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Eva Cerezo, Sandra Baldassarri Composición y edición de imágenes- Tema 5

Tema 5. Imagen digital dinTema 5. Imagen digital dináámica. mica. Tratamiento.Tratamiento.

5.1. Introducci5.1. Introduccióónn5.2. Conceptos b5.2. Conceptos báásicossicos5.3. Captura de v5.3. Captura de víídeodeo5.4. Compresi5.4. Compresióónn5.5. Formatos de v5.5. Formatos de víídeo digitaldeo digital5.6. V5.6. Víídeo en Internetdeo en Internet

Eva Cerezo, Sandra Baldassarri Tema 5. Imagen dinámica. Tratamiento.

IntroducciIntroduccióónn

Cuando se presenta una sucesión de gráficos o imágenes para crear una sensación de movimiento se tienen:

- Gráficos en movimiento o animaciones- Imágenes en movimiento o películas o vídeos

Cada uno de los gráficos o imágenes individuales de la secuencia es un frame. El número de frames por segundo (fps) se conoce como el ratio de frames (frame rate).Para que el movimiento sea suave el número de framespor segundo tiene que ser superior a 16.

Animaciones y Vídeo



La animación o gráficos en movimiento es la técnica que permite que un ordenador genere digitalmente efectos que simulan el movimiento de algún tipo, más o menos realista.Los frames no están pre-grabados como en los vídeos, sino que el cálculo de las actualizaciones necesarias se realiza en tiempo real.Las animaciones se crean con herramientas específicas para tal fin o mediante programas.

Animaciones



La ventaja de las animaciones reside en que la secuencia grabada está descrita como un conjunto de objetos y de dependencias temporales que debe ser ejecutado para reproducir la animación. Esto resulta más compacto que almacenar todos los frames de la secuencia.

Como desventaja, se requiere suficiente potencia computacional para la reproducción o la renderizaciónpara guardarla como vídeo.

Animaciones



Permiten crear animaciones de forma simple utilizando técnicas como el tweening o animación de trayectorias

Ejemplos: Autodesk Animator, Macromedia Flash, Adobe Golive, Corel Move

Programas de realización de animaciones.



Es una secuencia -posiblemente comprimida- de framesrepresentados por imágenes en formato de mapa de bits.Se puede obtener mediante la captura de imágenes de la vida real con una cámara (captura de vídeo) o puede ser generado con la ayuda de un programa (imágenes en movimiento sintéticas).Los vídeos requieren gran capacidad de almacenamiento.

Vídeos


Conceptos bConceptos báásicossicos

Vídeo analógico vs. Vídeo digitalLas señales analógicas son señales continuas que se representan mediante funciones continuas, de infinitos puntos: el valor de la señal en un momento determinado puede estar en cualquier punto comprendido en el rango entre los valores máximo y mínimo permitidos.Las señales digitales son de naturaleza discreta, se representan median un conjunto finito de valores (seleccionados a intervalos de la curva). El computador trabaja con un tipo especial de señal digital que es la señal binaria en la que los puntos sólo toman dos valores: uno mínimo (0) y uno máximo (1).



Vídeo analógico vs. Vídeo digital. Comparación.– En los sistemas analógicos el ruido o error no se puede detectar.– El envío de una señal analógica a grandes distancias es problemático

debito a la atenuación/interferencia que sufre la señal.– La calidad de imagen en un sistema de vídeo digital es totalmente

independiente del medio, únicamente depende del proceso previo de digitalización. En un sistema analógico la calidad depende de muchos factores: calidad del soporte(cinta), estado del soporte, calidad del reproductor, estado del reproductor,...

– En un sistema de vídeo digital se pueden realizar todas las copias que se deseen sin pérdida de calidad (clonación)

– El sistema de vídeo analógico emplea un conjunto de colores limitados y niveles de brillo y contraste muy restringidos. El vídeo digital utiliza los tres componentes básicos (RGB) con lo que los colores de la imagen son mas puros y exactos.

– El vídeo digital permite la edición no lineal (NLE) frente a la edición tradicional lineal.



Calidad: imágenes por segundo

• El vídeo se basa en el fenómeno de la persistencia: en cuanto la frecuencia está entorno a 16 cuadros/imágenes por segundo, percibimos sensación de continuidad.– El cine trabaja a 24 cuadros/sg mientras que la televisión a 30/35

cuadros/sg.

• Si el vídeo va a mostrarse por televisión hay que tener en cuenta que ésta muestra vídeo entrelazado: el barrido de la pantalla no se hace línea a línea sino alternándolas: primero las líneas impares (campo impar ó superior) y luego las pares (campo par o inferior):– Si trabaja a 30 cuadros por segundo en realidad está mostrando 60

campos por segundo– El software de edición deberá generar para cada cuadro las imágenes

correspondientes al campo par y al impar para que el movimiento sea lo más suave posible.



