El Algoritmo de Compresión Mpeg

7/24/2019 El Algoritmo de Compresin Mpeg

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EL ALGORITMO DE COMPRESIN MPEG

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION

OBJETIVOS

1. INTRODUCCIN A LA COMPRESIN DE VIDEO

1.1 CODIFICACION INTRA O ESPACIAL

1.2 CODIFICACION INTER O TEMPORAL

1.3 CODIFICACIN BIDIRECCIONAL

2. COMPRESIN DE VIDEO EN EL STANDARD MPEG

3. QUE ES MPEG?

3.1 COMO SE EXPLOTA LA CORRELACION TEMPORAL?

3.2 COMO SE EXPLOTA LA CORRELACION ESPACIAL?

4. EL ALGORITMO DE COMPRESIN MPEG

4.1 LA TRAMA DEL SISTEMA

5. TIPOS DE IMAGEN MPEG

5.1 LAS IMGENES I (INTRA)

5.2 LAS IMGENES P (PREVISTA)

5.3 LAS IMGENES B (BIDIRECCIONALES)5.4 DESCOMPOSICION DE UNA SECUENCIA DE VIDEO MPEG

5.4.1BLOQUE

5.4.2 MACROBLOQUE

5.4.3 REBANADA

5.4.4 IMAGEN TIPO I,B o P

5.4.5 REBANADA

5.4.6 SECUENCIA

6. MPEG1

7. LA TCNICA DE COMPRESIN MPEG1

8. MPEG2

9. EL ESTANDAR MPEG2

9.1 CODIGOS DE EXTENSIONES NO ESCALABLES PARA MPEG2

9.2 CODIGOS DE EXTENCIONES ESCALABLES PARA MPEG2

10. PERFILES Y NIVELES MPEG2

10.1 PERFILES Y NIVELES MPEG2


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10.2 MODOS DE PREDICCION ESPECIFICOS EN MPEG2

10.3 LAESTRUCTURA FRAME

10.4 LA ESTRUCTURA FIELD

10.5 SCANNING

10.6 DESCRIPCION DEL PROCESO DE CODIFICACIN MPEG2

10.7 DESCRIPCION DEL PROCESO DE DECODIFICACION MPEG2

11. COMO TRABAJA MPEG?12. APLICACIONES GENERALES

CONCLUSIONES

INTRODUCCIN

El presente trabajo es una revisin de qu es MPEG (Moving Picture Experts Group) y de losestndares que se usan hoy en da; lo podemos considerar de actualidad, ya que este formatoest en operacin para la codificacin de seales de video, adems que es un de lo msutilizados porque los videos que son compactados en este estndar son pequeos en tamao.Por eso es que en muchas personas hoy en da prefieren utilizar MPEG, debido a que lesahorra espacio en disco y en caso de que se quiera transmitir, debido a su tamao nos resultamucho ms rpida la transmisin.

La reproduccin de vdeo en un ordenador, pese a su aparente sencillez, constituye una de lastareas que ms recursos consume. De hecho, con los ordenadores actuales que podemosencontrar en el mercado, todava no es posible reproducir un vdeo con calidad VHS -ya depor s, bastante baja-, a pantalla completa.

Para que una sucesin de imgenes produzca el efecto ptico del movimiento, es necesarioque se sucedan a una determinada velocidad, que suele girar en torno a los 30 fps, es decir,30 imgenes o fotogramas por cada segundo. Si se reduce este valor, el vdeo se reproduce asaltos, disminuyendo la sensacin de continuidad. El problema es que el proceso de imgenesmediante una tarjeta grfica es una de las tareas que ms tiempo consume, de manera que,

para transmitir al monitor tal cantidad de imgenes por segundo, es necesario disponer de unprocesador y una tarjeta grfica muy potentes. o bien reducir la calidad de la imagen con laque estamos trabajando.

Puesto que lo primero todava no est al alcance de todos los usuarios, la mayor parte de losfabricantes han optado por la segunda opcin, es decir, han ideado sistemas de compresinque reducen sensiblemente la calidad y el tamao de la imagen.

El sistema de compresin de vdeo ms conocido es, sin duda, el formato AVI utilizado por elsistema operativo Windows. La calidad de la imagen es bastante aceptable en ordenadores nodemasiado potentes, pero slo en una pequea ventana y con un nmero reducido de colores.

Para superar estas limitaciones, un grupo de personas crearon el Grupo de Expertos enImgenes en Movimiento -Moving Pictures Experts Group-, ms conocido como MPEG.

Es muy importante el desarrollo de los algoritmos de compresin ya que permiten disminuir eltamao de un archivo con el fin de ser transportado o almacenado y al ocupar menos espacio,el transporte es mas rpido y dichos algoritmos son aplicados principalmente al audio y video,debido a que son los archivos que mas cantidad de bytes ocupan, de esta manera, lasimgenes obtenidas ocupan un menor espacio, sin perder demasiada calidad. El nicoinconveniente es que tambin se necesita un ordenador potente y una tarjeta especializadapara proceder a la descompresin.

OBJETIVOS

conocer la evolucin de los algoritmos de compresin de video y las investigaciones precedentes.


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Identificar las aplicaciones modernas mas importantes que utilizan la tecnologa de MPEG .

Analizar el mecanismo para comprimir y descomprimir informacin de video.

Aprender los conceptos mas importantes acerca de los algoritmos de compresin.

1. INTRODUCCIN A LA COMPRESIN DE VIDEO

La compresin de video surge de la necesidad de transmitir imgenes a travs de un canalque contenga un ancho de banda aceptable. A continuacin se examinarn cuales son los

mtodos ms utilizados que permiten obtener este resultado, y las diferentes normas que seutilizan hoy da.

Estos mtodos de compresin, recurren a los procedimientos generales de compresin dedatos, aprovechando adems la redundancia espacial de una imagen (reas uniformes), lacorrelacin entre puntos cercanos y la menor sensibilidad del ojo a los detalles finos de lasimgenes fijas (JPEG) y, para imgenes animadas (MPEG), se saca provecho tambin de laredundancia temporal entre imgenes sucesivas.

La Figura 1 muestra que cuando las imgenes individuales son comprimidas sin referencia alas dems, el eje del tiempo no entra en el proceso de compresin, esto por lo tanto sedenomina codificacin intra (intra=dentro) o codificacin espacial. A medida que la codificacin

espacial trata cada imagen independientemente, esta puede emplear ciertas tcnicas decompresin desarrolladas para las imgenes fijas. El estndar de compresin ISO(International Standards Organization) JPEG (Joint Photographic Experts Group), est en estacategora. Donde una sucesin de imgenes codificadas en JPEG tambin se usan para latelevisin, esto es llamado "JPEG en movimiento".

Figura 1. Codificacin intra o espacial, explora la redundancia dentro de la imagen

Se pueden obtener grandes factores de compresin teniendo en cuenta la redundancia entreimgenes sucesivas. Esto involucra al eje del tiempo, la Figura 2 muestra esto. Este procesose denomina codificacin inter (inter=entre) o codificacin temporal.

Figura 2. Codificacin inter o temporal, explora la redundancia entre imgenes

La codificacin temporal permite altos factores de compresin, pero con la desventaja de queuna imagen individual existe en trminos de la diferencia entre imgenes previas. Si unaimagen previa es quitada en la edicin, entonces los datos de diferencia pueden serinsuficientes para recrear la siguiente imagen. El estndar ISO MPEG (Motion PicturesExperts Group) utiliza esta tcnica.

1.1 CODIFICACIN INTRA O ESPACIAL


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Un anlisis de las imgenes de televisin revela que existe un alto contenido de frecuenciasespaciales debido al detalle en algunas reas de la imagen, generando una cantidad pequeade energa en tales frecuencias. A menudo las imgenes contienen considerables reas endonde existen pxeles con un mismo valor espacial. El promedio de brillo de la imagen secaracteriza por componentes de frecuencia de valor cero. Simplemente omitiendo loscomponentes de alta frecuencia de la imagen, esta se vuelve inaceptable debido a la prdidade definicin de la imagen.

Una disminucin en la codificacin se puede obtener, tomando como ventaja que la amplitudde los componentes espaciales disminuye con la frecuencia. Si el espectro de frecuenciaespacial es dividido en subbandas de frecuencia, las bandas de alta frecuencia se puedendescribir en pocos bits, no solamente porque sus amplitudes son pequeas sino porque puedeser tolerado ms ruido. La Transformada Discreta del Coseno se usa en MPEG paradeterminar el dominio de la frecuencia espacial en imgenes bidimensionales.

TRANSFORMADA DISCRETA DEL COSENO

En general, Los pxeles adyacentes dentro de una imagen tienden a estar altamentecorrelacionados. La transformada discreta del coseno (DCT) descompone la seal en

frecuencias espaciales subyacentes.Las transformadas DCT/IDCT se muestran en las ecuaciones 1 y 2.

ECUACIN 1. TRANSFORMADA DISCRETA DEL COSENO

ECUACION 2 TRANSFORMADA DISCRETA INVERSA DEL COSENO

1.2 CODIFICACIN INTER O TEMPORAL

La codificacin inter aprovecha la ventaja que existe cuando las imgenes sucesivas sonsimilares. En lugar de enviar la informacin de cada imagen por separado, el codificador interenva la diferencia existente entre la imagen previa y la actual en forma de codificacindiferencial. Las Figuras 3 y 4 muestran este principio. El codificador necesita de una imagen,la cual fue almacenada con anterioridad para luego ser comparada entre imgenes sucesivasy de forma similar se requiere de una imagen previamente almacenada para que eldecodificador desarrolle las imgenes siguientes.


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Figura 3. Sistema de codificacin inter, que usa un retraso para calcular la diferencia depixeles entre imgenes sucesivas

Los datos que se generan al hacer la diferencia entre dos imgenes, tambin se pueden tratarcomo una nueva imagen, la cual se debe someter al mismo tratamiento de transformadasutilizado en la compresin espacial.

