Live IP Studio
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El documento analiza la transición hacia la producción de vídeo en directo utilizando tecnologías IP, destacando el impacto de estándares como SMPTE 2022-6 y su importancia frente a las infraestructuras SDI tradicionales. A medida que la necesidad de emitir contenido de ultra alta definición crece, se presentan nuevos retos en términos de sincronización y el manejo de anchos de banda significativos. La colaboración entre ingenieros AV e IT se vuelve esencial para facilitar la adopción de estos nuevos sistemas y asegurar la interoperabilidad en el sector.
Live IP Studio
- 1. BROADCAST - NOS INTERESA TMB . 52 Si en fechas anteriores hacíamos una comparativa entre SMPTE 2022-6 y AVB, una vez abandonado el AVB para producción de vídeo en directo por IP, en este número analizamos los nuevos sis- temas para producción en IP para directo.
- 2. BROADCAST - NOS INTERESA TMB . 53 Hace poco más de cinco lustros, cuando comenzamos a incorporar redes de datos en los sistemas de pro- ducción, no hubiera sido fácil imaginar que tiempo después estaríamos pen- sando en utilizar este tipo de infraes- tructuras para transportar señales de producción lineales, pues las redes de datos estaban circunscritas a señales de control, monitorización de paráme- tros y transferencias puntuales como videos cortos, imágenes estáticas, grá- ficos, datos para alimentar platafor- mas gráficas o metadatos comple- mentarios del video y audio. Era difícil imaginar su uso con señales de 270 Mbps del SDI y, mucho menos, de 1,5 Gbps del HD-SDI de la incipiente alta definición en aquellas redes de datos que teníamos con conexiones de 10 ó 100 Mbps. El uso de las tecnologías IP supusie- ron un significativo ahorro de costes: eliminación de soportes físicos, medios técnicos y tiempo de operadores en el tráfico, contribución, transmisión y transporte de los contenidos. Muy pronto, los sistemas de contribución, edición y colaboración incorporaron las tecnologías informáticas de almacena- miento y redes que, junto a los están- dares de compresión de video y audio, y mejoras en las redes de telecomuni- caciones, incrementaron notablemen- te la eficiencia de los sistemas de pro- ducción y emisiones, incrementando su productividad en los procesos no- lineales, y la eficiencia de las vías de contribución. Es de justicia recordar el cambio en las ingenierías de los sistemas y la adaptación en los procesos de trabajo de los profesionales de producción de contenidos, que vivieron épocas de cambios relevantes para adaptarse a una nueva realidad tecnológica que exi- gió un esfuerzo a los profesionales en todas las áreas relacionadas. Quedaba pendiente incorporar las tecnologías IP para el transporte de señales lineales en el origen de la pro- ducción de contenidos en vivo, que está aquí. En esta área, la irrupción de la tecnología IP es coincidente con el des- pegue de la Ultra-Alta-Definición, lo que aporta una variable nueva y añade un nuevo reto a su implantación en este segmento de las infraestructuras de la cadena de valor de los contenidos. En las siguientes páginas deseamos ayudar a entender el estado de arte y contexto actual de la producción en directo con tecnologías IP. EL CAMBIO DE PARADIGMA Que el mundo cambia es una reali- dad, y los ingenieros del sector del Broadcast con algunos años lo sabe- mos bien: Compuesto, Componentes, SDI, SDTI, HD-SDI, 3G-SDI y, ¿ahora qué? Si bien el SMPTE estandarizó el año pasado los interfaces 6G-SDI y 12G- SDI, basados en la multiplexación sobre un único cable de varios stre- ams virtuales tal y como ya hacía el 3G- SDI, la transmisión por IP de señales de