wing: hacia las unidades móviles virtuales

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WiNG Wi reless N ews G athering Hacia las unidades móviles virtuales Dr. José Ramón Cerquides Bueno Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla

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Page 1: WiNG: Hacia las Unidades Móviles Virtuales

WiNGWireless News Gathering

Hacia las unidades móviles virtuales

Dr. José Ramón Cerquides Bueno

Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Escuela Técnica Superior de Ingenieros

Universidad de Sevilla

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JIFI 2010 - Caracas 22/12/2010

Organización

• Introducción.• Transmisión de datos en las redes de

telefonía móvil celular.• Evolución de los estándares de

codificación de vídeo.• Uniéndolo todo: WiNG (Wireless News

Gathering).

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WiNG

Hacia las unidades móviles virtuales

Introducción

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Bienvenida

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Sevilla y su entorno

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La Universidad de Sevilla

Carácter: Público

Creación: 1505

Estudiantes: 60000

Centros: 31

Departamentos: 125

Títulos: Grado: 70

Máster: 44

Doctorado: 138

Docentes: 4500

Presupuesto: 472 M€

www.us.es

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• Ubicada en el que fuera el Pabellón de América durante la Exposición Universal de 1992.• Nuestra Escuela cuenta en la actualidad con más de 5000 alumnos que son formados por más de 400 profesores, siendo el número anual de egresados superior a 400 ingenieros.• En la Escuela se imparten las siguientes titulaciones de Grado: Ingeniero Industrial, Ingeniero de Telecomunicación, Ingeniero Químico, Ingeniero en Automática y Electrónica Industrial, Ingeniero de Organización Industrial, Ingeniero en Electrónica, Ingeniero Aeronáutico e Ingeniero Civil y otros cinco títulos de Máster.

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La Escuela Superior de Ingenieros

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•Creado en el año 1993, su ámbito de actividad abarca fundamentalmente Teoría de la Señal, Comunicaciones y Electromagnetismo. •Imparte docencia de grado Ingeniero de Telecomunicación y de Ingeniero Electrónico. •Imparte también actualmente el Máster en Ingeniería Electrónica, Tratamiento de Señales y Comunicaciones.•La labor de investigación desarrollada en los diferentes grupos se concreta en proyectos financiados parcial o totalmente por entidades públicas y privadas nacionales e internacionales.

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El Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones

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Hacia las unidades móviles virtuales

Transmisión de datos en las redes de telefonía móvil celular.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• Los inicios– Finales de los años 40.– Modulación AM y FM.– Bandas HF y VHF.– Equipos pesados,

embarcados.– Impopulares,

extremadamente caros.– Operan desde 1946 hasta

1993.– Únicamente voz.– Ejemplo: Bell System

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• La primera generación (1G)– En 1981 Ericsson lanza el NMT 450

(Nordic Mobile Telephony 450 MHz). Canales analógicos. Modulación en FM.

– En 1986, Ericsson introduce el NMT 900.

– Además del sistema NMT, en los 80 se desarrollaron otros sistemas de telefonía móvil: AMPS (Advanced Mobile Phone System) en EE. UU. y TACS (Total Access Comunication System).

– Diseñados para transmisión de voz.– En España aparece en 1976 el NMT-

450 y a partir de 1982 el NMT-900 con el nombre comercial de MoviLine. Estuvo en servicio hasta 2003.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• La segunda generación (2G)– Década de 1990 – Empleo de modulaciones digitales

(GMSK en GSM).– Varios estándares: D-AMPS (EE.

UU.), PDC (Japón), cdmaOne (EE. UU. y Asia) y GSM.

– Servicios de datos inexistentes o de muy baja velocidad (9.6 kbps).

– Popularización de la telefonía móvil.

– Se empieza a gestar la idea de 3G, pero como CDMA no estaba suficientemente madura se optó por dar un paso intermedio: 2.5G.

– En España, Movistar empieza a operar en 1995.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• La evolución a 2.5G– La necesidad de nuevas

aplicaciones: WAP, EMS, MMS, email, acceso a la web, gestión de flotas… exigen aumentar la velocidad de acceso de datos.

