 Artículos de Divulgación Tipo: Institucional Fecha de realización: 23/11/2006 País: México Revista: Edición CITEDI-IPN 2006 Título Estudio de Factibilidad para la Creación de un Centro Estratégico de Desarrollo para la Industria de Display Devices en Baja California Profesor responsable: (Autor) Ciro Andrés Martínez García Moreno 3.3 Artículos de Divulgación Tipo: Institucional Fecha de realización: 23/11/2006 País: México Revista: Edición CITEDI-IPN 2006 Título Técnicas de codificación de video para la transmisión inalámbrica de televisión paquetizada

5 Profesor responsable: (Autor) Ciro Andrés Martínez García Moreno (Coautor) Dra. Mireya García 3.3 Artículos Científicos Tipo: Nacional Fecha de realización: 23/11/2006 País: México ISSN: Revista: Edición CITEDI-IPN 2006 Título Video sobre IP: Introducción. Profesor responsable: (Autor) Dra. Mireya García 4. Otros (Precisar) Tiene anexo: No Descripción CONGRESO INTERNACIONAL Proceedings Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference CERMA 2OO6 Volume II New fast and robust stochastica lgorithm of two stage vector quantizationf or joint source-channel speech coding for any transmission channel M. S. García V., A. A. Ramirez A. pp Profesor responsable: Dra. Mireya García 4. Otros (Precisar) Tiene anexo: No Descripción DIPLOMADO Diplomado de televisión digital. Módulos V y VI CITEDI-IPN

6 Profesor responsable: Dra. Mireya García 4. Otros (Precisar) Tiene anexo: No Descripción CONGRESO INTERNACIONAL 15th International conference on computing CIC 2006 Analyzing video object motion focusing on non-planar rotation for two video applications A. A. Ramírez Acosta., M. S. García Vázquez Noviembre 21-24, 2006 Profesor responsable: Dra. Mireya García 4. Otros (Precisar) Tiene anexo: No Descripción FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS ESTUDIANTE PIFI CON APOYO EXTERNO AL IPN Juan Miguel Colores Vargas Adscrito: CITEDI-IPN, Maestría en Sistemas Digitales Desarrollo de plataforma experimental de televisión por Internet y del centro de documentación. Nivel: Estudiante de posgrado Inicio: septiembre 2006 Terminación: diciembre 2006 Estado actual: programa vigente en proceso. Profesor responsable: Ciro Andrés Martínez García Moreno

7 ANEXO 1 DESARROLLO TÉCNICO DE LA INVESTIGACIÓN TÉCNICAS DE CODIFICACIÓN DE VIDEO PARA LA TRANSMISIÓN INALÁMBRICA DE TELEVISIÓN PAQUETIZADA Registro IPN-SIP: Dr. Ciro Andrés Martínez García Moreno ciro@drciro.com RESUMEN En esta propuesta de estudio se analizó el estado del arte del campo de la codificación de la señal de televisión digital, las bondades del estándar de codificación MPEG-4 y la transmisión por medio de la red Internet. INTRODUCCIÓN El estado del arte de las comunicaciones inalámbricas tiende a una movilidad con ubicuidad y, particularmente en lo referente al video digital, busca aplicar los últimos resultados de la codificación audiovisual avanzada arrojados por los trabajos realizados alrededor del estándar MPEG4 parte 10, tendientes a obtener una mejor imagen con la mitad de la tasa de bits [1]. El estándar MPEG4 se presenta como una alternativa en costo y rapidez al estándar internacional presente en la industria denominado MPEG2 y permite proponer nuevos servicios de banda ancha inalámbricos para, entre otros, recibir televisión en los teléfonos celulares. Este trabajo de investigación pretende capitalizar los logros realizados por el grupo de televisión digital, para darles congruencia y pertinencia en el contexto de este campo emergente de la frontera tecnológica y sentar las bases para la formulación a mediano plazo de proyectos de investigación en este campo. 1

