Com Pres Ion En Video Digital

Materia: Sonido I - Cursada 2004 Catedra: Alejandro Seba

Diseño de Imagen y Sonido / Universidad de Buenos Aires Compresión en Video Digital

Compresión de Video Digital Los primeros equipos que fueron capaces de reproducir video digital eran lentos, de poca capacidad y de mala calidad, y además, las imágenes almacenadas ocupaban mucha memoria. Un primer formato fue el FLI de Autodesk, que consistía en un flujo de imágenes de formato GIF a una resolución muy baja (320 x 200 píxeles), con una profundidad de 256 colores y sin sonido. Pero por más primitivo que nos parezca, este primer formato ya nos introduce al concepto de compresión. Para que la reproducción pueda tener fluidez, y para que el archivo ocupe menos espacio en el disco rígido, se utilizó un sistema de compresión temporal, que consistía en una secuencia formada por un primer fotograma clave (keyframe) que se graba sin compresión, y en lugar de los fotogramas siguientes se graban sólo las variaciones que hay entre el fotograma y su adyacente (deltaframes). Este sistema proporcionaba un ratio de compresión de 2:1 aproximadamente (la mitad de tamaño). Con el tiempo, se alcanzó a medidas más estandarizadas, que proporcionaban una resolución y profundidad de color aceptables, y se solucionó el problema del sonido. Pero estos parámetros nos resultan en un archivo de una medida inabordable (*), para lo que se tuvo que intensificar el desarrollo de la compresión. Distintas empresas desarrollaron sus propios Códecs. Un códec es un programa que realiza dos tipos de tareas principalmente (de las cuales deriva su nombre): codificar y decodificar flujos de video. Un códec es un conjunto de reglas sobre la compresión que uno le asigna a un video, y que es imprescindible que el sistema donde se va a capturar, editar o reproducir el video posea. Existen varias clasificaciones que se pueden hacer sobre los códecs: Hardware - software: La mayoría de los códecs que se utilizan para la difusión de video son del tipo software (divx, cinepak, indeo, mpeg, xvid, etc.). Los codecs por software son programas que se instalan en el sistema operativo (ya sea windows o mac os) y que utilizan los recursos de la computadora para realizar sus tareas, y por lo tanto, van a funcionar mas rápido o mas lento dependiendo de las características de la computadora. Los códecs por hardware (o códecboards) son códecs presentes en una placa o dispositivo aparte, generalmente una placa capturadora de video o de TV. Generalmente, estas placas trabajan con su propio códecboard, y si no está presente la placa (si la desconectamos), el video no puede reproducirse. Esto no significa que con una placa que tiene un codec por hardware no va a poder editar un video que no esté codificado con el mismo, pero probablemente va a ser necesaria una conversión previa a la edición (con su respectivo render). Tipo de pérdida: Ya el concepto de códec implica que el video codificado-decodificado va a sufrir algún tipo de pérdida en la calidad. La clasificación sobre la pérdida es si esta información perdida es recuperable o no. Por un lado existen los códecs sin perdida (o códecs lossless), que luego de codificar y decodificar, el resultado es exactamente el mismo que al principio. Esto se logra a través de un sistema llamado RLE (Run Length Encoding), en el cual se eliminan porciones de información repetida, generalmente, zonas de color uniforme. Este tipo de compresión es efectiva en dibujos animados, trabajos hechos en Flash o animaciones 3D en las que los colores son artificiales. El video digital tomado por una cámara suele tener una profundidad de color mucho mas amplia y muchas superficies con gradientes. (*) Una hora de video digital en formato PAL a pantalla completa (768x576 píxeles) sin utilizar compresión ocuparía unos 115.200 Mb y se precisaría un ancho de banda de 32.768 Kb/s para tener un flujo de datos constante.

