El documento analiza las alternativas al cableado SDI tradicional para la transmisión de video sin comprimir, como SMPTE 2022 y IEEE 802.1 (AVB). SMPTE 2022 define el mapeo de señales SDI sobre IP mediante UDP/RTP y permite la transmisión de video hasta 3G-SDI, mientras que AVB usa temporización y reserva de ancho de banda para transmisiones en tiempo real sobre Ethernet. Ambos estándares permiten reemplazar matrices SDI por switches de red, pero cada uno tiene ventajas y desafíos

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2. NOS INTERESA
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La evolución y abaratamiento de la
tecnología en el mundo IT ha permitido
la sustitución de los enlaces PDH y
SDH por otros basados en IP. Los
anchos de banda han ido incrementán-
dose al tiempo que su precio bajaba.
Ahora la tecnología de red se perfila
como clara candidata a futuro para
sustituir al cableado basado en la fami-
lia SDI. Analizamos a continuación los
diferentes estándares y tendencias.
Durante muchos años hablar de
vídeo digital en entornos de producción
ha sido hablar de la familia SDI:
- Versión eléctrica (Imagen 1)
- Versión óptica. SMPTE 296-2006:
Encapsulado de hasta 3G-SDI sobre
fibra.
Hoy en día con la convergencia de
informática y audiovisual las cosas
están cambiando y ya hay dos están-
dares que se postulan como alternati-
va al cableado SDI:
- SMPTE 2022-6: Transport of High
Bit Rate Media Signals over IP
Networks (HBRMT)
- IEEE 802.1: Audio Video Bridging
(AVB)
El sueño de poder sustituir una gran
matriz SDI por switchers y routers ya
es posible.
CARACTERÍSTICAS DEL TRANSPORTE
DE VÍDEO SIN COMPRIMIR SOBRE RED
Estas son algunas de las caracterís-
ticas que debería tener:
1.Algunas ya disponibles para SDI:
a.Vídeo sin comprimir y sin pérdida
de cuadros
Txt: Vicente Pla Ferri
Imagen 1

3. b.Baja latencia
c. No propietario
2.Otras que lo mejoren:
a.Mayor flexibilidad y agilidad
b.Transporte a través de un único
cable de: vídeo, metadatos, control
y sincronismos.
c. Conmutación entre señal principal
y redundada sin cortes.
d.Bajo coste gracias a la economía
de escala
El mundo de las redes tradicional-
mente ha tenido algunos problemas
que impactan muy negativamente para
conseguir estos requerimientos:
- Pérdida de paquetes
- Errores de ráfaga
- Recepción con orden incorrecto de
paquetes
- Variación del retardo
- El rendimiento de la red puede variar
en función de la congestión de ésta a
través del tiempo.
De aquí que siempre habrá que
tener en cuenta todos estos factores
de cara a abordar un diseño. Otro fac-
tor muy importante es decidir si quere-
mos que nuestra infraestructura
audiovisual en red esté basada en
electrónica estándar o por el contrario
queremos utilizar equipamiento especí-
fico (Imagen 2).
SMPTE 2022 está basado en IP
(capa 3) mientras que AVB es de capa
2, es decir, no permite el direcciona-
miento a través de redes públicas.
Para transportar AVB es necesario
disponer de conmutadores específicos
para AVB. A cambio, AVB está pensa-
do para trabajar con audio y vídeo y no
necesita de otras normas externas al
estándar para manejar la calidad de
servicio y la sincronía entre señales.
Analicemos en detalle cada una de
ellas.
SMPTE 2022
Aborda la transmisión de señales de
TV a través de redes IP. Sus inicios se
remontan a principios de siglo cuando
el Pro-MPEG Forum trabajó en el ‘Code
of Practice #3’ (Pro-MPEG COP#3).
Fue diseñado para permitir corregir
los problemas de pérdidas de paque-
tes en el transporte de señales de
vídeo sobre redes IP, sin la necesidad
de retransmisión.
Evolución
Fue normalizada en 2007 para el
transporte de vídeo sobre IP:
- SMPTE 2022-1: “Forward Error
Correction for Real-time
Video/Audio Transport Over IP
Networks”. Define una protección de
errores FEC para la transmisión de
flujos de vídeo sobre IP.
Al principio sólo para señales MPEG-
2 TS de tasa binaria constante:
- SMPTE 2022-2: “Unidirectional
Transport of Constant Bit Rate
MPEG-2 Transport Streams on IP
Networks”. Especifica cómo encap-
sular en paquetes IP señales de
video comprimidas encapsuladas en
MPEG-2 TS. El estándar cubre la
capa de transporte (RTP y UDP) así
como temas de temporización y
tamaños de buffers.
