1 Tema 2 La señal digital de video Bibliografía Manuel Rummel. “Producción de Vídeo Digital”. Paraninfo 1999. José Oliver Gil, M. Perez. “Compresión de

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Tema 2Tema 2La señal digital de La señal digital de videovideo

BibliografíaBibliografía

Manuel Rummel. “Producción de Vídeo Digital”. Paraninfo 1999. Manuel Rummel. “Producción de Vídeo Digital”. Paraninfo 1999. José Oliver Gil, M. Perez. “Compresión de imagen y video: Fundamentos teóricos y José Oliver Gil, M. Perez. “Compresión de imagen y video: Fundamentos teóricos y aspectos prácticos”. E UPV.aspectos prácticos”. E UPV.John Watkinson. “Video Digital”. Ed Paraninfo 1996.John Watkinson. “Video Digital”. Ed Paraninfo 1996.Curso de fotografía, Luis Monje Arenas: http://www.difo.uah.es/curso/Curso de fotografía, Luis Monje Arenas: http://www.difo.uah.es/curso/

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ÍndiceÍndice

1.1. Captura de la imagen.Captura de la imagen.

2.2. Digitalización.Digitalización.

3.3. Transmisión.Transmisión.

4.4. Estrategias de Compresión de Estrategias de Compresión de Vídeo.Vídeo.

5.5. Formatos de video y cine digitalFormatos de video y cine digital

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Video SD analógicoVideo SD analógico

YUV SeparadoYUV Separado

Y/C ComponentesY/C Componentes

FBAS o CVBS CompuestoFBAS o CVBS Compuesto

Conectores

3.- Transmisión

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Puertos para transmisión Puertos para transmisión de video digitalde video digital

USB 2, velocidad de transmisión 440 Mb/s. Necesita la CPU para mover los datos.

Firewire A, 400 Mb/s (50 MB/s), de los que sólo aprovechamos 32 MB/s. Máximo de cable 10 M.

Firewire B, 800 Mb/s máximo de cable 100 M.

3.- Transmisión

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Transmisión de video Transmisión de video digital HD. HDMIdigital HD. HDMI

Lleva audio, vídeo y datos auxiliares.

Compatible DVI Codificación de los píxeles: RGB

4:4:4, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:4:4. Canales de audio: hasta 8. Velocidad de transferencia hasta Velocidad de transferencia hasta

10.2 Gbit/s (HDMI 1.3)10.2 Gbit/s (HDMI 1.3)

3.- Transmisión

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Transmisión de video Transmisión de video digital HD. HD-SDIdigital HD. HD-SDI

SDI es una interfaz de alta capacidad utilizada para exportar vídeo digital sin comprimir en tiempo real.

La SDI exporta vídeo SD y HD a través de un solo cable.

Mientras que la ratio de datos de las grabaciones HDV1080i grabadas en cinta, una vez sometidas a compresión, es de 25 mbps, la ratio de datos para la salida directa de vídeo SD-SDI alcanza los 270 Mbps.

La ratio normal de datos para HD-SDI alcanza la espectacular cifra de 1.485 Gbps.

3.- Transmisión

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Técnicas de compresiónTécnicas de compresión

Dentro de la compresión de imagen/video podemos distinguir:

– Compresión espacial, elimina redundancia espacial, aquella que posee una imagen única.

– Compresión temporal, los cuadros consecutivos suelen tener mucha información parecida y mediante técnicas diferenciales, se puede aprovechar la información del cuadro anterior para reducir la del cuadro actual

4.- Estrategias de compresión de video

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Compresión espacialCompresión espacial

Codificación de bloques truncados

– Consiste en dividir la imagen en bloques de MxM, para cada uno de los tres planos de la señal (YUV).

– Definimos dos niveles para cuantizar los bloques I0 y I1, usando la media (m) y la varianza (σ )

I0= m-√p/q σ I1= m+√p/q σ Donde p valores por encima de la media y q por debajo

– Si el valor de un pixel en el bloque esta por debajo de la media le asignamos un 0 y si esta por encima un 1


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– De esta forma para cada bloque almacenamos información de I0, I1 y un bit para cada elemento.

– Cuando el tamaño del bloque tiende a ∞, cada elemento de 8bits se reduce a un bit con lo que la tasa de compresión sería del 87.5%.


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– La siguiente tabla muestra los índices de compresión alcanzados, en función del tamaño del bloque.