8 Esta propuesta de estudio se desarrolló en el seno del Grupo de Investigación de Procesamiento Digital de Señales (PDS) del Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Digital (CITEDI) del Instituto Politécnico Nacional ( enmarcada en el contexto del Programa de Investigación de Comunicaciones Inalámbricas ( OBJETIVO Capitalizar los logros realizados en el campo de la televisión digital por el Grupo de Procesamiento Digital de Señales del CITEDI, darles congruencia y pertinencia en el contexto de este campo emergente de la frontera tecnológica centrado en la codificación de video digital basada en el estándar MPEG-4 [1]. Abordar, entre otros, los sistemas de paquetización de video digital para su transmisión en redes inalámbricas IP de banda ancha. MÉTODOS Y MATERIALES IPTV La televisión sobre protocolo Internet, IPTV (por sus siglas en inglés de: internet protocol television), consiste en la distribución de televisión digital, así como de otros servicios de audio y video por medio de redes de datos de banda ancha utilizando los mismos protocolos básicos que hacen funcionar a Internet. Aunque es común la utilización de la tecnología de la red Internet para la distribución de video digital (por ejemplo, el servicio no debe confundirse la televisión sobre protocolo Internet con la experiencia en la web del video afluente (en inglés: streaming video) que no ha sido capaz de proporcionar un servicio aceptable de televisión. La televisión IPTV representa una tecnología disruptiva [3] que transformará tanto a la televisión como a la red Internet como las conocemos actualmente; de hecho, las empresas de telecomunicaciones alrededor del mundo empiezan a ofrecer servicios de televisión, mientras que los proveedores de servicios de internet incrementan sus servicios 2

9 de video; sin embargo, las empresas televisoras parecen no reaccionar ante esta amenaza y a la vez oportunidad. En efecto, la televisión se transformará en algo similar a la red Internet, al verse desplazada la distribución de material programado a favor de millones de programas bajo demanda que se pueden bajar de la red, pasando el control de lo que se despliega del proveedor al consumidor, quien generará su propia programación a partir de múltiples proveedores internacionales, y disfrutará del contenido cuando y donde quiera [2]. Dado que la IPTV utiliza una red en ambos sentidos, se contempla además ofrecer una gran cantidad de servicios interactivos. ESTÁNDAR MPEG-4 Y OTROS Para asegurarse que los desarrollos tecnológicos en estos campos emergentes puedan ser aprovechados al máximo, es necesario enmarcarse en el contexto de los estándares internacionales, donde los más importantes para este nuevo campo son: MPEG-4, DLNA, UPnP, IMS y SIP, al igual que el conocido como la Alianza Móvil Abierta (en inglés: Open Mobile Alliance, ocupada de los estándares para la interoperabilidad de servicios), la Alianza ZigBee (estándares inalámbricos para la detección y el control), 3GPP/2, y IMF11 entre otros [4]. Los esfuerzos del grupo de Procesamiento Digital de Señales del CITEDI están encaminados a abordar el campo del estándar MPEG-4, y específicamente el correspondiente a la parte 10 AVC, que de acuerdo al Dr. Ajay Luthra --del grupo de tecnologías avanzadas de Motorola, con quien el grupo de PDS del CITEDI estableció contacto personal en octubre de 2006 y pretende establecer contacto académico más cercano-- permite obtener una mejor calidad de imagen con la mitad de la tasa de bits [1]. 3

10 Lo anterior puede verse en las siguientes gráficas donde el Dr. Luthra presentó un comparativo entre las tasas de bits necesarias para obtener un mismo PNSR (~32 db) para una secuencia de video de prueba conocida como Móvil y Calendario en formato CIF, para diferentes estándares internacionales. Figura 1.- Tasas de transmisión en función del PNSR[1] En la figura 1 podemos apreciar que para un factor de calidad de imagen PNSR de 32 db, se requiere una tasa de transmisión de bits de aproximadamente 2,500 kbps para codificación MPEG-2, mientras que para codificación MPEG-4 AVC, se requiere de aproximadamente 800 kbps. 4