producción empieza a tomar prota- gonismo. Tradicionalmente los ingenieros AV, muy concienciados con la calidad de la experiencia del espectador (QoE), han trabajado con señales punto a punto siempre evitando cortes y pixelados. En paralelo los ingenieros IT se encarga- ban de flujos IP, protocolos, tráfico, configuraciones de red, etc. Ahora todos tienen que trabajar en colaboración: - Los ingenieros AV adaptándose al mundo IT - Los ingenieros IT concienciándose de la alta importancia de la pérdida de un paquete. SMPTE-2022. LA PRIMERA PIEDRA PARA ENTORNOS HÍBRIDOS. La señal de TV empezó a viajar por IP en 2007 gracias al estándar SMPTE- 2022-2 que permite transportar sobre IP señales MPEG-2 TS. En 2010 se añadió la posibilidad de incluir seña- les de bit-rate variable y finalmente en 2013 apareció SMPTE 2022-6 que se Vicente Pla Ferri Formación y Tecnología ABACANTO SOLUCIONES vicente.pla@abacantosoluciones.com TXT: Jorge de la Torre Sánchez-Bravo Socio Director ABACANTO SOLUCIONES jorge.delatorre@abacantosoluciones.com
- 3. completó con las partes 5 y 7 del estándar en 2013: - Part 1: Forward Error Correction for Real-Time Video/Audio Transport Over IP Networks - Part 2: Unidirectional Transport of Constant Bit Rate MPEG-2 Transport Streams on IP Networks - Part 3: Unidirectional Transport of Variable Bit Rate MPEG-2 Transport Streams on IP Networks - Part 4: Unidirectional Transport of Non-Piecewise Constant Variable Bit Rate MPEG-2 Streams on IP Networks - Part 5: Forward Error Correction for Transport of High Bit Rate Media Signals over IP Networks (HBRMT) - Part 6: Transport of High Bit Rate Media Signals over IP Networks (HBRMT) - Part 7: Seamless Protection Switching of SMPTE ST 2022 IP Datagrams El estándar adoptado de forma tran- sitoria para la producción en estudio por IP es el HBRMT (SMPTE 2022-6) que se basa en encapsular SDI sobre datagramas no orientados a la cone- xión (UDP) y opcionalmente añadir pro- tección contra errores (FEC) sobre RTP. De momento sólo se estandarizan las resoluciones soportadas para las interfaces 3G-SDI e inferiores. Es el estándar ideal para entornos híbridos dónde conviven señales SDI e IP. Los equipos pueden seguir traba- jando internamente como lo hacían en SDI y simplemente se cambia la inter- face SDI por una SMPTE-2022-6. ¿Afectará esto a la topología de nuestro estudio? Más bien poco. Puede eliminar algo de cableado, pero no demasiado. La ventaja fundamental es que al ser una señal sobre IP (Capa 3) podemos transmitir las señales por redes públicas y conseguir transportar señales de vídeo sin comprimir entre diferentes localizaciones sin necesidad de enlaces. ¿Qué implicaciones tiene tener el SDI convertido a IP? A priori, y aun- que parezca que es lo mismo, sí se dis- ponen de numerosas ventajas como son: 1. Se puede acceder a señales remo- tamente. 2. Las señales de fuentes se pueden compartir en diferentes destinos. 3. La automatización, redundancias y cableado se simplifican. 4. Los estudios se pueden independi- zar de sus controles pudiendo ahora, por ejemplo, un control gestionar varios estudios o disponer de controles flotantes que se asignan a un estu- dio u otro en función de la produc- ción a realizar. 