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No pierdas el tiempo, conéctate a NDI

Durante la pasada edición del BITAM Show pudimos constatar, una vez más, el creciente el interés que las tecnologías de transmisión de vídeo por IP están generando.   

En el stand de Avacab Audiovisuales tuvimos un sistema de producción NDI operativo, basado en equipos de varias de nuestras representadas, como  MagewellKiloview  o  BirdDog , en la infraestructura y con cámaras robotizadas de JVC, PTZOptics y BirdDog, que ya trabajan sin problemas en este tipo de implementaciones.  

El temor al despliegue de sistemas basados en protocolos como NDI o SRT va desapareciendo, a la vez que éstos alcanzan un mayor grado de madurez. Si a esto le añadimos soluciones que hacen posible el uso de estas tecnologías, junto con otras ya bien conocidas como el bonding, la combinación resultante es versátil y potente, y al menos tan fiable como otras alternativas mucho más costosas de implementar.  

¿Qué es el NDI?   

NDI son las siglas de Network Device Interface. NDI es a la vez un protocolo de transmisión de vídeo por IP y un método para comprimirlo. Es un creador de flujos diseñado para mover, con baja latencia, datos multimedia en red. 

NDI permite que los equipos de vídeo se identifiquen y comuniquen entre sí a través de IP, y que, en tiempo real, codifiquen, transmitan y reciban múltiples flujos de vídeo y audio de alta calidad, con baja latencia y precisión de cuadro. Cualquier dispositivo puede beneficiarse de esta tecnología de Vídeo IP, incluidos los mezcladores de vídeo, sistemas de grafismo, tarjetas de captura y muchos otros dispositivos de producción. 

El protocolo NDI está pensado para transportar video, audio multicanal sin comprimir y metadatos en ambas direcciones, permitiendo recibir una señal de vídeo con audio asociado y enviar de vuelta, por ejemplo, control PTZ y Tally.  

Inicialmente pensado para trabajar en redes locales, NDI ha ido evolucionando desde su presentación en el IBC de 2015, hasta el reciente lanzamiento de la versión 5, en julio de 2021. Cinco versiones en 6 años que han aportado fiabilidad y nuevas capacidades a la original creación de NewTek.   

Características básicas 

La transmisión NDI aporta múltiples ventajas sobre el tradicional cableado de vídeo en banda base. A continuación, describimos las más destacadas: 

Transporte de cualquier resolución actual o futura

NDI es totalmente compatible con todas las resoluciones, velocidades de fotogramas y flujos de vídeo, con y sin canal alfa. En la práctica, la resolución y la velocidad de fotogramas vendrán determinadas por las capacidades de los dispositivos finales. Se espera que las implementaciones más comunes utilicen vídeo UYVY y RGBA de 8 bits, aunque hay soporte para 10 y 16 bits. Todo el proceso interno del códec se mantiene en 16 bits o más. 

Compresión sin pérdidas, transmisión de alta calidad 

El protocolo NDI utiliza compresión sin pérdidas para permitir la transmisión de múltiples flujos de vídeo a través de la infraestructura de red existente, concretamente la Transformada Discreta de Coseno (DCT), que convierte las señales de vídeo en sus componentes de frecuencia elementales. Este método de compresión se utiliza habitualmente en los códecs del sector. El NDI, uno de los códecs más eficientes que existen, consigue una compresión significativamente mejor que la de muchos códecs que han sido aceptados para su uso en Broadcast profesional. 

La relación señal/ruido máxima (PSNR) del códec NDI supera los 70dB, para un contenido de vídeo típico. Y lo que es más importante, NDI es el primer códec que ofrece estabilidad multi-generación, lo que significa que una vez que la señal de vídeo se comprime, no hay más pérdidas, es decir, la generación 2 y la generación 1000 de una secuencia de decodificación a codificación son idénticas. 

Configuración de red simplificada 

El envío y recepción de flujos de vídeo a través de una red IP requiere que las aplicaciones que envíen vídeo sean capaces de descubrir a las aplicaciones receptoras de vídeo. NDI resuelve automáticamente los nombres de host a direcciones IP en una red de área local (LAN).  

Cuando se inicia una aplicación con capacidad de enviar NDI, los dispositivos que pueden recibirlo lo reconocen instantáneamente. Aunque esta es una función operativa en casi todas las redes, hay algunos casos en los que es importante saber cómo funciona, para poder configurar correctamente las redes que utilizan flujos de datos gestionados y protocolos de QoS.  