Un sistema bsico de codificacin inter se muestra en la Figura 3. Desafortunadamente existela posibilidad de transmitir errores, si se utiliza una secuencia ilimitada de imgenes previstas.Por esto es mejor utilizar un nmero limitado de imgenes previstas para de este modo

garantizar una mejor transmisin de los datos. En MPEG peridicamente se enva una imagenla cual no ha sido tratada con algn mtodo de compresin con prdidas y que a su vez esidntica a la imagen original, refrescando los datos en la secuencia de transmisin.

La Figura 4 muestra el recorrido de una imagen original, llamada imagen I o intra, la cual esenviada entre imgenes que han sido creadas usando una diferencia entre imgenes, llamadaimgenes P o previstas. La imagen I requiere grandes cantidades de informacin, mientrasque las imgenes P requieren una cantidad menor. Esto ocasiona que el flujo de transmisinde datos sea variable hasta cuando llegan a la memoria intermedia, la cual genera a su salidauna transmisin de datos de forma constante. Tambin se puede observar que el preeditornecesita almacenar datos de menor proporcin puesto que su factor de compresin no cambiade una imagen a otra.

I=Imagen codificada intraD=Imagen codificada diferencialmente

Figura 4. Uso peridico de una imagen I

Una secuencia de imgenes que esta constituida por una imagen I y las siguientes imgenes

P hasta el comienzo de otra imagen I, se denomina grupo de imgenes GOP (Group Of


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Pictures). Para factores de compresin altos se utiliza un nmero grande de imgenes P,haciendo que las GOPs aumenten de tamao considerablemente; sin embargo un GOPgrande evita recuperar eficazmente una transmisin que ha llegado con errores.

En el caso de objetos en movimiento, puede que su apariencia no cambie mucho entreimgenes, pero la representacin de los bordes si cambia considerablemente. Esto es de granventaja si el efecto de movimiento se representa por la diferencia entre imgenes, generandouna reduccin en la codificacin de datos. Este es el objetivo de la compensacin demovimiento.

1.3 CODIFICACIN BIDIRECCIONAL

Cuando un objeto se mueve, este oculta lo que hay detrs de l, pero esto va cambiando amedida que se va moviendo, permitiendo observar el fondo. El revelado del fondo exigenuevos datos a ser transmitidos, ya que el rea del fondo haba sido ocultada anteriormente yla informacin no pudo ser obtenida desde una imagen previa.

Un problema similar ocurre si se hace una toma panormica con una cmara de video;aparecen nuevas reas al observador y nada se sabe acerca de ellas. MPEG ayuda aminimizar este problema utilizando codificacin bidireccional, la cual deja informacin para ser

tomada de imgenes anteriores y posteriores a la imagen observada. Si el fondo ya ha sidorevelado, y este ser presentado en una imagen posterior, la informacin puede ser movidahacia atrs en el tiempo, creando parte de la imagen con anticipacin.

La Figura 5 muestra en qu se basa la codificacin bidireccional. En el centro del diagrama unobjeto se mueve revelando su fondo, pero ste no se conoce hasta la siguiente imagen.Entonces se toman los datos de las imgenes anteriores y posteriores, o incluso se utiliza elpromedio de los datos, descubriendo de esta forma el fondo.

Figura 5. Concepto de la codificacin bidireccional


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La Figura 6 muestra una codificacin bidireccional. Primero se toma una imagen I y, con laayuda de una imagen P se pueden obtener imgenes B, las cuales son llamadas tambinimgenes bidireccionales.

Figura 6. Codificacin bidireccional

2. COMPRESIN DE VIDEO EN EL ESTNDAR MPEG

En el ao de 1990, la ISO, preocupada por la necesidad de almacenar y reproducir imgenesde video digitales y su sonido estereofnico correspondiente, cre un grupo de expertos quellam MPEG (Moving Pictures Expert Group) procedentes de aquellas reas implicadas en elproblema (telecomunicaciones, informtica, electrnica, radio difusin, etc).

El primer trabajo de este grupo se conoci como la norma ISO/IEC 11172, mucho msconocida como MPEG-1, en el ao 1992. La idea inicial era la de permitir el almacenamiento yreproduccin en soporte CD-ROM con un flujo de transmisin de datos del orden de 1,5Mbits/s, transportando tanto imagen como sonido.

El estndar MPEG adems de aprovechar la redundancia espacial intrnseca de una imagenfija utilizada en la codificacin JPEG, aprovecha la redundancia temporal que aparece en lacodificacin de imgenes animadas, permitiendo encontrar similitudes entre las imgenessucesivas de video.

Debido a que la calidad en la compresin de video en el estndar MPEG-1 era de baja calidady no serva para otras aplicaciones, se cre la norma ISO/IEC 13818, mucho ms conocida

con el nombre de MPEG-2. Esta norma permite un flujo de transmisin hasta el orden de los20 Mbits/s, transportando tanto imagen como sonido. Norma que se utilizara en la televisinde alta definicin.

En la actualidad, se est trabajando en una norma que ser llamada MPEG-4 y estencaminada a la transmisin de datos del orden de los 8 a 32 Mbits/s, norma que serutilizada en las aplicaciones de video conferencia o video telfono.

3. QUE ES MPEG?

MPEG se estableci en la Junta de Comit Tcnico de la ISO/IEC (International Organizationof Standarization / International Electrotechnical Commission) con el objetivo de crear

estndares de codificacin para la representacin de imgenes en movimiento, audioasociado y la combinacin de los dos, para ser guardados y recuperados en un medio dealmacenamiento digital con una tasa de transmisin mayor a 1.5 Mbit/seg.; este estndar sellam MPEG-1 y fue lanzado en 1992.

MPEG-2 fue lanzado en 1994, con el fin de proveer calidad no menor a los estndaresNTSC/PAL y mayor al CCIR 601, con tasas de transmisin entre los 2 y 10 Mbit/seg.

Aplicaciones como distribucin digital de TV por cable, servicios de bases de datos en red pormedio de ATM (Asynchronous Transfer Mode), reproductores digitales de video y distribucinde radiodifusin digital va satlite o terrestre se vieron beneficiadas del lanzamiento de esteestndar.

MPEG-4 tiene como objetivo el estandarizar algoritmos y aplicaciones para una flexiblecodificacin y representacin de datos audiovisuales, para afrontar los cambios de las futuras


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aplicaciones de multimedia. Particularmente debe tener una alta interaccin y funcionalidad,debe codificar datos naturales y artificiales; as como una gran eficiencia en la compresin. Lavelocidad de transmisin para MPEG-4 est entre lo 5-54 kbits/seg. para aplicaciones de videoredes telefnicas mviles o pblicas y arriba de 4 Mbit/seg. para aplicaciones de TV ypelculas.

Un modelo general, MPEG consta de:

Un algoritmo de compresin en donde se establece como se van a eliminar las redundanciasde la seal de video. Existen bsicamente dos tipos de algoritmo para realizar la compresinde imgenes los cuales son:

-Sin prdidas: Consiste en reducir el tamao de la imagen para no perder sus caractersticas ycalidad originales. La imagen codificada y la original deben de ser iguales antes que seempiece el proceso de decodificacin

-Con prdidas: Es en este tipo de compresin en el que se basa MPEG y sus derivaciones (1,2 y 4), el cual consiste en limitar o reducir la cantidad de bits, esto se debe a que la mayorade las aplicaciones en transmisin de video tienen un ancho de banda limitado o restringido.Es obvio que mientras ms pequea sea la cantidad de bits, se vuelve ms complicado elproceso de compresin de la seal.

Un modelo del Codificador del video, en el cual se deben de eliminar las redundancias de las

seales, tanto espaciales como frecuenciales, con tcnicas como interpolacin y correlacin,esto se realiza con tcnicas de interpolacin intertramas y de codificacin entre estasmanipulando los pxeles de las mismas, esto lo realiza a travs de DPCM/DCT (DifferencialPulse Code Modulation / Discrete Cosine Transform)

Submuestreo e Interpolacin: El principio del submuestreo es reducir el tamao de la imagen,tanto verticalmente como horizontalmente; y por consiguiente el de los pxeles que secodificarn. En el receptor, las imgenes son interpoladas antes de que se decodifiquen

Prediccin Compensada de Movimiento: Es un proceso muy til usado en MPEG para eliminarredundancias; se basa en la estimacin del movimiento entre dos tramas de video; estaspredicciones y el posible error son transmitidos al receptor.

Codificacin de Transformacin del Dominio: El propsito de la codificacin de transformacines de correlacionar el contenido de las inter o intra tramas de imagen de error y codificarloscoeficientes de transformacin en vez de los pxeles originales de las imgenes.

Segn los requerimientos de la aplicacin hay dos filosofas para la codificacin de vdeo : lacodificacin sin prdidas (lossless) que reduce la cantidad de datos manteniendo tras ladecodificacin la misma calidad de imagen que la seal original, y la codificacin lossy, cuyoobjetivo est centrado en la disminucin de la tasa binaria para el almacenamiento otransmisin de la informacin. sta ltima es la seguida por los estndares MPEG.

En muchas aplicaciones la informacin ha de ser comprimida para ser transmitida por unacanal con un ancho de banda limitado. En estas aplicaciones, la alta compresin se consigue

a cambio de una degradacin objetiva de la calidad de la seal tras su decodificacin. Elobjetivo ltimo de las tcnicas de codificacin lossyes optimizar la calidad de la imagen parauna tasa requerida fija, segn criterios objetivos o subjetivos. Hay que mencionar que el gradode degradacin de la imagen (tanto objetiva , como en lo concerniente a los artefactosapreciables en ella) depende de la complejidad de la escena en particular tanto como de lasofisticacin de la tcnica de compresin.

