Video digitalYerko Bravo Chávez

Video

• En el Diccionario de la Real Academia Española, la palabra se registra con acento en la “i”, es decir, vídeo, pero en el presente artículo el término se escribirá sin acento por ser la forma de uso más generalizada en Chile

• Etimológicamente, la palabra video proviene del latín video, vidi, visum; y significa “ver”.

Video digital• Sistema de almacenamiento, procesado o

transmisión de datos en forma digital, en lugar de analógica

• Los primeros sistemas de almacenamiento eran analógicos

• Las primeras aplicaciones con video digital eran para corregir bases de tiempo y efectos digitales

• Se digitalizaba el video para su procesado y finalmente se regresaba a analógico

• Finales de los 70’s: Bosch, Ampex y RCA desarrollaron las grabadoras digitales de video, pero no fueron comercializadas

Video digital

• 1986: Sony D-1, almacenados en cinta, digitalmente, en medio analógico de banda alta– Caro, sólo usado por las cadenas de televisión– Eventualmente reemplazado por un formato

comprimido: Digital Betacam, aún ampliamente utilizado

Video digital• Llegó a los consumidores en la forma de

QuickTime, por Apple– Inicialmente, de baja calidad– Requería equipo digitalizador caro

• MPEG1 y MPEG2: mejores esquemas de compresión y equipo más rápido = mayor calidad

• Proliferación de sistemas de video digital: almacenamiento y transmisión

Formatos básicos de captura• Entrelazado

– Exploración de campo con líneas pares y campo con líneas impares, conformando un cuadro

– 60 campos por segundo, 30 cuadros por segundo (25 en PAL)– Más barato y menor parpadeo

• Progresivo– Exploración progresiva del cuadro completo en una sola exploración– 29.97 (30/1.001) campos por segundo (25 en PAL)– Más caro ya que para reducir el parpadeo emplea circuitos

especializados.• La imagen es mejor

Video digital: edición• El video digital permite la edición-no-lineal mediante

– Equipo especializado, por hardware– Computadoras, por software

• Final Cut Pro (Apple)• Adobe Premiere• Sony Vegas

• Inicialmente, el video digital fue utilizado para TV, pero no para películas, porque no tenía la calidad necesaria.

• Si el video está comprimido, se puede editar sin pérdidas (adicionales) mientras se preserven las tramas (cuidado con el manejo de los diferentes tipos de tramas).

Video digital: ventajas• Permite la visualización inmediata, sin procesamiento

(químico)• Las cintas pueden ser reutilizadas muchas veces (a

diferencia del film)• El medio es considerablemente barato:– US$3 por una cinta MiniDV de una hora– US$1000 por minuto de film de 35mm, sin procesamiento

• Existen muchos canales de distribución: TDT, HDTV, DBS (satélite), Internet, DVD, Blu Ray, etc.

Compresión de video digital

• Existen muchos formatos de compresión disponibles, siendo los más conocidos:– MPEG1, utilizado en VCD– MPEG2, utilizado en DVD, DBS, Super-VCD– MPEG4, utilizado en Internet– H.264 (MPEG4 Parte 10, o AVC)

Moving Picture Experts Group• Grupo de trabajo de ISO/IEC, a cargo del desarrollo

de estándares de codificación de audio y video• Primera reunión fue en Mayo de 1988, en Ottawa,

Canadá• Miembros procedentes de:– Industrias– Universidades– Centros de investigación

• Desarrollos:– MPEG1, MPEG2, MPEG3 (abandonado), MPEG4, MPEG7 y

MPEG21

MPEG1• Se buscaba un estándar para poner video en CDs• Tasa de transferencia requerida: 1.5Mb/s

– 352x240, 29.97 fps– 352x288, 25 fps

• Sólo video progresivo• Utilizado en VCD• Calidad equivalente a una cinta VHS• La capa 3 de audio es utilizada para música (MP3)• Partes:

– 1: Sincronía y multiplexado de audio y video– 2: Video, codec de compresión de video no-entrelazado– 3: Audio, codec de compresión de audio, con tres capas de complejidad

