EVALUACION DE SERVIDORES DE STREAMING DE VIDEO ORIENTADO A DISPOSITIVOS MOVILES JUAN PABLO QUINTERO ORTIZ CRISTIAN ANDREY CASTRO SERNA

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1 EVALUACION DE SERVIDORES DE STREAMING DE VIDEO ORIENTADO A DISPOSITIVOS MOVILES JUAN PABLO QUINTERO ORTIZ CRISTIAN ANDREY CASTRO SERNA Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Electrónico Asesor Ph.D José Edinson Aedo UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARATAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA MEDLLÍN 2006

2 NOTA DE ACEPTACIÓN La Universidad de Antioquia, y en nombre el Departamento de Ingeniería Electrónica, decide aprobar el siguiente proyecto de grado como requisito para optar el título de Ingeniero Electrónico. Jurado 1 Jurado 2

3 Agradecimientos Agradezco a Dios por brindarme todo lo que tengo, a mi Madre, a mi Padre, a mis Hermanos, por ser mi bastión y mi ejemplo, a mi novia y a mis amigos, que son los hermanos del alma. Juan Pablo Quintero Ortiz. No Hay palabras en este universo ni en ningún otro para agradecerles por todo lo maravilloso que me han dado mis padres, mi familia y mis amigos. Cristian Andrey Castro Serna

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5 TABLA DE CONTENIDOS INTRODUCCIÓN... 1 OBJETIVOS CARACTERISTICAS DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS Ondas de Radio Frecuencias y canales Fenómenos que afectan las transmisiones de radiofrecuencia Absorción Reflexión Interferencia Estándares de Comunicaciones inalámbricas en redes WLAN Esquemas de modulación usados en a/b/g DSSS Espectro Ensanchado por Secuencia Directa FHSS Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia Efectos de la movilidad en el desempeño de un servicio de streaming CONCEPTOS DE VIDEO DIGITAL Captura de video Formatos de video Codificación de video Estándares de codificación de video Estándares desarrollados por la ITU Estándares desarrollados por la ISO/IEC CONCEPTOS DE STREAMING Introducción Distribución de video Bajo demanda En vivo... 35

6 3.3 Esquemas de distribución Broadcast Unicast Multicast Protocolos ProtocoloTCP Protocolo UDP Protocolo RTP Protocolo RTSP Protocolo SCTP Funcionamiento de un servicio de Streaming SERVIDORES DE STREAMING VLS Descripción general Componentes VLS Arquitectura General Descripcion de Clases Comunes Como es el proceso de Broadcasting? Darwin Streaming Server Arquitectura del servidor Modulos Protocolos Helix Server Cliente/Servidor Protocolos soportados Plug-ins Streaming desde el Helix Universal Server Sirviendo múltiples Streams Comunicación mediante HTTP Manejo de memoria Manejo de Sesión... 67

7 5. PLAN DE PRUEBAS Metodología Resultados Diferentes ratas de compresión para cada servidor Diferentes servidores para cada rata de compresión Comparación de consumo de corriente con el radio a pagado y un stream determinado para cada servidor Graficas de tráfico de red CONCLUSIONES ANEXO 1. ACPI ANEXO 2. PORTAL DE GESTION DE CONTENIDO BIBLIOGRAFIA

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Longitud de onda, Amplitud y Frecuencia de una onda de 2 ciclos por segundo... 6 Figura 2. Espectro electromagnético... 7 Figura 3. Canales y frecuencias centrales en el estándar b... 8 Figura 4. Cobertura por celdas evitando superposición de canales... 8 Figura 5. Ángulos de incidencia y reflexión Figura 6. Fenómeno de reflexión en antenas parabólicas Figura 7. Interferencia constructiva y destructiva Figura 8. Transición entre Celdas Figura 9. Proceso de captura de video Figura 10. Modelo de distribución Bajo demanda Figura 11. Modelo de distribución en vivo Figura 12. Modelo de distribución Broadcast Figura 13. Modelo de distribución Unicast Figura 14. Modelo de distribución Multicast Figura 15. Implementación de servicio de streaming Figura 16. Reproducción de contenido almacenado en el buffer de recepción Figura 17. Estructura general de un servicio implementado con VideoLAN Figura 18. Módulos componentes de VLS Figura 19. Arquitectura VLS Figura 20. Gestión de streaming en el VLS Figura 21. Clases comunes en el VLS Figura 22. Diagrama de inicio de stream en el VLS Figura 23. Esquema de envio del paquete TS en el VLS Figura 24. Relación Clientes, hilos del núcleo del servidor y modulos del Darwin Streaming Server 57 Figura 25. Arquitectura del Helix Universal Server Figura 26. Streaming desde el Helix Server hacia el Real Player Figura 27. Distribución de múltiples streams en el Helix Server Figura 28. Tunelamiento de Streaming sobre HTTP Figura 29. Control de sesión en el Helix Server Figura 30. Plataforma de pruebas... 70