Las tcnicas de codificacin MPEG son de naturaleza estadstica. Las secuencias de vdeocontienen normalmente redundancia estadstica en las dimensiones espacial y temporal. Lapropiedad estadstica en la que se basa la compresin MPEG es la correlacin entre pxeles.Se asume que la magnitud de un pxel determinado puede ser predicho mediante pxelescercanos del mismo cuadro (correlacin espacial), o lospxelesde cuadros cercanos

(correlacin temporal). Intuitivamente se puede apreciar que en los cambios abruptos de


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escena, la correlacin entre cuadros adyacentes es pequea o casi nula, en ese caso esmejor usar tcnicas de compresin basadas en la correlacin espacial en el mismo cuadro.

Los algoritmos de compresin MPEG usan tcnicas de codificacin DCT (transformadadiscreta del coseno) sobre bloques de 8*8pxelespara explotar la correlacin espacial. Sinembargo, cuando la correlacin temporal es alta, en imgenes sucesivas de similar contenido,es preferible usar tcnicas de prediccin temporal (DPCM : codificacin por modulacindiferencial de pulsos). En la codificacin MPEG se usa una combinacin de ambas tcnicaspara conseguir una alta compresin de los datos.

Casi todas las tcnicas de codificacin de vdeo que veremos realizan submuestreo ycuantificacin de la seal. El concepto bsico de submuestreo es reducir la dimensin(espacial) de la imagen y, por tanto, el nmero depxelesque deben ser codificados. Enalgunos casos tambin se realiza un submuestreo en la dimensin temporal.

El proceso dual en recepcin es interpolar la imagen tras la decodificacin.

Esta tcnica hace uso de las caractersticas subjetivas de la visin humana, de forma queelimina la redundancia subjetiva contenida en la imagen.

El ojo humano es mucho ms sensible a los cambios en la iluminacin que en la cromaticidad.Lo que se hace en la codificacin MPEG es dividir la imagen en tres componentes (Y :luminancia, U ,V : crominancia), y aplicar diferente submuestreo a la crominancia. Por ejemplo,

en MPEG-2 se usan unas relaciones Y :U :V tpicas de 4 : 1 : 1, o 4 : 2 : 2 .3.1 CMO SE EXPLOTA LA CORRELACIN TEMPORAL ?

MPEG-1 y MPEG-2 utilizan la prediccin por compensacin de movimiento. El concepto decompensacin de movimiento se basa en estimar el movimiento entre cuadros sucesivos. Porejemplo, si todos los elementos en una escena son desplazados aproximadamente igual, elmovimiento entre sucesivos cuadros puede ser definido por un cierto nmero de parmetros(por ejemplo vectores de traslacin de lospxeles). La mejor prediccin del pxel actual vendrdada en este caso por la compensacin de movimiento respecto al cuadro anterior.Normalmente el error de prediccin junto con los vectores de movimiento, se transmiten alreceptor. Aprovechando la correlacin espacial, lo que se hace es agrupar bloquesdepxeles(16*16 en MPEG-1, y MPEG-2) y estimar un nico vector de movimiento para todoel bloque.

3.2 CMO SE EXPLOTA LA CORRELACIN ESPACIAL ?

El propsito de la codificacin mediante DCT es decorrelar el error intra- o intercuadro ycodificar los coeficientes de la DCT en vez de lospxelesoriginales de la imagen. Para ello laimagen de entrada se divide en bloques de N*Npxelesy se aplica la transformada a cadauno de ellos para obtener la matriz de coeficientes N*N correspondiente . En recepcin,lospxelespueden ser recuperados aplicando la transformada inversa.

De entre todas las posibles alternativas, un tamao de bloque de 8*8 ha sido el que ha dadoresultados ms satisfactorios en la codificacin de vdeo.

El mayor objetivo de este tipo de codificacin es hacer que la mayora de los coeficientes seantan pequeos que no necesiten ser codificados para la transmisin. Al mismo tiempo, esdeseable minimizar las dependencias estadsticas entre coeficientes. Los coeficientes convarianza menor son menos significativos para la reconstruccin del bloque que los coeficientescon mayor varianza. En la prctica se observa que, como media, slo es necesario transmitiruna pequea cantidad de coeficientes al receptor para obtener una reconstruccin aproximadade la imagen. Adems los coeficientes ms significativos son de valor pequeo.

As, mediante la combinacin de la prediccin por compensacin de movimiento y latransformada DCT, se obtiene una representacin compacta de la seal temporal DPCM en eldominio transformado. Esta combinacin es la clave de los estndares de codificacin MPEG.

4. EL ALGORITMO DE COMPRESIN MPEG


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En 1988 se crea el comit MPEG (formalmente conocido como ISO/IEC JTC1/SC29/WG11),siglas correspondientes a Moving Pictures Experts Group, con el fin de desarrollar una tcnicade codificacin de vdeo y su audio asociado capaz de reducir la tasa binaria al entorno de los1,5 Mbit/s. La calidad de la seal codificada debera ser lo suficientemente apropiada para suposible empleo en aplicaciones que integrasen vdeo, sonidos, imgenes, texto y grficos,tanto en computadores personales como en estaciones de trabajo profesionales.

Como consecuencia de ello surge el estndar ISO 11172 [4], mejor conocido como MPEG oMPEG-1. Este estndar describe la estructura de la trama y el mecanismo bsico dedescompresin, dejando plena libertad en el procedimiento de compresin y en la arquitectura

del codificador y decodificador, siempre que se atengan a la sintaxis establecida. Seidentifican dos partes bien delimitadas:

Multiplexacin

La trama puede contener informacin de diversos "media". Es por tanto necesario disponer deun procedimiento adecuado de multiplexacin de canales de datos, de informacin decontenidos y de sincronizacin entre ellos. La descripcin de estos mecanismos aparecedetallada en la primera parte del estndar, conocida como la trama de sistema.

Compresin

Otra zona de la trama est dedicada exclusivamente a la codificacin de las seales de vdeo

y audio (partes segunda y tercera del estndar respectivamente).En la figura 7 se muestra la estructura bsica de un decodificador MPEG. La informacinproveniente de un sistema de almacenamiento o compresin digital necesita atravesar undecodificador especfico del medio de transmisin empleado (sncrono o asncrono, continuo opor paquetes, etc.) para regenerar la trama ISO 11172 original. Seguidamente sta seranalizada por un decodificador de la trama de sistema, tras lo cual se podrn separar losdiferentes canales con contenidos comprimidos, as como la informacin de control ysincronizacin asociada. Por ltimo, los diferentes decodificadores especficos se encargarnde restaurar las seales originales de los diferentes "media". A continuacin se analizarnbrevemente cada una de las tres tramas bsicas del estndar MPEG (sistema, vdeo y audio)[5,6,7], as como su evolucin.

figura 7. Decodificador ISO 11172 caracterstico

4.1 Trama de sistema

Es la estructura bsica que transporta tanto la informacin relativa a la multiplexacin de losdiversos canales, como al contenido intrnseco de cada uno de ellos. Puede contenernumerosos canales de audio y vdeo, y tambin de datos genricos o de usuario. La trama de

sistemas presenta una primera estructura en bloques de datos denominados "packs". Cada


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"pack" contiene informacin genrica sobre sus contenidos, sobre la gestin de "buffers" en eldecodificador, as como marcas temporales para sincronizacin entre extremos. Adems,cada "pack" puede contener subestructuras denominadas "packets". Dentro de cada "packet"se encuentra informacin relativa exclusivamente a un determinado canal de informacin. Trasuna cabecera con informacin especfica sobre sincronizacin, se empaquetan los datoscomprimidos.

Trama de vdeo

El algoritmo de codificacin de vdeo desarrollado por MPEG cubre un amplio rango deaplicaciones, lo que confiere al estndar la caracterstica de genrico. Asimismo es asimtricopuesto que la mayor carga de procesamiento recae en el codificador, simplificandoconsiderablemente la complejidad del decodificador. El algoritmo alcanza una alta tasa decompresin a costa de unas prdidas de calidad aceptables basndose en dos tcnicas decodificacin:

La primera tcnica radica en la reduccin de la redundancia temporal.

En primer lugar se definen tres tipos de cuadros de imagen: Intra (I), Predictivos (P) yBidireccionales o interpolados (B). Los cuadros I son codificados sin referencia temporalalguna a cuadros anteriores o posteriores, lo que supone una compresin menos eficienteaunque les confiere la idoneidad de ser puntos de acceso en bsquedas aleatorias. Loscuadros P son codificados ms eficientemente empleando prediccin por compensacin de

movimiento sobre un cuadro I o P anterior, pudiendo ser a su vez referencia para futuroscuadros P (predicciones causales). Los cuadros B ostentan la mayor tasa de compresin.Emplean compensacin de movimiento sobre cuadros I o P, tanto pasados como futuros(prediccin bidireccional o interpolacin, no causal), no pudiendo ser empleados comoreferencia. Estas compensaciones de movimiento se realizan sobre pequeas zonas deimagen de 16316 pxeles (macro bloques), buscando dicho patrn en cuadros referenciaanteriores o posteriores y proporcionando finalmente los vectores del movimiento detectado.Una secuencia de imgenes conteniendo un nico cuadro I en su origen (IBBPBBP...BBI...) sedenomina grupo de cuadros (GOP), el cual puede ser visualizado de forma independiente yaleatoria.

El segundo procedimiento es la reduccin de la redundancia espacial.