5. Realización en exteriores direc- tamente desde una sala de con- trol y sin necesidad de unidad móvil. Al mismo tiempo, convertir directamente SDI a IP tiene algu- nas desventajas como son: - Desperdicio de ancho de banda (Ancillary Data: VANC y HANC) - Imposibilidad de enrutamiento inde- pendientemente de audio y vídeo a nivel de red sin tener que desencap- sular el contenido del interior de los paquetes IP. LA EVOLUCIÓN HACIA ENTORNOS ÍNTEGRAMENTE BASADOS EN IP Si realmente queremos que las matrices sean sustituidas por electró- nica de red, es mucho más versátil transportar los paquetes de Audio, Vídeo y Metadata en streams indepen- dientes. Para promover su uso en el merca- do, surgen dos comunidades apoyadas por una amplia mayoría de fabricantes: - ASPEN (Adaptative Sample Picture Encapsulation): Iniciada por Evertz en el IBC de 2015, y que cuenta con un marco de trabajo abierto donde cola- boran 70 fabricantes - AIMS (Alliance for IP Media Solutions): Creada por Grass Valley Group, cuenta con 10 miembros, y promueve estándares como SMPTE 2022-6, TR-03, TR-04 y AES 67. En ambos casos, para convertir a IP una señal SDI se generan 3 streams independientes sin comprimir: audio, video y metadata. La diferencia fundamental estriba en la forma en la que se encapsula la información dentro de cada uno de los streams. TMB . 54 NOS INTERESA Pila de protocolos de SMPTE 2022-6 Ejemplo de infraestructura de producción AV en directo basada en IP
- 4. Por un lado, ASPEN aboga por utilizar como capa de transporte una tecnología bien madura como MPEG-2 TS según la norma SMPTE 2022-2 tal y cómo lo hacía el DVB pero con una codificación sin compresión: para el audio utiliza SMPTE ST-302, para la metadata SMPTE ST-2038 y para el vídeo acaba de conseguir hace unas semanas que el SMPTE incluya su propuesta como SMPTE RDD-37. Por otra AIMS, que utiliza para el transporte direc- tamente IP y para la codificación de vídeo utiliza alternativamente las recomendaciones de: - VSF-03 que aboga por la encapsulación tipo RFC- 4175 que digitaliza sólo la parte activa de la señal de vídeo. - VSF-04 que recomienda utilizar para el vídeo SMPTE 2022-6 con o sin audio embebido. El audio se puede procesar embebido junto al vídeo, o de forma independiente en formato AES-67. En lo referente a los metadatos, deberán cumplir la norma del IETF correspondiente. SEÑALES DE SINCRONISMOS Y REFERENCIA EN ENTORNOS SDI/IP En tanto en cuanto ahora las señales pueden via- jar por medios con diferentes retardos se hace indispensable disponer de un único sistema de sin- cronía híbrido SDI/IP. La industria se ha puesto de acuerdo y para el mundo IP se ha adoptado el Precise Time Protocol (PTP), que es una evolución del Network Time Protocol (NTP) bajo el nombre SMPTE-2059-2. SMPTE 2059-2 se aprobó a finales de 2014 y es un perfil de IEEE1588 (PTP) con las opciones nece- sarias para trabajar con vídeo sin comprimir y que es capaz de saltarse las colas de enrutamiento en las electrónicas de red. Aunque destinaremos un artículo específico para sincronismos y referencias en el mundo IP, hemos creído conveniente ilustrar un sistema híbrido SDI e IP sincrónico. Los generadores de sincronismos TEKTRONIX SPG-8000A ya disponen tanto de sali- das tradicionales como PTP, NTP, etc. En definitiva, estamos en una etapa de transición hacia la pro- ducción en directo sobre IP y los generadores de sin- cronismos deben permitir que ambos mundos tra- bajen de forma sincrónica. ADAPTACIÓN A LA UHDTV SMPTE 2022-6 esté limitado a 3G-SDI porque las redes actuales no permiten el transporte de señales de más de 10 Gbits/s a un precio razonable. No
