Evolución de la transmisión de la señal de TV hacia las redes IP
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Escola Universitària d’Enginyeria Tècnica de
Telecomunicació La Salle
Treball Final de Grau
Grau en Enginyeria de Sistemes Audiovisuals
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
Alumne Professor Ponent
Lucas Bernat Miralles Ferran Cardoso Abad
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
ACTA DE L'EXAMEN
DEL TREBALL FI DE CARRERA
Reunit el Tribunal qualificador en el dia de la data, l'alumne
D. Lucas Bernat Miralles
va exposar el seu Treball de Fi de Carrera, el qual va tractar sobre el tema
següent:
Evolución de la transmisión de la señal de TV hacia las redes IP
Acabada l'exposició i contestades per part de l'alumne les objeccions
formulades pels Srs. membres del tribunal, aquest valorà l'esmentat Treball
amb la qualificació de
Barcelona,
VOCAL DEL TRIBUNAL VOCAL DEL TRIBUNAL
PRESIDENT DEL TRIBUNAL
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Evolución
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transmisión
de
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TV
hacia
las
redes
IP
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Evolución
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transmisión
de
la
señal
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TV
hacia
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redes
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Índice
1. Abstracto
.................................................................................................................................
6
2. Introducción
............................................................................................................................
7
3. Acrónimos y abreviaciones
..................................................................................................
8
4. Concepto IPTV
....................................................................................................................
10
4.1. Requisitos técnicos básicos
.......................................................................................
10
4.2. Funcionamiento básico
...............................................................................................
10
4.3. Servicios OTT (Over-The-Top)
..................................................................................
11
5. Evolución de los sistemas de TV hasta la actualidad. Formatos y estándares
.........
15
5.1. TV Analógica
................................................................................................................
15
5.2. TV Digital
.......................................................................................................................
15
5.2.1. Estándares de primera generación
....................................................................
16
5.2.1.1. DVB-S
.................................................................................................................
16
5.2.1.2. DVB-C
.................................................................................................................
18
5.2.1.3. DVB-T
..................................................................................................................
20
5.2.2. Estándares de segunda generación
..................................................................
22
5.2.2.1. DVB-S2/S2X
.......................................................................................................
22
5.2.2.2. DVB-C2
...............................................................................................................
23
5.2.2.3. DVB-T2
...............................................................................................................
25
6. Parámetros de medida de la QoS aplicada a IPTV
.......................................................
27
6.1. Bandwith
........................................................................................................................
27
6.2. End-to-end Delay
.........................................................................................................
27
6.3. Jitter
...............................................................................................................................
27
6.4. Packet Loss
..................................................................................................................
28
7. Normativa SMPTE
..............................................................................................................
29
7.1. ¿Qué es el SMPTE?
....................................................................................................
29
7.2. Estándar SMPTE 2022: Video over IP
......................................................................
29
7.2.1. ST 2022-1:2007 “Forward Error Correction for Real-Time Video/Audio
Transport Over IP Networks”
.........................................................................................
29
7.2.2. ST 2022-2:2007 “Unidirectional Transport of Constant Bit Rate MPEG-2
Transport Streams on IP Networks”
..............................................................................
29
7.2.3. ST 2022-3:2010 “Unidirectional Transport of Variable Bit Rate MPEG-2
Transport Streams on IP Networks”
..............................................................................
29
7.2.4. ST 2022-4:2011 “Unidirectional Transport of Non-Piecewise Constant
Variable Bit Rate MPEG-2 Streams on IP Networks”
.................................................
29
3
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transmisión
de
la
señal
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TV
hacia
las
redes
IP
7.2.5. ST 2022-5:2013 “Forward Error Correction for Transport of High Bit Rate
Media Signals over IP Networks (HBRMT)”
................................................................
30
7.2.6. ST 2022-6:2012 “Transport of High Bit Rate Media Signals over IP Networks
(HBRMT)”
..........................................................................................................................
30
7.2.7. ST 2022-7:2013 “Seamless Protection Switching of SMPTE ST2022 IP
Datagrams”
.......................................................................................................................
30
7.3. Contenido del estándar ST 2022-6:2012 “Transport of High Bit Rate Media
Signals over IP Networks (HBRMT)”
................................................................................
30
7.3.1. Introducción y alcance del estándar
..................................................................
30
7.3.3. Definiciones
...........................................................................................................
31
7.3.4. Requerimientos de funcionamiento de usuario
................................................
32
7.3.5. Interoperabilidad y uso del FEC
.........................................................................
36
8. Normativa EBU
....................................................................................................................
37
8.1. ¿Qué es la normativa EBU?
.......................................................................................
37
8.2. Recommendation EBU R 130: “Unidirectional transport of constant bit rate
MPEG-2 Transport Streams on IP Networks”
.................................................................
37
8.2.1. Contenido del estándar
........................................................................................
37
8.2.2. Recomendaciones
................................................................................................
