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Nuevas Tecnologías de codificación de vídeo para servicios de streaming

Damián Ruiz Coll

([email protected])

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¿Qué pueden aportar los nuevos estándares abiertos en los servicios de

streaming?

Implicaciones de los nuevos modelos de consumo audiovisual

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Fuerte crecimiento del consumo de contenido audiovisual en terminales móviles

Fuente: Ericsson

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Proyección con crecimiento de casi el 70% de vídeo en móviles

Fuente: Cisco

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Las políticas de la UE, y el compromiso de armonización mundial de las bandas de frecuencias para servicios móviles, restan capacidad

a los servicios de radiodifusión

Armonización del espectro Radioeléctrico para servicios de IMT en UE (WRC-2015)

Posible pérdida de la banda 700MHz, en un segundo Dividendo Digital (DD2)

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Irrupción de formatos de Ultra-HD

Pantallas de grandes dimensiones (85”) que requieren de un incremento significativo de su resolución, ofreciendo un entorno inmersivo

Smartphone con pantallas, cámaras y sistema de grabación compatibles con el formato de 4k

Cámaras profesionales con resoluciones de 4K

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Fuente: INTELSAT

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Resolución

Frame Rate

Scan

Rango Dinámico

Colorimetría

Profundidad Pixel

4K: 3840x21608K: 7680x4320

ProgresivoHigh Dynamic Range

120, 60, 50, 30,

25, 24

10 bits y

12 bits

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Redes móviles de alta eficiencia con capacidad de Broadcast

Estándar abierto para servicios de streaming adaptativo (ABR)

Nueva tecnología de transmisión

+

Nuevo códec

compresión de vídeo

Tecnología de codificación de vídeo que duplican la eficiencia de H.264 ≈ 50%

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Agenda

• Arquitectura y eficiencia de HEVC

• Road map HEVC

• MPEG-DASH

• Conclusiones

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Agenda


• Road map HEVC

• MPEG-DASH

• Conclusiones

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Arquitectura y eficiencia de HEVC

– Ciclos tecnológicos en periodos de 10 años, doble objetivo:

– Soporte a nuevos formatos de mayor resolución (SD, HD, 4K, …8K)

– Mejorar la eficiencia en un 50%

Comunicaciones audiovisuales de nueva

generación de alta eficiencia

MPEG-2

H.264/AVC

HEVC

SD

HD

UHDTV

TV Digital (DVD)

HDTVStreaming

1992 2003 2013

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Estándar aprobado en Enero 2013 conjuntamente por el ITU e ISO

(MPEG) en el JCT-VC “Joint Collaborative Team on Video Coding “

– Un mismo estándar con 3 nombres distintos:

– ITU H.265

– ISO / e IEC 23008-2 (MPEG-H Part2 )

– High Efficiency Video Coding, nombre acuñado durante el desarrollo del estándar, pero no es un nombre oficial

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– El estándar persigue un doble objetivo:

Aumento de la eficiencia de compresión 50% con

respecto a su predecesor H.264

Limitar la complejidad de los algoritmos, aumentando

la capacidad de paralelización

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¿Cómo alcanza una alta eficiencia?– No introduce una tecnología innovadora, mantiene la arquitectura

híbrida con ME-MC y 2D-DCT

– La industria y la comunidad científica esta haciendo grandes esfuerzos por reducir la complejidad computacional, sobre arquitecturas multi-core y PPG

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– El objetivo se ha superado en términos de calidad subjetiva

– Comparativa calidad subjetiva HEVC vs H.264

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¿Cómo alcanza un eficiencia superior a la de H.264?

– Nuevo particionado de los bloques de codificación CTU “Coding Tree Unit” en una estructura jerárquica adaptativa, que sustituyen a los MB (16x16)

CTB

(64x64)

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CTUCU

PU

TU

64x64

32x32

16x16

8x8

4x4

64x648x8

64x644x4

32x324x4

¿Cómo alcanza un eficiencia superior a la de H.264?

– Además del CTU, HEVC define 3 nuevas unidades CU ”Coding Unit”, PU “Prediction Unit” y TU ”Transform Unit” con dependencia jerárquica.

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Agenda


• Road map HEVC

• MPEG-DASH

• Conclusiones

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Road map HEVC

Industrialización HEVC

2014

• Disponibilidad de primeras versiones eficientes de codecs HEVC V1, para HD

• Encoder “software” eficiencia media

• Player disponibles (VLC, DivX, GPAC)

• Encoder Open source (x265, f265,Strongene )

• Chipset de decoder en Q4

2015

• Versiones comerciales para UHDTV

• Disponibilidad implementaciones hardware ASIC y FPGA

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MPEG-DASH

Permite la adaptación dinámica al cambio de condiciones de la red o de la capacidad de terminal

MPEG-DASH

(Protocolos http)

Download Progresivo

(No live Streaming)

Streaming RTP+UDP

(No soportados por CDN, firewalls)

MPEG Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (ISO/IEC 23009-1)

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MPEG-DASH

Alternativas de streaming adaptativo

Apple HTTP Live streaming

Adobe HTTP Dynamic Flash streaming

Microsoft Smooth Streaming

3GPP RTSP Streaming

Video codec H.264 H.264, VP6 H.264, VC-1 H.263, H.264

Audio codec AAC, MP3 AAC, MP3 AAC, WMA AAC, AMR

Segment format

MPEG-2 TS MP4 MP4 RTP packet

Player Apple QT X Flash, Air Silverlight 3GPP handsets

Protection AES-128 Flash Access PlayReady OMA

Segment length

10 seg. 2 – 4 seg. 2 – 4 seg. no

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MPEG-DASH

Arquitectura streaming adaptativo

Servidor HTTP

Codificador Multi-

Representation

Initialisation Segment

Media Presentation Description

Cliente DASH

Internet

Petición de Segmentos de vídeo

“Manifiest”: Represtation, duracion segmentos, URL

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MPEG-DASH


Encoder Rep. 1

Pre-proc 1

BMFF

Encoder Rep. 2

Pre-proc 2

BMFF

Encoder Rep. M

Pre-proc M

BMFF

MPD I. Segment

Servidor Streaming

Media Segments

Media Segments

Media Segments

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MPEG-DASH


– Cada una de las Representations es codificado con una tasa binaria y/o resolución espacio-temporal.

– El pre-procesador es el encargado de escalar los contenidos

– Open IPTV forum, HbbTV han adoptado el perfil “ISO Base media file format live profile”.

– Cada stream es fragmentado conforme al ISO Base Media File Format (BMFF), basado en el encapsulado de ficheros MP4.

– Los segmentos deben tener una duración entre 1 y 15 segundos, y ser auto-contenidos para su decodificación.

GRACIAS POR SU ATENCION

Damián Ruiz Coll

[email protected]

mailto:[email protected]

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