9 Figura 31. Plataforma de pruebas en el laboratorio de Microelectrónica y control Figura 32. Consumo de corriente [ma] en el cliente con diferentes stream servidos desde el VLS. 74 Figura 33. Consumo de corriente [ma] en el cliente con diferentes stream servidos desde el Darwin Streaming Server Figura 34. Consumo de corriente [ma] en el cliente con diferentes stream servidos desde el Helix Server Figura 35. Consumo de corriente [ma] en el cliente debido al stream de 112Kbit en cada uno de los servidores Figura 36. Consumo de corriente [ma] en el cliente debido al stream de 256Kbit en cada uno de los servidores Figura 37. Consumo de corriente [ma] en el cliente debido al stream de 512Kbit en cada uno de los servidores Figura 38. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs Darwin streaming Server con stream de 112Kbit Figura 39. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs Helix Server con stream de 112Kbit Figura 40. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs VLS con stream de 112Kbit Figura 41. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs VLS con stream de 256Kbit Figura 42. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs Darwin streaming Server con stream de 256Kbit Figura 43. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs Helix Server con stream de 256Kbit Figura 44. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs Helix Server con stream de 512Kbit Figura 45. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs Darwin streaming Server con stream de 512Kbit Figura 45. Comparación de consumos de corriente [ma] Radio OFF Vs VLS con stream de 512Kbit Figura 46. Tráfico de datos con stream de 112Kbits servidos por el VLS Figura 47. Tráfico de datos con stream de 256Kbits servidos por el VLS Figura 48. Tráfico de datos con stream de 512Kbits servidos por el VLS... 83

10 Figura 49. Tráfico de datos con stream de 112Kbits servidos por el Darwin Streaming Server Figura 50. Tráfico de datos con stream de 256Kbits servidos por el Darwin Streaming Server Figura 51. Tráfico de datos con stream de 512Kbits servidos por el Darwin Streaming Server Figura 52. Tráfico de datos con stream de 112Kbits servidos por el Helix Server Figura 53. Tráfico de datos con stream de 256Kbits servidos por el Helix server Figura 54. Tráfico de datos con stream de 512Kbits servidos por el Helix Server Figura 55. Búsqueda rápida Figura 56. Búsqueda por descripción de campo Figura 57. Búsqueda alfabética Figura 58. Grabación de contenido LISTA DE TABLAS Tabla 1. Características de la familia de estándares inalámbricos (Wi-Fi) Tabla 2. Características del estándar inalámbrico n Tabla 3. Formatos de video digital Tabla 4. Partes MPEG Tabla 5. Partes de MPEG Tabla 6. Partes de MPEG Tabla 7. Características de los servidores de streaming en evaluación Tabla 8. Consumos de corriente [ma] promedio a diferentes ratas de compresión... 90