En 2010 se añadió la posibilidad de
trabajar con MPEG-2 TS a tasas bina-
rias variables:
- SMPTE 2022-3: “Unidirectional
Transport of Variable Bit Rate
MPEG-2 Transport Streams on IP
Networks”. Define la forma de trans-
portar por IP paquetes de MPEG-2
TS de tasa binaria variable de forma
que ésta sea constante entre men-
sajes PCR (piecewise constant).
- SMPTE 2022-4: “Unidirectional
Transport of Non-Piecewise
Constant Variable Bit Rate MPEG-2
Streams on IP Networks”. Es muy
similar a la parte 3, pero sin restric-
ciones a nivel de tasas binarias.
Finalmente se añadieron las partes
que ahora nos interesan; las del trans-
porte de señales de vídeo sin compri-
mir:
- SMPTE 2022-5: “Forward Error
Correction for High Bit Rate Media
Transport Over IP Networks”.
Extiende la parte 1 del estándar a
señales de hasta 3 Gbits/s o más.
- SMPTE 2022-6: “Transport of High
Bit Rate Media Signals over IP
Networks (HBRMT)” Especifica la
forma de transmitir por IP señales
de vídeos sin comprimir.
- SMPTE 2022-7: “Seamless
Protection Switching of SMPTE ST
2022 IP Datagrams” Define la
forma de sincronizar dos señales
que viajan por distintos caminos
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NOS INTERESA
Imagen 2

4. para poder realizar una conmutación
sin cortes entre ellas.
También se propuso la parte 8 del
estándar para encapsular JPEG2000
en MPEG2-TS sobre IP pero finalmente
se abordó desde el Video Services
Forum (VSF).
SMPTE 2022-6: TRANSPORT OF
HIGH BIT RATE MEDIA SIGNALS OVER
IP NETWORKS (HBRMT).
Cuando trabajamos con video en
directo hay determinados aspectos a
tener en cuenta. El primero de ellos
sería cómo abordar el mapeado de
señales de un entorno SDI sobre la
carga útil de un datagrama IP.
SMPTE 2022-6 lo define para seña-
les SD-SDI, HD-SDI y 3G-SDI sin com-
primir sobre un interface IP. Se intenta
pues sustituir el tradicional cableado
coaxial de la familia SDI por un sistema
en estrella basado en IP (Imagen 3)
Como se observa en la pila de proto-
colos utilizados, la norma se basa en
transmitir vídeo a través de equipa-
miento IP estándar. Como es tradicio-
nal en señales de alta tasa binaria, la
señal audiovisual se transmite a través
de UDP y por tanto no se garantiza la
confirmación de entrega ni el control
de flujo. Eso sí, mediante RTP se añade
mecanismos para la compensación del
jitter y detección de paquetes que lle-
gan fuera de orden a consta de intro-
ducir un pequeño retardo. Si adicional-
mente se necesitara de control de
errores, habría que introducir un códi-
go FEC mediante la utilización de
SMPTE 2022-5, que añadiría más
retardo cuanto más robusto fuera.
. Quedan fuera de la norma aspectos
importantes como son la calidad del
servicio de la red (QoS) y la sincroniza-
ción de señales.
OTRO FACTOR MUY IMPORTANTE ES DECI-
DIR SI QUEREMOS QUE NUESTRA INFRAES-
TRUCTURA AUDIOVISUAL EN RED ESTÉ
BASADA EN ELECTRÓNICA ESTÁNDAR O
POR EL CONTRARIO QUEREMOS UTILIZAR
EQUIPAMIENTO ESPECÍFICO.
NOS INTERESA

5. TMB . 52
Calidad de Servicio (QoS).
El diseño y configuración de la infra-
estructura de red será clave para
garantizar la calidad del servicio (QoS).
En toda red de datos conmutados exis-
ten una serie limitaciones, que si no se
toman las acciones oportunas, afec-
tarán al servicio: bajo rendimiento de la
electrónica de red, pérdida de paque-
tes, retardos, latencia, jitter y pérdida
de orden de los paquetes entregados,
entre otros. Para evitarlos habrá que
dimensionar adecuadamente nuestra
red y definir políticas de calidad del ser-
vicio. De esta forma nuestra infraes-
tructura soportará los nuevos servi-
cios de vídeo.
Redes multicast.