– El primer paso fue la entrada del Servicio General de Paquetes vía Radio (GPRS - General Packet Radio Service). GPRS podía ofrecer hasta 114 kbit/s.

– Posteriormente el sistema evoluciona a EDGE (Enhaced Data rates for GSM Evolution) que permite velocidades de datos hasta 384 Kbps.

– Otros estándares siguieron una evolución similar.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• Sistemas 3G– La necesidad de aumentar la

velocidad de transmisión de datos, de ofrecer servicios como videoconferencia o televisión en el móvil junto con el grado de desarrollo tecnológico impulsan el sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

– UMTS utiliza CDMA, alcanzando velocidades desde 144 Kbps hasta 7.2 Mbps, siendo la referencia 384 Kbps.

– UMTS no triunfó excesivamente en el aspecto comercial de forma inicial, aunque va imponiéndose progresivamente.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• Sistemas 3.5G y 3.75G– Se denominan así habitualmente a las

tecnologías HSDPA (3.5G) y HSUPA. Juntas conforman HSPA que evoluciona a HSPA+ (3.75G).

– HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) mejora la velocidad del downlink hasta 14 Mbps.

– HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) es un protocolo con alta tasa de subida (hasta 7.2 Mbit/s).

– HSPA+ alcanza hasta 56 Mbit/s en el downlink y 22 Mbit/s en el uplink mediante técnicas MIMO y modulaciones 64-QAM.

– En España el despliegue de HSPA+ comenzó en Noviembre de 2009.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

• Sistemas 4G– Totalmente basada en IP, con

velocidades teóricas de acceso entre 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps en reposo.

– 4G es una colección de tecnologías y protocolos.

– Tanto WiMax como LTE son tecnologías rivales.

– LTE (Long Term Evolution) es un nuevo estándar de la norma 3GPP. La novedad de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA para el enlace descendente (DL) y SC-FDMA para el enlace ascendente (UL).

– WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) en su versión móvil está estandarizada como IEEE 802.16e.

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Transmisión de datos en sistemas celulares de telefonía móvil

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Hacia las unidades móviles virtuales

Evolución de los estándares de codificación de vídeo

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Codificación de vídeo

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Los orígenes(1950-1990)

• Primeros teléfonos con imagen B&W (1950)• Primer intento de estandarización en 1982. ITU-T H.120. DPCM codec.• Menos de 1 bit por pixel Codificación por bloques • 1981 - JPEG• 1990 - H.261: Video conferencia

– Combinación de DPCM y DCT– Compensación de movimiento

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Los sistemas MPEG

• MPEG-1: “Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media” (1992)– Objetivo: Calidad VHS a 1.5MBits/s– MP3 (audio) todavía en uso.

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Los sistemas MPEG

• MPEG-2: “Generic coding of Moving Pictures and Associated Audio”– Broadcasting y almacenamiento– Bitrates: 4-9 MBits/s– TV por satélite, DVD

• MPEG-3?– Orientado hacia HDTV– Incorporado a MPEG-2

• MPEG-4: “Coding of audio-visual objects”

– Originalmente video para bitrates bajos (videoconferencias en telefonía móvil)

– Creció mucho para abarcar otros campos.

– Dos grandes estándares: MPEG-4 Visual y MPEG-4 Advanced.

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Presente y futuro (2000-2012)

• MPEG-4 Part 10: Advanced Video Coding / H.264– Diseñado en conjunto entre ITU

y MPEG.– Reducción del volumen de datos

enorme

H.265 (2011?) pretende reducir todavía más el volumen de datos y simplificar el coste computacional de las herramientas de compresión/descompresión.

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Comparativa de rendimientoR-D Performance of MPEG Codecs

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Bit rate (kbps)

PS

NR

(Y

)

MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 H.2642/12/2010

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Hacia las unidades móviles virtuales

Uniéndolo todo: WiNG

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Uniéndolo todo: WiNG

• Los dos campos analizados (transmisión de datos en telefonía móvil celular y codificación de vídeo) pueden confluir en múltiples soluciones a problemas cotidianos, especialmente en el entorno de la producción y realización de programación para Televisión.

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Conexiones en directo Una conexión de televisión en

directo requiere desplazar al lugar una unidad móvil y establecer un enlace de microondas o vía satélite.

