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VIDEO VIDEO CONFERENCIACONFERENCIA
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Sumario
Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión
Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Telefonía Internet
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Clasificación algoritmos de compresión
Por su fidelidad: Sin pérdidas (lossless): usada para datos (ej.: norma V.42bis en
módems, ficheros .zip) Con pérdidas (lossy): usada normalmente en audio y vídeo.
Inaceptable para datos. Eliminan información no perceptible por el hombre.
Por su velocidad relativa de compresión/descompresión: Simétricos: necesitan aproximadamente la misma potencia de CPU
para comprimir que para descomprimir Asimétricos: requieren bastante más CPU para comprimir que para
descomprimir. En multimedia se suelen utilizar algoritmos lossy Siempre se necesita más CPU para comprimir que para
descomprimir Generalmente los algoritmos que consiguen mayor compresión
gastan más CPU.
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Algunos formatos de audio digitalFormato Frec. Muestreo
(KHz)Canales Caudal por canal
(Kb/s)Uso
PCM (G.711) 8 1 64 Telefonía
ADPCM (G.721) 8 1 32 Telefonía
SB-ADPCM (G.722) 16 1 48/56/64 Vídeoconferenc.
MP-MLQ (G.723.1) 8 1 6,3/5,3 variable Telefonía Internet
ADPCM (G.726) 8 1 16/24/32/40 Telefonía
E-ADPCM (G.727) 8 1 16/24/32/40 Telefonía
LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.
CS-ACELP (G.729) 8 1 8 Telefonía Internet
RPE-LTP (GSM 06.10) 8 1 13,2 Telefonía GSM
CELP (FS 1016) 8 1 4,8
LPC-10E (FS 1015) 8 1 2,4
CD-DA / DAT 44,1/48 2 705,6/768 Audio Hi-Fi
MPEG-1 Layer I 32/44,1/48 2 192-256 variable
MPEG-1 Layer II 32/44,1/48 2 96-128 variable
MPEG-1 Layer III (MP3) 32/44,1/48 2 64 variable Hi-Fi Internet
MPEG-2 AAC 32/44,1/48 5.1 32-44 variable Hi-Fi Internet
ElevadoRetardo
(ISO)
BajoRetardo(ITU-T)
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Compresión de vídeo
Para la compresión de vídeo se aplican dos técnicas: Compresión espacial o intraframe: se aprovecha la
redundancia de información que hay en la imagen de cada fotograma, como en la imágenes JPEG
Compresión temporal o interframe: se aprovecha la redundancia de información que hay entre fotogramas consecutivos.
La compresión interframe siempre lleva incluida la intraframe.
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Sistema Compresión
Espacial (DCT)
Compresión
temporal
Complejidad
compresión
Eficiencia Retardo
M-JPEG Sí No Media Baja Muy
pequeño
H.261 Sí Limitada
(fotog. I y P)
Elevada Media Pequeño
MPEG-1/2 Sí Extensa
(fotog. I, P y B)
Muy elevada Alta Grande
H.263
MPEG-4
Sí Extensa
(fotog. I, P y B)
Enorme Alta Media
Grande
Formatos compresión de vídeo
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Estándar/Formato Ancho de banda típico
Ratio de compresión
CCIR 601 170 Mb/s 1:1 (Referencia)
M-JPEG 10-20 Mb/s 7-27:1
H.261 64 Kb/s – 2000 Kb/s 24:1
H.263 28,8-768 Kb/s 50:1
MPEG-1 0,4-2,0 Mb/s 100:1
MPEG-2 1,5-60 Mb/s 30-100:1
MPEG-4 28,8-500 Kb/s 100-200:1
Caudal requerido por los sistemas de compresión de vídeo más
comunes
Bajoretardo
Elevadoretardo
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Vídeo M-JPEG (Motion JPEG)• Es el más sencillo. Trata el vídeo como una secuencia de
fotografías JPEG, sin aprovechar la redundancia entre fotogramas.
