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Tema 2
La señal digital de video
Bibliografía
Manuel Rummel. “Producción de Vídeo Digital”. Paraninfo 1999.
José Oliver Gil, M. Perez. “Compresión de imagen y video: Fundamentos teóricos y aspectos
prácticos”. E UPV.
John Watkinson. “Video Digital”. Ed Paraninfo 1996.
Curso de fotografía, Luis Monje Arenas: http://www.difo.uah.es/curso/
1
Índice
1.
2.
3.
4.
5.
Captura de la imagen.
Digitalización.
Transmisión.
Estrategias de Compresión de Vídeo.
Formatos de video y cine digital
2
3.- Transmisión
Video SD analógico
YUV Separado
Y/C Componentes
FBAS o CVBS Compuesto
Conectores
3
3.- Transmisión
Puertos para transmisión de
video digital



USB 2, velocidad de transmisión 440
Mb/s. Necesita la CPU para mover los
datos.
Firewire A, 400 Mb/s (50 MB/s), de
los que sólo aprovechamos 32 MB/s.
Máximo de cable 10 M.
Firewire B, 800 Mb/s máximo de
cable 100 M.
4
3.- Transmisión
Transmisión de video digital
HD. HDMI





Lleva audio, vídeo y datos auxiliares.
Compatible DVI
Codificación de los píxeles: RGB
4:4:4, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:4:4.
Canales de audio: hasta 8.
Velocidad de transferencia hasta 10.2
Gbit/s (HDMI 1.3)
5
3.- Transmisión
Transmisión de video digital
HD. HD-SDI

SDI es una interfaz de alta capacidad utilizada para
exportar vídeo digital sin comprimir en tiempo real.

La SDI exporta vídeo SD y HD a través de un solo
cable.
Mientras que la ratio de datos de las grabaciones
HDV1080i grabadas en cinta, una vez sometidas a
compresión, es de 25 mbps, la ratio de datos para la
salida directa de vídeo SD-SDI alcanza los 270 Mbps.

La ratio normal de datos para HD-SDI alcanza la
espectacular cifra de 1.485 Gbps.

6
4.- Estrategias de compresión de video
Técnicas de compresión

Dentro de la compresión de imagen/video
podemos distinguir:
– Compresión espacial, elimina redundancia
espacial, aquella que posee una imagen única.
– Compresión temporal, los cuadros consecutivos
suelen tener mucha información parecida y
mediante técnicas diferenciales, se puede
aprovechar la información del cuadro anterior
para reducir la del cuadro actual
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Codificación de bloques truncados
– Consiste en dividir la imagen en bloques de MxM, para
cada uno de los tres planos de la señal (YUV).
– Definimos dos niveles para cuantizar los bloques I0 y I1,
usando la media (m) y la varianza (σ )



I0= m-√p/q σ
I1= m+√p/q σ
Donde p valores por encima de la media y q por debajo
– Si el valor de un pixel en el bloque esta por debajo de la
media le asignamos un 0 y si esta por encima un 1
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Codificación de bloques truncados
– De esta forma para cada bloque almacenamos
información de I0, I1 y un bit para cada
elemento.
– Cuando el tamaño del bloque tiende a ∞, cada
elemento de 8bits se reduce a un bit con lo que
la tasa de compresión sería del 87.5%.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial
 Codificación de bloques truncados
– La siguiente tabla muestra
los índices de compresión
alcanzados, en función del
tamaño del bloque.
λ=1-M2+16/8M2
M
2
3
5
6
7
8
16
∞
λ
37%
65%
79%
82%
83.4%
84.4%
86.7%
87.5%
10
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Codificación de bloques truncados
– Este mismo algoritmo se puede usar
aplicando cuatro niveles de cuantización.
Aunque el cálculo sería más complicado.
11
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Transformada discreta del coseno truncado altas frecuencias.
– La transformada discreta del coseno (DCT) se utiliza en casi
todos los algoritmos de compresión (similar a la transformada de
Fourier FFT).
– Lo que hace es tomar la señal y transformarla en otra, pasando
del dominio espacial al dominio de la frecuencia.
– De la señal transformada desechamos las altas frecuencias y
realizamos la transformada inversa (IDTC), con lo que
conseguimos eliminar información.
– Para realizar este proceso se divide la imagen en bloques,
habitualmente de 8x8.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Transformada discreta del coseno truncado altas
frecuencias.