Calidad: resolución• La calidad va a depender también de la resolución:

– Resolución horizontal: cantidad de líneas horizontales que se utilizan para representar la imagen.

– Resolución vertical: determinada por la relación de aspecto, es decir, la relación con las líneas horizontales. La televisión utiliza 4:3 y las películas de cine se acercan más a 2:1.



Calidad: resolución e imágenes por segundo

Mayor “frame rate”

Mayor resoluciónMayor almacenamiento

Mayor ancho de bandamás datos

MAYOR CALIDAD

• Dependiendo del destino final del vídeo (VHS, Web, CD-ROM) habrá que trabajar a diferentes resoluciones y ratios.


Conceptos bConceptos báásicos sicos

Codificación YCrCb (YUV)La componente Y representa la luminancia y los otros 2 componentescontienen información de los tonos de color. Los tres canales no necesitan el mismo ancho de banda.

Codificación del color

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B Cr = R - Y

Cb = B - Y

U = 0.492 (B - Y) V = 0.877 (R - Y)

En el sistema PAL se usan versiones escaladas y filtradas de lasseñales de crominancia:

Es compatible con sistemas de vídeo antiguos en BN: dichos sistemas sólo utilizan el canal Y (intensidad).



Codificación RGBCodificación YUV



Conceptos bConceptos báásicos sicos

Codificación YIQLa componente Y representa la luminancia y los otros 2 canales contienen información de los tonos de color. Los tres canales no necesitan el mismo ancho de banda.


Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.528G + 0.311B

Usado en el sistema NTSC.

Es compatible con sistemas de vídeo antiguos en BN: dichos sistemas sólo utilizan el canal Y (intensidad).



Codificación YUVCodificación YIQ



Fundamentos de vFundamentos de víídeo analdeo analóógico gico

En el vídeo analógico las señales pueden ser capturadas por medio de una cámara o ser extraídas de un sistema de almacenamiento de vídeo, entonces se genera una señal eléctrica que debe contener información de cada punto de la imagen.

Existen varios métodos para codificar dicha informaciónsobre una señal eléctrica o electromagnética y permitir su transmisión, determinando así los diferentes formatos de señal/conexión analógicos.

Formatos de señal


Fundamentos de vFundamentos de víídeo analdeo analóógicogico

Señal por ComponentesMantiene la información separada en sus tres valores: cada uno de los canales YCC va por su propio cable aunque no necesitan el mismo ancho de banda. Es el mejor tipo de señal/conexión. Conserva mejor calidad de vídeo.

Formatos de señal

Conector: RGB, sólo a través de Euroconector

2 tipos:

-Audio + video compuesto + componentes

-Audio + video compuesto + s-vídeo



Señal S-Vídeo o Y/CEs un paso de calidad intermedia entre el vídeo por componentes y el vídeo compuesto.Los dos canales que llevan la información del color se combinan en uno llamado CROMINANCIA. Requiere menos ancho de banda que el vídeo por componentes pero también pierde calidad.

Formatos de señal/conexión

(C) Crominancia4

(Y) luminancia3

GND crominancia2

GND luminancia1

NombrePin

+ RCA de audio

Conector: S-Vídeo



Señal de Vídeo Compuesto (FBAS)Una señal (única) compuesta contiene toda la información necesaria para la reproducción del vídeo.Los dos canales Y/C se combinan en una sola señal eléctrica, con lo que el ancho de banda de una de ellas debe reducirse. Puesto que el ojo es más sensible a los cambios en luminancia que en crominancia, se deteriora esta última.

Formatos de señal

Audio estéreo (rojo y blanco)

Vídeo (amarillo)

Conector: RCA



Formatos de señal

Vídeo industrial, emisión,MejorComponentesBetaSP

Vídeo industrial, producciónBuenaS-VídeoS-VHS, Hi-8

Vídeo domésticoRegularCompuestoVHS

AplicacionesCalidadFormato de señal

Formato de cinta



Formatos de difusión

25

25

29.97

Cuadros/sg

YUV

YUV

YIQ

Color

625Francia, Oriente Medio, Africa*

SECAM

625Europa*, Australia, China, Sudamérica

PAL

525EEUU, Canadá, Japón, Korea, México

NTSC

Nº de líneas horizontales

PaisesFormato difusión



El formato de almacenamiento es independiente del de difusión.

Los formatos de almacenamiento se caracterizan por la señal de color, cantidad de líneas, y relación señal/ruido.

Formatos de almacenamiento




240Compuesto8mm

360ComponentesBetacam SP

400Y/CHi8

400Y/CS-VHS

400CompuestoLaserDisk

260CompuestoU-Matic

240CompuestoVHS

LíneasColorFormato de almacenamiento



Entrelazado: Campos


EdiciEdicióón de vn de víídeodeo

• Edición lineal / nolineal

– Composición digital (croma, canal alfa)

Tipos de edición

• Edición online/ offline



Permiten la captura, digitalización, edición y postproducción de vídeo (añadir efectos: transiciones, rotulación, inclusión de animaciones, incrustaciones, croma, sonorización).