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Por otro lado, existen códecs con pérdidas (o códecs lossy), en los que la información perdida es irrecuperable, pero se intenta eliminar datos inapreciables. La cantidad de información perdida depende del grado de compresión y es proporcional a la disminución de calidad. A mayor compresión, menor va a ser la calidad y menor es el tamaño del archivo, y viceversa. Dentro de los códecs con pérdidas existe un segundo nivel de clasificacion. Un códec puede comprimir espacialmente, o sea, dentro del mismo cuadro (como lo haría un compresor de imagen fija, del estilo de los gifs, jpgs, tiffs, bmps, etc). Otro tipo de códecs con pérdidas podría comprimir temporalmente, de la misma manera que fue explicado anteriormente el sistema FLI de Autodesk, a través de un sistema de keyframes y deltaframes. Un sistema similar a esto se puede apreciar en el método de animación de programas como Flash de Macromedia o After Effects de Adobe, en los cuales se automatizan los parámetros de los efectos o de los movimientos a través de fotogramas clave (keyframes), y el resto son reconstruidos por el programa (deltaframes). Por último, también hay códecs muy efectivos que realizan ambos tipos de compresión al mismo tiempo, tanto espacial como temporalmente, como es el caso del mpeg-2, el compresor utilizado en los DVDs. Simetría: Esta característica se refiere al rendimiento del códec al comparar su tarea de codificación con su segunda tarea de decodificación. Existen códecs completamente simétricos que poseen una performance muy similar tanto en codificación como en decodificación, pero hay códecs que pueden tardar mucho en comprimir, pero tener una reproducción o descompresión muy fluída, o viceversa. Esto parece una distinción de menor importancia, pero no lo es a la hora de elegir un códec para trabajar en una isla de edición paga, cuando no hay mucho tiempo disponible, o cuando el sistema es lento. Por ejemplo, Cinepak es un códec que ofrece muchas bondades y que es muy prestable a la hora de editar o reproducir, pero al renderizar un video con dicho códec los tiempos son mucho mas largos.

Principales Códecs Microsoft DV: En realidad, el códec es simplemente DV, pero Microsoft DV es el nombre del códec por software que se incluye en la mayoría de las versiones de Windows, que posibilitan la reproducción de videos capturados por cámaras de este formato (digital 8, minidv, dvcam, etc). Es un códec bastante compatible por el simple hecho de venir incluido en los sistemas operativos, y además por estar estandarizado en formatos de cámaras. Es recomendable trabajar con este códec si uno tiene material levantado de una cámara digital, o si piensa terminar el trabajo en este formato. Cinepak (by Radius): Es un compresor altamente compatible, porque además de venir en el paquete de códecs de Windows, es compatible con el Quicktime de Apple. Trabaja comprimiendo temporalmente con un ratio ajustable, que proporciona una calidad muy alta, pero con archivos de un tamaño bastante elevado. Se utiliza con ratios de compresión alta para lograr archivos de calidad media para presentaciones multimedia o de CD interactivos. Divx 5: El uso más común es la distribución pirata de películas comprimidas a un solo CD, con calidad "similar" a la de un DVD (con una 2

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compresión muchísimo mayor, y sin disponibilidad de material extra ni titulos interactivos).Puede realizarse para capturar video en tiempo real con resultados bastante aceptables a un nivel no-profesional, pero es un formato asimétrico, lento en la decodificación. La tarea de edición se torna engorrosa, y esto se ve más complicado aún por comprimir temporalmente con el sistema de keyframes. No es para nada recomendable trabajar en edición un material en divx, a no ser para exportar el material ya editado (aunque hay códecs mucho mejores para esta tarea también). Intel Indeo 5.11: También está presente en el paquete presentado en Windows, y es compatible con el Quicktime de Apple. Es un códec similar al Cinepak de Radius, pero presenta un panel de configuración mucho mas avanzado. Esto puede ser tanto un pro como una contra, porque estos controles avanzados permiten que el usuario experimentado pueda configurarlo de manera apropiada para tener un flujo de datos ideal, pero si la computadora no puede soportar ese flujo de datos, la transmisión puede no ser contínua, lo que termina provocando pistas de audio desfasadas o velocidades variables en la reproducción del video. Posee también una opción de "Quick Compress" (compresión rápida), ideal para la compresión en tiempo real al capturar y digitalizar un video. También es manual la cadencia de los keyframes (cuantos mas keyframes, menor va a ser el trabajo de compresión de los deltaframes y mejores van a ser los resultados). TGA: Es un formato desarrollado por las placas Targa, que trabajan a un nivel muy profesional. Son bastante útiles las "secuencias targa" para trabajar en composers como el Commotion de Pinnacle o el After Effects de Adobe, porque permiten guardar información de Alpha Channel (canal alfa), un cuarto canal además del rojo, verde y azul (RGB) que almacena información sobre transparencias. Estas secuencias targa no son archivos .avi, sino que se exporta un archivo de imagen fija (.tga) por cada cuadro, y pueden además ser retocados independientemente en cualquier programa de edición de fotografía (Adobe Photoshop, Corel Photo Paint, etc). Motion JPEG: Este tipo de códecs suelen estar presentes de manera de códecboards en placas de captura y edición de video (ej: miroVideo MJPEG Códec es el compresor de la placa miroVideo DC30 y similares). Existen también códecs motion jpeg por software, que se emplean para descomprimir archivos creados con estas placas cuando no se dispone del hardware necesario, o bien para crear archivos que puedan ser descomprimidos por dichas placas. Se utilizan también para comprimir al capturar video en tiempo real cuando se dispone de suficiente espacio, ya que