Es un procedimiento lento y costoso, que requiere la intervención de personal técnico especializado

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Compresión de video• La evolución de las técnicas

de codificación y compresión de video nos ofrece en la actualidad herramientas como los estándares H.264/MPEG-4 AVC, desarrollados de forma conjunta por ITU e ISO.

• Con un extraordinario potencial, dichos estándares ofrecen gran calidad de señal, manteniendo al mismo tiempo un régimen binario relativamente reducido y una baja latencia.

• Es posible obtener una transmisión de calidad aceptable con bitrates por debajo de 1 Mbps.

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Tecnología 3.75G – HSPA+

• El estándar HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), un protocolo de telefonía móvil de tercera generación (3G) de la familia HSPA (High Speed Packet Access) permite alcanzar velocidades ascendentes de hasta 5.76 Mbit/s en la actualidad (y una velocidad esperada de hasta 22 Mbit/s en 3GPP versión 7).

• ¡ Suficiente para soportar un enlace de video H.264 con calidad más que aceptable !

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Solución propuesta

• IDEA: Utilizar un módem HSUPA como Unidad Móvil Virtual para conexiones en directo o falso directo.

• La cámara se conectará a un ordenador que realizará las tareas de compresión, codificación y encapsulado de los datos…

SeñalAudio/video

SeñalAudio/video

SeñalAudio/video

SeñalAudio/video

DatosAudio/video

DatosAudio/video

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CompresiónCodificaciónEmpaquetado

CompresiónCodificaciónEmpaquetado

CompresiónCodificaciónEmpaquetado

CompresiónCodificaciónEmpaquetado2/12/2010

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… que serán posteriormente transmitidos mediante un módem HSUPA hasta alcanzar la estación base de telefonía móvil, de donde se encaminarán, via Internet, hacia el centro de producción de televisión.

En el futuro el ordenador se sustituirá por un dispostivo hardware integrado en la cámara.

EnlaceHSUPA

Internet

EnlaceHSUPA

Internet

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Historia

• WiNG ha sido desarrollado por el Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad de Sevilla junto con Canal Sur.

• Financiado a través del Proyecto Minerva, iniciativa en la que participan, entre otras, la Junta de Andalucía y Fundación Vodafone.

• I Premio Tecnológico por parte del Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación.

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¿Cómo?

• WiNG ha sido diseñado partiendo de VLC y x.264 (Open Source).

• En la actualidad está en Pre H-265.

• Enorme aceptación por parte de medios de comunicación.

• Fuerte empuje gracias a la implantación de una red de telefonía móvil de alta velocidad en Andalucía.

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¿Qué aporta la solución propuesta?Una nueva herramienta

Cadenas de televisiónProductoras asociadas

Clientes potenciales

• Reducción de costes de adquisición, mantenimiento, personal, establecimiento de enlace y transmisión.

• Comodidad para los reporteros, liberándolos de la dictadura del cable.

• Flexibilidad. El enlace puede establecerse en unos segundos, y desde cualquier lugar.

• Gestión de recursos: un mismo equipo puede cubrir más eventos, gracias a la movilidad y flexibilidad del sistema.

• Mejora del servicio, asociada al incremento de la rapidez y flexibilidad en la disposición del material audiovisual.

Ventajas para el cliente

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Beneficios para el operador• Mejora la explotación de su

propia red. Ingresos por tráfico.• El gran ancho de banda

requerido por la señal de televisión van a permitir poner en valor la red HSUPA, actualmente infrautilizada, especialmente en el UpLink.

• En el caso particular de Vodafone, la solución propuesta le permitiría explotar su posición de liderazgo en el despliegue de HSUPA.

• Todo ello podría confluir en una solución “llave en mano” para centros de producción y emisión de señal de TV.

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Situación actual

• En la actualidad WiNG está patentado (pendiente de patente).

• Trabajamos con el Grupo LAVINIA (http://www.lavinia.tc/) y ADSAT para mejorar el sistema.

• En proceso de implantación en televisiones locales, por ejemplo, Giralda TV, televisión municipal de Sevilla.

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¿Dudas?

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