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Las comunicaciones se han personalizado y queda lejos la época en que se reducían a tener teléfono fijo compartido por todos los miembros de la familia, si acaso una conexión de datos en el trabajo y, más recientemente, un teléfono móvil en que estar localizable para casos de urgencia. La revolución digital ha aterrizado en nuestras vidas y todos, en mayor o menor medida, hemos incorporado a nuestro vocabulario términos como VoIP, redes sociales, banda ancha, IPTV, mensajería instantánea, ADSL, mundos virtuales, SMS, Internet móvil, etc. No sólo hablamos de ello, sino que, consciente o Movilidad y Banda Ancha / Convergencia

TELECOS E INNOVACIÓN. Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico l ruido ha sido un “enemigo” tradicional de las comunicaciones puesto que degrada la calidad de las transmisiones y es uno de los factores limitantes de la máxima distancia a la que se puede transmitir una señal. Por este motivo, los ingenieros de telecomunicación se han esforzado desde los comienzos de las comunicaciones radioeléctricas por combatir este indeseado compañero, en primer lugar de forma analógica, y con la revolución digital, mediante complejos algoritmos de filtrado. Como nota histórica, es importante destacar que el origen del “ruido” no pudo explicarse hasta que en 1905 Einstein predijera la existencia de átomos a través del ruido y Perrin confirmara sus predicciones, e incluso es curioso saber que se utilizara el ruido para calcular el número de Avogadro. El artículo de Cohen en 2005 es una magnífica revisión de la historia del ruido a través de la física atómica. Fuentes de ruido Aunque el ruido, en su concepción más purista, proviene del movimiento aleatorio de los átomos, en términos prácticos podemos designar como ruido toda aquella señal que interfiere con la señal de interés. En microscopía existen varias fuentes de ruido. En primer lugar, considerando que las imágenes se forman por la recolección de partículas, una fuente obvia de ruido es la naturaleza aleatoria de la llegada de partículas (fotones en el caso de microscopía óptica o de rayos X; electrones en el caso de microscopía electrónica; y partículas radiactivas en el caso de autorradiografías) al receptor (es decir, si ponemos una muestra en el microscopio y la observamos dos veces es muy probable que en un mismo punto y para una misma duración de la observación recolectemos un número diferente de partículas, esto es lo que se conoce como shot noise). Se suele asu- Telecos e innovación Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico: eliminación de ruido Continuamos en este artículo revisando los diferentes aspectos de procesamiento de imagen en microscopía considerando, esta vez aquellos algoritmos diseñados para la reducción del ruido. El ruido es un concepto bien ubicuo en la ingeniería de telecomunicación, y es de hecho nuestra profesión la que lidera el diseño de este tipo de procesos orientados a combatir estas interferencias aleatorias. E Carlos Óscar Sánchez Sorzano Profesor adjunto y coordinador del área de teoría de la señal y las comunicaciones de la Universidad San Pablo CEU José Mª Carazo García Director de la unidad de biocomputación del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC “Es importante destacar que el origen del “ruido” no pudo explicarse hasta que en 1905 Einstein predijera la existencia de átomos a través del ruido y Perrin confirmara sus predicciones, e incluso es curioso saber que se utilizara el ruido para calcular el número de Avogadro” TELECOS E INNOVACIÓN. Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico mir que dicha llegada de partículas sigue una distribución de Poisson. Sin embargo, dado que normalmente el número de partículas que llega es muy elevado, se puede aproximar bien esta distribución por una gaussiana. Hay aplicaciones en las que esto no es así como son las autorradiografías (se inyecta una sustancia radiactiva a un tejido, con tendencia a acumularse en determinadas estructuras y se observan las partículas beta o gamma emitidas), en este caso, el número de partículas no es lo suficientemente elevado como para considerar el ruido como una gaussiana. La segunda fuente de ruido obvia la constituye el receptor utilizado para detectar los fotones o electrones. En el caso de utilizar una cámara CCD tendremos, como en todos los dispositivos electrónicos, ruido térmico y el ruido introducido por los amplificadores detrás del detector CCD. Si en su lugar lo que se utiliza es una película, entonces tendremos el ruido asociado a la microestructura de cristales presente en la película (film grain noise, cuando uno de estos pequeños cristales cambia sus propiedades físicas por efecto de la luz; cambia todo el cristal al mismo tiempo, con lo cual tendremos “cambios en bloque” de forma local), el ruido debido a los cambios de textura del papel o medio en el que se revele la película, el ruido del scanner si posteriormente se digitaliza la imagen, etc. (ver Figuras 1 y 2). Al igual que en comunicaciones, también se considera ruido en imágenes a cualquier señal interferente con respecto a la señal de interés. Éste es el caso de la microscopía electrónica de partículas individuales. Las macromoléculas observadas en el microscopio se encuentran inmersas en hielo amorfo durante su visualización en el microscopio. El resultado es que en una misma micrografía se ve la estructura de la proteína en la que estamos interesados así como la estructura del hielo que lo rodea (ver Figura 3). De este modo, el hielo actúa de ruido frente a la señal de interés (la proteína). Las imágenes de microscopía electrónica pueden tener una relación de señal a ruido por debajo de 1/3 (es decir, tener 3 veces más ruido que señal) además de presentar muy bajo contraste de la proteína con respecto al hielo, por lo que este tipo de imágenes requieren de robustos algoritmos de procesamiento de imagen. Las propiedades estadísticas del ruido son muy importantes, no sólo cuál es su distribución en un determinado punto sino también si tenemos la misma distribución en todas las zonas de la micrografía (pudiera ser que determinadas zonas tengan más ruido que otras, es decir si el ruido es estacionario o no) o si el ruido en un punto está correlacionado con el ruido en otro punto cercano (es decir, si es ruido blanco o está coloreado). La caracterización estadística del ruido es fundamental para su posterior eliminación. También es fundamental saber si el ruido es independiente de la señal observada (ruido aditivo) o si es dependiente de la misma (ruido multiplicativo). En la mayoría de los casos de microscopía se suele tomar ruido aditivo, salvo en autorradiografía donde el nivel de ruido es obvio que depende de la cantidad de materia radiactiva acumulada. A partir de este momento nos centraremos en el ruido aditivo. Eliminación del ruido Las dos técnicas más clásicas y más conocidas por los ingenieros Fig.2. La presencia de cristales es lo que da el aspecto ruidoso a la fotografía analógica. Fig.1. Micrografía electrónica de los cristales de haluro de plata utilizados en una emulsión fotográfica. “Al igual que en comunicaciones, también se considera ruido en imágenes a cualquier señal interferente con respecto a la señal de interés. Éste es el caso de la microscopía electrónica de partículas individuales” de telecomunicación para la eliminación de ruido son el promediado y el filtrado en el espacio de Fourier. El promediado consiste en observar el mismo objeto varias veces, en cada una de las observaciones tendremos una componente constante (nuestra señal) y una componente aleatoria (el ruido). Si calculamos la media de las observaciones, y asumiendo que el ruido tiene media nula, cuanto más promediemos, más nos acercaremos a la señal y menos ruido tendremos puesto que los valores de ruido se irán cancelando unos con otros hasta alcanzar su media (este resultado intuitivo no es para nada obvio matemáticamente y es debido a la ley de los grandes números demostrada por Jacob Bernouilli en 1713 y Siméon Poisson en 1835; la demostración de este teorema le llevó unos 20 años a Bernouilli). El filtrado en el espacio de Fourier sigue una aproximación diferente: si descomponemos nuestra señal como suma de senos y cosenos, es posible que sepamos que la señal de interés utiliza preferentemente unas frecuencias frente a otras. El ruido blanco, por el contrario, las utiliza todas. Los filtros en el espacio de Fourier eliminan todos aquellos sumandos de la expansión en serie de la señal que utilizan frecuencias que sabemos que no provienen de nuestra señal y que, por tanto, deben provenir del ruido. Como bien saben los ingenieros, hay todo un arte en cómo diseñar los filtros para que sean computacionalmente eficientes y no modifiquen sustancialmente las fases de los coeficientes que pasan por el filtro (recordemos que en imágenes la mayor parte de la información se encuentra en las fases). Es importante destacar un concepto importante de la eliminación del ruido por filtrado en el espacio de Fourier: la respuesta que buscamos es una señal que se parece mucho a la señal que hemos observado (matemáticamente se parece en el sentido de minimizar la norma de la diferencia) y que es compatible con información a priori (en particular, que sólo utiliza unas frecuencias del espacio de Fourier). Esto es lo que se conoce como eliminación de ruido por medio de priors. Sin embargo, no son estas dos técnicas las que mejores resultados están dando ahora mismo para la eliminación de ruido. Las técnicas modernas de eliminación de ruido hacen uso de herramientas matemáticas mucho más potentes. Priors estadísticos sobre la distribución del ruido: La asunción más sencilla sobre el ruido es suponer que se trata de ruido blanco gaussiano (ésta es la base por ejemplo, de la eliminación de ruido mediante promediado). Sin embargo, podemos saber más sobre el ruido y podemos informar a nuestro algoritmo sobre la no gaussianidad del mismo (teniendo entonces algoritmos de máxima verosimilitud, maximum likelihood), que es gaussiano pero está correlado y sabemos su estructura de correlación (filtro de Wiener, 1949), que sabemos que es gaussiano y está correlado pero no sabemos su estructura de correlación (filtro de Kalman, 1960), o en el caso más general, que sabemos la familia de distribuciones a la que pertenece (el caso más habitual hoy día es suponer una mixtura de gaussianas) pero que no sabemos cuáles son los parámetros de esta mixtura ni su estructura de correlación (filtros de partículas, 2000). Hay otros trabajos que maximizan la verosimilitud de la imagen de salida utilizando la distribución estadística de los coeficientes en un espacio transformado (el más habitual es el espacio de ondículas (wavelets) y la distribución conjunta de los coeficientes a diferentes escalas). Priors de suavidad: Una observación importante es que nuestra señal varía lentamente a lo largo del espacio (como es el caso habitual de muchas imágenes en las que el valor de un píxel se parece mucho al valor de los píxeles adyacentes). A lo largo del tiempo TELECOS E INNOVACIÓN. Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico Fig.3. Ejemplo de micrografía electrónica en la que se han marcado dos proteínas. Obsérvese el bajo contraste y el alto nivel de ruido. “Las técnicas modernas de eliminación de ruido hacen uso de herramientas matemáticas mucho más potentes” se han propuesto una serie de técnicas que tratan de formalizar matemáticamente este concepto de suavidad. Por ejemplo, una forma de expresarlo es pedir que la energía de nuestra señal filtrada sea mínima (este prior lo que dice es que si hay dos señales filtradas que son igualmente compatibles, en el sentido , con nuestra observación, la que tiene menos energía es la más plausible, puesto que la que tiene más energía es posiblemente porque todavía contiene algo de ruido). En este sentido se han diseñado también filtros de gaussiana que convolucionan la imagen con una gaussiana (o, en general, con cualquier otro kernel cuya transformada de Fourier sea la de un filtro paso bajo) de forma que un píxel a la salida sea una media ponderada de los píxeles cercanos; los filtros bilaterales adaptan el tamaño local de la gaussiana en cada dirección intentando no sobrepasar los bordes de los objetos en la imagen. Los filtros basados en estadísticos de orden (la mediana es el más conocido) son también muy utilizados y en ellos subyace la idea de que la imagen es suave en un entorno local (el filtro de mediana sustituye el píxel central de una pequeña ventana por la mediana de los valores en la propia ventana). El prior de suavidad se puede expresar también de forma matricial, normalmente imponiendo que la norma del laplaciano discreto de nuestra señal filtrada sea pequeño (cómo se elige esta norma es también un campo muy activo de investigación y una de las técnicas más modernas utiliza los estimadores M de estadística robusta, 1990), o de forma continua, pidiendo que la norma del gradiente de nuestra señal filtrada sea pequeña, es lo que se conoce como variación total y difusión anisotrópica. Como vemos, la versión continua de este prior es mucho más moderna que la versión discreta y se ha derivado de trabajos recientes sobre la aplicación de técnicas de geometría diferencial al procesado de imágenes. Priors de dispersión: Otros priors relativamente modernos son el hecho de que si expresamos nuestra señal en el espacio adecuado, ésta utilizará menos coeficientes que el ruido (ésta es la base del filtrado de Fourier). Uno de los primeros espacios explorados en este sentido fue el de las wavelets con diferentes algoritmos de umbralización. Aún más moderno es el hecho de utilizar espacios (y bases) no ya genéricos, como podría ser la base de senos y cosenos, sino espacios “adaptados” (en un cierto sentido) al conjunto de imágenes características de la aplicación. En este caso se necesitarán aún menos coeficientes para expresar la imagen, aumentando la capacidad de filtrar el ruido. Esto es lo que se conoce como técnicas dispersas (sparse). Priors de repetición: Una observación importante en imágenes es que hay zonas de la imagen que se encuentran repetidas en otras regiones lejanas de la imagen (por ejemplo, en la Figura 2, tenemos cielo a la derecha y a la izquierda de la cúpula, la señal subyacente en estas dos regiones de la imagen es similar aunque geométricamente se encuentran muy distantes una de otra). Estos algoritmos tratan de identificar qué regiones están “repetidas” o son suficientemente similares, y a partir de ellas producen una “región” promedio. Son las técnicas de promediado no local. Resumen En general, en microscopía se utilizan las técnicas generales de eliminación de ruido que se emplean en procesamiento de imágenes teniendo cuidado en cada caso de introducir los priors correctamente y de utilizar la técnica que explote más eficientemente la información disponible en cada momento. Aquellos lectores interesados en las técnicas de eliminación de ruido pueden ampliar esta información en la revisión de Buades en al año 2005. Bibliografía Buades, A.; Coll, B. & Morel, J. M. A review of image denoising algorithms, with a new one. SIAM Multiscale Modelling and Simulation, 2005, 4, 490-530 Cohen, L. The history of noise. IEEE Signal Processing Magazine, 2005, 22, 20-45 TELECOS E INNOVACIÓN. Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico “En microscopía se utilizan las técnicas generales de eliminación de ruido que se emplean en procesamiento de imágenes teniendo cuidado en cada caso de introducir los priors correctamente y de utilizar la técnica que explote más eficientemente la información disponible en cada momento”

Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico a segmentación de imágenes es el proceso mediante el cuál asignamos una etiqueta a cada uno de los píxeles de una imagen, de manera que píxeles con características comunes son agrupados como pertenecientes a una misma entidad (ver Fig. 1). Nuestro objetivo es que estas entidades se correspondan con los diferentes objetos de una imagen. Sin embargo, como decían los antiguos griegos: “La belleza está en el ojo del observador”. En este caso, los objetos de interés también están en el ojo del observador o, dicho de otra forma, puede haber múltiples formas de entender cuales son los diferentes objetos de una imagen, lo que se traduce tanto en diversas metodologías de segmentación, como en el proceso de asignación de etiquetas a cada una de las clases. Tomemos como ejemplo la Figura 1, en la sección de la derecha se muestra una segmentación que ha clasificado los píxeles como pertenecientes a diferentes células, mientras que en la sección central los píxeles se han clasificado como pertenecientes al núcleo o al citoplasma. Vemos, así, que la segmentación es un proceso complejo, que depende en gran medida de lo que se esté buscando en una imagen. Es mas, a veces un proceso de segmentación de bajo nivel, como el que se muestra en la sección central de la Figura 1, sirve de entrada a una segmentación posterior de más alto nivel, como la realizada en la sección derecha de la figura. La segmentación no tiene por qué limitarse a la imagen bidimensional, sino que el mismo concepto puede ser extendido a volúmenes tridimensionales, análisis de secuencias de vídeo bidimensional, o vídeo tridimensional (ver Fig. 2). Las propiedades deseables de una región serían la homogeneidad del color o intensidad dentro de la misma, la homogeneidad de su textura y la existencia de bordes claros con las regiones adyacentes. Cómo medir la homogeneidad de la intensidad o la textura son puntos abiertos actualmente y continúan publicándose nuevos algoritmos que tratan de resolver este problema. La homogeneidad del color es aún un problema mayor, puesto que los sistemas estándares de representación de color (RGB, HSI, Telecos e innovación Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico: segmentación La segmentación de imágenes se refiere al proceso mediante el cual se agrupan determinados píxeles de una imagen como pertenecientes a un mismo objeto. Este procedimiento puede ser considerado como el paso de más bajo nivel hacia una comprensión de la semántica de una imagen: ¿qué es qué dentro de una imagen? En biología, la segmentación cada vez cobra más importancia, puesto que la creciente cantidad de imágenes producidas requieren de etiquetas que permitan el procesado automático de la información. Carlos Óscar Sánchez Sorzano Profesor adjunto y coordinador del área de teoría de la señal y las comunicaciones de la Universidad San Pablo CEU José Mª Carazo García Director de la unidad de biocomputación del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC “La segmentación no tiene por qué limitarse a la imagen bidimensional, sino que el mismo concepto puede ser extendido a volúmenes tridimensionales, análisis de secuencias de vídeo bidimensional, o vídeo tridimensional” Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico HSV y CMYK) no son uniformes desde el punto de vista de la percepción humana: es decir, la distancia entre dos colores definidos como vectores en estos espacios no se corresponde con la distancia percibida por las personas. Es por ello que se han definido nuevos espacios de representación del color (CIE L*u*v* y CIE L*a*b*) más ajustados a la percepción humana de distancia entre colores. También son reseñables aquellos trabajos que intentan incorporar a la información de color estimaciones de la reflectividad del material (es decir, si se trata de un material metálico o un dieléctrico y cuál es su radiancia). Sin embargo, y debido a la evolución histórica de los algoritmos de segmentación, encontramos métodos operando en cualquiera de los espacios de color así como utilizando únicamente información de intensidad. De hecho, la segmentación en color no es todavía un estándar debido al aumento de la computación por el hecho de utilizar vectores tridimensionales en lugar de escalares, así como por el