37
8.3. Technical Review Q2 2014: “Ultra High Definition TV over IP networks”
............
38
8.3.1. Contenido del Technical Review
........................................................................
38
8.3.2. Demostración
........................................................................................................
39
8.3.3. Conclusiones
.........................................................................................................
41
9. Normativa DVB
....................................................................................................................
42
9.1. ¿Qué es la normativa DVB-IPTV?
.............................................................................
42
9.2. Arquitectura básica de la IPTV según la DVB-IPTV
...............................................
42
9.3. Áreas de trabajo de DVB-IPTV
..................................................................................
43
9.4. TS102034: “Transport of MPEG-2 TS Based DVB Services over IP Based
Networks”
..............................................................................................................................
44
9.4.1. Contenido del estándar
........................................................................................
44
9.4.2. Arquitectura
...........................................................................................................
44
9.4.4. Transporte de MPEG-2 TS para servicios en tiempo real
..............................
50
9.4.5. Transporte de MPEG-2 TS para servicios en diferido (tiempo no real)
........
52
9.4.6. Calidad de Servicio (QoS)
...................................................................................
54
10. Normativa OIPF
.................................................................................................................
56
10.1. ¿Qué es la normativa OIPF?
...................................................................................
56
10.2. Realease 2: Arquitectura funcional
.........................................................................
56
4
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transmisión
de
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IP
10.2.1. Contenido del estándar
......................................................................................
56
10.2.2. IPTV Value Chain (Valor diferencial)
...............................................................
57
10.2.3. Arquitectura de alto nivel
...................................................................................
60
11. Posibles aplicaciones de IPTV
........................................................................................
65
11.1. Entretenimiento hecho a la medida del consumidor
.............................................
65
11.2. Conexión con el mundo a través del televisor
.......................................................
66
11.3. El televisor para comprar, jugar y aprender
...........................................................
67
12. Tendencias futuras
...........................................................................................................
68
12.1. Resoluciones venideras
............................................................................................
68
12.2. Streaming vs VOD
.....................................................................................................
69
12.3. Hbb TV
........................................................................................................................
71
12.4. Smart TV
.....................................................................................................................
72
12.5. TV en dispositivos móviles
.......................................................................................
74
12.6. ATSC 3.0
.....................................................................................................................
75
13. Analíticas QoE
...................................................................................................................
76
14. Estudio económico y coste de horas del proyecto
.......................................................
80
15. Conclusiones
.....................................................................................................................
81
16. Bibliografía
.........................................................................................................................
82
5
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transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
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redes
IP
1. Abstracto
La industria del sector de vídeo está evolucionando al vídeo online, cada vez son más
los usuarios que prefieren el video bajo demanda o el streaming a través de internet a
la televisión convencional. Diferentes soluciones han sido estudiadas como los
servicios OTT o el IPTV.
Este trabajo final de grado consiste en un visión completa de los diferentes estándares
de IPTV; SMPTE, EBU, DVB y OIPF. Para poner en contexto al lector, antes del
estudio de los estándares se explica lo que es la IPTV y sus diferencias con los
servicios OTT, y se describe de forma detallada la evolución histórica de los sistemas
de televisión hasta la actualidad. Al final del trabajo se exponen cuales son las
aplicaciones más utilizadas de IPTV actualmente.
6
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la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
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2. Introducción
Este trabajo final de grado permite al lector tener una visión completa de una de las
soluciones para poder transmitir vídeo online; la IPTV.
Los objetivos del proyecto han sido la explicación de esta tecnología en base al
estudio de los principales estándares de las mayores organizaciones del sector del
vídeo. Aparte de la explicación de los estándares se ha realizado un estudio de la
evolución histórica de la transmisión de señal de video; TV analógica y TV digital de
primera y segunda generación.
La metodología utilizada ha sido la investigación online de las diferentes
organizaciones y el estudio en base a los estándares disponibles. Los estándares
estudiados se encuentran en el anexo de este trabajo final de grado.