NDI utiliza mDNS (Sistema de Nombres de Dominio por Multicast) para crear el entorno de configuración necesario para el descubrimiento. Este servicio envía un mensaje multicast IP que pide al host que se identifique. El equipo de destino envía entonces un mensaje multicast que incluye su propia dirección IP. Este multicast es visto por todas las máquinas receptoras de NDI en la subred, que utilizan la información de ese mensaje para actualizar sus propias cachés. Estas consultas de multidifusión se envían a una dirección de multidifusión, por lo que no requiere que un solo dispositivo tenga un conocimiento global. Cuando un servicio o dispositivo ve una consulta para algún servicio que reconoce, proporciona una respuesta DNS con la información de su caché.

La principal ventaja de utilizar mDNS es que su configuración requiere poca o ninguna administración. A menos que la red esté configurada específicamente para no permitir mDNS, las fuentes NDI serán descubiertas. Este formato funciona cuando no hay infraestructura y puede superar fallos en la red. 

Aplicación de un entorno NDI multisede con equipos Kiloview
Aplicación de entorno Kiloview

No obstante, si es necesario ampliar el alcance de la red NDI a subredes, o si se requiere una configuración manual debido a que la difusión de mDNS no está permitida en la red, NDI, mediante su herramienta NDI Access, puede soportar la entrada de direcciones IP de dispositivos específicos. Esta capacidad se añadió ya en la versión 2 de NDI y es totalmente compatible con versiones anteriores. 

Ancho de Banda bajo control 

El NDI funciona de forma más eficiente en una red dedicada, con gran ancho de banda y alta disponibilidad. Esto suele ser incompatible con los entornos no gestionados, como la Internet pública o las redes donde el vídeo circula junto con los datos de otras aplicaciones, sin prioridad.  

Mientras que un solo flujo de vídeo de alta definición puede entregarse en una red Fast Ethernet (100Mbps), las redes Gigabit (1000Mbps) son básicas en los flujos de trabajo de producción de vídeo.  

Un flujo típico de NDI, consistente en vídeo HD 1080i, produce una velocidad de datos de hasta 100Mbps. El flujo de datos NDI, extremadamente eficiente, está diseñado para tener una latencia muy baja y permite transmitir varios flujos en una sola red Gigabit.  

Aun así, un entorno de producción puede requerir aún más capacidad, en función del tipo y la cantidad de flujos de vídeo NDI simultáneos, necesarios para un trabajo concreto. La siguiente tabla pretende ser una guía para calcular, de forma aproximada, las necesidades de ancho de banda en función de las resoluciones de vídeo y frecuencias de cuadro. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el NDI no es determinista, el ancho de banda necesario para los flujos de vídeo NDI debe basarse en el cálculo de la utilización media requerida. 
  

Stream de vídeo NDI Ancho de Banda requerido (aprox.) 
1 x UHDp60 video stream 250 Mbps 
1 x UHDp30 video stream 200 Mbps 
1 x 1080p60 video stream 125 Mbps 
1 x 1080i60 video stream 100 Mbps 
1 x 720p60 video stream 90 Mbps 
1 x SD video stream 20 Mbps 

Baja Latencia 

El códec NDI ha sido diseñado para funcionar muy rápido y se implementa en gran medida en código escrito a mano, para garantizar que el proceso de compresión de los fotogramas de vídeo se produzca tan rápidamente como sea posible. La latencia es un factor que depende tanto de la conexión de red como de los equipos utilizados. NDI tiene una latencia técnica de 16 líneas de vídeo, aunque en la práctica, la mayoría de implementaciones asume un campo de latencia.  

Las implementaciones NDI mediante hardware de codificación y decodificación dedicado, pueden proporcionar una latencia de extremo a extremo inferior a 8 líneas

Transmisión de metadatos 

NDI transporta vídeo, audio multicanal sin comprimir y metadatos. Los metadatos pueden enviarse en ambas direcciones, lo que permite a emisor y a receptor enviarse mutuamente mensajes a través de la conexión, con metadatos arbitrarios en formato XML. Este sistema de metadatos bidireccional permite funcionalidades como la información de Tally activo, que se devuelve a las fuentes para mostrar que están en el aire (programa / previo) o el manejo de cámaras PTZ que soporten NDI Control. NDI también permite a los transmisores determinar el número de receptores conectados, con lo que pueden omitir el procesamiento innecesario y la utilización del ancho de banda de la red cuando no hay clientes receptores NDI conectados. Los receptores NDI pueden optar por conectarse a varias combinaciones de flujos, para soportar conexiones sólo de audio o sólo de metadatos, cuando no se requiere vídeo. 