Este algoritmo se basa en que notamos con
más facilidad pequeños cambios de brillo en
zonas homogéneas que en zonas donde la
variación es grande, por ejemplo en los
bordes de los objetos.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Transformada discreta del coseno truncado
altas frecuencias.
– Visualmente las variaciones de frecuencias altas
afectan a los bordes de la imagen con lo que al
eliminarlas el efecto que conseguimos es un
emborronado, perdiendo nitidez.
– Existen muchos métodos para acelerar
proceso de cálculo de la transformada.
el
14
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Joint Photographic
Standard (JPEG)
Expert
Group
– Es un estándar ISO del 91.
– El MJPEG es Motion JPEG, donde el
movimiento se consigue con una sucesión
de imágenes, codificadas cada una de
ellas con compresión JPEG.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión espacial

Joint Photographic Expert Group Standard (JPEG)
– Se parte de la codificación YUV
– La imagen se divide en bloques de 8x8 y a cada bloque le
aplicamos DCT.
– Eliminamos las altas frecuencias utilizando una matriz de
cuantización (matriz intra), que normalmente esta
predefinida
– Pixel(i,j)-DTC(i,j) -DTC(i,j)/matriz(i,j)(2-60)
– Al final obtenemos un bloque transformado donde la
mayoría de los elementos serán cero.
– Por último realizamos la transformación inversa.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

La compresión temporal consiste en
utilizar técnicas diferenciales entre dos
cuadros consecutivos.
Recomendaciones H.261
 MPEG (1,2,4)

17
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

Recomendaciones H.261
– Pertenecen al conjunto de estándares H.320 del
ITU y están dedicadas a la videoconferencia
– También se conocen como px64, ya que se
pretende una transmisión de la imagen en líneas
con de un ancho de banda de 64kbs (p varía
entre 1 y 30).
– Los frames que se definen pueden ser de dos
tamaños CIF 352x288, y QCIF 176x44.
– La codificación inicial es YCbCr, con reducción de
color de 4:2:0.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

Recomendaciones H.261
– Se definen dos tipos de cuadros:
I cuadros intra, que están codificados en
JPEG.
 P cuadros inter, que se codifican usando
diferencias con cuadros anteriores.

19
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

Recomendaciones H.261
– Para obtener los cuadros P, se realiza una
estimación del movimiento haciendo uso
del cuadro anterior y almacenando
únicamente las diferencias.
– Al final se aplica el algoritmo JPEG.
– El descompresor deberá realizar el
proceso inverso.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG1 (Motion Picture Expert Group)
– El estándar fue creado en 1988 para codificar
video en un soporte digital con tasas de
transmisión de 1.5Mb/s, conocido como MPEG1.
– Se basa en cinco partes:
– P1. Sistema, combinar más de un tipo de datos
de distintos medios, introduciendo información
temporal para formar un único flujo de datos
21
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG1 (Motion Picture Expert Group)
– P2. Vídeo, especifica como almacenar secuencias
de video.
– P3. Audio, especifica como almacenar secuencias
de audio.
– P4. Patrones de prueba, para verificar si un
codificador cumple los requisitos especificados
en las partes anteriores.
– P5. Software de simulación, es como un informe
técnico, ya que no está disponible el código
fuente.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG1 (Motion Picture Expert Group)
– Su pretensión es ser el estándar genérico de
almacenamiento de vídeo en CDROM.
– El formato VCD, utiliza este tipo de compresión.
– Su esquema es similar al H.261, compresión
espacial/temporal/DTC con compensación del
movimiento, pero variando algunos parámetros e
introduciendo nuevos tipos de cuadros y otras
características que permiten hacer cosas como el
acceso aleatorio.
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4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG1 (Motion Picture Expert Group)
– La codificación que se utiliza en YCbCr
con reducción 4:2:0, siendo la señal de
video progresiva.
– Utiliza tres tipos de cuadros:
Los I, solo compresión espacial
 Los P, usan técnicas diferenciales
 Los B (bi-direccional), para estos utilizamos
también información de cuadros posteriores