• MP1, o MPEG-1 Parte 3 Capa 1• MP2, o MPEG-1 Parte 3 Capa 2• MP3, o MPEG-1 Parte 3 Capa 3

– 4: Procedimientos de prueba– 5: Software de referencia

MPEG2• Un estándar para video con mayor calidad que MPEG1• Utilizado para TV:

– Transmisión en aire terrestre– Cable– DBS– DVD– HDTV

• Cada aplicación utiliza de MPEG2 lo que requiere• Se han desarrollado perfiles de utilización de MPEG2 tales como:

– MP@ML (720x480,30; 720x576,25) 9.8Mb/s: DVD– MP@H14 (1920x1080,30; 1280x720,60) 80Mb/s: ATSC (1080i, 720p) HDTV

• La sección de video es semejante a la de MPEG1, pero soporta video entrelazado

MPEG2, compresión de video• Los siguientes mecanismos son utilizados

– Reducción de datos sobre color, pues la vista es más sensible a intensidad

– Tramas I: compresión espacial (redundancia) y supresión de detalles, con bloques de 8x8 pixeles a los que se les aplica la transformada coseno

– Tramas P: se construyen a partir de tramas I: sólo se expresan las diferencias

– Tramas B: se construyen a partir de la trama P e I precedentes. Nunca son usadas como referencia. Presentan la mayor compresión posible.

– Una serie de tramas (GOP) puede ser:• IBBPBBPBBPBB-I...

MPEG2, compresión de audio

• Métodos:– Codificación de baja velocidad: MPEG-1 Capa 1,2,3– Codificación multicanal hasta 5.1 canales– MPEG-2 AAC

MPEG2, patentes

• Las especificaciones de MPEG-2 están cubiertas por 640 patentes, propiedad de 20 corporaciones y una universidad, por lo que se deben pagar regalías por su uso a la MPEG Licensing Association.

MPEG3

• Se pretendía definir una nueva especificación para TV de alta definición

• Se dieron cuenta que no era necesaria, pues MPEG2 era suficiente

• Fue abandonado

MPEG4• Uso principal:

– Flujos de medios audiovisuales– Distribución en CD– Transmisión bidireccional por videófono– TV

• Toma características de MPEG-1 y MPEG-2, incorporando otros estándares como– VRML (modelos 3D)– Archivos compuestos orientados a objetos– Gestión de derechos digitales– Interactividad avanzada

• No hay sistema que implemente todas las características de MPEG4, se aplican perfiles y niveles

MPEG4, partes• 1: Sistemas: Describe la sincronización y la transmisión simultánea de audio y vídeo.• 2: Visual: Un códec de compresión para elementos visuales (video, texturas, imágenes sintéticas, etc.). Uno de los muchos

perfiles definidos en la Parte 2 es el Advanced Simple Profile (ASP).• 3: Audio: Un conjunto de códecs de compresión para la codificación de flujos de audio; incluyen variantes de Advanced

Audio Coding (AAC) así como herramientas de codificación de audio y habla.• 4: Conformidad: Describe procedimientos para verificar la conformidad de otras partes del estándar.• 5: Software de referencia: Formado por elementos de software que demuestran y clarifican las otras partes del estándar.• 6: Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF).• 7: Software optimizado de referencia: Contiene ejemplos sobre cómo realizar implementaciones optimizadas (por ejemplo,

en relación con la Parte 5).• 8: Transporte sobre redes IP: Especifica un método para transportar contenido MPEG-4 sobre redes IP.• 9: Hardware de referencia: Provee diseños de hardware que demuestran implementaciones de otras partes del estándar.• 10: Advanced Video Coding (AVC): Un códec de señales de vídeo técnicamente idéntico al estándar ITU-T H.264.• 12: Formato para medios audiovisuales basado en ISO: Un formato de archivos para almacenar contenido multimedia.• 13: Extensiones para el manejo y protección de Propiedad Intelectual (IPMP).• 14: Formato de archivo MPEG-4: El formato de archivo de contenedor designado para contenidos MPEG-4; basado en la

Parte 12.• 15: Formato de archivo AVC: Para el almacenamiento de vídeo Parte 10, basado en la Parte 12.• 16: Animation Framework eXtension (AFX).• 17: Formato de subtítulos (en elaboración - el último avance en su revisión data de enero de 2005).• 18: Compresión y transmisión como flujo de fuentes tipográficas (para fuentes OpenType).• 19: Flujos de texturas sintetizadas.• 20: Representación liviana de escenas (LASeR).• 21: Extensión de MPEG-J para rendering (en elaboración - el último avance en su revisión data de enero de 2005).

