Posteado por: Cristobal Montenegro | Febrero 19, 2008

Compresión de video

En todas las transmisiones de vídeo analógico se define como estándar el número de líneas por frame y el número de frames por segundo. En el vídeo PAL, por ejemplo, se opera a 625 líneas por frame y 25 frames por segundo. No todas las líneas o todas las partes de cada línea contienen vídeo activo. Para digitalizar una señal de vídeo analógico es necesario muestrear todas y cada una de las líneas de vídeo activas que la componen -576 líneas en el caso de una señal PAL. Una velocidad de muestreo usual es de 13,5 Mhz, obteniendo 720 pixels y 8 bits por muestra. Por eficiencia, cada muestra de color se codifica en lo que se denomina “señal Y-U-V”; donde Y es la luminancia (blanco y negro) y U y V son dos señales de diferencia de color conocida como componentes de crominancia. Normalmente cada componente de crominancia se muestrea a 6,75 Mhz, a la mitad que la luminancia. 

El resultado de la conversión de una señal de una televisión en color analógica a una señal de vídeo digital es entonces de:Luminancia(Y): 720×576x25×8 = 82.944.000 bits por segundo Crominancia(U): 360×576x25×8 = 41.472.000 bits por segundo Crominancia(V): 360×576x25×8 = 41.472.000 bits por segundo Número total de bits: 165.888.000 bits por segundo (aprox. 166Mbits/sg)


Todo este caudal de información representa un verdadero problema. Ninguno de los sistemas comunes disponibles de transmisión de vídeo digital proporcionan transferencias cercanas a los 166 Mb/sg.


Por ejemplo, el Vídeo CD es una unidad CD-ROM de simple velocidad que soporta índices de transferencias cercanas a 1,4 Mb/sg. La televisión por cable es más rápida, pero sus 6 Mb/sg está todavía muy lejos de la transferencia necesaria. 

 
La única solución es comprimir los datos de vídeo de manera que haya menos datos que transmitir. Si el vídeo se comprime suficientemente, los índices de transmisión requerido se pueden reducir a niveles manejables. Para la transmisión vía Video-CD se tiene que conseguir un índice de compresión de 118 a 1, para el cable de 8 a 1.
 
Afortunadamente los algoritmos de compresión son capaces de reducir los datos digitales 100 a 1, o incluso más. 
 
Diferentes tipos de compresión

 

Existen distintos sistemas de compresión de vídeo. Cada uno de ellos se ideó buscando objetivos distintos. Es muy importante tener muy claro lo que se quiere hacer antes de decidir con que sistema vamos a trabajar. Un sistema puede ser idóneo para cierto tipo de trabajo pero absolutamente inadecuado para otro, y todos ellos tienen sus ventajas y sus inconvenientes.

 
COMPRESION MPEG

 

 Es un estándar definido específicamente para la compresión de vídeo. Es y será utilizado en el presente y en el futuro para la transmisión de imágenes de vídeo digital. Su algoritmo es el más eficaz de los conocidos gracias a que no solo comprime imágenes estáticas sino que además compara los frames presentes con los futuros y los anteriores con lo que almacena solamente aquellas partes del vídeo que cambian y de ésta manera es capaz de hacer predicciones de forma matemática. 

 

Además la señal incluye también sonido en calidad digital.El principal inconveniente es que debido a su complejidad, no es posible sacarle el máximo partido en tiempo real mediante soluciones software, es imprescindible apoyarse en hardware específico para compresión y descompresión, y no es recomendable, en ningún caso, si lo que queremos es edición de vídeo atravéz de un tratamiento digital debido a esa misma complejidad. Existen distintas opciones dependiendo del uso que le vayamos a dar. 


De esta manera, encontramos que el MPEG-1 está pensado para obtener los máximos resultados siendo su soporte el Video-CD, consiguiendo calidad VHS con sonido digital. El MPEG-2 es el estándar escogido para el DVD (Digital Vídeo Disc), el próximo estándar en Vídeo y sustituto natural del CDROM, que consigue calidades superiores e incluye una serie de posibilidades que lo hacen mucho más atractivo para el mercado del vídeo que el MPEG-1.El MPEG-3 es el estándar para calidades ya importantes de vídeo: 1.920 x 1.080 x 30Hz con transferencias entre 20 y 40 Mbit/seg. A diferencia del MPEG-1 y 2, el planteamiento a la hora de definir el MPEG-3 no se basa en ningún soporte, pues no existe soporte que satisfaga las necesidades del MPEG-3. El MPEG-4 está en fase de desarrollo. Será el estándar para la transmisión de vídeo entre dispositivos de muy distinta naturaleza, como transmisión móvil audio-visual, vídeo-teléfonos, correo electrónico, bases de datos multimedia, etc.. y gracias a que incluirá facilidades para la interactividad, tendrá el apoyo de aplicaciones basadas en la realidad virtual, reconocimiento o generación de imágenes por ordenador, etc… 


La principal característica que tendrá será sus extremadamente bajos índices de transferencia (entre 4.800 y 64.000 bits/seg), aunque su calidad no se espera que supere los 176×144x10Hz. Debido a todo esto se está trabajando en unos modelos algorítmicos completamente nuevos que posiblemente incluyan manejo de fractales extraordinariamente complejos. Se calcula que el estándar esté definitivamente aprobado entorno a finales de 1998. 

 
COMPRESION MJPEG 

Básicamente consiste en tratar al vídeo como una secuencia de imágenes estáticas independientes y su compresión y descompresión mediante el algoritmo JPEG, para luego, recomponer la imagen de vídeo. Esto se puede realizar en tiempo real e incluso con una inversión en hardware para la codificación y descodificación mucho más económica, sin embargo, no se puede considerar realmente como un estándar de vídeo, pues ni siquiera incluye la señal de audio.


De ésta manera se consigue un fichero fácilmente editable, aunque al no conseguir los índices de compresión del MPEG, exige que el ordenador con el que se trabaje tenga un sistema de almacenamiento con transferencias sostenidas muy superiores que cuando se trabaja con MPEG. Técnicamente la única limitación en cuanto a resolución e imágenes por segundo está dada, precisamente, por este sistema de almacenamiento. En la práctica es factible conseguir la calidad SVHS gracias a este sistema, por lo que se pueden realizar trabajos semi-profesionales de una manera sorprendentemente sencilla y rápida. Sin embargo, dadas las enormes facilidades para trabajar con MJPEG, se sigue empleando el sistema en el caso de que esta calidad sea insuficiente. De esta manera, se emplea para la edición off-line de películas en calidad broadcast. Los brutos, que normalmente están en Betacam o Digital, se copian a U-Matic o VHS con los que se trabaja para la creación del montaje, que aunque con resoluciones menores, son suficientes para la maqueta. Una vez editado obtenemos una película con la que realizar el montaje definitivo con las cintas originales en una sala de post-producción.


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