Guia de Audio Ip

8/18/2019 Guia de Audio Ip

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2/802 FOLLETO DE AUDIO SOBRE IP

C O

N T E N I D O S 1. ¿Por qué usar IP para transmitir audio?1. Razones para migrar a audio sobre IP ............................................................................................. 8

2. Flexibilidad................................................................................................................................................83. Costo .......................................................................................................................................................... 84. Escalabilidad ........................................................................................................................................... 95. Confiabilidad (¡real!)) ............................................................................................................................ 96. Disponibilidad ........................................................................................................................................ 97. Control y monitoreo ............................................................................................................................. 98. Consolidación de la red .......................................................................................................................99. Ahorro potencial de los costos por el cambio de T1 a IP ......................................................... 1010. Consolidación de capacidades ......................................................................................................... 1011. ¡Necesidad! ..............................................................................................................................................11

2. Aplicaciones de audio sobre IPEnlaces estudio-transmisor ........................................................................................................................... 12Transmisiones remotas o exteriores ........................................................................................................... 13Contribución y distribución de audio ........................................................................................................ 13Monitoreo de confianza .................................................................................................................................. 14

3. La naturaleza del audio sobre IP1. Paquetes y tamaño de los paquetes ............................................................................................... 152. Ancho de banda, compresión y acuerdo .......................................................................................153. Algoritmos de audio ............................................................................................................................ 17Nuevos formatos y algoritmos de audio .................................................................................................. 19OPUS .................................................................................................................................................................... 19AES67 .................................................................................................................................................................... 20

4. Acerca de las redes de IPTipos de redes IP ................................................................................................................................................ 21Enlaces dedicados de IP ................................................................................................................................. 21Enlaces MPLS .....................................................................................................................................................21Enlaces inalámbricos de IP ............................................................................................................................ 22IP satelital ............................................................................................................................................................ 22Internet publico ................................................................................................................................................22

Dirección IP ......................................................................................................................................................... 24Puerta de enlace ...............................................................................................................................................24Máscara ................................................................................................................................................................ 24Manejo de Jitter ................................................................................................................................................24Imperfección de la red.....................................................................................................................................24Manejo del retardo .......................................................................................................................................... 25Pérdida de paquetes ....................................................................................................................................... 26

5. Superación de las imperfeccionesa. Ocultamiento ................................................................................................................................................27

b. Corrección de errores sin retransmisión .............................................................................................. 27c. Calidad del servicio ..................................................................................................................................... 29d. Acuerdos de nivel de servicio .................................................................................................................30e. Conexión alternativa 30f. Streaming redundante ................................................................................................................................ 31Ventajas del streaming redundante .......................................................................................................... 33


3/803FOLLETO DE AUDIO SOBRE IP

La nube de audio - “Resistencia máxima” ................................................................................................. 34Streaming redundante ................................................................................................................................... 35Inteligencia distribuida .................................................................................................................................. 35Desvío de paquetes ......................................................................................................................................... 35Multicast / Traslado de unicast múltiple .................................................................................................. 36

6. Conceptos avanzados de IPa. La capa y los protocolos de IP ..................................................................................................................38El modelo de referencia OSI ......................................................................................................................... 38La capa de enlace (capas 1 y 2 de OSI) ..................................................................................................... 38La capa de Internet .......................................................................................................................................... 38La capa de transporte ..................................................................................................................................... 39Encapsulamiento de los protocolos y servicios ....................................................................................40b. Direcciones de MAC e IP ............................................................................................................................ 40I. Protocolo de Internet (IP)

II. Enrutamiento de paquetes - Generalidades ..................................................................................... 41III. Acerca de la traducción de direcciones de red (NAT) ..................................................................... 41Enrutamiento y NAT ........................................................................................................................................ 42NAT transversal a través de desvío de puerto ........................................................................................46Direcciones dinámicas y estáticas de IP ................................................................................................... 47VI. DNS y DNS dinámica (DDNS) .................................................................................................................47VII. SIP y SDP ........................................................................................................................................................49IX. Etiquetado de VLAN .................................................................................................................................. 51

7. Pruebas y análisis de la redPreimplementación ......................................................................................................................................... 53Prueba de ping ..................................................................................................................................................53Verificador de conexión IP (herramienta de prueba de UDP) ..........................................................55Trace Route y análisis de saltos ...................................................................................................................55Resolución de problemas .............................................................................................................................. 57Resolución de problemas y emulación .................................................................................................... 58

8. Planificación previa a la implementación1 Selección de la red.........................................................................................................................................612 Plan de datos / Selección del servicio ....................................................................................................62

3 Selección del equipo .................................................................................................................................... 62Filosofía de diseño ............................................................................................................................................ 63Redundancia ...................................................................................................................................................... 63Configurabilidad y calidad del servicio .................................................................................................... 63Algoritmos de audio ....................................................................................................................................... 64Gestión y monitoreo ....................................................................................................................................... 64

9. Soluciones de códec de IP de APT

10. Tecnología SureStreama. Ahorre dinero: ..............................................................................................................................................69b. Suministre audio de alta calidad: .......................................................................................................... 69c. Mantenga un retraso constante ............................................................................................................ 69d. ¡Relájese! ......................................................................................................................................................... 69¿Ya lo escuchó? ..................................................................................................................................................70



C O

N T E N I

D O S

www.worldcastsystems.comFOLLETO DE AUDIO SOBRE IP V3.0 - 08/2015 - © Diseñado por Alexis Eliopoulos - Copyright WorldCast Systems 2015. Todos los

derechos reservados

1. Escalar el ancho de banda ........................................................................................................................702. Conmutación de enlaces ......................................................................................................................... 703. Latencia variable .......................................................................................................................................... 70¿Cómo funciona SureStream?.......................................................................................................................71¿Dónde se puede utilizar? ............................................................................................................................. 71Resumen ............................................................................................................................................................... 73

AutoresKevin Campbell .................................................................................................................................................74Hartmut Foerster ..............................................................................................................................................75Tony Peterle ........................................................................................................................................................ 76



Un poco de historiaHan pasado más de 12 años desde que APTdiseñó y presentó su primer códec de audiocapaz de transportar audio de alta calidaden tiempo real sobre una red de protocolode Internet (IP). En 2003, la RDSI, Red Digitalde Servicion Integrados, (ISDN por sus siglasen inglés) estaba ampliamente disponible,los enlaces de 950 MHz y otros enlacesanalógicos de microondas junto con E1/T1eran los estándares aceptados. Casi ningúnradiodifusor confiaba en IP, ni la entendíancomo una tecnología de transporte de audiopara la difusión.

APT comenzó su experiencia de IP conun cliente muy especial, nada menos queSkyWalker Sound, la división de sonido deGeorge Lucas Film, en el condado Marin,en California. El producto de SkyLink eraabsolutamente único en ese momento;lo utilizaban los actores a distancia, losproductores y los ingenieros de sonido pararevisar la mezcla de 5.1 sobre un enlace de IPgestionado.

Junto con el audio, se transportaba un canalintegrado de código de tiempo de SMPTEpara permitir la sincronización del audio conlos carretes y copias de la película. SkyLinkle encantó a SkyWalker que supo usarlo

bien, pero a los demás les resultó pocoatractivo porque exigía una costosa red deIP gestionado.Sin embargo, se convirtió en la piedra angular

sobre la cual APT construyó su reputación deaudio sobre IP. La experiencia acumulada yla tecnología resultante se utilizaron paradesarrollar productos de difusión como

Horizon estéreo y la plataforma multicanalOslo, exitosos en todo el mundo. Nuestragama actual de plataformas de audiosobre IP de APT (véase la página 68) sigueliderando el sector y mantiene la calidad deaudio, la fiabilidad y la innovación que noscaracterizan desde el inicio.

Con esta nueva versión del folleto, cuartarevisión, esperamos ofrecer un liberto deaudio sobre IP significativamente ampliada.El guia sirve para varios propósitos: brindauna introducción general al concepto

de audio sobre IP y de las redes IP, yofrece consejos prácticos sobre pruebasy análisis de redes, antes y después de laimplementación de audio sobre IP.

También brinda información muy específicasobre redes para el transporte de audio,que incluye los ajustes y configuracionesóptimos para los usos y escenarios típicos dela difusión.Confiamos en que disfrutará este folleto yesperamos que nos haga saber qué deseaencontrar en la próxima revisión.

SkyLink de APT

Previo y posterior a la implementación del audio

sobre IP



1. ¿Por qué usar IP para transmitir audio?

Antes de la revolución de IP...

Una cosa queda clara al trabajar enradiodifusión: los ingenieros están

sumamente contentos con la tecnologíaque les ha servido bien a lo largo de losaños.

Nombre RDSI o ISDN

también conocido como: Red Digital de Servicios Integrados

Descripción de la red Uno de los primeros enlaces digitales de «alta capacidad» queestuvieron disponibles para hogares y empresas a comienzosde los años 90. BRI (interfaz de velocidad básica) fue por lejosel método de acceso más popular para conectar mucho códecsISDN, compuesto por 2 canales B a 64 kBits y un canal D. El códecISDN típico de principios de los 90 era capaz de terminar una solalínea ISDN y, por lo tanto, codificaba hasta 128 kBits.