Despus del primer proceso, la imagen diferencia entre la entrante y la precedida escodificada empleando la tcnica de la transformada discreta del coseno (DCT) a nivel debloque. Este algoritmo permite la transformacin de reas de imagen en representacionesbidimensionales de energa frente a frecuencia. A continuacin se aplica un proceso decuantificacin, con prdidas de informacin controladas por el nivel de llenado del "buffer" desalida de datos codificados, y aplicado en menor medida a las zonas de baja frecuencia, enlas que el ojo es ms sensible. Los coeficientes resultantes son transformados en otrosrecurriendo a tablas en las que los eventos ms probables son codificados con un menornmero de bits, lo que incrementa la eficiencia del proceso (codificacin entrpica).

En la figura 8 aparece detallado el encadenamiento de los procesos anteriormente descritos

para configurar un codificador y decodificador MPEG.


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figura 8. Modelo de sistemas de codificacin de vdeo MPEG

En el codificador, la primera operacin a realizar es la provisin de imgenes de vdeo con laresolucin deseada, y muestreadas por separado las componentes de luminancia (Y) ycrominancia (C). A continuacin la secuencia de imgenes sufre un reordenamiento parapermitir la codificacin previa de las referencias futuras (I o P) de los cuadros B:

I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10B11B12.... => I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9P13B11....

El proceso siguiente es la estimacin de movimiento, el cual genera un conjunto de vectores yuna imagen estimada. La diferencia entre el cuadro original y el estimado, en definitiva el errorde estimacin, es transformada mediante la DCT y posteriormente cuantificada (Q). Por ltimosufre un proceso de codificacin entrpica (VLC, Variable Length Coding) antes de pasar al"buffer" de salida. La diferencia entre el nivel de llenado y el de vaciado de este "buffer" actacomo regulador del tamao del escaln de cuantificacin y, por tanto, sobre el factor decompresin y la calidad final. La imagen comprimida resultante es reconstruida mediante losprocesos inversos (Q-1 y DCT-1), previo a su almacenamiento interno para referenciasfuturas.

En el decodificador el procedimiento es el inverso al anterior, con la pequea diferencia que

representa el decodificador de longitud variable (VLD). La complejidad del sistema dedecodificacin es muy inferior al recproco, fundamento de los codificadores asimtricos.

La tasa caracterstica de vdeo codificado, en torno a 1,2 Mbit/s, proporciona una calidad deimagen por lo general anloga al sistema de vdeo VHS.

El estndar MPEG se divide en tres partes: audio, vdeo y sistemas, siendo este ltimo elencargado de coordinar los dos anteriores cuando se reproducen conjuntamente. Utilizamecanismos muy parecidos a la compresin grfica, pero se necesita un equipo bastantepotente para proceder a la compresin.

El algoritmo de compresin MPEG bsicamente es el siguiente :


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1.Se reduce la resolucin al binomio 352x240. Posteriormente, se convierte la informacin delcolor del sistema RGB al sistema YUV, que divide el color en valores luminescentes ycromticos.

2 Se descartan las 3/4 partes de los valores cromticos, ya que el ojo humano no es capaz dedistinguir estos cambios.

3 Se utiliza una funcin de transformacin que traduce cada bloque de 8x8 pixels en unconjunto de nmeros que describen el nivel de detalle de la imagen.

4 Los nmeros obtenidos se dividen por una constante y se redondean. Esto reduce el nmero

de valores semejantes.5 Este es el paso ms importante de todos los mencionados: las cadenas de valores repetidosse sustituyen por una nica cadena, y el nmero de veces que se repite.

Los valores restantes se comprimen mediante el cdigo Huffman.

6. Compresin entre cuadros: si un bloque de pixels es idntico al de una imagen anterior, sesustituye por un puntero. Esta operacin se realiza con cuadros futuros, mediante complejastcnicas de previsin de datos.

5. TIPOS DE IMAGEN MPEG

MPEG define tres tipos de imgenes que se encadenan segn el esquema de la Figura 9. Loscuales son el soporte de la codificacin diferencial y bidireccional, minimizando la propagacinde errores.

Figura 9. Encadenamiento de los 3 tipos de imgenes MPEG

5.1. Las imgenes I (intra)

Son imgenes que no requieren informacin adicional para su decodificacin. Son codificadassin ninguna referencia a otras imgenes, como en JPEG, es decir, que contiene todos loselementos necesarios para su reconstruccin por el decodificador y son, por ello, el punto de

entrada obligatorio para el acceso a una secuencia.La tasa de compresin de imgenes I es relativamente pequea, comparable con la de JPEGcon prdidas. Ellas consisten ante todo de los coeficientes transformados y no contienenvectores de movimiento.

5.2. Las imgenes P (previstas)

Se codifican con respecto a las imgenes de tipo I o P anteriores, gracias a las tcnicas deprediccin con compensacin de movimiento. Como la compensacin de movimiento no esperfecta, no se podr multiplicar indefinidamente el nmero de imgenes I, ya que, como seutilizan para decodificar otras imgenes P o B, se propagan amplificando cualquier error decodificacin.


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Su tasa de compresin es claramente mayor que la de las imgenes I. Las imagines Prequieren aproximadamente la mitad de los datos de las imgenes I.

5.3 Las imgenes B (Bidireccionales)

Se codifican por interpolacin entre dos imgenes de tipo I o P precedentes y siguiente quelas enmarcan. Como no se utilizan para describir otras imgenes, las imgenes B no propaganlos posibles errores de codificacin.

Este tipo de imgenes es el que ofrece el factor de compresin ms alto, que generalmente esde una cuarta parte de los datos de las imgenes I.

Dependiendo de la complejidad del codificador utilizado, se podrn codificar solo las imgenesI, las imgenes I y P o las imgenes I, P y B; sin duda, con resultados absolutamentediferentes a nivel del factor de compresin y en cuanto a las posibilidades de acceso aleatorio,as como del tiempo de codificacin y de la calidad percibida.

Los dos parmetros M y N definen la manera en que las imgenes I, P y B se encadenan:

M es la distancia (en nmero de imgenes) entre dos imgenes P (previstas) sucesivas.

N es la distancia entre dos imgenes I (intra) sucesivas.

Para alcanzar un flujo de video de 1.15 Mbits/s con una calidad satisfactoria, al tiempo que semantiene una resolucin de acceso aleatorio aceptable (< 0.5 segundos), los parmetroscomnmente utilizados son M=3 y N= 12 como se muestra en la Figura 10.

Figura 10. Ejemplo de grupo de imgenes, para M=3, N=12

En este caso, una secuencia de video se compone de 1/12 (8.33%) de imgenes I, 1/4 (25%)de imgenes P y de 2/3 (66.66%) de imgenes B. El factor de compresin global se vefavorecida por el hecho de que son las imgenes ms frecuentes las que tienen un factor decompresin mas alto.

En la visualizacin, tras la codificacin y decodificacin, es evidente que las imgenes de lasecuencia de video deben ser reproducidas en el mismo orden en que se captaron.

Con los parmetros definidos anteriormente (M=3, N=12), el modo de codificacin deimgenes sucesivas se traduce por la correspondencia nmero tipo de imagen siguiente:

1(I) 2(B) 3(B) 4(P) 5(B) 6(B) 7(P) 8(B) 9(B) 10(P) 11(B) 12(B) 13(I) 14(B) 15(B) 16(P).....

Sin embargo, para codificar o decodificar una imagen B (Bidireccional), el codificador y eldecodificador necesitarn la imagen I o P que la precede y la imagen P o I que la sigue. Elorden de las imgenes ser, por tanto, modificado antes de la codificacin, de forma que elcodificador y el decodificador dispongan, antes que las imgenes B, de las imgenes I y/o Pnecesarias para su tratamiento, o sea (Ver Figura 11):

1(I) 4(P) 2(B) 3(B) 7(P) 5(B) 6(B) 10(P) 8(B) 9(B) 13(I) 11(B) 12(B) 16(P) 14(B) 15(B).......


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Figura 11. Comparacin de las imgenes antes y despus de la compresin, mostrandoun cambio de secuencia

El aumento del factor de compresin facilitado por las imgenes B se paga, pues, con untiempo de codificacin/decodificacin ms largo (duracin de dos imgenes) y un aumento enel tamao de la memoria necesaria tanto en el codificador como en el decodificador (hay quealmacenar una imagen suplementaria).

La Figura 12 muestra una curva de calidad constante donde la rata de bits cambia con eltiempo de codificacin. A la izquierda, solamente se utilizan imgenes I o codificacinespacial, mientras que a la derecha solo se utilizan imgenes sucesivas IBBP. Esto significaque hay una codificacin bidireccional de imgenes entre imgenes de codificacin espacial (I)

e imgenes previstas (P).

Figura 12. Curva de calidad constante

5.4 DESCOMPOSICION EN CAPAS DE UNA SECUENCIA DE VIDEO MPEG

Una secuencia de video MPEG es bsicamente la salida del material en bruto de uncodificador y contiene no mas que lo necesario para que un decodificador restablezca laimagen original. La sintaxis de la seal comprimida es definida de manera rigurosa por MPEG,as se asegura que el decodificador cumpla con esta.

La Figura 13 muestra la construccin de una secuencia de video MPEG constituida por capasbien definidas.


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Figura 13. Estructura de una secuencia de video MPEG

5.4.1. Bloque (Block)

Es la unidad fundamental de la informacin de la imagen y esta representada por un bloque decoeficientes DCT, que tienen un tamao de 8x8 pixeles, los cuales representan datos Y, Cr o

Cb.

Aqu el coeficiente DC es enviado primero ya que este representa con mayor precisin lainformacin de este bloque. Los dems coeficientes son enviados al final de este.

5.4.2. Macrobloque (Macroblock)

Es la unidad fundamental de la imagen que adems est compensada en movimiento. Cadamacrobloque es un vector de desplazamiento en dos dimensiones situado en la parte superiorde la secuencia. En una imagen B, el vector puede ser hacia adelante o hacia atrs.