aumento de la complejidad técnica del algoritmo. Las técnicas de segmentación utilizadas en biología no difieren en absoluto de las técnicas estándar utilizadas en procesamiento de imágenes, si bien, y debido a la dependencia de la segmentación con los resultados deseados por el usuario, los programas suelen ofrecer soluciones semiautomáticas en las que el usuario indica algunos puntos pertenecientes a una misma región y el programa “completa” la región con el resto de puntos similares. Esta técnica se verá más abajo y es lo que se conoce como crecimiento de regiones. Las técnicas de segmentación se pueden dividir en técnicas basadas en el color o técnicas basadas en la imagen. Las primeras asignan la misma etiqueta a colores o intensidades similares, independientemente de si los píxeles etiquetados forman un conjunto espacialmente compacto. Las técnicas basadas en imagen asignan la misma etiqueta sólo a píxeles que forman una región compacta. Revisemos brevemente cada una de estas dos familias de técnicas. El lector interesado puede leer las revisiones del campo realizadas por Freixenet [1] y Lucchese [2]. Técnicas basadas en el color Estas técnicas utilizan la información de color o intensidad de un píxel y, en los algoritmos más avanzados en los que se incorpora información de textura, el color de sus vecinos a la hora de definir las diferentes regiones. Históricamente, las técnicas de umbralización se desarrollaron en la década de los 80, las de clustering a principios de los 90, y las de color local a finales de los 90. – Umbralización: quizás la técnica más simple de separar objetos en una imagen es asignando etiquetas diferentes a diferentes zonas del histograma de intensidades. Esta técnica se puede extender a varias clases simplemente dividiendo el histograma en más clases y a imágenes de color, aunque en este caso no es tan fácil la asignación de clases en los histogramas de las tres componentes de color. Muchas veces la umbralización es manual, aunque hay algoritmos que tratan de hacer una segmentación automática por medio de watersheds (el histograma se interpreta como una serie de montañas y valles que al inundarse con agua van dejando diferentes “islas” o clases) o buscando umbrales que maximicen la entropía de las clases separadas. – Clustering: siempre que podamos codificar la información local de un píxel mediante un Fig.1. Ejemplo de segmentación en imágenes de microscopía. En la figura de la izquierda se muestran una células teñidas al microscopio de fluorescencia. En la imagen central se asigna una etiqueta diferente (representada con un color diferente) al núcleo y al citoplasma de varias células. En la figura de la derecha se asignan etiquetas según a la célula a la que pertenecen los píxeles. vector, podemos utilizar técnicas de agrupamiento de vectores (clustering) para definir las clases tales como k-medias, kmedias difusas, mapas autoorganizativos, división de grafos, etc. Un inconveniente habitual en todas estas técnicas de agrupamiento es que el usuario debe indicar el número de clases en las que quiere dividir la imagen (en el ejemplo central de la Fig.1 serían tres clases: núcleo, citoplasma, y fondo). Si se dispone de un conjunto de imágenes de entrenamiento, entonces se pueden emplear técnicas de clasificación de vectores en lugar de clustering. Entre estas técnicas figurarían las redes neuronales, las redes bayesianas, el análisis discriminante, las máquinas de vectores de soporte (Support Vector Machines), etc. – Color local: hay técnicas que adaptan los criterios de homogeneidad a las variaciones locales de color (ver Fig. 3) y así permiten el seguimiento de un mismo objeto a lo largo de la imagen aunque los niveles de intensidad del mismo y los del fondo varíen. La idea es que dos puntos pertenecen a un mismo objeto si puedo encontrar un camino entre ellos tal que las características locales del color no varían demasiado de un punto al siguiente en ese camino (así, estas técnicas son un híbrido entre las técnicas basadas en color y las basadas en la imagen). Técnicas basadas en la imagen Como hemos visto anteriormente, las técnicas basadas en el color (salvo las de color local) no consideran la proximidad espacial de los píxeles pertenecientes a una misma región, pero en ocasiones es interesante que las clases se correspondan con regiones compactas de la imagen (como es el caso de la segmentación de la derecha de la Fig. 1). Las siguientes técnicas se orientan hacia la consecución de regiones con esta propiedad. – Split-and-merge: La dinámica de estos algoritmos es bien sencilla: se comienza considerando la imagen completa como una única región. Luego se comprueba si la región es suficientemente uniforme. Si no lo es, se subdivide en cuatro regiones iguales, y para cada una de ellas se vuelve a aplicar el criterio anterior (es lo que se conoce como división en quad-tree). Una vez que se ha terminado de subdividir la imagen, se van uniendo regiones adyacentes que cumplan el criterio de homogeneidad. Existen multitud de algoritmos con variaciones sobre el criterio de homogeneibit Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico Fig.2. Ejemplo de la segmentación de las proteínas de un virus (izq.) y de una célula meristemática (der.) Fig.3. Ejemplo de variación local en una imagen. La imagen del 5 es difícilmente segmentable utilizando los valores de intensidad de forma global. “Las propiedades deseables de una región serían la homogeneidad del color o intensidad dentro de la misma, la homogeneidad de su textura y la existencia de bordes claros con las regiones adyacentes” dad y sobre la estrategia de unión de regiones adyacentes. Por su simplicidad, estas técnicas fueron desarrolladas a comienzos de los 80. – Crecimiento de regiones: Estas técnicas también se basan en una idea muy sencilla: a partir de una semilla perteneciente a una región, se van añadiendo píxeles adyacentes mientras se cumpla un criterio de homogeneidad de la región completa o local. Normalmente estas semillas son proporcionadas por el usuario, aunque también se pueden calcular de forma automática mediante operaciones de morfología matemática (erosiones y dilataciones), mediante la selección de puntos máximamente alejados de los contornos extraídos automáticamente de la imagen, o bien mediante watersheds – Contornos activos: Una de las subfamilias de esta técnica es conocida como modelos deformables o snakes, se basan en el hecho de que una región debe ser una zona del espacio con máxima homogeneidad interna y con máximas diferencias con las regiones circundantes. Por ello se diseña una curva (o una superficie en el caso de volúmenes), normalmente continua, que evoluciona por medio de una ecuación diferencial hasta maximizar un funcional que refleja estas dos propiedades de una región. Normalmente estas técnicas comienzan por la inicialización por parte del usuario de una curva aproximada que posteriormente es refinada mediante una ecuación diferencial. Esta técnica fue muy activa en los años 90 y aún hoy día siguen apareciendo un buen número de artículos. La otra subfamilia importante y actualmente más en auge sería la conocida como level sets. La idea es similar, pero en lugar de buscar una curva que delimite bien la región, se busca una superficie tal que su isocurva de nivel 0 (es decir la unión de todos los puntos de la superficie que tienen “altura” cero) es la curva que delimita la región. Esta subfamilia de métodos tiene la ventaja frente a las snakes que permiten la definición de regiones inconexas como pertenecientes a una misma región de una forma muy natural. Refinamiento del resultado Los algoritmos presentados hasta ahora pueden combinarse con algunos de los siguientes refinamientos orientados a mejorar los resultados de la segmentación: – Segmentación multirresolución: Si construimos una pirámide multirresolución de la imagen (por ejemplo, consideramos la imagen original de tamaño 300x300 píxeles, la misma imagen más pequeña a un tamaño de 150x150, y una aún más pequeña a 75x75), entonces un píxel de un nivel debe tener una etiqueta equivalente a la de su “padre” en una imagen más pequeña. – Segmentación de consenso: Dado que los algoritmos de segmentación tienden a quedarse atrapados en soluciones subóptimas, una idea puede ser ejecutar el mismo o diferentes algoritmos varias veces y combinar las diferentes segmentaciones en una segmentación de consenso. – Sobresegmentación: Siguiendo la idea anterior, podemos ejecutar el algoritmo de segmentación varias veces con parámetros que generan regiones más pequeñas que las realmente buscadas. Posteriormente estas regiones más pequeñas se agrupan (merge) en regiones mayores, buscando un consenso entre las diferentes segmentaciones. – Incorporación de información de bordes: Se pueden extraer previamente de forma automática los bordes de la imagen y utilizar esta información en la evaluación de las regiones, de forma que una región no es homogénea si contiene en su interior un píxel que ha sido clasificado como borde de la imagen. Como vemos, las técnicas de segmentación utilizadas para imagen microscópica no son diferentes de las empleadas en otros campos del procesamiento de imágenes. En este artículo hemos dado una visión muy genérica de las diferentes aproximaciones existentes. En muchos casos, la segmentación se realiza de forma semiautomática debido a que en gran medida el resultado de la misma depende del tipo de objetos que el usuario esté buscando. Como veremos en artículos posteriores, el disponer de un etiquetado de las diferentes zonas de una imagen es fundamental para permitir posteriores análisis automáticos. Bibliografía [1] Freixenet, J.; Muñoz, X.; Raba, D.; Martí, J. & Cufí, X. Yet another survey on image segmentation: region and boundary information integration Lecture Notes in Computer Science, 2002, 2352, 408-422 [2] Lucchese, L. & Mitra, S.K. Color Image Segmentation: A State-of-the-Art Survey Proc. Indian Natl. Science Academy, 2001, 67, 207-221 Avances en el procesamiento de imágenes biológicas a nivel microscópico