Usos comunes en

radiodifusión

Remotos, difusión exterior, contribuciones de audio, enlacesestudio-estudio (SSL) y respaldo (STL)

Nombre POTS / PSTN

también conocido como: Sistema de telefonía fija/red de telefonía pública conmutada

Descripción de la red Se refiere al uso de líneas telefónicas de banda estrecha parael suministro de audio de voz de calidad, limitado a 8 kHz de

frecuencia de respuesta y codificado con G.711 basado enADPCM. Originalmente, la red POTS era una agrupación delíneas analógicas; en la actualidad, tiene un núcleo digital conuna mezcla de tecnologías en los extremos. Estas tecnologíasse llaman bucle local o último tramo, y todavía pueden incluircables de cobre, pero también pueden ser microondas oenlaces de fibra.

Usos comunes en

radiodifusión

Remotos, difusión exterior, contribución de audio

VentajasEscaso retardo, disponible universalmente, estandarizados paraITU-T

Desventajas Frecuencia limitada/respuesta

Esto es especialmente cierto en el nichode la radiodifusión que representa la

distribución de audio y STL (enlacesestudio-transmisor).

DSM100 ProLink, codec RNIS APT original

Antes de la revolución de IP...

Ventajas Escaso retardo, confiable

Desventajas No disponible universalmente, acceso medido de alto costo



Nombre Microondas de 950 MHz con licencia

Descripción de la red En los Estados Unidos, la Comisión Federal de Comunicaciones,FCC, concedió la licencia de la banda de 950 MHz específicamentepara enlaces de audio para emisoras de radio. En la banda de 950MHz hay un canal de 500 kHz.

Usos comunes enradiodifusión

STL casi exclusivamente en los EE. UU.

Ventajas Confiable, con licencia

Desventajas Poca capacidad, falta de frecuencias disponibles, se necesita líneade visión, sujeto a atenuación por lluvia y otras interferencias.

Nombre X.21 / V.35

también conocido como: Línea arrendada

Descripción de la red Los circuitos de línea arrendada se entregan en incrementos de64 kBits y las velocidades típicas son 128 kBits, 256 kBits y 512kBits. El circuito se entrega con una NTU (unidad de terminaciónde red) y es un circuito completamente sincrónico. X.21 /V.35 es el protocolo que se utiliza para conectar el equipo determinación de datos (DTE) (en este contexto el códec) a la NTUdel circuito.

Usos comunes en

radiodifusiónSTL, SSL, contribuciones de audio

Ventajas Confiable, escaso retardo

Desventajas Capacidad limitada, circuito punto a punto

Nombre E1/T1

Descripción de la red E1 es el componente básico de 2048 MBit de la red sincrónicaconocida como SDH que se utiliza en Europa y el restodel mundo para la entrega de datos sincrónicos. T1 es elcomponente básico de 1,548 MBit de la red sincrónica conocida

como SONET que se utiliza en EE. UU. y Japón. En esencia, losdos sistemas son técnicamente iguales con un reloj central quemantiene la sincronización y una jerarquía de multiplexaciónque asigna señales a grupos tributarios mayores y contenedoresvirtuales. La diferencia principal está en el tamaño de los gruposy contenedores.

Usos comunes en

radiodifusiónSTL, SSL, contribuciones de audio, redes nacionales

Ventajas Confiable, escaso retardo

Desventajas Costoso, escalabilidad limitada, disponibilidad cada vez máslimitada (en los EE. UU.)



Habrá notado que hemos utilizadorepetidamente el término «confiable»para describir las tecnologías que

hemos enumeramos anteriormente. Apesar de no ser inmunes a problemase interrupciones momentáneas, entérminos generales, estas tecnologías sehan ganado una reputación de fiabilidaden el mundo de las telecomunicaciones.Estas tecnologías, que han servido alas emisoras durante décadas, se estánsustituyendo por IP, en forma gradualpero creciente. Para migrar de unenfoque comprobado y confiable, esnecesario tener razones de peso. Másadelante examinaremos algunas de lasprincipales ventajas que convencen alas emisoras de radio

1 FlexibilidadLa flexibilidad es probablemente larazón principal por la cual la transmisiónde audio sobre IP es mejor quecualquiera de las tecnologías existenteso anteriores. Se pueden generar yenrutar fácilmente canales adicionalescon tecnologías de multicast y de

unicast múltiple. La codificación de uncanal único se puede decodificar pordecenas de unidades (unicast múltiples)o cientos de unidades (multicast) y,si se dispone de la red y el hardware,esto puede suceder en un cambio deconfiguración instantáneo.

La rigidez de las redes sincrónicas y lanaturaleza punto a punto de las redes demicroondas no permiten que se alcanceeste grado de flexibilidad. La flexibilidad

de la conectividad IP también ha

facilitado la implementación de enlaces

en directo y con poca antelación, y

de enlaces internacionales dondelas soluciones sincrónicas no están

disponibles.

2 CostoEs importante señalar que estaflexibilidad no agrega gastos

adicionales. Los enlaces en directo einternacionales remotos ya no soneventos de gran presupuesto comouna vez fueron debido a los costos delas empresas de telecomunicaciones.La combinación de audio sobre IP junto con una técnica de streamingredundante como SureStream de APT(ver página 69) permite obtener lacalidad y la fiabilidad de T1/E1 por solouna fracción del precio.Para el funcionamiento continuo y fijo,como STL y SSL, los ahorros de costospor el uso de IP en comparación conotras tecnologías también pueden ser

significativos a largo plazo. El ejemploen la página 10 se basa en datos que nosfacilitan clientes en Estados Unidos ydestacan los ahorros que han obtenido.Los valores cambian de un país a otro yde una región a otra, pero los beneficiosde los costos en la gran mayoría de loscasos son suficientemente significativos

para justificar el cambio.

Razones para migrar a audio sobre IP



3 EscalabilidadLa escalabilidad de las redes IP tambiénestá relacionada con la flexibilidad; en

particular, la facilidad para escalar unared hacia arriba o hacia abajo, así como lamagnitud de la escalabilidad.

Tanto con multicast como con unicastmúltiple, es posible agregar fácilmente ysin problemas uno o incluso diez puntosde decodificación en una red de audiosobre IP. Si la red IP se extiende hasta ese

punto, la conectividad es lograble.

4 Confiabilidad (¡real!))

En los primeros tiempos del audio sobreIP, la confiabilidad era el obstáculo máscomún al considerar la migración a estetipo de red. En la actualidad, la mayoríaacepta que una red IP gestionada conancho de banda garantizado, QOS y unSLA, no presenta problemas.

En los últimos años, las técnicas destreaming redundante, como la tecnologíaSureStream de APT, han alcanzado losmismos niveles de fiabilidad utilizandoúnicamente Internet pública.

5 DisponibilidadIP está disponible casi en todas partes através de puntos de acceso cableados oinalámbricos. Ya no se necesita reservar unISDN o línea arrendada para una emisión

remota con ocho semanas de antelación.Sin embargo, la popularidad de IP puedecausar algunos problemas a medidaque aumenta la cantidad de usuarios de

las redes IP en los recintos deportivos,estadios y otros emplazamientos. Estoafecta particularmente a las conexionessobre redes inalámbricas, incluidas las 3Gy 4G. Para compensar este problema, esnecesaria una planificación de capacidadpara calcular la conectividad que serequiere para el evento y la cantidad deusuarios que probablemente compartanla conexión cuando se transmita endirecto.

6 Control y monitoreoSi puede hacer «PING», lo puede controlary monitorear. Un subproducto fantásticode la era IP es el hecho de que no solo loscódecs IP, sino también los transmisores,los procesadores de audio, las consolas,los enrutadores de audio, y casi todos loscomponentes de la cadena de aire tienen

o tendrán una interfaz IP. Esto permite quelos ingenieros no solo puedan controlar elfuncionamiento a distancia, sino tambiénintervenir en una situación, solucionarproblemas y hacer correcciones de formaremota.

7 Consolidación de la red

Consolidar todo en un único tipo de redes beneficioso porque reduce costos yaumenta el conocimiento interno y elapoyo a estas redes críticas para el negocio.Sin embargo, si bien la consolidación detodas las redes de su emisora de radioen una red IP puede ser ventajoso, lamayoría de los usuarios prefiere tener unaseparación física o virtual de estas redes,

dividas, por ejemplo, en LAN de oficina,VoIP y audio sobre IP.



De costa a costaInstala-

ciónCosto

mensualCosto de12 meses

Costo de 24meses

Promedio de ahorro anual(después de 2 años)

C o m p a r a c i ó n

s o l o d e e n l a c e Línea T1 $1 000 $1 600 $20 200 $39 400 $14 800MPLS $750 $1 000 $12 750 $24 750 $7 500

2 x enlaces IP(Verizon FIOS,3 MBits bajada/786 Kbits su-bida)

$5 960 $156 $1872 $3744

8 Consolidación de capacidadesComo ya hemos mencionadoanteriormente, IP llegó para quedarse.Al igual que la FM, podría ser una

tecnología centenaria, ¡ya han pasado45 años desde la primera pruebade concepto de la conmutación depaquetes y de la ARPANET! La ARPANET(Advanced Research Projects AgencyNetwork [red de la agencia de proyectosde investigación avanzada]), redprimitiva de conmutación de paquetes,

fue la primera red que implementó losprotocolos TCP/IP. Ambas tecnologíasse convirtieron en la base técnica de la

Internet.Hoy vemos que casi todos los nuevosequipos de transmisión cuentan

con una interfaz IP y asistimos a ladesaparición de muchos otros tiposde redes de comunicación. Así, elconocimiento y la experiencia enmateria de redes IP y conexiones de redson esenciales tanto para un ingeniero jefe como para un estudiante deradiodifusión.