λλ=1-M=1-M22+16/8M+16/8M22

MM λλ

22 37%37%

33 65%65%

55 79%79%

66 82%82%

77 83.4%83.4%

88 84.4%84.4%

1616 86.7%86.7%

∞∞ 87.5%87.5%



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– Este mismo algoritmo se puede usar aplicando cuatro niveles de cuantización. Aunque el cálculo sería más complicado.


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Transformada discreta del coseno truncado altas frecuencias.

– La transformada discreta del coseno (DCT) se utiliza en casi todos los algoritmos de compresión (similar a la transformada de Fourier FFT).

– Lo que hace es tomar la señal y transformarla en otra, pasando del dominio espacial al dominio de la frecuencia.

– De la señal transformada desechamos las altas frecuencias y realizamos la transformada inversa (IDTC), con lo que conseguimos eliminar información.

– Para realizar este proceso se divide la imagen en bloques, habitualmente de 8x8.


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Este algoritmo se basa en que notamos con más facilidad pequeños cambios de brillo en zonas homogéneas que en zonas donde la variación es grande, por ejemplo en los bordes de los objetos.


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– Visualmente las variaciones de frecuencias altas afectan a los bordes de la imagen con lo que al eliminarlas el efecto que conseguimos es un emborronado, perdiendo nitidez.

– Existen muchos métodos para acelerar el proceso de cálculo de la transformada.


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Joint Photographic Expert Group Standard (JPEG)

– Es un estándar ISO del 91.

– El MJPEG es Motion JPEG, donde el movimiento se consigue con una sucesión de imágenes, codificadas cada una de ellas con compresión JPEG.


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Joint Photographic Expert Group Standard (JPEG)

– Se parte de la codificación YUV– La imagen se divide en bloques de 8x8 y a cada

bloque le aplicamos DCT.– Eliminamos las altas frecuencias utilizando una

matriz de cuantización (matriz intra), que normalmente esta predefinida

– Pixel(i,j)-DTC(i,j) -DTC(i,j)/matriz(i,j)(2-60)– Al final obtenemos un bloque transformado donde

la mayoría de los elementos serán cero.– Por último realizamos la transformación inversa.


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Compresión temporalCompresión temporal

La compresión temporal consiste en utilizar técnicas diferenciales entre dos cuadros consecutivos.

Recomendaciones H.261 MPEG (1,2,4)


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Recomendaciones H.261

– Pertenecen al conjunto de estándares H.320 del ITU y están dedicadas a la videoconferencia

– También se conocen como px64, ya que se pretende una transmisión de la imagen en líneas con de un ancho de banda de 64kbs (p varía entre 1 y 30).

– Los frames que se definen pueden ser de dos tamaños CIF 352x288, y QCIF 176x44.

– La codificación inicial es YCbCr, con reducción de color de 4:2:0.


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Recomendaciones H.261

– Se definen dos tipos de cuadros: I cuadros intra, que están codificados en

JPEG. P cuadros inter, que se codifican usando

diferencias con cuadros anteriores.


2020


Recomendaciones H.261– Para obtener los cuadros P, se

realiza una estimación del movimiento haciendo uso del cuadro anterior y almacenando únicamente las diferencias.

– Al final se aplica el algoritmo JPEG.– El descompresor deberá realizar el

proceso inverso.


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MPEG1 (Motion Picture Expert Group)– El estándar fue creado en 1988 para

codificar video en un soporte digital con tasas de transmisión de 1.5Mb/s, conocido como MPEG1.

– Se basa en cinco partes:– P1. Sistema, combinar más de un tipo de

datos de distintos medios, introduciendo información temporal para formar un único flujo de datos


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MPEG1 (Motion Picture Expert Group)– P2. Vídeo, especifica como almacenar

secuencias de video.– P3. Audio, especifica como almacenar

secuencias de audio.– P4. Patrones de prueba, para verificar si

un codificador cumple los requisitos especificados en las partes anteriores.

– P5. Software de simulación, es como un informe técnico, ya que no está disponible el código fuente.


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MPEG1 (Motion Picture Expert Group)– Su pretensión es ser el estándar genérico de

almacenamiento de vídeo en CDROM.– El formato VCD, utiliza este tipo de

compresión.– Su esquema es similar al H.261, compresión

espacial/temporal/DTC con compensación del movimiento, pero variando algunos parámetros e introduciendo nuevos tipos de cuadros y otras características que permiten hacer cosas como el acceso aleatorio.


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MPEG1 (Motion Picture Expert Group)– La codificación que se utiliza en YCbCr

con reducción 4:2:0, siendo la señal de video progresiva.