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produce archivos de gran tamaño. Uno de los códecs mas conocidos que funcionan con el sistema motion jpeg por software es el códec Morgan Multimedia. MPEG: Las iniciales MPEG significan "Motion Picture Experts Group" o "Grupo de Expertos de Imágenes en Movimiento" y es el nombre de un grupo de estándares empleados para la codificación de información audiovisual, incluyendo video y audio en formato digital comprimido. El sistema MPEG surgió como una respuesta a las necesidades de transmitir señales de televisión y vídeo por redes digitales y está pensado para funcionar con aparatos diseñados específicamente para esta misión que permitan comprimir y descomprimir las imágenes a gran velocidad. Un factor de confusión es que MPEG no es un estándar, sino varios, y en muchas ocasiones no queda claro de cuál se habla. MPEG-1: Se trata de un estándar pensado para proporcionar la misma calidad que un video doméstico y ofrece una resolución de 352 x 288 píxeles en formato PAL. Posteriormente se presentó una evolución de este estándar. MPEG-2: Su cometido era responder a la demanda del mercado sobre una mayor calidad, ya que proporciona 720 x 576 puntos de resolución en modo PAL. Recientemente se ha estandarizado un nuevo formato, MPEG-4 Pensado para almacenar además de video y audio otros contenidos multimedia. Falta ver si acaba siendo un estandar de la televisión interactiva y el DVD. (por ejemplo, los receptores de televisión digital por satélite son descompresores MPEG-2). Microsoft RLE: Es un compresor espacial que permite ajustar la calidad hasta convertirse en compresión sin pérdida. Sólo admite una profundidad de 8 bits de color (256 colores), y está presente en Windows. Microsoft Video 1: Es un compresor con pérdida que utiliza un algoritmo de compresión espacial. Soporta profundidades de color de 8 bits (256 colores) y 16 bits (64.000 colores). Microsoft H261 / H263: Ambos son formatos con una tasa de compresión muy elevada, que se utilizan para lograr archivos pequeños a una calidad mínimamente aceptable, ideal para utilizar en videoconferencias y transmisiones por internet y multimedia. Funciona de manera correcta con tamaños de ventana pequeñas, entre los 352 x 288, y los 128 x 96 píxeles. Xvid: Es un compresor muy similar al divx, pero con un panel de control mucho mas avanzado. Este códec está desplazan poco a poco al divx, pero su utilidad finalmente termina siendo la misma: intentar editar con xvid sólo complica las cosas, y funciona bien para exportar el material terminado si se quiere calidad aceptable a un pequeño tamaño de archivo. Es útil para transportar archivos en soportes pequeños (cds o zips), y para la distribución ilegal de peliculas en CDs. Los códecs divx y xvid son de distribución gratuita y pueden encontrarse en http://www.divx.com y en http://www.xvid.com respectivamente. Del códec Morgan Multimedia puede descargarse una demo gratuita en http://www.morgan-multimedia.com

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