• Algoritmos DCT (Discrete Cosine Transform)• Poco eficiente, pero bajo retardo.• Usado en:
– Algunos sistemas de grabación digital y de edición no lineal (edición independiente de cada fotograma)
– Algunos sistemas de videoconferencia (bajo retardo).• No incluye soporte estándar de audio. El audio ha de
codificarse por algún otro sistema (p. Ej. CD-DA) y sincronizarse por mecanismos no estándar.
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Vídeo H.26x• Estándares de vídeo la ITU-T para vídeoconferencia: baja velocidad,
poco movimiento. Menos acción que en el cine.– H.261: Desarrollado a finales de los 80 para RDSI (caudal constante).– H.263, H.263+, H.26L. Más modernos y eficientes.
• Algoritmos de compresión MPEG simplificados:– Vectores de movimiento más restringidos (menos acción)– En H.261: No fotogramas B (excesiva latencia y complejidad)
• Menos intensivo de CPU. Factible codec software en tiempo real• Submuestreo 4:1:1 para luminancia y crominancia.• Resoluciones:
– CIF (Common Interchange Format): 352 x 288– QCIF (Quarter CIF): 176 x 144 – SCIF (Super CIF): 704 x 576
• Audio independiente: G.722 (calidad), G.723.1, G.728, G.729• Sincronización audio-vídeo mediante H.320 (RDSI) y H.323 (Internet)
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Formato SQCIF QCIF CIF 4CIF o SCIF
16CIF 4:3
16CIF 16:9
Resolución
128x96
176x144
352x288
702x576
720x576
1408x11521440x11
52
1920x1152
H.261 Opc.
H.263 Opc. Opc.
MPEG-4
MPEG-1
MPEG-2 Bajo Princip. Alto 1440 Alto
Est
ánda
rResoluciones estándar de vídeo
comprimido
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Resoluciones de vídeo
16CIF 16:916CIF 4:3
SCIF
CIF
QCIF SQCIF
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Sumario
Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión
Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Telefonía Internet
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Estructura paquete RTP
Cabecera UDP
Cabecera IP
Datos (Audio o Video digital)Cabecera
RTP
820 12 Variable
Número de secuencia(16 bits)
Ordenar datagramasrecibidos,
detectar perdidos
Timestamp(32 bits)
Reproducir en elinstante adecuado,
sincronizar audio y vídeo
Payload Type(7 bits)
Identificar el tipo de información recibida
(ej.: audio G.722)
La cabecera RTP incluye: Con esto el receptor puede:
Permite la sincronización dentro de un mismo flujo.
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Cabecera RTP (RFC 1889)
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Paquetes RTCP• Los paquetes RTCP no llevan información de usuario, solo
de control.• Pueden ser de varios tipos:
– SR (Sender Report): ofrece estadísticas de transmisión y recepción de los participantes que son emisores activos.
– RR (Receiver Report): ofrece estadísticas de recepción de los participantes que no son emisores activos.
– SDES (Source Description): describe a un emisor activo. Lo utilizan los emisores para anunciarse de manera no ambigua.
– BYE: Indica el final de la participación
• Con la información de RTCP los emisores pueden ajustar el caudal según el estado de la red.