La compensacin de movimiento puede ser en modo de cuadro o en modo de campo, el cuales indicado. La escala utilizada para la recuantificacin de los coeficientes tambin es

indicada. Usando los vectores, el decodificador obtiene informacin acerca de las imgenesanteriores y las posteriores, produciendo as una prediccin de imgenes. Los bloques sontransformados inversamente para producir una imagen de rectificacin que es adicionada a laimagen prevista que ha sido producida a la salida del decodificador.

En un formato de codificacin 4:2:0, cada macrobloque tendr 4 bloques Y, y dos bloques decolor diferente. Para hacer posible la identificacin de cada bloque y sus componentes, estosse envan en un orden especifico. Cada macrobloque tiene un tamao de 16 x16 pixeles.

5.4.3. Rebanada (Slice)

Los macrobloques son reunidos en rebanadas, y aquellas siempre deben representar una filahorizontal que est ordenada de izquierda a derecha.


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En MPEG, las rebanadas pueden comenzar en cualquier sentido y ser de tamao arbitrario,pero las ATSC (Advance Television Systems Committee) establecen que ellas debencomenzar en el borde izquierdo de la imagen. Las rebanadas son la unidad fundamental desincronizacin para la codificacin de la longitud variable y diferencial, los vectores iniciales enuna rebanada son enviados completamente, mientras que los dems vectores sontransmitidos diferencialmente.

En imgenes I, los primeros coeficientes DC de las rebanadas son enviados completamente ylos dems coeficientes DC son transmitidos en forma diferencial. En imgenes de diferencia,esta tcnica no se utiliza.

5.4.4. Imagen (Picture) de tipo I, P o B

Cuando un nmero de rebanas se combinan, construyen una imagen, la cual es la parte activade un campo o un cuadro.

La imagen de soporte inicial define qu imgenes I, P o B codifica e incluye una referenciatemporal para que la imagen pueda ser representada en el momento adecuado. En el caso detomas panormicas e inclinaciones, los vectores en cada macrobloque sern los mismos. Unvector global puede ser enviado para toda la imagen, y luego se pueden enviar vectoresindividuales que lleguen a crear la diferencia en el vector global.

5.4.5. Grupo de imgenes (Group Of Pictures o GOP)

Las imgenes pueden ser combinadas para producir un GOP (grupo de imgenes) quecomienza con una imagen I. El GOP es la unidad fundamental de codificacin temporal. En elestndar MPEG, el uso de GOP es opcional, pero esta en la prctica es necesaria. Entreimgenes I, un nmero variable de imgenes P y/o B pueden ser colocadas como ya se hadescrito. Un GOP puede ser abierto o cerrado. En un GOP cerrado, las ultimas imgenes Brequieren de una imagen I para el siguiente GOP por decodificar y la secuencia de bits puedeser cortada al final de la GOP.

5.4.6. Secuencia

Cuando algunas GOP son combinadas se produce una secuencia de video con un cdigo deinicio, seguido por un encabezamiento, y luego termina con un cdigo final. Cdigos de

soporte adicional pueden ser situados al inicio de la secuencia. La secuencia de soporteespecifica el tamao horizontal y vertical de la imagen, norma de barrido, la rata de imgenes,si se usa un barrido progresivo o entrelazado, el perfil, nivel, velocidad de transferencia debits, y cuales matrices de cuantificacin se usan para codificar imgenes espaciales ytemporales.

Sin la secuencia de soporte de datos, un decodificador no puede comprender el flujo de bits ypor lo tanto no puede comenzar la operacin de decodificacin correcta. Esto ocurregeneralmente cuando un televidente est cambiando canales de un lugar a otro en sutelevisor.

6.MPEG-1

Ahora hablaremos un poco ms a fondo del estndar MPEG-1, el cual cubre muchasaplicaciones que van desde sistemas interactivos en CD-ROM, hasta la entrega de videos enuna red. El soporte de un gran nmero de aplicaciones y una gran diversidad de parmetrosde entradas, tales como el tamao de la imagen o la cantidad de bits puede ser especificadopor el usuario. MPEG recomienda un conjunto de parmetros que son: que las fuentes devideo deben aceptar al menos parmetros mayores a los de TV, incluyendo un mnimo de 720pixels por lnea, 576 lneas por imagen, 30 tramas por segundo y una velocidad mnima de1.86 Mbits/seg.

Su algoritmo ha sido diseado en base a las actividades JPEG y el estndar CCITT H:261(Internatonal Telephone Consultive Committee). Sin embargo MPEG-1 fue primordialmente


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diseado para aplicaciones multimedia de CD-ROM que requieren una funcionalidadsoportada por encoders y decoders.

Una funcin importante de MPEG-1 es el reabastecimiento condicional, el cual indica que elalgoritmo de codificacin tiene la posibilidad de actualizar la informacin de los macrobloquesen el decodificador, slo si es necesario, esto es, si la informacin del macrobloque hacambiado en comparacin al contenido del mismo macrobloque de la imagen anterior, hay tresformas de llevar a cabo el reabastecimiento condicional:

Salteamiento de macrobloques

Inter macrobloquesIntra macrobloques

Una posibilidad que tienen los algoritmos de MPEG-1 es la de ajustar la tasa de bits porsegundo, esto se obtiene al variar el tamao de los pasos de cuantizacin; pero el algoritmopara el control de esta tasa no es parte del estndar de MPEG-1 y queda a juicio de losimplementadores estrategias eficientes para lograr este control. Es adems importanterecalcar que la eficiencia del algoritmo de control de la tasa depende en gran forma la calidadde la imagen reconstruida.

7. LA TCNICA DE COMPRESIN MPEG-1.

El primer cuadro de una secuencia de vdeo se codifica de modo intracuadro, sin ningunareferencia respecto a anteriores o futuros cuadros. Es lo que se llama I-picture.Los siguientescuadros se codifican usando prediccin intercuadro (P-picture). La prediccin se basa en losdatos del cuadro codificado inmediatamente anterior, ya sea I-pictureo P-picture.

Cada cuadro es dividido en macrobloques no solapados, y cada macrobloque contienebloques de datos de luminancia y crominancia (cuatro bloques de luminancia, Y1, Y2, Y3, Y4,y dos de crominancia, U y V), cada uno de tamao 8*8 pixels.

En el codificador se aplica la DCT a cada uno de los bloques de crominancia y luminancia. Seobtienen a la salida los bloques de 64 coeficientes DCT, que son cuantificados uniformemente.El escaln de cuantificacin empleado es transmitido al receptor.

Despus de la cuantificacin, el coeficiente DCT ms pequeo (coeficiente DC) se procesa deforma diferente a los restantes (coeficientes AC).

El coeficiente DC representa la intensidad media del bloque en cuestin y se codifica usandouna tcnica de prediccin diferencial (debido a la fuerte correlacin entre coeficientes DC debloques adyacentes, se codifica la diferencia entre el del bloque anterior y el actual).

El resto de coeficientes son barridos en zig-zag y codificados segn un cdigo VLC (variablelenght code). Esta tcnica transforma la imagen en dos dimensiones en una ristra de bits deuna dimensin. En el barrido se detectan los valores de los coeficientes AC no nulos, as comola distancia que separa a dos consecutivos. Este par de valores se codifica con una solapalabra cdigo (VLC).

En el decodificador se realizan las operaciones inversas. Se extraen y decodifican las palabrascdigo, para obtener as la localizacin y el valor cuantificado de los coeficientes DCT no nulosde cada bloque. Tras la reconstruccin y la aplicacin de la transformada inversa, se obtienenlos valores de los pixels de ese bloque. Realizando la operacin sucesivamente con todos losbloques, se obtiene la reconstruccin de la imagen.

Para la codificacin de las P-pictures, el cuadro anterior es almacenado (FS, frame store)tanto en el codificador como en el decodificador. La tcnica de compensacin de movimientose aplica sobre macrobloques, obteniendo los vectores de movimiento que son codificados ytransmitidos al receptor.

El error de prediccin se calcula para cadapixelde los contenidos en el macrobloque. Secalcula posteriormente la DCT de los bloques 8*8 que conforman el macrobloque, se


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cuantifican los coeficientes obtenidos y se codifican segn un cdigo VLC. En ste proceso esnecesario el uso de una buffer para asegurar una determinada tasa binaria.

El decodificador realiza el proceso inverso. Tras decodificar las palabras cdigo, sereconstruyen los valores del error de prediccin. Los pixels compensados en movimiento delcuadro anterior, almacenados en el FS, se aaden al error de prediccin para obtener elmacrobloque del cuadro actual.

figura 14 codificador y decodificador para MPEG1

La caracterstica de relleno condicional consiste en la posibilidad de transmitir o no al receptorcierta informacin acerca de los macrobloques, segn las necesidades. Existen tres tiposdistintos de codificacin de los macrobloques (MB) :

- Skipped MB: no se transmite ni codifica informacin acerca del MB.- Inter MB: usa prediccin por compensacin de movimiento. Se transmite al receptor el tipo,direccin, vector de movimiento, coeficientes DCT, y escaln de cuantificacin delmacrobloque.

- Intra MB: slo usa prediccin basada en el propio cuadro. No transmite, por tanto, vector demovimiento.

Una caracterstica importante de los algoritmos MPEG-1 es la flexibilidad en la tasa binaria,que puede variarse ajustando el escaln de cuantificacin (en la cuantificain de loscoeficientes DCT) segn las exigencias de cada aplicacin en particular. Esto permite elalmacenamiento o transmisin de vdeo con alto nivel de compresin. Adems, el

decodificador puede variar el escaln en cada macrobloque adaptndose a las necesidadesde cada imagen.

Para el acceso a seales de vdeo almacenadas, MPEG-1 desarrolla funcionalidades comoFF, FR, o el acceso aleatorio. Para ello introduce el concepto de B-pictures.