- 5. NOS INTERESA TMB . 56 obstante, la norma deja las puertas abiertas a crecer en un futuro. Sobrepasar 10Gbits/s hace necesa- rio utilizar conversores ópticos<->eléc- tricos bastante caros que hacen invia- bles las instalaciones. El transporte de UHDTV en estado puro requiere de 12 Gbits/s por lo cual es necesaria la introducción de sistemas de compre- sión. Como se trata de señales de pro- ducción en directo, estos sistemas de compresión tienen algunos condicio- nantes: - La compresión tiene que ser imper- ceptible para el ojo humano (visual- mente sin pérdidas) - La latencia debe ser del menor valor posible. En ese sentido ya hay tres iniciativas lideradas por diferentes grupos para poder transportar señales de UHD sobre 10 Gbits/s: - SMPTE ST-2042: VC-2 de BBC - SMPTE RRD-34: Sony Low Latency Video Codec (LLC) - SMPTE RRD-35: Intopix Tiny Codec (TICO) MEDIDAS EN ENTORNOS HÍBRIDOS En este nuevo escenario de cambio, dónde las señales pueden viajar tanto por SDI como por IP, comprimidas o sin comprimir, será necesaria una con- vergencia cada vez mayor entre inge- nieros IT y AV. Para ello las nuevas herramientas de análisis y medida deberán tender puentes entre ambos mundos y permitir, además de lo que hacían hasta el momento, algunas cosas como por ejemplo: - Ver todo el contenido AV en un cable ethernet sin tener que conocer el direccionamiento IP - Analizar parámetros IP como el jitter o paquetes perdidos, para que cuan- do se dé algún problema, los ingenie- ros IT sean capaces de determinar la causa. En definitiva, todo un reto para fabri- cantes, ingenieros, instaladores, ope- radores y toda la cadena de produc- ción que se deberá adaptar progresi- vamente a este nuevo escenario. CONCLUSIÓN La tecnología IP es familiar y está ple- namente integrada en las infraestruc- turas de producción, contribución y emisiones de contenidos. Pero el pri- mer segmento de la captación y pro- ducción donde las señales lineales en vivo requieren el manejo y procesado en tiempo real de numerosas líneas con anchos de banda de 1,5 ó 3 Gbps suponen retos particulares por resol- ver que garanticen la fiabilidad que hasta el momento aportan los siste- mas basados en SDI. Hay avances prometedores en aras de resolver los requerimientos de base de estos sistemas como es la sincroni- zación de señales, fuentes y destinos. También disponer de herramientas que resuelven la conexión de los mun- dos IP y SDI (Tektronix PRISM), es decir, entre la infraestructura técnica y la estructura de datos e información de contenido, suponen un gran paso para iniciar la transición. Numerosos fabricantes están com- prometidos, incorporando mezclado- res, cámaras, monitores, matrices y otros dispositivos con interfaces IP, pero también es cierto que la topología de la infraestructura de los sistemas basados en IP será diferente, por lo que abre oportunidades a nuevos acto- res en este sector con probada expe- riencia en otros campos de aplicación de tecnologías IP de alta eficiencia y fia- bilidad. El reto está en unificar estándares que faciliten la interoperabilidad, que, a la vez, es el mismo riesgo en su aplica- ción: así fue con los estándares de ficheros, actualmente en la madurez de su uso, el mismo estándar tienen diferentes variaciones, no compatibles entre sí, y es la aplicación la que ges- tiona esa disparidad para su eficiencia en la explotación. En este escenario, las plataformas definidas por software, se tornan relevantes, con las que tene- mos que familiarizarnos porque ganarán en seguridad y adaptabilidad a las necesidades y evolución de las infraestructuras de producción. Por último, no debemos mezclar el debate sobre la UHD y las tecnologías IP que, aun siendo coincidentes en el tiempo, tienen consideraciones dife- rentes. Sin duda, la UHD hará uso de IP, pero cómo y cuándo, requiere aún trabajo y desarrollo que antes llegará con la alta definición, que es la deman- da práctica real de la mayoría de los actores de la industria para esta apli- cación. Pronto veremos sistemas de pro- ducción en alta definición basados en IP, pues hay avances consolidados que permiten comenzar a considerar la aplicación de esta tecnología. SMPTE 2022-6 vs. ASPEN.