TELECOS E INNOVACIÓN. Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB Problemas asociados a medidas OTDR en redes ópticas pasivas El funcionamiento de la técnica OTDR para detección de discontinuidades en enlaces de fibra óptica se basa en la inyección de una señal óptica y la recepción de la señal reflejada que se produce en las discontinuidades existentes en el trayecto de fibra (conexiones, fusiones, roturas de fibra, etc.). Cuanto más alejada se encuentra una discontinuidad, más tiempo tarda en recibirse su reflexión, y el nivel de señal reflejada es también menor debido a que la atenuación depende de la longitud de fibra recorrida. En enlaces de fibra óptica punto a punto los métodos tradicionales de OTDR permiten detectar e identificar las discontinuidades con alto nivel de precisión. Sin embargo en redes ópticas pasivas FTTU/FTTB con enlaces punto-a-multipunto, la presencia de divisores ópticos y las ramificaciones de fibra óptica resultantes introducen una complejidad adicional a los métodos OTDR tradicionales, ya que las medidas de discontinuidades detrás de un divisor presentan una menor resolución debido a la elevada atenuación introducida por el divisor. Los métodos tradicionales de OTDR se basan en la utilización de equipos de medida externos al equipo de transmisión, que se Telecos e innovación Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB sin interrupción de servicio La calidad de los servicios prestados a través de redes de fibra en escenarios FTTU (Fiber To The User) o FTTB (Fiber To The Building) requiere un conjunto de herramientas de monitorización que permitan supervisar continuamente tanto el equipamiento como la planta externa de fibra. Los procedimientos habituales suponen la interrupción del servicio o la utilización de elementos externos al propio equipamiento de fibra, que pueden no ser aceptables en despliegues masivos tanto por su impacto en la calidad del servicio como por la rentabilidad asociada al coste adicional de estas soluciones. A continuación detallamos una técnica de monitorización de fibra óptica de bajo coste basada en avances recientes que permite localizar fallos en la fibra y problemas de conectividad en redes FTTU/FTTB mediante diversos mecanismos como la función OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) integrados en el propio equipamiento PON (Passive Optical Network). José Luis Martínez Acedo Responsable de soporte técnico de acceso fijo Alcatel-Lucent Figura 1. Aplicación de métodos OTDR en redes PON mediante equipos de medida externa. TELECOS E INNOVACIÓN. Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB conecta a la fibra óptica a medir mediante un acoplador de fibra. Con el fin de evitar la interrupción del servicio, la señal óptica OTDR inyectada se caracteriza por una longitud de onda específica para evitar interferencias con las longitudes de onda del servicio. Este diagrama de conexión puede verse en la Figura 1. La existencia de ramificaciones en redes PON introduce un factor de incertidumbre que requiere de una Aplicación de análisis capaz de asociar las medidas actuales con un valor inicial para poder detectar degradaciones e incidencias en la fibra. Sin embargo, la aplicación de este método en despliegues masivos de redes PON presenta inconvenientes de índole económica. Por una parte, los equipos de cliente PON (ONT) se verían encarecidos por la necesidad de incorporar un filtro de bloqueo para la señal OTDR que evitara interferencias con la señal GPON procedente del equipo de central (OLT). Además la inclusión del acoplador de fibra introduce una atenuación añadida que impacta en el balance del enlace óptico, reduciendo el alcance de la red PON. El impacto económico derivado de la existencia del acoplador se traduce en la necesidad de añadir más ubicaciones y equipamiento PON para cubrir un área determinada. Nuevos métodos con OTDR integrado en el equipo PON La funcionalidad de OTDR integrada en el equipo PON resuelve los problemas mencionados. Esta solución se basa fundamentalmente en la reutilización de las mismas longitudes de onda del servicio para realizar las medidas de reflectometría tanto desde la OLT como desde la ONT. Para acomodarse a protocolos que requieren una transmisión continua de datos, como por ejemplo en el sentido descendente en redes PON o en enlaces Ethernet punto-a-punto, un enfoque inicial supone la aplicación previa de una modulación sinusoidal de pequeña amplitud al flujo de datos ópticos. Variando la frecuencia de modulación en un rango desde varios kHz hasta 10 MHz y midiendo la potencia óptica reflejada en cada frecuencia, es posible sintetizar la traza de pulsos típica de los equipos OTDR convencionales. Con el fin de simplificar la implementación de la electrónica necesaria para superponer la señal de prueba sobre la potencia de salida del láser se modifica el enfoque inicial mediante el empleo de una secuencia de bits pseudo aleatoria (PRBS) sin retorno a cero de pequeña amplitud como patrón de modulación, lo que permite el uso de electrónica digital en el circuito del láser. La longitud de palabra del patrón se elige para que sea ligeramente más larga que el tiempo de roundtrip a través del enlace de fibra. El inverso de la velocidad binaria del patrón, es decir la duración del pulso más corto (en este caso 100 ns), define la resolución espacial de la medida (10m). La potencia óptica reflejada en el enlace de fibra, , es muestreada a 40 MHz como función del tiempo y convolucionada con una señal de referencia . Esta señal se extrae de la señal de prueba PRBS original transformando la inversa de su espectro eléctrico en el dominio del tiempo, es decir, , donde FT e IFT indican la transformada de Fourier y su inversa, respectivamente. Esta convolución vectorial resulta en una traza proporcional a la respuesta impulsiva OTDR de la fibra, , de la cual pueden identificarse la atenuación y la reflexión del enlace en el modo habitual. La medida OTDR desde la OLT hacia las ramificaciones de la red PON requiere altos niveles de potencia óptica para compensar las pérdidas en los divisores ópticos. Con relaciones de división altos, la sensibilidad de la medida anterior es insuficiente para mos- Figura 2. Aplicación de métodos OTDR integrados en OLT y ONT en redes PON. TELECOS E INNOVACIÓN. Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB trar un alto nivel de detalle en las respuestas impulsivas desde las ramificaciones de fibra. Para que dichas respuestas sean también visibles incluso en PONs con elevada división es recomendable realizar medidas OTDR también desde el lado ONT. Una posible solución consiste en medir la potencia óptica reflejada de las ráfagas de datos en sentido ascendente, pero debido a las longitudes variables de las ráfagas es preciso disponer de información adicional procedente del nivel MAC de la red (Medium Access Control) que permitan convertir las trazas de potencia reflejada en la respuesta impulsiva del enlace de fibra . El método propuesto consiste en emplear pulsos cortos de prueba, que se insertan periódicamente en el tráfico en sentido ascendente aprovechando la opción “data blanking” del PON y cuya misión es efectuar medidas de distancia. De esta manera se consigue un método de pruebas más sencillo, lo cual es fundamental para la integración en ONTs de bajo coste. La Figura 2 muestra el esquema resultante de aplicar los métodos de OTDR integrado en la OLT y la ONT de una red PON. Monitorización del punto de demarcación como complemento a OTDR integrado Con el fin de separar el segmento de red bajo responsabilidad del operador de aquel bajo responsabilidad del propietario del hogar/edificio, las futuras redes FTTU/FTTB incluirán muy probablemente un punto de demarcación óptico (Demarcation Point Monitor). En dichas redes la posibilidad de emplear la función OTDR en las ONTs depende de que la ONT y su OTDR integrado se encuentren en funcionamiento. Sin embargo el operador, como proveedor del servicio, necesita conocer con precisión el estado de la conectividad óptica extremo a extremo desde la OLT hasta el punto de entrada al hogar/edificio incluso en caso de que la ONT se encuentre desconectada o averiada. Para permitir la realización de una sencilla prueba de conectividad de fibra óptica, se propone incorporar un reflector en el aplique óptico dentro del hogar, de tal manera que refleje una pequeña porción de la potencia óptica recibida en sentido descendente (inferior a -20dB). Esta mínima reflexión, que no contradice los requisitos de planta de fibra para los protocolos actuales PON y que modifica en menos de 1 dB el balance de potencia de los canales de datos, es identificada por medio de la función OTDR integrada en la OLT. Aunque los detalles de las ramificaciones de fibra no puedan identificarse con factores de división mayores de 1:8, las reflexiones procedentes de los diferentes apliques ópticos pueden medirse claramente incluso con factores de división de hasta 1:64, con lo que se permite la validación de la conectividad del enlace extremo-a-extremo (Figura 3). En el ejemplo mostrado en la Figura 3, las trazas OTDR muestran con detalle la localización de las distintas discontinuidades existentes en el tramo de fibra (tramos de fibra antes del divisor óptico de 5,1 km y 5,2 km y atenuación del divisor óptico) y la presencia de continuidad hasta los distintos apliques ópticos con determinación de la distancia de cada uno de los enlaces. En conclusión, el concepto de OTDR integrado ha sido optimizado para permitir una solución de bajo coste en OLTs y ONTs de redes PON. Utilizado conjuntamente con un reflector pasivo integrado en el aplique óptico instalado en el hogar (punto de demarcación óptica), permite a los operadores de red disponer de una visión más clara del estado de los enlaces de fibra individuales de una red PON para altos factores de división e incluso para el caso de indisponibilidad de la ONT por falta de conexión o avería. Figura 3. Trazas OTDR.