Ahorro potencial de los costos por el cambio de T1 a IP

Ahorro potencial de los costos por el cambio de T1 a IP

De costa a costaInstala-

ciónCosto

mensualCosto de12 meses

Costo de 24meses

Promedio de ahorro anual(después de 2 años)

I n v e r s i ó n

e n e n l a c e y

e q u i p o s n u e v o s Línea T1 $1 000 $1 600 $20 200 $39 400 $14 800

MPLS $750 $1 000 $12 750 $24 750 $7 500

2 x enlaces IP +2 x WorldCastHorizon Next-Gen

$5 960 $156 $7 832 $9 704



9 ¡Necesidad!Conseguir la instalación de una líneade ISDN en el extremo noreste de losEstados Unidos no es tan sencillo comoantes. A pesar de que oficialmentetodavía están disponibles, es cada vezmás difícil. En otras regiones del mundo,como Suecia, ya no es posible obtenerun servicio de ISDN. El modelo financieroque soportaba estas tecnologíassincrónicas heredadas dentro de varias

empresas de telecomunicaciones enel mundo se ha desvanecido, y ha sidosustituido por IP por las razones antesmencionadas. También disminuyela base de conocimientos de estastecnologías dentro de las empresasde telecomunicaciones, lo cual tieneun efecto obvio sobre los niveles de

servicio, los índices de respuesta y la

confiabilidad.Creemos firmemente que la revolucióndel audio sobre IP es imparable. Latecnología no es perfecta y posiblementeno sea un reemplazo directo de muchasde las tecnologías existentes, enparticular en relación con el retardo y lalatencia.No obstante, son tantos los beneficiosque ofrece el audio sobre IP quelo convierten en una alternativaindiscutiblemente atractiva para lasemisoras que aprenden a compensar lonegativo y beneficiarse con las ventajasmencionadas.

A CONTINUACIÓN... ahora que hemos explicado los beneficios y las razones por los que

las emisoras deben migrar a IP vamos a ver algunas aplicaciones típicas en nuestra próxima sección...



Enlaces estudio-transmisorUna de las aplicaciones más comunes deaudio sobre IP en la cadena de transmisiónes la entrega de contenidos de audio desdeel estudio a la ubicación del transmisor.La mayoría de los códecs profesionalespermiten también el transporte de datosauxiliares y datos de telemetría porGPIO junto con las secuencias de audio.

Esta aplicación en particular muestra elstreaming redundante con tecnologíaSureStream (consulte la página 69para obtener más información sobre elstreaming redundante).

2. Aplicaciones de audio sobre IP



Las redes IP están reemplazandorápidamente a las ISDN como tecnologíapreferida para las transmisiones remotas oexteriores y las aplicaciones de programasen directo. La aplicación se muestra acontinuación representa una transmisión

multicanal en directo donde tanto elenlace entre el sitio remoto y el estudiocomo el STL operan sobre la Internetpública usando SureStream para protegerla integridad del contenido.

Transmisiones remotas o exteriores

Contribución y distribución de audioEl transporte de audio sobre IP permiteuna red altamente flexible en la quese pueden enviar múltiples canales deaudio de alta calidad entre varios sitios.Cuando las contribuciones de audio serealizan desde varios estudios regionales,es de particular importancia que se presteatención a la calidad de los contenidosde audio para que no exista degradación

antes de que comience la transmisióna través de toda la cadena de difusión.El audio sobre IP puede utilizarse paradistribuir el contenido de audio amúltiples ubicaciones de transmisores,cabeceras de red o enlaces de subidade satélite. Para la distribución seusan frecuentemente multicast ounicast múltiple (véase la página 23).

AUDIO RDS



Monitoreo de confianzaEl monitoreo de confianza requiere una plataforma confiable y rentable. En el ejemploque se muestra, se utiliza una mezcla de códecs APT IP estéreo y codificadores/decodificadores APT independientes para cumplir con las necesidades de cada ubicación.

A CONTINUACIÓN... ahora que hemos mostrado algunas aplicaciones típicas, enla próxima sección analizaremos algunas consideraciones comunes para quienesimplementan las aplicaciones de audio sobre IP en el mundo real.



3. La naturaleza del audio sobre IP

1 Paquetes y tamaño de los paquetes

Una de las razones por las cuales lossistemas y las redes IP son capaces defuncionar de la forma en que lo hacen esel concepto de paquetes. Todo el tráficoen una red IP se transporta en pequeñospaquetes de datos, estos paquetes puedenser de varios tamaños, pero generalmenteno son lo suficientemente grandes comopara llevar todo un documento, una

canción, un video clip o una grabación deaudio. La estructura de IP dictamina queestos paquetes de datos de mayor tamañose dividan y distribuyan en una cantidadde paquetes.

Cada paquete contiene un pequeñotrozo de la carga de datos, pero otrasección del paquete, llamada «cabecera»,contiene la información de la corrección

de errores, el tamaño del paquete, el tipode datos contenidos, y lo más importante,la dirección de red a la que se envíanlos datos (dirección IP de destino). Lainformación de la cabecera tambiénincluye la dirección desde la que seenvía (IP de origen). Los enrutadoresy conmutadores, que constituyen lainteligencia de enrutamiento de la red,examinan la cabecera del paquete y lainformación y deciden cómo, cuándo y adónde encaminar cada paquete. 2 Ancho de banda, compresión y

acuerdo

Las opciones de ajustes de audio, es decir,el algoritmo, el modo (estéreo o mono) y lafrecuencia de muestreo, definen el ancho

de banda que se necesita para transportarel audio codificado sobre la red IP.Para las conexiones sincrónicas esigual al ancho de banda necesario paratransportar el audio comprimido o lineal.

Pero en el dominio IP hay que sumarleun adicional necesario para paquetizarlos datos de audio. La figura en la página16, a continuación, muestra el espacioadicional obligatorio (cabecera y CRC) deuna trama de Ethernet para la transmisiónRTP/UDP independientemente de la cargatransportada en un paquete IP.

También muestra que un paquetede Ethernet se compone devarios encapsulamientos. Estosencapsulamientos son típicos para unasecuencia de medios RTP/UDP.

Aunque el usuario puede controlar eltamaño de sus paquetes, estos ajustessolo afectan a la cantidad de datos encada paquete, el tamaño de la cabecera

sigue siendo el mismo. Cuanto menor seael tamaño del paquete, más paquetes senecesitarán para transportar los datos delpunto A al punto B.

Pero para servicios de tipo streaming,tales como video y audio en tiempo real,estas variaciones en la demora de laentrega serían inaceptables. Los datos sedeben reproducir aproximadamente a lamisma velocidad que llegan y es probableque algunos paquetes de datos se pierdandurante la transferencia.

Un efecto obvio de un paquete perdido esque los datos de ese paquete no están. Entérminos de audio, sería un breve silencio.En streaming de video, podría causarpixelado o incluso un congelamiento de latrama. La selección de un mayor tamañode paquete reducirá los requisitos deancho de banda y jitter de la red, tambiénsignifica que si falta un paquete se pierdeuna mayor cantidad de datos de la carga.



audio contentRTP header

audio contentRTP header UDP header

audio contentRTP header UDP header IP header Ethernet header Ethernet CRC

audio contentRTP header UDP header IP header

12 Bytes

8 Bytes

20 Bytes

22 Bytes 4 Bytes

RTP

UDP

IP

La cabecera Ethernet y las subcabeceras de una trama de Ethernet con datos RTP/UDP

Por otra parte, la reducción del tamañodel paquete disminuye el retardo de lapaquetización, a expensas de mayoresrequerimientos de ancho de banda. Dadoque la información de la cabecera ocupauna cantidad fija de bytes por paquete, elancho de banda necesario para transferiruna secuencia de datos en tiempo realaumenta a medida que disminuye el

tamaño de los paquetes. El tamañoóptimo de los paquetes será siempre unvalor de equilibrio entre la eficiencia delancho de banda, la latencia de la red y lacalidad del audio.Un valor recomendado para transmisionesen tiempo real es un intervalo de 4 ms. Estosignifica que un paquete contiene 4 msde audio (conocido como tiempo p) y seenvía cada 4 ms. Según sea el formato de

audio seleccionado, estos 4 ms de audiogeneran un tamaño correspondiente decarga de datos.La tabla al dorso (ver página 17) muestrala relación entre un tamaño de paqueteen Bytes y el tiempo p (retardo depaquetización) de un algoritmo sin tramaADPCM (apt-X mejorado).La carga mínima de RTP depende de la

cantidad mínima de información queproporciona un algoritmo de audio.Para PCM lineal y todos los algoritmosADPCM (Eapt-X, G.711, G.722, MICDAetc.) el valor mínimo está dado por una

muestra de PCM definida por la frecuenciade muestreo.