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3. Acrónimos y abreviaciones
TV – Televisión
IP – Internet Protocol
IPTV – Internet Protocol Television
DTT – Digital Terrestial Television
MPEG – Moving Picture Experts Group
TS – Transport Stream
ITU – International Telecommunication Union
SMPTE – Society of Motion Picture & Television Engineers
EBU – European Broadcasting Union
DVB – Digital Video Broadcasting
DVB-S – Digital Video Broadcasting by Satellite
DVB-T – Digital Video Broadcasting - Terrestial
DVB-C – Digital Video Broadcasting – Cable
OIPF – Open IPTV Forum
ISO – International Organization for Standardization
PC – Computadora personal
RTSP – Real Time Streaming Protocol
CoD – Contend on Demand
SDTV – Standard-definition Television
HDTV – High-definition Television
UHDTV – Ultra High-definition Television
ATSC – Advanced Television System Committee
TDT – Televisión Digital Terrestre
QoS – Quality of Service
CC – Código Convolucional
BPSK – Modulación por desplazamiento de fase binaria
OFDM – Multiplexación por división de frecuencias ortogonales
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STB – Set-top Box
PVR – Grabador de video digital
Mbps – Megabits por segundo
D – Number of Rows in an FEC Matrix
DiffServ – Differentiated Services (see IETF RFC 2474)
FEC – Forward Error Correction
HBRMT – High Bit Rate Media Transport
IP – Internet Protocol (see IETF STD05)
L – Number of Columns in an FEC Matrix
MTU – Maximum Transmission Unit
RSVP – Resource Reservation Protocol (see IETF RFC 2205)
RTP – Real Time Protocol (see IETF RFC 3550)
SDI – Serial Digital Interface
SSRC – Synchronization Source List
TOS – Type Of Service
TS – Timestamp
UDP – User Datagram Protocol (see IETF STD06)
UTC – Coordinated Universal Time
XOR – Exclusive OR
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de
la
señal
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4. Concepto IPTV
IPTV o Internet Protocol Television en un sistema de distribución por suscripción de
señales de televisión o video usando conexiones de banda ancha sobre protocolo IP.
Se acostumbra a suministrar conjuntamente con el servicio de conexión a internet,
para aprovechar la infraestructura del operador de telecomunicaciones, aunque con un
ancho de banda reservado.
Esta tecnología cambiará el concepto que tenemos actualmente de televisión, el
proveedor no transmitirá sus contenidos esperando a que el espectador se conecte,
sino que los contenidos llegaran solo cuando el cliente los solicite. Muchos sectores
resultaran beneficiados de este cambio, entre ellos el sector publicitario, ya que podrá
dirigir los anuncios de manera muy precisa y medir su efectividad en tiempo real.
Para poder implementar la Televisión sobre protocolo IP, las redes deberán ser mucho
más rápidas que las actuales, para poder garantizar calidad de servicio.
4.1. Requisitos técnicos básicos
Para poder desarrollar IPTV se necesitan aumentar las velocidades de transmisión
actuales. Se necesitan una serie de valores técnicos, y son los siguientes:
-‐ Ancho de banda: depende del número de decodificadores y de la velocidad de
internet. Va entre 4 Mbps y 18 Mbps. Cuanto mayor sea el ancho de banda,
más sensible será la línea a caídas.
-‐ Relación Señal-Ruido: mayor de 13 dB para garantizar la calidad del servicio.
-‐ Atenuación: menor de 40 dB, si es demasiado alta, se producen caídas
constantes en el servicio.
4.2. Funcionamiento básico
IPTV necesita de una serie de áreas interrelacionadas para poder ofrecer sus
servicios. Son las siguientes:
1. Adquisición de la señal de vídeo: Mediante codificadores se digitaliza y
comprime el vídeo analógico (habitualmente sin pérdidas). La selección del
códec determinará la calidad del vídeo final, el bitrate, la relación S/N…
Los formatos de vídeo comúnmente utilizados para IPTV son los siguientes:
- H.261: Utilizada para videoconferencia.
- MPEG-1: Calidad similar a los VHS.
- MPEG-2: Usado por los DVD. Permite buena calidad a pantalla completa.
-H.263: Tasas bajas de bits con una calidad aceptable. Usado en
videoconferencia.
- MPEG-4 parte 2: Calidad mejorada respecto a MPEG-2.
- MPEG-4 parte 10: O H.264. Es el más usado.
- WMV: Se usa desde video de poca calidad con conexiones lentas hasta video
HD.
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transmisión
de
la
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redes
IP
2. Almacenamiento y servidores de video: Los servidores IP realizan diferentes
acciones como almacenamiento y respaldo de los contenidos, gestión de vídeo
bajo demanda y streaming de alta velocidad.
3. Distribución de contenido: La red de transporte ha de ser de alta capacidad
para permitir flujo bidireccional de datos. Bidireccional ya que debe garantizar
buena calidad a los clientes así como controlar las sesiones y la facturación.
4. Equipo de acceso y suscriptor: Determina donde termina la red del proveedor y
comienza el equipo del usuario.
5. Software: Encargado de suministrar al usuario los servicios de IPTV mediante
un sistema de menús usable mediante la pantalla del televisor. Interacción
entre usuario y sistema.
4.3. Servicios OTT (Over-The-Top)
La diferencia fundamental entre los servicios de IPTV y los servicios de OTT o también
conocido como Web-TV, es que un servicio IPTV es un sistema cerrado, fuera de la
red convencional y no es accesible a través de internet. La tecnología es la misma
pero la gestión de esta, es diferente. Esto permite dar un mejor servicio.
El proveedor de internet, en un servicio OTT, sabe del contenido que llevan los
paquetes IP, pero no es responsable de estos. Cuando hablamos de servicios OTT por
lo tanto nos referimos a contenidos que llega de una tercera parte (de empresas como
Hulu, Netfix, ESPN...) al dispositivo de un usuario final, siendo la ISP únicamente
encargada de transportar los paquetes.