l CCMIJU, fundado en 1995 como iniciativa conjunta entre la Universidad de Extremadura, la Junta de Extremadura y la Diputación de Cáceres, inicia en 2003 la construcción de su nueva sede para dar cabida a las múltiples iniciativas de investigación que se estaban desarrollando en el centro, siendo el 20 de abril de 2007 cuando se inaugura el nuevo complejo de investigación ubicado en el campus universitario de Cáceres. El centro ofrece actualmente una gran capacidad experimental (física, humana y tecnológica) para la realización de su labor investigadora y de difusión de los conocimientos y técnicas quirúrgicas desarrolladas, de cara a fomentar la implantación de este tipo de cirugía en hospitales, centros de salud y clínicas de todo el mundo. Requerimientos del proyecto Con una superficie total de 20.200m2 las instalaciones del CCMIJU se dividen en cuatro áreas claramente diferenciadas: 1. Área quirúrgica. Cuenta con 10 quirófanos experimentales dotados de equipamiento médico de vanguardia (TAC, RMN, laparoscopia, etc.) y avanzados sistemas de comunicaciones, que le permiten desarrollar proyectos sanitarios en materias como la Telemedicina y la Telecirugía. El área quirúrgica dispone además de tres laboratorios, un animalario de más de 2.000m2 y dos aulas clínicas que conforman unas infraestructuras acondicionadas para ofrecer servicios avanzados de formación e investigación. 2. Área de eventos y congresos. Esta zona soporta toda la actividad de reuniones y presentaciones realizadas en el centro y consta de dos auditorios y una tercera aula clínica, con capacidad total de 470 plazas para el desarrollo de congresos, reuniones, seminarios, etc. Telecos e innovación CCMIJU: Tecnologías avanzadas de captura, gestión y comunicación de contenidos audiovisuales aplicadas a la investigación sanitaria El Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón (CCMIJU) de Cáceres es una institución cuyos fines primordiales son la promoción de la investigación, la innovación y el desarrollo tecnológico de técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas en el ámbito sanitario, así como la colaboración con centros, instituciones y empresas a escala mundial. El CCMIJU ha implementado en su nueva sede las más avanzadas tecnologías de captura, gestión y comunicación de contenidos audiovisuales, para lo que ha contado con la colaboración del grupo Vitelsa. En este artículo vamos a tratar de describir la infraestructura tecnológica de audio, vídeo y comunicaciones implementada en este centro, que ha convertido al CCMIJU en un caso de éxito. E Raimundo Ahumada Ingeniero de Telecomunicación Director de Marketing y Desarrollo del grupo Vitelsa 3. Área administrativa. La zona de administración comprende, además de las oficinas del staff del propio Centro, salas de reuniones y despachos para los colaboradores científicos y empresariales que participan de la actividad diaria del Centro. 4. Área residencial. El CCMIJU ofrece a sus alumnos y colaboradores una pequeña residencia de 15 habitaciones dobles ubicada dentro del complejo. Infraestructura tecnológica Sistemas de grabación y formación La solución diseñada por el grupo VITELSA se deriva del concepto de Gestión Integral de Contenidos, que concibe al CCMIJU como un productor/consumidor de contenidos, en continua comunicación con entidades internas y externas. Se ha implementado un sistema de grabación multicanal, equipado con cámaras capaces de grabar en alta resolución y documentar de forma separada cada uno de los diez quirófanos experimentales. La compleja integración de esta solución con el equipamiento de electromedicina (sistemas de laparoscopia, ecografía, etc) permite asimismo la grabación detallada y en tiempo real de las prácticas realizadas en los diferentes quirófanos. Estas cámaras permiten, gracias a su zoom y alta sensibilidad, la grabación de exploraciones e intervenciones quirúrgicas con alta calidad. Las señales de vídeo son distribuidas a los monitores y pantallas presentes en los quirófanos y salas de formación, siendo posteriormente catalogados y almacenados automáticamente en el archivo virtual donde profesores y estudiantes pueden consultar, analizar y distribuir sus grabaciones o las de terceros. La solución implementada: 1. Permite de forma sencilla capturar, indexar, almacenar, recuperar, publicar y distribuir en tiempo real un gran volumen de contenidos audiovisuales. 2. Soporta servicios diferenciados a grupos con necesidades específicas. 3. Su arquitectura escalable permite integrar servicios y tecnologías que pudieran aparecer durante la vida operativa del sistema, gracias a la capacidad de la factoría de software XTREAM del grupo Vitelsa. Como núcleo del sistema de grabación y gestión de contenidos se encuentra la aplicación Mediabox ® desarrollada por XTREAM, que ofrece una completa solución de ingesta, documentación, almacenamiento, consulta y distribución de los contenidos audiovisuales generados por la institución. El sistema Mediabox® actúa como repositorio de los contenidos y ofrece: una alta accesibilidad a los mismos en local y remoto, un avanzado motor de búsqueda que evita las costosas tareas de visionado lineal y búsqueda manual de una determinada imagen o secuencia y un potente sistema gestor de BBDD con flujos de trabajo y esquemas de metadatos personalizados. El sistema soporta múltiples estándares de codificación y compresión de vídeo y permite almacenar digitalmente capacidades superiores a 10.000 horas de vídeo. Mediabox® dispone asimismo de un cliente web que facilita el acceso al sistema de formación desde navegadores web, de forma interna o remota a través de una red privada securizada. Como ejemplo de la solución implementada, el “Sistema Multi- puestos para la enseñanza de la microcirugía” cuenta con 13 puestos de trabajo independientes, siendo las imágenes de cada uno de los microscopios o puestos de trabajo recogidas por cámaras de alta resolución y distribuidas tanto al monitor local como a la mesa central de control del profesor. Un sistema de audio comunica cada puesto de trabajo con la mesa de control del profesor, permitiendo la supervisión en tiempo real de las maniobras realizadas por los alumnos. Todos estos sistemas han sido diseñados e instalados siguiendo una estrategia de máxima disponibilidad para la infraestructura y los contenidos almacenados, implementando tecnología RAID 5 en el archivo digital y sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) para todos los dispositivos. Sistema de cartelería digitall De forma integrada con la mediateca Mediabox® se ha implementado un sistema avanzado de cartelería digital, que distribuye de forma selectiva, desde la mediateca y hacia los sistemas de proyección (TFT’s, proyectores, videowalls,..), distintos canales de información adaptados a las necesidades de las diferentes áreas del complejo. Esta solución cubre todo el ciclo de producción, gestión y distribución de los contenidos, proporcionando múltiples canales de información sectorizados con temas tan diversos como programas y calendarios de los cursos y actos programados, presentaciones promocionales del Centro, conferencias en directo desde los auditorios, etc. Estudio de TV virtual El centro está equipado con un completo set de TV que permite la producción interna de los contenidos audiovisuales, utilizados para la formación y difusión de los conocimientos y técnicas desarrolladas por el centro. Entre los sistemas avanzados que permiten dotar de alta calidad a los contenidos audiovisuales producidos cabe destacar los siguientes: • Cadenas de cámara robotizadas. • Sistemas de generación de escenarios virtuales. • Sistemas de generación de gráficos 3D. • Sistemas de edición no lineal. • … Equipamiento audiovisual en área de congresos Las aulas, salas de reuniones y hall corporativo del CCMIJU han sido equipadas con recursos avanzados de presentación audiovisual y control que potencian y hacen más impactante la comunicación hacia la audiencia. Todas las salas disponen de varias fuentes de ordenador y de vídeo, conectadas a un videoproyector que presenta las imágenes en pantalla. De forma complementaria se ha instalado un sistema de audio de alta calidad en sala. Para la realización de conferencias en las salas más grandes se han instalado sistemas digitales de microfonía y debate. Los puestos de delegado cuentan con micrófonos de alta calidad de sonido, altavoz y selector de idioma con auricular y el puesto de presidente permite además moderar el debate. Asimismo, las salas disponen de un sistema de videoconferencia que permite mantener reuniones internas y externas. Las sesiones pueden ser grabadas y enviada la señal de cualquier fuente de la sala a las ubicaciones remotas a través de la videoconferencia. Por último, todos estos sistemas están integrados en cada sala con un sistema de control automatizado en el que, gracias a una pantalla táctil inalámbrica y un sistema de menú paginado, se pueden gestionar de forma fácil e intuitiva. Red de comunicaciones El CCMIJU dispone de una potente red de comunicaciones en la cual se soporta la realización, gestión y difusión de sus investigabit ciones y donde se pueden diferenciar los siguientes subsistemas: • Red de datos. Para el servicio de datos y comunicaciones internas y externas se ha instalado un backbone en Gigabit Ethernet sobre fibra óptica, con un conmutador central modular y repartidores secundarios cableados en categoría 6 que dan cobertura ethernet a todos los usuarios del edificio. Asimismo existen puntos de acceso Wi-fi en todo el complejo para facilitar acceso inalámbrico al personal investigador. • Red de telefonía. El centro dispone de un avanzado sistema de telefonía IP, combinado con una red de telefonía inalámbrica DECT para servicio del personal de gran movilidad. Existe también una pasarela que integra el sistema de interfonía exterior con la centralita telefónica. • Red de videoconferencia. El centro dispone de varios sistemas de videoconferencia en sala y una unidad de multivideoconferencia. Además el CCMIJU ha creado una red de videoconferencia con 34 nodos repartidos por toda España para la realización de multivideoconferencias con otros centros de investigación. • Red de audio-vídeo. Esta red centraliza la gestión y conmutación de las señales de audio y vídeo de todo el centro. Utiliza cableado coaxial en cobre y fibra óptica y dispone de sistemas de registro de audio y vídeo analógicos y digitales. Infraestructuras de seguridad y control del recinto El sistema de videovigilancia robotizado permite supervisar visualmente el interior y exterior del edificio desde el centro de control, posibilitando el acceso remoto inmediato a la señal de cualquiera de las cámaras y la generación de alarmas. Asimismo se han dispuesto dispositivos para detectar posibles intrusiones, integrados con los sistemas de videovigilancia y megafonía para poder obtener una confirmación rápida del acceso no autorizado y lograr una disuasión mediante mensaje a través de megafonía a la zona en cuestión. Para el control de visitas y del acceso a zonas restringidas se ha instalado un sistema de acreditaciones electrónicas que permite la movilidad controlada por el edificio, con diferentes niveles de acceso y lectores distribuidos por todo el recinto. En cuanto a la instalación de megafonía, seguridad e información general, el centro dispone de altavoces de información y emergencia que permiten la entrega de mensajes independientes a diferentes zonas del recinto para información y avisos, como por ejemplo indicar el comienzo de una conferencia a los asistentes que se encuentran en la cafetería. Centro de control interno y externo Desde la sala del centro de control interno y externo del CCMIJU, y mediante un sistema avanzado de automatización y control dotado de pantalla táctil, se accede a los múltiples sistemas eléctricos, electrónicos, de climatización y de seguridad presentes en el complejo, pudiendo gestionarlos de forma remota, realizar su activación automática planificada y asignar dinámicamente los recursos (canales, puntos…) Infraestructura tecnológica al servicio de la innovación En los dos años de operación de la nueva sede del Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón (CCMIJU) éste se ha posicionado como uno de los centros más vanguardistas de investigación y formación en cirugía de mínima invasión a nivel internacional. Sus avanzadas infraestructuras tecnológicas le han permitido consolidar y emprender novedosas líneas de investigación relacionadas con la cirugía de mínima invasión, la terapia celular o la bioingeniería, habiendo experimentado un fuerte incremento en el volumen y calidad de sus actividades formativas y de congresos. La capacidad de innovación y difusión de los servicios de formación e investigación del CCMIJU se han visto fuertemente potenciados gracias a la avanzada infraestructura tecnológica diseñada, gracias a tecnologías avanzadas de audio, vídeo y comunicaciones, básicas en un proyecto de alta complejidad tecnológica como éste.