Programas de edición de vídeo



Las herramientas para TDV presentan un aspecto común de cara al usuario:

- Se basan en una representación gráfica de lo que es una edición A/B: dos mesas de originales, pista de secuencia final y generador de efectos de vídeo.

- Cada mesa presenta una serie de pistas de vídeo y audio en las que se pueden cargar secuencias de vídeo digital. Se representan como líneas de tiempo con especificación SMPTE.




HerramientasCortar, copiar, pegarSituación de marcasCroma-keying (no sólo en azul), mezcla

TitulaciónUtilización de tipos TrueType o Adobe Type1Antialiasing




Efectos especiales, transiciones, filtrosDissolve, wipe, explosionesDefinibles por el usuarioEnchufables (terceras partes)

SonidoNo son editores completos de sonido, sólo ofrecen

posibilidades simples de edición: cortar, pegar, fades, etc.Los más avanzados: eco, reverberación,

amplificación…




SalidaGrabación por campos para paso a VTRGrabación como vídeo digital (selección de codec)Posibilidad de salida EDL para trabajar sobre edición

analógica



Captura de vCaptura de víídeodeo

La entrada de material al computador puede ser de dos maneras:

• Analógica: Fuente: las cámaras de vídeo “tradicionales” o dispositivos de almacenamiento analógico (cinta VHS)Proceso: captura o digitalización mediante una tarjeta específica

• Digital: Fuente: las cámaras de vídeo digitales (formato DV) o dispositivos de almacenamiento digital (cinta DV)Proceso: transmisión al computador (conexión IEEE 1394)



Características básicas que definen/permiten comparar las tarjetas de vídeo:

• Tipos de entradas/salidas analógicas soportadas• Tipos de entradas/salidas digitales soportadas• Tipos de compresión de vídeo soportada• Tipos de procesado especial soportados• Tipos de software incluido• Tipos de audio soportado

Tarjetas de vídeo



Las tarjetas de vídeo se pueden clasificar:• Tarjetas IEEE 1394• Tarjetas de captura analógica• Tarjetas tiempo-real

“Combos”

Tarjetas de vídeo


(T3)(T3)

Tarjetas

de vídeo


Conexiones (T3)Conexiones (T3)

• Número máximo de dispositivos: 62 / 127• Cambio en caliente: Sí / Sí• Longitud máxima del cable entre dispositivos: 4,5 / 5

metros• Velocidad de transferencia de datos:

400-800 Mbps /12 Mbps –480 Mb/s• Tipos de dispositivos conectables

- Videocámaras DV- Cámaras digitales de alta resolución- HDTV (TV de alta definición)- Cajas de conexiones- Discos duros- Unidades DVD-ROM- Impresoras- Escáneres

Firewire (IEEE 1394) vs. USB

- Teclados- Ratones- Monitores- Joysticks- Cámaras digitales de baja resolución- Unidades CD-ROM de baja velocidad- Módems



Tarjetas de vídeo



Muestreo de la señal de vídeoLa señal de vídeo digital es el resultado de muestrear la señal analógica.

El muestreo se realiza sobre una malla de puntos rectangular en la imagen.

La luminancia (Y) se muestrea a 13.5 MHz, mientras que las dos señales de color se muestrean a 6.75 MHz.

Cada muestra se codifica en 8 o 10 bits.

Esto se conoce como muestreo 4:2:2a 8 (10) bits.



Configuraciones habituales



Limitaciones:VelocidadLa discretización de la imagen implica la transmisión de datos a una determinada velocidad en el computador.Dos casos:– Pre-visualizar vídeo en ventana (bus tarjeta-memoria y velocidad de dibujo de la tarjeta gráfica)– Almacenar secuencia de vídeo (velocidad de escritura en disco)

AlmacenamientoLas secuencias de vídeo digitalizadas ocupan espacios de almacenamiento ingentes.



La conversión analógica-digital de la tarjeta de captura nos permite digitalizar la imagenSi no tenemos suficiente espacio de almacenamiento, debemos comprimir la secuencia de vídeo antes de almacenarla.La compresión puede efectuarse de dos formas:

– La imagen se transfiere de la tarjeta de captura al ordenador y el procesador efectúa la compresión

– La tarjeta de captura hace una compresión previa mínima para garantizar el flujo de datos al medio de almacenamiento


CompresiCompresióón de vn de víídeodeo



Tamaño de datos de vídeo sin compresión en gigabytes

1920x1080 1280x720 640x480 320x240 160x1201 sec 0.19 0.08 0.03 0.01 0.001 min 11.20 4.98 1.66 0.41 0.101 hour 671.85 298.60 99.53 24.88 6.22

1000 hours 671,846.40 298,598.40 99,532.80 24,883.20 6,220.80

Tamaño de datos: necesidad de compresión



1920x1080 1280x720 640x480 320x240 160x1201:1 671,846 298,598 99,533 24,883 6,2213:1 223,949 99,533 33,178 8,294 2,0746:1 111,974 49,766 16,589 4,147 1,037