QuickTime (Apple)

• Tecnología de medios desarrollado por Apple• Está compuesto por:– Reproductor– Framework (API para la utilización de codecs en

programas)– Formato de archivo .mov

QuickTime• Audio:

– Apple Lossless– AIFF– Digital audio

• 16 bit (CDDA)• 24 bit• 32 bit entero y flotante• 64 bit flotante• MIDI• MPEG-1 Layer 3 Audio (mp3)• MPEG-4 AAC Audio (.m4a, m4b, m4p)• QDesign Music• Qualcomm Pure Voice• Sun AU Audio• ULAW y ALAW Audio• Wave form audio (WAV) (quiso decir PCM)

QuickTime• Video:

– 3GPP & 3GPP2 file formats– AVI file format– Bitmap (BMP) codec and file format– DV file (DV NTSC/PAL and DVC Pro NTSC/PAL codecs)– Flash & FlashPix files– GIF and Animated GIF files– H.261, H.263, and H.264 codecs– JPEG, Photo JPEG, and JPEG-2000 codecs and file formats– MPEG-1, MPEG-2, and MPEG-4 Video file formats and associated codecs (such as AVC)– Quartz Composer Composition (.qtz, Mac OS X only)– QuickTime Movie (.mov) and QTVR movies– Sorenson Video 2 and 3 codecs– Other video codecs: Apple Video, Cinepak, Component Video, Graphics, and Planar RGB– Other still image formats: PNG, TIFF, and TGA– Cached information from streams: QTCH

MPEG-4 parte 2

• Estándar de compresión de video basada en la transformada coseno discreta

• Incluye perfiles que van desde cámaras de baja resolución hasta TV de alta definición

DivX• Códec de video comprimido basado en MPEG-4 parte 2• Comenzó a desarrollarse como formato para transmisión de

video de alta definición• Se dividió en dos líneas:

– DivX, versión comercial, aún existente– OpenDivX, versión libre y abierta, que fue suspendida, pero

posteriormente continuada en Xvid• Stage6

– Sitio web con repositorio de videos de alta calidad basados en el códec DivX

Xvid (antes XviD)• Popular códec• Proyecto de software libre por programadores voluntarios de todo el

mundo, después de que el proyecto OpenDivX fuera cerrado en julio de 2001

• Basado en el estándar MPEG-4 ASP• El formato fue creado como una alternativa libre a otros códecs

comerciales de vídeo• Su calidad y eficiencia lo han convertido en uno de los códecs más

populares• La reproducción de películas Xvid está soportada en los reproductores de

DVD más modernos.• Puede comprimir una película completa con una calidad cercana a la de la

fuente original para que ocupe tan solo 700 MB

Windows Media Video• Conjunto de algoritmos de compresión y

descompresión, propiedad de Microsoft• Incluye versión no estandarizada de MPEG-4• Se empaqueta con .avi, .asf, .wmv (si es sólo video)• Incluye características de DRM (gestión de derechos

digitales)– Eliminables con Sidda, DRMCreep, drmdbg, drm2wmv

DVD• Formato de almacenamiento óptico• Semejante al CD pero de mayor densidad• Formato de archivos UDF (Universal Disk Format) (extensión

del ISO 9660)• IBM actuó como mediador entre

– Multimedia Compact Disc (MMCD): Philips y Sony– Super Density Disc (SD): Toshiba, Time Warner, Matsushita, Hitachi,

Pioneer, Thompson, JVC– Acordaron SD con modificaciones que redujeron capacidad de 5GB a

4.7GB pero con mayor resistencia a arañazos

DVD, información técnica

• DVD capa simple: 4.7GB• Laser de 650nm• CRC• Reed-Solomon• Modulación Eight-to-Fourteen Modulation