Como ejemplo : una muestra de PCM deFS=48 kHz es de 20.8 µs y para Eapt-X, 83.3µs; con este tipo de algoritmo se puedelograr un paquete de tamaño o tiempo pmuy pequeño (generalmente ~1 ms).

Algoritmos de trama

Todos los algoritmos de trama necesitaninformación adicional sobre el esquemade compresión, lo que significa que debenrecibir un número de muestras antesde codificar. Esa cantidad de muestrasy la información que las acompaña estáencapsulada en «tramas» del algoritmo.

Como recomendación, el tamaño dela trama del algoritmo define la menorcantidad de información que debeencapsularse en un paquete IP y estacantidad es significativamente mayor queen un algoritmo sin trama.



FIG. A. Relación entre la carga de audio, el tamaño del paquete, el tiempo p (retardo de la paquetización) y la velocidad de datos Ethernet.

Tasa de datosde audio

Bytes decarga (RTP)de paquete

Bytes detrama deEth.+66

Bytes)

Paq.IP/sRetardo depaq. en ms

Eth. Tasa dedatos

64 kbits/s 128 194 62,5 16 97,0 kbits/s

64 kbits/s 256 322 31,25 32 80,5 kbits/s

64 kbits/s 512 578 15,625 64 72,3 kbits/s

64 kbits/s 1280 1346 6,25 160 67,3 kbits/s

128 kbits/s 128 194 125 8 194,0 kbits/s

128 kbits/s 256 322 62,5 16 161,0 kbits/s

128 kbits/s 512 578 31,25 32 144,5 kbits/s

128 kbits/s 1280 1346 12,5 80 134,6 kbits/s

256 kbits/s 128 194 250 4 388,0 kbits/s

256 kbits/s 256 322 125 8 322,0 kbits/s

256 kbits/s 512 578 62,5 16 289,0 kbits/s

256 kbits/s 1280 1346 25 40 269,2 kbits/s

384 kbits/s 128 194 375 2,7 582,0 kbits/s384 kbits/s 256 322 187,5 5,3 483,0 kbits/s

384 kbits/s 512 578 93,75 10,7 433,5 kbits/s

384 kbits/s 1280 1346 37,5 26,7 403,8 kbits/s

576 kbits/s 128 194 562,5 1,8 873,0 kbits/s

576 kbits/s 256 322 281,25 3,6 724,5 kbits/s

576 kbits/s 512 578 140,625 7,1 650,3 kbits/s

576 kbits/s 1280 1346 56,25 17,8 605,7 kbits/s

3 Algoritmos de audio Al seleccionar el mejor formato de envíode audio en un enlace IP, las restriccionesde ancho de banda disponible, latenciamínima y requisitos de calidad de audioinfluyen en la elección del formato de

audio adecuado o del algoritmo decompresión de audio.

Hay varios tipos principales de formatosy algoritmos:



Audio digital sin comprimir• PCM lineal de 16/20/24 Bit• AES transparente (PCM lineal en

una trama AES)

Sistemas digitales de compresión• ITU J.41/J.42• ITU J.57• G.711 Algoritmos basados en ADPCM(modulación por codificación depulsos diferenciales adaptables)

• G.722• Apt-X, Enhanced apt-X• 4SB ADPCM Algoritmos de percepción• Todos los derivados de los

algoritmos MPEG• OPUS

Los algoritmos basados en la percepción

utilizan principios de psicoacústicaque analizan el contenido del audioy determinan qué es audible para eloído humano. El algoritmo eliminatodo el contenido inaudible y es, por lotanto, un algoritmo «con pérdida» pordefinición. Las relaciones de compresiónque pueden lograrse con los algoritmosde percepción son impresionantes;mucho más altas que con cualquierotro método. La desventaja de esteenfoque es que el uso de varios ciclosde codificación y decodificación agregaelementos al contenido y genera unretardo relativamente alto del proceso.Los algoritmos ADPCM ofrecen unamejor calidad de señal y una latenciamuy baja por su enfoque de codificaciónno destructivo. Por eso, los códecs

ADPCM se suelen utilizar en aplicacionesde contribución en las que la alta calidadde la señal y el bajo retardo son de gran

importancia. La relación de compresiónque se puede alcanzar con ADPCM escomparativamente baja. Los algoritmosapt-X y 4SB ADPCM alcanzan relaciones

de 4:1.Un sistema de compresión digital es,desde el punto de vista actual, unatecnología heredada de codificación,pero todavía puede encontrarse enaplicaciones de contribución de difusióny de distribución. El principio basado enla compresión dinámica en la que unamuestra de señal alta se digitaliza con una

resolución de bits inferior a las muestrasde señal baja. La idea es minimizar elruido de la cuantificación en el contenidode bajo nivel y mantener una tasa de bitsdefinida en la cadena de transmisión.Los principales sistemas de compresióndigital son ITU J.57, un formato de20 kHz utilizado principalmente enaplicaciones de contribución y J.41,restringido a un ancho de banda de

15 kHz exclusivamente para fuentesde transmisores de FM. La calidad quese logra con ambos formatos es muyalta y la demora es muy baja. En sumomento, los sistemas de compresiónfueron el más alto estándar de calidad,pero actualmente han sido casicompletamente sustituidos por ADPCMo formatos lineales PCM.

Hoy, la transmisión de audio sincomprimir es cada vez más frecuente.El constante aumento de ancho debanda disponible en los enlaces de sitioa sitio, tanto PCM lineal como AES/EBUtransparente son ahora alternativasviables. Con PCM lineal, la máximacalidad de audio está garantizada yla baja latencia se convierte en unapreocupación exclusiva de aquellos que

diseñan la arquitectura de la red.Durante los últimos 20 años, eldesarrollo de algoritmos de codificación



Nuevos formatos y algoritmos de audioOPUS

Es un algoritmo de codificación

bastante nuevo y utiliza dos enfoquesestablecidos de codificación/decodificación. De la combinación deuna versión modificada de SILK (basadoen un códec de voz de Skype) y unaversión ampliada de CELT surge OPUS,un códec de audio muy flexible.

Formato de

algoritmo (estéreo)Ancho de banda

Tasa de datos

kbps

Promedio de

latenciaAplicación

PCM lineal 16 Bit 22 kHz 1.536 Muy baja Contribución

PCM lineal 20 Bit 22 kHz 1.920 Muy baja Contribución

PCM lineal 20 Bit 22 kHz 2.304 Muy baja Enlace de calidad másalta

Eapt-X 16 bits 22 kHz 64-384 Muy baja Distribución

Eapt-X 24 bits 22 kHz 192-578 Muy baja Contribución

G.711 3.400Hz 64 Muy baja Discurso

G.722 7.000Hz 64 Muy baja Voz HD

ITU J.41 15 kHz 384 ~5 ms Distribución

ITU J.57 20kHz 1.920 ~5 ms Contribución

MPEG1 LII Hasta 20 kHz 64-384 ~50 ms DistribuciónMPEG1 LIII (MP3) Hasta 20 kHz 64-384 ~100 ms Distribución

MPEG2 LII Hasta 20 kHz 64/128 ~90 ms Distribución

MPEG2/4 LD2 Hasta 20 kHz 128-256 ~30 ms Distribución

MPEG2/4 LC3 Hasta 20 kHz 32-384 ~50 ms Distribución

MPEG2/4 ELD4 Hasta 20 kHz 128-256 ~20 ms Distribución

Relación entre la carga de audio, el tamaño del paquete, el tiempo p (retardo de la paquetización) y la velocidad de datos Ethernet.

se ha centrado en la optimización deparámetros como tasa de bits, calidad,codificación y decodificación, latencia ycompatibilidad; actualmente se puede

encontrar una solución óptima para casitodas las aplicaciones de difusión.La siguiente tabla muestra los formatosy algoritmos más comunes en lasaplicaciones de difusión. Las tasas debits que se indican son solo ejemplos;los algoritmos permiten otras tasas debits y la lista no es exhaustiva.


20/80



Las redes IP se diseñaron para transportardatos no urgentes desde el punto A al puntoB en un plazo aceptable. Si los datos se pier-den o se demoran, se pueden volver a enviarlos archivos o actualizar las páginas web. Sinembargo, esto no es posible en un entornode difusión, en el que la transmisión de au-dio confiable y en tiempo real es imperativa.Para lograr la difusión exitosa de audio sobreIP, los ingenieros deben familiarizarse con la

naturaleza y las características inherentes delas redes paquetizadas.

Los proveedores de servicios ofrecen lasemisoras una variedad de diferentes op-ciones para la transmisión de audio sobre IP,desde enlaces dedicados con una calidad deservicio garantizada hasta internet abierta oenlaces compartidos de ADSL. Examinare-mos cada opción y evaluaremos su utilidadpara las emisoras.

El concepto clave es que ninguna red es per-fecta. Incluso en los sistemas cerrados y mo-nitoreados como los enlaces dedicados, demicroondas y MPLS pueden haber pérdidasde paquetes y jitter, y afectar negativamentela calidad del audio.