25:1 26,874 11,944 3,981 995 249100:1 6,718 2,986 995 249 62

Almacenamiento de una hora de vídeo comprimido en megabytes

Efectos de la compresión



Parámetros- Cuadros por segundo- Calidad de compresión- Ancho de banda disponible

Sistema de AlmacenamientoAnalógico

CámaraTarjeta de captura

Imagen Raw

Memoria deVídeoMemoria

Central

Codec HardCodec Soft

Imagen Comprimida

Disco



Tipos de compresión:- Sin pérdida- Con pérdida

Bases de la compresión de vídeo:- Representar con menos precisión las partes de la imagen a las que el ojo es menos sensible- Despreciar partes de la animación menos apreciables- Evitar redundancia de datos



Compresión de una imagen:JPEG: 10:1-40:1 0.5 seg de descompresión…Esto no es problema en imagen estática

Compresión de vídeo:– Usar jpeg es inviable a 15-25 fps– Un codec no es una serie de compresiones estáticas de

imágenes individuales: permite controles como el ancho de banda constante, obtiene ventajas del movimiento.

En consecuencia, hay dos tipos de compresión:- Intra-cuadro (intraframe)- Inter-cuadro (interframe)



Compresión intra-cuadroSimilar a la utilizada en imagen estática

Compresión inter-cuadro



El trabajo con vídeo digital se basa en la compresión y descompresión de secuenciaEl conjunto de técnicas para codificar (comprimir) y decodificar (descomprimir) puede variar según el método empleado, y pueden ser procesos asimétricosA la definición de un método para codificar y decodificar una secuencia de vídeo se le denomina CODECUn entorno de vídeo digital suele estar asociado a unos codecs determinados



Parámetros- Tipo de compresor inter e intra-frame (codec)

- Resolución de Color

- Calidad de compresión

- Sincronización en cuadros por segundo

- Frecuencia de key-frames

- Limitación global del ancho de banda

- Parámetros adicionales: • compensación de movimiento• seguimiento de bloques



Los entornos de vídeo digital más extendidos son: QuickTime, Video for Windows, DVI…y cada uno de estos puede trabajar con varios codecs.Cada codec determina el tipo de compresión inter e intra-cuadro. No se puede elegir un método de cada fabricante.Métodos intra-frame: RLE, JPEG, VQ, Wavelets, FractalCODECs: RLE (RLE), Video1, Indeo 3.2 (VQ), Cinepack(VQ), MPEG (JPEG), Fractal (IFS-VQ)



MJPEG = Motion JPEG- Comprime cada fotograma de forma independiente- Sucesión de cuadros JPEG- 20:1 con JPEG y MJPEG sin pérdida de calidad- Ventaja: acceso en tiempo real a cada frame(JPEG es un algoritmo simétrico)



MPEG (Motion Pictures Expert Group)- Estándar ISO- Intraframe (JPEG)- Interframe- Asimétrico- Reducciones de 50:1 en adelante



Compresión MPEG:Compresión intra-cuadro: JPEG



¿Cómo comprime MPEG?Hay tres tipos de cuadros en MPEG:Intra-coded (I), son los de referencia completos, key

frames, comprimidos casi como JPEGPredictive-coded (P), se codifican con respecto al

frame anterior (I o P a su vez), con predicción compensada de movimiento

Bidirectional predictive-coded (B), codificados con respecto al frame anterior y al posterior (I o P)



Compresión MPEG:Se forman grupos de cuadros consecutivos

– Siempre empezados en I– Contienen I, P y B entremezclados

– Los P o B dependen del codificador (el estándar no obliga ni indica cuándo uno u otro)



Compresión MPEG:

Codificación bidireccional:



Compresión MPEG:Dependiendo de la complejidad del codificador utilizado se podrán codificar sólo imágenes I, las imágenes I y P, o las imágenes I,P y B.Las diferencias serán notables en: factor de compresión, capacidad de acceso aleatorio , tiempo de codificación y calidad percibida.Los parámetros M y N definen la manera en que las imágenes I,P y B se encadenan:



Compresión MPEG:Para codificar o decodificar una imagen B, el codificador/decodificador necesita la imagen I ó P que la precede y la imagen I ó P que la sigue. El orden de las imágenes será modificado antes de la codificación de forma que el codificador/decodificador disponga antes que la imagen B de las imágenes I/P necesarias para su tratamiento:

En la visualización, las imágenes de la secuencia de video se han de mostrar en el mismo orden...



