LoLa, la innovación que llegó a los conservatorios italianos

LoLa, la innovación que llegó a los conservatorios italianos

Por: Claudio Allocchio y Federica Tanlongo – GARR, red académica italiana.

A partir de un proyecto de colaboración entre GARR, red académica italiana, y el Conservatorio Tartini, así se emplean las redes de banda ultra ancha en la interacción de audio y video en tiempo real, para la transmisión de música y más.

No solo la ‘gran ciencia’ crea picos de tráfico en la red. Incluso el mundo de la música y del teatro, que parece tan alejado de las TIC, puede convertirse en terreno fértil para el nacimiento de verdaderas aplicaciones poderosas. Este es el caso de LoLa, un instrumento que durante muchos años ha sido utilizado por varias instituciones artísticas y musicales de todo el mundo, para dar vida a lecciones remotas y representaciones con artistas que interactúan en tiempo real, a miles de kilómetros de distancia.

Nacido de una colaboración de casi diez años entre GARR y el Conservatorio Tartini de Trieste, LoLa, cuyo nombre significa sistema de transmisión audiovisual de Low Latency (baja latencia), es una herramienta para la interacción ‘natural’ de audio y video, en tiempo real, con alta definición y a través de una red geográfica.

¿Qué es?

Conceptualmente, es un sistema de videoconferencia de alta calidad, compuesto por un hardware para la captura de audio y video, y un software que gestiona su integración, optimización y transmisión. Sin embargo, el contexto para el que fue diseñado y las soluciones que lo han adoptado lo hacen único en comparación con los sistemas disponibles en la actualidad.

En particular, el aspecto más innovador de LoLa es la optimización del procesamiento y la transmisión de la señal, lo que mantiene la latencia del sistema al mínimo. Esto se combina con una red de banda ultra ancha y de alta calidad, caracterizada por bajos niveles de retardo (delay) y su variación (jitter), con un tiempo de ida y vuelta muy reducido, lo que significa que el retraso de la transmisión entre dos puntos distantes, a miles de kilómetros uno del otro, permanece por debajo del umbral percibido por el ser humano (35 ms – milisegundos): así, hoy en día es posible tener una interacción remota verdaderamente transparente desde dos sitios conectados a las redes europeas de investigación. Las latencias inherentes a los sistemas de videoconferencia estándar, desde DVTS a Skype, generalmente no son menores a 450 ms unidireccionales, tanto para audio como para video: romper este valor por debajo del umbral de percepción ha significado que LoLa sea muy bien recibida por los músicos.

Además de imposibilitar el rendimiento remoto, la ‘barrera de medio segundo’ impuesta por los sistemas tradicionales de videoconferencia ha establecido límites estrictos a la efectividad de la enseñanza a distancia, porque en estas condiciones el maestro no puede jugar junto con el estudiante y hacer uso de la comunicación no verbal (por ejemplo, golpear el ritmo y sugerir los gestos que se realizarán), que tiene un papel principal en esta disciplina. El buen nivel de calidad del audio en LoLa permite tener en cuenta los aspectos relacionados con el timbre, mientras que la sincronización y el video le permiten enfocarse en el gesto y sus efectos tímbricos. Todo esto sin contar los beneficios prácticos, como la reducción de los costos de viáticos.

¿Cómo funciona?

LoLa admite 48.000 sps de audio (samples per second, es decir, muestras por segundo) de 16 bits, hasta 10 canales independientes y un video de 720p o de 1080p full HD, tanto a color como en blanco y negro. El audio y el video no se comprimen para no introducir demoras relacionadas con el proceso de codificación y decodificación, lo que permite lograr una adquisición del sistema y un tiempo de renderización de 5 ms para audio y menos de 20 ms para video, a lo que se agrega la latencia introducida por la red, estimada en menos de 1 ms en una red local, y de aproximadamente 1 ms por cada 100 km en la red geográfica. La adquisición y transmisión ultrarrápida de video se logra combinando cámaras progresivas de nivel profesional y una familia de capturadoras de video, que ofrecen bibliotecas de programación de alto rendimiento y que son versátiles para la gestión del procesamiento de video de bajo nivel.