Las I-picturesson codificadas sin referencia a otros cuadros. Permiten de este modo introducirpuntos de acceso que faciliten las funcionalidades mencionadas antes. Sin embargo, alcanzanun bajo grado de compresin.

Las P-picturesno permiten estos puntos de acceso.


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Las B- pictures(prediccin/interpolacin bidireccional) requieren anteriores y futuros cuadrospara la codificacin. Para conseguir mayor compresin se utiliza compensacin de movimientocon el cuadro anterior y posterior (de tipo I o P).

Como norma general, una secuencia codificada usando slo I-pictures(IIII...) consigue elmayor grado de accesibilidad pero la compresin ms baja. Si se codifica combinando I-y P-

pictures(IPPPPPIPPPP...) se consigue una solucin de compromiso entre ambos aspectos, ysi se usa la combinacin de las tres (IBBPBBPBBI...) se consigue un alto grado de compresiny una razonable accesibilidad, aunque se aumenta el retardo de codificacin, lo que lo haceinviable para aplicaciones de videotelefona o videoconferencia.

8. MPEG-2

Uno de los factores que asegur el xito mundial de MPEG-1 fue su estructura genrica, lacual soporta una gran variedad de aplicaciones, adems de parmetros especficos de estas.Pero como todo evoluciona y est en mejora contina en 1991 se inicia la estandarizacinMPEG-2 la cual se mencion brevemente al inicio del presente documento pero aqu seabundar ms sobre este estndar, el cual fue lanzado en 1994. Fue desarrollado en conjuntocon un grupo de expertos en codificacin de video en ATM el ITU-T SG 15, de hecho MPEG-2es idntico a la recomendacin ITU-T H.262.

Bsicamente MPEG-2 puede ser visto como un gran conjunto de MPEG-1, que como resultaobvio, cada decodificador del primero puede decodificar una imagen del primero. Se le

agregaron nuevas cualidades para lograr un buen nivel de funcionalidad y cualidad; ademsde que agregaron nuevos mtodos de prediccin para la codificacin de video entrelazado. Seadicionaron extensiones de codificacin para escalar video, para proveer ms funcionalidad,como es el caso de la codificacin de TV digital y HDTV (High Definition Television).

MPEG-2 introduce los conceptos de Profile y Level. El primero define la adicin de variosconjuntos de algoritmos como un super conjunto de algoritmos en el Profile de abajo. El levelindica el nmero de parmetros que se puede soportar para la implementacin.

9. EL ESTNDAR MPEG-2.

SIMPLE: incluye las funcionalidades del perfil MAIN, pero no soporta modos de prediccinpara las B-pictures. YUV : 4 : 2 : 0.

MAIN: la caracterstica ms importante son los modos de codificacin no escalados, tantopara secuencias continuas como entrelazadas. Es una adaptacin del MPEG-1 para permitir elentrelazado pero sin perder ninguna de las anteriores funcionalidades. Permite prediccin enlasB-picturesy puntos de acceso. YUV : 4 :2 :0.

En secuencias con entrelazado, la entrada al codificador consiste en una serie de campospares e impares. Los dos campos de un cuadro deben ser codificados de forma separada. Enese caso, cada campo se divide en macrobloques no solapados y se le aplica la transformada.

Otra alternativa es codificar los dos campos como un cuadro, de forma similar a una secuenciacontinua. Para ello se mezclan las lneas pares y las impares formando el cuadro a codificar.

Para codificar cuadros y campos se desarrollaron nuevos mtodos de prediccin porcompensacin en movimiento. En la prediccin de un campo se usan uno o ms camposanteriores. La eleccin del campo usado como referencia se transmite al receptor. Laprediccin de un cuadro se realiza en base a uno o ms cuadros anteriores.

SNR scalable: este perfil soporta las funcionalidades del perfil MAIN, pero aadiendo unalgoritmo para codificacin escalable SNR. YUV :4 :2 :0.

Los modos de codificacin escalable que se aaden a partir de este perfil, permiteninteroperabilidad entre varios servicios y flexibilidad en los receptores, de forma que aquellosque no sean capaces o no deseen la reconstruccin de la seal a la resolucin completa enque fue codificada, puedan decodificar a una resolucin temporal o espacial menor, o con

menos calidad. Este aspecto es importante en la compatibilidad entre HDTV y la definicin


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estndar de TV, de modo que un receptor HDTV pueda interpretar tambin la sealconvencional.

La codificacin escalable SNR se desarroll para permitir una cierta degradacin entransmisiones prioritarias. Si el nivel base puede ser protegido frente a errores en el canal,decodificando nicamente este nivel puede obtenerse una versin del vdeo original. Tanto elnivel bsico como el superior codifican la seal a la misma resolucin espacial. En el nivelbsico los coeficientes DCT son cuantificados a grosso modo, consiguiendo una calidadmoderada pero una baja tasa binaria. En el nivel superior se codifica la diferencia entre loscoeficientes no cuantificados y los cuantificados en el nivel bsico con un escaln mucho ms

fino.SPATIAL Scalable: este nivel aade al anterior la escalabilidad espacial. YUV :4 :0 :0.

Este algoritmo soporta displayscon diferente resolucin en el receptor, consiguiendo menorresolucin espacial si se decodifica solo el nivel base de la informacin recibida. Estafuncionalidad es til para la compatibilidad HDTV/TV, permitiendo una migracin de serviciosde TV digital a servicios de mayor resolucin espacial.

* HIGH: este perfil aade la representacin 4 :2 :2 y la posibilidad de codificacin en tresniveles, incluyendo los modos escalables SNR y espacial.

Otros modos desarrollados por MPEG-2, fueron la escalabilidad temporal y la particin de

datos9.1 CDIGOS DE EXTENSIONES NO ESCALABLES PARA MPEG-2

MPEG-2 se basa en DPCM/DCT al igual que MPEG-1, incluyendo una estructura demacrobloques, compensacin por movimiento y modos de codificacin para reabastecimientocondicional de macrobloques.

MPEG-2 introduce los conceptos de trama de imagen, campo de imagen junto con sus formasde acomodar la codificacin de video progresivo y entrelazado, que son prediccin de trama ycampo.

En las predicciones de campo , estas son hechas independientemente para cada campo

usando datos de uno o ms campos decodificados previamente.La prediccin de trama, crea una prediccin para una trama de imgenes, basada en tramaspreviamente decodificadas. Ya sea en un campo o una trama de imgenes las prediccionespueden ser usadas y el modo de prediccin preferido puede ser seleccionado de unmacrobloque o una base de macrobloques.

MPEG-2 ha introducido compensacin por movimiento para hacer ms eficiente la exploracinde redundancias temporales entre campos.

MPEG-2 cuenta con formatos de radio de submuestreo de luminancia y crominancia, paraaplicaciones con altos requerimientos de calidad de video.

9.2 CDIGOS DE EXTENSIONES ESCALABLES PARA MPEG-2

Las aplicaciones escalables de MPEG-2, soportan aplicaciones por arriba de los que se hanestablecido en el cdigo del algoritmo del Profile principal. Esto provee la interoperabilidadentre diferentes servicios y la de soportar receptores con diferentes capacidades dedesplegado. Otro propsito es proveer video en capas que pueda ser prioritizado para sutransmisin.

10 COMPRESIN DE VIDEO EN EL ESTNDAR MPEG-2(APLICACIONES BROADCAST)

MPEG-2 puede describirse como una " caja de herramientas" de compresin ms complejaque MPEG-1, por lo tanto, tambin puede ser considerada como una unidad superior: en


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efecto, toma todas las herramientas anteriores y le aade otras. Adems, la norma prev lacompatibilidad ascendente, lo que significa que un decodificador MPEG-2 deber decodificartrenes binarios elementales de la norma MPEG-1.

10.1 PERFILES Y NIVELES MPEG-2

MPEG-2 se puede utilizar en un vasto rango de aplicaciones, requiriendo diferentes grados decomplejidad y desempeo.

Para un propsito practico el estndar MPEG-2 es dividido en perfiles y cada perfil essubdividido en niveles (Ver la Figura 15). Un perfil es bsicamente el grado de complejidadesperada en la codificacin, mientras que un nivel describe el tamao de la imagen, laresolucin de esta o la velocidad de transferencia de bits usada en ese perfil. En principio, hay24 combinaciones posibles, pero no todas estn definidas. Un codificador MPEG cuandoentrega un perfil y un nivel determinado, debe adems ser capaz de decodificarlo a perfiles yniveles inferiores.

Figura 15. Niveles y perfiles de MPEG-2

Un perfil simple no soporta una codificacin bidireccional y de este modo solo generaimgenes I y P. Esto reduce la tasa de compresin simplificando el codificador y eldecodificador; permitiendo un sencillo hardware. Un perfil simple solamente est definido en elnivel main (principal) como (SP@ML). El perfil main (principal) corresponde actualmente almejor compromiso entre calidad/tasa de compresin, utilizando los tres tipos de imgenes (I, Py B), a costa de un codificador y decodificador, ms complejos.

Los perfiles escalables (cdigo jerrquico) estn previstos para operaciones posteriores ypermitirn transmitir una imagen bsica (base layer) en trminos de resolucin espacial(spatially scalable profile) o de cuantificacin (SNR scalable profile), as como informacinsuplementaria independiente (enhanced layer) que permite mejorar sus caractersticas, porejemplo para transmitir la misma emisin en definicin estndar y HD (High Definition), opermitir una recepcin con calidad aceptable en caso de recepcin difcil y de calidad ptimaen buenas condiciones (por ejemplo, para la televisin digital terrestre).