MPEG-1 (1992)- Soporte CD- Calidad VHS, 30 fps- Audio CD- 10 Mb por minuto- Compresión vídeo: H.261 y JPEG- Compresión de audio: MUSICAM



MPEG-2- Soporte DVD- Calidad vídeo-difusión (S-VHS)- 4 a 9 Mb/seg y 15 a 20 Mb/seg para HDTV- Permite:

– Baja resolución: vídeo consumo (352x240)– Media: estudios de TV (720x480)– Alta 1440: HDTV (1440x1152)– Alta: producción (1920 x1080)



MPEG-4 (1998)- Soporte para dispositivos de baja velocidad de transferencia y de distinta naturaleza (vídeo-teléfonos, bases de datos multimedia, etc.)- Compresión basada en fractales con segmentación de formas- Integra multimedia digital (media objects)- Composición de objetos para formar escenas- Sincronización de los datos asociados



MPEG-7- Estándar en desarrollo- Multimedia Content Description Interface- Para describir el contenido de todos los ficheros multimedia (descriptores estándar y definibles)- Compresión basada en vectores de posición sobre bases de datos de objetos- Se basa en el uso intensivo de redes



H.261- Estándar para vídeo-conferencia, vídeo telefonía

sobre RDSI- Para velocidades de transferencia de 64 Kbits/seg- Resolución 8 veces inferior al sistema PAL- Compresión intra-cuadro: básicamente jpeg- Compresión inter-cuadro: Cuadros I, Cuadros P

1 2

543

6 7

1 2

543

6 71 2 3 4 5 6 7

1 2

54

3

6

1 2

54

3

6 1 2 3 4 5 6



DV25- Compresión 5:1 (en una 1 de video DV equivale a 13 GB sin comprimir)- 25 Mb/s- Incluye audio e información de control (3.6 MB/s)- Muestreo de color: 4:1:1- Audio sin comprimir, dos pares de canales estéreo, muestre de 12 a 32 kHz ó de 16 bits a 44kHz/48kHz- Existen variantes (DV50, DV100)



Microsoft Video 1

Calidad de imagen: malaSuavidad de movimiento: normal, si no buscas mucha calidadTamaño del fichero: normalPosibilidad de edición: cómodaComentarios: TODOS los ordenadores con windowstienen este codec y, por lo tanto, está garantizada su visualización

Algunos codecs “populares”



Intel IndeoCalidad de imagen: normalSuavidad de movimiento: normalTamaño del fichero: pequeñoPosibilidad de edición: cómodaComentario: en general da un resultado similar a Microsoft video, pero tiene propiedades especiales para la transmisión por Internet. Hay varias versiones de Indeo.

CinepakCalidad de magen: normalSuavidad de movimiento: normal, tirando a malaTamaño fichero: ninguna maravilla, tirando a mal.Posibilidad de edición: cómodaComentario: no aporta nada nuevo.




DivXCalidad de Imagen: buenísima (próximo a MPEG II)Suavidad de movimiento: Si tu ordenador tiene menos de dos años, sin problemas (y sin hardware especifico)Tamaño del fichero: muy pequeño Posibilidad de edición: malComentario: Películas bajadas por Internet. Bueno como resultado final de una edición, para reproducir en ordenador (ya hay algunos modelos de reproductor de sobremesa de DVD que clo soportan). Periódicamente aparecen nuevas versiones.Se puede descargar el codec de http://www.divx.com/




La calidad de cada codec se mide por la capacidad para reproducir una secuencia de vídeo originalNo es lo mismo evaluar la calidad para secuencias de bajo movimiento y alto movimientoPasos en la reproducción de vídeo:

– Lectura de disco a memoria de la imagen/secuencia– Descompresión de la imagen al formato propio generado por el

codec– Transformación de la imagen al formato estándar de

comunicación con la tarjeta de vídeo– Transferencia a la memoria de la tarjeta de vídeo

Reproducción de vídeo



Criterios a tener en cuenta:– Calidad de la imagen individual– Suavidad del movimiento– Manejo de la paleta de colores (flash)– Independencia de la resolución (optimizados para 320x240)– Equilibrio compresión/descompresión

Comparación entre codecs



Comparación entre codecs


Formatos de video digitalFormatos de video digital

Arquitecturas

• Una arquitectura de vídeo define la forma en que se manejan y sincronizan los datos de vídeo. Cada arquitectura está optimizada para una plataforma específica. Por ejemplo, Windows Media está optimizado para el PC, QuickTime para Apple y Real Systems para la web.

• Todas las arquitecturas de vídeo son similares en funciones, pero difieren ampliamente en los detalles. Todas definen los formatos de los archivos y sus extensiones, pero no necesariamente especifican el formato actual de los datos de vídeo almacenado en el archivo.



Arquitecturas• La arquitectura puede restringir el formato de vídeo, pero no siempre se da el caso. Por ejemplo, Windows Media y QuickTime manejan una amplia variedad de formatos de vídeo. • Las extensiones .avi y .mov identifican la arquitectura de vídeo, no el codec que fue usado para crear el vídeo.• Por consiguiente, cuando abrimos un fichero con las extensiones .avi o .mov, lo que realmente abrimos es el entorno. El ordenador lee la información del entorno y llama al software apropiado para que se reproduzca ese fichero correctamente.