11 INTRODUCCIÓN Se puede pensar en la sociedad actual como la sociedad de las comunicaciones, donde todos y cada uno de nosotros ha tenido que adoptar nuevas y cada vez más sofisticadas tecnologías que nos han llevado a un mundo donde el estar comunicados es prerrequisito indispensable para vivir en sociedad. Y es en este contexto que las nuevas tecnologías imprimen un cambio radical en la concepción de las posibilidades de los servicios que hasta ahora se habían ofrecido. El auge cada vez mayor de los dispositivos móviles han hecho de las comunicaciones un escenario que años atrás era casi impensado. En la actualidad no basta solo con poder comunicarnos de la manera tradicional, sino que la aparición de nuevos y revolucionarios servicios han creado un entorno donde la interactividad y la comunicación no solo por voz sino por video se convertirá a futuro en la manera tradicional en la cual nos comunicaremos. Dentro de este nuevo entorno los dispositivos móviles juegan un papel más que importante. Gracias a ellos el mundo ha sufrido un cambio realmente sorprendente, donde el estar en continuo contacto con el mundo dejó de ser una utopía para pasar a convertirse en una realidad que cambió para siempre nuestras vidas. No obstante estas ventajas existen inconvenientes y la movilidad trae implícita retos que aun se están afrontando como la limitada capacidad de almacenamiento, procesamiento, consumo eficiente de energía y otros que continuarán surgiendo a medida que se avance en la prestación de diferentes tipos de servicios en dispositivos móviles, tales como el desarrollo de protocolos de transporte que sean sensibles a los cambios continuos en los niveles de señal inherentes a los sistemas

12 móviles, estas limitaciones imponen lineamientos claros en pro de suplir tales carencias o ayudar a sobrellevarlas mas fácilmente. Es así que han surgido muchas propuestas, no solo en lo que tiene que ver en la parte de hardware, también con el software, que han permitido que estos dispositivos tengan prestaciones cada vez mejores. El desarrollo de hardware y software basados en criterios de bajo consumo de energía, la implementaron de sistemas de hardware dinámicamente reconfigurable y la utilización de técnicas de streaming para la optimización en el uso de los sistemas de almacenamiento, son soluciones que están orientadas a dotar al dispositivo móvil de características que le permitan estar a la vanguardia de los esquemas de comunicaciones actuales; en los cuales la interactividad y la difusión de contenido multimedia ha adquirido una importancia cada vez mayor y se ha convertido en algo indispensable en la concepción de un dispositivo móvil. De este entorno tan exigente surge el concepto de streaming de video en tiempo real, como un servicio que toma cada día mas fuerza y que posibilita la difusión de contenido multimedia en dispositivos móviles, que seria casi que imposible de otra manera. El concepto de streaming nace de la necesidad de difundir contenido multimedia a través del Internet sin la necesidad de descargar todo el tamaño del archivo, y permitir un grado de interactividad en tiempo real. Para difundir este tipo de contenido multimedia se hace necesario de un servidor de streaming, que permita gestionar las conexiones y anchos de banda que los usuarios conectados al sistema están solicitando. 2

13 Aunque el surgimiento de los servidores de streaming ha solucionado en gran parte el problema de difusión de contenido multimedia en Internet, esta solución fue orientada en un principio a equipos de escritorio, y no a dispositivos móviles por lo que aun son precarias las soluciones que se ofrecen en este aspecto. Es precisamente por dicha carencia que este trabajo se torna realmente importante, surge en la necesidad de orientar los esquemas actuales de los servidores de streaming hacia los dispositivos móviles. Primero haciendo una evaluación de los servidores de streaming mas conocidos, en cuanto al desempeño que éstos indirectamente le proporcionen al dispositivo y por último haciendo una evaluación de cuáles criterios cobran mayor importancia en el esquema de un servidor de streaming de contenido multimedia orientado a dispositivos móviles. 3

14 OBJETIVOS Objetivo general: Evaluar diferentes tipos de servidores de streaming con el fin de sugerir las características mas adecuadas para ofrecer un servicio orientado a clientes en dispositivos móviles. Objetivos específicos: Establecer criterios de evaluación para los diferentes servidores de streaming. Definir un plan de pruebas. Montaje y puesta a punto de los servidores seleccionados para la evaluación. Implementación de un portal para el acceso de los clientes al material multimedia por medio de la red. Obtención de los resultados mediante el desarrollo del plan de pruebas. 4