24
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG1 (Motion Picture Expert Group)
– Se suele codificar dos cuadros de tipo B entre
dos de tipo I o P. Un patrón típico es
IBBPBBPBB.
I B B P B B P B B I
1 3 4 2 6 7 5 9 10 8
25
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG2 (Motion Picture Expert Group)
– Supone una ampliación de las características
del MPEG1 preservando la compatibilidad con el
MPEG1
– El formato DVD utiliza este método de
compresión.
– La tasa de transmisión esta por debajo de los
10 Mb/s
–
26
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG2 (Motion Picture Expert Group)
– En el estándar se distinguen 10 partes:






P1,2,3,4 abordan los mismos aspectos que en MPEG1
P6. Extensiones para permitir difusión en la red
P7, codificación de audio multicanal
P8, codificación con 10 bits
P9, extensión para tiempo real
P10, bajo desarrollo
–
27
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG2 (Motion Picture Expert Group)
– En MPEG2 podemos codificar imágenes
entrelazadas y progresivas.
– Los cuadros entrelazados se codifican en dos
fases:


Impares
Pares
28
4.- Estrategias de compresión de video
Compresión temporal

MPEG4 (Motion Picture Expert Group)
– El objetivo es conseguir video conferencia bajo
redes de banda estrecha, pero al final se
convirtió en un amplio estándar para
aplicaciones multimedia.
– Los tres campos a los que va encaminado son:



Televisión digital
Aplicaciones interactivas multimedia
Aplicaciones en red (WWW)
29
4.- Estrategias de compresión de video
CODECS


Un CODEC es una abreviatura de
coder/decoder, que describe un programa
capaz codificar y decodificar datos (vídeo,
metadatos y sonido).
Algunos ejemplos
siguientes:
de
codecs
son
los
30
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs















Theora
Tarkin
H.261
H.263
H.263v2
H.264
MPEG-1 Video
MPEG-2 Video
MPEG-4 Video
Sorenson codec
Cinepak
Indeo 3/4/5
MJPEG
DivX 1-5.1
Windows Media Video 9 Series
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4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

Theora y Tarkin
– Desarrollados por Xiph.org Foundation
– Theora esta orientado a web, cd
distribución, videoteléfono, transmisión
por televisión. Es un codec de bajo ancho
de banda. Competidor del MPEG4,
RealVideo, Windows Media Video.
– Tarkin orientado a productos multimedia
32
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

H.261, 263, 263v2, 264
– Diseñados por ITU (International
Telecomunitation Union).
– Utiliza el protocolo RTSP (real time
streamming protocol) para
videoconferencia.
– El H.264 esta orientado a multimedia y
HDTV y video HD.
33
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

MPEG1
– Diseñado para almacenamiento de video
en CD.
– Solo soporta video progresivo

MPEG2
– Permite video entrelazado
– Es el utilizado para DVD, televisión por
cable y transmisión de HDTV.
34
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

MPEG2 sobre DVD
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
720 x 480 pixel, 59.994 fields/sec
720 x 480 pixel, 29.994 frames/sec
720 x 576 pixel, 50 fields/sec
720 x 576 pixel, 25 frames/sec
max. 9,8 Mbps
YUV 4:2:0
Sobre audio permite
MPEG-2 Layer 2 Audio con 48 kHz
Digital Dolby
DTS
35
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

MPEG4
– Se utiliza para web, distribución de CD,
videoteléfono, aplicaciones multimedia y
actualmente para video HD (H.264).
36
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

Sorenson
– Es utilizado en la aplicación QuickTime de
Apple.
– Es una variante de H.264.
– El Sorenson Spark es la versión más
reciente de Macromedia Flash.
37
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

MJPEG
– Es un método de compresión espacial.
– Tiene gran calidad en imágenes en
movimiento.
– Genera unos ficheros grandes
29Mbits/seg
38
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

DivX
– Utilizado para almacenamiento de video
en CD.
– La mayoría de los reproductores de DVD
reconocen este codec.
39
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

Indeo y Cinepak
– Utilizado para almacenamiento de video
en CD y disco duro.
40
4.- Estrategias de compresión de video
Codecs

Windows Media Video (WMV)
– Es propiedad de Microsoft.
– Similar a MPEG4
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