Plus• Velocidad de transferencia

Tipos de DVD• Por contenido

– DVD video– DVD audio (alta fidelidad)– DVD datos

• Por capacidad de regrabado– DVD-ROM (fábrica, por prensa)– DVD-R (grabable una vez)– DVD-RW (regrabable)– DVD-R DL (doble capa)– DVD-RW DL– DVD-RAM (regrabable de acceso aleatorio)– DVD+R– DVD+RW– DVD+R DL– DVD+RW DL

Tipos de DVD

• Por número de capas– DVD-5: una cara, capa simple, 4.7GB– DVD-9: una cara, doble capa, 8.5GB– DVD-10: dos caras, capa simple, 9.4GB– DVD-14: dos caras, capa simple y cara doble, 13.3GB– DVD-18: dos caras, capa doble, 17.1

• Tamaño físico– DVD 12cm– DVD 8cm (1.5GB)

Estándares oficiales

• DVD Forum:– DVD-ROM/R/RW/RAM– Logotipo: DVD

• Alliance:– DVD+R/RW– Logotipo: RW (posible confusión)

• La diferencia radica en la codificación• Son parcialmente compatibles

DVD Video

• Video– MPEG-2– 720x480 (NTSC) o 720x576 (PAL)– 5 Mbps, variable bitrate (máximo: 8.5Mbps)

• Audio– Lineal PCM, DTS, MPEG, Dolby Digital

Funcionalidades DVD• Subtítulos– Pistas adicionales para los subtítulos– Son imágenes como mapas de bits– Limitados a 4 colores, incluyendo color de transparencia

• Marcadores de capítulos– Permiten el desplazamiento rápido

• Ángulos– Secciones con diferentes ángulos o contenidos adaptados

al idioma elegido• Estructuras e interacciones– Permite juegos, galerías y contenidos dinámicos

Restricciones

• Cuatro sistemas para restringir el uso de los contenidos– Macrovision: para evitar duplicados– Content Scrambling System (CSS): Codificación de

contenido, para evitar que programas no autorizados procesen los datos

– Códigos de región: para sólo permitir la reproducción de los discos en las regiones especificadas

– Inhabilitación de operaciones: para bloquear acciones de los usuarios en ciertas secciones

Códigos de región• Los discos traen indicaciones sobre la o las

regiones en los que puede ser reproducido. Los reproductores DVD vienen con código de región

Códigos de región• 0 Informal, significa que puede ser "reproducido en todas las

regiones"• 1 Bermudas, América del Norte (Excepto México y Groenlandia) y

territorios estadounidenses (incluyendo Puerto Rico)• 2 Groenlandia, Centro y occidente de Europa, Oeste de Asia,

Egipto, Sudáfrica, Japón y territorios de países europeos• 3 Sudeste de Asia y Corea del Sur• 4 América Central, América Latina (Excepto Guyana Francesa),

Caribe y Oceanía (Excepto Nueva Caledonia)• 5 África (excepto Sudáfrica y Egipto) y norte, centro y sur de Asia• 6 China• 7 Reservado para uso futuro• 8 Viajes internacionales como aviones, cruceros, etc.

DTS (Digital Theater System / Sound / Surround)

• Codificación de 6 canales de audio en una sola señal comprimida

• Aplicaciones:– Cine– Parques temáticos– Juegos– Simuladores

• Canales– 3 Laterales y central: 20-20,000 Hz– 2 Surround: 80-20,000 Hz– 1 LFE: 20-120 Hz

DTS

• No todos los reproductores DVD lo soportan• Muchas PC’s realizan la decodificación DTS por

software, pero requieren hardware especial para su conexión a las bocinas correspondientes

• Para el cine, los datos DTS no vienen en la cinta, sino en CD-ROM separado, con un eficiente sistema de sincronía

Dolby Digital (AC-3)

• Ampliamente utilizado, pero no totalmente.• Canales– 5 principales: central, derecho, izquierdo,

posterior derecho, posterior izquierdo: 20-20,000 Hz

– 1 LFE: 20-120 Hz

SDTV (Estándar Definition Television)