Arquitecturas




DV• Cintas DV (almacenamiento)• Compresión DV (DV25, DV50)• Cámaras DV (cintas DV + compresión DV + salida a computador)

Las cintas DV NO son las únicas cintas para almacenamiento de vídeo DIGITAL...



Formatos de almacenamiento (cinta)



Formatos de almacenamiento (cinta)

• D1: publicidad y cine.• D2 y D3: grandes productoras (video compuesto)• DVCPRO(D7), DV, DVCAM: periodismo electrónico, canales temáticos de televisión por satélite• Betacam Digital, DVCPRO 50, Digital-S (D9): producciones televisivas digitales de alta calidad• D9-HD, HDCAM, HD-D5, DVCPRO-HD, D6: futura televisión de alta definición (HDTV)• D9-HD,HDCAM, HD-D5 : cinematografía digital• DV (miniDV) y Digital-8: formatos domésticos que están sustituyendo a los formatos analógicos



HDTV: Televisión de alta definición• HDTV es un término amplio para un campo de la tecnología que ofrecerá televisión con la misma claridad de una película de 35 mm sobre una pantalla más grande que una pantalla normal. • Es el objetivo primordial de los servicios de televisión digital (DTV), ya que permite al espectador disfrutar imágenes en formato widescreen y audio envolvente con calidad de CD. • HDTV es un sistema mas de televisión con mas de 1,000 líneas por cuadro y una razón de aspecto de 16x9 para el formato de la pantalla. • No hay un sistema único y universal.



HDTV: Televisión de alta definición



• Los píxeles en la pantalla pueden tener distintas proporciones, al igual que los fotogramas. Por proporción de aspecto se entiende la relación entre la anchura y la altura. Así por ejemplo, el formato DV NTSC tiene una proporción de fotograma de 4:3, lo que significa que el fotograma será siempre más ancho que alto en una cuarta parte. De este modo se especifica un tamaño en términos relativos, independiente del tamaño en términos absolutos.

Relación de aspecto de cuadro (frame aspect ratio)



• Lo mismo ocurre con los píxeles. Y así, por ejemplo, cuando se dice que en el formato DV NTSC la proporción de aspecto de pixel es de 0.9 se quiere decir que por cada unidad de altura se tendrán 0.9 unidades de anchura.

• Muchos formatos de vídeo utilizan la misma proporción para los fotogramas (normalmente 4:3) pero diferentes proporciones para los píxeles. Por ejemplo, muchas tarjetas de captura NTSC producen vídeo con una proporción de fotograma de 4:3, con píxeles cuadrados (proporción 1.0) y una resolución de 640 x 480. El formato DV NTSC tiene la misma proporción para el fotograma, pero usa píxeles rectangulares (0.9 de proporción), y una resolución de 720 x 480.

• Los píxeles DV son siempre rectangulares, y se orientan verticalmente en sistemas NTSC y horizontalmente en sistemas PAL.

Relación de aspecto de píxel (pixel aspect ratio)



• Si en un monitor de píxeles cuadrados se muestran píxeles rectangulares sin alteración, las imágenes y el movimiento aparecerán distorsionadas, y así, por ejemplo, los círculos se mostrarán como óvalos. No obstante, cuando esa misma imagen se muestre en otro monitor, las imágenes se verán de forma correcta.

Relación de aspecto de píxel (pixel aspect ratio)

A: Píxeles cuadrados y relación de aspecto 4:3

B:A: Píxeles no cuadrados y relación de aspecto 4:3

C:A: Píxeles no cuadrados mostrados en una pantalla de píxeles cuadrados




VídeoCD• Es un formato que permite almacenar video en un CD con una calidad algo mayor que VHS o S-VHS.• Utiliza codificación MPEG-1.• Existe una variante: Super-vídeo CD ó SVCD que trabaja con MPEG-2.• Se puede almacenar un clip de hasta 180 minutos en un CD-R estándar a calidad aceptable, 120 minutos a calidad mayor que VHS y 90 minutos a calidad mayor que S-VHS (sin llegar a calidad DVD).




VídeoCD• La ventaja de VCD frente a DivX es que, aunque su calidad de imagen y sonido es peor, es compatible con la mayoría de los reproductores DVD domésticos (más del 95%). • Hoy en día existen reproductores domésticos de DivX , pero tienen el problema de la actualización del codec.




DVD-Vídeo• El disco DVD (Digital Video Device/Digital VersatileDisk) es físicamente similar al CD, pero capaz de llegar a los 17 Gigabytes (doble cara, doble capa).• En vídeo es el sucesor del VHS pero con calidad de imagen (mpeg-2) y audio muy superior.• La industria cinematográfica al adoptarlo como estándar de almacenamiento y para evitar la piratería encriptó el contenido de los discos, de forma que no pudiesen ser pasados a un sistema informático (código de encriptación CSS).•



DVD-Vídeo

•Sin embargo, enseguida apareció un código des-encriptador (DeCSS).