15 1. CARACTERISTICAS DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS Las comunicaciones inalámbricas hacen uso de las ondas de radio para transmitir la información, hablando en términos de los modelos de interconexión de sistemas abiertos como el modelo OSI [1] o el TCP/IP [1], nos estamos refiriendo al nivel mas bajo del modelo, el medio físico y el de acceso al medio (MAC) por lo tanto desde el punto de vista de las aplicaciones no existe ninguna diferencia con una transmisión por un medio cableado. Pero las ondas de radio poseen propiedades determinantes en el momento de definir un buen enlace. No es posible saber la ruta que sigue una onda de radio o evitar total mente que haya interferencia con otras transmisiones en el entorno, algo que no sucede en una red cableada, debido al confinamiento de la señal que proporciona el cable, no sucede. 1.1 Ondas de Radio Una onda es la vibración periódica en el tiempo de un medio o material. Las ondas de radio son por lo tanto vibraciones del campo electromagnético que están definidas por características tales como su longitud de onda, frecuencia y velocidad, una relación matemática de lo anterior está dada por: Velocidad = Frecuencia * Longitud de Onda 5

16 Además de las propiedades anteriores, las ondas de radio poseen otra característica, la amplitud, siendo ésta la distancia desde el centro de la onda hasta el punto máximo. Figura 1. Longitud de onda, Amplitud y Frecuencia de una onda de 2 ciclos por segundo. Las ondas electromagnéticas abarcan un amplio rango de frecuencias, es denominado espectro electromagnético, está compuesto por diferentes tipos de radiación, Rayos-X, Ultravioleta, Luz visible, infrarrojo y otras más. El espectro comprendido entre 3 Hz a 300 GHz, es llamado Radio frecuencias debido a que es la porción del espectro en el que las ondas pueden ser transmitidas aplicando corriente alterna a una antena. 6

17 Figura 2. Espectro electromagnético Es muy popular el uso de frecuencias pertenecientes a la banda ISM [1], para la transmisión de datos mediante ondas de radio, existen estándares como el IEEE que hace uso de éstas debido a que esta banda se mantiene abierta para uso general sin necesidad de licenciamiento, al contrario de la mayoría del resto del espectro que se encuentran altamente controlados y el cual se usa para otro tipo de comunicaciones como radio y televisión u otras comunicaciones de voz y datos. Un concepto que se maneja en relación con el uso de un rango de frecuencias específico es el de ancho de banda, este es la parte del espectro que un dispositivo está en capacidad de manejar o para el cual tiene un funcionamiento apropiado. El ancho de banda está muy relacionado con la cantidad de datos que se pueden transmitir en un momento dado. Esto es, por una conexión de 1 Mbps es posible tener un flujo continuo de datos de 1 Mb cada segundo. 7

18 1.2 Frecuencias y canales Haciendo énfasis en la banda ISM podemos ejemplificar el uso del espectro en el estándar IEEE b, éste hace uso de las frecuencias cercanas a los 2,4 GHz y se hace una división del espectro en partes iguales ó canales, cada uno con un ancho de banda de 22 MHz pero separados solamente 5 MHz. Como consecuencia los canales adyacentes se superponen y pueden interferir unos con otros. Figura 3. Canales y frecuencias centrales en el estándar b Como se visualiza en la figura anterior, los canales 1, 6 y 11 no se superponen, por lo que son comúnmente usados en los sistemas inalámbricos adyacentes o en sistemas de cobertura por celdas como se ilustra a continuación. Figura 4. Cobertura por celdas evitando superposición de canales 8

19 Hay un hecho claro con respecto a la frecuencia de la onda sobre la cual viaja la información, ya que afecta directamente la distancia de propagación. Asumiendo niveles iguales de potencia en la transmisión, se tiene que las ondas de más baja frecuencia viajan mayores distancias, o sea que un transmisor en los 77MHz emite a distancias mayores que uno a 108MHz. Otro aspecto muy importante es que las ondas de menor frecuencia rodean los obstáculos, esto es, si una onda de 4 metros de que viaja en el agua se encuentra con un obstáculo en la superficie de unos cuantos milímetros ésta no se detiene, pero si se topa con un barco la onda sufrirá atenuación. La distancia de propagación de la onda depende también del tamaño de los obstáculos que ésta se encuentra en su camino. La sondas electromagnéticas no están exentas de este tipo de fenómenos, por ejemplo, la radio FM comercial (88 MHz 108 MHz) puede atravesar edificaciones y obstáculos de este tipo fácilmente pero los teléfonos GSM (900 MHz),Na aunque esto también se debe a la diferencia en la potencia de los transmisores de FM y GSM. La gran ventaja que poseen las ondas radiadas a más altas frecuencias es que mientras más rápida sea la oscilación, mayor cantidad de información puede transportar. 1.3 Fenómenos que afectan las transmisiones de radiofrecuencia Absorción Las ondas se debilitan o atenúan cuando atraviesan algún material, la cantidad de potencia perdida depende del material y de la frecuencia de la onda. Para 9