Una de las grandes ventajas que nos
brindan las redes IP es el uso de gru-
pos multicast. Esta forma de distribu-
ción permite que los conmutadores y
enrutadores distribuyan la señal de un
grupo a todo aquel cliente que se haya
suscrito a él.
La tecnología multicast permite, que
desde un equipo servidor hasta la
electrónica de red, sólo viaje una répli-
ca de la señal con el consiguiente aho-
rro de ancho de banda. Lo ideal será
pues definir un grupo multicast para
cada una de las fuentes de señal. De
ese modo cualquier cliente puede reci-
bir la señal con tan sólo suscribirse al
grupo correspondiente.
El principal problema con el que nos
encontramos al trabajar en multicast
es que para IP v4 las redes públicas no
permiten su uso.
No obstante las ventajas son cuan-
tiosas. Gracias a la electrónica de red
podremos prescindir de matrices, dis-
tribuidores, etc (Imagen 4).
Conmutación sin cortes entre seña-
les.
Gracias a SMPTE 2022-7 podremos
realizar la conmutación sin cortes
entre una seña principal y otra reserva
aunque los caminos de llegada de
ambas difieran en lo que al retardo
introducido se refiere.
Sincronización entre señales.
Si en el mundo SDI la sincronización
siempre se ha hecho mediante la utili-
zación de señales de Black Burst o
TriSync mediante cable separado, en el
mundo de las redes tradicionalmente
se ha utilizado Network Time Protocol
(NTP). Este protocolo fue diseñado
para la sincronización horaria entre
máquinas y su resolución llega hasta
los milisegundos. ¿Qué pasa entonces
si necesitamos más precisión?
En 2002 se desarrolló la versión 1
del estándar IEEE1588, también cono-
cido como Precise Time Protocol
(PTP). Se trata de un protocolo multi-
cast (lo que lo inutilizaba para redes
públicas) capaz de ofrecer una preci-
sión de 10 us.
Posteriormente apareció en 2008 la
versión 2 del estándar con una resolu-
ción de unos 30 ns. y que también era
capaz de transmitirse vía unicast (y por
tanto por redes públicas). Otra de las
ventajas frente a NTP es que es capaz
de saltarse las colas de enrutado/con-
mutación si se dispone de electrónica
de red compatible con PTP (Imagen 5).
A finales de 2014 se aprobó SMPTE
2059-2 que se trata de un perfil de
IEEE1588 con las opciones necesarias
para trabajar con vídeo sin comprimir.
IEEE 802.1: AUDIO VIDEO
BRIDGING (AVB)
Abordemos ahora la otra alternativa
que nos ofrece el mercado.
Audio Video Bridging (AVB) es el con-
junto de las normas técnicas elabora-
das en el Institute of Electrical and
Electronics Engineers (IEEE) por el
Grupo de Trabajo de “Audio Video
Bridging” dentro del Comité de
Normas IEEE 802.1. La misión de AVB
SE PROPUSO LA PARTE 8 DEL ESTÁNDAR
PARA ENCAPSULAR JPEG2000 EN
MPEG2-TS SOBRE IP PERO FINALMENTE
SE ABORDÓ DESDE EL VIDEO SERVICES
FORUM (VSF).
NOS INTERESA
Imagen 3
Imagen 4

6. TMB . 53
es proporcionar las especificaciones
que permitan servicios de streaming
sincronizados de baja latencia a través
de redes IEEE 802.1
Para ello se desarrollaron las
siguientes especificaciones que se
aprobaron en 2011:
- IEEE 802.1AS: Temporización y
Sincronización para aplicaciones
sensibles al tiempo (gPTP),
- IEEE 802.1Qat: Protocolo de reserva
de Stream (SRP),
- IEEE 802.1Qav: Transmisión y colas
para Streams sensibles al tiempo
(FQTSS)
- IEEE 802.1BA: Sistemas de Audio
Video Bridging
(Imagen 6)
Posteriormente en 2012 surge la
AVnu Alliance, una asociación que per-
sigue conseguir, mediante la utilización
de estándares abiertos, conexiones en
red con baja latencia y sincronizadas
temporalmente. Bajo este paraguas se
engloban tecnologías de los mercados
de: Automoción, Audiovisual, Industrial
y Electrónica de Consumo (Imagen 7).
¿QUÉ ES AVB?
AVB es el intento de reemplazar la
complejidad física del cableado tradi-
cional SDI, y los problemas de las pri-
meras implementaciones audiovisua-
les sobre red, por un conjunto de solu-
ciones abiertas basadas en estánda-
res que permitan la interoperabilidad
entre diferentes plataformas (Imagen
8).