11 Figura 2.- Comparación de estándares MPEG4 versus MPEG2[1] En la gáfica de la figura 2 podemos constatar que para el caso de la secuencia de video de prueba conocida como Móvil y Calendario en formato CIF, la codificación con MPEG-4 AVC --para igualdad de valor de calidad de imagen-- sólo requiere de un 33% del valor de tasa de transmisión de bits que el requerido para la codificación MPEG-2. REDES INALÁMBRICAS DE BANDA ANCHA Cualquier red de banda ancha de protocolo IP puede ser utilizada para distribuir televisión IPTV, lo cual permite a las compañías telefónicas, así como a las de cable y de televisión satelital, distribuir televisión digital y otros servicios asociados en forma masiva utilizando la infraestructura de telecomunicaciones existente. Mediante la utilización de diferentes 5

12 métodos de compresión de video digital, hoy en día es posible distribuir televisión digital de alta definición sobre esas mismas redes. La línea entre las comunicaciones fijas y móviles es cada vez más difusa. Las redes de telefonía celular tradicionales de cobertura amplia, actualmente están ofreciendo cada vez mayores anchos de banda y velocidades, al migrar GPRS1 a EDGE2, CDMA3 a EVDO4, y HSDPA5 y OFDM6 pasan del laboratorio a productos comerciales. El gran ancho de banda y las grandes capacidades de las redes convergentes que emergen, particularmente las redes de cuarta generación (4G) y WiMAX, estan dando paso a una nueva generación de aplicaciones, interfaces, servicios y posibilidades de negocio [4], entre ellas, la IPTV. RESULTADOS Se estudiaron sistemas de paquetización de video digital IPTV y se establecieron contactos con el sector industrial que permitirán ofrecer esta nueva capacidad del grupo de PDS para generar propuestas de investigación y desarrollo tecnológico vinculado. Se generó la plataforma informática necesaria para la presentación en línea de diversos materiales relacionados con el estado del arte de los sistemas de video digital paquetrizado IPTV y a la codificación de video utilizando el estándar MPEG4, entre otros: didácticos, artículos, colección de libros esopecializados y noticias, principalmente. Se pretende que mediante este sitio web se contribuya al acceso a las nuevas tecnologías mediante la modalidad de foro de difusión efectiva del conocimiento entre la academia, empresas y gobierno. Dicho foro pretende contribuir a la formación de capital humano especializado para atender a las necesidades del sector. En particular, se presenta conocimiento para el desarrollo de la industria de la televisión digital. Dicho sitio web se encuentra en la siguiente dirección: 6

13 Figura 3.- Aspecto del sitio donde se generó material en línea. 7

14 Se propuso un tema de tesis de maestría relacionado con un estudio comparativo entre las tecnologías comerciales disponibles para generar un servicio de televisión por Internet (IPTV), y la desarrollada por una empresa de alta tecnología incubada en la Escuela Nacional Superior de Telecomunicaciones (ENST) de Francia. Par ello, se contó con colaboración del Dr. Alejandro Ramírez Acosta, quien realizó una estancia de un año en el laboratorio de televisión digital del CITEDI. IMPACTO Se demostró la tecnología de IPTV y la capacidad del grupo de PDS del CITEDI a empresarios del sector de telecomunicaciones. Se presenta la demostración realizada en el laboratorio de televisión digital al Director General de Globalsat, Eric Cataño ( el 24 de octubre de Foto 1.- Desarrollo de la demostración IPTV. 8

15 Se contó con la colaboración del Dr. Alejandro Álvaro Ramírez Acosta, de la compañía francesa PILIMTEC, quien cuenta con un desarrollo tecnológico basado en el estándar MPEG-4. Foto 2.- Demostración de la tecnología de IPTV al sector industrial. Finalmente, los conocimientos adquiridos fueron puestos en operación al elaborar una propuesta de proyecto de investigación registrada en el Megaproyecto del CONACYT denominado LABORATORIO VIRTUAL DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO PARA LA CREACIÓN DE SOFTWARE DE TELECOMUNICACIONES, presentado por el INAOE en mayo de

16 REFERENCIAS [1] Motorola 2006 Video Network User s Conference, San Diego, EEUU, octubre [2] IPTV: Broadband meets broadcast The network television revolution, [3] Shelly Palmer, Television disrupted, Focal Press, 2006 [4] Seamless Mobility - A Continuity of Experiences Across Domains, Devices and Networks, white paper Motorola, Inc., 2005 Ver