Los consumidores pueden acceder a contenido OTT mediante dispositivos conectados
a internet, como por ejemplo ordenadores (ej. PC o Mac), consolas (ej. Xbox o Play
Station 4), set-top boxes (ej. Roku), smartphones (ej. iPhone), smart TVs (ej. Apple TV
o Google TV) y tabletas (ej. iPad).
Dentro de los servicios OTT orientados a la transmisión de señal de televisión,
tenemos dos tipos diferentes:
- Agregadores de contenido: Son sitios de internet que integran contenido de
multitud de productores, incluso permite la generación de contenido por
cualquier usuario. Un ejemplo sería Youtube o Instagram.
- Canales: Los canales de distribución ofrecen contenido propio, comúnmente
todo el contenido sigue la misma temática. Un ejemplo sería Netflix o Gol TV.
Cada vez son más los televisores que integran acceso a la red directamente desde el
propio aparato o por medio de set-top-boxes (STB). Con la conexión de internet a los
televisores, los contenidos desarrollados por plataformas de gestión (Agregadores de
contenido) o los canales, podrán competir potencialmente con la actual oferta de
contenido audiovisual para TV.
Las barreras conceptuales entre IPTV y OTT irán desapareciendo a medida que sea
posible acceder a cualquier contenido desde el propio televisor. Cada vez habrán un
mayor número de canales, puesto que el límite lo ponen la capacidad de los servidores
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y el ancho de banda de demanda. Será una televisión a la carta, diseñada por el
espectador. Como dijo el fundador de Netflix Reed Hasting, “la televisión por Internet
va a sustituir a la televisión lineal a lo largo de los próximos 20 años”.
En la siguiente figura vemos como seria la estructura básica de una CDN:
Figura
1.
Arquitectura
de
servicio
OTT.
Como
se
puede
ver
en
el
diagrama
de
bloques,
el
contenido
generado
llega
codificado
al
Servidor
Origin
de
la
CDN
a
través
de
Internet.
El
servidor
Origin
es
el
que
posee
la
base
de
datos
con
todos
los
contenidos
de
la/las
plataformas.
Una
vez
un
usuario
pida
acceso
a
un
determinado
contenido
mediante
uno
de
los
múltiples
dispositivos
disponibles
(STB,
Smart
TV,
Windows,
MacOS,
iOS,
Android…)
el
contenido
se
copia
en
uno
de
los
muchos
servidores
Edge
de
la
CDN,
en
este
caso
el
que
este
más
cerca
del
usuario,
una
vez
copiado
el
contenido
se
inicia
un
contador
decreciente
de
cache.
Si
mas
tarde
otro
usuario
cercano
al
anterior
pide
el
mismo
contenido
a
la
CDN
y
el
contador
de
cache
no
ha
llegado
a
cero,
el
contenido
se
obtendrá
del
servidor
de
Edge,
no
será
necesario
volver
al
servidor
Origi,
y
se
volverá
a
iniciar
el
contador
de
cache,
desde
su
valor
inicial
Estos son los actores principales:
Codificador:
Codifica el contenido antes de ser transmitido. El señal de televisión puede provenir
por ejemplo de un receptor satelital o una fuente, ya sea analógica o digital. La función
fundamental del codificador es por lo tanto enviar el vídeo codificado via internet a los
servidores de distribución, en la CDN.
CDN:
Cuando hablamos de streaming y vídeo online. uno de los conceptos más importantes
son las CDN (Content Delivery Network). Las CDN se utilizan para entregar de forma
más rápida, más eficientemente y con menos coste el contenido a los usuarios finales.
Básicamente son redes de servidores que contienen copias de datos en diferentes
puntos de la red. Cuando un usuario accede, se descarga el contenido de su servidor
12
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
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las
redes
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más cercano, evitando así embudos en el servidor central, como ocurre en los
sistemas tradicionales, donde todos los usuariops acceden a un mismo servidor.
Figura
2.
Distribución
mediante
un
servidor
vs
distribución
mediante
una
CDN.
Como
se
puede
apreciar,
en
la
distribución
mediante
un
servidor,
todos
los
dispositivos
hacen
peticiones
ala
misma
base
de
datos
con
lo
que
puede
conllevar
problemas
de
saturación
o
congestión
que
derivan
en
buffers
o
errores
durante
el
playback
del
vídeo.
En
la
distribución
mediante
CDN,
cada
dispositivo
accede
al
servidor
que
tiene
más
cercano,
que
tiene
guardada
una
copia
del
contenido
si
no
se
ha
agotado
el
tiempo
de
cache,
con
lo
que
la
visualización
del
contenido
es
dinámica,
sin
errores
ni
buffers
Hay tres tipos de CDNs:
-‐ CDNs de propósito general: CDNs que entregan todo tipo de contenido,
incluido vídeo. Son lo que se conoce popularmente como web acceleration.