– Utiliza tres tipos de cuadros: Los I, solo compresión espacial Los P, usan técnicas diferenciales Los B (bi-direccional), para estos utilizamos

también información de cuadros posteriores


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MPEG1 (Motion Picture Expert Group)– Se suele codificar dos cuadros de tipo B

entre dos de tipo I o P. Un patrón típico es IBBPBBPBB.

II

11BB

33BB

44PP

22BB

66BB

77PP

55BB

99BB

1010II

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2626


MPEG2 (Motion Picture Expert Group)– Supone una ampliación de las

características del MPEG1 preservando la compatibilidad con el MPEG1

– El formato DVD utiliza este método de compresión.

– La tasa de transmisión esta por debajo de los 10 Mb/s

–


2727


MPEG2 (Motion Picture Expert Group)

– En el estándar se distinguen 10 partes: P1,2,3,4 abordan los mismos aspectos que en

MPEG1 P6. Extensiones para permitir difusión en la red P7, codificación de audio multicanal P8, codificación con 10 bits P9, extensión para tiempo real P10, bajo desarrollo

–


2828


MPEG2 (Motion Picture Expert Group)– En MPEG2 podemos codificar imágenes

entrelazadas y progresivas.– Los cuadros entrelazados se codifican en

dos fases: Impares Pares


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MPEG4 (Motion Picture Expert Group)– El objetivo es conseguir video conferencia

bajo redes de banda estrecha, pero al final se convirtió en un amplio estándar para aplicaciones multimedia.

– Los tres campos a los que va encaminado son:

Televisión digital Aplicaciones interactivas multimedia Aplicaciones en red (WWW)


3030

CODECSCODECS

Un CODEC es una abreviatura de coder/decoder, que describe un programa capaz codificar y decodificar datos (vídeo, metadatos y sonido).

Algunos ejemplos de codecs son los siguientes:


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CodecsCodecs

Theora Tarkin H.261 H.263 H.263v2 H.264 MPEG-1 Video MPEG-2 Video MPEG-4 Video Sorenson codec Cinepak Indeo 3/4/5 MJPEG DivX 1-5.1 Windows Media Video 9 Series


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CodecsCodecs

Theora y Tarkin– Desarrollados por Xiph.org Foundation– Theora esta orientado a web, cd

distribución, videoteléfono, transmisión por televisión. Es un codec de bajo ancho de banda. Competidor del MPEG4, RealVideo, Windows Media Video.

– Tarkin orientado a productos multimedia


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CodecsCodecs

H.261, 263, 263v2, 264– Diseñados por ITU (International

Telecomunitation Union).– Utiliza el protocolo RTSP (real time

streamming protocol) para videoconferencia.

– El H.264 esta orientado a multimedia y HDTV y video HD.


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CodecsCodecs

MPEG1– Diseñado para almacenamiento de

video en CD.– Solo soporta video progresivo

MPEG2– Permite video entrelazado – Es el utilizado para DVD, televisión

por cable y transmisión de HDTV.


3535

CodecsCodecs

MPEG2 sobre DVD

– 720 x 480 pixel, 59.994 fields/sec – 720 x 480 pixel, 29.994 frames/sec – 720 x 576 pixel, 50 fields/sec – 720 x 576 pixel, 25 frames/sec – max. 9,8 Mbps – YUV 4:2:0 – Sobre audio permite– MPEG-2 Layer 2 Audio con 48 kHz – Digital Dolby – DTS


3636

CodecsCodecs

MPEG4– Se utiliza para web, distribución de

CD, videoteléfono, aplicaciones multimedia y actualmente para video HD (H.264).


3737

CodecsCodecs

Sorenson– Es utilizado en la aplicación

QuickTime de Apple.– Es una variante de H.264.– El Sorenson Spark es la versión más

reciente de Macromedia Flash.


3838

CodecsCodecs

MJPEG– Es un método de compresión

espacial.– Tiene gran calidad en imágenes en

movimiento.– Genera unos ficheros grandes

29Mbits/seg


3939

CodecsCodecs

DivX– Utilizado para almacenamiento de

video en CD.– La mayoría de los reproductores de

DVD reconocen este codec.


4040

CodecsCodecs

Indeo y Cinepak– Utilizado para almacenamiento de

video en CD y disco duro.


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CodecsCodecs

Windows Media Video (WMV)– Es propiedad de Microsoft.– Similar a MPEG4


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1 Tema 2 La señal digital de video Bibliografía Manuel Rummel. “Producción de Vídeo Digital”. Paraninfo 1999. José Oliver Gil, M. Perez. “Compresión de