Video digital
Video digital





Sistema de almacenamiento, procesado o
transmisión de datos en forma digital, en
lugar de analógica
Los primeros sistemas de almacenamiento
eran analógicos
Las primeras aplicaciones con video digital
eran para corregir bases de tiempo y
efectos digitales
Se digitalizaba el video para su procesado
y finalmente se regresaba a analógico
Finales de los 70’s: Bosch, Ampex y RCA
desarrollaron las grabadoras digitales de
video, pero no fueron comercializadas
Video digital

1986: Sony D-1, almacenados en
cinta, digitalmente, en medio
analógico de banda alta
• Caro, sólo usado por las cadenas de
televisión
• Eventualmente reemplazado por un
formato comprimido: Digital Betacam,
aún ampliamente utilizado
Video digital

Llegó a los consumidores en la forma
de QuickTime, por Apple
• Inicialmente, de baja calidad
• Requería equipo digitalizador caro


MPEG1 y MPEG2: mejores esquemas
de compresión y equipo más rápido
= mayor calidad
Proliferación de sistemas de video
digital: almacenamiento y
transmisión
Formatos básicos de captura

Entrelazado
• Exploración de campo con líneas pares y campo con
líneas impares, conformando un cuadro
• 60 campos por segundo, 30 cuadros por segundo (25 en
PAL)
• Más barato y menor parpadeo

Progresivo
• Exploración progresiva del cuadro completo en una sola
exploración
• 29.97 (30/1.001) campos por segundo (25 en PAL)
• Más caro ya que para reducir el parpadeo emplea
circuitos especializados.

La imagen es mejor
Video digital: edición

El video digital permite la edición-no-lineal
mediante
• Equipo especializado, por hardware
• Computadoras, por software





Final Cut Pro (Apple)
Adobe Premiere
Sony Vegas
Inicialmente, el video digital fue utilizado para TV,
pero no para películas, porque no tenía la calidad
necesaria.
Si el video está comprimido, se puede editar sin
pérdidas (adicionales) mientras se preserven las
tramas (cuidado con el manejo de los diferentes
tipos de tramas).
Video digital: ventajas



Permite la visualización inmediata, sin
procesamiento (químico)
Las cintas pueden ser reutilizadas muchas
veces (a diferencia del film)
El medio es considerablemente barato:
• US$3 por una cinta MiniDV de una hora
• US$1000 por minuto de film de 35mm, sin
procesamiento

Existen muchos canales de distribución:
TDT, HDTV, DBS (satélite), Internet, DVD,
Blu Ray, etc.
Compresión de video digital

Existen muchos formatos de
compresión disponibles, siendo los
más conocidos:
• MPEG1, utilizado en VCD
• MPEG2, utilizado en DVD, DBS, SuperVCD
• MPEG4, utilizado en Internet
• H.264 (MPEG4 Parte 10, o AVC)
Moving Picture Experts Group



Grupo de trabajo de ISO/IEC, a cargo del
desarrollo de estándares de codificación
de audio y video
Primera reunión fue en Mayo de 1988, en
Ottawa, Canadá
Miembros procedentes de:
• Industrias
• Universidades
• Centros de investigación

Desarrollos:
• MPEG1, MPEG2, MPEG3 (abandonado), MPEG4,
MPEG7 y MPEG21
MPEG1


Se buscaba un estándar para poner video en CDs
Tasa de transferencia requerida: 1.5Mb/s
• 352x240, 29.97 fps
• 352x288, 25 fps





Sólo video progresivo
Utilizado en VCD
Calidad equivalente a una cinta VHS
La capa 3 de audio es utilizada para música (MP3)
Partes:
• 1: Sincronía y multiplexado de audio y video
• 2: Video, codec de compresión de video no-entrelazado
• 3: Audio, codec de compresión de audio, con tres capas de
complejidad



MP1, o MPEG-1 Parte 3 Capa 1
MP2, o MPEG-1 Parte 3 Capa 2
MP3, o MPEG-1 Parte 3 Capa 3
• 4: Procedimientos de prueba
• 5: Software de referencia
MPEG2