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Sumario
Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión
Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Telefonía Internet
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Aplicaciones de audio-vídeo en tiempo real
Aplicación Sentido Estándares
Retardo Espectadores
Multicast
Videoconferencia
H.32x Bajo Uno o varios Apropiado
Emisiones en directo (radio-TV
por Internet)
H.32x
MPEG
Alto Muchos Muy
Apropiado
Audio-Vídeo bajo demanda
MPEG Medio Uno No
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Vídeoconferencia
Comunicación interactiva por medio de audio, video y compartición de datos
Puede ser:Punto a puntoPunto a multipuntoMultipunto a multipunto
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Requisitos/Características de la vídeoconferencia
Compresión/descompresión en tiempo real Retardo máximo 200-400 ms. Movilidad reducida Normalmente aceptable audio de calidad
telefónica Necesidad de sincronizar audio y vídeo Necesidad de protocolo de señalización
(servicio orientado a conexión)
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Estándares de Vídeoconferencia
Los sistemas de videoconferencia han sido estandarizados por la ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunications sector) en los estándares de la serie H (sistemas multimedia y audiovisuales)
En la serie H hay una gran cantidad de estándares. Los H.32x son estándares de videoconferencia. La
‘x’ depende del tipo de red utilizado
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Estándares H.32x
Estándar Medio físico Tipo servicio Año aprobación
H.320 RDSI Circuito 1990
H.321 ATM Circuito
H.322 IsoEthernet TDM
H.323 Ethernet Paquete 1996
H.324 Módem analógico
Circuito
Los H.32x son estándares ‘paraguas’. Cada uno de ellos se basa en una serie de estándares previos para especificar todos los servicios necesarios en una vídeoconferencia. Ej.: Codificación de audio G.711
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Estándares H.320 y H.323
RDSI IP
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Vídeoconferencia H.320
RDSI3*BRI
Flujo de audio-vídeo128 - 384 Kb/s
3*BRI
Picturetel
Dirección E.164: 963865420 Dirección E.164: 963983542
Polycom
Sistema de grupo o sala
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Internet
Vídeoconferencia H.323
ADSL10BASE-T
Flujo de audio-vídeo14,4 - 512 Kb/s
MicrosoftNetmeeting,
Polycom ViaVideo
Dirección IP: 147.156.1.20Dirección IP: 172.68.135.22
Sistema desobremesa
Polycom,Tandberg
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Estándares H.320 y H.323
H.323 H.320
Control H.225.0
Control de llamada Q.931
H.245 Control del sistema
H.242
H.225.0
Multiplexación H.221
Medios G.711
G.722
G.723.1
G.728
Audio G.711
G.722
G.728
H.261
H.263
Vídeo H.261
H.263
T.120 Datos T.120
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Formatos de audio H.32x
Codec Ancho de Banda
en origen
Ratio de
compresión
Ancho de Banda
comprimido
G.711
G.722
G.723.1
G.728
G.729
MPEG
64 Kb/s
224 Kb/s
64 Kb/s
64 Kb/s
64 Kb/s
706 Kb/s
1 : 1
3,5-4,6 : 1
10 : 1
4 : 1
8 : 1
3-11 : 1
64 Kb/s
48-64 Kb/s
6,4 Kb/s
16 Kb/s
8 Kb/s
64-256 Kb/s
MPEG no es un formato de audio H.323. Solo aparece a título comparativo
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Terminales H.323
Red IP
Lo único obligatorio en un terminal H.323 es la parte de audio
Sistema de grupo o sala
Sistema desobremesa
Teléfono IP
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Arquitectura terminal H.323
Equipo e/sde vídeo
Equipo e/sde audio
Datos usuarioAplicaciones
T.120, etc.
Interfaz deusuario para
controldel sistema
Codec VideoH.261, H.263
Control H.245
H.225.0 Controlllamada
H.225.0 ControlRAS
Retardotrayecto
Recepción(Sync)
CapaH.225
UDP
TCP
RTPRTCP
IP
UDP
Control del sistema
Codec AudioG.711, G.722,G.723, G.728,
G.729
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Señalización H.323
GK
Petición de admisión
Confirmación de admisión RAS
Inicio
ConexiónH.225
(Q.931)
Intercambio de capacidades
Apertura de canal lógico
ACK de apertura de canal lógico
H.245
Path
Resv RSVP(opcional)
Flujo RTP
Flujo RTP
Flujo RTCPMedio
Gatekeeper
Terminal H.323
Terminal H.323
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Sumario
Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión
Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Telefonía Internet
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Elementos de vídeoconferencia
Terminal: es el equipo que utiliza el usuario para comunicarse
Gateway, pasarela o puerta de enlace: interconecta redes diferentes: H.320 (RDSI) e Internet (H.323)
Gatekeeper o equipo selector: permite el control de acceso. Realiza la equivalencia de direcciones IP a direcciones E.164 o usuarios
MCU, Multipoint Control Unit o Unidad de control multipunto: replica un flujo de audio/video para permitir multiconferencia
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Funciones del Gatekeeper (GK) Obligatorias:
Traducción de direcciones IP a E.164 o userid (alias) Control de Admisión: en función de los recursos disponibles (ancho de
banda, etc.) Gestión de ancho de banda: controla número de terminales accediendo
simultáneamente Registro de terminales H.323 y pasarelas gw H.320-H.323
Opcionales Señalización de control: el gatekeeper puede efectuar la señalización de
llamada Autorización de llamada: acepta o rechaza la llamada en base a autorización
del usuario Gestión de llamada: mantiene una lista de llamadas activas En el caso de una llamada entre H.320-H.323, el GK selecciona el gw más
próximo al destino, tratando de realizar llamada local.