• Al proceso de pasar a disco duro el contenido de un DVD se le llama ripeo (ripear).

• Al ser DeCSS de dominio pùblico los programas ripeadores DVD (“rippers”) suelen ser en su mayoría gratuitos (ej: DVD Decripter y Smart Ripper)

• Con la aparición del codec DivX, se hizo posible grabar el contenido de un DVD a un CD en formato DIVX o Video CD, eso sí, con pérdida de calidad.



Formatos de audio digitalFormatos de audio digital

• WAV (Waveform Audio) – sin compresión-• AIFF (Audio Interface File Format)– sin compresión-• OGG Vorbis (GNU)• WMA (Windows Media Audio)• Real Audio• ACC (MPEG-4 Advanced Audio Coding), VQF, y...

Audio analógico/digital: digitalización

Formatos



• En 1997 el Instituto Fraunhofer ideó un codec capaz de comprimir audio sin pérdida de calidad apreciable. En 1992 MPEG aprobó la tecnología y nació el MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3).

• Se basa en las limitaciones del oído humano, que sólo es capaz de captar las frecuencias entre 20Hz y 20 kHz y es más sensible entre 2 y 4 kHz. De esta forma elimina las frecuencias inaudibles conservando a esencia del sonido.

• Al obtener un MP3 se puede seleccionar la codificación y compresión que se desea (nivel de calidad). A 128kbits/44kHz estéreo se consigue un buen equilibrio entre calidad y compresión y es el nivel que se encentra por defecto en los compresores y en las canciones disponibles en la red.

MP3



• Su utilidad:– Compresiones 12:1 y superiores– En un CD de 80 minutos caben 80 minutos de música en

formato CD-Audio y 700 minutos de música en formato MP3 (unos 11 CD’s de audio) -estéreo con calidad 16 bits a 44hHz codificada en MP3 a 128kb/seg-.

• Programas reproductores para PC: – WinAmp, RealOne Player, Music Match Jukebox, Windows

Media Player...

• Para generar MP3 a partir de CD-Audio: – Musicmatch Jukebox, Real Jukebox, EasyMP3,...

• Un CD con MP3 sólo podrá ser escuchado en equipos reproductores compatibles.

MP3


VVíídeo en Internetdeo en Internet

Si queremos hacer accesible un clip de video a través de una página web...• Un número considerable de usuarios no disponen de conexiones de banda ancha: presentar el archivo de vídeo en distintos formatos o compresiones.• Ofrecer información detallada del clip (fotograma representativo, descripción del contenido, duración, tamaño, resolución, reproductor predeterminado, codecnecesario para su visualización...).• Enlaces a páginas de plugins o codecs .• ¡Cuidado con copyrights!• Alojar la página en un servidor con altas prestaciones en capacidad y velocidad de transferencia.

Algunas recomendaciones



Actualmente existen dos maneras de reproducir contenido multimedia en Internet:• Descarga (“download”) y visualización posterior.• Tecnología “streaming” (flujo): reproducción de audio y video de forma continua sin necesidad de descargar archivos en el equipo. Es la única tecnología capaz de reproducir contenido multimedia en tiempo real a través de Internet.

Reproducción



Comparativa

Casi inmediataComienza cuando el archivo ha sido descargado por completo

Inicio de la reproducción

Puede sufrir pérdidas en la señal.Calidad variable.

No hay pérdida de información. Alta calidad.

Calidad de la señal

RTPHTTPProtocolo de ejecución

UDP/IPTCP/IPProtocolo de red

Servidor específico para streaming

Servidor web estándarServidor

ProbableImposiblePérdida de información

StreamingDescargaConcepto



• 1994: aparecen los primeros vídeos “streaming” en redes experimentales y para usuarios de equipos de altas prestaciones.• 1995: la descarga progresiva permite a todo tipo de usuarios ver y oír archivos de vídeo mientras se descargan.• 1997: aparecen los primeros reproductores integrados audio-video.• 1999: el “streaming” se introduce en el mercado. El World Wide Web Consortium aprueba el lenguaje SMIL (“Synchronized Multimedia Integration Language”).• 2001: stándard MPEG-4.

Evolución del “streaming”



• No hay que esperar a que finalice la descarga completa del archivo.• No queda copia del contenido en el ordenador cliente (problemas de copyright).• Permite la “retransmisión” de acontecimientos “en vivo”por la red.• Permite interactividad (vídeo bajo demanda).• Aumenta el atractivo del sitio web (dinámico).

Ventajas del “streaming”



• A medida que el ordenador cliente va recibiendo datos del servidor los almacena en un buffer (espacio de memoria temporal). Cuando el buffer se ha llenado se inicia la reproducción.• Al mismo tempo que se va mostrando la película la descarga continúa de forma que el buffer nunca esté vacío.• Si se produce un “corte” en la transmisión se utiliza la información del buffer mientras la conexión recupera la velocidad habitual.•Si el descenso de velocidad se alarga en el tiempo puede producirse el vaciado del buffer y un corte en la reproducción del clip.