Un estándar para video con mayor calidad que MPEG1
Utilizado para TV:
•
•
•
•
•


Transmisión en aire terrestre
Cable
DBS
DVD
HDTV
Cada aplicación utiliza de MPEG2 lo que requiere
Se han desarrollado perfiles de utilización de MPEG2 tales
como:
• [email protected] (720x480,30; 720x576,25) 9.8Mb/s: DVD
• [email protected] (1920x1080,30; 1280x720,60) 80Mb/s: ATSC
(1080i, 720p) HDTV

La sección de video es semejante a la de MPEG1, pero
soporta video entrelazado
MPEG2, compresión de video

Los siguientes mecanismos son utilizados
• Reducción de datos sobre color, pues la vista es más
sensible a intensidad
• Tramas I: compresión espacial (redundancia) y
supresión de detalles, con bloques de 8x8 pixeles a los
que se les aplica la transformada coseno
• Tramas P: se construyen a partir de tramas I: sólo se
expresan las diferencias
• Tramas B: se construyen a partir de la trama P e I
precedentes. Nunca son usadas como referencia.
Presentan la mayor compresión posible.
• Una serie de tramas (GOP) puede ser:

IBBPBBPBBPBB-I...
MPEG2, compresión de audio

Métodos:
• Codificación de baja velocidad: MPEG-1
Capa 1,2,3
• Codificación multicanal hasta 5.1
canales
• MPEG-2 AAC
MPEG2, patentes

Las especificaciones de MPEG-2
están cubiertas por 640 patentes,
propiedad de 20 corporaciones y una
universidad, por lo que se deben
pagar regalías por su uso a la MPEG
Licensing Association.
MPEG3



Se pretendía definir una nueva
especificación para TV de alta
definición
Se dieron cuenta que no era
necesaria, pues MPEG2 era suficiente
Fue abandonado
MPEG4



Uso principal:
•
•
•
•
Flujos de medios audiovisuales
Distribución en CD
Transmisión bidireccional por videófono
TV
•
•
•
•
VRML (modelos 3D)
Archivos compuestos orientados a objetos
Gestión de derechos digitales
Interactividad avanzada
Toma características de MPEG-1 y MPEG-2,
incorporando otros estándares como
No hay sistema que implemente todas las
características de MPEG4, se aplican perfiles y
niveles
MPEG4, partes




















1: Sistemas: Describe la sincronización y la transmisión simultánea de audio y vídeo.
2: Visual: Un códec de compresión para elementos visuales (video, texturas, imágenes sintéticas,
etc.). Uno de los muchos perfiles definidos en la Parte 2 es el Advanced Simple Profile (ASP).
3: Audio: Un conjunto de códecs de compresión para la codificación de flujos de audio; incluyen
variantes de Advanced Audio Coding (AAC) así como herramientas de codificación de audio y habla.
4: Conformidad: Describe procedimientos para verificar la conformidad de otras partes del
estándar.
5: Software de referencia: Formado por elementos de software que demuestran y clarifican las
otras partes del estándar.
6: Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF).
7: Software optimizado de referencia: Contiene ejemplos sobre cómo realizar implementaciones
optimizadas (por ejemplo, en relación con la Parte 5).
8: Transporte sobre redes IP: Especifica un método para transportar contenido MPEG-4 sobre redes
IP.
9: Hardware de referencia: Provee diseños de hardware que demuestran implementaciones de
otras partes del estándar.
10: Advanced Video Coding (AVC): Un códec de señales de vídeo técnicamente idéntico al estándar
ITU-T H.264.
12: Formato para medios audiovisuales basado en ISO: Un formato de archivos para almacenar
contenido multimedia.
13: Extensiones para el manejo y protección de Propiedad Intelectual (IPMP).
14: Formato de archivo MPEG-4: El formato de archivo de contenedor designado para contenidos
MPEG-4; basado en la Parte 12.
15: Formato de archivo AVC: Para el almacenamiento de vídeo Parte 10, basado en la Parte 12.
16: Animation Framework eXtension (AFX).
17: Formato de subtítulos (en elaboración - el último avance en su revisión data de enero de
2005).
18: Compresión y transmisión como flujo de fuentes tipográficas (para fuentes OpenType).
19: Flujos de texturas sintetizadas.
20: Representación liviana de escenas (LASeR).
21: Extensión de MPEG-J para rendering (en elaboración - el último avance en su revisión data de
enero de 2005).
QuickTime (Apple)