Son un número grande de servidores que están distribuidos por una región,
idealmente cerca de conexiones a ISPs (Internet Service Provider) o a centros
de datos de la compañía contratante (ya sea una web, una aplicación de
videojuegos...).
-‐ CDNs para vídeo On-Demand: CDNs que entregan contenido de vídeo pre
grabado y pre codificado on-demand. Servir contenido de vídeo no es muy
diferente a otro tipo de contenido, pues no es más que un fichero con mucha
información. La entrega actualmente se hace mediante HTTP streaming con
ABR (Adaptative bitrate), pero años atrás esto era distinto y se utilizaban otro
tipo de tecnologías, como por ejemplo Streaming servers (solo se entregan los
bits requeridos, a la velocidad del visionado), direct download (todo el
contenido de vídeo es descargado antes de que este pueda ser visualizado) y
progressive download (CDN empieza a descargar el contenido y el usuario
puede empezar a visualizarlo a partir de los 3-5 segundos, el problema es que
muchos usuarios tienen la totalidad del vídeo descargado sin haber llegado a la
mitad del visionado, significando esto un coste de red si el usuario se
desconecta antes de acabar de ver el vídeo). HTTP streaming utiliza servidores
HTTP, y básicamente se fundamenta en la descarga del contenido de vídeo un
poco más rápido que su visualización. La innovación más relevante a las CDNs
y a esta tecnología en los últimos años ha sido el ABR (Adaptative bit rate), que
divide los streams de vídeo en fragmentos de 2 a 10 segundos de longitud.
ABR crea streams de diferentes bitrates y mediante feedback del player (en
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de
la
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las
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función del tiempo de buffer y de la utilización del CPU) del usuario detecta la
velocidad óptima de red a utilizar. Esto se debe a que las condiciones de red
están en continuo cambio, por lo que el stream con el bitrate adecuado para
cada momento es el que se entrega al usuario.
-‐ CDNs para vídeo en vivo: CDNs que entregan vídeo en vivo. A pesar de los
avances de ABR y HTTP streaming, sigue existiendo la necesidad de entrega
de contenido de vídeo en vivo, y el contenido en vivo no puede ser tratado igual
que el que ha estado previamente grabado. Esta área es la menos madura en
los modelos de CDN por varios motivos; primeramente, el 95% del contenido
de vídeo de internet es on-deman, en segundo lugar, se necesitaría modificar
la estructura básica de las CDN para entregar contenido en vivo, y en tercer
lugar, el coste económico de construir y mantener una solución live streamming
es muy elevado. Por estos motivos se utiliza parte de la frecuencia digital para
este tipo de acontecimientos en directo, es lo que llaman "otra versión de
CDN". El único problema es que estos acontecimientos en directo, ocurren de
vez en cuando, pero cuando ocurren, las audiencias son muy elevadas, por ello
se necesita de un gran trabajo de planificación y anticipación de audiencias
para que no hayan ni más usuarios de los esperados (riesgos técnicos) ni
menos usuarios de los esperados (riesgos económicos debido al exceso de
reserva de la CDN).
Existen multitud de CDNs actualmente, algunas de ellas son AT&T, Bell Canada o
Akamai.
En definitiva, la entrega mediante CDNs cuando hablamos de vídeo online es la más
eficiente y efectiva, pues reduce el precio de entrega de contenido y mejora la calidad
de visionado del usuario final.
CMS, DRM, Cobranza, DB e Interfaz de Usuario:
Cobranza, DB, Interfaz Usuario: Son servidores que verifican y autorizan para acceder
al contenido. Son aplicaciones para comunicarse con la interfaz de usuario. las bases
de datos, cobranza y otros. DRM es un esquema de control de acceso que sirve para
proteger el acceso y controlar los copyrights.
Usuario final:
El usuario final puede ver el contenido desde cualquiera de su multitud de dispositivos,
ya sea un ordenador, una Smart TVo, una Set-Top Box (STB), una tablet, una consola
o un smartphone. Mientras tenga conexión a internet, podrá acceder a la plataforma
que haya contratado.
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la
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de
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5. Evolución de los sistemas de TV hasta la actualidad.
Formatos y estándares
5.1. TV Analógica
La televisión hasta principios del siglo XXI era totalmente analógica, ya sea mediante
satélites; ondas de radio mediante el aire utilizando las bandas de VHF y UHF, o por
cable; redes de cable que distribuyen la señal de televisión por las ciudades, siempre
con una banda asignada para poder realizar la sintonización respecto a la señal
proveniente del satélite.
La televisión analógica por satélite permite llegar a zonas remotas y hostiles desde el
punto de vista de la integridad de la señal. El satélite, de elevado costo en su
construcción y puesta en órbita permite llegar a lugares inaccesibles y remotos.