Enlaces dedicados de IPLos enlaces entre transmisores y las redesinternas de los estudios profesionales re-quieren una confiabilidad y robustez quenormalmente no pueden obtenerse en lasredes públicas no administradas. Su natura-leza crítica exige un nivel de servicio garanti-zado que asegure el flujo ininterrumpido depaquetes desde el emisor hasta el receptor

con un retraso mínimo y sin pérdida de ca-lidad de audio.Para estas aplicaciones, algunos provee-dores de servicios ofrecen algún tipo deconexión de IP dedicada que permita el

4. Acerca de las redes de IP

acceso permanente y una selección de op-ciones seguras que garanticen la conecti-vidad de misión crítica. El servicio no debeser compartido y tener un ancho de bandaexclusivo que impida la alteración del conte-nido enviado. Si esto no es posible, la emiso-ra debe solicitar la proporción que se com-parte sea la más baja posible.Generalmente, el servicio de acceso dedica-do de IP está respaldado por un contrato de

nivel de servicio (SLA) y un mecanismo deprioridad de tráfico, como el de calidad deservicio (QoS). Sin un contrato de este tipo,la emisora no tiene control sobre las condi-ciones de la red IP y, por lo tanto, no controlala calidad del audio que genera de esa red.

Enlaces MPLS

Las redes MPLS (conmutación por etiquetas

multiprotocolo) ofrecen uno de los más al-tos niveles de servicio que se puede lograrcon IP y están reemplazando cada vez mása las líneas arrendadas como opción de me-canismo de transporte para STL y SSL. Estatecnología ofrece muchos de los beneficiosde las líneas arrendadas por ser un servicioorientado a la conexión y, por eso, tiene lacapacidad de reservar ancho de banda y

garantizar el servicio. Además, como com-plemento de las transferencias IP, ofrece losbeneficios de costo, flexibilidad y eficienciade las redes de audio sobre IP.

Tipos de redes IP



MPLS asigna etiquetas cortas (20 bits) acada paquete de red, con la descripcióndel camino que debe tomar ese paquete.A diferencia de las redes IP tradicionales,en las que cada enrutador toma decisionesindependientes sobre el enrutamiento, eltráfico de MPLS se analiza cuando ingresaa la nube MPLS y se le asigna una ‘etiqueta’que determina su camino a través de la red.Al evitar que cada enrutador deba buscar ladirección del siguiente nodo, MPLS ofreceun servicio más rápido y más eficiente queuna conexión IP estándar. La etiqueta deMPLS también puede incluir informaciónadicional para la clase de servicio (prioridad)del tráfico para garantizar que se prioriceel contenido crítico y urgente. En general,las redes MPLS ofrecen una soluciónatractiva para las redes de difusión. Están,típicamente, disponibles a un costo inferioral de las líneas arrendadas tradicionalessincrónicas con un desempeño mejor que losenlaces IP convencionales. Habilitan redesescalables y flexibles, son compatibles conQoS, y se integran con muchos métodos detransporte, entre otros, IP, ATM y Frame Relay

Enlaces inalámbricos de IP Las mejoras de la escala y las capacidadesde las redes IP inalámbricas y de microondaslas convierten en una opción sólida paralas emisoras. Según la clase del servicio demicroondas implementado, los datos IPpueden estar enlazados en las direcciones avelocidades respetables (100 mbps o más).

Existen dos clases de IP de microondas,en general. La clase «sin licencia» operaen la banda de 5,8 GHz y la banda de 2,4GHz, entre otras. Tiene bajo costo y es útilpara ciertas aplicaciones, pero no ofreceprotección contra la interferencia. La clasede IP de microondas con licencia funciona a6, 11, 18 y 23 GHz, con velocidades aún másrápidas y protección contra interferencias. Apesar de que un enlace de IP de microondas

es esencialmente un sistema «cerrado»,puede haber pérdida de paquetes y jitter.

IP satelitalLos enlaces IP vía satélite son la única opciónpara algunas emisoras con ubicaciones tan

remotas que no es posible utilizar enlacesIP de ADSL o de microondas. Los principalesdesafíos del uso de IP vía satélite son lalatencia (el tiempo que tarda un paquete dedatos para viajar de un extremo del enlaceal otro) y los costos. La latencia típica de unenlace IP vía satélite puede ser de 2 segundoso más. Generalmente, los enlaces satelitalestienen el ancho de banda más costoso,y eso puede ser un factor importante alplanificar un enlace que transporte audiode alta calidad todos los días del año.

Internet público Como hemos observado, es difícil utilizarredes no administradas como internetabierta para las aplicaciones de difusiónprofesional, sin importar si la conexión espor cable, ADSL o fibra. Sin embargo, se hadesarrollo una tecnología que prácticamentepuede eliminar los efectos negativos del usode internet pública para la transmisión deaudio de calidad en tiempo real. Internettambién puede usarse para transmisionesremotas y es posible lograr la transferenciade audio de alta calidad en tiempo real conenlaces IP compartidos. El uso de la internetpública implica que las emisoras están másexpuestas a los riesgos asociados con losenlaces IP y, por lo tanto, deben tomarseprecauciones especiales para eliminarcualquier riesgo relacionado con los equiposy la tecnología de los códecs empleados.Como mínimo, el códec debe estar basadoen DSP para ser sumamente confiable y

contar con configuración y control remotosobre IP. Por otra parte, también deberáasegurarse lo siguiente:



• Códec con reconexión automática: el

códec debe posibilitar la reconexión

rápida si se pierde el enlace. Los códecs de

algunos fabricantes requieren un reinicio

manual en ambos extremos para volver a

establecer la conexión.

• Codificación ADPCM, bajo retardo: lastecnologías de codificación basadas en

la percepción, como MPEG Layer 2, AAC,

etc. se basan en las tramas y requieren

que se almacene como mínimo una

trama del algoritmo en el búfer antes

de aplicar la compresión. Si el enlace

se cae debido a interrupciones de la

red, este almacenamiento en el búfer

presentará un retraso adicional de lasecuencia de audio. Los algoritmos

ADPCM codifican y decodificación

«sobre la marcha» y habilitan audio

instantáneo inmediatamente después

de la reconexión. También permiten

flexibilidad de tamaños de paquetes

que pueden minimizar los efectos de los

paquetes perdidos en la secuencia de

audio.

• Resecuenciador de paquetes IP: en las

redes compartidas, como la internet

pública, hay una mayor probabilidad

que se entreguen los paquetes fuera

de secuencia. Los códecs desarrollados

para uso profesional deben ofrecer

una tecnología de resecuenciación

para garantizar que todos los paquetesrecibidos se reproduzcan en orden, y

se minimicen problemas con el audio.

Un resecuenciador de paquetes IP

trabaja dentro del búfer de recepción

reordenando los paquetes según su

número de secuencia RTP.

Streaming redundante: la tecnología Sure

Stream de APT (ver página 69) transmite

múltiples secuencias de audio desde el origenhasta el destino, de forma de poder corregir

las eventuales pérdidas de paquetes o de la

conexión de una secuencia con los datos de

las secuencias redundantes. Esta solución

requieren más ancho de banda de IP en cada

extremo, pero hace más confiables las redes

cuando se utiliza la internet pública. Así, los

anchos de banda de bajo costo como ADSL o

cable pueden sustituir de manera confiable y

permanente a los enlaces sincrónicos como E1,

T1 e ISDN sin pérdida de calidad de audio o deconfiabilidad.

La naturaleza altamente flexible de las redes IP

permite utilizarlas de muchas formas. Una de

las ventajas más importantes es la capacidad

de enviar datos desde un host a muchos otros

al mismo tiempo.

Una conexión simple entre un host y otrose llama unicast, es el tipo más básico de

conexión de streaming permanente..

También se pueden establecer enlaces de datos

individuales que transmiten en tiempo real

desde un host a varios destinos, esto se llama

un unicast múltiple. Cada uno es un enlace

punto a punto independiente y requiere su

propio ancho de banda desde el host común.

Estos tipos de conexión son generalmente

simples, y los datos se transmiten únicamente

desde el host hacia las diversas ubicaciones.

También existe una configuración especial

y muy singular que se llama multicast. En

multicast, un host genera una secuencia simple

de contenido y la envía a una dirección IP queestá en una clase única. Luego se duplican los

datos en el hardware de la red y se transmiten a

cualquier otro host que haya solicitado recibir

streaming desde esa dirección de multicast.

Esto tiene la ventaja de que requiere menos

ancho de banda en el host de origen para que

el contenido llegue a varias ubicaciones, pero

requiere que la red cuente con configuraciones

y hardware específicos, y raramente puede serutilizado fuera de una red privada. Internet no

es compatible con multicast, en general.



Hay tres datos esenciales para cada hosten una red, porque definen el alcance de

la estructura de la red local, y cómo seconectan los hosts de esa red local con lasredes más amplias e Internet. Estos treselementos se definen a continuación:

Dirección IP

Una dirección IP consta de 4 octetosseparados por puntos. Un octeto son 8bits de información, por eso cada octeto

puede tener cualquier valor entre 0 y 255(en decimal), y nos da el formato familiarxxx.xxx.xxx.xxx Cada host de cualquierred debe tener una dirección IP única.Ciertos grupos de direcciones IP han sidodesignados como no enrutables, porque aesas direcciones no se puede llegar desdesegmentos de la red externa. Gruposno enrutables comunes son 192.168 y10.0.xxx.xxx. Para que estos dispositivospuedan tener acceso fuera de sus redes,deben comunicarse a través de la puertade enlace de su red.