Funcionamiento del “streaming”



• Bajo demanda: es el método más habitual. El contenido multimedia está almacenado en un archivo en un servidor de streaming y a él los usuarios pueden acceder en cualquier momento. Al acceder al fichero comienza la reproducción, pero el usuario puede controlarla (ir hacia delante, hacia atrás, parar...). Múltiples usuarios pueden acceder simultáneamente al mismo contenido (aunque, a lo mejor, a diferentes partes del mismo).• Emisión programada: el contenido está almacenado en un servidor streaming y su reproducción comienza en un instante determinado. Todos los usuarios visualizan a la vez el contenido y no pueden controlar la reproducción.• “En vivo”: el contenido se visualiza al mismo tiempo que se genera (no está almacenado).

Tipos de “streaming”



• Existen tres arquitecturas.– Real Media– Windows Media– Quicktime.

• Los reproductores correspondientes se integran como plugins en los navegadores Web.

• Es necesario que el archivo de vídeo esté codificado en el formato adecuado (asf,rm,mov).

Reproductores de “streaming”



Características de los servidores streaming:• Control de flujo: se intenta mantener una velocidad de

trasferencias estable, sin picos.• Protección frente a “pérdidas” (“skip protection”): aprovecha el

exceso de banda para ir almacenando en el buffer; si algún paquete se pierde echará mano del buffer para volver a trasmitir sólo lo perdido.

• Adaptación al ancho de banda: optimiza la calidad del archivo multimedia en función del ancho de banda disponible

• Protección de datos: el contenido se reproduce pero no se almacena con lo que se protegen los derechos de autor.

Servidores “streaming”




1. El usuario selecciona el fichero de la página web con lo que lanza una petición al servidor Web.

2. El servidor web le pasa la petición al servidor de contenidos.3. El servidor de contenidos transfiere el fichero al computador cliente.4. El reproductor del ordenador cliente decodifica y reproduce el contenido

del fichero.



• En principio no es imprescindible un servidor de este tipo, bastaría un servidor convencional para transferir archivos en formato streaming (descarga progresiva).• Ventajas de los servidores streaming:

– Uso más eficiente del ancho de banda de la red.– Reproducción “suave” de audio/vídeo.– Soporte a gran número de usuarios.– Diversas opciones de reproducción.– Protección de datos.

• Ventajas de los servidores web tradicionales (http):– Permiten transferir ficheros a través de firewalls.




• RTP: protocolo de transporte en tiempo real. El más importante de todos, desarrollado especialmente para esta tecnología. Todo flujo de datos multimedia de este tipo es enviado por la red a través de paquetes RTP.• RTCP: se utiliza junto con RTP para gestionar la comunicación entre cliente y servidor, informando de situación como el número de paquetes perdidos. Estos informes permiten subsanar errores y optimizar el envío de flujos de datos.• RTSP: es el protocolo encargado de controlar el flujo de datos en tiempo real entre el servidor y el cliente. Permite al usuario manejar la señal de vídeo como en cualquier reproductor: rebobinado, avance rápido, pausa y acceso aleatorio a cualquier punto.

Protocolos de “streaming”



• Sistema de comunicaciones que emplea audio y vídeo en tiempo real y que permite la comunicación audiovisual entre personas a través de la Internet.• No está solo limitado a trasmisión de audio y video sino que permite la interactividad: compartir documentos, programas, intercambiar todo tipo de archivos...• Para que un sistema de video conferencia funcione son necesarios:

– Ordenadores con altavoces,micrófono, tarjeta de sonido y cámara de video.

– Buen ancho de banda.– Programa que gestione la videoconferencia (NetMeeting, Paltalk,

CuSeeMe, ICUII...).

Videoconferencia



Estándar H323• Conjunto de protocolos para comunicaciones con contenidos multimedia. • Define tres canales: uno para audio, uno para video y otro para datos. De esta forma los participantes pueden intercambiar todo tipo de datos mientras se ven y escuchan.• Incluye multitud de protocolos:

– H261: codec de video para comunicaciones proporciona velocidad de 64Kb/sg.

– H263: similar al anterior pero para redes de baja velocidad.– H235: protocolo que establece y define normas de autentificación,

encriptación, integridad y seguridad.– G711,G722,G723:codecs de diversa calidad.– LDAP: protocolo que define la forma de acceder a un servicio de

directorios.

Videoconferencia. Estándares ITU.



Estándar T120• Define la forma correcta y eficiente de distribución de audio, video y gráficos en tiempo real.• Imprescindible para conferencias de datos, aplicaciones de usuario, pizarra electrónica, uso compartido de programas...• Asegura la integridad de los datos independientemente del tipos de red y plataforma utilizados.

Videoconferencia. Estándares ITU.

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