La televisión analógica por cable tiene la ventaja respecto a la televisión analógica por
satélite que garantiza la llegada de la señal al receptor en estado óptimo y sin
interferencias (Es decir con mínima relación señal-ruido), pero su instalación es mucho
más costosa. Es por esto que la televisión por cable es entendida para núcleos
urbanos.
La televisión analógica por satélite permite llegar a zonas remotas y hostiles desde el
punto de vista de la integridad de la señal. El satélite, de elevado costo en su
construcción y puesta en órbita permite llegar a lugares inaccesibles y remotos. La
señal es más vulnerable a l ruido y por tanto la relación (S/N) es menor.
5.2. TV Digital
Las formas de difusión de la TV Analógica se han seguido empleando con la televisión
digital, además con la ventajas de que ésta es mucho más robusta a interferencias, la
posible incursión de servicios extra a la señal de televisión que dan un valor añadido a
la programación, y la posible multiplexación de diferentes programas en un mismo
ancho de banda de comunicación.
La difusión de la televisión digital en Europa sigue la norma del sistema DVB (Digital
Video Broadcasting). El sistema DVB tiene una parte común para la difusión de señal
de televisión por satélite, cable y terrestre, pero tiene también una parte no común que
lo adapta a cada modo de transmisión. A modo de introducción, así como el ancho de
banda de la transmisión vía satélite es mayor que por cable o terrestre, la potencia de
recepción vía satélite es muy baja (señal recibida es muy débil), mediante cable es alta
y por vía terrestre es media. De esta manera la relación señal ruido será máxima en la
transmisión por cable y mínima vía satélite. Por lo que hace a los ecos, son muy altos
en difusión vía terrestre (razón por la cual se utiliza modulación COFDM, explicada
más adelante), prácticamente inexistentes en difusión vía satélite y controlables
cuando la trasmisión es por cable.
15
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de
la
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la
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hacia
las
redes
IP
Las normas utilizadas por lo tanto según el tipo de canal son las siguientes:
-‐ DVB-S: Transmisión vía satélite.
-‐ DVB-C: Transmisión vía cable.
-‐ DVB-T: Transmisión vía terrestre.
Por lo que hace al sistema empleado en Estados Unidos, este es el ATSC (Advanced
Television System Commite). Difiere del sistema DVB en la TDT, por lo que hace a las
emisiones por satélite y cable es bastante parejo. Uno de los principales defectos que
tiene es que no se le ha prestado atención a la inmunidad de los ecos.
5.2.1. Estándares de primera generación
5.2.1.1. DVB-S
La difusión de señal de televisión via satélite surgió mediante el desarrollo de la
industria espacial que permitió poner en órbita geoestacionaria satélites con
transductores que permitieran emitir señales para que fueran recogidas por antenas
parabólicas.
El principal inconveniente es el alto coste de la construcción de los satélites y su
puesta en órbita. Esto se ve aliviado ante la posibilidad de utilizar los satélites para
otros servicios, como enlaces punto a punto de comunicación de datos.
La gran ventaja que ofrece la difusión vía satélite es la posibilidad de llegar a zonas
remotas y aisladas.
Como se ha comentado anteriormente la transmisión vía satélite utiliza la norma DVB-
S. Ésta define una serie de procesos entre los que destacan:
-‐ Multiplex Adaptation and Energy Dispersal: Proceso de scrambling para la
dsipersón de la energía. Ser realiza mediante operaciones lógicas con una
secuencia pseudoaleatoria.
-‐ Reed-Salomon (204,188): Ofrece la posibilidad de corregir hasta 8 bytes
erróneos.
-‐ Convulacional Interleaving: N=12, J=178. Al byte de sincronismo no se le aplica
interleaving.
-‐ Inner Coding: Código convolucional CC(1/2,7). Robustece la señal al añadir
redundancia.
-‐ Baseband Shaping: Convierte los bits en pulsos de Nyquist.
-‐ Modulación QPSK: Es la modulación más robusta de todas las modulaciones
digitales. Son dos modulaciones PSK binarias en cuadratura, con lo que se
transmiten cuatro fases. Es una modulación muy extendida pues es la más
robusta y además permite transportar el doble de bitrate que la BPSK.
16
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
Figura
2.
Diagrama
de
bloques
del
estándar
DVB-‐S.
Como
se
puede
ver
en
el
diagrama
de
bloques,
el
video,
el
audio
y
los
datos
se
multiplexan
en
un
programa,
más
tarde
este
programa
se
multiplexa
con
otros
programas
en
el
Trasnport
MUX
y
se
forman
los
TS
MPEG-‐2,
estos
procesos
son
comunes
para
los
tres
estándares
DVB.
A
partir
de
aquí
empieza
el
procesamiento
específico
del
DVB-‐S
explicado
en
la
página
anterior
17
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
5.2.1.2. DVB-C
La televisión por cable surge ante la necesidad de llevar las señales de televisión a los
abonados sin que estos necesiten disponer de equipos receptores, reproductores y
antenas. Además ofrece la ventaja de disponer de un canal de retorno, hecho que
permite poder realizar diferentes servicios sin tener que utilizar otra infraestructura.