• Televisión de definición estándar• Denota televisión, digital o analógica con

definición estándar:– NTSC, PAL, SECAM (4:3)– VCD, VHS, Beta, SVCD

EDTV (Enhanced Definition Television)

• Televisión con definición mejorada• Técnica que permite mejorar la calidad de la imagen de

televisión• Consiste en convertir una fuente entrelazada en progresiva• Evita el parpadeo de bordes y líneas causado por el

entrelazado• Requiere consolas que conviertan el formato, y televisiones

que permitan su despliegue progresivo• La aplicación más usual es con reproductores avanzados de

DVD

HDTV (High Definition Television )

• Formato de televisión de resolución alta, en contraste con SDTV y EDTV

• Algunos aparatos podrían tener relación con HDTV, por lo que hay que aclarar:– HD compatible: Acepta la señal de alta definición, pero su

resolución nativa no lo es, será adaptada.– HD ready: Tiene entrada de datos HDMI y soporta la

resolución HD (720p o 1080i), aunque no cuenta con sintonizador de canales HD (cable o TV aérea).

– HD full: soporta la resolución, e incluyen un sintonizador.

HDTV comparación

HDTV comparación

HDTV detalles técnicos

• Razón de aspecto 16:9• 1920 pixels × 1080 líneas entrelazado (1080i)• 1280 píxeles × 720 líneas progresivo (720p)• Codecs: MPEG-2, H.264, VC-1 (Windows

Media Video 9)• Imágenes 5 veces más definidas que SDTV

HDTV historia• MUSE– Desarrollado por los japoneses en 1982– Transmisiones continuas desde 1992– 1035 líneas de resolución– Ocupaba 5 veces más ancho de banda que los canales

estándar• HD-MAC– Estándar digital Europeo para SDTV y HDTV– No era comprimido, por lo que consumía mucho ancho de

banda (36MHz) y no fue muy utilizado– Abandonado en 1993 para dar paso a DVB

HDTV estándares actuales• ATSC. Aprovecha los transmisores NTSC y puede

coexistir con canales no digitales. Norteamérica y algunos paises latinoamericanos

• DVB-T. También es portable, y se usa principalmente en Europa y algunos países asiáticos. DVB-T soporta HDTV pero prefieren usarlo con EDTV para acomodar un número mayor de canales.

• ISDB-T. También permite la transmisión de servicios multimedia. Japón y Brasil

HDTV grabación

• D-VHS (Data-VHS) y W-VHS– D-VHS graba 28.2Mbps en cinta VHS

• TiVo (con DirecTV) o DVR921 y DVR942 (con DISH Network)

• PC con tarjeta decodificadora HDTV– Disco duro

• Codificando con DivX o H.264• Sin codificar

– Grabadoras BluRay o HD-DVD (guerra actual de formatos)

HD-DVD• Estándar de video de alta definición, desarrollado por Toshiba,

Microsoft y NEC• Características parecidas a DVD• Láser azul, 405nm• 1 capa: 15GB (4 horas de HD)• 2 capas: 30GB• MPEG-2, VC1 (MS-WMV9), H264/MPEG-4 AVC• Protección AACS (versión mejorada del CSS, codificación de

128 bits, ya roto) e ICT (image constraint token, evita poner video de alta definición en medio analógico)

• HD-DVD tiene soporte en Xbox360• Se pueden producir discos que incluyen contenido DVD y HD-

DVD• Contenidos interactivos “pop-up”

Blu-ray• Estándar creado por Philips y Sony• Respaldado por una cantidad mayor de fabricantes de computadoras y estudios

que HD-DVD• Incorpora ventajas especiales

– Mayor enfoque de láser 405nm– Resistencia a rayones– Mejor codificación que permite corregir errores y mayor compresión

• 1 capa: 25GB• 2 capas: 50GB• En desarrollo discos de 100GB (firmware) y 200GB• MPEG-2, MPEG-4, VC1• Plataforma BD-J (Blu-ray Disc Java) para contenidos interactivos avanzados• Protección BD+ (permite cambiar dinámicamente las claves de los contenidos

originales), ROM-Mark (marca de agua), ICT (igual que HD-DVD)• Se pueden producir discos que incluyen contenido DVD y Blu-ray

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