Nuevas Tecnologías de codificación de vídeo para servicios de streaming
Damián Ruiz Coll
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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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Implicaciones de los nuevos modelos de consumo audiovisual
Fuerte crecimiento del consumo de contenido audiovisual en terminales móviles
Fuente: Ericsson
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Implicaciones de los nuevos modelos de consumo audiovisual
Proyección con crecimiento de casi el 70% de vídeo en móviles
Fuente: Cisco
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Implicaciones de los nuevos modelos de consumo audiovisual
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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Irrupción de formatos de Ultra-HD
Fuente: INTELSAT
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Irrupción de formatos de Ultra-HD
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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Implicaciones de los nuevos modelos de consumo audiovisual
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
• Arquitectura y eficiencia de HEVC
• 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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Arquitectura y eficiencia de HEVC
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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Arquitectura y eficiencia de HEVC
– 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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Arquitectura y eficiencia de HEVC
¿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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Arquitectura y eficiencia de HEVC
– El objetivo se ha superado en términos de calidad subjetiva
– Comparativa calidad subjetiva HEVC vs H.264
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Arquitectura y eficiencia de HEVC
¿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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Arquitectura y eficiencia de HEVC
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
• Arquitectura y eficiencia de HEVC
• 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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Agenda
• Arquitectura y eficiencia de HEVC
• Road map HEVC
• MPEG-DASH
• Conclusiones
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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
Arquitectura streaming adaptativo
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
Arquitectura streaming adaptativo
– 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.
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MPEG-DASH
Ejemplo de streaming con MPEG-DASH
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Agenda
• Arquitectura y eficiencia de HEVC
• Road map HEVC
• MPEG-DASH
• Conclusiones