Tecnología de medios desarrollado
por Apple
Está compuesto por:
• Reproductor
• Framework (API para la utilización de
codecs en programas)
• Formato de archivo .mov
QuickTime

Audio:
• Apple Lossless
• AIFF
• Digital audio












16 bit (CDDA)
24 bit
32 bit entero y flotante
64 bit flotante
MIDI
MPEG-1 Layer 3 Audio (mp3)
MPEG-4 AAC Audio (.m4a, m4b, m4p)
QDesign Music
Qualcomm Pure Voice
Sun AU Audio
ULAW y ALAW Audio
Wave form audio (WAV) (quiso decir PCM)
QuickTime

Video:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3GPP & 3GPP2 file formats
AVI file format
Bitmap (BMP) codec and file format
DV file (DV NTSC/PAL and DVC Pro NTSC/PAL codecs)
Flash & FlashPix files
GIF and Animated GIF files
H.261, H.263, and H.264 codecs
JPEG, Photo JPEG, and JPEG-2000 codecs and file formats
MPEG-1, MPEG-2, and MPEG-4 Video file formats and associated
codecs (such as AVC)
Quartz Composer Composition (.qtz, Mac OS X only)
QuickTime Movie (.mov) and QTVR movies
Sorenson Video 2 and 3 codecs
Other video codecs: Apple Video, Cinepak, Component Video,
Graphics, and Planar RGB
Other still image formats: PNG, TIFF, and TGA
Cached information from streams: QTCH
MPEG-4 parte 2


Estándar de compresión de video
basada en la transformada coseno
discreta
Incluye perfiles que van desde
cámaras de baja resolución hasta TV
de alta definición
DivX



Códec de video comprimido basado en MPEG-4
parte 2
Comenzó a desarrollarse como formato para
transmisión de video de alta definición
Se dividió en dos líneas:
• DivX, versión comercial, aún existente
• OpenDivX, versión libre y abierta, que fue suspendida,
pero posteriormente continuada en Xvid

Stage6
• Sitio web con repositorio de videos de alta calidad
basados en el códec DivX
Xvid (antes XviD)







Popular códec
Proyecto de software libre por programadores voluntarios
de todo el mundo, después de que el proyecto OpenDivX
fuera cerrado en julio de 2001
Basado en el estándar MPEG-4 ASP
El formato fue creado como una alternativa libre a otros
códecs comerciales de vídeo
Su calidad y eficiencia lo han convertido en uno de los
códecs más populares
La reproducción de películas Xvid está soportada en los
reproductores de DVD más modernos.
Puede comprimir una película completa con una calidad
cercana a la de la fuente original para que ocupe tan solo
700 MB
Windows Media Video




Conjunto de algoritmos de compresión y
descompresión, propiedad de Microsoft
Incluye versión no estandarizada de
MPEG-4
Se empaqueta con .avi, .asf, .wmv (si es
sólo video)
Incluye características de DRM (gestión de
derechos digitales)
• Eliminables con Sidda, DRMCreep, drmdbg,
drm2wmv
DVD




Formato de almacenamiento óptico
Semejante al CD pero de mayor densidad
Formato de archivos UDF (Universal Disk Format)
(extensión del ISO 9660)
IBM actuó como mediador entre
• Multimedia Compact Disc (MMCD): Philips y Sony
• Super Density Disc (SD): Toshiba, Time Warner,
Matsushita, Hitachi, Pioneer, Thompson, JVC
• Acordaron SD con modificaciones que redujeron
capacidad de 5GB a 4.7GB pero con mayor resistencia a
arañazos
DVD, información técnica






DVD capa simple: 4.7GB
Laser de 650nm
CRC
Reed-Solomon
Modulación Eight-to-Fourteen
Modulation Plus
Velocidad de transferencia
Tipos de DVD