Características de la última versión 

Una vez expuestas todas las ventajas que el NDI aporta al entorno de trabajo audiovisual, vamos a repasar lo que la última versión aporta como novedades más interesantes. 

En julio de 2021, se lanzó la versión 5 del protocolo NDI. Entre las mejoras de esta versión se incluye novedades como la transmisión UDP segura, soporte de redundancia para el NDI Discovery Server y se añaden las herramientas Bridge, Remote y Audio Direct a los NDI Tools. 

De todas las herramientas NDI, probablemente la más esperada era la aplicación NDI Bridge, que permite la interconexión de equipos NDI que se encuentran en redes LAN distintas. Esta aplicación supone el despegue definitivo de las realizaciones remotas (REMI) sin que su implantación suponga un gran desembolso. Esta herramienta hace posible que cualquier equipo NDI, dentro de una red local, se comunique bidireccionalmente con los equipos NDI de una red externa, sin necesidad de configuraciones de red excesivamente complejas. 

Otra de las aplicaciones añadidas es el NDI Audio Direct. Se trata de un NDI Tool que permite incluir audio IN y OUT por NDI para su uso en cualquier software de audio digital que soporte el plugin Steinberg VST3. Esta herramienta permite seleccionar cualquier fuente de la red (videos inclusive) para su mezcla en una estación de audio digital por software, y la posterior generación de tantas señales NDI como sean necesarias. 

Una de las grandes apuestas de los NDI Tools es el Remote, una aplicación que permite compartir o recibir fuentes NDI por web. A través de un enlace que proporciona la app, se puede crear una conexión de vídeo en remoto. Tiene un aspecto que recuerda a las videollamadas de vMix, aunque en este caso, se puede configurar si prima la calidad o la velocidad. 

Aunque no sea un lanzamiento de este año, es importante destacar la actualización que ha recibido el protocolo NDI|HX, la versión “aligerada” del protocolo NDI. NDI|HX es un protocolo de video IP pensado para redes con menor capacidad, que tienen limitaciones para usar Full NDI debido al ancho de banda disponible o a su disponibilidad. Permite reducir drásticamente el ancho de banda y utiliza la compresión H.264/H.265. La versión 2 de este protocolo permite integrar canal alfa e incluye los servicios mDNS, NDI Access y Discovery Server. 

Pros y contras del NDI 

A favor

El uso de NDI en los entornos de producción actuales aporta soluciones sencillas que, utilizando los sistemas tradicionales, serían mucho más costosas y difíciles de implementar. La gestión de múltiples señales desde un punto central, donde se puede controlar las cámaras ubicadas en cualquier lugar de una red local (otra sala, otro edificio u otra ciudad) y mezclarlas con señales remotas en cualquier parte del mundo, a los que se proporciona Intercom, Tally e incluso control a distancia, facilita un abanico infinito de posibilidades de producción. 

Tanto para eventos institucionales básicos, como para Broadcast y otras aplicaciones profesionales, NDI supone un abaratamiento de costes de desplazamiento, enlaces por satélite o fibra y un largo etcétera de gastos imprescindibles. 

En contra

No obstante, el caballo de batalla de los protocolos de Vídeo IP es la latencia que provocan en la señal, frente al uso de vídeo en banda base. Existen entornos en los que la latencia no es un problema, pero para una producción en directo, que requiera interactuar entre dos lugares remotos, un retardo superior a un segundo, dificulta cualquier conversación. El protocolo NDI solucionó este problema implementando SHQ o SpeedHQ, una codificación con de latencia ultra baja, que utiliza un ancho de banda más alto para transmitir la señal.  

La implantación de un sistema NDI en una red LAN tradicional de 1Gb, es viable para unos pocos equipos. Si se pretende utilizar el ancho de banda completo de Full NDI, es necesario una red de capacidad mínima de 1Gb.  

En 2017, Newtek presentó una solución de ancho de banda reducido, el NDI|HX.  NDI|HX, utiliza entre 1-50Mbps, con latencias desde 80 hasta 200ms.  