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Vídeoconferencia H.323: Gatekeeper
Pedro147.156.1.20
5111
GK
Internet
Luis147.156.3.12
5112
Laura147.156.4.15
5113
Ana147.156.7.45
5114
Dirección E.164
(número teléfono)
Alias H.323 Dirección IP
5111 Pedro 147.156.1.20
5112 Luis 147.156.3.12
5113 Laura 147.156.4.15
5114 Ana 147.156.7.45
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WAN IP
GK
GK
GK
GK
Zona 1Prefijo 56
Zona 2Prefijo 73
Zona 3Prefijo 48
Zona: conjunto formado por los terminales, gateways, y MCUs gestionados por un
gatekeeper
Las zonas de Gatekeeper son
areas lógicas que reflejan la
topología de la red y simplifican las
tareas administrativas
Zonas de Gatekeeper
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Pasarela (Gateway) H.320-H.323
Internet RDSI
Gateway o‘puerta de enlace’
147.156.2.15
147.156.2.69 963171500
963972386
BRI
PRI
Arrancar NetmeetigGW 147.156.2.69
Llamar a 963972386
ADSL
GW
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Funciones Gateway H.323
Interoperabilidad entre audio/vídeo y estándares de red
Conversión de protocoloProcedimientos de comunicaciónFormatos de transmisión
Opcionalmente: Transcodificación (conversión de formatos audio/video)
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Arquitectura Gateway H.320-H.323
IP RDSIH.323
H.320
Datos T.120
Audio
Video
IVRControl de
llamada
H.245H.225
H.242Q.931
IVR: Interactive Voice Response para introducir extensiones
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Gateway/Gatekeeper, llamada entrante
Internet GW RDSI
147.156.2.15
147.156.2.69
Gatekeeper o ‘equipo selector’
158.42.5.96
963171500
963972386
BRI
PRI
Usuario IP Ext.
Llamar a 963171500 ext. 60
Arrancar NetmeetingGK: 158.42.5.96Usuario: Alicia
Número de tel.: 60
Alicia 147.156.2.15 60
¿ext. 60?
60 = 147.156.2.15
GK
ADSL
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Gateway/Gatekeeper, llamada saliente
Internet RDSI
147.156.2.15
Gatekeeper158.42.5.96
963972386
BRI
PRI
Usuario IP Ext.
Arrancar NetmeetingGK: 158.42.5.96Usuario: Alicia
Número de tel.: 60
Alicia 147.156.2.15 60
Llamar al 963972386
Usar GW 147.156.2.69
GK
ADSL
Registro
147.156.2.69 963171500
GW
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Necesidades de la vídeoconferencia Caudal:
El teóricamente necesario más un 10-20% como mínimo
Retardo: Para telefonía de calidad: <150 ms extremo a extremo
(recomendación ITU G.114) Para videoconferencia: < 400 ms
Pérdida de paquetes: Menor del 1% (hay que evitar la congestión)
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Vídeoconferencia multipunto H.320
Servidor MCU(Multipoint Control Unit)
RDSI
Replica el flujo de audio/vídeopara cada participante.
Posible cuello de botella
PRI
3*BRI
3*BRI
Flujos de audio-vídeounidireccionales de 384 Kb/s
3*BRI
3*BRI
Emisor
Receptor Receptor
Receptor
MCU
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Vídeoconferencia multipunto H.323
MCU H.323(Multipoint Control Unit)
Internet
Replica el flujo de audio/vídeopara cada participante.
Posible cuello de botella
MCU
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Arquitectura de MCU H.323
Presencia continua
Activación por voz
Control de imagende vídeo
Mez
clad
or
de
aud
io
Mezclador de audio
T.120
La MCU unifica todos los flujos en uno único.