Por contenido
• DVD video
• DVD audio (alta fidelidad)
• DVD datos

Por capacidad de regrabado
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
DVD-ROM (fábrica, por prensa)
DVD-R (grabable una vez)
DVD-RW (regrabable)
DVD-R DL (doble capa)
DVD-RW DL
DVD-RAM (regrabable de acceso aleatorio)
DVD+R
DVD+RW
DVD+R DL
DVD+RW DL
Tipos de DVD

Por número de capas
•
•
•
•
DVD-5: una cara, capa simple, 4.7GB
DVD-9: una cara, doble capa, 8.5GB
DVD-10: dos caras, capa simple, 9.4GB
DVD-14: dos caras, capa simple y cara doble,
13.3GB
• DVD-18: dos caras, capa doble, 17.1

Tamaño físico
• DVD 12cm
• DVD 8cm (1.5GB)
Estándares oficiales

DVD Forum:
• DVD-ROM/R/RW/RAM
• Logotipo: DVD

Alliance:
• DVD+R/RW
• Logotipo: RW (posible confusión)


La diferencia radica en la codificación
Son parcialmente compatibles
DVD Video

Video
• MPEG-2
• 720x480 (NTSC) o 720x576 (PAL)
• 5 Mbps, variable bitrate (máximo:
8.5Mbps)

Audio
• Lineal PCM, DTS, MPEG, Dolby Digital
Funcionalidades DVD

Subtítulos
• Pistas adicionales para los subtítulos
• Son imágenes como mapas de bits
• Limitados a 4 colores, incluyendo color de
transparencia

Marcadores de capítulos
• Permiten el desplazamiento rápido

Ángulos
• Secciones con diferentes ángulos o contenidos
adaptados al idioma elegido

Estructuras e interacciones
• Permite juegos, galerías y contenidos
dinámicos
Restricciones

Cuatro sistemas para restringir el uso de
los contenidos
• Macrovision: para evitar duplicados
• Content Scrambling System (CSS):
Codificación de contenido, para evitar que
programas no autorizados procesen los datos
• Códigos de región: para sólo permitir la
reproducción de los discos en las regiones
especificadas
• Inhabilitación de operaciones: para bloquear
acciones de los usuarios en ciertas secciones
Códigos de región

Los discos traen indicaciones sobre la
o las regiones en los que puede ser
reproducido. Los reproductores DVD
vienen con código de región
Códigos de región









0
Informal, significa que puede ser "reproducido en todas
las regiones"
1
Bermudas, América del Norte (Excepto México y
Groenlandia) y territorios estadounidenses (incluyendo
Puerto Rico)
2
Groenlandia, Centro y occidente de Europa, Oeste de
Asia, Egipto, Sudáfrica, Japón y territorios de países
europeos
3
Sudeste de Asia y Corea del Sur
4
América Central, América Latina (Excepto Guyana
Francesa), Caribe y Oceanía (Excepto Nueva Caledonia)
5
África (excepto Sudáfrica y Egipto) y norte, centro y
sur de Asia
6
China
7
Reservado para uso futuro
8
Viajes internacionales como aviones, cruceros, etc.
DTS (Digital Theater System /
Sound / Surround)


Codificación de 6 canales de audio en una
sola señal comprimida
Aplicaciones:
•
•
•
•

Cine
Parques temáticos
Juegos
Simuladores
Canales
• 3 Laterales y central: 20-20,000 Hz
• 2 Surround: 80-20,000 Hz
• 1 LFE: 20-120 Hz
DTS



No todos los reproductores DVD lo
soportan
Muchas PC’s realizan la decodificación DTS
por software, pero requieren hardware
especial para su conexión a las bocinas
correspondientes
Para el cine, los datos DTS no vienen en la
cinta, sino en CD-ROM separado, con un
eficiente sistema de sincronía
Dolby Digital (AC-3)


Ampliamente utilizado, pero no
totalmente.
Canales
• 5 principales: central, derecho,
izquierdo, posterior derecho, posterior
izquierdo: 20-20,000 Hz
• 1 LFE: 20-120 Hz
SDTV (Estándar Definition
Television)


Televisión de definición estándar
Denota televisión, digital o analógica
con definición estándar:
• NTSC, PAL, SECAM (4:3)
• VCD, VHS, Beta, SVCD
EDTV (Enhanced Definition
Television)