20 determinar el impacto de determinado material sobre la onda se hace uso del coeficiente de absorción. Los dos materiales más absorbentes para las microondas son el agua y el metal, en la práctica se consideran estos dos elementos como absorbentes perfectos, por lo tanto los cambios climáticos que generen niebla, vapor ó lluvia inciden de manera negativa en el radio enlace. Para los árboles y la madera la absorción depende de la cantidad de agua que contengan, para nosotros los humanos y los animales también aplica debido a que para efectos de la onda de radio, somos básicamente agua Reflexión Dependiendo del ángulo de incidencia de la onda en una superficie determinada se puede presentar el fenómeno de Reflexión, el ángulo de incidencia de la onda determina el ángulo de reflexión, ambos son iguales respecto al plano de incidencia. Figura 5. Ángulos de incidencia y reflexión Debido a este fenómeno se presenta el efecto multitrayectoria (multipath), debido a la reflexión de la onda cuando choca con los elementos que se encuentran en su 10

21 camino de propagación, esto causa que las señales lleguen al receptor por medio de diferentes caminos con las implicaciones que esto conlleva en el retardo de las mismas, este efecto juega un papel muy importante en la planeación y ejecución de un enlace de radio siendo muchas veces imposible calcular la posible reflexión. En el diseño de antenas se hace uso de este fenómeno para focalizar las ondas incidentes. Figura 6. Fenómeno de reflexión en antenas parabólicas Interferencia Existen dos tipos de interferencia, constructiva y destructiva, para que dos ondas interfieran perfectamente en una de estas dos formas deben tener una relación de fase fija e igual frecuencia. Figura 7. Interferencia constructiva y destructiva 11

22 En la implementación de redes inalámbricas, la interferencia se asocia a todo tipo de alteraciones causadas por otras redes en el entorno u otras fuentes de microondas en la misma frecuencia. Siempre que existan ondas que se crucen y posean las características descritas anteriormente se eliminan o se crean nuevas ondas de las cuales es imposible leer la información que portan. Para sobrellevar los problemas causados por la interferencia se hace uso de las técnicas de modulación y el uso adecuado de los canales. 1.4 Estándares de Comunicaciones inalámbricas en redes WLAN En el contexto de las redes LAN [1] el estándar manejado es el IEEE [2] ó comúnmente llamado wi-fi (wíreless fidelity), fue desarrollado por el grupo de trabajo 11 del comité de estándares de redes LAN/MAN. El termino es usado generalmente para denotar el estándar inicial al que también se le llama Legacy. La familia incluye 6 técnicas de modulación que usan el mismo protocolo, las técnicas mas populares son las definidas por las enmiendas a, b y g, siendo el b el primer estándar ampliamente aceptado, seguido de a y luego g. A continuación se muestra una tabla comparativa de las características mas destacadas de los estándares mencionados. 12

23 Protocolo Lanzamiento Frecuencia de operación Rata de Transmisión Rata de Transmisión Alcance en interiores (Típica) (Maxima) Legacy GHz 1 Mbit/s 2 Mbit/s * a GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s ~30 mts b GHz 6.5 Mbit/s 11 Mbit/s ~30 mts g GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s ~30 mts * No hay un dato estimado. Tabla 1. Características de la familia de estándares inalámbricos (Wi-Fi) En Enero del 2004 se decidió formar un nuevo grupo de trabajo para desarrollar una nueva enmienda de cuyo nombre es n, la rata de transmisión que se busca obtener esta estimada en 540 Mbit/s, la cual es 10 veces más que la obtenida por los estándares a y b. Para alcanzar esta rata de transferencia se hará uso de la tecnología MIMO (multiple-input multiple-output), la cual permite el uso de múltiples antenas de recepción y transmisión con lo que se puede implementar métodos de diversidad espacial que permitan un incremento en el rango de rata de transferencia. El objetivo es tener listo el estándar para el año Protocolo Lanzamiento Frecuencia de Rata de Transmisión Rata de Transmisión Alcance en interiors operación (Típica) (Maxima) n Abril ó 5 GHz 200 Mbit/s 540 Mbit/s ~50 mts Tabla 2. Características del estándar inalámbrico n 1.5 Esquemas de modulación usados en a/b/g 13