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Sumario
Audio y vídeo digital. Estándares. Compresión
Protocolos RTP y RTCP Vídeoconferencia. Estándares H.32x Pasarelas e Interoperabilidad Telefonía Internet
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Telefonía sobre Internet
Pretende aprovechar la red IP para la comunicación telefónica
Requiere una red con bajo retardo y caudal garantizado (QoS)
Además de digitalizar la voz es necesario ofrecer todas las funciones propias de una red telefónica: Señalización Funciones avanzadas: reenvío de llamadas, mensajería,
etc.
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Red Telefónica
Red IP
Call Manager Call Manager
Red IP
Evolución de la telefonía
Telefonía Tradicional
Telefonía tradicional sobre backbone IP
Telefonía IPV: voice card con gateway
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Ejemplo de telefonía IP
Red Telefónica
pública
Salamanca Zaragoza
Pamplona
Red Telefónica
pública
Red Telefónica
pública
1
2
3
1
2
3A 0976* por 1A 0* por 2Resto por 1
A 0923* por 1A 0* por 2
Resto por 1
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CONS vs CLNS
Red Telefónica
Red IP
Dir. E.164: 1001 Dir. E.164: 2001
Dir. E.164: 1001Dir. IP: 136.12.15.32
Dir. E.164: 2001Dir. IP: 158.35.23.1
En caso de fallo la red telefónica no se recupera de forma automática
En caso de fallo la red IP reenvía los paquetes por una ruta alternativa.
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Teletrabajador
Oficina Principal
Sucursal ‘Moderna’
Sucursal ‘Antigua’
Red IP
Red Telefónica
Ejemplo de red de telefonía IP compleja
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Telefonía Internet
Cabecera
Red CATV
Internet
RDSI
Cable Modem
Red TelefónicaconmutadaModem
Gateway H.323(solo voz)
Red ADSL
Modem ADSL
Línea dedicada
Para ahorrar costos el gatekeeper elige la pasarela más próxima
al destinatario.
GK
GSMRed
analógica
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Telefonía sobre Internet
Un terminal H.323 solo está obligado a soportar audio, el vídeo es opcional
Por tanto con H.323 y gateways podemos ofrecer telefonía Internet sin tener que aprobar nuevos estándares
Sin embargo H.323 es un estándar muy complejo. Por ello el IETF ha aprobado un estándar alternativo específicamente diseñado para telefonía mucho más sencillo conocido como SIP
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Telefonía IP Ventajas:
+ Reducción de distancias (y costes) en la red telefónica
+ Fácil enrutamiento alternativo en caso de averías en la red (servicio no orientado a conexión)
+ Compresión de la voz (G.729, G.723.1)+ Supresión de silencios+ Posibilidad de ofrecer servicios de voz de alta
calidad (G.722, 7 KHz) Inconvenientes
Degradación de la calidad cuando hay congestión (si no hay QoS).
Mayores retardos (>200ms), posibles problemas de ecos
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LAN con telefonía IP H.323
WAN con QoS(DiffServ o IntServ)
Teléfono software(Netmeeting, GnomeMeeting,
Softphone, etc.)
El teléfono recibe alimentación eléctrica desde el switch LAN.
Él mismo actúa como un switch de dos puertos 10/100
Call Manager(Gestor de telefonía IP)(Servidor Windows/XP)
Tramas H.323 con alta prioridad (802.1p)
Las tramas del teléfono van en una VLAN de alta prioridad (se
usa 802.1p y 802.1Q)
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Referencias Godred Fairhurst: Digital Televisión: The MPEG-2
Standard: http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/level2dp.pdf
Godred Fairhurst: MPEG-2 Digital Video: http://www.erg.abdn.ac.uk/public_html/research/future-net/digital-video/index.html
http://mpeg.telecomitalialab.com/ Página principal del proyecto OpenH323:
http://www.openh323.org. Interesante fuente de información sobre H.323, implementaciones y servicios relacionados (gateways, gatekeepers, sistemas de respuesta automatizada, etc.) para Linux y Windows. Todo gratuito y con los códigos fuente disponibles.
http://www.openphone.org/