La Figura 16 muestra un codificador MPEG convencional, con coeficientes de cuantificacinde elevado peso; que al codificar una imagen la genera con una moderada razn seal a

ruido. Despus esta imagen al ser decodificada y sustrada de la imagen original pixel a pixel


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da como resultado una imagen de "ruido de cuantificacin". Esta imagen puede sercomprimida y transmitida como una imagen de ayuda. Un simple decodificador solo decodificala imagen principal, con un flujo de bit con ruido de cuantificacin, pero un decodificador mscomplejo puede decodificar ambas imgenes con diferentes flujos de bits y combinarlos paraproducir una imagen con bajo ruido. Este es el principio del perfil SNR escalable.

Figura 16. Codificacin escalable SNR

Como otra alternativa, la Figura.17 muestra que por solo codificar las frecuencias espacialesbajas en imgenes HDTV, parte del flujo de bits puede ser reconstruido por un receptor concodificador para SDTV (Standard Definition TeleVision). Si una imagen de baja definicin eslocalmente decodificada y sustrada de la imagen original, se produce entonces una imagende "realce de definicin", esta imagen puede ser codificada en una seal de ayuda. Un

decodificador de forma conveniente podra combinar las seales principales y de ayuda pararecrear la imagen HDTV. Este es el principio del perfil de escalabilidad espacial.

Figura 17. Codificador espacial escalable

El perfil high (alto) soporta tanto el SNR y la escalabilidad espacial como tambin la opcin demuestreado 4:2:2.

El perfil 4:2:2 se ha desarrollado para proveer compatibilidad con los equipos de produccindigital de televisin existentes. Este perfil admite trabajar con 4:2:2 sin requerir unacomplejidad adicional si se usa en el perfil high. Por ejemplo, un decodificador HP@ML debesoportar escalabilidad SNR que no es requerida en la produccin de televisin digital. El perfil4:2:2 tiene la misma libertad de escoger su estructura de GOP como en otros perfiles, pero enla prctica este usa comnmente GOPs cortos de edicin sencilla. La operacin 4:2:2 requiereuna mayor velocidad en la transmisin del bit que una operacin 4:2:0, y el uso de pequeos

GOPs requiere tambin de mayores velocidades de transferencia de bits para proporcionarcalidad en sus imgenes.

El nivel low (bajo) corresponde a la resolucin SIF utilizada en el MPEG-1.

El nivel main (principal) corresponde a la resolucin 4:2:0 "normal" (de hasta 720 pixeles x 576lneas).

El nivel high-1440 (alto-1440) est destinado a la HDTV (de hasta 1440 pxeles x 1152 lneas).

El nivel high (alto) est optimizado para la HDTV (de hasta 1920 pxeles x 1152 lneas).

Segn el compromiso de calidad/flujo de bits perseguido y la naturaleza de las imgenes, el

flujo de bits estar comprendido entre los 4 Mbits/s (calidad equivalente a la de una imagen


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codificada en PAL o SECAM) y los 9 Mbits/s (calidad prxima a la de una imagen de estudioCC1R-601).

Todo el proceso de codificacin de las imgenes animadas descrito en el captulo anteriorpara MPEG-1 se aplica a MPEG-2 (MP@ML), especialmente la jerarqua de capas (desde elbloque hasta la secuencia de la Figura 18).

Figura 18. Jerarqua de capas de la secuencia

Una diferencia que hay que destacar para las slices, es que en MPEG-2 no necesariamenteabarcan toda la imagen, y adems deben estar compuestas nicamente de macrobloquescontiguos situados en la misma lnea horizontal. Ver Figura. 19.

Figura 19. Rebanadas (slices) en MPEG-2

La principal novedad con respecto a MPEG-1, adems de los perfiles y niveles, provienen deltratamiento de las imgenes entrelazadas.

10.2 MODOS DE PREDICCIN ESPECFICOS EN MPEG-2 (IMGENES ENTRELAZADAS)

Dependiendo del trabajo a realizar, estas pueden ser tratadas de manera diferente segn laimportancia de los movimientos entre los dos campos de una misma imagen (los casos

extremos son, por un lado, cuando se transmiten pelculas cinematogrficas por televisin


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"telecine" donde no hay movimiento entre los dos campos de TV, puesto que proceden de laexploracin del mismo fotograma de la pelcula, y por otro lado, las imgenes de video deacontecimientos deportivos, donde puede haber importantes movimientos entre los doscampos de una imagen).

La Figura 20 representa la secuencia temporal de la posicin vertical de las lneas de loscampos sucesivos en un sistema entrelazado.

Figura 20. Posicin de las lneas de campos sucesivos en un sistema entrelazado

Para la codificacin Intra de las imgenes entrelazadas, MPEG-2 permite elegir entre dosestructuras de imgenes llamadas frame (estructura "imagen") o field (estructura "campo").

10.3 LA ESTRUCTURA "FRAME"

Tambin llamada "progresiva", es apropiada para los casos donde hay poco movimiento entredos campos sucesivos. Los bloques y macrobloques se dividen en la imagen completa (VerFigura. 21), y la DCT se efecta, sobre puntos verticales que distan 20 ms en el tiempo, lo queno plantea problemas si los dos campos difieren poco.


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Figura 21. Divisin de los macrobloques en bloques en modo imagen (frame)

En este caso, siempre es posible codificar los bloques de mayor animacin en modo inter-campo, es decir, dividindoles en un campo.

10.4 LA ESTRUCTURA "FIELD"

Tambin llamada "entrelazada", es preferible cuando el movimiento de un campo a otro esimportante. En este caso, a fin de evitar un contenido en frecuencias verticales elevadas quereducira la eficacia de la compresin tras efectuar la DTC, la divisin de los macrobloques sehace considerando cada uno de los campos como una imagen independiente en el interior delcual se toman los bloques. Ver Figura 22.

Figura 22. Divisin de los macrobloques en bloques en modo campo (field)

En cuanto a la estimacin de movimiento, tambin hay varios modos previstos:

Un macrobloque puede predecirse en modo "imagen", "campo" o "mixto"

El Modo "Frame"


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Un macrobloque formado en el campo impar sirve para predecir el bloque correspondiente delprximo campo impar, y lo mismo para los bloques del campo par, por tanto, la prediccin sehace sobre un tiempo de 40 ms (2 campos).

El Modo "Field"

La prediccin de un bloque se efecta a partir de un bloque del campo anterior, entonces aqu,los vectores de movimiento corresponden a un tiempo de 20ms.

El Modo "Mixto"

Los bloques se predicen a partir de dos bloques que corresponden a dos campos.

10.5 SCANNING (Exploracin)

Despus de realizar la DTC a un bloque de 8x8 pixeles, se nota que generalmente loscoeficientes ms significativos de la DTC se encuentran en la parte superior izquierda de lamatriz. Una vez evaluados, los coeficientes de menor valor pueden ser redondeados a cero.Permitiendo de este modo, una transmisin de datos ms eficiente, debido a que loscoeficientes no-cero son enviados primero, seguido de un cdigo el cual indica que todos losdems nmeros son ceros.

La exploracin es una tcnica que aumenta la probabilidad de alcanzar este resultado, porqueella enva los coeficientes en orden descendente segn su probabilidad. La Figura 23 muestraque en un sistema no-entrelazado, la probabilidad de hallar coeficientes de mayor peso esms alta en la parte superior izquierda que en la parte inferior derecha. Aqu una exploracinen forma diagonal a 45 es la que se denomina una exploracin en zig-zag, la cual es la mejorsecuencia para emplear en este caso.

Figura 23. Exploracin clsica o en zig-zag, normalmente para cuadros (frames)

En la Figura 24 muestra una exploracin para una fuente entrelazada, se observa que laexploracin se extiende dos veces ms por encima del rea vertical, de este modo se puedenconseguir ms detalles acerca de la imagen. Las frecuencias verticales aparecen dos vecesms que las frecuencias horizontales. Por tanto, la exploracin ideal para una imagenentrelazada ser sobre una diagonal de 67.5. La Figura 24 muestra que esta forma deexploracin, entrega primero las frecuencias espaciales verticales y luego las frecuenciasespaciales horizontales.


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Figura 24. Exploracin alternada, normalmente para campos (fields)

10.6 DESCRIPCIN DEL PROCESO DE CODIFICACIN MPEG-2

Al igual que MPEG-1, la norma no define explcitamente el mtodo de codificacin, sinonicamente la sintaxis que controla el tren binario a la salida del codificador, lo cual deja granlibertad a su diseador.

El esquema de bloques MPEG-1, tambin se aplica al codificador MPEG-2. Ver Figura 25.

Figura 25. Esquema simplificado del codificador MPEG-2

A partir de la imagen digitalizada en formato 4:2:0 (caso del main profile), el codificador eligepara cada imagen su tipo (I, P o B) y si esta debe ser codificada en modo frame (imagen) ofield (campo). El codificador a continuacin debe estimar los vectores de movimiento paracada macrobloque de 16x16 pixeles. El nmero de vectores depende del tipo de imagen y delmodo de codificacin escogido para cada bloque.


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En el caso ms general, donde el codificador es capaz de generar imgenes B(bidireccionales), deber reordenar las imgenes antes de la codificacin y la transmisin.

La unidad bsica de codificacin es el macrobloque, compuesto por 4 bloques de luminanciade 8x8 pixeles y (en el caso del formato 4:2:0) de 2 bloques de crominancia (un Cr y un Cb) de8x8 pixeles que abarcan la misma zona de la imagen.

Todos los macrobloques de la imagen se codifican secuencialmente de izquierda a derecha yde arriba abajo, eligindose un modo de codificacin independiente para cada uno de ellos.

Una vez que se ha elegido el modo de codificacin, la prediccin con compensacin de

movimiento del contenido del bloque se hace a partir de la imagen de referencia (I o P) pasada(caso de las imgenes P) y eventualmente futura (caso de las imgenes B). La prediccin seelimina de los datos reales del macrobloque, lo que da la seal de error de prediccin.

En una imagen con estructura frame, el codificador deber elegir entre efectuar la DTC enmodo frame o field. Esto depende principalmente de la amplitud del movimiento entre loscampos de la imagen.