La baja latencia del audio está garantizada por un hardware robusto y controladores ASIO (los controladores profesionales utilizados en el campo de la producción musical). La sincronización precisa de los flujos en las fases de adquisición, transmisión y renderización es necesaria para transmitir los datos lo más rápido posible, y lo mismo ocurre con la recepción, decodificación y representación.

Para asegurar un rendimiento de Fórmula 1, incluso en red de área amplia, LoLa proporciona un sistema de bajo nivel que gestiona los paquetes, con el fin de evitar colas invisibles, a menudo determinado por un software de red común, que interactúa directamente con los controladores del adaptador de red. Además, existe un mecanismo de amortiguación capaz de compensar los efectos de inestabilidad que se pueden generar en las redes públicas, como consecuencia de situaciones de tráfico irregular, evitando así la pérdida de datos debido a oscilaciones de retraso.

Los aspectos de la red

Desde el punto de vista de la red, LoLa debe poder transmitir datos de audio y video de manera eficiente y confiable. En términos de uso de ancho de banda, LoLa requiere al menos 100 Mbps en su configuración mínima, alcanzando hasta 500 Mbps en una configuración más avanzada. Además, la aplicación genera una tasa de paquetes por segundo (PPS) muy alta, ya que utiliza paquetes de 1 Kb: requisitos no triviales que sugieren conexión de extremo a extremo de 1 Gbps, como mínimo, a nivel de una red geográfica. Satisfacerlos no era un problema en las rutas de larga distancia de las redes troncales universitarias y de investigación, como GARR y GÉANT, mientras que a veces se han producido críticas a nivel de la red local: la gran cantidad de paquetes por segundo generados por la aplicación puede poner en crisis algunos de los dispositivos menos modernos de la LAN, sin mencionar que otras aplicaciones como VoIP pueden competir con LoLa.

A nivel de red, la solución óptima para una aplicación como LoLa es tener una red que asegure que la disponibilidad del ancho de banda esté por encima del tráfico promedio de la red, un tamaño que comúnmente es llevado a cabo por las redes de investigación, los cuales son capaces de manejar picos asociados con la captura de datos en vivo de grandes experimentos científicos, por ejemplo, en física de alta energía o en la astrofísica. Dentro de eMusic, un proyecto financiado por GÉANT, se está llevando a cabo un experimento para comprobar si también es posible utilizar la aplicación de forma exitosa en combinación con técnicas de reserva de ancho de banda, cuando una red con estas características no está disponible. Sin embargo, esta solución es menos eficiente, ya que los dispositivos de red que administran la reserva de ancho de banda agregan procesamiento adicional a los paquetes y, por lo tanto, ayudan a aumentar la latencia y la inestabilidad.

En contraste, los experimentos llevados a cabo en los últimos años muestran que una red con exceso de aprovisionamiento reduce la necesidad de amortiguadores, mejorando aún más el rendimiento, porque el mecanismo de compensación introduce un pequeño retraso, estimado en aproximadamente 0,75 mseg por cada búfer, para garantizar una comunicación de audio perfecta. Cuando se utiliza un circuito dedicado, entonces la fluctuación de fase cae por debajo del umbral observable y la necesidad de un mecanismo de compensación llega a caer.

Primer mundo

LoLa se concibió en 2005, se desarrolló entre 2008 y 2010, y se dio a conocer oficialmente, por primera vez, en una presentación en vivo del dúo de pianos Zaccaria-Trevisan, en el segundo Taller de Producción de Artes Escénicas de la red europea. El concierto estuvo distribuido entre el conservatorio de música G. Tartini, en Trieste, Italia, y el instituto de ciencias musicales IRCAM de París, a una distancia de aproximadamente 1300 Km.

Foto tomada de In the Field Stories.

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