Puerta de enlace o Gatewaya puerta de enlace es el puente entreuna red y las redes exteriores másamplias. Cuando se inicia sesión en una

computadora y se solicita que se conecte ainternet, la computadora se comunica conla puerta de enlace y la puerta de enlacetransfiere la solicitud a la red exterior yenruta la información de retorno hacia elhost local. Esto normalmente involucra unpuerto de transferencia y traducción dedirecciones de red (NAT) que se definenmás detalladamente en la página 41.El hardware de la puerta de enlace es,generalmente, un enrutador y puedeincluir un firewall para impedir que eltráfico no autorizado desde la red externaalcance a las direcciones IP de la red deárea local (LAN).

Máscara

La máscara es como una valla que rodea lared local y determina a qué direcciones IPpuede acceder directamente un host localy con cuáles debe contactarse a travésde la puerta de enlace. Por ejemplo, conuna dirección IP local común 192.168.1.23y una máscara típica 255.255.255.0,cualquier dirección IP que coincide conlos tres primeros octetos de la direccióndel host (192.168.1) se considera una IP

local. Una solicitud de contacto con unadirección fuera de esa valla —por ejemplo192.168.2.xxx— se enviará a la puerta deenlace.

1 Manejo de Jitter

Es una característica de las redes conconmutación de paquetes que cualquierpaquete puede tomar cualquier rutaentre el origen y el destino, por eso,es inevitable que algunos de esospaquetes lleguen fuera de secuencia.Todos los códecs de streaming tienen unbúfer y otras tecnologías que permitenalmacenar y reproducir los paquetes en

su orden correcto, pero la mayoría de esassoluciones tienen limitaciones. Jitter es elresultado de la imposibilidad del códecde reproducir en tiempo real los paquetesque llegan antes o después del momentoprevisto de llegada.

Los componentes de una red IP

Imperfección de la red



Cuanto más grande y más compleja sea laestructura de la red, más susceptibles al jitterserán las secuencias de datos; la internetpública es el entorno más difícil en términosde gravedad de jitter. El diagrama muestrael efecto de jitter de la red en la recepción

de audio y los subsiguientes problemasde reproducción en un sistema de audio.Normalmente, la profundidad del búferestará dada en milisegundos, pero a losefectos de este ejemplo está fijada en dospaquetes. Si el jitter de la red es reducido,el sistema no se ve afectado y reproducelos paquetes recibidos en secuencia.

Sin embargo, si el jitter aumenta más alládel búfer predeterminado, los paquetes quelleguen después del tiempo determinadode reproducción se perderán y el audiose dañará. Otra vez es necesaria unacompensación entre el tamaño del búfer de

jitter y el retardo adicional que se agrega ala reproducción. Configurar un búfer grandepara minimizar los efectos del jitter puedeaumentar considerablemente el retardo

global de la red.

2 Manejo de la demoraTodas las redes tienen latencia de transportedebido a las leyes naturales de la física.Transportar una señal electrónica a través decualquier medio tomará una cantidad finita

de tiempo que no se puede eliminar.En una red IP, a la demora de una transmisiónestándar se le suma la demora necesariapara paquetizar los datos de audio, poreso, en el mejor de los casos, la latencia

de una red IP será por lo menos de entre10 y 30 milisegundos. Como se indicóanteriormente, el tamaño de los paquetes yel búfer de jitter también afectan la demora.La latencia citada representa la latenciainherente a lo largo de la red, a medida que

los datos pasan a través de conmutadores,enrutadores, etc. y no incluye la demorapara la compresión del audio ni los efectosde la frecuencia de muestreo. Cualquierdemora para la codificación resultante deluso de compresión se sumará directamentea la latencia existente del sistema. Y, porsupuesto, en una red de área extensa (WAN)o en conexiones de internet pública, la

demora puede aumentar hasta cientos demilisegundos. Además, la latencia puedevariar ampliamente a medida que lospaquetes de datos se transmiten a travésde las redes y enlaces. Cuando se utiliza unaconexión IP estándar, la única manera decompensar este factor de compensar estefactor latencia grande y variable consiste enestablecer un búfer de recepción de tamañosuficiente.

La elección del algoritmo de compresiónde audio también es importante en ladeterminación de la latencia de un extremoal otro del sistema. La compresión de audiolineal o las técnicas de codificación concompresión de baja demora, como Enhancedapt-X normalmente se seleccionarán para lasaplicaciones de audio en tiempo real sobreIP. Con la expansión de la difusión de audio

digital, la latencia del enlace de transmisiónse ha convertido en un factor menos crítico.

Efectos de jitter en la red



3 Pérdida de paquetesEn función de la calidad de un enlaceIP y del ancho de banda disponible, lossistemas basados en paquetes pueden sersusceptibles a las pérdidas de paquetes.Como vimos en el capítulo anterior, lapérdida de audio resultante dependerádirectamente del tamaño y de la cantidadde los paquetes perdidos y de la relaciónde compresión utilizada.Con los algoritmos basados en tramas,tales como MPEG, la pérdida de cualquierpaquete en una trama exige que se

deseche la trama. Por lo tanto, el uso deun tamaño pequeño de paquetes juntocon estas tecnologías de codificación no

implica ningún beneficio ni reduce losefectos de la pérdida.El algoritmo Enhanced apt-X no requiereningún búfer de trama y ofrece unamayor flexibilidad para la seleccióndel tamaño del paquete. Esto reducela susceptibilidad de una secuencia deaudio a las consecuencias de la pérdidade paquetes. Los tamaños de paquetescon duraciones de hasta 1 ms se logranfácilmente con Enhanced apt-X.

La tabla muestra cómo afecta la elección del algoritmo a la pérdida de paquetes

Algoritmo ModoVelocidad de

transferencia

Tamaño de

paquete

Nº de

muestras de

audio

Perte audio

MPEG Layer 2 16 Bit estéreo 256 kbps 768 2304 24 ms

Enhancedapt-X

16 Bit estéreo 256 kbps 512 64 16 ms

Enhancedapt-X

16 Bit estéreo 256 kbps 64 8 2 ms

A CONTINUACIÓN... ahora debe tener una idea de los desafíos que puede enfrentaral implementar una solución de AOIP. En la siguiente sección veremos las técnicasutilizadas para contrarrestar algunos de estos problemas o imperfecciones inherentesa muchas redes IP...



Dados los enormes beneficios que sepueden obtener de la migración haciauna arquitectura de audio sobre IP, no essorprendente que los departamentos deinvestigación y desarrollo, los diseñadores

de códecs y los ingenieros en todo elmundo hayan dedicado muchos añosa tratar de encontrar soluciones parasuperar las desventajas e imperfeccionesdel audio sobre IP para poder aprovecharsu bajo costo y su flexibilidad. Más abajo,describiremos algunos de los métodos quese han estudiado y adoptado con diferentesgrados de éxito.

a OcultamientoPueden utilizarse diversos métodospara ocultar los paquetes perdidos en lareproducción final del audio. Van desdela simple repetición del último paqueterecibido correctamente, hasta intercalarun silencio o ruido, o la interpolación y laretransmisión. Todos impactan el audioreproducido.

En pruebas de escucha la intercalaciónde silencio produjo cortes inaceptablesdel audio que llegaron a cierto nivel deincoherencia. El uso de ruido blanco mejorala inteligibilidad del audio reproducido perotambién era notorio. El uso de la repeticiónde la última trama aceptable produjoresultados más favorables.El uso de interpolación o un patrón

coincidente o una sustitución en forma deonda para ocultar la pérdida de paqueteses posible pero los beneficios comparadoscon la complejidad se rigen por una ley derendimientos decrecientes. Los resultadosde estas técnicas están todos regidos por lasmejoras subjetivas de la calidad del audio ydependen también de la cantidad de audioperdido que debe ser ocultado o reparado.Ninguna de estas opciones de ocultamiento

produce una solución fácilmente realizable;la opinión generalmente aceptada es que espreferible minimizar la pérdida de paquetesen lugar de tratar de disimularla.

b Corrección de errores sin

retransmisiónLa corrección de errores sin retransmisión(FEC) es un medio por el cual se pueden

reconstruir los paquetes perdidos para lareproducción. La forma más simple de FECagrega datos redundantes basados en elXOR de los datos en cada paquete con almenos uno o dos paquetes adicionales(figura al dorso). El paquete de FEC resultantese agrega a la transmisión y se usa junto conlos datos recibidos para corregir los erroresexistentes y reconstruir la secuencia de

audio.Si bien esta forma básica de FEC funcionacorrectamente para pequeñas cantidadesde pérdida de paquetes al azar, no puedemanejar la situación más común de pérdidade paquetes en ráfaga (es decir variospaquetes adyacentes perdidos de una vez).Para poder manejar los errores en ráfaga, serequiere un esquema de FEC más complejo

como el que se muestra en la página 29. Esteesquema de FEC calcula en dos dimensionespara proporcionar más datos para el motorde la recuperación.Como se puede ver en las ilustracionessiguientes, cualquier forma de FEC añadeuna sobrecarga sustancial a la secuencia deaudio y, en algunos casos, efectivamente seduplica el ancho de banda de la transmisión.