La seal de error se separa inmediatamente en bloques de 8x8, a los que se aplica la DTC.Cada bloque de coeficientes resultante se cuantifica y barre en zig-zag para formar una seriede coeficientes. Seguidamente, se codifica la informacin auxiliar necesaria para que eldecodificador pueda reconstruir el bloque (modo de codificacin, vectores de movimiento,

etc.), codificando los coeficientes cuantificados con ayuda de una tabla VLC (codificacinHuffman).

La unidad de control de flujo supervisa el estado de ocupacin de la memoria intermedia desalida, utilizando esta informacin como retorno para controlar el nmero de bits que elcodificador generar para los bloques siguientes, jugando principalmente con los coeficientesde cuantificacin. Se obtiene entonces a la salida del codificador un tren binario completo, yautilizable para un decodificador.

Para aumentar la calidad de la imagen decodificada, el propio codificador almacena ydecodifica (decuantificacin de los coeficientes despus de la DTC inversa) las imgenes I yP, como referencia para reconstruir otras imgenes obtenidas por prediccin concompensacin de movimiento en el decodificador, y calcula una seal de error que se aade ala seal de prediccin.

10.7 DESCRIPCIN DEL PROCESO DE DECODIFICACIN MPEG-2

Como ya se ha dicho, la decodificacin es ms sencilla que la codificacin, ya que no tieneque efectuar alguna estimacin de movimiento, que es una de las partes ms complejas delcodificador.

El esquema de bloques del decodificador de la Figura 26 es el que se va a analizar para

MPEG-2.


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Figura 26. Esquema simplificado del decodificador MPEG-2

La memoria intermedia (buffer) de entrada recibe los datos del canal de transmisin, y eldecodificador lee el tren binario hasta encontrar el principio de una imagen, su tipo (I, P o B) ysu estructura (frame o field).

Empieza la decodificacin con la primera imagen I, almacenndola en su memoria, as comola imagen P siguiente, para servir de referencia a las imgenes P o B que dependen de ella.

Para las imgenes I, la decodificacin propiamente dicha consiste en aplicar a cada bloque ladecodificacin VLC, la decuantificacin de los coeficientes y la transformacin DTC inversa.

Para las imgenes P o B, este proceso consiste en construir la prediccin de cadamacrobloque a partir de su tipo, de los vectores de movimiento y de las imgenes dereferencia memorizadas. El decodificador lee, decodifica y decuantifica los coeficientes DTCdel error de prediccin transmitido para cada bloque de 8x8 pixeles, y, despus de latransformada DTC inversa, aade el resultado a la prediccin.

La reconstruccin de la imagen se efecta cuando todos los macrobloques han sido tratados.

La ultima etapa de la decodificacin es poner las imgenes en el orden inicial de visualizacin.

Como se vio anteriormente, la necesidad de memoria para el decodificador es de unas 3imgenes (dos imgenes de referencia ms la imagen en va de reconstruccin), siendo para

una imagen 4:2:0, de aproximadamente 16 Mbits.11. CMO TRABAJA MPEG?

MPEG trabaja en fases. Estas fases son normalmente denotadas por nmeros rabes(MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4). Las actividades de audio de la primera fase, MPEG-1, fueronfinalizadas en 1992 y discutidas en la International Standard ISO/IEC 11172-3, la cual fuepublicada en 1993. Parte de las actividades de audio en la segunda fase, MPEG-2, han sidoterminadas en 1994 y discutidas en la International Standard ISO/IEC 13818-3, la cual fuepublicada en 1995. Otra fase, en vas de aparicin, la denominada MPEG-4, est planeadapara terminar en 1998.

Tanto en MPEG-1 como en MPEG-2, han sido definidas tres capas -Layers, en ingls-

diferentes, a veces llamadas incorrectamente "niveles". Estas capas representan una familiade algoritmos de codificacin. Las capas son preferentemente denotadas por nmerosromanos, esto es, Layer I, Layer II y Layer III..

Las distintas capas han sido definidas porque todas ellas tienen sus ventajas. Bsicamente, lacomplejidad de los codificadores y decodificadores, el retraso cod/decod, y la eficacia decodificacin incrementan a medida que vamos desde Capa I hasta Capa III pasando por CapaII. La Capa I es la de menor complejidad y es especficamente adecuada para aplicacionesdonde tambin la complejidad del codificador juega un importante papel. La Capa II requiereun codificador ms complejo y un decodificador ms complejo y delicado, y est dirigida haciamuchas aplicaciones. A diferencia de la Capa I, la Capa II es capaz de quitar ms redundanciade la seal y aplicar el umbral psicoacstico ms eficientemente. La Capa III es an mscompleja y est dirigida hacia aplicaciones de bajas tasas de bit debido a la redundancia eirrelevancia adicional de la extraccin de la resolucin de la frecuencia realzada en su bancode filtro.

12. APLICACIONES GENERALES

Dentro del mercado profesional y del consumidor, pueden ser definidos cuatro campos deaplicacin: radiodifusin, almacenamiento, multimedia y telecomunicacin. Esta variedad deaplicaciones es posible debida al extenso rango de tasas de bits y a las numerosasconfiguraciones, permitidas dentro del standard MPEG audio. Algunas de las aplicaciones ms

importantes son:


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Grabaciones para consumidor (DCC)

Almacenamiento basado en disco (CD-i, CD-Vdeo)

DVD

Edicin fundamentada en disco, automatizacin de las estaciones de radiodifusin

Slidos estados de almacenamiento para audio

TV por cable y satlite (pe. DVB, USSB, DirectTV, EchoStar)

Radio va cableRadiodifusin de audio digital (pe. ADR, DAB, US-Radio Digital, Worldspace Radio)

Radio va Internet

Multimedia basada en ordenadores

Contribucin de enlaces

Distribucin de enlaces

Enlaces ISDN

CONCLUSIONES

El sistema visual humano tiene limitaciones fundamentales en la respuesta en frecuencia,como lmites para resolver detalles finos, o transiciones de intensidad. Los factores limitantesson el nmero y organizacin de los fotorreceptores en la retina, la calidad de la parte pticadel ojo (crnea, humor acuoso, cristalino, y humor vtreo), y la transmisin y procesamiento dela informacin visual al cerebro.

El ojo humano puede observar todos los colores del espectro visible, "mezclando" los trescolores primarios, rojo, verde y azul, lo que se aprovecha en la televisin, con las seales R, G

y B.

En el video digital, las copias son exactamente iguales los originales, por lo tanto puedenhacerse infinidad de grabaciones sin prdida alguna de la calidad.

Las redes de comunicaciones desarrolladas para manejar datos pueden llevar perfectamentevideo digital acompaado tambin de audio a distancias indefinidas sin prdidas de calidad.

La compresin de imgenes se basa fundamentalmente en la eliminacin de las redundanciasde codificacin, entre pxeles y psicovisual de la imagen, tratando de dejar solamente laentropa.

En la compresin sin prdidas la imagen comprimida se puede reproducir exactamente igual a

la original.

En la compresin con prdidas hay una prdida de informacin irreversible, por lo que laimagen no se puede recuperar como la original.

La compresin con prdidas logra factores de compresin mayores que en la compresin sinprdidas.

Las tcnicas de compresin con prdidas son, en general ms complejas que las tcnicas decompresin sin prdidas.

En la tcnica de codificacin por Transformacin, la DCT condensa la energa en una cantidadpequea de coeficientes, permitiendo eliminar los dems, para as obtener una compresin de

la imagen.


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En la compresin JPEG se utiliza una combinacin de tcnicas de compresin sin prdidas ycon prdidas.

El estndar JPEG es un estndar de compresin espacial o intra.

En la compresin intra o espacial se hace en dos dimensiones, mientras que en la compresininter o temporal se hace tres dimensiones, ya que adems de los dos ejes espaciales, tambinentra a hacer parte de esta en eje del tiempo.

A diferencia de la codificacin espacial, con la codificacin temporal se obtienen altos factoresde compresin.

La codificacin temporal se aprovecha de la estimacin del movimiento de los macrobloques,por medio del vector de movimiento, para no tener que enviar toda la imagen, sino slo laparte de la imagen que se mueve.

El MPEG 2 es un estndar de compresin para imgenes con movimiento a velocidades depixel entre 5 y 10 Mbit/s. El estndar de video consiste de cinco perfiles, referido a lacomplejidad del algoritmo de compresin y cuatro niveles, los cuales se refieren a laresolucin del video original.

MPEG 2 es un estndar emergente para reproducir video en pantalla completa y audio concalidad de transmisin; est ms orientado hacia la televisin que MPEG 1, adems de que lacalidad de la imagen es superior.

El tren de transporte est destinado a la transmisin de programas a larga distancia, por loque est sujeto a muchos errores; mientras que el tren de programa est destinado aaplicaciones donde el dispositivo de almacenamiento o transmisin es poco susceptible a loserrores.

Como no puede dependerse de la llegada del paquete anterior antes de descomprimir elpaquete actual, MPEG 2 no es ideal para transmisin va Internet.

El estndar MPEG-2, al haber sido aceptado en Amrica, Europa y Asia, se ha convertido enel soporte bsico sobre el que se desarrollar la televisin digital en los prximos aos.MPEG-2 estar presente en la difusin de programas de televisin por satlite, cable, redes

terrenas y grabaciones en discos pticos. Muchos sistemas de produccin y archivo deprogramas harn uso de MPEG-2 en su perfil de estudio 4:2:2. La compresin MPEG2 ser elflujo vital que llenar de sonido y color el entorno multimedia.

Otras aplicaciones importantes de los algoritmos MPEG estn en los famosos MP3, los cualescomprimen la msica hasta una dcima parte.

El Algoritmo de Compresión Mpeg

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