Fue pensado para la evolución de
Ethernet, y su familia, de forma que
permitiera el soporte de aplicaciones
en tiempo real de audio, vídeo y control.
Es el nombre común que toman el con-
junto de estándares desarrollados por
el grupo de trabajo “IEEE 802.1 Audio
Video Bridging Task Group”. Su trabajo
se basa en 3 pilares:
1.Alta precisión en la temporización
para permitir:
a.El soporte de relojes de bajo jitter
b.Sincronización de varios streams.
2.Reserva de ancho de banda: permite
a una aplicación de consumo audiovi-
sual notificar a los dispositivos de red
que recursos necesitará para que se
proceda a su reserva.
3.Reglas de colas y envíos: aseguran
que un stream pueda pasar por la
red dentro de los retardos especifi-
cados en la reserva.
¿QUÉ ES TSN?
Time Sensitive Networking es la evo-
lución de AVB para expandir el rango,
funcionalidad y aplicaciones del están-
dar. TSN es el nuevo nombre para la
evolución de las normas desarrolladas
por AVB. Ofrecerá compatibilidad
hacia atrás con AVB, pero añadiendo
nuevas funcionalidades como parte del
estándar. Entre ellas estarán:
1.Tolerancia a fallos y redundancia
2.Mejoras en temporización y latencia.
NOS INTERESA
Imagen 5
Imagen 6
Imagen 7

7. NOS INTERESA
TMB . 54
FUNCIONAMIENTO
La implementación de AVB se basa
en “pequeñas” extensiones sobre las
direcciones MAC y conmutadores de
capa 2 de tipo estándar (Imagen 9).
Estos “pequeños” cambios permiten
que dispositivos AVB y no AVB se pue-
dan comunicar entre ellos mediante
frames 802 estándar. En ese caso,
como se aprecia en la figura, sólo los
dispositivos AVB serán
capaces de:
1.Reservar los recursos de
red necesarios.
2.Sincronizar los streams.
En la norma IEEE
802.1BA se describe la
configuración por defecto
de los dispositivos AVB
dentro de una red y cómo
determinar si los dispositi-
vos soportan AVB.
Cualquier dispositivo no-
AVB es identificado con
una etiqueta para evitar
errores.
SINCRONIZACIÓN
El concepto clave de AVB
es que todos los dispositi-
vos de la red reciban la sin-
cronía maestra. A partir de
ahí funcionan con su propio
reloj interno que se re-sin-
croniza con el maestro una vez por
segundo. Entre todos los dispositivos
se decide, de forma automática, el que
mayor precisión de reloj tiene y se
nombra como gran-maestro. En caso
de fallo o desconexión de la red del
gran-maestro el sistema decide cuál lo
sustituirá.
Una vez que un dispositivo ha sincro-
nizado con el gran-maestro, sincroni-
zará su reproducción con él.
Posteriormente añadirá una marca
con el tiempo de presentación (display
timestamp) de forma que, si el mismo
contenido llega a dos dispositivos dis-
tintos, estos la presentarán al mismo
tiempo (imaginemos por ejemplo dos
altavoces de un par estéreo).
Al igual que SMPTE-2022, la sin-
cronía está basada en el estándar IEEE
1588 (PTP), pero en este caso las dife-
rencias son suficientemente importan-
tes como para justificar un estándar
diferente: IEEE 802.1AS (también
conocido como gPTP). La sincronía
gPTP sólo funcionará si todos los con-
mutadores entre fuente y destino son
AVB.
GESTIÓN DEL TRÁFICO
En la mayoría de los hogares de hoy
en día, salvo que se tenga contratada
voz por IP o IPTV, todos los datos tie-
nen el mismo nivel de prioridad. El trá-
fico web tiene el mismo tratamiento
que el audiovisual, por tanto, si hay
mucho uso de la red en el hogar cau-
sará un retardo en la
entrega de paquetes de
audio o vídeo que cau-
sará un pequeño corte
perceptible.
Para evitarlo, AVB per-
mite que el dispositivo de
origen, el/los conmuta-
dores intermedios, y
el/los dispositivos de
destino, hablen entre
ellos y reserven un ancho
de banda para que la
comunicación no se vea
afectada por el tráfico de
la red. Existe una reserva
de ancho de banda
durante el tiempo que
dura la reproducción del
contenido. Cuando acaba
la comunicación entre dispositivos se
procede a liberar el ancho de banda
reservado. Si en el proceso de la nego-
ciación entre dispositivos se detectara
que no existen recursos suficientes
para reservar el ancho de banda nece-
sario, se comunica al transmisor y des-
tinatario del contenido para que tomen
las acciones necesarias que eviten la
interrupción del servicio (bajar resolu-
ción, frecuencia de muestreo, etc.).