24 1.5.1 DSSS Espectro Ensanchado por Secuencia Directa En esta técnica de modulación se genera un patrón de bits redundante (señal de chip) para cada uno de los bits que componen la señal. Cuanto mayor sea esta señal, mayor será la resistencia de la señal a las interferencias. El estándar IEEE recomienda un tamaño de 11 bits, pero el optimo es de 100. En recepción es necesario realizar el proceso inverso para obtener la información original. La secuencia de bits utilizada para modular los bits se conoce como codigo de dispersión o pseudo ruido. Es una secuencia rápida diseñada para que aparezca aproximadamente la misma cantidad de 1 que de 0. Un ejemplo de esta secuencia en codificación Manchester es el siguiente Solo los receptores a los que el emisor haya enviado previamente la secuencia podrán recomponer la señal original. Además, al sustituir cada bit de datos a transmitir, por una secuencia de 11 bits equivalente, aunque parte de la señal de transmisión se vea afectada por interferencias, el receptor aún puede reconstruir fácilmente la información a partir de la señal recibida. Una vez aplicada la señal de chip, el estándar IEEE ha definido dos tipos de modulación para la técnica de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS), la modulación DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) y la modulación DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying), que proporcionan una velocidad de transferencia de 1 y 2 Mbps respectivamente. La revisión IEEE b aumenta esta velocidad hasta los 11Mbps, lo que incrementó notablemente el rendimiento de este tipo de redes. 14

25 1.5.2 FHSS Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia La tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia (FHSS) consiste en transmitir una parte de la información en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo llamada dwell time e inferior a 400 ms. Pasado este tiempo se cambia la frecuencia de emisión y se sigue transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de información se va transmitiendo en una frecuencia distinta durante un intervalo muy corto de tiempo. El orden en los saltos en frecuencia se determina según una secuencia pseudo aleatoria almacenada en unas tablas, y que tanto el emisor y el receptor deben conocer. Si se mantiene la sincronización en los saltos de frecuencias se consigue que, aunque en le tiempo se cambie de canal físico, a nivel lógico se mantiene un solo canal por el que se realiza la comunicación. Esta técnica también utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales con un ancho de banda de 1MHz cada uno. El número de saltos por segundo es regulado por cada país, así, por ejemplo, Estados Unidos fija una tasa mínima de saltas de 2.5 por segundo. El estándar IEEE define la modulación aplicable en este caso. Se utiliza la modulación en frecuencia FSK (Frequency Shift Keying). 1.6 Efectos de la movilidad en el desempeño de un servicio de streaming El desempeño de un servicio de streaming se puede ver notablemente afectado en presencia de un cliente móvil en la red, esto es debido a la inconsistencia en la 15

26 calidad del canal, intermitencia en la conexión, bloqueos de la señal en el ambiente que introducen ruidos y ecos, y otros tipos de efectos generados por los fenómenos que lleva implícita una transmisión por medio de ondas de radio, como la reflexión, la difracción, la absorción y la interferencia, todos estos efectos generan menor estabilidad en la conexión, disminución en el ancho de banda efectivo y tasas de error mas altas. Por lo general, los servicios de streaming se implementan sobre el protocolo UDP, en el que no se hace retransmisiones debidas a las perdidas de paquetes, por lo que la disminución en el rendimiento debido a retransmisiones no se presenta, ésta situación se presenta cuando se usa el protocolo TCP donde la latencia se hace notable. Es claro entonces que los servicios de streaming sobre dispositivos móviles enfrentan retos como la necesidad de mantener la calidad del servicio y mantener una operación adecuada en ambientes heterogéneos. Esto ultimo se visualiza de manera mas explicita cuando un dispositivo móvil sale del alcance de una celda de radiación perteneciente a un Access Point e ingresa a otra, el la terminología de las comunicaciones celulares esto se denomina handoff ó handover, esto sucede cuando el dispositivo móvil detecta un nivel de señal mas fuerte de una de dos estaciones base ó Access point y empieza a recibir el flujo de datos proveniente de esta. Figura 8. Transición entre Celdas 16