REGULACIÓN. Regulación, Inversión e Innovación (R+I+i) Agotamiento del impulso de la liberalización El contexto macroeconómico actual parece indicar que nos encontramos al final de un ciclo, siendo preciso afrontar un cambio en el modelo productivo a fin de garantizar la sostenibilidad de la economía. En el ámbito de las comunicaciones electrónicas podemos encontrar un paralelismo con la situación descrita. Las tradicionales redes telefónicas se ven crecientemente tensionadas por el exponencial incremento de la demanda de los usuarios, apalancadas en el acceso a contenidos y multimedia sobre la banda ancha. La generalización del fenómeno Internet y su transformación hacia el modelo web 2.0 está poniendo a prueba la capacidad de la red de cobre. Las sucesivas innovaciones tecnológicas han permitido exprimir todo el potencial de la red de cobre sobre las tecnologías xDSL, pero ahora parecen haber tocado su “techo tecnológico” (si bien, esta afirmación no está exenta de cierto riesgo) y resulta preciso transformar el modelo productivo para atender adecuadamente la demanda actual, y sobre todo, futura de los usuarios. El modelo de competencia existente en la totalidad en los mercados de nuestro entorno es el resultante de la liberalización de las telecomunicaciones en 1998, recogido en la Directiva ONP1, basado en garantizar el acceso a la red del operador establecido, que hasta dicho momento explotaba la Regulación, Inversión e Innovación (R+I+i) “En el momento actual Europa se está viendo sometida a una grave crisis económica que - en palabras del Presidente Durao Barroso-, es la más profunda desde la Segunda Guerra Mundial”. A tal efecto, la Unión Europea estimó imprescindible diseñar un Plan de Recuperación Económica, que incluyera los temas estratégicos sobre los que tenía que incidir la política de la UE, para conseguir superar esta crisis de la forma más satisfactoria posible. Dentro de este plan, las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y las redes de banda ancha desempeñan un papel muy relevante, tal y como indica la Comisión Europea, al considerar el “Internet de alta velocidad para todos” una de las palancas fundamentales. El objetivo de la UE de impulsar el liderazgo de Europa en comunicaciones fijas y móviles y el desarrollo de servicios de valor añadido, se sustenta, principalmente, en los siguientes pilares fundamentales: fomentar inversiones en redes de fibra óptica, liberar espectro para soluciones de banda ancha móvil, desarrollar servicios y productos innovadores y estimular la demanda de servicios sobre banda ancha. Sin embargo, este objetivo pasa una transformación sin precedentes de las redes de comunicaciones electrónicas actuales, para lo cual resulta imprescindible un marco regulatorio adecuado para estimular dicho proceso de transformación. Fermín Marquina Pérez Director de Regulación y Relaciones Sectoriales de Telefónica España REGULACIÓN. Regulación, Inversión e Innovación (R+I+i) misma en un régimen de monopolio. De este modo, la regulación se orientó en un doble plano: garantizar la interoperabilidad de las redes y los servicios (conectividad global) y garantizar el acceso a la red del operador establecido en condiciones equivalentes a éste (replicabilidad de servicios). Con estas claves, se articuló un modelo progresivo de obligaciones de acceso, desde aquellas con un menor nivel de inversión (preselección) hasta la desagregación del bucle de abonado (ULL), en torno a un concepto teórico acuñado por el profesor Martin Cave denominado la “escalera de inversión”. Esta progresividad en las obligaciones de acceso pretendía que los operadores alternativos fueran accediendo a la red del operador establecido, en puntos cada vez más cercanos a los predios de los usuarios, permitiendo una mayor independencia en la configuración de sus servicios, a costa de un mayor grado de compromiso inversor por parte de los operadores alternativos. El objetivo teórico de este modelo regulatorio no era otro que permitir que los operadores alternativos desplegaran su propia red, sobre la base de una demanda consolidada, obtenida a través de la utilización de los servicios mayoristas provistos por el operador establecido. Para garantizar la replicabilidad de las ofertas del operador establecido bajo el paradigma de la “igualdad en el acceso”, el precio de los servicios mayoristas se orientaron en función de los costes incurridos por el operador establecido, modulados por criterios de eficiencia y prospectividad (FL LRIC2), con el fin de evitar que los operadores alternativos adoptaran decisiones de inversión basadas en las posibles “ineficiencias” del operador histórico. Este modelo regulatorio llevó a una espiral destructiva de valor, donde las reducciones en los precios mayoristas de acceso condujeron a una mayor capacidad de competir por parte de los operadores alternativos, a una mayor capacidad de captar una cuota de mercado suficiente, –una “masa crítica”, que permitiera a los operadores desplegar sus propias infraestructuras–. Esta situación, lejos de provocar un incremento en la velocidad de despliegue de infraestructuras por parte de los operadores alternativos, tuvo un efecto radicalmente opuesto al previsto: a excepción de los operadores de cable, no se ha producido ningún tipo de despliegue por parte de los operadores alternativos en toda Europa. Las razones hay que buscarlas en que la propia naturaleza de la “Escalera de Inversión” no solo no incentiva el despliegue de red a los operadores alternativos, sino que a la postre lo dificulta. En efecto, la decisión de progresar de un escalón a otro se toma principalmente con base al margen de contribución que tal decisión puede suponer al operador. Con la citada escalera, el operador alternativo REGULACIÓN. Regulación, Inversión e Innovación (R+I+i) solo decidirá avanzar al siguiente peldaño inversor en tanto en cuanto le suponga acceder a la prestación de nuevos servicios, pues la propia orientación a costes prospectivamente eficientes de los precios de los diferentes servicios mayoristas elimina el posible atractivo que se pudiera derivar desde el lado de los costes, como podría ser el acceso a determinadas economías de escala3. El modelo regulatorio actual ha permitido que los operadores alternativos hagan variables una parte muy importante de sus costes de prestación de los servicios (costes de red), de forma que únicamente incurren en un coste/inversión cuando han conseguido un cliente y por tanto han asegurado una fuente de ingresos que sufrague dichos costes. Este modelo contrasta con el modelo seguido por los operadores de cable o los operadores móviles, en el que los operadores han invertido cientos de millones de euros en el despliegue de sus redes, con anterioridad o simultáneamente a la captación de los clientes. Estos operadores han asumido el riesgo de invertir en una infraestructura con la incertidumbre de la demanda (circunstancia característica de todas las industrias intensivas en capital), desarrollando a partir de ese momento una agresiva política comercial de captación de clientes, para “llenar” la capacidad disponible de la red desplegada. El dilema que se encuentran los operadores alternativos encaramados en lo alto de la escalera de inversión es el de “continuar de alquiler en un apartamento de renta antigua de la 5ª Avenida en Manhattan, o comprar un piso en Queens”. Parece claro que el glamour de una vida sin compromisos en la 5ª Avenida seduce mucho más que una hipoteca. Por consiguiente el modelo de regulación adoptado para acometer la liberalización de las telecomunicaciones se ha demostrado escasamente favorable a la inversión en el despliegue de redes alternativas. Necesidad de un cambio de modelo regulatorio La demanda de los servicios de telecomunicaciones, Internet y audiovisual aparece condicionada por dos tendencias: 1) un mayor peso de los contenidos multimedia y 2) una mayor personalización de la demanda de tales servicios. La primera tendencia determina una mayor necesidad de ancho de banda instantáneo a fin de descargar/ reproducir en tiempo real los contenidos multimedia, donde el audio y el vídeo han desplazado paulatinamente a los contenidos de texto. La personalización de la demanda determina que son los propios usuarios los que configuran los contenidos a los que acceden. El broadcast ha dejado paso al unicast, donde en ocasiones son los usuarios los creadores de dichos contenidos, generando el fenómeno del prosumer, consumidor- productor de contenidos audiovisuales. La existencia simultánea dentro del hogar de más de un ordenador accediendo a Internet y uno o más receptores de televisión digital no es un escenario futurible, sino que constituye una realidad que poco a poco se va consolidando. La combinación de ambas tendencias determina la necesidad de acometer el proyecto de transformación radical de las redes de acceso de comunicaciones electrónicas para dar respuesta a esta demanda insaciable de ancho de banda, necesidad que resulta imperante para provocar el cambio del modelo productivo hacia la economía digital, la economía del conocimiento, permitiendo salir reforzados de la crisis económicofinanciera, tal y como señala la propia Comisión Europea4: “High-speed Internet connections promote rapid technology diffusion, which in turn creates demand for innovative