Tiene la dificultad añadida de que se debe tender una red de cable, por lo que
solamente es viable en núcleos urbanos.
La transmisión digital por cable está basada en la norma DVB-C, muy similar a la de
satélite. Estos son los procesos básicos a destacar:
-‐ Multiplex Adaptation and Energy Dispersal: Proceso de scrambling para la
dsipersón de la energía. Ser realiza mediante operaciones lógicas con una
secuencia pseudoaleatoria.
-‐ Reed-Salomon (204,188): Ofrece la posibilidad de corregir hasta 8 bytes
erróneos.
-‐ Convulacional Interleaving: N=12, J=178. Al byte de sincronismo no se le aplica
interleaving.
Estos tres primeros procesos son iguales en DVB-S y DVB-S, ahora viene cuando se
diferencian las dos normas:
-‐ Byte to M-tuple conversión: Los bytes se convierten en grupos de M bits. El
número M depende de la modulación seleccionada (16-QAM, 32-QAM o 64-
QAM).
-‐ Codificación diferencial: Se aplica codificación diferencial a los bits más
significativos (2 MSB). De esta manera el sistema se hace insensible a
alteraciones de fase, además facilita la sincronización de los receptores.
-‐ Filtro de Nyquist: α=0,15.
-‐ Modulación QAM: Se puede seleccionar entre transmitir mediante 16-QAM, 32-
QAM o 64-QAM en función de lo hostil que sea el canal.
18
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
Figura
3.
Diagrama
de
bloques
del
estándar
DVB-‐C.
Como
se
ha
explicado
con
anterioridad,
la
formación
de
TS
MPEG-‐2
es
la
misma
para
los
tres
sistemas
DVB,
importante
remarcar
que
en
cada
TS
MPEG-‐2
va
información
de
programas
diferentes.
Una
vez
creado
el
TS,
empiezan
los
procesos
del
DVB-‐C
19
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
5.2.1.3. DVB-T
La televisión digital terrestre utiliza exactamente la misma banda de transmisión que la
difusión analógica. El hecho de digitalizar el señal de TV ha permitido realizar
agrupaciones de hasta cuatro canales en un Mux y así transportar cuatro canales
digitales por donde antes transmitia un único canal analógico.
La televisión digital terrestre en los Estados Unidos se basa en la norma ATSC
(Advanced Television System Committee), sistema que no ha prestado tanta atención
a la eliminación de los ecos como lo ha hecho el sistema europeo.
La televisión digital terrestre utiliza la norma DVB-T, ésta está caracterizada por los
siguientes procesos principales:
-‐ Multiplex Adaptation and Energy Dispersal: Proceso de scrambling para la
dsipersón de la energía. Ser realiza mediante operaciones lógicas con una
secuencia pseudoaleatoria.
-‐ Reed-Salomon (204,188): Ofrece la posibilidad de corregir hasta 8 bytes
erróneos.
-‐ Convulacional Interleaving: N=12, J=178. Al byte de sincronismo no se le aplica
interleaving.
-‐ Inner Coding: Código convolucional. Puede variar entre CC(1/2,7) y CC(7/8,7).
Robustece la señal al añadir redundancia.
Éstos cuatro procesos son iguales que en el sistema DVB-S.
-‐ Segundo nivel de interleaving: Formado por un intercalador de bit y un
intercalador de símbolo.
-‐ Mapper: Se mapea la constelación de la modulación en función del símbolo
recibido.
-‐ Inserción de Pilotos & TPS: Hay dos tipos de pilotos, las portadoras fijas que se
utilizan para la sincronización de la frecuencia y las portadoras dispersas, su
función es realizar un barrido espectral y así ecualizar el canal. Los TPS son
datos de configuración para informar al receptor sobre la modulación
empleada, el código convolucional utilizado…
-‐ Frame adaptation: Agrupa 68 símbolos OFDM en un frame OFDM.
-‐ Modulación OFDM: DVB-T utiliza para su transmisión la modulación OFDM
(Orthogonal Frecuency Division Multiplex). Ésta modulación pese a significar
un alto coste a nivel técnico, proporciona una alta inmunidad a los ecos. OFDM
utiliza miles de portadoras, hecho que convierte los ecos en beneficiosos y
consigue repartir la energía de radiación. Las portadoras son ortogonales entre
ellas en el dominio de la frecuencia, hecho que permite comprimir mucho el
ancho de banda de la señal a transmitir, concretamente a la mitad. La
20
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
información se transmite en un tiempo útil, al que se le añade un intervalo de
guarda para reducir la ISI (Interferencia Inter Simbólica). Por lo que hace a la
codificación de canal se le añada un segundo interleaving en comparación a
DVB-S y DVB-C, hecho que robustece más si cabe la señal.
-‐ Inserción del Intervalo de guarda: Se realiza mediante una lectura de una
memoria de una forma lógica.