27 17

28 2. CONCEPTOS DE VIDEO DIGITAL 2.1 Captura de video El video se captura usando una cámara o sistema de cámaras. La mayoría de los sistemas digitales actuales utilizan video en 2-D, por lo cual utilizan solo una cámara. La cámara enfoca una proyección 2-D de la escena de video sobre un sensor, como por ejemplo un dispositivo de acoplamiento de carga (CCD por sus siglas en ingles). En el caso de captura de imagen a color, cada componente de color es filtrado y proyectado en un CCD independiente. En la generación de una representación digital de una escena de video pueden considerarse dos etapas: Adquisición: convertir una proyección de la escena en una señal eléctrica por medio de un CCD por ejemplo. Digitalización: Muestrear la proyección espacial y temporalmente convirtiendo cada muestra en un número o conjunto de números. La digitalización puede llevarse a cabo utilizando una tarjeta o dispositivo independiente, sin embargo ya muchas cámaras tienen integrada la etapa de digitalización, por lo cual proporcionan una salida digital. Captura Procesamiento/ Almacenamiento/ Transmisión Presentación Figura 9. Proceso de captura de video 18

29 2.2 Formatos de video Una señal de video tiene una amplia variedad de parámetros resolución, entrelazado vs. Progresivo, rata de frames, etc. Debido a la gran diversidad de aplicaciones que utilizan video digital, se han desarrollado una serie de formatos de video con los cuales se estandarizan los parámetros de una señal de video para una aplicación específica. La tabla 1 lista los principales formatos de video digital con sus respetivas resoluciones. Formatos Video Digital Resolución Relación ancho/alto Formatos de Gráficos de computador VGA 640x480 4:3 Súper VGA (SVGA) 800x600 4:3 WUXGA 1920x :10 QXGA 2048x1536 4:3 WQXGA 2560x :10 QSXGA 2560x2048 5:4 QUXGA 3200x2400 4:3 WQUXGA 3840x2400 8:5 HSXGA 5120x4096 5:4 WHSXGA 6400x :10 HUXGA 6400x4800 4:3 UHDTV 7680x :9 WHUXGA 7680x4800 8:5 Formatos de Video Conferencia QCIF 176x144 4:3 QSIF 166x120 4:3 SIF 320x240 4:3 CIF :3 4SIF 704x480 ó 640x480 4:3 4CIF 704x576 4:3 16CIF 1408 x :3 Formatos de Televisión Digital 480i 640x480 interlaced 4:3 19

30 480p 640x480 progressive 4:3 EDTV NTSC 704x p/60 4:3 DV NTSC 720x480 4:3 EDTV PAL 704x p/50 4:3 D1/DV PAL 720x576 4:3 720p 1280x720 16:9 1080i 1920x :9 Formatos de Almacenamiento D D D D-5 N/A Digital Betacam :9 DVC 500 DVCPRO 500 DVCAM 500 Digital S 500 Betacam SX 500 LaserDisk 560x360 4:3 Tabla 3. Formatos de video digital Los estándares de compresión pueden comprimir una amplia variedad de formatos de frame. En la práctica, es común capturar o convertir a un conjunto de formatos intermedios antes de comprimir o transmitir una señal de video. El formato CIF (Common Intermediate Format) es la base de un popular conjunto de formatos usados en video conferencia. La elección de la resolución del frame y la rata de frames depende principalmente de la aplicación y de la capacidad disponible de almacenamiento o transmisión con que cuenta el codificador y decodificador. 2.3 Codificación de video La compresión de video o codificación de video es el proceso de compactar una secuencia de video digital en un número menor de bits. El video digital sin 20

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