products and services. Equipping Europe with this modern infrastructure is “El dilema que se encuentran los operadores alternativos encaramados en lo alto de la escalera de inversión es el de “continuar de alquiler en un apartamento de renta antigua de la 5ª Avenida en Manhattan, o comprar un piso en Queens”. Parece claro que el glamour de una vida sin compromisos en la 5ª Avenida seduce mucho más que una hipoteca” REGULACIÓN. Regulación, Inversión e Innovación (R+I+i) as important as building the railways in the nineteenth century.” Este proceso afecta tanto a las redes tradicionales de pares de cobre de los operadores establecidos –a través de la sustitución total/parcial de la red de cobre por una red de fibra óptica– como a las redes de los operadores de cable, a través del upgrade tecnológico a DOCSIS 3.0. Las inversiones necesarias para acometer esta transformación radical se estiman en 250.000 MM€ en los 15 Estados de la Unión Europea, lo que significa que, con los niveles de inversión actuales, se tardaría 20 años en acometer dicho proceso. Sin embargo, estas ingentes inversiones no se encuentran exentas de riesgos que cuestionan su viabilidad en el momento actual. La incertidumbre sobre la posibilidad de monetizar la demanda de servicios de banda ultra-ancha genera dudas sobre la garantía de un retorno de las inversiones a acometer en la transformación de las redes. Por otro lado, la aplicación de las “recetas” del viejo modelo regulatorio de la liberalización a los nuevos despliegues de fibra nos llevaría a la existencia de, a lo sumo, una única red NGN en zonas muy concretas del territorio a la que accederían el resto de operadores en condiciones equivalentes (no discriminación y orientación a costes). De alguna manera, la regulación tendría el efecto de disminuir la “huella” NGN. En este sentido, un marco regulatorio inadecuado pudiera conllevar que ni siquiera el operador establecido procediera a la transformación de su red de acceso en amplias zonas del territorio. Es preciso recordar que un agente decide acometer una inversión fundamentalmente por alguno de estos 3 objetivos: producir nuevos productos o servicios, producir de forma más eficiente y diferenciarse de sus competidores. La regulación va a tener una influencia inequívoca sobre los dos últimos objetivos. En el caso de la transformación de las redes de acceso, la explotación de una red de fibra óptica resulta más eficiente, al incurrirse en menores costes de operación y mantenimiento. Sin embargo, una decisión regulatoria que impidiera/ dilatara el cierre de la planta instalada de cobre, incrementaría el coste global de operación y mantenimiento del operador al tener dos redes desplegadas en paralelo, retrasando los beneficios de los ahorros de costes a un momento lejano en el tiempo, lo que cuestionaría la rentabilidad de la operación. De igual modo, la imposición de obligaciones de acceso sobre la red de fibra óptica desplegada, en clara mimetización con las obligaciones impuestas sobre la red legada de cobre, tiene un claro efecto desincentivador de las inversiones y la innovación en la transformación de la red de acceso, al asumir el operador de acceso todo el riesgo asociado a las inversiones, mientras que, de nuevo, el operador solicitante del acceso variabiliza sus costes de red, transformando el binomio inversión-riesgo, en gasto-certidumbre. Intervención pública e inversión privada La participación de los fondos públicos en el despliegue de redes “La incertidumbre sobre la posibilidad de monetizar la demanda de servicios de banda ultra-ancha genera dudas sobre la garantía de un retorno de las inversiones a acometer en la transformación de las redes” de nueva generación constituye otro ejemplo de la influencia de los poderes públicos sobre las decisiones de inversión de los operadores. Las directrices sobre ayudas de Estado para el despliegue de redes de banda ancha y redes de nueva generación otorgan carta de naturaleza a las iniciativas de las Administraciones Públicas para el despliegue de redes de nueva generación, con el único requisito de que no exista un despliegue de redes NGN o planes de realizarlo en un plazo de tres años. Evidentemente, un operador optará por invertir, y por lo tanto arriesgar, en aquellas ubicaciones en las que no exista una infraestructura desplegada con fondos públicos y gestionada con parámetros de gestión ajenos a los propios de un inversor privado. Parece por tanto incuestionable que la regulación tiene un papel determinante sobre las decisiones de inversión y los planes de innovación de los operadores de comunicaciones electrónicas. Consecuentemente, resulta absolutamente inapropiado diseñar un marco regulatorio que desincentiva las decisiones de inversión e innovación de los operadores privados, a la par que se intenta suplir dicha falta de iniciativa privada con fondos públicos, cuyo efecto a largo plazo es el de desincentivar más aún la inversión. En este sentido, el ejecutivo británico recogerá en la Digital Economy Bill (futura Ley de la Economía Digital), el establecimiento de dos nuevos objetivos al regulador británico de telecomunicaciones, OFCOM, de promover la inversión en infraestructuras y contenidos; y el de llevar a cabo, cada dos años, una evaluación completa de la infraestructura de comunicaciones del país, con el fin de asegurar que el Reino Unido sea uno de los países líderes en la economía digital y sociedad de la información. Es decir, se produce un rebalanceo entre los objetivos de fomento de la competencia y el de fomento de la inversión en infraestructuras, con el fin de que la regulación (R) se encuentre alineada con los objetivos de inversión (I) e innovación (i) en las redes de nueva generación, constituyéndose en un motor de la transformación de las redes (R+I+i). Paradójicamente, este concepto de R+I+i no es ajeno a los principios del actual marco regulatorio (Directivas Comunitarias, Ley General de Telecomunicaciones), sin embargo, en el momento actual, en el que se barajan las decisiones de inversión y despliegue de NGNs, y sus efectos sobre la recuperación económica y la sociedad en su conjunto, resulta más importante que nunca, realizar un llamamiento a los poderes públicos (regulador, administración) para el seguimiento de estos principios. Es en este contexto, en el que hay que interpretar el mandato del Gobierno británico a su regulador, como una llamada de atención de que algo tiene que cambiar en la forma en la que se han venido haciendo las cosas en el plano regulatorio. En consecuencia, un modelo regulatorio favorable a la inversión y la innovación (R+I+i) debería provocar un marco que genere los estímulos necesarios para acometer las inversiones necesarias para transformar las redes de acceso, permita recuperar tales inversiones con una rentabilidad razonable para el elevado riesgo asumido y favorezca la gestión eficiente de las infraestructuras por parte de los operadores. Notas 1 Directiva 97/33/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 30 de junio de 1997 relativa a la interconexión en las telecomunicaciones en lo que respecta a garantizar el servicio universal y la interoperabilidad mediante la aplicación de los principos de la oferta de red abierta (ONP). 2 Forward Looking Long Run Incremental Costs 3 Ver Herrera-González & Castejón-Martín (2009): “Why the ladder of investment can not actually work”, ponencia presentada en la 20 Conferencia Regional MENA de la International Telecommunication Society. 4 European Economic Recovery Plan (Communication from the Commission to the European Council: A European Economic Recovery Plan. Brussels, 26.11.2008. COM(2008)) REGULACIÓN. Regulación, Inversión e Innovación (R+I+i) “La imposición de obligaciones de acceso sobre la red de fibra óptica desplegada tiene un claro efecto desincentivador de las inversiones y la innovación en la transformación de la red de acceso, al asumir el operador de acceso todo el riesgo asociado a las inversiones, mientras que, de nuevo, el operador solicitante del acceso variabiliza sus costes de red, transformando el binomio inversión-riesgo, en gasto-certidumbre”