-‐ Conversor digital/analógico.
Figura
4.
Diagrama
de
bloques
del
estándar
DVB-‐T.
El
estándar
DVB-‐T
es
el
más
complejo
de
los
tres,
aunque
la
formación
del
TS
es
la
misma
que
en
los
estándares
anteriores:
la
creación
del
programa
a
partir
del
vídeo,
el
audio
y
los
datos
codificados
para
más
tarde
formarse
el
TS
MPEG-‐2,
con
la
información
de
los
d iferentes
programas
21
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
5.2.2. Estándares de segunda generación
5.2.2.1. DVB-S2/S2X
Introducción:
Digital Video Broadcasting by Satellite de segunda generación (DVB-S2) es el
estándar sucesor del DVB-S. Fue creado en el 2003 por el DVB Project, y ratificado
durante el 2005 por el organismo regulador ETSI.
Es por tanto una evolución del sistema DVB-S, y tiene como avances principales una
fuerte corrección contra errores que se lleva a cabo mediante una doble codificación
en cascada; la primera denominada Low Density Parity Check y la segunda una BCH.
Esta doble codificación proporciona una capacidad muy próxima a la descubierta por
Shannon, el denominado límite de Shannon.
Además de aumentar la capacidad, también se ha aumentado la flexibilidad y permite
transportar diferentes servicios con diferentes velocidades binarias. Esto se ha
conseguido mediante diferentes esquemas de modulación, varios factores de roll-off y
una adaptación muy flexible al flujo de entrada. Todos estos avances respecto a su
predecesor proporcionan un aumento de capacidad de DVB-S2 respecto a DVB-S de
alrededor del 30%. Esto se a conseguido a los últimos avances de codificación de
canal y modulación.
Cambios respecto a DVB-S:
DVB-S2 dispone de una eficiencia un 30% mayor que DVB-S, mayor número de
aplicaciones gracias a la combinación de funcionalidades; DVB-S para uso doméstico
y DVB-DSNG para usos profesionales. También maximiza los recursos de satélite
mediante adaptaciones de codificación y tiene la gran ventaja de la retro
compatibilidad con la generación anterior.
En la siguiente tabla podemos ver de forma resumida los cambios fundamentales:
DVB-S DVB-S2
Multiple transport stream
Single transport
Input interface and generic stream
stream (TS)
encapsulation (GSE)
Variable coding &
Constant
Modes modulation and adaptive
coding & modulation
coding & modulation
LDPC + BCH 1/4, 1/3, 2/5,
Reed–Solomon (RS) 1/2,
FEC 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6,
2/3, 3/4, 5/6, 7/8
8/9, 9/10
Single-carrier QPSK with
Modulation Single-carrier QPSK
multiple streams
22
Evolución
de
la
transmisión
de
la
señal
de
TV
hacia
las
redes
IP
BPSK, QPSK, 8PSK, BPSK, QPSK, 8PSK,
Modulation schemes
16QAM 16APSK, 32APSK
Interleaving Bit-interleaving Bit-interleaving
Pilots N/A Pilot symbols
Las principales áreas de aplicación son los servicios de radio fusión, los servicios
interactivos, la contribución a la TV digital y “Satelite News Gathering” (DTVC/DSNG) y
otro tipo de aplicaciones profesionales.
Características técnicas:
1. Modos de modulación: Hay cuatro modos de modulación, QPSK y 8PSK para
aplicaciones no lineales y 16APSK y 32APSK para aplicaciones profesionales
lineales.
2. Ancho de banda y factor roll-off: DVB-S2 añade dos factores de roll-off nuevos
de α = 0.25 y α = 0.20 mientras que DVB-S solo disponía de α = 0.35.
5.2.2.2. DVB-C2
Introducción:
Digital Video Broadcasting by Cable de segunda generación (DVB-C2) es el estándar
sucesor del DVB-C. Desarrollado por el estándar DVB. Utiliza las últimas técnicas de
codificación y modulación de redes de cable para así ser mucho mas eficiente que su
predecesor, cabe recordar que la capacidad de datos transmitidos que se estaba
utilizando hasta ahora estaba rozando el límite máximo. Mediante este estándar se
podrá dar prestación a nuevos servicios como el vídeo bajo demanda (VOD) y la
televisión de alta definición (HDTV). Los operadores digitales podrán por tanto
satisfacer las necesidades de retransmisión y podrán seguir siendo competitivos.
Los factores que se dieron para que el grupo DVB crearan el estándar de segunda
generación de cable son:
-‐ Las redes de televisión por cable ya estaban a plena capacidad.
-‐ Los operadores de necesitan flexibilidad para mantener su oferta competitiva.
-‐ Las redes de televisión por cable que retransmiten contenido de otras redes
deben seguir su evolución.
-‐ Se necesitaban nuevas herramientas para hacer frente a nuevos clientes,
especialmente proveniente de redes IP.
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