Cuando hablamos del ancho de banda en Full NDI, por ejemplo, en una emisión UHDp60, el bandwidth aproximado es de 250Mbps. Si bajamos a un stream HD, el ancho de banda aproximado es de 130Mbps, por lo que, si vamos a disponer de equipos Full NDI dentro de nuestra red, es necesario que al menos tengamos una red capaz de gestionar 1Gbps, siendo lo óptimo el uso de redes 10Gb para entornos de producción en directo con múltiples fuentes Full NDI. La siguiente tabla muestra una comparativa entre los distintos codecs a diferentes resoluciones.

Resolución Full NDI NDI|HX H.264 NDI|HX HEVC 
1920×1080@60p 132 mbps 15,9 mbps 10,9 mbps 
1920×1080@60i 112 mbps 10,5 mbps 7,4 mbps 
3840×2160@60p 249 mbps 30 mbps 21 mbps 
3840×2160@60i 171 mbps 20,6 mbps 14,3 mbps 

Desarrollos de fabricantes 

Las marcas que desde su origen se han sumado al desarrollo del Video-IP, aportan soluciones para que los clientes puedan llevar la experiencia de video por internet a buen término, con prestaciones que hace pocos años estaban reservadas a aquellos que podían hacer grandes inversiones.  Un buen ejemplo de ello son los desarrollos de Cloud de MagewellBirdDog, o el Kilolink de Kiloview. Estas marcas por separado han creado un servidor para centralizar todas las fuentes y gestionar su distribución como si de una matriz física se tratase. 

El entorno NDI permite una configuración adaptada a las necesidades de cada estructura audiovisual. Por ejemplo, puede codificar las señales de las cámaras con un equipo de la familia Magewell Pro Convert, o decodificar varias señales NDI para su inserción en un mezclador de vídeo con un equipo Bird Dog 4K Quad Decoder. 

Ya tuvimos la oportunidad de ver un ejemplo de implementación con equipos Magewell en un artículo anterior, en el que os proponíamos una conexión de un equipo HDMI convertido a NDI con vMix.

Conversores a NDI de Magewell

Utilizando los interfaces adecuados, es posible incorporar equipos NO NDI a nuestra infraestructura. La gama de equipos Magewell Pro Convert nos permite codificar y decodificar fuentes NDI. Esto nos abre a un escenario donde, por ejemplo, una cámara pueda ser codificada en un flujo NDI y decodificada para su entrada en un mezclador. 

También existe la gama 4K Family de BirdDog que dispone de un codificador/decodificador de 4 canales bidireccionales SDI o incluso para producciones de mayor tamaño, se puede trabajar con el equipo AJA NDI Bridge, capaz de codificar y decodificar hasta en 16 canales 3G-SDI. 

En el caso de Magewell Cloud, la plataforma permite configurar de forma remota los parámetros de los dispositivos, activar funciones operativas e incluso agrupar dispositivos y asignar permisos. Magewell Cloud simplifica la transmisión de uno a muchos o de muchos a muchos puntos utilizando el protocolo SRT, del que hablaremos en futuros artículos. 

Kiloview es una marca que desarrolla mayoritariamente productos para Video IP. Cuenta con una plataforma llamada Kilolink, que permite gestionar equipos como los P1/P2 y generar el bondig correspondiente. Por otra parte, acaba de realizar el lanzamiento del servidor NDI Core, un servidor donde se puede generar todos los inputs y outputs necesarios. Aunque actualmente no es compatible con NDI Bridge, este servidor es una fuerte apuesta para la creación de una infraestructura NDI. 

Equipos NDI de Kiloview

BirdDog, el fabricante australiano especializado en NDI, cuenta con la mayor oferta de software NDI. Ha desarrollado la plataforma NDI Cloud, un software de envío y gestión de fuentes NDI que permite enviar NDI a cualquier parte del mundo con encriptado SRT. Tiene una interface de tipo matriz que permite gestionar el envío de una fuente a múltiples destinos. 

Equipos NDI de BirdDog

Conclusión

Los protocolos de Vídeo IP han alcanzado el nivel de madurez necesario para que su uso prolifere en cualquier entorno audiovisual, desde la producción de eventos institucionales hasta el entorno Broadcast más exigente. En Avacab Audiovisuales hace tiempo que nos venimos preparando para asesorar y proveer de equipos de Vídeo IP a nuestros clientes, con el equipamiento de infraestructura necesario para llevar buen término cualquier instalación de Vídeo IP, puedes consultarnos en tecnico@avacab.es o concertando una reunion con nuestro departamento técnico ( 91 545 60 49) para que resolvamos todas tus dudas.

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