En aquellas redes en las que la limitaciónde ancho de banda o la congestión es unproblema, el uso de FEC no es una opciónviable. Además de los problemas de anchode banda que presenta, la generación deFEC en el codificador hace un uso intensivodel procesador y aumenta la latencia.La complejidad de la FEC, el tamaño delpaquete y la relación de compresión

utilizados son factores que influyen en elretardo resultante. Por ejemplo, una FEC dedos por dos requiere almacenar en búfercuatro paquetes.

5. Superación de las imperfecciones



Ocultamiento de pérdida de paquetes

Esquema básico de FEC

Teniendo en cuenta nuestros cálculosanteriores de la cantidad de audio en unpaquete MPEG L2, esto equivale a 96 ms.Una FEC de dos por dos solo protegecontra un pequeño error de ráfaga, y laFEC más realista de cinco por cinco (comose muestra en la figura siguiente) requierealmacenar en búfer 25 paquetes, lo queequivalente a 600 ms de retardo, según los

mismos cálculos.La recuperación del lado del decodificadortambién hace un uso intensivo delprocesador. El proceso de acumular el

bloque necesario de paquetes, determinarla ubicación de los paquetes perdidosy resolverlos uno por uno puede ser unprocedimiento largo y complejo.Al igual que en el caso del ocultamiento,el uso de FEC puede causar tantos, o más,problemas que los que resuelve. Puedeavanzar hasta cierto punto en la superaciónde las insuficiencias del mecanismo de

transporte basado en IP, pero a costa dedemora adicional, complejidad, ancho debanda y la sobrecarga de procesamiento.



c Calidad del servicio

Para mejorar el servicio de transportebásico ofrecido por las redes IP, llamado«Servicio de mejor esfuerzo», muchosproveedores de servicios ofreceránmecanismos que permitan garantizarla entrega de contenido urgente. Unasecuencia de audio en un STL requiere quelas interrupciones al flujo de paquetes seanmínimas, mientras que los datos puedenexigir solamente llegar a su destino enun plazo razonable. La calidad de servicio(QoS) fue diseñada para proporcionar un

mecanismo que asigna diferentes nivelesde servicio o prioridad en función de laimportancia y la urgencia del tráfico.

Hay dos métodos principales para lamejora de la calidad del enlace: RSVP yDiffServ.

• RSVP (Protocolo de reserva de recursos)es más complejo e implica reservar yceder los recursos necesarios en todala red.

• DiffServ (Servicios diferenciados),

por otro lado, ofrece un marco declasificación de tráfico que evalúala prioridad de tráfico de la red «porsalto». Cuando se usa DiffServ,

cada paquete se clasifica y se leotorga un valor de DSCP (puntode código de DiffServ) que la redevalúa para determinar la prioridadcorrespondiente.

Este esquema puede ser muy eficaz enredes internas, en las que el usuario puedecontrolar y seleccionar los enrutadores ydemás hardware de red que admiten los

códigos DiffServ. Sin embargo, la internetpública —incluso si es una VPN privadao un enlace WAN configurado a través dela internet pública— no es compatiblecon QoS en ninguna forma que puedaconsiderarse lo suficientemente robustacomo para soportar enlaces críticos deaudio en tiempo real.

Esquema de FEC bidimensional



d Acuerdos de nivel de servicio

Algunas empresas de telecomunicacionesu otros proveedores de servicios puedenofrecer un acuerdo de nivel de servicio(SLA) para un enlace IP, que habitualmentegarantiza el tiempo de actividad en términosporcentuales. Este porcentaje puedeconciliarse con criterios tales como pérdidade paquetes y tiempo real fuera de serviciodel enlace.

Un SLA típico consta de los siguientesparámetros:

• El rendimiento que garantizará elproveedor del servicio para el tráficodel cliente. Generalmente, esto incluyela demora en la red, el jitter máximo ylos niveles de pérdida de paquetes.

• La disponibilidad garantizada delservicio, que para aplicaciones dedifusión debe ser de 99,999 % osuperior.

• El alcance del servicio, es decir, losenrutadores específicos entre losque prevalece el SLA. En el caso deSTL profesionales y backhaul deaudio, el énfasis debe ponerse enlas formas de minimizar la pérdidade paquetes. La implementaciónde métodos para ocultar o corregir

errores es una distracción innecesariadel objetivo principal que es aseguraruna transmisión de audio confiable yrobusta sobre un enlace IP.

• El perfil de ancho de banda de lasecuencia entregada al proveedor deservicios.

• Los procedimientos de monitoreo derendimiento y los niveles esperados de

informes• Procedimientos de asistencia y

resolución de problemasque incluyen el tiempo para la respuesta

y la solución y las consecuencias delincumplimiento• La parte administrativa/legal

Generalmente, el SLA especifica la forma enque el cliente supervisará el rendimiento deacuerdo con el SLA, que suele ser medianteuna herramienta en línea.

Si el rendimiento no alcanza las cifrasespecificadas, el SLA también incluye las

fórmulas para determinar las sanciones alproveedor de servicios (las más frecuentesson créditos para el cliente, no reembolsos).Es posible que un SLA solo esté disponiblepara emisoras con ciertos compromisos deingresos (monto del contrato) o períodos(duración del contrato). Queda claro que niel SLA más estricto puede proteger contra lapérdida de paquetes, solo puede compensarpor la pérdida del servicio después delhecho.

e Conexión alternativa

Aunque se haya aplicado la diligenciadebidamente necesaria para la selección dela red IP y del proveedor del servicio, sigueexistiendo la posibilidad de una interrupción

importante en la red. Esto puede dejar a laemisora fuera del aire, salvo que se hayadispuesto una solución de respaldo. Unenlace IP primario puede respaldarse con unenlace IP secundario suministrado por otroproveedor de servicios, con un enlace IP demicroondas o por otros medios.Los códecs de audio profesional cuentancon la capacidad de activar el respaldo delenlace IP primario al secundario con varios

criterios diferentes, tales como silencio en lasalida de audio de un módulo específico delaudio o un umbral definido en el registro del

monitoreo.



f Streaming redundante

(SureStream)Los códecs y tecnologías más avanzadospueden generar y entregar varias secuenciasredundantes de audio desde una fuente auno o varios destinos. Los datos en todas lassecuencias son idénticos, y el enrutamientode estas secuencias múltiples a través de

rutas divergentes en la red —especialmentecuando se usan múltiples ISP en cadaextremo del enlace— posibilita un alto nivelde confianza en la entrega de los paquetes,sin elementos audibles por la «conmutación»de un enlace a otro.Esta redundancia «siempre activa» ofrecela solución ideal para los enlaces de audioen tiempo real a largo plazo y altamenteconfiables en cualquier tipo de red por

paquetes. Se puede utilizar cualquier tipode ancho de banda para la red: internet pormicroondas, DSL, satélite o cable.Los únicos sacrificios son el almacenaje enbúfer (necesario para todo el streamingde red por paquetes) y el ancho de banda.Dado que la secuencia redundante ocupasu propio ancho de banda de la red, elenvío de secuencias redundantes exige unamayor velocidad de red. Sin embargo, con el

algoritmo Enhanced apt-X pueden enviarsemúltiples secuencias redundantes a travésde casi cualquier enlace de red.El streaming redundante «siempre activo»

proporciona el mejor rendimiento posiblepara streaming de audio sobre redesimperfectas. Aplica las fortalezas de unared —buen ancho de banda y diversidadde rutas que permite la autorreparación—para resolver los problemas inherentes a esamisma red.La pérdida de paquetes puede eliminarsecasi totalmente, y las múltiples rutas de red

en cada extremo permiten, incluso, anular elimpacto de la pérdida de conexión sobre lacarga de audio. Si se pierde un paquete deuna de las secuencias «contribuyentes», sesustituye por su gemelo de otra secuenciaantes de que ese audio salga del búfer.No hay fallas, ni pops, ni clics, ni variacionesde la calidad de audio, ni cambios desincronización de la reproducción, lo cuales esencial para las redes de contribución y

otras que necesitan cubrir una ventana detiempo precisa con el audio.En cuanto a la arquitectura de red, elstreaming redundante puede implementarseen varias configuraciones.

PUSH PUSH

L RIN L ROUT OUT

ANALOG IN ANALOG OUT Optio Inputs ETH 0 ETH 1

AUX DATAPUSH PUSH

L RIN L ROUT OUT


AUX DATA



BUENO: streaming redundante en unaúnica conexión de red en cada extremo.

Esta configuración brinda una buenaprotección contra la pérdida de paquetes,pero una sola conexión sigue siendovulnerable a eventos de pérdida deconexión (LoC) y pérdidas en «ráfaga»,en las que se pierden muchos paquetesen un período corto. Si el ancho debanda lo permite, se pueden enviar treso más secuencias en esa única conexióny mejorar algo el rendimiento, pero laspérdidas en ráfaga y eventos de LoCtodavía pueden afectar el audio.