Televisión con definición mejorada
Técnica que permite mejorar la calidad de la
imagen de televisión
Consiste en convertir una fuente entrelazada en
progresiva
Evita el parpadeo de bordes y líneas causado por
el entrelazado
Requiere consolas que conviertan el formato, y
televisiones que permitan su despliegue
progresivo
La aplicación más usual es con reproductores
avanzados de DVD
HDTV (High Definition Television )


Formato de televisión de resolución alta,
en contraste con SDTV y EDTV
Algunos aparatos podrían tener relación
con HDTV, por lo que hay que aclarar:
• HD compatible: Acepta la señal de alta
definición, pero su resolución nativa no lo es,
será adaptada.
• HD ready: Tiene entrada de datos HDMI y
soporta la resolución HD (720p o 1080i),
aunque no cuenta con sintonizador de canales
HD (cable o TV aérea).
• HD full: soporta la resolución, e incluyen un
sintonizador.
HDTV comparación
HDTV comparación
HDTV detalles técnicos





Razón de aspecto 16:9
1920 pixels × 1080 líneas
entrelazado (1080i)
1280 píxeles × 720 líneas progresivo
(720p)
Codecs: MPEG-2, H.264, VC-1
(Windows Media Video 9)
Imágenes 5 veces más definidas que
SDTV
HDTV historia

MUSE
•
•
•
•

Desarrollado por los japoneses en 1982
Transmisiones continuas desde 1992
1035 líneas de resolución
Ocupaba 5 veces más ancho de banda que los
canales estándar
HD-MAC
• Estándar digital Europeo para SDTV y HDTV
• No era comprimido, por lo que consumía
mucho ancho de banda (36MHz) y no fue muy
utilizado
• Abandonado en 1993 para dar paso a DVB
HDTV estándares actuales



ATSC. Aprovecha los transmisores NTSC y
puede coexistir con canales no digitales.
Norteamérica y algunos paises
latinoamericanos
DVB-T. También es portable, y se usa
principalmente en Europa y algunos países
asiáticos. DVB-T soporta HDTV pero
prefieren usarlo con EDTV para acomodar
un número mayor de canales.
ISDB-T. También permite la transmisión de
servicios multimedia. Japón y Brasil
HDTV grabación

D-VHS (Data-VHS) y W-VHS
• D-VHS graba 28.2Mbps en cinta VHS


TiVo (con DirecTV) o DVR921 y DVR942
(con DISH Network)
PC con tarjeta decodificadora HDTV
• Disco duro


Codificando con DivX o H.264
Sin codificar
• Grabadoras BluRay o HD-DVD (guerra actual
de formatos)
HD-DVD










Estándar de video de alta definición, desarrollado
por Toshiba, Microsoft y NEC
Características parecidas a DVD
Láser azul, 405nm
1 capa: 15GB (4 horas de HD)
2 capas: 30GB
MPEG-2, VC1 (MS-WMV9), H264/MPEG-4 AVC
Protección AACS (versión mejorada del CSS,
codificación de 128 bits, ya roto) e ICT (image
constraint token, evita poner video de alta
definición en medio analógico)
HD-DVD tiene soporte en Xbox360
Se pueden producir discos que incluyen contenido
DVD y HD-DVD
Contenidos interactivos “pop-up”
Blu-ray



Estándar creado por Philips y Sony
Respaldado por una cantidad mayor de fabricantes de
computadoras y estudios que HD-DVD
Incorpora ventajas especiales
• Mayor enfoque de láser 405nm
• Resistencia a rayones
• Mejor codificación que permite corregir errores y mayor compresión







1 capa: 25GB
2 capas: 50GB
En desarrollo discos de 100GB (firmware) y 200GB
MPEG-2, MPEG-4, VC1
Plataforma BD-J (Blu-ray Disc Java) para contenidos interactivos
avanzados
Protección BD+ (permite cambiar dinámicamente las claves de los
contenidos originales), ROM-Mark (marca de agua), ICT (igual que
HD-DVD)
Se pueden producir discos que incluyen contenido DVD y Blu-ray
Compara DVD, HD-DVD, Blu-ray
Descargar

5. Video digital - Universidad Tecnológica de la Mixteca