En la especificación IEEE 802.1Qav
se explica cómo utilizar el estándar
801.Q (que especifica el marcado de
tráfico en trunks) para la gestión del
tráfico en AVB.
CONTROLES DE ADMISIÓN
Aún con un exigente sistema de ges-
tión del tráfico entregar los paquetes
UNA ASOCIACIÓN QUE PERSIGUE CONSE-
GUIR, MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE
ESTÁNDARES ABIERTOS, CONEXIONES EN
RED CON BAJA LATENCIA Y SINCRONIZA-
DAS TEMPORALMENTE.
Imagen 8

8. de datos, con baja laten-
cia y bajo jitter, sólo es
posible si los recursos de
red están disponibles a lo
largo de toda la cadena
de transmisión. AVB
implementa un protocolo
de reserva de streams
que se especifica en
802.Qat “Stream Reser-
vation Protocol (SRP)”.
En SRP los elementos
transmisores de conteni-
do se denominan
‘Talkers’ y los receptores
‘Listeners’. Ambos son
los responsables de
garantizar que el camino
esté disponible y reservar los recursos
necesarios. El proceso es el siguiente:
1.El ‘Talker’ envía un mensaje SRP
‘Talker advertise’ con:
a.Identificador del Stream:
i. Dirección MAC
ii. Identificador único del ‘Talker’
(16 bits)
b.Requerimientos de calidad de ser-
vicio (QoS):
i. Tipo de tráfico
ii. Tasa binaria
iii.Latencia
2.Los dispositivos de red reciben el
mensaje y comprueban si tienen dis-
ponible el ancho de banda requerido
en la salida que lleva al ‘Listener’:
a.Sí: El mensaje se propaga hasta
el siguiente equipo.
b.No: Responden al ‘Talker’ que no
es posible.
3.Cuando un ‘Listener’ recibe un
‘Talker Advertise’ responde con un
mensaje ‘Listener Ready’:
a.Informa al ‘Talker’ de la latencia
total del camino.
b.Los dispositivos de red interme-
dios reservan los recursos de red
necesarios para que esta transmi-
sión se pueda llevar a cabo.
4.Cuando el ‘Talker’ recibe el ‘Listener
Ready’ inicia la transmisión.
PROTOCOLOS DE CAPAS SUPERIORES
Asociados a AVB aparecen toda una
serie de protocolos de gran utilidad:
- IEEE 1722 “AVB Transport Protocol
(AVB-TP):
- Define streams interoperables con
formatos varios formatos y encap-
sulaciones (Raw, MPEG-2 TS,
Firewire, etc)
- Mecanismos de sincronización de
media
- Asignación de direcciones multi-
cast
- IEEE 1722.1 “Device Discovery,
Enumeration, Connection
Management and Control Protocol
for 1722-Based Devices”
- IEEE 1733 “layer 3 transport proto-
col for time-sensitive applications in
local area networks”
- Define la forma de
encapsular RTP sobre AVB.
- RTP sobre AVB utili-
za paquetes conocidos
como RTCP.
CONCLUSIÓN
Las redes IP empiezan a
ser una forma rentable de
transportar señales de pro-
ducción sin comprimir den-
tro de una infraestructura
audiovisual. Hemos analiza-
do las características de
los dos estándares más
usados hoy en día:
- SMPTE 2022 que puede ser utiliza-
do a través de redes IP estándar,
pero que obliga a definir políticas de
QoS y a la utilización de un estándar
externo para la sincronización de
streams.
- AVB, con retardos menores, que es
capaz de a través de Capa 2, y
mediante electrónica de red específi-
ca, gestionar de forma transparente
para el usuario la QoS y sincroniza-
ción.
Cada fabricante apuesta por una de
ellas, pero técnicamente parece que
de cara al usuario final será más sen-
cillo de implementar:
- AVB para instalaciones locales (LAN)
- SMPTE 2022 para el transporte a
través de redes públicas (WAN)
EL TRÁFICO WEB TIENE EL MISMO TRATA-
MIENTO QUE EL AUDIOVISUAL, POR
TANTO, SI HAY MUCHO USO DE LA RED EN
EL HOGAR CAUSARÁ UN RETARDO EN LA
ENTREGA DE PAQUETES DE AUDIO O VÍDEO
QUE CAUSARÁ UN PEQUEÑO CORTE PER-
CEPTIBLE.
Imagen 9
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