BUENO

ALGO MEJOR

MUCHO MEJOR

MUCHO MEJOR: Rutas de red doblecruzadas paralelasDonde la arquitectura de red lo permite,una o más secuencias contribuyentespueden enviarse desde cada una delas redes de origen a cada uno de lospuertos de red en el extremo receptor.Esta configuración es la más robustacontra cualquier tipo de interrupción dela red. Aunque se pierda completamenteuna conexión de red, seguirán habiendo

secuencias redundantes que utilicentodos los puertos que funcionen.Cualquier configuración que utilice rutasde red dobles será extremadamenterobusta.

ALGO MEJOR: Rutas de red dobleparalelas.

Esta configuración ayuda a eliminarcualquier punto único de falla. Reduce engran medida las posibilidades de que unevento de LoC afecte el audio y tambiénmejora mucho el rendimiento contra

pérdida de paquetes, incluso pérdidas enráfaga. Las rutas comunes utilizadas eneste tipo de implementaciones incluyenlas redes MPLS, WAN, transporte de IPpor microondas, conexiones de DSL, 4G,cable, fibra óptica y satélite.

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Las pruebas de funcionamiento a largoplazo de SureStream (tecnología destreaming redundante de APT) hanmostrado un rendimiento superior al

de T1 e ISDN, de hasta 99,999999 % y

una mayor fiabilidad para la entregade paquetes en conexiones de internetpública abierta, con proveedores de DSLbásico en cada extremo.

Ventajas del streaming redundante

El streaming redundante tiene varias claras ventajas que lo convierten en la mejor soluciónactual para la entrega confiable de audio y otros contenidos de streaming sobre la internetpública.

• La tecnología de streaming redundante es independiente del contenido• El streaming redundante es independiente de la ruta

• El streaming redundante ofrece «redundancia siempre activa», es decir, no hay enlacesprimarios y de respaldo, no hay fallas ni «conmutación» de un enlace a otro.

• El streaming redundante es totalmente escalable en cuanto a costo y tecnología• El streaming redundante sirve para casi todas las aplicaciones de difusión, STL, SSL,

remotas (reemplazo de ISDN)• Las principales ventajas sobre otros métodos son:

* Cero interrupciones de servicio

* Calidad de audio constante* Demora de audio constante

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ANALOG IN ANALOG OUT Optio I nputs ET H 0 ET H 1

AUX DATAPUSH PUSH

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ANALOG IN ANALOG OUT Optio I nputs E TH 0 E TH 1

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n+8

n+8 n

n



La «nube de audio» es un concepto nuevoen radiodifusión que permite que las emi-soras y, más genéricamente, los distribui-dores de contenido de audio cuenten conuna arquitectura que es intrínsecamenteredundante y autónoma en cuanto al en-

rutamiento y el respaldo del audio.En última instancia, la «nube de audio» per-mite que la emisora transmita audio desdeel punto A al punto al B o, incluso, desde elpunto A a B hasta Z de la forma más econó-mica posible con el mayor grado de confia-bilidad y el menor grado de intervencióndel usuario. Similar a la topología de anilloy a la capacidad de extracción e inserción

de las redes T1/E1, el concepto de nube deaudio aumenta las oportunidades de lasemisoras para migrar de las infraestructu-ras de transporte tradicionales de la radio-difusión y la distribución satelital y pasarse

a un ancho de banda mucho más rentabley ampliamente disponible. Ya sea que seimplemente de forma completa o parcial,representa una solución para todas lasaplicaciones de difusión, desde STL hastaremotas, y de contribución o distribución.

Hay cuatro componentes principales de lanube de audio:

• Streaming redundante• Inteligencia distribuida• Desvío de paquetes• Multicast / Traslado de unicast múltiple

Los componentes pueden utilizarse en

combinación o seleccionadas «a la carta»para crear la nube de audio adecuada paralas aplicaciones, el presupuesto y la dispo-nibilidad de la red IP de las emisoras.

La nube de audio - “Resistencia máxima”



Streaming redundante

Esta tecnología, explicada anteriormente,es el núcleo sobre el que se construyecualquier nube de audio. Es la capacidadde transmitir múltiples copias del mis-mo paquete de audio sobre redes diver-gentes para proteger contra la pérdida deconexiones o de paquetes.

Inteligencia distribuidaPara administrar una red de audio de

múltiples emplazamientos, y específica-mente el funcionamiento de las unidadesubicadas en la nube de audio, es necesarioalgún tipo de control inteligente. La inteli-gencia extrae información de una combi-nación de entradas en forma de cierres decontacto, alarmas y parámetros medidos,y usa esta información para tomar deci-siones que van a determinar cómo enru-tar el audio, qué perfiles de audio utilizary qué medidas deben tomarse en caso defallas de secuencia del componente.Un sistema inteligente es capaz de tomarmedidas automáticas, tanto programadas,por ejemplo, la inserción de contenido localde una programación precargada, comono programadas, por ejemplo, la conmu-tación por error del audio a un sistema derespaldo. Por lo tanto, la «inteligencia» exa-mina continuamente eventos y registros yluego toma decisiones basadas en los da-tos recibidos para que la nube funcioney se autorrepare con una intervenciónlimitada de los usuarios. También propor-ciona funciones esenciales de informes yalarmas que pueden ser enviadas al inge-niero por correo electrónico, SMS o DTMF.

A diferencia de un sistema de gestión cen-tralizado, si la inteligencia puede alojarseen el códec de audio, podrá distribuirseen toda la red y garantizar que no existaningún punto único de falla. Cada códectiene su propio cerebro y es capaz de to-mar decisiones independientemente de

los otros códecs de audio dentro de lanube. La inteligencia distribuida actúacomo el controlador autónomo automá-tico de todos los códecs de audio dentrode la nube, que reacciona en caso de falla.En el caso de los códecs IP de APT, esta

inteligencia distribuida es una cortesía deScriptEasy, una tecnología desarrolladainicialmente para la gama de unidades decontrol remoto y telemetría de Audemat.Además de tomar decisiones sobre todo,ScriptEasy es capaz de enviar notifica-ciones al personal correspondiente cuan-

do se ha producido una acción predefinidao algún otro evento de la red (planificadoo no).En caso de que una emisora se trasladede un servicio administrado o una red dedistribución satelital provista por una em-presa de telecomunicaciones, la inteligen-cia distribuida efectivamente reemplazaal NOC (centro de operación de red) quela empresa de telecomunicaciones usaba

para monitorear la red y tomar accionescorrectivas.

Desvío de paquetes

El concepto del desvío de paqueteses muy similar al concepto de extrac-

ción e inserción de T1/E1 (SDH/SONET)en el mundo sincrónico. El desvío de pa-quetes sobre IP es esencialmente la ca-pacidad de transformar cualquier puntode decodificación de la red en un nodocapaz de suministrar paquetes de audioa otros decodificadores, ya sean primarioso de respaldo automatizado. Esto permiteque las emisoras tengan múltiples codi-ficadores como fuentes potenciales decodificación, evitando así un punto únicode falla. El punto único de falla podría seruna falla real del hardware del codificadoro una falla catastrófica en ambos puntosde la red en el punto de origen del codi-ficador. Mencionamos específicamente «elpunto de origen del codificador» porque sila emisora está utilizando la tecnología destreaming redundante no puede ocurriruna falla total en ningún punto de la red.

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APT SureStreamer actuando como nodo de multicast o unicast múltiple

A CONTINUACIÓN... en esta sección debe haber entendido claramente las metodologíasutilizadas para superar los problemas de las redes IP. La siguiente sección tiene comoobjetivo una comprensión más profunda de conceptos genéricos de IP. Entender estos

conceptos puede ayudar mucho para la toma de decisiones sobre la implementación y para la localización de fallas y la resolución de problemas...

ahorro significativo de los costos conrespecto a una nube de multicast nacionalde costa a costa.En el contexto de unicast múltiples, losbeneficios del traslado de las capacidadesde unicast múltiples más cerca de los

decodificadores están más relacionadoscon la fiabilidad; cuanto más cerca estéla generación de las secuencias múltiplesde los decodificadores, tanto menorserá la distancia y número de saltos deestos paquetes tendrán que atravesar.Estadísticamente, esto significa quese pierden menos paquetes y si se usastreaming redundante, se reducen aúnmás las posibilidades de pérdida de los

paquetes duplicados en las secuencias delos componentes.Una manera de crear un nodo es utilizarun producto como el APT SureStreamerde WorldCast (ver página 69). Diseñadoinicialmente para permitir que las emisoras

que usaban códecs de IP heredadoscon un solo puerto y sin capacidadde streaming redundante pudieranañadir la funcionalidad SureStream a lainfraestructura existente. Sin embargo,como no es necesarioubicarlo junto con el códec IP de envío,puede trabajar bien en el establecimientode nodos como los descritos arriba.


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La capa de transporteLa capa de transporte proporciona uncanal de transmisión para las necesidadesde comunicación de las aplicaciones.La aplicación no necesita conocer lascaracterísticas particulares del canal detransmisión. UDP es el protocolo básicode la capa de transporte y provee unservicio simple pero poco confiable de

datagramas. Por eso, los protocolos delas capas superiores deben proporcionarprotección contra secuencias depaquetes falsos o pérdidas de paquetes.

La capa de aplicaciónLa capa de aplicación contiene todoslos protocolos que trabajan junto conlos programas de la aplicación y usanla infraestructura de la red para elintercambio de datos específicos de laaplicación. La capa de aplic

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Guia de Audio Ip