REGULACIÓN. Los mercados de referencia estas alturas del momento a nadie se le oculta la gravedad y el impacto de la crisis que nos afecta. Los estudiosos y el tiempo permitirán evaluar en su justa medida sus efectos, lo cual no es óbice para que existan hoy en día hechos claramente constatables, y uno de ellos es que, a diferencia de crisis anteriores, esta vez dichos efectos se han dejado sentir en todos los sectores, telecomunicaciones incluido. En efecto, en ocasiones anteriores el sector de las telecomunicaciones se había visto afectado en términos de un menor crecimiento, pero ahora el hecho diferencial es el decremento en las cifras de ingresos y de negocio de numerosas compañías. Con ser esto malo, lo que es realmente relevante es que esta crisis ha venido a acelerar y poner sobre la mesa la encrucijada en que se encuentra el sector de las telecomunicaciones. En este sentido, malo sería minusvalorar los efectos señalados y acomodarse al tópico de “ya escampará”. Quien haga esto, seguramente se equivocará, ya que otra de las cosas que parecen claras, es que tras esta crisis, las cosas no volverán a ser como antes y esto, en parámetros de empresa, equivale a un replanteamiento de las estrategias y políticas de las compañías. Son ya demasiados años de guerra de precios, de deflación, de escaso crecimiento e inversión, de pérdidas de empleos cualificados, de prácticamente hacer lo mismo aunque de forma mas eficiente, etc, etc. Todo esto y más, como el siempre deseado salto de la pura conectividad al mundo de las aplicaciones y servicios por los operadores, requiere una seria reflexión por parte de éstos. Pero si esto es importante, no lo es menos la regulación, donde el modelo actual, de práctica competencia en servicios y con grandes dosis intervencionistas, hace aguas por muchos sitios, con el añadido de que no sabemos hacia donde nos conduce esta regulación y lo que vislumbramos causa pavor. Han pasado ya más de diez años desde la teórica completa liberalización del sector y, de un tiempo a esta parte, las autoridades políticas y reguladoras europeas y nacionales no hacen sino colgarse medallas sobre las bondades de la liberalización y del modelo, basándose para ello en dos factores fundamentales: la bajada de los precios y la penetración de los servicios. Se olvidan estas autoridades de lo antes señalado y de lo que es una de sus principales misiones, esto es, la puesta en pie de un Los mercados de referencia, una rémora para el modelo de competencia, la innovación y la inversión en el sector de las telecomunicaciones Tras diez años de liberalización, el autor hace una reflexión sobre si se ha llegado a un modelo de plena competencia y si es necesario modificar el marco regulatorio para favorecer la plena liberalización de redes y servicios. José Luis Machota Ingeniero de Telecomunicación A REGULACIÓN. Los mercados de referencia modelo de competencia en redes y servicios sostenible por sí solo. El veredicto en este apartado está lejos del aprobado, ya que si hay algo peor que el monopolio, es la competencia regulada y prolongada, y es que al margen de que no es este el modelo que nos dimos para la liberalización, el camino elegido además, lejos de sacarnos de esta situación, tiene visos de perdurar en el tiempo. La excusa, el error, o la trampa utilizada en estos momentos son los mercados de referencia que, en aras a una pretendida competencia, no hace sino prolongar el modelo actual, y con ello apartarnos de la verdadera competencia. Seguimos con la competencia en servicios, la sempiterna separación entre fijo y móvil, el control de precios mayoristas, la panacea de la orientación a costes, etc... Los resultados a la vista están y son una mínima variación de las cuotas de mercado del operador principal frente al resto del mercado. Pues no señores, este modelo no nos lleva a ninguna parte, y es necesario repetir hasta la saciedad que este no es el modelo de la liberalización en la UE, y recordar de nuevo que el único modelo sostenible, de alcance europeo, con visión de mercado único y coherente de unos países a otros, no intervencionista, que fomente la inversión y que conduzca a la supervivencia y crecimiento de los mejores, es el de la plena liberalización, real y no teórica, de las redes y servicios. Un sector innovador e inversor supone asumir riesgos y tener libertad en la toma de decisiones y en la ordenación de los recursos, lo que, por definición, es contrario a toda la parafernalia por donde camina la presente regulación. No hacer esto, es condenar a los operadores a una inversión paralela y forzada en el fijo y en el móvil, sin la necesaria libertad de actuación y de gestión de los recursos, así como regirse por unas reglas de juego nada claras del día a día, y diferentes según el ámbito de actuación. Es proseguir con las barreras de uno a otro país, es seguir con comparativas de precios y servicios no comparables y es perder posiciones frente a otros competidores, y aquí conviene recordar que aquel que no crece seguramente acaba desapareciendo. Es el momento de concienciarse de que estamos en otra dinámica, en una nueva cadena de valor, de que existen otros actores muy relevantes, de que el mundo es convergente e integrador y, como no, que el cliente es cada día más inteligente y exigente. En una palabra, estamos en otros tiempos al de los inicios de la liberalización y no se puede seguir prácticamente con la misma regulación. Aquí, como en tantas otras cosas, hay que cambiar, y así lo va a exigir la salida de esta crisis lo que, desde luego, no va a suceder con la regulación actual y los mercados de referencia. Este es un tema de política y no de regulación y, por lo tanto, lo que se echa en falta es coraje y decisión política y lo que sobra es regulación. “El único modelo sostenible, de alcance europeo, con visión de mercado único y coherente de unos países a otros, es el de la plena liberalización, real y no teórica, de las redes y servicios”

Telecos e innovación ras dos años de celebración fuera de Madrid, el TELECOM I+D 2009 volvió en sus XIX jornadas a la capital española para acoger una edición más en su dilatado palmarés, bajo el lema: Innovando, creciendo, avanzando. Tomando como epicentro el Salón de actos de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información, los asistentes pudieron comprobar los pasados días 24, 25 y 26 de noviembre, que tanto la Administración española, como las entidades más relevantes del sector de telecomunicaciones en nuestro país, a nivel académico e industrial, siguen apostando fuerte por la I+D+i. En esta última edición llevada a cabo en 2009, Indra ha tenido el honor de ser la entidad organizadora de las Jornadas, contando con el apoyo de un considerable número de patrocinadores y colaboradores entre los que se encontraba el COIT. Gracias al esfuerzo de todos ellos las jornadas se siguen consolidando como un evento de referencia en el sector de las TIC, constituyendo un punto de encuentro para el intercambio de conocimientos y la generación de sinergias. La edición 2009 ha contado con el patrocinio de nueve empresas de gran prestigio en el sector tecnológico (Alcatel-Lucent, Fundación Vodafone España, Hispasat, IK4, Motorola, Nokia Siemens Networks, Telefónica I+D y el centro tecnológico Tecnalia), seis Escuelas Técnicas de Ingenieros de Telecomunicación de primer nivel de nuestro país (Universidad Carlos III de Madrid, Universidad Politécnica de Cataluña, Universidad de Málaga, Universidad Politécnica de Valencia, Universidad del País Vasco) y la Administración, representada a través del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Asimismo, cabe destacar el apoyo mostrado por otras entidades colaboradoras, siendo las canalizadoras principales de la difusión que han tenido las jornadas (AETIC, ASIMELEC, CIBERSUR, COIT, AEIT, COITT, Red Española de Antenas, la Sección Española IEEE, y la Asociación de Telemática. Como es habitual, a lo largo de las Jornadas se presentaron los avances más relevantes en materia de investigación científico-técnica y desarrollo de soluciones tecnoló- Lo que supuso el Telecom I+D 2009 Luis Collantes Abril Coordinación I+D Unidad de Redes de Indra Tgicas innovadoras, en distintos formatos: ponencias, presentación oral de pósteres y presentación de casos de éxito y tutoriales. Los tutoriales tecnológicos presentados, versaron sobre temas de gran impacto en la actualidad (“Redes y dispositivos ópticos para la Internet del futuro”, “Internet 2019 – la evolución de Internet en 10 años”), mientras que los casos de éxito mostraron soluciones desarrolladas por diversos compañías (“Nuevas Tecnologías para el reto de la atención a las personas”, “Super Prosumer Móvil“, “Tech- Obs, “Observatorio Tecnológico de Telefónica I+D” y “Proyecto m:Vía”.). Las mesas redondas cubrieron diversos temas de actualidad y despertaron gran interés entre los asistentes, contando con la participación de interlocutores de renombre en cada uno de los sectores y temas a debate (“Redes de 4ª generación ¿Por qué LTE?”, “Innovación en las comunicaciones de cara a una transformación social y económica”,“ El papel de España en el I+D Europeo”) La Inauguración de las jornadas corrió a cargo de Francisco Ros, Secretario de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información y Santiago Roura, Director General de INDRA, quienes reflexionaron acerca del avance de nuestro país en el sector de las TIC; mientras que la clausura oficial de las jornadas fue realizada por Carlos Fernández, Subdirector General Adjunto para la Economía Digital (MITyC) y Jose Luis Angoso, Director de Innovación de INDRA, quienes mostraron su total confianza en que el I+D+i en nuestro país continúe creciendo y aumente la magnitud de su impacto internacional. Para el Comité de las jornadas, con Indra a la cabeza, resulta especialmente reconfortante en estos días de difícil situación económica, comprobar el compromiso de los diversos sectores participantes (universidad, empresa y administración) en actividades de I+D+i sigue intacto. Como avance de la próxima edición, os adelantamos que recaerá en Telefónica I+D la responsabilidad principal de organización de las XX jornadas TELECOM. El Comité de Patrocinadores ya ha comenzado a trabajar en esta edición 2010, con el objetivo de que resulte una edición impactante y cargada de contenidos atractivos para los asistentes, por lo que si alguna entidad está interesada en participar como miembro del Comité, es el momento de contactarnos y formar parte activa de las jornadas TELECOM I+D.